細(xì)胞生命活動(dòng)課件

1、細(xì)胞的生命活動(dòng)一、細(xì)胞的發(fā)育潛能 哺乳類都是通過有性生殖來繁衍后代的。新生命開始于母體子宮內(nèi)的一個(gè)受精卵細(xì)胞。所以從一個(gè)受精卵細(xì)胞發(fā)育成一個(gè)小生命，純屬正常。 實(shí)例1.草履蟲的運(yùn)動(dòng)和分裂 每一個(gè)多細(xì)胞生命都是由大量的各種各樣的細(xì)胞組成的。成年人全身細(xì)胞總數(shù)約1014個(gè)，總共有 200 多種不同種類型的細(xì)胞。 正是這 200 多種細(xì)胞協(xié)同配合，才使人體正常地運(yùn)轉(zhuǎn)。 追根溯源，這 200 多種細(xì)胞都來自于最初的一個(gè)受精卵。 在個(gè)體發(fā)育中，細(xì)胞后代在形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生差異的過程，稱為細(xì)胞分化。 細(xì)胞分化體現(xiàn)在個(gè)體發(fā)育中。不但從卵細(xì)胞發(fā)育成一個(gè)胎兒，包含著細(xì)胞分化。嬰兒誕生后，成長為成年人的過程也包

2、含著細(xì)胞分化。甚至，在成年人階段，人體的細(xì)胞分化并沒有終止。例如，從骨髓中的一種叫做多能生血干細(xì)胞，分化成各種血細(xì)胞的過程，在每個(gè)人的一生中都一直進(jìn)行著 1、 細(xì)胞分化與個(gè)體發(fā)育 細(xì)胞分化（cell differentiation） 細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果組織特異性基因(奢侈基因)與管家基因 Tissue-specific genes (luxury genes), House-keeping genes管家基因是所有細(xì)胞中均要表達(dá)的一類基因，其產(chǎn)物對(duì)維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)是必需的組織特異性基因是不同的細(xì)胞類型進(jìn)行特異性表達(dá)的基因，其產(chǎn)物賦予各種類型細(xì)胞特異的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征與特異的生理功能

3、細(xì)胞分化是組織特異性基因在時(shí)間和空間上差異表達(dá)細(xì)胞分化是發(fā)育的核心問題；細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)在于細(xì)胞合成特異性蛋白；特異性蛋白合成的基礎(chǔ)在于細(xì)胞基因的選擇性表達(dá)。調(diào)節(jié)基因細(xì)胞的分化機(jī)制及選擇性表達(dá) (differential gene expression)受精卵細(xì)胞具有分化出各種組織所有不同類型細(xì)胞，足以造成完整個(gè)體的潛能，所以把受精卵的分化潛能稱為全能性。多能生血干細(xì)胞可以分化出多種類型的細(xì)胞，但它不可能分化出足以生成完整個(gè)體的所有類型細(xì)胞。所以多能生血干細(xì)胞的分化潛能可以稱為多能性。像 CFC-E（紅細(xì)胞集落形成細(xì)胞）或 CFC-T（T 細(xì)胞集落形成細(xì)胞）這樣的細(xì)胞，分化后只能形成一種細(xì)胞紅細(xì)

4、胞或 T 細(xì)胞,所以 CFC-E 或 CFC-T 的分化潛能稱為單能性。總的趨勢(shì)是，受精卵是全能性的，隨著分化發(fā)育過程的向前推進(jìn)，細(xì)胞逐漸喪失其分化潛能，或者說分化潛能越來越窄，從全能性到多能性，再到單能性，最后失去分化潛能成為成熟定型的細(xì)胞。一般說來，分化成熟后定型地執(zhí)行一定功能的細(xì)胞，同時(shí)也失去生長分裂的能力。在有些特殊因素影響下，完成分化的細(xì)胞又可以從分化定型狀態(tài)“解脫”出來，恢復(fù)旺盛的生長分裂能力，稱為“脫分化”。細(xì)胞的癌化就是這種情況。已經(jīng)失去全能性的動(dòng)物囊胚期細(xì)胞及體細(xì)胞（例如蛙的紅細(xì)胞），它們的細(xì)胞核仍保留著全套基因組。或者也可以說，這些細(xì)胞核仍保留著全能性。把這些細(xì)胞核移入到未

5、受精或已受精的卵母細(xì)胞或卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)環(huán)境中去。經(jīng)過精心培育，仍有可能發(fā)育稱為子代個(gè)體。這種不經(jīng)過有性繁殖的過程稱為克隆?？磥恚瑒?dòng)物細(xì)胞在分化過程中發(fā)育潛能變窄，乃至完全喪失，問題不在細(xì)胞核，而在細(xì)胞質(zhì)。可見決定細(xì)胞分化全能性的物質(zhì)（稱為分化決定因子），存在于細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中。分化成熟的體細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，比起卵細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)來，在分化決定因子成分上有差別。后來的研究逐漸揭示，分化決定因子是 RNA。Strachan T, Read A 2003 2、 干細(xì)胞（stem cell）（高等）動(dòng)物細(xì)胞隨著胚胎的發(fā)育，細(xì)胞逐漸喪失發(fā)育成個(gè)體的能力，僅具有分化成有限細(xì)胞類型及構(gòu)建組織的潛能，成為多潛能性，這

6、種細(xì)胞成為干細(xì)胞。根據(jù)個(gè)體發(fā)育過程中出現(xiàn)的次序，干細(xì)胞又可分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞（ESC）是從胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)或原始生殖細(xì)胞篩選分離出的具有多能性或全能性的細(xì)胞。ESC的用途主要有：動(dòng)物克?。粍?dòng)物轉(zhuǎn)基因；組織工程。3、細(xì)胞分化的特點(diǎn) 時(shí)空性細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是在細(xì)胞質(zhì)（信號(hào)系統(tǒng)）和細(xì)胞核（基因組）共同作用下，選擇性地表達(dá)特定的基因，稱為差別基因表達(dá)。已分化細(xì)胞的胞質(zhì)RNA與核DNA雜交率低于10。細(xì)胞表達(dá)的基因分為：管家基因、組織特異性基因或奢侈基因。定向性隨著細(xì)胞的分裂和分化，發(fā)育方向逐漸被限定，稱為決定（determination）。決定意味著基因活動(dòng)模式改變。例：哺乳動(dòng)物桑椹胚的

7、內(nèi)細(xì)胞團(tuán)和外圍細(xì)胞，前者形成胚胎、后者形成滋養(yǎng)層。無脊椎動(dòng)物早期的卵裂球已經(jīng)決定，每個(gè)卵裂球只能形成身體的一部分。 穩(wěn)定性動(dòng)物細(xì)胞發(fā)生分化之后，其遺傳表型保持穩(wěn)定，通常是不可逆的。例：果蠅幼蟲的成蟲盤移植到成蟲體內(nèi)不發(fā)生細(xì)胞分化，可繼續(xù)增殖或移植。如將其再移植回變態(tài)期幼蟲體內(nèi)則又能按原來已決定的命運(yùn)分化。 條件可逆性在特定條件下，分化細(xì)胞的基因活動(dòng)模式可發(fā)生可逆的變化，又回到未分化狀態(tài)，稱為去分化。例1：植物愈傷組織。例2： 果蠅觸角成蟲盤經(jīng)多次移植后，部分成蟲盤可分化為成體的腿、翅或口器，這種現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)決定。 普遍性個(gè)體一生中都進(jìn)行著細(xì)胞分化。干細(xì)胞是細(xì)胞更新和組織修復(fù)的基礎(chǔ)。一種組織的成體

8、干細(xì)胞傾向于分化成該組織的各種細(xì)胞，但特定條件下，可分化成其它組織的功能細(xì)胞，稱為轉(zhuǎn)分化或橫向分化。高度分化的細(xì)胞不再分裂，對(duì)電離輻射敏感性低，而各種干細(xì)胞則不然。5、細(xì)胞核與細(xì)胞分化（一）染色體結(jié)構(gòu)的變化1. 基因刪除：原生動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物。2 . 基因擴(kuò)增：多線染色體、爪蟾卵母細(xì)胞rDNA。3 . 基因重排：如Ig基因(106108種抗體)。4 . DNA甲基化與異染色質(zhì)化：基因失活。 基因印跡Genomic imprinting，特點(diǎn)：性別特異，同一等位基因僅表達(dá)父或母本基因；印跡發(fā)生于配子形成過程中；在胚胎的有絲分裂中能穩(wěn)定傳遞給子細(xì)胞；遺傳給下一代時(shí)消除上一代遺傳的印跡，建立新的與性別

9、有關(guān)的印跡。癌轉(zhuǎn)移與擴(kuò)散 癌癥是由攜帶遺傳信息的DNA的病理變化引起的疾病 與遺傳病不同的是，癌癥主要是體細(xì)胞DNA突變，而不是生殖細(xì)胞DNA突變 癌基因（oncogenes）是控制細(xì)胞生長和分裂的正常基因的一種突變形式，能引起正常細(xì)胞癌變 細(xì)胞正常增殖通過增殖相關(guān)基因和抑制增殖相關(guān)基因的協(xié)同作用；腫瘤細(xì)胞是這兩類基因的突變導(dǎo)致增殖失控1、抑癌基因（tumor-suppressor gene）Rb p53抑癌基因（tumor suppressor gene）Harris(1968): 癌細(xì)胞系與同組織正常細(xì)胞融合雜交細(xì)胞無惡性表型，也不致癌； 隨著染色體丟失則可能恢復(fù)致癌. 特 點(diǎn) 原癌基因 抑癌基因 基因?qū)傩?細(xì)胞增殖必需 細(xì)胞分化必需 致癌方式 基因突變激活、異常表達(dá) 基因缺失或失活原癌基因抑癌基因細(xì)胞癌變是多次基因突變的結(jié)果癌癥是典型的老年疾病癌癥可以治療腫瘤發(fā)生的遺傳現(xiàn)象：遺傳型：家族性、多發(fā)性、雙側(cè)性和早發(fā)性；非遺傳型：散發(fā)性、單