第5章細(xì)胞分裂和分化

第5章細(xì)胞分裂與分化5.1細(xì)胞分裂和細(xì)胞周期5.2細(xì)胞分化5.3細(xì)胞衰老與細(xì)胞凋亡15.1細(xì)胞分裂和細(xì)胞周期細(xì)胞周期(cellcycle)：細(xì)胞從一次分裂開始到第二次分裂開始所經(jīng)歷的全過程。細(xì)胞周期分成四個(gè)階段：

有絲分裂期(mitsis,M)分裂間期(interphase)DNA合成期(S期)間隙期1(G1期)間隙期2(G2期)G0期細(xì)胞：離開細(xì)胞周期不再進(jìn)行分裂的細(xì)胞

2細(xì)胞周期3不同物種、不同組織的細(xì)胞周期所經(jīng)歷的時(shí)間不同。在特定條件下，各種細(xì)胞的周期時(shí)間是一定的。絕大多數(shù)真核生物的細(xì)胞周期時(shí)間都較長。間期時(shí)間總是長于M期。紫鴨跖(zhí)草根尖細(xì)胞：20h[間期17.5h(G1,4h；S,10.8h；G2,2.7h),M期2.5h(前期1.6h；中期，0.3h；后期及末期，0.6h)]人囊胚細(xì)胞：

19.5h[間期18.5h(G1,8h;S,6h;G2,4.5h),M期1h(前期24min；中期，5-6min；后期,10min；末期，20min)]4細(xì)胞分裂5薄壁組織、表皮、頂端分生組織、花藥的絨氈層細(xì)胞等6785.1.1有絲分裂期(M期)將分裂間期復(fù)制的DNA以染色體的形式平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中去，使每個(gè)子細(xì)胞都得到一組與母細(xì)胞相同的遺傳物質(zhì)。全過程:前期(prophase)前中期(prometaphase)中期(metaphase)后期(anaphase)末期(telophase)9動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂各時(shí)期主要特點(diǎn)1.分裂間期10動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂各時(shí)期主要特點(diǎn)2.前期中心體染色體核膜星射線11動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂各時(shí)期主要特點(diǎn)3.前中期核膜破碎形成小泡.紡錘體移至細(xì)胞中央原先細(xì)胞核所在的位置.著絲粒外面的動(dòng)粒與動(dòng)粒微管相連,從染色體的兩側(cè)分別向相反方向延伸達(dá)到細(xì)胞兩極.12動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂各時(shí)期主要特點(diǎn)4.中期赤道板（與紡錘體中軸相垂直的平面）13動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂各時(shí)期主要特點(diǎn)4.中期中期染色體模式圖染色單體著絲粒中期染色體電鏡圖這一時(shí)期是觀察染色體最清晰的時(shí)期14染色體、染色單體、姐妹染色單體的關(guān)系

12染色體姐妹染色單體染色單體染色單體連接在同一著絲點(diǎn)上的染色單體互稱姐妹染色單體。3415染色體數(shù)與DNA數(shù)的關(guān)系

染色體：DNA1：1染色體：DNA1：216動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂各時(shí)期主要特點(diǎn)5.后期17動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂各時(shí)期主要特點(diǎn)6.末期18有絲分裂各期示意圖19分裂間期前期中期前期染色質(zhì)濃縮，折疊，包裝，形成光鏡下可見的染色體。每條染色體含兩條姊妹染色單體。20中期后期末期細(xì)胞質(zhì)分裂有絲分裂中期核膜消失，染色體排列在赤道板上。后期姐妹染色單體分開，被分別拉向細(xì)胞兩側(cè)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，最終分開為兩個(gè)細(xì)胞21動(dòng)物細(xì)胞的有絲分裂22植物細(xì)胞有絲分裂23細(xì)胞質(zhì)分裂：動(dòng)物細(xì)胞中形成環(huán)溝來分割母細(xì)胞。植物細(xì)胞中則形成赤道板，進(jìn)而形成新細(xì)胞壁來分隔兩個(gè)新細(xì)胞。

植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂過程的比較245.1.2有絲分裂過程的某些重要事件的細(xì)節(jié)細(xì)胞分裂前期，核纖層蛋白高度磷酸化而解體，導(dǎo)致核膜解體形成膜泡。末期時(shí)，核纖層蛋白發(fā)生去磷酸化作用而重新聚合并與膜泡結(jié)合形成核被膜，核膜孔也重新裝配到新的核被膜上。最后，分散的核被膜重新融合為一。1.核被膜的裂解與再生25有絲分裂時(shí)核被膜的解體和再生26

構(gòu)成紡錘體的纖維是由成束的微管和與微管相結(jié)合的蛋白質(zhì)組成的。極纖維(polarfibers)或極微管：由紡錘體的一極延伸到另一極。動(dòng)粒纖維(kinetochorefibers)或動(dòng)力微管：附著在染色體著絲粒兩側(cè)的動(dòng)粒上。每個(gè)紡錘體平均含有108個(gè)微管蛋白分子，紡錘體微管就是由這些微管蛋白分子裝配而成。2.紡錘體(spindle)的形成27早后期紡錘體極微管星體28前期：緊密并列的兩個(gè)染色單體。晚前期：染色體著絲粒兩側(cè)出現(xiàn)動(dòng)粒前中期：每一染色單體的動(dòng)粒各與一組紡錘體纖維動(dòng)粒微管結(jié)合。中期：染色體位于赤道板上。后期：著絲粒分裂，染色體向兩極移動(dòng)。3.染色體的行為秋水仙素(colchicine)：破壞微管的裝配，阻止紡錘體的正常形成，因而阻止染色體復(fù)制后不能正常分離并移向兩極，結(jié)果形成多倍體細(xì)胞。29有絲分裂中染色體、DNA、染色單體數(shù)目變化ABCDEF間期前期中期后期末期染色體（質(zhì)）數(shù)目DNA含量染色單體數(shù)目44→8444488880→8880030各種細(xì)胞器的增生主要在間期1發(fā)生，以保證分裂產(chǎn)生的兩個(gè)新細(xì)胞均能獲得各種細(xì)胞器。有些細(xì)胞器，子細(xì)胞必須從母細(xì)胞中獲得。如線粒體、葉綠體,從原有的細(xì)胞器分裂增生.高爾基體或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，破成碎片或小泡4.細(xì)胞器的分配31325.1.3分子機(jī)制控制細(xì)胞周期細(xì)胞間期在細(xì)胞周期中占比較大的時(shí)間比例。在此期間，細(xì)胞的形態(tài)沒有太大的變化，但生化合成方面變化很大。染色體DNA的復(fù)制和多種蛋白質(zhì)的合成都發(fā)生在這一時(shí)期。S期：DNA合成的時(shí)期。染色體的組蛋白也在此時(shí)合成。1.分裂間期335.1.4分子機(jī)制控制細(xì)胞周期細(xì)胞周期(cellcycle)“細(xì)胞周期”也稱“細(xì)胞分裂周期”，是指一個(gè)細(xì)胞經(jīng)生長、分裂而增殖成兩個(gè)所經(jīng)歷的全過程通?？煞譃?個(gè)階段:G1期:完成必要的生長和物質(zhì)準(zhǔn)備S期:完成其遺傳物質(zhì)——染色體DNA的復(fù)制G2期:進(jìn)行必要的檢查及修復(fù)以保證DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性M期:完成遺傳物質(zhì)到子細(xì)胞中的均等分配，并使細(xì)胞一分為二。

34355.1.4分子機(jī)制控制細(xì)胞周期生命復(fù)制之謎的揭開（1）1858年建立細(xì)胞理論：生命的基本形式是細(xì)胞，機(jī)體由細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞的生長復(fù)制形成了生物體的生長繁衍，細(xì)胞的異?；蛩劳鰧?dǎo)致機(jī)體的疾病或死亡。

（2）1951年發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞分裂周期：G1SG2MG0

細(xì)胞生長中有兩種形式----有絲分裂期和細(xì)胞間期36細(xì)胞周期細(xì)胞間期有絲分裂期（M期）DNA合成前期（G1期）DNA合成期（S期）DNA合成后期（G2期）前期中期后期末期37381.細(xì)胞周期檢控點(diǎn)p851989年，Hartwell通過構(gòu)建酵母細(xì)胞突變模型證實(shí)了細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)（checkpoint）的存在，并首次提出檢驗(yàn)點(diǎn)的概念。細(xì)胞周期的運(yùn)行，是在一系列檢驗(yàn)點(diǎn)的嚴(yán)格檢控下進(jìn)行的，它保證前一個(gè)事件完成之后，才啟動(dòng)下一個(gè)事件，檢驗(yàn)點(diǎn)是細(xì)胞的錯(cuò)誤監(jiān)測機(jī)制。這些檢控點(diǎn)是細(xì)胞周期中的關(guān)鍵點(diǎn)，它發(fā)出的信號(hào)停止前一階段的事件而啟動(dòng)后一階段的事件。這些檢控點(diǎn)存在于G1期、G2期和M期。39主要檢驗(yàn)點(diǎn)包括：G1/S檢驗(yàn)點(diǎn)：在酵母中稱start點(diǎn)，在哺乳動(dòng)物中稱R點(diǎn)(restrictionpoint)，控制細(xì)胞由靜止?fàn)顟B(tài)的G1進(jìn)入DNA合成期，相關(guān)的事件包括：DNA是否損傷？細(xì)胞外環(huán)境是否適宜？細(xì)胞體積是否足夠大？

S期檢驗(yàn)點(diǎn)：DNA復(fù)制是否完成？40G2/M檢驗(yàn)點(diǎn)：是決定細(xì)胞一分為二的控制點(diǎn)，相關(guān)的事件包括：所有DNA都正確復(fù)制了嗎？DNA是否有損傷？細(xì)胞體積是否足夠大？

中-后期檢驗(yàn)點(diǎn)（紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)）：所有染色體都排列在紡錘體上了嗎？任何一個(gè)著絲點(diǎn)沒有正確連接到紡錘體上，都會(huì)引起細(xì)胞周期中斷。41概念：檢驗(yàn)點(diǎn)

(checkpoint)是細(xì)胞周期（cellcycle）中的一套保證DNA復(fù)制和染色體（chromosome）分配質(zhì)量的檢查機(jī)制。是一類負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。當(dāng)細(xì)胞周期進(jìn)程中出現(xiàn)異常事件，如DNA損傷或DNA復(fù)制受阻時(shí)，這類調(diào)節(jié)機(jī)制就被激活，及時(shí)地中斷細(xì)胞周期的運(yùn)行。待細(xì)胞修復(fù)或排除故障后，細(xì)胞周期才能恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。421983年TimothyHunt首次發(fā)現(xiàn)海膽卵受精后，在其卵裂過程中兩種蛋白質(zhì)的含量隨細(xì)胞周期劇烈振蕩，在每一輪間期開始合成，G2/M時(shí)達(dá)到高峰，M結(jié)束后突然消失，在下一個(gè)周期中又重復(fù)這一消長現(xiàn)象，故命名為周期素或周期蛋白(cyclin[‘saiklin])。隨后cyclin很快被分離和克隆出來，證明其廣泛存在于從酵母到人類等各種真核生物中，而且在功能上存在互補(bǔ)性。2.細(xì)胞周期的時(shí)鐘：細(xì)胞周期蛋白及依賴于它的激酶43隨著成熟刺激因子（maturationpromotingfactor,MPF），細(xì)胞周期蛋白（cyclin），依賴于細(xì)胞周期蛋白的激酶(cyclindependentkinase，CDK)的發(fā)現(xiàn)使對(duì)細(xì)胞周期及與腫瘤的發(fā)生發(fā)展關(guān)系的研究有了很大進(jìn)展。CDK的活性隨其周期蛋白濃度變化而變化。44MPF－P34cdc2－Cyclin？？

1988年M.J.Lohka純化了爪蟾的MPF，經(jīng)鑒定由34KD和45KD兩種蛋白組成，二者結(jié)合可使多種蛋白質(zhì)磷酸化。

1990PaulNurse進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明P34實(shí)際上是P34cdc2的同源物，P45是cyclinB的同源物，而且，對(duì)于P34cdc2的活性而言，cyclin是必需的。從而將細(xì)胞周期三個(gè)領(lǐng)域的研究聯(lián)系在一起。MPF=P34cdc2(CDK1)+CyclinB（催化亞單位）（調(diào)節(jié)亞單位）45MPF的作用◆促進(jìn)染色體凝集●H1組蛋白磷酸化●H3組蛋白磷酸化◆核纖層磷酸化◆核被膜裝配◆細(xì)胞相關(guān)的酶與蛋白質(zhì)磷酸化46CDKCDC2與細(xì)胞周期蛋白結(jié)合才具有激酶的活性，稱為細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependentkinase，CDK)，因此CDC2又被稱為CDK1，激活的CDK1可將靶蛋白磷酸化而產(chǎn)生相應(yīng)的生理效應(yīng)，如：將核纖層蛋白磷酸化導(dǎo)致核纖層解體、核膜消失；將H1磷酸化導(dǎo)致染色體的凝縮等等這些效應(yīng)的最終結(jié)果是細(xì)胞周期的不斷運(yùn)行。因此，CDK激酶和其調(diào)節(jié)因子又被稱作細(xì)胞周期引擎。47CDK目前發(fā)現(xiàn)的CDK在動(dòng)物中有7種。各種CDK分子均含有一段相似的激酶結(jié)構(gòu)域，這一區(qū)域有一段保守序列，即PSTAIRE，與周期蛋白的結(jié)合有關(guān)。4849脊椎動(dòng)物的CDKCDK結(jié)合的相應(yīng)cyclin作用的細(xì)胞周期CDK1CDK2

CDK3CDK4CDK5CDK6CDK7CyclinA,BCyclinACyclinD1,D2,D3CyclinE

CyclinD1,D2,D3P35*,CyclinD1,D2,D3CyclinD1CyclinH,P36*G2/M轉(zhuǎn)換；M早期S期G1期G1/S轉(zhuǎn)換G1期G0/G1轉(zhuǎn)換、G1期神經(jīng)纖維的磷酸化、G1期G0/G1轉(zhuǎn)換活化CDK*P35，P36的結(jié)構(gòu)與細(xì)胞周期蛋白無相似性503.細(xì)胞內(nèi)的因素也幫助控制細(xì)胞周期例如：分裂末期，在所有的染色體都與紡錘絲正確連接之前，姐妹染色單體的分離是不會(huì)開始的。控制者就是M階段的檢控點(diǎn)，它保證子細(xì)胞的染色體一個(gè)不多也一個(gè)不少。研究人員發(fā)現(xiàn)來自尚未與紡錘體微管連接的動(dòng)粒的信號(hào)是延遲末期的信號(hào)，某些與微管有關(guān)的蛋白質(zhì)引發(fā)一種信號(hào)傳遞途徑，使促進(jìn)末期的物質(zhì)APC處于失活狀態(tài)。只有當(dāng)所有動(dòng)粒都連接到紡錘絲上的時(shí)候，這種“等待”信號(hào)才會(huì)終止。然后APC才有活性并間接引發(fā)周期蛋白的降解和使姐妹染色單體和在一起的蛋白質(zhì)失活。514.生長因子是來自外部的信號(hào)研究人員培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞時(shí)鑒定出許多種影響細(xì)胞分裂的外部因素，這些因素即有化學(xué)的，也有物理的。例如：當(dāng)培養(yǎng)基中缺乏某種必需養(yǎng)分，細(xì)胞就會(huì)不分裂；即使所有其他條件都適合，但培養(yǎng)基中缺少專一的生長因子時(shí)，哺乳動(dòng)物的細(xì)胞就會(huì)不分裂。生長因子是某些體細(xì)胞分泌的蛋白質(zhì)，它促進(jìn)其他細(xì)胞的分裂。525.1.3分裂間期與細(xì)胞周期的控制機(jī)制G1期：在S期之前即前一次有絲分裂完成之后到S期開始之前的時(shí)期。細(xì)胞進(jìn)入G1期后，即開始為下一次分裂做準(zhǔn)備。表現(xiàn)為：與DNA復(fù)制有關(guān)的酶增加線粒體、葉綠體和核糖體都增多內(nèi)質(zhì)網(wǎng)更新擴(kuò)大高爾基體和溶酶體數(shù)目增多動(dòng)物細(xì)胞的兩個(gè)中心粒彼此分離并開始復(fù)制。1.分裂間期53G2期：從S期結(jié)束后到有絲分裂期開始之間的時(shí)期。中心粒完成復(fù)制而成2對(duì)，微管蛋白以及一些與細(xì)胞分裂有關(guān)的物質(zhì)在此期大量合成。G0期：有些細(xì)胞脫離細(xì)胞周期而分化成執(zhí)行一定功能的細(xì)胞，它們不再分裂，稱G0期細(xì)胞，如神經(jīng)細(xì)胞。有些已分化的細(xì)胞，在某些因子的作用下，可以恢復(fù)其分裂能力，重新進(jìn)入細(xì)胞周期，如肝細(xì)胞和淋巴細(xì)胞。還有些細(xì)胞能夠連續(xù)分裂，從不進(jìn)入G0期，如植物的頂端分生組織細(xì)胞和動(dòng)物的造血干細(xì)胞。54細(xì)胞周期中的關(guān)鍵點(diǎn)，它發(fā)出的信號(hào)停止前一階段的事件而啟動(dòng)后一階段的事件。存在于G1期、G2期和M期。2.細(xì)胞周期的檢控點(diǎn)55細(xì)胞周期受控于一定的調(diào)節(jié)機(jī)制，使得生物體能有序地分裂和生長。細(xì)胞周期調(diào)控的關(guān)鍵在分裂間期。有2個(gè)起決定作用的控制點(diǎn)：從G1進(jìn)入S和從G2進(jìn)入M。從G2進(jìn)入M期是由促進(jìn)M期的因子（M-phasepromotingfactor，MPF）的蛋白質(zhì)復(fù)合體觸發(fā).原來叫成熟促進(jìn)因子(maturationpromotingfactor，MPF)。3.細(xì)胞周期的時(shí)鐘：細(xì)胞周期蛋白及依賴于它的激酶56

組成MPF的兩類蛋白：依賴于細(xì)胞周期蛋白的蛋白激酶(cyclin-dependentkinase，CDK)

細(xì)胞周期蛋白(cyclin)這兩類蛋白的不同組合也可形成S期促進(jìn)因子(Sphase-promotinfactor,SPF).57CDK活性提高觸發(fā)一系列蛋白的磷酸化導(dǎo)致細(xì)胞進(jìn)入M期。酵母細(xì)胞中只有一種CDK，多數(shù)哺乳動(dòng)物中有多種CDK。無論在酵母細(xì)胞還是哺乳動(dòng)物細(xì)胞中都有多種細(xì)胞周期蛋白，因這類蛋白在細(xì)胞周期的某一時(shí)相周期性的合成和降解故而得名。不同的細(xì)胞周期蛋白與CDK結(jié)合，活化CDK，形成細(xì)胞周期網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的核心復(fù)合物，從而調(diào)節(jié)復(fù)雜細(xì)胞周期過程的有序進(jìn)行。細(xì)胞周期的控制機(jī)制58細(xì)胞周期的控制

蛋白質(zhì)CDK與cyclin結(jié)合，產(chǎn)生MPF或SPF，觸發(fā)細(xì)胞進(jìn)入M期或S期591）生長因子及其受體2）原癌基因與抑癌基因抑癌基因p53如：DNA受損后，p53將介導(dǎo)細(xì)胞停留于G1checkpoint,讓DNA修復(fù)或凋亡3）細(xì)胞的信使系統(tǒng)4.影響細(xì)胞周期調(diào)控的因素60611.染色體的一般形態(tài)染色質(zhì)絲：在間期核中,染色質(zhì)成串珠狀的絲染色體：有絲分裂時(shí)，染色質(zhì)絲卷曲、折疊著絲粒和主縊痕：所有染色體都有著絲粒，位于染色體的一個(gè)縮細(xì)的部位，即主縊痕中。位置確定，位于染色體中央或一側(cè)或一端端粒：真核細(xì)胞線形染色體末端的一特定結(jié)構(gòu)，與DNA的正常復(fù)制有關(guān)。5.1.5染色體622.性染色體和常染色體性染色體(sexchromosomes)：決定性別的染色體。常染色體(autosome)：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)目是恒定的。5.1.5染色體634.染色體組型不同生物有不同數(shù)目、不同形態(tài)和不同大小的染色體，即不同生物有不同的染色體組型或稱核型(karyotype)5.1.4染色體645.染色體帶型染色體帶型：染色體經(jīng)過特殊處理并用特定染料染色后，在光學(xué)顯微鏡下可見其臂上顯示不同深淺顏色的條紋，此稱為染色體帶。各號(hào)染色體帶的形態(tài)稱為帶型。

Q帶：熒光染料奎納克林染分裂中期的染色體顯示的發(fā)熒光的條帶。5.1.4染色體655.染色體帶型Giemsa染色：一種永久性染色技術(shù)。

G帶：將分裂中期染色體加熱或用蛋白酶處理，再用Giemsa染料染色出現(xiàn)的橫帶。富含A-T核苷酸的片段

R帶：先熱堿溶液處理再Giemsa染色出現(xiàn)的橫帶。富含G-C核苷酸的片段。

G帶和R帶不重疊。各個(gè)染色體的帶型是穩(wěn)定的；不同的物種，染色體的帶型各有特點(diǎn)。5.1.4染色體66顯微鏡下人的染色體67人的染色體組帶型685.2細(xì)胞分化p91細(xì)胞分化(celldifferentiation)：多細(xì)胞有機(jī)體在個(gè)體發(fā)育過程中，由同一種相同的細(xì)胞類型經(jīng)細(xì)胞分裂后，逐漸在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上形成穩(wěn)定性差異，產(chǎn)生不同的細(xì)胞類群的過程。細(xì)胞分化是動(dòng)物和植物發(fā)育的基礎(chǔ)。69細(xì)胞分化細(xì)胞類型1細(xì)胞類型2細(xì)胞類型3……細(xì)胞衰老細(xì)胞凋亡永生細(xì)胞（癌癥）去分化增殖

細(xì)胞分化與機(jī)體的正常功能：細(xì)胞分化是個(gè)體行使正常功能的保證。本質(zhì)：細(xì)胞的基因組相同，但表達(dá)譜不同；使細(xì)胞能行使不同的功能（分工）；核心：基因是如何有序表達(dá)的？（調(diào)控）。705.2.1管家基因與組織特異性基因細(xì)胞分化是不同類型的細(xì)胞各自表達(dá)一套特異的基因，其產(chǎn)物決定細(xì)胞特定的形態(tài)結(jié)構(gòu)并執(zhí)行各自不同的生理機(jī)能。分化細(xì)胞所表達(dá)的基因：

管家基因(keepinggenes)：在所有細(xì)胞中都需要表達(dá)的基因，其產(chǎn)物是維持細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)和代謝活動(dòng)所必需的。如微絲蛋白基因，核糖體rRNA和蛋白的基因

組織特異性基因(tissue-specificgenes)：不同的細(xì)胞類型中特異表達(dá)的基因，其產(chǎn)物賦予各種類型細(xì)胞不同的形態(tài)和生理機(jī)能。又稱奢侈基因(luxurygenes)。如鳥類輸卵管細(xì)胞中的卵清蛋白基因細(xì)胞分化是組織特異性基因在時(shí)間和空間上的有序的差異表達(dá).715.2.2組合調(diào)控是組織特異性基因表達(dá)的主要調(diào)控方式細(xì)胞分化過程是由一系列基因產(chǎn)物（regulatoryproteins）調(diào)控的。i.e.,每個(gè)基因的表達(dá)都必須：在正確的細(xì)胞中；在正確的時(shí)間；對(duì)正確的信號(hào)產(chǎn)生正確的反應(yīng)；產(chǎn)生正確的表達(dá)水平。

問題：細(xì)胞是如何協(xié)調(diào)（coordinate）這一過程的？答案：一個(gè)關(guān)鍵的調(diào)控蛋白，可以調(diào)控一系列下游基因，完成細(xì)胞分化。72組合調(diào)控(combinationalcontrol)：少數(shù)調(diào)控蛋白完成眾多細(xì)胞類型的分化。每種類型的細(xì)胞分化是由多種調(diào)控因子共同完成的。如果調(diào)控因子的數(shù)目為n，則其可調(diào)控的分化細(xì)胞類型在理論上為2n種。組合調(diào)控大大增加了細(xì)胞分化的靈活性。在啟動(dòng)細(xì)胞分化的各類調(diào)節(jié)蛋白中往往只有一二種調(diào)控蛋白對(duì)某一特定類型的細(xì)胞分化起決定性作用。5.2.2組合調(diào)控是組織特異性基因表達(dá)的主要調(diào)控方式73生物學(xué)作用：借助于組合調(diào)控，一旦某種關(guān)鍵性基因調(diào)控蛋白與其它調(diào)控蛋白形成適當(dāng)?shù)恼{(diào)控蛋白組合，不僅可以將一種類型的細(xì)胞轉(zhuǎn)化成另一種類型的細(xì)胞，而且遵循類似的機(jī)制，甚至可以誘發(fā)整個(gè)器官的形成。分化啟動(dòng)機(jī)制：靠一種關(guān)鍵性調(diào)節(jié)蛋白通過對(duì)其他調(diào)節(jié)蛋白的級(jí)聯(lián)啟動(dòng)。5.2.2組合調(diào)控是組織特異性基因表達(dá)的主要調(diào)控方式74組合調(diào)控機(jī)制示意圖75例子：眼形成的關(guān)鍵調(diào)控蛋白Ey（果蠅）ey基因早期細(xì)胞（發(fā)育成腿）腿中眼細(xì)胞分化眼形成76胞外信號(hào)分子對(duì)細(xì)胞分化的影響通過細(xì)胞的遺傳機(jī)構(gòu)發(fā)揮作用，完成細(xì)胞分化和個(gè)體發(fā)育。包括兩大類：

激素類：由內(nèi)分泌腺釋放。如無尾兩棲類蝌蚪變態(tài)過程中的甲狀腺素及昆蟲變態(tài)過程中的2-羥蛻皮素和保幼素

旁泌素（細(xì)胞生長分化因子）：細(xì)胞分泌的信號(hào)分子只作用于周圍的細(xì)胞。包括成纖維細(xì)胞生長因子和轉(zhuǎn)化生長因子等5大家族胚胎誘導(dǎo)或近端組織的相互作用：在胚胎發(fā)育中一部分細(xì)胞影響周圍細(xì)胞向特定方向分化的現(xiàn)象。5.2.3影響細(xì)胞分化的因素772.環(huán)境因素對(duì)性別決定的影響溫度：一種蜥蜴，24℃，全雌性；32℃，全雄性。個(gè)體之間的相互位置：一種蝸牛，互相疊壓的群體中，下方的雌性，上方的雄性。3.受精卵細(xì)胞質(zhì)的不均一性對(duì)細(xì)胞分化的影響

卵裂早期決定細(xì)胞分化方向的信息存于受精卵中，由于受精卵細(xì)胞質(zhì)的不均一性，在卵裂中不同的細(xì)胞質(zhì)分配到不同的細(xì)胞中，決定早期細(xì)胞分化的命運(yùn)，產(chǎn)生分化方向上的差異。這種差異又通過信號(hào)分子影響其他細(xì)胞產(chǎn)生級(jí)聯(lián)效應(yīng)。5.2.3影響細(xì)胞分化的因素78受精卵的細(xì)胞質(zhì)不均一性和不均等卵裂細(xì)胞增殖過程中產(chǎn)生不均等細(xì)胞的方式794.染色體變化與基因重排對(duì)細(xì)胞分化的影響馬蛔蟲的染色體消減現(xiàn)象抗體形成時(shí)的DNA斷裂丟失與重排DNA與組蛋白的修飾5.2.3影響細(xì)胞分化的因素80細(xì)胞全能性(totipotency):指細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后仍具有產(chǎn)生完整有機(jī)體的潛能或特性。單個(gè)細(xì)胞形成完整個(gè)體的能力。如受精卵和早期胚胎細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)證據(jù)：1972年，植物體細(xì)胞在適當(dāng)?shù)臈l件下可培育出正常的植株。1997年，“多利”羊的成功克隆。遺傳學(xué)基礎(chǔ)：體細(xì)胞內(nèi)存在一套完整的遺傳信息。高度分化的動(dòng)植物體細(xì)胞，在遺傳背景（基因組DNA)和功能上均是全能的。但高等動(dòng)物的體細(xì)胞至今不能形成一個(gè)完整的個(gè)體，說明已分化細(xì)胞的細(xì)胞核必須經(jīng)過重編程處理，才能重現(xiàn)其全能性。5.2.4干細(xì)胞與細(xì)胞全能性81多莉羊的克隆82干細(xì)胞（stemcell）：指隨著胚胎發(fā)育，仍然具有分化成其他細(xì)胞類型和構(gòu)建組織與器官的能力的細(xì)胞。分類：按分化潛能：全能干細(xì)胞，多能干細(xì)胞，單能干細(xì)胞。

按發(fā)育狀態(tài)：胚胎干細(xì)胞，成體干細(xì)胞。

5.2.4干細(xì)胞與細(xì)胞全能性835.2.4干細(xì)胞與細(xì)胞全能性全能干細(xì)胞：具有形成完整個(gè)體的分化潛能。受精卵和早期卵裂球細(xì)胞

多潛能干細(xì)胞：具有分化出多種細(xì)胞組織的潛能。如造血干細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞和生殖嵴干細(xì)胞單能干細(xì)胞：僅具有分化成某些類型細(xì)胞能力的干細(xì)胞。又叫定向干細(xì)胞。如上皮組織基底層的干細(xì)胞、肌肉中的成肌細(xì)胞。

845.2.4干細(xì)胞與細(xì)胞全能性胚胎干細(xì)胞：ES細(xì)胞是一種高度未分化細(xì)胞。它具有發(fā)育的全能性，能分化出成體動(dòng)物的所有組織和器官，包括生殖細(xì)胞。研究和利用ES細(xì)胞是當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的核心問題之一。在未來幾年，ES細(xì)胞移植和其它先進(jìn)生物技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用很可能在移植醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引發(fā)革命性進(jìn)步。組織干細(xì)胞：成體組織中存在的具有分化成某些細(xì)胞類型能力的細(xì)胞。如具有分化成多種血細(xì)胞能力的多能造血干細(xì)胞。在上皮、神經(jīng)、心臟及肝臟組織中也存在相應(yīng)的干細(xì)胞。在特定條件下，成體干細(xì)胞或者產(chǎn)生新的干細(xì)胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能細(xì)胞，從而使組織和器官保持生長和衰退的動(dòng)態(tài)平衡。

85終末分化（terminaldifferentiation）：由單能干細(xì)胞最終形成特化細(xì)胞類型的過程。轉(zhuǎn)分化(trans-differentiation):一種類型分化的細(xì)胞轉(zhuǎn)變成另一種類型的分化細(xì)胞現(xiàn)象。如造血干細(xì)胞等還有可能分化成其他組織的細(xì)胞的過程。5.2.4干細(xì)胞與細(xì)胞全能性干細(xì)胞來源胚胎干細(xì)胞（embryonicstemcells,ESC）成體干細(xì)胞：造血（骨髓）干細(xì)胞神經(jīng)干細(xì)胞肝臟干細(xì)胞……功能多潛能干細(xì)胞（pluripotentstemcells）定向干細(xì)胞（directionalstemcells）86干細(xì)胞具有以下幾個(gè)特點(diǎn):①干細(xì)胞本身不是終末分化細(xì)胞(即干細(xì)胞不是處于分化途徑的終端);②干細(xì)胞能無限地分裂;③干細(xì)胞分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞只能在兩種途徑中選擇其一:或保持親代特征,仍作為干細(xì)胞,或不可逆地向終末分化。87造血干細(xì)胞的分化（hemopoiesis）88韓國“造假教授”重出江湖黃禹錫和他的研究小組宣稱，他們就是在這里克隆出了與患者DNA完全吻合的11枚人體胚胎干細(xì)胞。2005年5月，黃禹錫在美國《科學(xué)》雜志上發(fā)表論文，正式公布了這一研究成果。胚胎干細(xì)胞又被稱為“萬能細(xì)胞”，具有分化成人類各種組織細(xì)胞的潛力。病人可以用自己的體細(xì)胞克隆出早期胚胎，從中提取干細(xì)胞，再誘導(dǎo)分化成所需的組織細(xì)胞，取代在疾病中受損的組織，從而治愈疾病，同時(shí)不會(huì)引起令醫(yī)生們苦惱不堪的排異反應(yīng)。這項(xiàng)技術(shù)是當(dāng)今科學(xué)界的前沿課題，樂觀者認(rèn)為，如果這一技術(shù)取得成功，人類將可以醫(yī)治百病。89細(xì)胞衰老(agingorsenescence)：指復(fù)制性的細(xì)胞衰老，即細(xì)胞經(jīng)過有限次數(shù)的分裂后，進(jìn)入不可逆轉(zhuǎn)的增殖抑制狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生衰老性的改變。衰老細(xì)胞在結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生的變化:核膜內(nèi)折、染色質(zhì)固縮、線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)減少、膜流動(dòng)性降低、致密體增多等5.3細(xì)胞衰老與細(xì)胞凋亡5.3.1細(xì)胞衰老90細(xì)胞衰老的機(jī)制：端粒與細(xì)胞衰老端粒:線性染色體末端的一種特殊結(jié)構(gòu)，由特定的DNA序列和蛋白質(zhì)組成。端粒DNA由一種特殊的酶—端粒酶合成。

DNA復(fù)制導(dǎo)致端?？s短?！坝薪z分裂鐘”假說

氧化性損傷與細(xì)胞衰老活性氧自由基(過氧化氫H2O2)和羥自由基(·OH)對(duì)細(xì)胞中的DNA、RNA和蛋白質(zhì)等均會(huì)造成較大的損傷。氧化損傷的積累導(dǎo)致細(xì)胞乃至機(jī)體的衰老915.3.2細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡(apoptosis)：指由細(xì)胞自身基因編程的一種主動(dòng)的死亡過程，又叫細(xì)胞編程性死亡(programmedcelldeath,PCD)形態(tài)學(xué)與生物化學(xué)特征：染色質(zhì)凝集與邊緣化DNA在核小體間發(fā)生降解，電泳顯現(xiàn)200bp倍數(shù)的梯狀條帶細(xì)胞裂解成由完整核膜和完整的細(xì)胞質(zhì)膜包被的