第5章.细胞的分裂和分化课件

1、第五章 细胞的分裂和分化,一、细胞周期与有丝分裂 二、减数分裂 三、细胞分化、衰老与凋亡,细胞周期及有丝分裂期各期的特征、有丝分裂与减数分裂的异同、细胞分化的本质、细胞凋亡的生物学意义。,重点,个体正常发育过程中 细胞数目增加有控制的细胞分裂 细胞类型增加有序的细胞分化 细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成-基因选择性表达（基因组保持相同）,一、细胞周期与有丝分裂,1.有丝分裂 有丝分裂过程的某些重要事件 2.分裂间期与细胞周期的调控机制 3.染色体,一、细胞周期与有丝分裂,细胞周期（cell cycle） ：细胞从一次有丝分裂开始到下一次有丝分裂开始所经历的一个有序过程。期间细胞遗传物质和其

2、它内含物分配给子细胞。 分为： 分裂间期: G1（蛋白质和RNA合成）, S(DNA合成期）, G2 （蛋白质和RNA合成） 有丝分裂期（mitosis,M期）: 有丝分裂期, 胞质分裂期 细胞沿着G1SG2M周期性运转，细胞周期时间长短取决于G1期。,不同细胞细胞周期的长短主要是G1期的变化，其它期较稳定，一般M期1小时、G2期3小时、S期7小时。,间期：主要完成DNA复制、有关蛋白质合成、细胞器的增加 分裂期：染色体、纺锤体出现，染色体平均分配到两个子细胞中。 分前期、中期、后期和末期。,不同细胞的细胞周期时间差异很大，主要差别在G1期 细胞类型 细胞周期时间 早期蛙胚胎细胞 30分钟 酵

3、母菌细胞 1.53小时 小肠上皮细胞 12小时 细胞培养成纤维细胞 20小时 人肝细胞 年,1.有丝分裂,前期 染色质凝缩形成染色体，核仁解体，纺锤体开始装配，细胞器解体 染色体由两条染色单体组成, 有着丝粒、动粒,纺 锤 体的形成中心粒、中心体、星状体,前中期,核膜破裂：核纤层的磷酸化 解体 纺锤体微管与染色体动粒结合 染色体移向赤道板,动力微管,极微管,动粒,着丝粒,中期,染色体排列于赤道板,染色体行为,纺锤体微管与动粒结合 动力微管缩短、极微管伸长,后期,姐妹染色体向两极分离,末 期,染色单体到达两极并去凝缩,纺锤体消失 核膜重组装：核纤层的去磷酸化 聚合、装配 核仁出现,胞质分裂,有丝

4、分裂后期赤 道板形成分裂沟 微丝构成收缩环,动物细胞的胞质分裂,植物细胞的胞质分裂,细胞内形成新的细胞膜和细胞壁 而将细胞分开,2.分裂间期与细胞周期的控制机制,分裂间期： G1期：DNA复制的酶、细胞器增加、中心粒开始复制 S期： DNA复制 G2：完成中心粒复制、微管蛋白等合成 从增殖角度，细胞可分为三类 a.连续分裂的细胞：周期性细胞，如小肠绒毛上皮,骨髓干细胞 b.休眠细胞（G0期细胞）：暂时脱离细胞周期，如肝、肾细胞 c. 终端分化细胞：如神经、肌肉细胞,2.分裂间期与细胞周期的控制机制,细胞周期及其控制机制 两个调控点： G1/S检验点、G2/M检验点 参加调控的两类蛋白：CDK-

5、依赖细胞周期的蛋白激酶、周期蛋白（cyclin) 不同的周期蛋白与不同的CDK结合，引发不同的细胞周期事件,3.染色体,染色体的一般形态： 分裂期可见，有着丝粒、主缢痕、动粒、端粒。 染色质和染色体是同一物质在细胞周期的不同时期不同的形态表现 根据着丝粒、主缢痕的位置，染色体分为：等臂染色体、近端着丝粒染色体、端着丝粒染色体,染色体的一般形态特征,染色单体在着丝粒处相连,互称为姐妹染色单体。 着丝粒和动粒 着丝粒位于两条染色单体连接处,将染色体分为两个臂。 动粒（着丝点）是着丝粒周围有蛋白质性质的盘状结构，可直接连接纺缍丝，是纺缍丝的附着区域。 主缢痕和次缢痕 染色体臂 长臂（q) 短臂（p）

6、。 端粒：是染色体末端的特化部位。,3.染色体,性染色体和常染色体 染色体数目： 各种生物的染色体数目是恒定的,是物种的特征 染色体组型： 是指染色体组在有丝分裂中期的表型，包括染色体数目、大小和形态等所特有的染色体特征。 染色体带型： 染色体经处理染色而呈现的横带，有Q、G、R、C、N、T带等。,人类的对染色体,二、减数分裂,前期I,减数分裂和有丝分裂比较,有丝分裂发生在体细胞的增殖过程中，它与生物体的生长、发育有关；减数分裂发生在生殖细胞中，它与精细胞和卵细胞的形成有关。不同： 、有丝分裂复制一次，细胞分裂一次，产物是两个二倍体的细胞；减数分裂复制一次，细胞分裂两次，产物是四个单倍体细胞。

7、 、 有丝分裂同源染色体没有联会，每一子细胞得到和亲本同样的一组染色体；减数分裂有“联会”，同源染色体配对而成联会复合体，然后经过交叉、重组等过程，两个同源染色体分别走向两个子细胞，结果两个子细胞各只含有每对同源染色体中的一条染色体，所以是单倍性的。,三、细胞分化、衰老与凋亡,1、管家基因与组织特异性基因 2、组合调控是组织特异性基因表达的主要调控方式 3、影响细胞分化的因素（了解） 4、干细胞与细胞全能性,细胞分化,概念：在个体发育中，同一种相同的细胞经细胞分裂逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异,产生不同细胞类型的过程。 每个细胞均含有一套完整的遗传信息。 细胞分化是特定基因在一定时间、

8、空间表达的结果。 细胞分化本质：基因的选择表达 分化的细胞，基因组相同，但基因表达有所不同，从而在形态结构、生理功能和生物学行为上表现差异。,1.管家基因与组织特异性基因,管家基因(housekeeping gene)： 是所有细胞中均要表达的一类基因，其产物对维持细胞基本生命活动是必需的。 组织特异性基因（tissuespecific gene): 是不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的生理功能。也称奢侈基因（luxury gene）。,2.组合调控是组织特异性基因表达的主要调控方式,组合调控引发组织特异性基因的表达，是细胞分化的基本机制 。

9、几种基因调节蛋白以不同的组合调节不同的专一基因表达，产生不同的细胞分化。,3.影响细胞分化的因素,（）胞外信号分子 远距离细胞间相互作用：激素调节 近端组织的相互作用：信号分子旁泌素（细胞分化因子） （2）受精卵细胞质的不均一性 来自于卵母细胞胞质的不均一性。 （3）细胞间的相互作用与位置效应 （4）环境对性别决定的影响,4.干细胞与细胞全能性,细胞全能性(cell totipotency) ：细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或能力。 细胞全能性的遗传学基础是体细胞内存在一套完整的遗传信息 干细胞： （高等）动物细胞随着胚胎的发育，细胞逐渐丧失发育成个体的能力，仅有一部分未分化细胞

10、，具有分化成其他细胞类型、构建组织器官的能力。,全能干细胞：具有发育成整个个体的能力，如受精卵 多潜能性干细胞：具有分化成各种组织细胞类型的潜能，如胚胎干细胞 组织干细胞：具有分化成有限组织细胞类型的潜能，如造血干细胞 单能干细胞（定向干细胞）：仅能使后代细胞发育成为一种细胞的特性，形成终末分化细胞 干细胞的基本特征：分化潜能、自我更新 转分化：细胞失去分化后，再分化成另一种细胞的现象 分化：细胞经历从全能到多能再到专能，彼此间在结构、功能和形态产生稳定性差异的过程。,植物体细胞培养产生完整植株示意图,动物细胞,c,Dolly羊的诞生说明高度分化的哺 乳动物体细胞核也具有发育全能性,多莉的出生

11、与三只母羊有关，而多莉与提供细胞核的母羊最相似 。,三、细胞衰老与细胞凋亡,1.细胞衰老（senescence) 细胞衰老:细胞增殖能力减弱的现象，细胞随着年龄的增加，机能和结构发生退行性变化，趋向死亡的不可逆的现象。 衰老和死亡是生命的基本现象，衰老过程发生在生物界的整体水平、种群水平、个体水平、细胞水平以及分子水平等不同的层次,衰老细胞结构变化 细胞核随分裂次数增加而增大，核膜呈现内折，染色质固缩化 内质网弥散性分散于核周胞质中，粗面内质网减少 线粒体减少，体积膨胀 致密体的生成：脂褐素、老年色素 膜流动性降低，韧性减小 细胞骨架变化，信号传递系统变化,细胞衰老的机制（了解）, 遗传学派

12、如端粒与细胞衰老 有人发现端粒长度确实与衰老有着密切的关系，随着细胞的每次分裂，端粒不断缩短，当端粒长度缩短达到一个阈值时，细胞就进入衰老。 差错学派 如氧化性损伤与细胞衰老 该理论认为，代谢过程中产生的活性氧基团或分子（reactive oxygen species，ROS）引发的氧化性损伤的积累，最终导致衰老。ROS主要有三种类型： O2- , 即超氧自由基； OH-，即羟自由基 H2O2 ROS的作用：高度活性引发脂类、蛋白质和核酸分子的氧化性损伤，从而导致细胞结构的损伤乃至破坏最终导致衰老。清除ROS，就可以延长寿命。SOD基因抗氧化。,2.细胞凋亡,细胞凋亡(apoptosis)是一

13、个主动的由自身基因决定的自动结束生命的过程。由于它受严格的遗传机制控制，所以也称为细胞编程性死亡(programmed cell death, PCD）。,2.细胞凋亡,细胞凋亡过程中，细胞膜反折，包裹断裂的染色质片段或细胞器，形成众多凋亡小体，凋亡小体为附近的细胞吞噬。整个过程中细胞膜保持完好，细胞内容物不泄露，不引起炎症。凋亡细胞被吞噬细胞所吞噬。 细胞坏死时，细胞膜发生渗漏，细胞内容物被释放到细胞外，导致炎症反应。,细胞坏死,细胞凋亡,细胞色素c诱导的凋亡细胞DNA电泳图 1细胞色素c诱导0 h 2细胞色素c诱导1 h 3细胞色素c诱导2 h 4细胞色素c诱导3 h 5细胞色素c诱导4 h 6阴性对照 7Marker,细胞凋亡的生化特征,染色质核小体间发生断裂，形成电泳上大小为 180-200b