生命科学导论第三章.ppt

第三章 细胞分裂、分化、衰老、死亡与癌变,一、细 胞 分 裂,无丝分裂,有丝分裂,减数分裂,细胞分裂周期(重点),G0期：休眠期 G1期：DNA合 成前期 S 期：DNA合 成期 G2期: DNA合 成后期 M 期：细胞分 裂期,染色质与染色体,染色质 (核染质) ：间期细胞内由 DNA ，组蛋白,非组蛋白及少量 RNA 组成的线性复合结构（见后图） 染色体：细胞在分裂过程中，由染色质聚缩而成的棒状结构（见后图）,染色质的基本结构单位,核小体,染色体,短臂,着丝粒,长臂,DNA,染色单体,有 丝 分 裂,前期,中期,后期,末期,子细胞,减 数 分 裂,前期I,中期I,后期I,末期I,子细胞,减 数 分 裂,前期II,中期II,后期II,末期II,子细胞,二、细胞的增殖与分化,细胞繁殖（cell reproduction）： 细胞生命的一个基 本特征，单细胞生物以此繁殖后代，而多细胞生物是依赖它来完成个体发育，它是细胞分化的基础，即组织、器官、系统形成的基础。,细胞分化（cell differentiation）： 胚胎细胞分裂后的未定型细胞或简单可塑性细胞，在形态和化学组成上向专一性或特异性方向转化，演变为特定细胞类型的过程。,细胞增殖、分化、死亡是多细胞生物的个体发育过程中三项基本的生命活动。,细 胞 分 化,细胞分化表现为细胞间产生稳定差异,分化方向的确定往往早于形态差异的出现,细胞生理状态随分化水平提高而变化,影响细胞分化的因素,胞外信号分子对细胞分化的影响 细胞记忆与决定 受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响 细胞间的相互作用与位置效应 环境对性别决定的影响 染色体变化与基因重排对细胞分化的影响,细胞衰老,人的寿命应该有多长？,哺乳类动物的寿命应该是其生长期的7倍。 人的生长期是最后一颗牙齿长出来的时间(20-25岁)。 因此人的寿命应该为100-175岁，正常应该是120岁。,Hayflick界限：细胞，至少是培养的细胞，不是不死的，而是有一定的寿命；它们的增殖能力不是无限的，而是有一定的界限。,不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数,体外培养的年轻和老的人成纤维细胞的显微形态,左边是只分裂了几代的年轻成纤维细胞，呈现薄层、细长的形态；右边是分离了50次的老的成纤维细胞，开始衰退，并很快死亡。,早老症儿童与正常儿童的比较,细胞在体内条件下的衰老,在机体内，细胞的衰老和死亡是常见的现象，甚至在个体发育的早期也会发生; 正常情况下终生保持分裂的细胞，其分裂能力是否随着有机体年龄的增高而下降？它们会不会衰老？ 衰老动物体内，细胞分裂速度显著减慢，其原因主要是G1期明显延长; 衰老个体内的环境因素影响了细胞的增殖和衰老; 随着年龄的增加，干细胞 增殖速度也趋缓慢.,衰老细胞的特征,细胞内水分减少 色素生成和色素颗粒沉积 细胞核的变化 内质网的变化: 衰老动物内质网成分弥散性地分散于核周胞质中，粗面内质网的总量似乎是减少了 线粒体的变化: 通常，细胞中线粒体的数量随龄减少，而其体积则随龄增大 致密体的生成 膜系统的变化,细胞核的变化,体外培养的二倍体细胞，细胞核随着细胞分裂次数的增加不断增大 细胞核的核膜内折（invagination）、染色质固缩化,膜系统的变化,衰老的细胞，其膜流动性降低、韧性减小 衰老细胞间间隙连接; 细胞膜内（P面）颗粒的分布也发生变化,细胞凋亡的概念（重点） 细胞死亡有两种形式：细胞凋亡和细胞坏死 细胞凋亡（apoptosis): apoptosis为希腊语，原指秋天时树叶自然凋零。细胞凋亡指细胞在一定的生理和病理条件下，遵循自身的程序，自己结束生命的过程。 细胞坏死(necrosis): 外来致病因素作用下使得细胞正常代谢活动被强行中断而引起的“意外”的、被动性死亡过程，只见于病理情况下。,细胞坏死 细胞凋亡,坏死,凋亡,二、细胞凋亡的生物学意义,1. 细胞凋亡与个体发育 在个体发育过程中的细胞凋亡是保证个体正常发育所必需的。（图） 2. 细胞凋亡与免疫 形成自身抗原耐受、防止过高的免疫应答、激活淋巴细胞对靶细胞的凋亡。,3. 细胞凋亡与衰老 通过凋亡可及时清除衰老细胞，降低机体癌变的危险。 4. 细胞凋亡与损伤修复 当DNA损伤不可逆转时，可通过细胞凋亡清除损伤细胞。 5. 细胞凋亡与肿瘤 细胞增殖与凋亡的速度平衡失调可造成肿瘤的发生。,癌细胞主要特征,脱分化 无限增殖 失去接触抑制现象（见后图） 对生长因子需求降低 细胞骨架紊乱（见后图） 细胞表面和粘附性质改变,细胞工程的应用,细胞培养 细胞融合单克隆抗体技术 动物克隆 植物细胞工程,致癌因子,物理致癌因子：紫外线、电离辐射 化学致癌因子：石棉、砷化物、铬化物等无机物；联苯胺、亚硝胺、黄曲霉素等有机物。 病毒致癌因子：致癌病毒。,什么是克隆？,“克隆”一 “ Clone ” ，它既可作名词也可做动词用。当作名词用时，克隆是指一个无性繁殖系；当用作动词用时，克隆则是指利用不同方法产生无性繁殖系所进行的工作。 克隆可根据其研究或操作的对象的层次分为： 基因克隆 细胞克隆 个体克隆,克隆,Dolly,植物细胞培养,单个 细胞,营养培养基,克隆植株,工业化植物细胞培养系统主要有两大类： 悬浮细胞培养系统和固定化细胞培养系统,Dolly的身世,“多莉”的产生与三只母羊有关；一只是怀孕三个月的芬兰多塞特母绵羊，两只是苏格兰黑面母绵羊。芬兰多塞特母绵羊提供了全套遗传信息，即提供了细胞核（称之为供体）；一只苏格兰黑面母绵羊提供无细胞核的卵细胞；另一只苏格兰黑面母绵羊提供羊胚胎的发育环境 子宫，是“多莉”羊的“生”母。,克隆过程,1. 从芬兰多塞特母绵羊的乳腺中取出乳腺细胞，将其放入低浓度的营养培养液中，细胞逐渐停止了分裂，此细胞称之为供体细胞； 2. 从一头苏格兰黑面母绵羊的卵巢中取出未受精的卵细胞，并立即将其细胞核除去，留下一个无核的卵细胞，此细胞称之为受体细胞； 3. 利用电脉冲的方法，使供体细胞和受体细胞发生融合，最后形成了融合细胞，由于电脉冲还可以产生类似于自然受精过程中的一系列反应，使融合细胞也能象受精卵一样进行细胞分裂、分化，从而形成胚胎细胞； 4. 将胚胎细胞转移到另一只苏格兰黑面母绵羊的子宫内，胚胎细胞进一步分化和发育，最后形成一只小绵羊。,克隆过程,Dolly和“生”母,Dolly 和她的女儿Bonnie,比较微生物克隆、植物克隆和动物克隆,单细胞真核生物细菌、放线菌、酵母菌、藻类和霉菌等繁殖的唯一方式或主要方式; 植物克隆“无心插柳柳成荫”容易 细胞的全能性； 动物克隆难上难。 一般来说： 细胞分化程度更高，细胞全能性的丧失,动物克隆的历程,1975年将成年青蛙的体细胞核转移到已除去细胞核的卵子中，细胞分裂、分化并逐渐发育，但到蝌蚪期就停止了，不再发育成青蛙。 利用青蛙的卵子进行过无性系的建立，并获得了成功，这是一个利用性细胞进行动物克隆的例子。 伊恩 . 维尔穆特领导的科学研究小组，利用羊的胚胎细胞进行过无性繁殖，并获得了成功，但从严格意义上讲，胚胎细胞并不是体细胞，它是没有完成整个发育阶段的细胞。 1996年7月Dolly的诞生标志着真正来源于体细胞无性繁殖系的的成功。,胚胎核移植克隆猴,动物克隆的重要意义,动物体细胞克隆可以应用于畜牧业育种上，复制出的数量巨