細(xì)胞的分裂分化教材

細(xì)胞的分裂與分化褚建君生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院主要內(nèi)容一、細(xì)胞的分裂二、細(xì)胞的分化、衰老與死亡三、細(xì)胞凋亡四、脫離正常軌道的細(xì)胞—

癌細(xì)胞一、細(xì)胞周期和細(xì)胞分裂1、細(xì)胞增殖的意義2、細(xì)胞周期3、有絲分裂4、胞質(zhì)分裂5、減數(shù)分裂6、無絲分裂1.細(xì)胞增殖的意義

生命活動的重要特征之一

單細(xì)胞增殖導(dǎo)致生物個體數(shù)增加

多細(xì)胞生物的繁殖基礎(chǔ)

取代衰老和死亡的細(xì)胞

創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理修復(fù)2.細(xì)胞周期

2.1概念

細(xì)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(xì)胞周期。期間細(xì)胞遺傳物質(zhì)和其它內(nèi)含物分配給子細(xì)胞。（1）真核細(xì)胞周期：

真核“細(xì)胞周期”也稱“細(xì)胞分裂周期”，是指一個細(xì)胞經(jīng)生長、分裂而增殖成子細(xì)胞所經(jīng)歷的全過程，通常可分為若干階段，即G1期、S期、G2期和M期。通常細(xì)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(xì)胞分裂過程。

間期細(xì)胞分裂周期不同細(xì)胞的細(xì)胞周期時間差異很大，主要差別在G1期

細(xì)胞類型細(xì)胞周期時間早期蛙胚胎細(xì)胞30分鐘酵母菌細(xì)胞 1.5~3小時小腸上皮細(xì)胞 12小時細(xì)胞培養(yǎng)成纖維細(xì)胞 20小時人肝細(xì)胞 １年2.2細(xì)胞周期不同時期的主要事件：

G1期：與DNA合成啟動相關(guān)，開始合成細(xì)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(xì)胞分裂期有絲分裂——細(xì)胞核及染色體分裂胞質(zhì)分裂——細(xì)胞質(zhì)分裂3.有絲分裂3.1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。

有絲分裂前期染色體變化3.3中期（前中期、中期）

紡錘體微管與中心粒結(jié)合中期細(xì)胞變?yōu)榍蛐?，染色體排列于赤道板3.4后期

姊妹染色體移向兩極，與此同時，細(xì)胞被拉長，并由于赤道部細(xì)胞膜下方環(huán)行微絲束的活動，該部縮窄，細(xì)胞遂呈啞鈴形。（隨機(jī)取向）3.5末期

染色單體到達(dá)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(xì)胞的胞質(zhì)分裂4.2植物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂細(xì)胞內(nèi)形成新的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁而將細(xì)胞分開分裂間期前期中期有絲分裂中期后期末期有絲分裂后期5.減數(shù)分裂5.1概念和意義概念：細(xì)胞進(jìn)行一次DNA復(fù)制，隨后進(jìn)行兩次分裂，染色體數(shù)目減半的一種特殊的有絲分裂。體細(xì)胞(雙倍體2n)

生殖細(xì)胞(單倍體n)意義：生物進(jìn)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(jī)會，生物進(jìn)化與多樣性的基礎(chǔ)減數(shù)分裂可以分為兩個階段：

第一次減數(shù)分裂階段：DNA復(fù)制一次，細(xì)胞分裂一次。

第二次減數(shù)分裂階段：DNA不復(fù)制,細(xì)胞再分裂一次。

一是子細(xì)胞染色體數(shù)減半;

二是子細(xì)胞基因組合大為豐富。

同源染色體的分離與重新組合：

在第一次減數(shù)分裂中，還發(fā)生同源染色體配對，配對后還發(fā)生同源染色體之間的染色體交叉和基因重組。這使基因組合狀況更為復(fù)雜化。

同源染色體重組產(chǎn)生新的基因組合5.2減數(shù)分裂和配子發(fā)生5.3減數(shù)分裂特點◆遺傳物質(zhì)只復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，導(dǎo)致染色體數(shù)目減半。僅存于生殖細(xì)胞?！鬝期持續(xù)時間較長◆同源染色體在減數(shù)分裂期I(MeiosisI)配對聯(lián)會、基因重組，產(chǎn)生遺傳物質(zhì)多樣性?！魷p數(shù)分裂同源染色體配對排列在中期板上,

第一次分裂時,同源染色體分開。6無絲分裂a(bǔ)mitosis

在細(xì)胞分裂形成兩個子細(xì)胞過程中不出現(xiàn)染色體也不形成紡錘體，細(xì)胞核直接一分為二，隨后細(xì)胞質(zhì)分裂成兩個子細(xì)胞的分裂類型。多見之于某些原生生物，如纖毛蟲等。

二、細(xì)胞的分化衰老與死亡

1.

細(xì)胞的分化

2.細(xì)胞分化的特征

3.細(xì)胞的分化發(fā)育潛能

4.細(xì)胞質(zhì)決定子

5.細(xì)胞的衰老與死亡1.細(xì)胞的分化

從受精卵開始的個體發(fā)育過程中，后代細(xì)胞間在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生差異的過程為細(xì)胞分化。多細(xì)胞有機(jī)體由不同類型細(xì)胞組成。人成體有200多種細(xì)胞

細(xì)胞的形態(tài)與功能相適應(yīng)2.細(xì)胞分化的特征2.1形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生差異2.2差別基因表達(dá)每個細(xì)胞均含有一套完整的遺傳信息每種特定類型細(xì)胞只有一部分特定基因表達(dá)細(xì)胞分化和發(fā)育是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果基因組中可表達(dá)基因分成兩類持家基因：維持細(xì)胞生存所必需的、在各種細(xì)胞中都表達(dá)的基因組織特異性基因：不同細(xì)胞中專一性表達(dá)的基因2.3分化細(xì)胞的表型保持穩(wěn)定

動物細(xì)胞發(fā)生分化后，遺傳表型保持穩(wěn)定，而且不可逆人血細(xì)胞的分化多能性干細(xì)胞T細(xì)胞B細(xì)胞嗜酸白細(xì)胞嗜鹼白細(xì)胞

中性白細(xì)胞巨噬細(xì)胞血小板

紅細(xì)胞2.4細(xì)胞決定

細(xì)胞從分化命運(yùn)確定到出現(xiàn)特定形態(tài)的過程稱為細(xì)胞決定

在發(fā)生形態(tài)差異之前的一定時間，細(xì)胞分化命運(yùn)已經(jīng)確定果蠅成蟲盤2.5去分化與轉(zhuǎn)分化某些條件下，分化細(xì)胞基因表達(dá)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(xì)胞去分化后，再分化成另一種細(xì)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(xì)胞可生出軟骨3.細(xì)胞的分化發(fā)育潛能

細(xì)胞分化能力的強(qiáng)弱稱為發(fā)育潛能

3.1全能性

3.2多能性

3.3單能性3.1全能性

單個細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后仍具有形成完整有機(jī)體的潛能或特性植物細(xì)胞具有全能性受精卵馬鈴薯脫毒苗的培養(yǎng)工廠化育苗技術(shù)甘蔗組培苗基地動物細(xì)胞核移植證明：細(xì)胞核具有發(fā)育全能性

多利羊風(fēng)暴

1997．2．27

Nature（385：810－813）

英國愛丁堡羅斯林研究所

伊恩

威爾穆特小組：多利羊多利羊成了明星同時期的克隆動物美國克隆恒河猴臺灣克隆豬日本克隆牛

人們馬上意識到克隆人的威脅。

政界紛紛出來表態(tài)。

1997.3.4（美）克林頓總統(tǒng)宣布：禁止聯(lián)邦政府資助人體克隆實驗。

1997.3.5（意）衛(wèi)生部長在眾議院宣布：禁止人體和動物克隆。

1997.3.11世界衛(wèi)生組織（WHO）宣布：禁止人體克隆試驗。

1997.3.11歐盟委員會宣布：反對人體克隆試驗。

中國衛(wèi)生部宣布：禁止人體克隆試驗。

一條科學(xué)成就的宣布，在全世界范圍內(nèi)，在短短幾十天左右時間，從學(xué)術(shù)界到經(jīng)濟(jì)界、政界引起巨大而深刻的反響，是空前的。

“克隆”一詞也頓時變得婦孺皆知。

蛙皮膚細(xì)胞核移植發(fā)育成蝌蚪3.2多能性僅具有分化成有限組織細(xì)胞類型的潛能例如：人造血干細(xì)胞分化產(chǎn)生8種類型血細(xì)胞3.3單能性

僅能使后代細(xì)胞發(fā)育成為一種細(xì)胞的特性４．細(xì)胞質(zhì)決定子卵和胚胎細(xì)胞中所含的蛋白質(zhì)和RNA等細(xì)胞質(zhì)因子細(xì)胞質(zhì)因子通過細(xì)胞分裂被不均等地分配到子細(xì)胞不同性質(zhì)的決定子影響細(xì)胞向不同方向分化性細(xì)胞決定子——生殖細(xì)胞分化體細(xì)胞決定子——體細(xì)胞分化５細(xì)胞的衰老與死亡細(xì)胞增殖能力減弱的現(xiàn)象稱為細(xì)胞衰老，它與機(jī)體衰老有一定關(guān)系。細(xì)胞來源人胚成纖維細(xì)胞中年人成纖維細(xì)胞老年人成纖維細(xì)胞可增殖代數(shù)60-804030不同年齡人成纖維細(xì)胞的增殖代數(shù)細(xì)胞的衰老5.1衰老細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化細(xì)胞核隨分裂次數(shù)增加而增大，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)減少線粒體減少，體積膨脹膜流動性降低，膜內(nèi)顆粒分布變化細(xì)胞骨架變化，信號傳遞系統(tǒng)變化5.2細(xì)胞衰老的分子機(jī)理●氧化性損傷學(xué)說代謝過程中產(chǎn)生的活性氧基團(tuán)或分子（ROS）引發(fā)的氧化性損傷的積累，最終導(dǎo)致衰老。

ROS主要有三種類型：

O2-,即超氧自由基；OH-，即羥自由基；H2O2ROS的作用：高度活性引發(fā)脂類、蛋白質(zhì)和核酸分子的氧化性損傷，從而導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損傷乃至破壞。清除ROS，就可以延長壽命?！癯绦蛐运ダ?端粒：布萊克本、格雷德、紹斯塔克諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎2009年10月5.3細(xì)胞死亡細(xì)胞壞死：

機(jī)械損傷、毒物毒害。質(zhì)膜、核膜破裂，胞質(zhì)溢出。

三、細(xì)胞凋亡（細(xì)胞程序化死亡）1細(xì)胞凋亡的概念和生物學(xué)意義2凋亡細(xì)胞的特征3基因調(diào)控細(xì)胞凋亡4細(xì)胞凋亡的信號途徑１．細(xì)胞凋亡的概念與生物學(xué)意義主動的、由基因決定的自動結(jié)束細(xì)胞生命的過程。凋亡細(xì)胞被吞噬細(xì)胞所吞噬。生物學(xué)意義個體發(fā)育模式的需要調(diào)節(jié)細(xì)胞數(shù)量保持成體器官的正常體積更新衰老耗損的細(xì)胞蝌蚪尾巴的消失發(fā)育中的神經(jīng)細(xì)胞手和足的形成過程壞死細(xì)胞凋亡細(xì)胞2.1細(xì)胞凋亡與壞死的區(qū)別2.2細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)特征

凋亡小體形成，被細(xì)胞吞噬而清除

a正常T細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞b凋亡細(xì)胞(掃描電鏡)c凋亡細(xì)胞(透射電鏡)凋亡細(xì)胞的電鏡圖像細(xì)胞色素c誘導(dǎo)的凋亡細(xì)胞DNA電泳圖1．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)0h2．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)1h3．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)2h4．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)3h5．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)4h6．陰性對照7．Marker

（自趙允、翟中和）2.3細(xì)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。３基因調(diào)控細(xì)胞凋亡

線蟲1030個細(xì)胞，發(fā)育過程中131個細(xì)胞程序性死亡，成蟲由959個體細(xì)胞和1000～2000個性細(xì)胞構(gòu)成。

6對染色體，～3000個基因。Ced3,Ced4促進(jìn)凋亡，Ced9阻止細(xì)胞凋亡與疾病已知的

凋亡相關(guān)性疾病

四、脫離正常軌道的細(xì)胞

——

癌細(xì)胞1癌的基本生物學(xué)特點2體外培養(yǎng)癌細(xì)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(yán)重威脅人類生命安全的疾病。動物體內(nèi)細(xì)胞分裂調(diào)節(jié)失控而無限增殖的細(xì)胞稱為腫瘤細(xì)胞，具有轉(zhuǎn)移能力的腫瘤稱為惡性腫瘤。1癌的基本生物學(xué)特征◆細(xì)胞生長與分裂失去控制，具有無限增殖能力?！艟哂袛U(kuò)散性惡性腫瘤細(xì)胞（癌細(xì)胞）的細(xì)胞間粘著性下降，具擴(kuò)散性，這是癌細(xì)胞的基本特征在分化程度上癌細(xì)胞低于良性腫瘤細(xì)胞，且失去了許多原組織細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能◆細(xì)胞間相互作用改變◆蛋白表達(dá)譜系或蛋白活性改變◆

mRNA轉(zhuǎn)錄譜系的改變◆染色體非整倍性癌細(xì)胞的擴(kuò)散性染色體非整倍性2體外培養(yǎng)癌細(xì)胞的特征◆惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞同癌細(xì)胞一樣具有無限增殖的潛能◆在體外培養(yǎng)時貼壁性下降◆失去接觸抑制◆培養(yǎng)時對血清依賴性降低◆當(dāng)將惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞注入易感動物體內(nèi)，往往會形成腫瘤體外培養(yǎng)的接觸抑制3.致癌因素3.1多種理化因子致癌