普通生物學(xué)課件細胞的分裂與分化2

普通生物學(xué)課件細胞的分裂與分化演示文稿當(dāng)前1頁，總共89頁。普通生物學(xué)課件細胞的分裂與分化當(dāng)前2頁，總共89頁。一.細胞有絲分裂和細胞周期二.配子的形成和減數(shù)分裂三.個體發(fā)育中的細胞

當(dāng)前3頁，總共89頁。一、細胞的有絲分裂與細胞周期

細胞分裂的意義

生命活動的重要特征之一

單細胞增殖導(dǎo)致生物個體數(shù)增加

多細胞生物的繁殖基礎(chǔ)

取代衰老和死亡的細胞

創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理修復(fù)當(dāng)前4頁，總共89頁。1.細胞分裂的作用細胞分裂首先涉及到細胞內(nèi)遺傳物質(zhì)——DNA的復(fù)制，再均等分為兩份。

原核生物：DNA的復(fù)制和分離染色質(zhì)質(zhì)膜細胞壁染色質(zhì)復(fù)制細胞伸長中間凹陷分裂成兩個細胞真核生物：染色體復(fù)制、有絲分裂、減數(shù)分裂、細胞周期控制等當(dāng)前5頁，總共89頁。2.染色體的結(jié)構(gòu)支架蛋白

核小體組蛋白八聚體H1組蛋白DNA雙螺旋染色質(zhì)絲染色體細胞核當(dāng)前6頁，總共89頁。同源染色體姐妹染色單體著絲粒同源染色體：

一條來自父系，一條來自母系姐妹染色單體：

DNA復(fù)制后形成縱向并列的兩條染色單體通過著絲粒相連。細胞經(jīng)過有絲分裂，一對姐妹染色單體分開，各自分配到兩個子細胞中。當(dāng)前7頁，總共89頁。染色體復(fù)制染色單體分開姐妹染色單體：

DNA復(fù)制后形成縱向并列的兩條染色單體通過著絲粒相連。細胞經(jīng)過有絲分裂，一對姐妹染色單體分開，各自分配到兩個子細胞中。當(dāng)前8頁，總共89頁。3.細胞周期與細胞分裂

3.1概念細胞從前一次分裂開始到后一次分裂開始，這段時間稱為一個細胞周期。期間細胞遺傳物質(zhì)和其它內(nèi)含物分配給子細胞。

真核細胞周期：

真核“細胞周期”也稱“細胞分裂周期”，是指一個細胞經(jīng)生長、分裂而增殖成子細胞所經(jīng)歷的全過程，通?？煞譃槿舾呻A段，即G1期、S期、G2期和M期。當(dāng)前9頁，總共89頁。通常細胞周期可以區(qū)分為：

G1期——

S期——DNA合成期

G2期——

分裂期

(M期)——

在這個階段可以在顯微鏡下看到細胞分裂過程。

間期當(dāng)前10頁，總共89頁。3.2細胞周期不同時期的主要特征：G1期：與DNA合成啟動相關(guān)，開始合成細胞生長所需要的多種蛋白質(zhì)、RNA、碳水化合物、脂等，同時染色質(zhì)去凝縮。

S期：DNA復(fù)制

G2期：DNA復(fù)制完成，在G2期合成一定數(shù)量的蛋白質(zhì)和RNA分子。M期：細胞分裂期

有絲分裂——細胞核及染色體分裂

胞質(zhì)分裂——細胞質(zhì)分裂當(dāng)前11頁，總共89頁。3.3有絲分裂

前期①染色質(zhì)凝縮;②分裂極確立與紡錘體開始形成;③核仁解體;④核膜消失。

光學(xué)顯微鏡下可以分辨的染色體，每條染色體包含2個染色單體。當(dāng)前12頁，總共89頁。

有絲分裂前期染色體變化當(dāng)前13頁，總共89頁。紡錘體前期兩個中心粒向兩極移動當(dāng)前14頁，總共89頁。

中期（前中期、中期）

紡錘體微管與中心粒結(jié)合當(dāng)前15頁，總共89頁。中期細胞變?yōu)榍蛐?，染色體排列于赤道板當(dāng)前16頁，總共89頁。從紡錘體兩極發(fā)出的微管附著于每一個染色體的著絲點上當(dāng)前17頁，總共89頁。

后期

姊妹染色體移向兩極，與此同時，細胞被拉長，并由于赤道部細胞膜下方環(huán)行微絲束的活動，該部縮窄，細胞遂呈啞鈴形。（隨機取向）當(dāng)前18頁，總共89頁。細胞分裂后期當(dāng)前19頁，總共89頁。

末期

染色單體到達兩極并去凝縮，重新出現(xiàn)染色質(zhì)絲和核仁；核膜重組裝高爾基體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成當(dāng)前20頁，總共89頁。4.胞質(zhì)分裂

有絲分裂后期赤道板形成分裂溝微絲構(gòu)成收縮環(huán)4.1動物細胞的胞質(zhì)分裂當(dāng)前21頁，總共89頁。4.2植物細胞的胞質(zhì)分裂細胞內(nèi)形成新的細胞膜和細胞壁而將細胞分開當(dāng)前22頁，總共89頁。分裂間期前期中期有絲分裂當(dāng)前23頁，總共89頁。中期后期末期有絲分裂后期當(dāng)前24頁，總共89頁。2.5

有絲分裂的特點間期：每條染色體復(fù)制成兩條相同的染色單體，在分裂時有規(guī)律地分配到兩個子細胞核中。由一個親代細胞產(chǎn)生的兩個子細胞各具有與親代細胞在數(shù)目和形態(tài)上完全相同的染色體。母細胞與子細胞攜帶的遺傳信息相同。當(dāng)前25頁，總共89頁。2.6細胞周期的調(diào)控機制增殖角度：周期性細胞；G0期細胞；終端分化細胞細胞周期檢驗點：

分別位于：G1期，G2期和M期

檢驗點受引導(dǎo)細胞周期運行的

引擎分子周期蛋白和周期蛋白依賴性激酶（Cdk）的影響當(dāng)前26頁，總共89頁。細胞周期的控制過程：當(dāng)正常細胞經(jīng)過G1或G2檢驗點時，Cdk便與不同的周期蛋白結(jié)合，激活了相應(yīng)的引擎分子，周期性細胞便可通過G1和G2檢驗點的檢查，進入下一時相，接著周期蛋白降解，Cdk作用暫停；到下一次新的周期蛋白合成后Cdk再次活化。但是，如果Cdk不能與周期蛋白正常結(jié)合，或者結(jié)合后二聚體的活性被抑制，周期細胞便不能通過檢驗點，細胞成為G0期

當(dāng)前27頁，總共89頁。完成了DNA復(fù)制后進入G2期，細胞首先開始逐漸積累M周期蛋白，該周期蛋白與Cdk結(jié)合形成有絲分裂促進因子（MPF）的二聚體。最初，MPF在其磷酸化之前沒有活性，當(dāng)極少量的MPF被磷酸化后，通過正反饋調(diào)節(jié)作用，即少量磷酸化的MPF反過來可以增強催化MPF磷酸化的酶活性，促進細胞內(nèi)被激活的MPF濃度急劇增加，導(dǎo)致細胞通過G2檢驗點的檢查，進入M期，有絲分裂過程開始啟動。當(dāng)前28頁，總共89頁。二、配子形成與減數(shù)分裂1概念和意義概念：細胞進行一次DNA復(fù)制，隨后進行兩次分裂，染色體數(shù)目減半的一種特殊的有絲分裂，生殖細胞具有的分裂方式。意義：生物進行有性生殖的基礎(chǔ)確保世代間遺傳的穩(wěn)定性增加變異機會，生物進化與多樣性的基礎(chǔ)當(dāng)前29頁，總共89頁。2減數(shù)分裂的兩個階段：

減數(shù)分裂Ⅰ：

前期：同源染色體進行聯(lián)會配對，形成四分體；

非姐妹染色單體間發(fā)生局部交換；

中期：四分體排列在赤道板上；

后期：同源染色體分開，向兩極移動；

末期：形成兩個子細胞，并轉(zhuǎn)向第二次分裂。減數(shù)分裂Ⅱ：與有絲分裂過程基本相同。當(dāng)前30頁，總共89頁。

同源染色體重組產(chǎn)生新的基因組合聯(lián)會：在減數(shù)分裂Ⅰ的前期，來自母本和來自父本的各一條相當(dāng)?shù)耐慈旧w兩兩配對，稱為聯(lián)會。由于每條染色體實際含有一對姐妹染色單體，因此每對同源染色體聯(lián)會后共有四條染色單體，稱四分體。聯(lián)會是負責(zé)染色體配對的結(jié)構(gòu)，它的形成使同源的非姐妹染色單體間形成交叉并有可能發(fā)生對等片段的交換，導(dǎo)致遺傳物質(zhì)的非隨機重組；造成自帶遺傳特性的變異。當(dāng)前31頁，總共89頁。

第一次減數(shù)分裂階段：DNA復(fù)制一次，細胞分裂一次

第二次減數(shù)分裂階段：DNA不復(fù)制，細胞再分裂一次減數(shù)分裂結(jié)果：

子細胞染色體數(shù)減半;

子細胞基因組合大為豐富；

當(dāng)前32頁，總共89頁。三．個體發(fā)育中的細胞1.細胞分化

2.細胞的衰老與死亡

3.干細胞

4.脫離正常軌道的細胞

當(dāng)前33頁，總共89頁。1.1細胞的分化

由同一種相同的細胞類型經(jīng)細胞分裂后逐漸在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能和蛋白質(zhì)合成等方面形成穩(wěn)定差異性，產(chǎn)生不同細胞類群的過程稱為細胞分化。細胞分化是動植物發(fā)育的基礎(chǔ)。細胞分化的本質(zhì)是基因組中基因的選擇性表達。人成體有200多種細胞當(dāng)前34頁，總共89頁。

細胞的形態(tài)與功能相適應(yīng)1.2細胞分化的特征1形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生差異當(dāng)前35頁，總共89頁。上皮細胞脂肪細胞平滑肌細胞心肌細胞細

胞

種

類當(dāng)前36頁，總共89頁。神經(jīng)元細胞

當(dāng)前37頁，總共89頁。1.2分化細胞的表型保持穩(wěn)定—分化狀態(tài)的穩(wěn)定性

動物細胞發(fā)生分化后，遺傳表型保持穩(wěn)定，而且不可逆人血細胞的分化T細胞B細胞嗜酸白細胞嗜鹼白細胞

中性白細胞巨噬細胞血小板

紅細胞當(dāng)前38頁，總共89頁。1.3細胞決定細胞從分化命運確定到出現(xiàn)特定形態(tài)的過程稱為細胞決定在發(fā)生形態(tài)差異之前的一定時間，細胞分化命運已經(jīng)確定果蠅成蟲盤當(dāng)前39頁，總共89頁。1.4去分化與轉(zhuǎn)分化某些條件下，分化細胞基因表達模式發(fā)生可逆變化，又回到未分化狀態(tài)，這一變化過程稱為去分化（脫分化）。例如：植物的愈傷組織細胞失去分化后，再分化成另一種細胞的現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)分化。例如：蠑螈肢體再生時，脫分化的肌細胞可生出軟骨。當(dāng)前40頁，總共89頁。1.5.細胞分化的發(fā)育潛能

細胞分化能力的強弱稱為發(fā)育潛能

1全能性

2多能性

3單能性當(dāng)前41頁，總共89頁。

全能性

受精卵能夠分化出各種細胞、組織，形成一個完整的個體，所以把受精卵的分化潛能稱為全能性。單個細胞經(jīng)分裂和分化后仍具有形成完整有機體的潛能或特性。

植物細胞具有全能性受精卵當(dāng)前42頁，總共89頁。

多能性具有分化出多種組織或細胞（但是不能形成完整個體）的潛能的細胞稱多能性細胞。

例如：人造血干細胞分化產(chǎn)生8種 類型血細胞當(dāng)前43頁，總共89頁。紅血球白血球血小板多種血細胞都由生血干細胞分化而來。當(dāng)前44頁，總共89頁。

單能性僅能使后代細胞分化成為一種細胞的特性稱為細胞單能性。

例如，單能生血干細胞當(dāng)前45頁，總共89頁。

對于植物來說，分化成熟的植物細胞體，仍保持全能性，仍有可能發(fā)育成完整植株。

對于動物來說，隨著分化的演進，細胞逐漸喪失其分化潛能。全能性多能性單能性分化成熟的體細胞

當(dāng)前46頁，總共89頁。從植物體細胞到一棵完整的植株植物體細胞具有全能性當(dāng)前47頁，總共89頁。

分化成熟的動物細胞已失去全能性。不可能發(fā)育成為完整的動物個體。原因何在？

陸續(xù)出現(xiàn)一些探索動物細胞全能性喪失原因的實驗。

當(dāng)前48頁，總共89頁。蛙皮膚細胞核移植發(fā)育成蝌蚪當(dāng)前49頁，總共89頁。爪蟾體細胞克隆：腸上皮細胞核仍保持全能性當(dāng)前50頁，總共89頁。Illmensee&Hoppe的克隆小鼠實驗（1981）細胞核受體細胞核供體收集受精卵去核融合甲品種小鼠乙品種小鼠收集囊胚期細胞團分散成單細胞取核融合當(dāng)前51頁，總共89頁。將核注入已去核的受精卵中在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)至細胞團植入假母子宮產(chǎn)出小鼠核移植小鼠（克隆小鼠）長成成鼠，呈核供體小鼠性狀當(dāng)前52頁，總共89頁。以上實驗得出的結(jié)論：

囊胚階段的細胞乃至成熟的體細胞，其細胞核仍具有全能性——可能發(fā)育成完整個體。

細胞核保持著全套基因組。

當(dāng)前53頁，總共89頁。

關(guān)鍵在于細胞質(zhì)。

細胞質(zhì)中有著決定細胞分化全能性的

物質(zhì)，稱為分化決定子。當(dāng)前54頁，總共89頁。1.6細胞質(zhì)決定子

卵和胚胎細胞中所含的蛋白質(zhì)和RNA性質(zhì)的細胞質(zhì)因子細胞質(zhì)因子通過細胞分裂被不均等地分配到子細胞不同性質(zhì)的決定子影響細胞向不同方向分化性細胞決定子——生殖細胞分化體細胞決定子——體細胞分化當(dāng)前55頁，總共89頁。2．細胞的衰老與死亡細胞增殖能力減弱的現(xiàn)象稱為細胞衰老，它與機體衰老有一定關(guān)系。細胞來源人胚肺成纖維細胞中年人成纖維細胞老年人成纖維細胞可增殖代數(shù)60-804030不同年齡來源的人成纖維細胞的增殖代數(shù)當(dāng)前56頁，總共89頁。2.1衰老細胞結(jié)構(gòu)變化細胞核隨分裂次數(shù)增加且增大，核膜呈現(xiàn)內(nèi)折，染色質(zhì)固縮化內(nèi)質(zhì)網(wǎng)彌散性分散于核周胞質(zhì)中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體減少，體積膨脹膜流動性降低，膜內(nèi)顆粒分布變化細胞骨架變化，信號傳遞系統(tǒng)變化當(dāng)前57頁，總共89頁。細胞壞死

機械損傷、毒物毒害質(zhì)膜、核膜破裂，胞質(zhì)溢出，周圍細胞炎癥

細胞凋亡

細胞程序性化死亡2．2細胞死亡當(dāng)前58頁，總共89頁。細胞凋亡（細胞程序化死亡）1.細胞凋亡的概念和生物學(xué)意義2.凋亡細胞的特征3.基因調(diào)控細胞凋亡4.細胞凋亡的信號途徑當(dāng)前59頁，總共89頁。１．細胞凋亡（apoptosis）的概念與生物學(xué)意義細胞凋亡是一個主動的、由基因決定的自動結(jié)束細胞生命的過程，此過程是受到嚴格遺傳機制決定的程序性死亡。

生物學(xué)意義個體發(fā)育模式的需要根據(jù)需要調(diào)節(jié)細胞數(shù)量保持成體器官的正常體積更新衰老耗損的細胞當(dāng)前60頁，總共89頁。蝌蚪尾巴的消失當(dāng)前61頁，總共89頁。發(fā)育中的神經(jīng)細胞當(dāng)前62頁，總共89頁。手和足的形成過程當(dāng)前63頁，總共89頁。壞死細胞凋亡細胞2．凋亡細胞的特征2.1細胞凋亡與壞死的區(qū)別當(dāng)前64頁，總共89頁。2.2細胞凋亡的形態(tài)學(xué)特征凋亡小體形成，被細胞吞噬而清除當(dāng)前65頁，總共89頁。

a正常T細胞雜交瘤細胞b凋亡細胞(掃描電鏡)c凋亡細胞(透射電鏡)凋亡細胞的電鏡圖像當(dāng)前66頁，總共89頁。細胞色素c誘導(dǎo)的凋亡細胞DNA電泳圖1．細胞色素c誘導(dǎo)0h2．細胞色素c誘導(dǎo)1h3．細胞色素c誘導(dǎo)2h4．細胞色素c誘導(dǎo)3h5．細胞色素c誘導(dǎo)4h6．陰性對照7．Marker

（自趙允、翟中和）2.3細胞凋亡的生化特征

形成大小為180-200bp特征性的DNA梯型(DNALadder)

電泳圖譜，核DNA斷成片段，是主要的特征之一。當(dāng)前67頁，總共89頁。３．基因調(diào)控細胞凋亡線蟲1030個細胞，發(fā)育過程中131個細胞程序性死亡。6對染色體，～3000個基因。

Ced3,Ced4促進凋亡，Ced9阻止

Ced3/Ced4激活，抑制凋亡。當(dāng)前68頁，總共89頁。三、干細胞

具有無限的或可被延長自我更新和分化能力，高度增殖和多向分化潛能的細胞群體，具有經(jīng)培養(yǎng)不定期地分化并產(chǎn)生特化細胞的能力的細胞成為干細胞。根據(jù)其分化特征分為全能干細胞（具有形成完整個體的分化潛能）、多能干細胞（失去了發(fā)育成完整個體的能力，但具有分化出多種細胞組織的潛能）和專能干細胞（只具有向一種類型或密切相關(guān)的兩種類型細胞分化的能力）。當(dāng)前69頁，總共89頁。3.1干細胞的特點1）具有無限的分裂能力。2）其產(chǎn)生的兩個子細胞有兩種選擇：維持干細胞的特性或進行分化。3）本身不是終末分化的細胞。當(dāng)前70頁，總共89頁。胚胎干細胞

可以定向誘導(dǎo)分化為幾乎所有種類的細胞，甚至形成復(fù)雜的組織和器官；有助于動物發(fā)育、基因功能以及藥物開發(fā)等研究。臨床意義：細胞替代療法和組織器官移植的最佳資源。當(dāng)前71頁，總共89頁。

胚胎干細胞受精卵內(nèi)細胞團全能性細胞囊胚胎兒胚胎干細胞當(dāng)前72頁，總共89頁。胚胎干細胞產(chǎn)生血細胞的起源細胞造血干細胞造血干細胞紅細胞白細胞血小板

骨髓中還存在一種間充質(zhì)干細胞，具有分化成中胚層和神經(jīng)外胚層的能力；如產(chǎn)生成肌細胞、成骨細胞、成神經(jīng)膠質(zhì)細胞等；

移植到體內(nèi)的骨髓間充質(zhì)細胞可在多種造血組織以外的組織處定位和分化。當(dāng)前73頁，總共89頁。神經(jīng)干細胞神經(jīng)干細胞主要存在于胎兒的腦組織中包括大腦皮層、紋狀體和小腦；取材難度大，在體外誘導(dǎo)和移植表現(xiàn)出驚嘆的分化潛能。當(dāng)前74頁，總共89頁。小腸干細胞小腸上皮的更新：干細胞位于隱窩處，分裂產(chǎn)生的細胞向絨毛推移，從頂端脫落。當(dāng)前75頁，總共89頁。皮膚干細胞皮膚的更新：皮膚干細胞位于基底部，與基底膜相接觸。分裂后的細胞脫離基底膜后逐步分化為角質(zhì)細胞，最終從皮膚表面脫落。當(dāng)前76頁，總共89頁。干細胞的發(fā)育命運不對稱分裂，產(chǎn)生一個干細胞子代和另一個定向的祖細胞，定向祖細胞再分裂產(chǎn)生末端細胞（成熟細胞）干細胞對稱分裂，可以產(chǎn)生2各相同的干細胞子代。干細胞對稱分裂，也可以產(chǎn)生2各定向祖細胞，有定向祖細胞分化產(chǎn)生末端細胞。當(dāng)前77頁，總共89頁。不對稱分裂對稱分裂對稱分裂定向祖細胞定向祖細胞定向祖細胞干細胞干細胞干細胞干細胞子代干細胞子代干細胞子代末端細胞末端細胞末端細胞當(dāng)前78頁，總共89頁。四．脫離正常軌道的細胞

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癌細胞1.癌的基本生物學(xué)特點2.體外培養(yǎng)癌細胞的特征3.致癌因素4.基因突變與癌癥發(fā)生5.癌癥治療癌癥是嚴重威脅人類生命安全的疾病。動物體內(nèi)細胞分裂調(diào)節(jié)失控而無限增殖的細胞稱為腫瘤細胞，具有轉(zhuǎn)移能力的腫瘤稱為惡性腫瘤。當(dāng)前79頁，總共89頁。4.1癌的基本生物學(xué)特征細胞生長與分裂失去控制，具有無限增殖能力(HeLaCell)

具有擴散性：惡性腫瘤細胞（癌細胞）的細胞間粘著性下降，