《普通生物學(xué)》課件05-細胞的分裂和分化-西南大學(xué)課件

1、1第五章 細胞的分裂和分化5.1 細胞周期與有絲分裂；5.2 減數(shù)分裂；5.3 個體發(fā)育中的細胞21、大象與小鼠相應(yīng)器官和組織的細胞大小差異如何？2、生物體的長大，主要是靠細胞數(shù)量的增多還是靠細胞體積的增大？ 細胞大小基本一致3細胞能無限長大嗎？3cm1cm2cm邊長/cm表面積/cm2體積/cm3表面積/體積（相對表面積）321542468127632細胞體積越大，其相對表面積越小。4細胞體積越大，相對表面積越小，細胞與周圍環(huán)境之間物質(zhì)交流的相對面積越小，因此物質(zhì)運輸?shù)男试降?。細胞表面積與體積的關(guān)系限制了細胞的長大生物體積的增大不是因細胞體積的增大而是由于細胞數(shù)目的增多5細胞通過_方式進行

2、增殖分裂細胞增殖: 生物體生長、發(fā)育、繁殖和遺傳的基礎(chǔ)。6細胞分裂(cell division) ：減數(shù)分裂有絲分裂無絲分裂真核細胞分裂的主要方式 細胞的分裂方式5.1 細胞周期與有絲分裂7核伸長，中部縊縮，細胞質(zhì)分裂，不涉及紡錘體形成、染色體變化，稱為無絲分裂。 原核細胞以二分分裂（無絲分裂）增殖8細胞周期：一個細胞經(jīng)生長、分裂而增殖成兩個所經(jīng)歷的全過程。即：細胞從一次分裂開始到下一次分裂開始所經(jīng)歷的全過程。期間細胞遺傳物質(zhì)和其它內(nèi)含物分配給子細胞。包括：分裂間期 分裂期(M期)細胞沿著G1SG2M周期性運轉(zhuǎn)。細胞周期與有絲分裂9分裂間期： 細胞形態(tài)沒有太大變化，生化合成方面變化很大。 包括

3、 G1期、 S期、G2期三個時期 G1期：完成必要的生長和物質(zhì)準備； S 期：DNA復(fù)制、染色體組蛋白合成； G2期：檢查、修復(fù)，保證DNA復(fù)制的準確性。 間期在細胞周期中占比較大的時間比例。10115.1.1 有絲分裂期（M期） 間期復(fù)制的DNA以染色體的形式平均分配到2個子細胞中，每個子細胞得到一組與母細胞相同的遺傳物質(zhì)。有絲分裂是連續(xù)的過程，人為劃分為5個時期： 前期 前中期 中期 后期 末期細胞質(zhì)分裂：動物細胞 形成環(huán)溝 分割母細胞。植物細胞 形成赤道板，進而形成新細胞壁 分隔兩個新細胞。12131.前期主要事件： 染色質(zhì)凝縮； 分裂極確立、 紡錘體開始形成； 核仁解體； 核膜消失。主

4、要特征：染色質(zhì) 螺旋化 折疊，變短變粗，形成染色體，每條染色體包含2個染色單體。142.前中期 核膜解體到染色體排列到赤道面這一階段。 染色體以振蕩的方式移向紡錘體中部。153.中期 從染色體排列到赤道面上到姊妹染色單體開始分向兩極的一段時間。縱向觀染色體呈輻射狀排列，染色體兩邊的牽引力達到平衡。164.后期 姊妹染色單體分開并移向兩極的時期，當子染色體到達兩極后，標志這一時期結(jié)束。 后期可以分為兩個方面： 后期A：染色體向兩極移 動的過程。 后期B，兩極間距離拉大 的過程。175.末期 從子染色體到達兩極，至形成兩個新細胞為止的時期。末期涉及子核的形成和胞質(zhì)分裂兩個方面。1、子核的形成：大體

5、經(jīng)歷與前期相反的過程，即染色體解聚，核仁出現(xiàn)、核膜重新形成。 2、胞質(zhì)分裂：核分裂與胞質(zhì)分裂相繼發(fā)生，但屬于兩個分離的過程。186. 胞質(zhì)分裂： 動物胞質(zhì)分裂：后期形成由大量平行排列的肌動蛋白微絲和肌球蛋白組成的收縮環(huán)，環(huán)中的微絲收縮，環(huán)溝加深，最后將細胞分割成2個子細胞。 通常子細胞相等，特例：卵細胞產(chǎn)生極體。 植物胞質(zhì)分裂：后期的紡錘體中央出現(xiàn)成膜體，其中的小泡不斷融合擴大形成一片連續(xù)的質(zhì)膜，即細胞板(cell plate)，將細胞一分為二，最后在細胞板兩側(cè)積累多糖，形成細胞壁。19動物細胞的胞質(zhì)分裂通過胞質(zhì)收縮環(huán)的收縮實現(xiàn)，收縮環(huán)由大量平行排列的肌動蛋白組成。用細胞松弛素處理這一時期的細

6、胞，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？收縮環(huán)20植物細胞末期近兩極處紡錘絲消失，中間微管保留，并數(shù)量增加，形成成膜體。來自高爾基體囊泡沿微管轉(zhuǎn)運到成膜體中間。融合形成細胞板，囊泡的內(nèi)含物形成初生壁和中膠層，囊泡膜形成質(zhì)膜，融合留下的管道形成胞間連絲。212223植物細胞有絲分裂Interphase Prophase Metaphase Anaphase Telophase Interphase 245.1.2 有絲分裂過程核被摸、紡錘體等的變化1. 核被的裂解與再生核膜：雙層膜 (外膜和內(nèi)膜)構(gòu)成。與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)構(gòu)成一個連續(xù)的整體。核纖層：核被膜內(nèi)面纖維狀的電子致密層。中間纖維類的核纖層蛋白構(gòu)成。作用：使核被膜保持穩(wěn)

7、定，并能與染色質(zhì)的某些部分結(jié)合，使染色質(zhì)有所依附。25細胞分裂時核被膜的解體與再生通過核纖層蛋白的高度磷酸化與去磷酸化完成： 前期，核纖層蛋白高度磷酸化而解體，導(dǎo) 致核膜解體形成膜泡。 末期，核纖層蛋白發(fā)生去磷酸化，重新聚 合并與膜泡結(jié)合，核膜孔也重新組成到新 的核被膜上，分散的核被膜重新融合為一。26核纖層蛋白去磷酸化272. 紡錘體的形成構(gòu)成紡錘體的纖維由成束的微管和與微管相結(jié)合的蛋白質(zhì)組成。極纖維：由紡錘體的一極延伸到另一極。 動粒纖維：附著在染色體著絲粒兩側(cè)的動粒上。中心體28 3. 染色體的行為前期：動粒出現(xiàn)，紡錘體形成。中期：染色體排列到紡錘體的赤道面上。后期：極纖維、動力纖維的作

8、用使著絲粒分裂染色體向兩極移動。秋水仙素：破壞微管的組裝，阻止紡錘體形成，染色體不能移向兩極，形成多倍體細胞。294. 細胞器的增殖細胞分裂2個子細胞獲得和原來細胞相同的成套染色體； 獲得細胞中的各種細胞器。各種細胞器的增生在細胞分裂前的間期發(fā)生。保證分裂產(chǎn)生的兩個子細胞均獲得各種細胞器。30身體內(nèi)的細胞一直都在分裂嗎?31從增殖角度可將細胞分為三類： 一旦長成即不再分裂。如：神經(jīng)細胞。 在某些因子的作用下，可以恢復(fù)分裂能力，重 新進入細胞周期。如肝細胞、淋巴細胞。 連續(xù)分裂，細胞周期中連續(xù)運轉(zhuǎn)，如植物的頂 端分生組織細胞和動物的造血干細胞。脫離細胞周期而分化成執(zhí)行一定功能的 細胞，不再分裂，

9、稱G0期細胞。3233 細胞周期的時間不同物種、不同組織的細胞周期所經(jīng)歷的時間不同。恒定條件下，細胞周期的時間恒定。細菌 一般20 min 分裂一次。紫鴨跖草根尖細胞 20 h。人囊胚細胞 19.5 h。受精卵 可不足8 min，最長不超過1 h。34不同細胞細胞周期的長短主要是G1期的變化，其它期較穩(wěn)定，一般M期1小時、G2期3小時、S期7小時。355.1.3 細胞周期的分子控制機制 細胞周期受控于一定的調(diào)節(jié)機制，使生物體有序地分裂和生長。 20世紀70年代已證實細胞質(zhì)中化學(xué)信號控制細胞周期。361. 細胞周期的檢控點： 檢控點是細胞周期中的關(guān)鍵點，發(fā)出信號停止前一階段的事件，啟動后一階段的

10、事件。 細胞周期中的檢控點存在于G1期、G2期 和 M期。 G2檢控點接收“繼續(xù)進行”的指令則進入有絲分裂，否則細胞退出細胞周期進入G0期。372. 細胞周期蛋白及依賴性激酶細胞周期蛋白(cyclins)：細胞中的濃度周期性變化，故得名。Cdk激酶：細胞周期蛋白依賴性激酶，細胞中濃度穩(wěn)定，通常處于失活狀態(tài)。 G1期，S-cyclin與Cdk結(jié)合，形成具活性的SPF,觸發(fā)細胞從G1期進入S期。 同時，SPF又激活另一種降解 cyclin的酶，使SPF自身失活。38 G2期，M-cyclin 的濃度增加，并同Cdk結(jié)合形成具活性的MPF，引發(fā)細胞通過G2期檢控點，觸發(fā)細胞從G2期進入M期。 有絲分

11、裂晚期，MPF分解，周期蛋白被破壞，Cdk以失活的狀態(tài)存在于細胞中，直到與新的周期蛋白分子結(jié)合開始新一輪的細胞周期。393. 細胞內(nèi)的因素幫助控制細胞周期 細胞內(nèi)通過信號分子的傳遞將各種Cdk與其他分子聯(lián)系起來?；罨腃dk使許多蛋白質(zhì)磷酸化，隨后磷酸化的蛋白再去影響細胞周期中的特定步驟。 M期細胞內(nèi)因素的控制下：細胞內(nèi)所有染色體與紡錘體正確連接后，姐妹染色單體才會分離。404. 生長因子是來自外部的信號 許多外部因素影響細胞分裂。如：某些體細胞分泌的生長因子能促進其他細胞的分裂。 貼壁依賴性細胞必須貼在某種基底才開始分裂；而接觸抑制的細胞當在培養(yǎng)皿內(nèi)壁形成一滿層即停止生長。41 5.1.4

12、染色體 1. 染色體的一般形態(tài) 染色質(zhì)絲；染色體；著絲粒；主縊痕；端粒長臂短臂4243 2. 性染色體和常染色體 性染色體：決定性別的染色體。 常染色體：性染色體以外的染色體。 3. 染色體數(shù)目 各種生物的染色體數(shù)目恒定。44 4. 染色體組型核型（karyotype）：細胞分裂中期染色體特征的總和。包括染色體的數(shù)目、大小和形態(tài)特征等方面。染色體組型(idiogram)：指核型的模式圖，代表一個物種的模式特征。4546 5. 染色體帶型染色體分帶技術(shù)：經(jīng)物理、化學(xué)因素處理后，再用染料對染色體進行分化染色，使其呈現(xiàn)特定的深淺不同帶紋（band）的方法。分帶技術(shù)可分為兩大類：（1）產(chǎn)生的染色帶分布

13、在整個染色體的長度上。如： G帶、Q帶、R帶；（2）局部性的顯帶，只能使少數(shù)特定的區(qū)域顯帶， 如C帶、Cd帶、T帶、N帶。 各個染色體的帶型穩(wěn)定；不同物種的染色體帶型各有 特點。4748人類G帶核型，G帶顯示染色體上富含AT的區(qū)域49人類C帶核型，C帶顯示的是著絲粒異染色質(zhì)50減數(shù)分裂將染色體數(shù)由2n減為n 有性生殖過程中，兩個性細胞（精子和卵）融合為一個細胞（受精卵），由此再發(fā)育成為新的一代。 性細胞由性母細胞經(jīng)減數(shù)分裂產(chǎn)生。復(fù)制一次后分裂兩次，產(chǎn)生4個子細胞，每個子細胞中的染色體數(shù)是母細胞的一半。 51減數(shù)分裂開始之前的間期完成DNA復(fù)制；減數(shù)分裂中兩次連續(xù)的核分裂分別稱為第一次減數(shù)分裂（

14、減數(shù)分裂I，meiosis I）和第二次減數(shù)分裂（減數(shù)分裂II，meiosis II），在兩次減數(shù)分裂中都能區(qū)分出前期、中期、后期和末期。52減數(shù)分裂過程示意圖 1 細線期 2 偶線期 3 粗線期 4 雙線期 5 終變期 6 中期I 7 后期I 8 末期I 9 前期II 10 中期II 11 后期II 12 末期II53細線期：雖然染色體已在間期時復(fù)制，每一染色體已含有兩染色單體，但在細線期還看不出它的雙重性。偶線期：兩個同源染色體開始配對。54粗線期：染色體繼續(xù)縮短變粗，兩條同源染色體配對完畢。原來2n條染色體經(jīng)配對后形成n組染色體，每一組合有2條同源染色體，叫雙價體(二價體)。 粗線期末可

15、看到每一染色體含有兩條染色單體(姐妹染色單體)，因此，每一雙價體含有4條染色單體，相互絞扭在一起。55雙線期：雙價體中的兩條同源染色體開始分開，但分開不完全，并不形成兩個獨立的單價體，而是在兩個同源染色體之間仍有若干處發(fā)生交叉而相互連接。交叉的地方實際上是染色單體發(fā)生了交換的結(jié)果。 56終變期：兩條同源染色體仍有交叉聯(lián)系著，所以仍為n個雙價體。雙價體開始向赤道面移動，染色體變得更為粗短，螺旋化達到最高度，分裂進入中期I。57中期I：雙價體排列在赤道面上，兩個同源染色體上的著絲粒逐漸遠離，雙價體開始分離，但仍交叉。后期I：雙價體中的兩條同源染色體分開，分別向兩極移動，每一染色體有兩個染色單體，在

16、著絲粒區(qū)相連（相當于有絲分裂前期的一條染色體）。這樣，每一極得到n條染色體，即在后期I時染色體數(shù)目減半。雙價體中哪一條染色體移向哪一極完全隨機。 58末期I：核膜重建，核仁重新形成，接著進行胞質(zhì)分裂，成為兩個子細胞。（注意：末期I的染色體只有n個，但每個染色體具有兩條染色單體；而有絲分裂末期的染色體數(shù)為2n個，每個染色體只有一條染色單體。 ）5960減數(shù)間期：在第一次分裂末，兩個子細胞進入間期，這時細胞核的形態(tài)與有絲分裂間期相似，但有許多生物沒有間期，后期染色體直接進入第二次減數(shù)分裂的晚前期，染色體仍舊保持原來的濃縮狀態(tài)。 不論有沒有間期，兩次分裂之間都沒有DNA的合成及染色體的復(fù)制。61前期

17、II、中期II、后期II和末期II的情況和有絲分裂過程完全一樣，也是每一染色體具有兩條染色單體，所不同的是染色體在第一次分裂過程中已經(jīng)減數(shù)，只有n個染色體了。 6263減數(shù)分裂的遺傳學(xué)意義 1. 保證親代與子代之間染色體數(shù)目的恒定性； 2. 為生物的變異提供重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。64減數(shù)分裂豐富基因組合 減數(shù)分裂時各對染色體中的2個染色體隨機分配到子細胞中，所產(chǎn)生配子的染色體組多種多樣，基因位于染色體上，所以配子的基因組合也多種多樣。65如某生物有兩對同源染色體：AA和BB，產(chǎn)生的性細胞具有AA中的一條和BB中的一條。非同源染色體在性細胞中可能有22=4種組合。中期 I 二價體的隨機取向66非姊妹染

18、色單體交叉與片斷交換間期 細線期 偶線期 粗線期 雙線期 終變期中期I 后期I 末期I 中期II 后期II 末期II675.2 細胞分化多細胞生物發(fā)育的起點_受精卵6869細胞分化的概念： 在個體發(fā)育過程中，相同細胞的后代，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上形成穩(wěn)定性差異，產(chǎn)生不同細胞類群的過程。細胞分化的意義： 動物和植物發(fā)育的基礎(chǔ)，使生物體能正常地生長發(fā)育。細胞分化的實質(zhì)：基因選擇性表達的結(jié)果。70分化細胞內(nèi)表達的基因有兩類： 管家基因、組織特異性基因管家基因：所有細胞中均需表達的一類基因，其產(chǎn)物維持細胞的基本結(jié)構(gòu)和代謝活動，如：骨架蛋白基因、糖酵解酶系基因等。組織特異性基因：不同的細胞類型中特異表

19、達的基因，其產(chǎn)物賦予各類細胞不同的形態(tài)和特異的生理機能。如：胰島細胞中的胰島素基因。：組織特異性基因在時間和空間上的有序表達細胞分化。71 已經(jīng)高度分化的細胞，能不能再分化成其他細胞？ 實驗表明，給予一定條件，高度分化的細胞仍具有發(fā)育成完整生物個體的能力。72植物細胞的全能性轉(zhuǎn)基因煙草73細胞全能性：細胞經(jīng)分裂和分化，能發(fā)育成完整有機體的潛能和特性。受精卵和早期胚胎細胞都是具有全能性的細胞。植物體細胞完整植株；細胞全能性的遺傳學(xué)基礎(chǔ)是體細胞內(nèi)存在一套完整的遺傳信息。74高度分化的動物細胞能否保持全能性呢？ 已分化的動物體細胞的細胞核仍具有全能性 細胞核內(nèi)含有該物種的全套遺傳物質(zhì)。75多莉的出生

20、與三只母羊有關(guān)，而多莉與提供細胞核的母羊最相似 。76 2007年，人們成功地將單個已分化的小鼠體細胞轉(zhuǎn)基因誘導(dǎo)成類似于胚胎干細胞的ips細胞，注入小鼠早期晶胚中，成功發(fā)育成個體。（細胞（Cell），Vol 133, 250-264, 18 April 2008，Jacob Hanna, Rudolf Jaenisch） -成熟B細胞可重組成干細胞狀態(tài)，來自成熟B細胞的iPS細胞能用來制造小鼠。 77成年人類的皮膚細胞轉(zhuǎn)化成類似于胚胎干細胞的細胞（ips細胞：誘導(dǎo)多能干細胞）。78干細胞：具有分化成其他細胞類型和構(gòu)建組織與器官的 能力，這類細胞稱為干細胞。全能干細胞：受精卵、早期卵裂球細胞（8

21、細胞時期）能發(fā)育成完整的個體。79多能干細胞：胚胎干細胞、生殖嵴干細胞能分化成多種類型的組織細胞，但不能發(fā)育成完整個體。組織干細胞：成體組織中存在的具有分化成某些組織細胞類型能力的細胞，總稱為組織干細胞。 多能干細胞：可以分化出多種類型的細胞。 單能干細胞：向特定細胞系分化的干細胞。干細胞的基本特征：分化潛能、自我更新。805.3 細胞衰老與細胞凋亡 5.3.1 細胞衰老細胞衰老：細胞隨著增殖與分化，其結(jié)構(gòu)和機能發(fā)生退行性變化，趨向死亡的不可逆現(xiàn)象。 衰老和死亡是生命的基本現(xiàn)象，衰老過程發(fā)生在生物界的整體、種群、個體、細胞以及分子水平等不同層次上。81衰老細胞在結(jié)構(gòu)和功能上的變化： 核膜內(nèi)折，

22、染色質(zhì)固縮、細胞器數(shù)量特別是線粒體數(shù)量減少，膜流動性降低，致密體增多等，最終出現(xiàn)細胞凋亡?？傮w來說老化細胞的各種結(jié)構(gòu)呈退行性變化 。核增大、染色深、核內(nèi)有包含物染色質(zhì)凝聚、固縮、碎裂、溶解質(zhì)膜粘度增加、流動性降低細胞質(zhì)色素積聚、空泡形成線粒體數(shù)目減少、體積增大、mtDNA突變或丟失高爾基體碎裂尼氏體消失包含物糖原減少、脂肪積聚核膜內(nèi)陷82 5.3.2 細胞凋亡細胞凋亡：由細胞自身基因編程的一種主動的死亡過程，又稱為細胞編程性死亡。 因在器官發(fā)育的遺傳調(diào)控和細胞程序性死亡方面的研究 ，獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎83凋亡細胞的主要特征是： 染色質(zhì)聚集、分塊、位于核膜上，胞質(zhì)凝縮，最后核斷裂， 通過出芽的方式形成許多凋亡小體； 凋亡小體內(nèi)有結(jié)構(gòu)完整的細胞器，還有凝縮的染色體，可被 鄰近細胞吞噬消化，始終有膜封閉，沒有內(nèi)溶物釋放，不引 起炎癥； 凋亡細胞中仍合成一些蛋白質(zhì)，但在壞死細胞中ATP和蛋白 質(zhì)合成受阻或終止； 核酸內(nèi)切酶活化，