细胞生命活动的基本单位.ppt

第五章 细 胞 生命活动的基本单位,学习内容,第一节 细胞学说的建立 第二节 细胞的结构与功能 第三节 细胞的分裂 第四节 细胞的分化 第五节 细胞的衰老、死亡 第六节 细胞的癌变,第一节 细胞学说的建立,17世纪，荷兰显微镜学家者列文虎克（A. V. Leeuwen Hoek）用自磨镜片做成显微镜第一次观察了活的细胞。,一、 细胞一词的起源,二、 细胞学说,1838年， 德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出细胞学说。 1.一切植物、动物都是由细胞组成的； 2.细胞是生物体结构和功能的基本单位； 3.新细胞是由已存在的细胞分裂而来。,恩格斯将细胞学说、能量守恒定律和自然选择学说并称为十九世纪最重大的自然科学三大发现,细胞是生命的基本单位,细胞是生命的基本结构单位，所有生物都是由细胞组成。 细胞是生殖和遗传的基础和桥梁。 形状和大小各异的细胞是生物进化的结果。 没有细胞就没有生命（病毒的生命活动离不开细胞）。,种类丰富的细胞,形态各异的细胞,第二节 细胞的结构与功能,细胞的分类：,原核细胞：没有细胞核；遗传信息载体多为一个环状DNA构成；没有分化为具有专门结构与功能的细胞器。 真核细胞：有核膜，核仁；遗传信息载体为染色体，有细胞器，内膜系统复杂。,植物细胞亚显微结构模式图,1.细胞膜,2.细胞壁,3.细胞质,4.叶绿体,5.高尔基体,6.核仁,7.核液,8.核膜,9.染色质,10.核孔,11.线粒体,12.内质网,13.游离的核糖体,14.液泡,15.内质网上的核糖体,真核细胞的显微结构,植物细胞结构,动物细胞亚显微结构模式图,13.中心体,1.细胞膜,2.细胞质,3.高尔基体,4.核液,5.染色质,6.核仁,7.核膜,8.内质网,9.线粒体,10.核孔,11.内质网上的核糖体,12.游离的核糖体,动物细胞结构,动物细胞,植物细胞,细胞膜 细胞核 线粒体 内质网 核糖体 高尔基体 溶酶体,中心体,（低等植物细胞）,细胞壁,叶绿体,中央大液泡,高等动、植物细胞的比较,染色质与染色体,染色质和染色体的关系：细胞中同一种物质在不同时期的两种表现形态,原核生物染色体是以DNA裸露的形式存在。,真核生物染色体是以DNA与碱性蛋白质结合的形式存在。,染色体的结构,端粒,端粒(telomere)：端粒是染色体臂末端的特化部分。端粒在染色体中没有明显的外部形态特征，但往往表现对碱性染料着色较深。 作用：对染色体DNA分子末端起封闭、保护作用。端粒长度可能与细胞寿命有关。,端粒,有学者形象地比喻，端粒就是DNA的尖顶高帽子，每次复制相当于把这个帽子从尖上削掉一层，如此就保护了帽子下面的脑袋。然而帽子的高度总是有限的，当端粒变得短的不能再短时，细胞便不再分裂，而开始衰老、死亡。该论点从一方面阐述了人类衰老的机制。,2009诺贝尔生理或医学奖-非凡意义的端粒,染色体数目是生物物种的特征，相对恒定；体细胞中染色体成对存在(2n)，而配子中染色体数目是体细胞中的一半(n)。,染色体的数目和大小,人类染色体数目,总结：,细胞即具有多样性，又具有统一性 。 多样性体现在：细胞具有不同的形态，大小千差万别。 统一性体现在：不同细胞具有共同的结构-细胞膜、细胞质、细胞核。 染色体数目是生物物种的特征，相对恒定；体细胞中染色体成对存在(2n)，而配子中染色体数目是体细胞中的一半(n)。,第三节 细胞分裂,细胞分裂是实现生物体生长、繁殖和世代间遗传物质连续性的必要方式。 细胞分裂的方式可以分为： 一、 无丝分裂(amitosis)； 二、 有丝分裂(mitosis)； 三、 减数分裂(meiosis ）,一、 无丝分裂（direct division),无丝分裂又称直接分裂，是指细胞核和细胞质直接分裂成两个子细胞。因为在分裂过程中没有出现纺缍丝和染色体的变化，故被称为无丝分裂，与有丝分裂相对。 以前人们认为无丝分裂只在低等生物，衰老细胞和病态组织中，但近年研究发现高等生物的许多正常组织(如：植物的薄壁组织、木质部细胞、绒毡层细胞和胚乳细胞)，也常发生无丝分裂。,一次细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的过程称为细胞周期(cell cycle)。,二、有丝分裂,细胞周期(cell cycle),细胞有丝分裂周期,间期: G1, S, G2 细胞周期 分裂期: M: 核分裂 胞质分裂,特点：在这种分裂过程中出现由许多纺锤丝构成的纺锤体，染色质集缩成棒状的染色体。,有丝分裂过程示意图,2 有丝分裂的遗传学意义,核内染色体准确复制、分裂，为两个子细胞的遗传组成与母细胞完全一样打下基础； 染色体复制产生的两条姊妹染色单体分别分配到两个子细胞中，子细胞与母细胞具有相同的染色体数目和组成。,三 减数分裂(meiosis),减数分裂是性细胞成熟时，配子形成过程中所发生的一种特殊的有丝分裂，又称成熟分裂(maturation division)。 成熟分裂的结果是产生染色体数目减半的性细胞，所以称为减数分裂。,2、减数分裂的意义,减数分裂过程中同源染色体间发生交换，使配子的遗传多样化，增加了后代的适应性，因此减数分裂不仅是保证生物种染色体数目稳定的机制，同且也是物种适应环境变化不断进化的机制。,总结,染色体只复制一次，减数分裂过程中细胞连续分裂两次，而有丝分裂过程中细胞只分裂一次； 减数分裂的结果是染色体数目减半，而有丝分裂的结果是染色体数目不变； 减数分裂后，一个细胞形成四个含有不同遗传物质组合的子细胞，而有丝分裂后，一个细胞只形成两个遗传物质相同的子细胞； 减数分裂过程中有其特有的同源染色体配对和同源非姐妹染色单体间的局部交换，而有丝分裂没有 生殖细胞经过减数分裂染色体数量减半，最后成为精子和卵子。精、卵细胞结合后染色体又恢复到体细胞所具有的数目， 发展成一个新个体。,第四节 细胞分化,一个或一种细胞，其分裂增殖产生的后代细胞，在形态、结构和功能上相互间不同，并与亲代细胞也不相同，这个过程称为细胞分化。 细胞分裂形成新细胞，细胞分化形成形态、结构、功能专门化的细胞,上皮细胞,脂肪细胞,神经元,被精子包围的卵细胞,上皮细胞,脂肪细胞,上皮细胞,被精子包围的卵细胞,脂肪细胞,上皮细胞,上皮细胞,上皮细胞,脂肪细胞,上皮细胞,被精子包围的卵细胞,脂肪细胞,上皮细胞,脂肪细胞,被精子包围的卵细胞,成人体细胞总数约1014个 细胞种类多达200余种,个体发育的过程就是细胞分化的过程。 为什么来自同一个受精细胞，具有相同的遗传物质的子细胞会分化出不同结构和功能呢？,原因是：在不同的信号刺激下细胞中启动表达的基因不同所造成的，其结果是不同的细胞中合成了不同功能的蛋白质，因而导致细胞具有不同形态、结构和功能。,细胞分化的特点,（1）分化过程通常是不可逆的。分化终端的细胞一般不再分裂，稳定地具有一定的特征，执行一定的生理功能，渐渐走向衰老与死亡。 （2）少数分化终端细胞具有逆向恢复生长分裂的能力，称为去分化，这往往可能是细胞癌变的征兆。,（3）细胞分化大量地出现在成年阶段以前。个体发育达到成年阶段后，大多数细胞不再分化。 但是，仍有一部分细胞的分化，在生物体整个一生中都会持续进行。如哺乳动物的骨髓中，终生都在发生血细胞的分化成熟。,干细胞(stem cell),干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。 根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞。 根据干细胞的发育潜能分为三类：全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。 胚胎干细胞的发育等级较高，是全能干细胞，而成体干细胞的发育等级较低，是多能或单能干细胞。 这些细胞存在于各种组织的特定位置上。,胚胎干细胞当受精卵分裂发育成囊胚时，内层细胞团的细胞即为胚胎干细胞。它是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官。 成年动物的许多组织和器官，比如表皮和造血系统，具有修复和再生的能力。成体干细胞在其中起着关键的作用。在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。,应用前景,干细胞的衰老是机体衰老或人类衰老的重要因素。干细胞及其衍生组织器官的广泛临床应用，将产生一种全新的医疗技术，也就是再造人体正常的甚至年轻的组织器官，从而使人能够用上自己的或他人的干细胞或由干细胞所衍生出的新的组织器官，来替换自身病变的或衰老的组织器官。 美国科学杂志于1999年将干细胞研究列为世界十大科学成就的第一，排在人类基因组测序和克隆技术之前。,挫折与争议,2011年5月，自然期刊发表研究报告指出，用皮肤干细胞制成的细胞组织，尽管是来自同一病患体内的细胞，都可能受到病患体内免疫系统的排斥，这项报告让干细胞治病的前景受到挫折。 对干细胞的本质仍然不甚了解，可能会产生多种形式的基因突变 。 同胚胎干细胞相比，成人身体上的干细胞只能发育成20多种组织器官，而胚胎干细胞则能发育成几乎所有的组织器官。但是，如果从胚胎中提取干细胞，胚胎就会死亡。因此，伦理道理问题就成为当前胚胎干细胞研究的最大问题之一。,临床应用,在临床治疗中，造血干细胞应用较早，在20世纪五十年代，临床上就开始应用骨髓移植（BMT）方法来治疗血液系统疾病。 干细胞治疗疾病免疫呼吸道疾病 干细胞治疗肾病 干细胞治疗小儿脑瘫 干细胞治疗心肌梗塞 干细胞移植治疗糖尿病 干细胞美容,干细胞与克隆技术,克隆动物的理论基础 1、构成动物的所有细胞，具有发育的全能 性和可塑性。,2、受体卵或卵母细胞的细胞质中含有启动 供体核重新编程的各种因子。,克 隆,是指由一个细胞或个体以无性繁殖或孤雌生殖的方式产生遗传物质完全相同的一群细胞或一群个体。 在广义上是指利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组后代的过程。,克隆的基本过程,动物克隆技术的核心是核移植。 核供体动物的选择与细胞核的获得。 核受体动物的选择与细胞核的移出。 供体核的移入及原核的取出。 胚泡的体外试管培养。 代母的选择与胚泡移入子宫。 克隆动物的体内发育与出生。,核移植技术：所谓核移植技术就是利用显微操作技术将一个细胞的细胞核移植到另一个细胞中，或者将两个细胞的细胞核（或细胞质）进行交换，从而可能创造无性杂交生物新品种的一项技术。,胚 胎 克 隆：使用的核供体细胞如果来自多细胞阶段 的胚胎，叫做胚胎克隆。 体细胞克隆：使用的核供体细胞来自动物体，叫做 体细胞克隆。,胚胎细胞核移植,体细胞核移植,细胞核移植的方法,罗斯林研究所科学家取一头普通白绵羊的乳腺细胞，将细胞核移植到一个剔除了细胞核的卵子中，使之融合、分裂、发育成胚胎，然后移植到第三头羊的体内。科学家共培育277个胚胎，只有多莉成功出生。1996年7月5日，多莉降临人世。直到1997年2月23日才公布于众。,2003.2.14日苏格兰向外界宣布：多莉因早衰并患有肺炎，被迫实施了安乐死。由于早衰问题，人们怀疑“多莉是穿着羔羊服装的老羊” 。,2000年1月，美国科学家宣称第一次成功地克隆出灵长类动物克隆猴“泰特拉”。克隆猴采用了胚胎细胞克隆的技术。科学家反复实验13次，只有“泰特拉”幸运地降生。这意味着克隆人类已不存在技术障碍。,克隆人可以吗？,1997.3.4 （美）前克林顿宣布：禁止联邦政府资助人体克隆实验。 1997.3.5 （意）卫生部长在众议院宣布：禁止人体和动物克隆。 1997.3.11 世界卫生组织（WHO）宣布：禁止人体克隆试验。 1997.3.11 欧盟委员会宣布：反对人体克隆试验。 中国卫生部宣布：禁止人体克隆试验。,人体细胞之最,按细胞直径而言，要数卵细胞，其直径约200微米，即0.2毫米。 以细胞长度来说，当之为骨骼肌细胞，长的可超过4厘米。 而以细胞突出的长度来划分，当之无愧的是神经细胞（也称神经元）。神经元的轴突长的可达1米以上。故神经元可称之为体内最大的细胞了 人体最小的细胞是男子的精子。175000个精子细胞才抵得上一个卵细胞的重量。,体内最大的细胞,体内最小的细胞,小知识,线粒体最多的细胞 人体内线粒体最多的细胞是肝脏的肝细胞。每一个肝细胞内约有2000个线粒体。正常线粒体寿命为一周，线粒体可以通过分裂增生。主要作用是为细胞功能活动不断提供能量，细胞生命活动所必需的总能量中，大约有95%来自线粒体。肝细胞是体内生命活动最活跃的细胞。 溶酶体最多的细胞 溶酶体普遍存在于各种细胞中，不过数目不多，较线粒体为少得多。最多要数巨噬细胞，溶酶体内含有50多种水解酶。能够消化细胞内衰老死亡的细胞器和吞噬进入细胞内的物质。因巨噬细胞具有很强吞噬和参与免疫应答作用。故溶酶体最多。,寿命最长的细胞 寿命最长的细胞寿命最长的细胞是神经细胞的，出生时有多少以后就有多少，不能增加，可见神经细胞的寿命最长。俗话说：“脑细胞死一个就少一个、衰老便不由人愿了。” 功能最全的细胞 干细胞,可以分化形成不同类型的细胞进而形成不同的组织器官,第五节 细胞的衰老和死亡,一、个体衰老和细胞衰老,衰老：一个细胞或一个个体生理机能和代谢逐渐恶化的过程。这一过程在正常细胞应对各种内源和外源的压力时被激活。可见“笑一笑十年少，愁一愁白了头”是有些道理的。,细胞衰老是个体衰老的基础,个体衰老的特征： 衰老受遗传控制。 衰老受中枢神经系统影响，忧郁和烦躁使衰老加快。 衰老受环境影响，营养不良或摄入热量过多等都会明显加速衰老。 适当的体力运动，可使身体衰老减慢；经常的脑力活动，可使脑功能衰退减慢。 每个人身体衰老的进程快慢可相差很大，每个人身体各部分组织的衰老和机能的减退也不均衡。,9 years old 8 years old,早衰症,人体衰老时，并非全身细胞均衡衰老，而是部分细胞衰老，导致整体机能失调。激素系统和神经系统的衰老对全身的影响最大。,1、端粒DNA序列的缩短导致细胞衰老,3. 细胞衰老的原因,2、自由基损害的积累导致细胞衰老 生物氧化中产生自由基，自由基破坏生物大分子蛋白质、核酸、脂类等。使得细胞结构破坏，基因突变，导致细胞衰老。 一般认为，自由基攻击引起细胞损伤，日积月累，使细胞功能日益衰退，引致细胞衰老。 人体存在着清除自由基机制.,3、干细胞功能下降导致细胞损耗的长期无效替换也许是人类衰老的一个主要原因。,细胞凋亡是一种普遍存在的自然现象,人的红细胞通常工作120天就自然凋亡。,细胞凋亡的功能： 清除多余无用的细胞。 清除发育不正常或有害的细胞。 清除已完成正常使命对以后生活有妨碍的细胞，控制组织器官各部分的细胞总数。,第六节 癌细胞,动物体内因分裂调节失控而无限增殖的细胞称为癌细胞。癌细胞由“叛变”的正常细胞衍生而来， “叛变”细胞脱离正轨，自行设定增殖速度，累积到10亿个以上才会察觉。癌细胞的增殖速度用倍增时间计算，1个变2个，2个变4个，以此类推。由于癌细胞不断倍增，癌症越往晚期发展得越快。,一、癌细胞的主要特征,无限增殖：正常细胞经过一定次数的分裂增殖，就走向衰老和死亡。癌细胞却能无限增殖。 转化和转移：癌细胞要克服细胞间粘附作用脱离出来，再改变形状穿过致密的结缔组织 ，进入血液逃离白细胞的攻击，最后才能够再生和定植挤走了正常的细胞,破坏了器官的功能,最后足以致命。,二、致癌因子,物理致癌因子：紫外线、电离辐射等 化学致癌因子：数千种之多。吸烟是人体摄入化学致癌物的主要途径之一。食用过多的亚硝胺类食物（腌制食品，如鱼，肉等）和熏烤烧焦的食物。 病毒致癌因子：在一些鼻咽癌、宫颈癌、肝癌、白血病等患者的血清中可以发现有相应病毒的抗体。,癌症至今仍是威胁人类生命最主要的疑难病症之一。全球约有1000万人新患癌症，每年约有50