生命科學(xué)與生物技術(shù)導(dǎo)論：05講-生命的基本單位

1、1第第5 5講講 細(xì)胞細(xì)胞 生命的基本結(jié)構(gòu)單位生命的基本結(jié)構(gòu)單位 第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立 第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能 第三節(jié)第三節(jié) 細(xì)胞分裂和細(xì)胞周期細(xì)胞分裂和細(xì)胞周期 第四節(jié)第四節(jié) 細(xì)胞分化、衰老與死亡細(xì)胞分化、衰老與死亡2第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立 1.1 細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的發(fā)現(xiàn) 1717世紀(jì)中葉，顯微鏡被用于生物學(xué)研究，用世紀(jì)中葉，顯微鏡被用于生物學(xué)研究，用顯微鏡觀察來(lái)自樹(shù)皮的木栓，看到一個(gè)個(gè)顯微鏡觀察來(lái)自樹(shù)皮的木栓，看到一個(gè)個(gè)“小室小室”結(jié)構(gòu)，稱之謂結(jié)構(gòu)，稱之謂“Cell”（細(xì)胞）。（細(xì)胞）。 人們用顯微鏡觀察各種生物，包括微生物和

2、人們用顯微鏡觀察各種生物，包括微生物和動(dòng)、植物的細(xì)微構(gòu)造，到處都看到細(xì)胞結(jié)構(gòu)。動(dòng)、植物的細(xì)微構(gòu)造，到處都看到細(xì)胞結(jié)構(gòu)。逐漸形成一個(gè)觀念：逐漸形成一個(gè)觀念：各種生物都是由細(xì)胞組各種生物都是由細(xì)胞組成的。成的。3 英國(guó)科學(xué)家英國(guó)科學(xué)家R. Hook（1635-1703)，發(fā)表對(duì)木栓的，發(fā)表對(duì)木栓的觀察，命名觀察，命名Cell。 荷蘭人荷蘭人Leeuwenhoek（1623-1723）用自磨鏡片做）用自磨鏡片做成顯微鏡第一次觀察了活的細(xì)菌和原生動(dòng)物。成顯微鏡第一次觀察了活的細(xì)菌和原生動(dòng)物。4 2020世紀(jì)初，兩位德國(guó)生物學(xué)家施萊登和施世紀(jì)初，兩位德國(guó)生物學(xué)家施萊登和施旺正式明確提出：旺正式明確提出：

3、細(xì)胞是植物體和動(dòng)物體細(xì)胞是植物體和動(dòng)物體的基本結(jié)構(gòu)單位。的基本結(jié)構(gòu)單位。 最初提出細(xì)胞學(xué)說(shuō)觀點(diǎn)的兩篇論文是最初提出細(xì)胞學(xué)說(shuō)觀點(diǎn)的兩篇論文是: : 德國(guó)植物學(xué)家施萊登德國(guó)植物學(xué)家施萊登 1838 年發(fā)表的年發(fā)表的論文論文 : :論植物發(fā)現(xiàn)論植物發(fā)現(xiàn) 德國(guó)動(dòng)物學(xué)家施旺德國(guó)動(dòng)物學(xué)家施旺 1839 年發(fā)表的論年發(fā)表的論文文: :動(dòng)、植物結(jié)構(gòu)與生長(zhǎng)相似性的顯微動(dòng)、植物結(jié)構(gòu)與生長(zhǎng)相似性的顯微研究研究1.2 細(xì)胞學(xué)說(shuō)細(xì)胞學(xué)說(shuō)56細(xì)胞學(xué)說(shuō)的內(nèi)容細(xì)胞學(xué)說(shuō)的內(nèi)容 1. 所有生物都是由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物構(gòu)成的所有生物都是由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物構(gòu)成的 2. 新細(xì)胞只能由原來(lái)的細(xì)胞分裂而產(chǎn)生新細(xì)胞只能由原來(lái)的細(xì)胞分裂而產(chǎn)生 3.

4、 所有細(xì)胞都具有基本上相同的化學(xué)組成和所有細(xì)胞都具有基本上相同的化學(xué)組成和代謝活性代謝活性 4. 生物體總的活性可以看成是組成生物體的生物體總的活性可以看成是組成生物體的各相關(guān)細(xì)胞的相互作用和集體活動(dòng)的總和各相關(guān)細(xì)胞的相互作用和集體活動(dòng)的總和 7細(xì)胞學(xué)說(shuō)的科學(xué)意義細(xì)胞學(xué)說(shuō)的科學(xué)意義 細(xì)胞學(xué)說(shuō)與進(jìn)化論一起，奠定了生物科學(xué)細(xì)胞學(xué)說(shuō)與進(jìn)化論一起，奠定了生物科學(xué)的基礎(chǔ)。細(xì)胞學(xué)說(shuō)使的基礎(chǔ)。細(xì)胞學(xué)說(shuō)使生命世界有機(jī)結(jié)構(gòu)多生命世界有機(jī)結(jié)構(gòu)多樣性的統(tǒng)一樣性的統(tǒng)一，從哲學(xué)推斷走向自然科學(xué)論，從哲學(xué)推斷走向自然科學(xué)論證。證。 從兩篇經(jīng)典的論文看來(lái)，細(xì)胞學(xué)說(shuō)不但關(guān)從兩篇經(jīng)典的論文看來(lái)，細(xì)胞學(xué)說(shuō)不但關(guān)系到生物體的系到生

5、物體的構(gòu)造構(gòu)造，也關(guān)系到生物體的，也關(guān)系到生物體的生生長(zhǎng)與發(fā)育。長(zhǎng)與發(fā)育。 細(xì)胞學(xué)的研究一直在繼續(xù)細(xì)胞學(xué)的研究一直在繼續(xù)8透射電子顯微鏡下的細(xì)胞結(jié)構(gòu)透射電子顯微鏡下的細(xì)胞結(jié)構(gòu)9掃描電子顯微鏡下的細(xì)胞結(jié)構(gòu)掃描電子顯微鏡下的細(xì)胞結(jié)構(gòu)激光共聚焦掃描顯微鏡下的藻類激光共聚焦掃描顯微鏡下的藻類10原子力顯微鏡下的細(xì)菌原子力顯微鏡下的細(xì)菌11121.3 細(xì)胞是生命的基本單位細(xì)胞是生命的基本單位 細(xì)胞是生命的基本結(jié)構(gòu)單位，所有生物都細(xì)胞是生命的基本結(jié)構(gòu)單位，所有生物都是由細(xì)胞組成的是由細(xì)胞組成的 細(xì)胞是生命活動(dòng)的功能單位，一切代謝活細(xì)胞是生命活動(dòng)的功能單位，一切代謝活動(dòng)均以細(xì)胞為基礎(chǔ)動(dòng)均以細(xì)胞為基礎(chǔ) 細(xì)胞是

6、生殖和遺傳的基礎(chǔ)與橋梁，具有相細(xì)胞是生殖和遺傳的基礎(chǔ)與橋梁，具有相同的遺傳語(yǔ)言同的遺傳語(yǔ)言 細(xì)胞是生物體生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)細(xì)胞是生物體生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ) 形狀與大小各異的細(xì)胞是生物進(jìn)化的結(jié)果形狀與大小各異的細(xì)胞是生物進(jìn)化的結(jié)果 沒(méi)有細(xì)胞就沒(méi)有完整的生命沒(méi)有細(xì)胞就沒(méi)有完整的生命13 19 世紀(jì)末，人們逐漸發(fā)現(xiàn)比細(xì)菌還小的世紀(jì)末，人們逐漸發(fā)現(xiàn)比細(xì)菌還小的“傳染性的活性成份傳染性的活性成份”，稱為，稱為病毒。病毒。 1930s1940s 期間弄清病毒的化學(xué)本質(zhì)和期間弄清病毒的化學(xué)本質(zhì)和電鏡結(jié)構(gòu)。電鏡結(jié)構(gòu)。 看來(lái)，看來(lái)，病毒是一類不具細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生命形病毒是一類不具細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生命形態(tài)。態(tài)。 最簡(jiǎn)單的病毒僅由最簡(jiǎn)

7、單的病毒僅由核酸大分子和蛋白質(zhì)大核酸大分子和蛋白質(zhì)大分子分子組成。但是，病毒顆粒必需組成。但是，病毒顆粒必需進(jìn)入寄主進(jìn)入寄主活細(xì)胞活細(xì)胞才能表現(xiàn)出生命的各方面特性。才能表現(xiàn)出生命的各方面特性。有沒(méi)有非細(xì)胞生命？有沒(méi)有非細(xì)胞生命？14第第二二節(jié)節(jié)細(xì)細(xì)胞胞的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和功功能能1 1、大腸桿菌、大腸桿菌2 2、念珠藻、念珠藻3 3、小球藻、小球藻4 4、酵母菌、酵母菌5 5、火絲菌、火絲菌6 6、眼蟲、眼蟲7 7、分生組織細(xì)胞、分生組織細(xì)胞8 8、柵欄組織薄壁細(xì)胞、柵欄組織薄壁細(xì)胞9 9、驢蹄草葉表皮細(xì)胞和、驢蹄草葉表皮細(xì)胞和保衛(wèi)細(xì)胞保衛(wèi)細(xì)胞1010、大鼠肝細(xì)胞、大鼠肝細(xì)胞1111、腎近曲小管上

8、皮細(xì)胞、腎近曲小管上皮細(xì)胞1212、成纖維細(xì)胞、成纖維細(xì)胞1313、人紅細(xì)胞、人紅細(xì)胞1414、人精子、人精子1515、哺乳動(dòng)物的橫紋肌細(xì)、哺乳動(dòng)物的橫紋肌細(xì)胞胞1616、平滑肌細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞1717、神經(jīng)細(xì)胞體、神經(jīng)細(xì)胞體15 依據(jù)有無(wú)細(xì)胞核，整個(gè)生命世界可以區(qū)分依據(jù)有無(wú)細(xì)胞核，整個(gè)生命世界可以區(qū)分為兩大類：為兩大類： 原核生物原核生物 真核生物真核生物 細(xì)細(xì) 菌菌 植植 物物 放線菌放線菌 動(dòng)動(dòng) 物物 藍(lán)藍(lán) 藻藻 真真 菌（霉菌、酵母菌（霉菌、酵母) ) 等等 原生動(dòng)物原生動(dòng)物 藻藻 類類2.1 原核細(xì)胞和真核細(xì)胞原核細(xì)胞和真核細(xì)胞16原核細(xì)胞原核細(xì)胞 細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)與動(dòng)、植物細(xì)胞不同，要

9、簡(jiǎn)單的細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)與動(dòng)、植物細(xì)胞不同，要簡(jiǎn)單的多。最主要的差別是細(xì)菌沒(méi)有細(xì)胞核結(jié)構(gòu)，多。最主要的差別是細(xì)菌沒(méi)有細(xì)胞核結(jié)構(gòu)，核核物質(zhì)物質(zhì)DNA還是有的，形成還是有的，形成類核區(qū)類核區(qū)(又稱擬核又稱擬核)，并且細(xì)菌細(xì)胞也沒(méi)有其他各種細(xì)胞器。并且細(xì)菌細(xì)胞也沒(méi)有其他各種細(xì)胞器。17真核細(xì)胞真核細(xì)胞18細(xì)胞大小細(xì)胞大小較小較小 (1-10m)較大較大 (10-100m)染色體染色體一條一條DNA，不與，不與蛋白質(zhì)聯(lián)結(jié)蛋白質(zhì)聯(lián)結(jié)幾條染色體，與幾條染色體，與蛋白聯(lián)結(jié)在一起蛋白聯(lián)結(jié)在一起細(xì)胞核細(xì)胞核無(wú)核膜和核仁無(wú)核膜和核仁有核膜和核仁有核膜和核仁細(xì)胞器細(xì)胞器無(wú)無(wú)有有內(nèi)膜系統(tǒng)內(nèi)膜系統(tǒng)簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單復(fù)雜復(fù)雜微梁系統(tǒng)微梁

10、系統(tǒng)無(wú)無(wú)微管和微絲微管和微絲細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂二分體二分體 出芽分裂出芽分裂有絲分裂有絲分裂轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯 同一時(shí)間和地點(diǎn)同一時(shí)間和地點(diǎn)不同時(shí)間和地點(diǎn)不同時(shí)間和地點(diǎn)原核細(xì)胞和真核細(xì)胞比較原核細(xì)胞和真核細(xì)胞比較19 細(xì)胞膜和生物膜：細(xì)胞膜和生物膜：磷脂和鞘脂分子具磷脂和鞘脂分子具有一個(gè)共同的特有一個(gè)共同的特征征一個(gè)極性的一個(gè)極性的頭，兩個(gè)非極性的頭，兩個(gè)非極性的尾巴。尾巴。在水環(huán)境中，在水環(huán)境中，這類分子會(huì)自發(fā)形這類分子會(huì)自發(fā)形成成脂雙層微囊。脂雙層微囊。2.2 動(dòng)物細(xì)胞的典型結(jié)構(gòu)動(dòng)物細(xì)胞的典型結(jié)構(gòu)20流動(dòng)鑲嵌學(xué)說(shuō)流動(dòng)鑲嵌學(xué)說(shuō) 膜結(jié)構(gòu)：膜結(jié)構(gòu)：細(xì)胞膜的框細(xì)胞膜的框架是脂雙層，蛋白質(zhì)架是脂雙層

11、，蛋白質(zhì)“鑲嵌鑲嵌”其中其中 這樣的膜結(jié)構(gòu)不但用這樣的膜結(jié)構(gòu)不但用以組成細(xì)胞膜，還用以組成細(xì)胞膜，還用以分割形成各種細(xì)胞以分割形成各種細(xì)胞器，統(tǒng)稱器，統(tǒng)稱生物膜生物膜 特點(diǎn)：特點(diǎn)：有序性、流動(dòng)有序性、流動(dòng)性和不對(duì)稱性性和不對(duì)稱性21細(xì)胞核細(xì)胞核 由兩層生物膜圍成，遺傳信息貯藏在核由兩層生物膜圍成，遺傳信息貯藏在核內(nèi)，是內(nèi)，是 DNA 復(fù)制和復(fù)制和 RNA 合成場(chǎng)所。合成場(chǎng)所。22 核糖體是合成蛋白質(zhì)的細(xì)胞器，主要成分是蛋核糖體是合成蛋白質(zhì)的細(xì)胞器，主要成分是蛋白與白與 RNA，其唯一的功能是按照，其唯一的功能是按照mRNA的指令的指令用氨基酸合成多肽鏈。用氨基酸合成多肽鏈。23線粒體線粒體 由

12、雙層生物膜圍成，是生物氧化、產(chǎn)生由雙層生物膜圍成，是生物氧化、產(chǎn)生能量的場(chǎng)所。能量的場(chǎng)所。2009年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 美國(guó)的美國(guó)的Venkatraman Ramakrishnan、Thomas A. Steitz及以色列的及以色列的Ada E. Yonath 獲獎(jiǎng)成果：獲獎(jiǎng)成果：原子水平上研究核糖體的結(jié)構(gòu)和功能原子水平上研究核糖體的結(jié)構(gòu)和功能2425線粒體主要功能線粒體主要功能 線粒體進(jìn)行氧化磷酸化，產(chǎn)生線粒體進(jìn)行氧化磷酸化，產(chǎn)生ATP，是細(xì)是細(xì)胞的胞的“動(dòng)力工廠動(dòng)力工廠”。26內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 由單層生物膜圍成。是蛋白質(zhì)合成、修由單層生物膜圍成。是蛋白質(zhì)合成、修飾和分泌；脂類合成的場(chǎng)所

13、。飾和分泌；脂類合成的場(chǎng)所。27高爾基體高爾基體 由單層生物膜圍成，與蛋白質(zhì)修飾和分由單層生物膜圍成，與蛋白質(zhì)修飾和分泌有關(guān)。泌有關(guān)。 28溶酶體溶酶體 由單層生物膜圍成，是生物大分子分解由單層生物膜圍成，是生物大分子分解的場(chǎng)所。的場(chǎng)所。29細(xì)胞骨架細(xì)胞骨架 由蛋白質(zhì)亞基組裝成，和細(xì)胞形狀、遷由蛋白質(zhì)亞基組裝成，和細(xì)胞形狀、遷移、信息傳導(dǎo)等有關(guān)。移、信息傳導(dǎo)等有關(guān)。30微絲微絲微管微管中間纖維中間纖維312.3 植物細(xì)胞的典型結(jié)構(gòu)植物細(xì)胞的典型結(jié)構(gòu)液泡液泡細(xì)胞核細(xì)胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)微管微管質(zhì)膜質(zhì)膜細(xì)胞壁細(xì)胞壁線粒體線粒體葉綠體葉綠體微絲微絲高爾基體高爾基體32動(dòng)、植物細(xì)胞的區(qū)別動(dòng)、植物細(xì)胞的區(qū)別

14、植物細(xì)胞植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞有細(xì)胞壁有細(xì)胞壁沒(méi)有細(xì)胞壁沒(méi)有細(xì)胞壁有葉綠體有葉綠體沒(méi)有葉綠體沒(méi)有葉綠體有中央液泡有中央液泡沒(méi)有中央液泡沒(méi)有中央液泡33液泡液泡 液泡的滲透壓較液泡的滲透壓較高，使植物處于高，使植物處于吸漲飽滿狀態(tài)吸漲飽滿狀態(tài) 一些代謝廢物也一些代謝廢物也常以結(jié)晶態(tài)濃集常以結(jié)晶態(tài)濃集其中其中34細(xì)胞壁細(xì)胞壁 機(jī)械支撐、機(jī)械支撐、 生長(zhǎng)、分化、生長(zhǎng)、分化、 細(xì)胞識(shí)別和抗細(xì)胞識(shí)別和抗病等作用病等作用35木質(zhì)纖維素的組成和結(jié)構(gòu)木質(zhì)纖維素的組成和結(jié)構(gòu)酚類酚類15-25%6C糖均聚物糖均聚物38-50%5C、6C糖聚合物糖聚合物23-32%36葉綠體葉綠體能量轉(zhuǎn)換器能量轉(zhuǎn)換器 葉綠體是植

15、物光合作用的場(chǎng)所，有兩層葉綠體是植物光合作用的場(chǎng)所，有兩層膜，含有環(huán)狀的膜，含有環(huán)狀的DNA和核糖體。和核糖體。372.4 細(xì)胞成分與結(jié)構(gòu)的分離細(xì)胞成分與結(jié)構(gòu)的分離 用細(xì)胞破碎技術(shù)和用細(xì)胞破碎技術(shù)和超離心技術(shù)對(duì)細(xì)胞超離心技術(shù)對(duì)細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分進(jìn)行分離和進(jìn)一步進(jìn)行分離和進(jìn)一步的生物化學(xué)分析是的生物化學(xué)分析是探索細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功探索細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能相互關(guān)系的重要能相互關(guān)系的重要途徑。途徑。38第三節(jié)第三節(jié) 細(xì)胞分裂和細(xì)胞周期細(xì)胞分裂和細(xì)胞周期 3.1 細(xì)胞為什么分裂？細(xì)胞為什么分裂？ 細(xì)胞表面與新陳代謝密切相關(guān)。例如：細(xì)胞表面與新陳代謝密切相關(guān)。例如： 老鼠重老鼠重 25 克，大象重

16、克，大象重 4 噸；表面積噸；表面積/體積，老鼠體積，老鼠是大象的是大象的 24 倍；倍；老鼠的代謝速率大于大象老鼠的代謝速率大于大象39細(xì)胞分裂是為了維持細(xì)胞的代謝細(xì)胞分裂是為了維持細(xì)胞的代謝 隨著細(xì)胞生長(zhǎng)，細(xì)胞體積增大，而細(xì)胞隨著細(xì)胞生長(zhǎng)，細(xì)胞體積增大，而細(xì)胞表面積表面積和和體體積積之比卻在變小，細(xì)胞代謝速率下降。之比卻在變小，細(xì)胞代謝速率下降。 細(xì)胞分裂是細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中保持足夠表面積，維持細(xì)胞分裂是細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中保持足夠表面積，維持一定的生長(zhǎng)速率的重要措施。一定的生長(zhǎng)速率的重要措施。403.2 原核生物的細(xì)胞分裂原核生物的細(xì)胞分裂 二分分裂二分分裂41 細(xì)胞從前一次細(xì)胞從前一次分裂開(kāi)始到

17、后分裂開(kāi)始到后一次分裂開(kāi)始，一次分裂開(kāi)始，這段時(shí)間稱為這段時(shí)間稱為一個(gè)一個(gè)細(xì)胞周期。細(xì)胞周期。包括包括分裂間期分裂間期（G1期、期、S期期和和G2期）期）和分和分裂期裂期（M期）期）3.3 真核細(xì)胞的有絲分裂真核細(xì)胞的有絲分裂42有絲分裂過(guò)程有絲分裂過(guò)程 前期：染色質(zhì)形成光鏡下可見(jiàn)的染色體前期：染色質(zhì)形成光鏡下可見(jiàn)的染色體43有絲分裂過(guò)程有絲分裂過(guò)程 中期：核膜消失，染色體排列在赤道板上中期：核膜消失，染色體排列在赤道板上 后期：姊妹染色單體分開(kāi)，被分別拉向細(xì)胞兩側(cè)后期：姊妹染色單體分開(kāi)，被分別拉向細(xì)胞兩側(cè) 末期：重新形成核膜，染色體消失末期：重新形成核膜，染色體消失 細(xì)胞質(zhì)分裂：胞質(zhì)形成間隔

18、，最終分為兩個(gè)細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)分裂：胞質(zhì)形成間隔，最終分為兩個(gè)細(xì)胞20012001年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 美國(guó)美國(guó)Leland H Hartwell (1939) 、英國(guó)、英國(guó)Sir Paul M Nurse(1943) 和和R Timothy (Tim) Hunt(1949)。 細(xì)胞分裂的關(guān)鍵性調(diào)節(jié)機(jī)制細(xì)胞分裂的關(guān)鍵性調(diào)節(jié)機(jī)制44細(xì)胞周期調(diào)控細(xì)胞周期調(diào)控 啟動(dòng)器啟動(dòng)器start基因；檢基因；檢驗(yàn)點(diǎn)驗(yàn)點(diǎn)checkpoint CDK（細(xì)胞周期蛋細(xì)胞周期蛋白依賴激酶白依賴激酶cyclin dependent kinase） 細(xì)胞周期蛋白（細(xì)胞周期蛋白（cyclins）調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)CDK

19、功能的蛋白質(zhì)功能的蛋白質(zhì) 對(duì)癌癥的研究有很大對(duì)癌癥的研究有很大的幫助的幫助4546染色質(zhì)和染色體染色質(zhì)和染色體 處于分裂間期的細(xì)胞，細(xì)胞核內(nèi)的處于分裂間期的細(xì)胞，細(xì)胞核內(nèi)的 DNA 分子，在一些蛋白質(zhì)的幫助下，有一定分子，在一些蛋白質(zhì)的幫助下，有一定程度的盤繞，形成程度的盤繞，形成核小體核小體。多個(gè)核小體。多個(gè)核小體串在一起形成串在一起形成染色質(zhì)染色質(zhì)。 當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入M期時(shí)，染色質(zhì)折疊包裝，期時(shí)，染色質(zhì)折疊包裝，大約壓縮大約壓縮8400倍，形成光鏡下可以看到倍，形成光鏡下可以看到的的染色體染色體。47染色質(zhì)和染色體染色質(zhì)和染色體48染色體數(shù)目是不同物種細(xì)胞的特染色體數(shù)目是不同物種細(xì)胞的

20、特征之一征之一物種物種染色體數(shù)目染色體數(shù)目物種物種染色體數(shù)目染色體數(shù)目人人46豌豆豌豆14小鼠小鼠40玉米玉米20爪蟾爪蟾36小麥小麥42果蠅果蠅8酵母酵母32493.4 真核細(xì)胞的減數(shù)分裂真核細(xì)胞的減數(shù)分裂 減數(shù)分裂發(fā)生在產(chǎn)減數(shù)分裂發(fā)生在產(chǎn)生生殖細(xì)胞的過(guò)程生生殖細(xì)胞的過(guò)程中。生殖細(xì)胞包括中。生殖細(xì)胞包括精子和卵細(xì)胞，遺精子和卵細(xì)胞，遺傳物質(zhì)總量?jī)H為體傳物質(zhì)總量?jī)H為體細(xì)胞的一半，稱為細(xì)胞的一半，稱為 n細(xì)胞。細(xì)胞。50減數(shù)分裂的特點(diǎn)減數(shù)分裂的特點(diǎn) 子細(xì)胞子細(xì)胞染色體數(shù)目減半染色體數(shù)目減半 子細(xì)胞子細(xì)胞基因組合基因組合大為豐富和多樣化大為豐富和多樣化 有性生殖的后代具有更強(qiáng)的適應(yīng)性有性生殖的后代

21、具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和和進(jìn)化潛能進(jìn)化潛能。51同源染色體的不同組合導(dǎo)致配同源染色體的不同組合導(dǎo)致配子種型大增子種型大增 在第一次減數(shù)分裂在第一次減數(shù)分裂時(shí)，每對(duì)同源染色時(shí)，每對(duì)同源染色體分別分配至兩個(gè)體分別分配至兩個(gè)子細(xì)胞。于是父源子細(xì)胞。于是父源的和母源的的和母源的同源染同源染色體色體以不同組合，以不同組合，分配到兩個(gè)子細(xì)胞分配到兩個(gè)子細(xì)胞中。中。52 在第一次減數(shù)分裂中的同源染色體配對(duì)，在第一次減數(shù)分裂中的同源染色體配對(duì)，導(dǎo)致同源染色體之間的導(dǎo)致同源染色體之間的染色體交叉和基染色體交叉和基因重組。因重組。染色體交叉和基因重組使基因染色體交叉和基因重組使基因組合狀況更為復(fù)雜化組合狀況更為復(fù)雜化5

22、3染染色色體體交交叉叉的的電電鏡鏡圖圖54第四節(jié)第四節(jié) 細(xì)胞的分化、衰老與死亡細(xì)胞的分化、衰老與死亡 4.1 細(xì)胞分化細(xì)胞分化：發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞后代在形發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞后代在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生差異的過(guò)程。態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生差異的過(guò)程。 成年人全身細(xì)胞總數(shù)約成年人全身細(xì)胞總數(shù)約 1014個(gè)。細(xì)胞種類個(gè)。細(xì)胞種類有有200多種。這么多種類細(xì)胞均來(lái)自多種。這么多種類細(xì)胞均來(lái)自一個(gè)一個(gè)受精卵細(xì)胞受精卵細(xì)胞。 分化以后不同種類的細(xì)胞，形態(tài)、功能、分化以后不同種類的細(xì)胞，形態(tài)、功能、基因表達(dá)和代謝活動(dòng)均不相同?；虮磉_(dá)和代謝活動(dòng)均不相同。 細(xì)胞分化不但發(fā)生在胚胎階段和發(fā)育過(guò)程細(xì)胞分化不但發(fā)生在胚胎階段和

23、發(fā)育過(guò)程中，亦發(fā)生在中，亦發(fā)生在成人階段。成人階段。55上皮上皮細(xì)胞細(xì)胞脂肪脂肪細(xì)胞細(xì)胞平滑肌平滑肌細(xì)胞細(xì)胞心肌心肌細(xì)胞細(xì)胞神經(jīng)元神經(jīng)元細(xì)胞細(xì)胞56細(xì)胞的發(fā)育潛能細(xì)胞的發(fā)育潛能 由一個(gè)細(xì)胞可能分化發(fā)育出多少種細(xì)胞？這由一個(gè)細(xì)胞可能分化發(fā)育出多少種細(xì)胞？這就是細(xì)胞的就是細(xì)胞的發(fā)育潛能。發(fā)育潛能。 全能性細(xì)胞全能性細(xì)胞：具有能使后代細(xì)胞形成完整個(gè)：具有能使后代細(xì)胞形成完整個(gè)體的潛能的細(xì)胞。例如：受精卵體的潛能的細(xì)胞。例如：受精卵 多能性細(xì)胞多能性細(xì)胞：具有分化出多種組織或細(xì)胞：具有分化出多種組織或細(xì)胞（但是不能形成完整個(gè)體）的潛能的細(xì)胞稱（但是不能形成完整個(gè)體）的潛能的細(xì)胞稱多能性。例如：生血多能

24、干細(xì)胞多能性。例如：生血多能干細(xì)胞 單能性細(xì)胞單能性細(xì)胞：只能分化成一種細(xì)胞的干細(xì)胞。：只能分化成一種細(xì)胞的干細(xì)胞。例如：?jiǎn)文苌杉?xì)胞例如：?jiǎn)文苌杉?xì)胞57多種血細(xì)胞都由生血干細(xì)胞分化而來(lái)多種血細(xì)胞都由生血干細(xì)胞分化而來(lái)58神神經(jīng)經(jīng)干干細(xì)細(xì)胞胞分分化化過(guò)過(guò)程程59什么是克??？什么是克隆？ 克隆是指克隆是指一個(gè)無(wú)一個(gè)無(wú)性繁性繁殖系殖系或利用不同方法或利用不同方法產(chǎn)生無(wú)性繁殖系所進(jìn)產(chǎn)生無(wú)性繁殖系所進(jìn)行的工作。行的工作。 克隆根據(jù)其研究或操克隆根據(jù)其研究或操作的對(duì)象的層次分為：作的對(duì)象的層次分為：基因克隆基因克隆細(xì)胞克隆細(xì)胞克隆個(gè)體克隆個(gè)體克隆60動(dòng)物克隆比微生物和植物克隆動(dòng)物克隆比微生物和植物

25、克隆困難百倍困難百倍 單細(xì)胞真核生物單細(xì)胞真核生物細(xì)菌、放線菌、酵母細(xì)菌、放線菌、酵母菌、藻類和霉菌等繁殖的唯一方式或主要菌、藻類和霉菌等繁殖的唯一方式或主要方式。方式。 植物克隆植物克隆“無(wú)心插柳柳成蔭無(wú)心插柳柳成蔭”容易容易 植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞的全能性 動(dòng)物克隆動(dòng)物克隆難上難。為什么？難上難。為什么？細(xì)胞分化程度更高，細(xì)胞全能性的喪失細(xì)胞分化程度更高，細(xì)胞全能性的喪失61動(dòng)物克隆的早期探索動(dòng)物克隆的早期探索 1950s，爪蟾：腸上皮細(xì)胞核仍保持全能性，爪蟾：腸上皮細(xì)胞核仍保持全能性62Dolly的身世的身世 芬蘭多塞特母綿羊（供體）芬蘭多塞特母綿羊（供體）提供了全套遺傳信息，即提供了

26、全套遺傳信息，即提供了細(xì)胞核提供了細(xì)胞核 一只蘇格蘭黑面母綿羊一只蘇格蘭黑面母綿羊（受體）提供無(wú)細(xì)胞核的（受體）提供無(wú)細(xì)胞核的卵細(xì)胞卵細(xì)胞 另一只蘇格蘭黑面母綿羊另一只蘇格蘭黑面母綿羊提供羊胚胎的發(fā)育環(huán)境，提供羊胚胎的發(fā)育環(huán)境，是是“多莉多莉”羊的羊的“生生”母。母。63Dolly克隆克隆過(guò)程過(guò)程64Dolly 克隆的重要意義克隆的重要意義 理論意義：證實(shí)理論意義：證實(shí)分化成熟的動(dòng)物細(xì)胞核仍具分化成熟的動(dòng)物細(xì)胞核仍具全能性全能性，細(xì)胞質(zhì)對(duì)胚胎發(fā)育分化的決定性。，細(xì)胞質(zhì)對(duì)胚胎發(fā)育分化的決定性。 實(shí)踐意義：實(shí)踐意義： 畜牧業(yè)育種：復(fù)制出的數(shù)量巨大的優(yōu)良個(gè)體。畜牧業(yè)育種：復(fù)制出的數(shù)量巨大的優(yōu)良個(gè)體。

27、 生物醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)：提供基因工程產(chǎn)品，如人乳鐵蛋白、：提供基因工程產(chǎn)品，如人乳鐵蛋白、抗凝血酶等醫(yī)用蛋白質(zhì)；提供移植器官?？鼓傅柔t(yī)用蛋白質(zhì)；提供移植器官。 建立穩(wěn)定的動(dòng)物模型建立穩(wěn)定的動(dòng)物模型 延緩珍稀瀕危動(dòng)物的滅絕延緩珍稀瀕危動(dòng)物的滅絕 65克隆人可以嗎？克隆人可以嗎？ 社會(huì)上最初反應(yīng)：共社會(huì)上最初反應(yīng)：共識(shí)識(shí)禁止克隆人實(shí)驗(yàn)。禁止克隆人實(shí)驗(yàn)。 但是，但是，經(jīng)過(guò)兩年后，經(jīng)過(guò)兩年后，克隆人克隆人 實(shí)驗(yàn)的呼聲漸實(shí)驗(yàn)的呼聲漸高。高。 芝加哥芝加哥理查德理查德. .錫德錫德于于1998年年1月月宣布宣布: : 組成一個(gè)小組，做克組成一個(gè)小組，做克隆人實(shí)驗(yàn)。隆人實(shí)驗(yàn)。66如何看待如何看待“克隆人克隆

28、人”？ 科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展往科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展往往帶來(lái)負(fù)面效應(yīng)往帶來(lái)負(fù)面效應(yīng) 化學(xué)合成化學(xué)合成化學(xué)化學(xué)武器武器 病菌、病毒病菌、病毒 生物武器生物武器 原子能原子能原子彈原子彈 新科學(xué)技術(shù)對(duì)倫理新科學(xué)技術(shù)對(duì)倫理道德觀念的沖擊，道德觀念的沖擊，會(huì)逐漸得到解決。會(huì)逐漸得到解決。 關(guān)鍵是：關(guān)鍵是：呼吁科學(xué)呼吁科學(xué)民主，協(xié)商決策的民主，協(xié)商決策的社會(huì)機(jī)制；呼吁善社會(huì)機(jī)制；呼吁善于思考，富有社會(huì)于思考，富有社會(huì)責(zé)任心的人。責(zé)任心的人。674.2 細(xì)胞的衰老細(xì)胞的衰老 衰老是人們永恒的衰老是人們永恒的議題，至今仍是一議題，至今仍是一個(gè)迷。個(gè)迷。 早衰癥是人體衰老早衰癥是人體衰老中的一種病癥。中的一種病癥。68人體

29、衰老時(shí)，身體各部分功能人體衰老時(shí)，身體各部分功能都發(fā)生衰老都發(fā)生衰老 一名男子從一名男子從 36 歲到歲到 75 歲歲 味覺(jué)喪失味覺(jué)喪失 64 腎小球減少腎小球減少 44 腎小球過(guò)濾率減少腎小球過(guò)濾率減少 31 脊神經(jīng)元減少脊神經(jīng)元減少 37 神經(jīng)傳導(dǎo)速度減慢神經(jīng)傳導(dǎo)速度減慢 10 腦供血量減少腦供血量減少 20 肺活量減少肺活量減少 4469衰老的機(jī)理衰老的機(jī)理自由基假說(shuō)自由基假說(shuō) 帶有不成對(duì)電子的基團(tuán)稱為帶有不成對(duì)電子的基團(tuán)稱為自由基自由基，反應(yīng)，反應(yīng)特別活潑。特別活潑。 常見(jiàn)自由基包括：常見(jiàn)自由基包括： O2-，NO ， OH 細(xì)胞色素細(xì)胞色素C-Fe3+ + O2- O2 + 細(xì)胞色素

30、細(xì)胞色素 C-Fe2+ 生物氧化中產(chǎn)生的自由基會(huì)破壞生物大分生物氧化中產(chǎn)生的自由基會(huì)破壞生物大分子，使得子，使得細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，基因突變，導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，基因突變，導(dǎo)致細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老。2009年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) Elizabeth H. Blackburn，美國(guó)加州大學(xué)舊金山分，美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校；校；Carol W. Greider，美國(guó)約翰，美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院和醫(yī)學(xué)院和Jack W. Szostak，哈佛醫(yī)學(xué)院，哈佛醫(yī)學(xué)院 獲獎(jiǎng)成果：獲獎(jiǎng)成果：端粒和端粒酶端粒和端粒酶7071 體外培養(yǎng)成纖維細(xì)胞體外培養(yǎng)成纖維細(xì)胞 來(lái)自胎兒來(lái)自胎兒 可傳代

31、可傳代 50 50 次次 來(lái)自成人來(lái)自成人 可傳代可傳代 20 20 次次 來(lái)自小鼠來(lái)自小鼠 可傳代可傳代 141428 28 次次 來(lái)自烏龜來(lái)自烏龜 可傳代可傳代 9090125125 次次細(xì)胞有著明顯的衰老過(guò)程細(xì)胞有著明顯的衰老過(guò)程與供體年與供體年齡有關(guān)齡有關(guān)與供體物與供體物種有關(guān)種有關(guān)7272端粒長(zhǎng)短與細(xì)胞生命歷程密切相關(guān)端粒長(zhǎng)短與細(xì)胞生命歷程密切相關(guān)細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂染色體染色體端粒端粒端粒端粒細(xì)胞將停止分裂而趨于老化細(xì)胞將停止分裂而趨于老化55端粒維持端粒維持染色體染色體DNA端粒端粒端粒端粒細(xì)胞永生化細(xì)胞永生化端粒酶是細(xì)胞轉(zhuǎn)化的原因端粒酶是細(xì)胞轉(zhuǎn)化的原因744.3 細(xì)

32、胞凋亡細(xì)胞凋亡 細(xì)胞死亡分為兩種細(xì)胞死亡分為兩種： （1）因環(huán)境因素突變或病原物入侵而死）因環(huán)境因素突變或病原物入侵而死亡，稱為病理死亡，或亡，稱為病理死亡，或細(xì)胞壞死細(xì)胞壞死。 （2）因個(gè)體正常生命活動(dòng)的需要，一部）因個(gè)體正常生命活動(dòng)的需要，一部分細(xì)胞必定在一定階段死去，稱分細(xì)胞必定在一定階段死去，稱細(xì)胞凋細(xì)胞凋亡亡。75細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死有明顯區(qū)別細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死有明顯區(qū)別細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死細(xì)胞壞死細(xì)胞變圓細(xì)胞變圓, ,與周圍細(xì)與周圍細(xì)胞脫開(kāi)胞脫開(kāi)細(xì)胞外形不規(guī)則變化細(xì)胞外形不規(guī)則變化核染色質(zhì)凝聚核染色質(zhì)凝聚溶酶體破壞溶酶體破壞細(xì)胞膜內(nèi)陷細(xì)胞膜內(nèi)陷細(xì)胞膜破裂細(xì)胞膜破裂細(xì)胞分為一個(gè)個(gè)小

33、體細(xì)胞分為一個(gè)個(gè)小體胞漿外溢胞漿外溢被周圍細(xì)胞吞噬被周圍細(xì)胞吞噬引起周圍炎癥反應(yīng)引起周圍炎癥反應(yīng)76細(xì)胞凋亡是普遍存在的細(xì)胞凋亡是普遍存在的 變態(tài)：變態(tài)：蝌蚪蝌蚪 青蛙青蛙 昆蟲，卵昆蟲，卵 幼蟲幼蟲 成蟲成蟲 哺乳類哺乳類: 皮膚，指（趾）甲皮膚，指（趾）甲 紅細(xì)胞：紅細(xì)胞： 分化成熟分化成熟 失去細(xì)胞核失去細(xì)胞核 凋亡凋亡 淋巴細(xì)胞：淋巴細(xì)胞：95% 以上在成熟之前死去，不到以上在成熟之前死去，不到 5% 成熟后只存活一至幾天成熟后只存活一至幾天 T-細(xì)胞殺傷靶細(xì)胞的機(jī)制之一，細(xì)胞殺傷靶細(xì)胞的機(jī)制之一，就是誘使靶就是誘使靶細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡 癌細(xì)胞亦可看作是凋亡失控了的細(xì)胞。癌細(xì)胞亦可看作是

34、凋亡失控了的細(xì)胞。77秀麗隱桿線蟲秀麗隱桿線蟲細(xì)胞凋亡研細(xì)胞凋亡研究的理想材料究的理想材料 每條線蟲具有每條線蟲具有10311031個(gè)細(xì)胞，其中個(gè)細(xì)胞，其中131131個(gè)細(xì)個(gè)細(xì)胞在發(fā)育過(guò)程中凋亡。胞在發(fā)育過(guò)程中凋亡。78細(xì)胞凋亡受基因控制細(xì)胞凋亡受基因控制 與細(xì)胞凋亡有關(guān)的基因與細(xì)胞凋亡有關(guān)的基因 （1）ced-3、ced-4：如果：如果基因基因突變或缺突變或缺失，使凋亡受阻失，使凋亡受阻誘發(fā)、啟動(dòng)凋亡誘發(fā)、啟動(dòng)凋亡 （2）ced-9：移入使凋亡受阻，失去使細(xì)移入使凋亡受阻，失去使細(xì)胞凋亡胞凋亡抑制凋亡抑制凋亡“人造細(xì)胞人造細(xì)胞” Science, “Synthetic Genome Brin

35、gs New Life to Bacterium”, E. Pennisi, 2010, 328, 958-959 J. Craig.Venter，蕈狀支原體蕈狀支原體 1. 合成合成 ：用計(jì)算機(jī)精確計(jì)算需要合成：用計(jì)算機(jī)精確計(jì)算需要合成DNA分子序列分子序列，并用化學(xué)方法合成了一千多個(gè)約，并用化學(xué)方法合成了一千多個(gè)約1kb的的DNA片段，片段，作為這次組裝的基本材料。作為這次組裝的基本材料。 2. 組裝：巧妙地借助啤酒酵母和大腸桿菌的幫助，把組裝：巧妙地借助啤酒酵母和大腸桿菌的幫助，把1Kb的的DNA分子有序準(zhǔn)確的連成超過(guò)分子有序準(zhǔn)確的連成超過(guò)1000kb的片段。的片段。 3. 移植：把這個(gè)合成基因組移植到不含限制性酶切