细胞的生命历程

第 6 章,细胞的生命历程,6.1 细胞的增殖,细胞为什么要增殖？,细胞是基因保存自己的容器,1、分子水平：扩增DNA分子并分配到新的容器中,2、个体水平：使个体成长,为什么不通过细胞无限长大来使个体成长呢？,细胞一样大,一、细胞不能无限长大,细胞体积越大,需要的营养物质越多 排出的代谢废物越多,细胞表面积越大,代谢效率正比于,细胞表面积 / 细胞体积,1、原因,物质运输越快,S/V的值在何种状况下增大？,细胞的表面积与体积的关系,2、是什么限制了细胞的长大？,DNA的量一定，细胞过大会加重核的负担,3、细胞可以无限小吗？,不可以，细胞的基本结构和构成物质需要一定空间。,最小：支原体 100nm,最长：神经细胞 1m,最大：驼鸟卵细胞 5cm,大、小核,伸缩泡,二、细胞通过分裂进行增殖,真核细胞的分裂方式：,有丝分裂、无丝分裂、减数分裂,（一）有丝分裂,1、细胞周期,连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止，为一个细胞周期。,细胞周期,分裂间期,分裂期,物质准备,细胞分裂,连续分裂的细胞：干细胞、皮肤生发层细胞、植物的形成层细胞、根尖分生区细胞等,暂时停止分裂的细胞：肝脏细胞、肾细胞（在合适的条件下可以继续分裂）,不再分裂的细胞：已分化细胞（绝大多数）,以下哪个过程可表示为细胞周期?,有丝分裂的目的,体细胞增殖，获得遗传物质和母细胞一样的子细胞。,1、遗传物质加倍,2、遗传物质平均分配,1）、间期,从细胞在一次分裂结束之后到下一次分裂之前，是分裂间期。,时间最长,2、过 程,DNA复制、蛋白质合成,G1期：蛋白质合成,S 期：DNA合成期,G2期： 蛋白质合成,2）、前期,（2）、染色质变成染色体,（3）、细胞两极发出的纺锤丝形成纺锤体,（1）、核仁、核膜消失,姐妹染色单体,膜仁消失现两体,为什么需要消失？,为什么染色质需要高度螺旋化形成染色体？,纺锤体有什么用？,3）、中期,（2）、染色体形态稳定、数目清晰，便于观察。,（1）、纺锤丝牵引染色体运动，着丝点排列在赤道板上。,形数清晰赤道齐,为什么着丝点要排列在赤道板上？,（1）、着丝点断裂，两条姐妹染色单体分开成为两条子染色体。,细胞两极各有一套染色体，形态、数目完全相同，与亲代染色体也相同。,（2）、由纺锤丝牵引染色体向细胞两极运动。,4）、后期,点裂数增均两极,5）、末期,（3）、赤道板的位置出现细胞板，由中央向四周扩展，形成新的细胞壁，成为两个子细胞。,（1）、染色体形成染色质,（2）、纺锤丝消失，出现新的核膜、核仁，形成新的细胞核。,膜仁重现无两体,染色体与DNA、姐妹染色单体的数量关系,复制,着丝点分裂,_条染色体_条姐妹染色单体_个DNA,_条染色体_条姐妹染色单体_ 个DNA,_条染色体_条姐妹染色单体_个 DNA,1,0,1,1,2,2,2,0,2,染色体数 = 着丝点数 DNA数 = 线条数 染色体复制后才有染色单体，着丝点分裂后又无染色单体。,假定某生物体中一个体细胞内的染色体和DNA的含量为2N，填写下表：,2N,4N,2N,4N,0,2N,2N,4N,2N,4N,4N,4N,2N,4N,4N,0,0,染色体的变化曲线,间期,0,4N,2N,前期,中期,后期,末期,DNA的变化曲线,间期,0,4N,2N,前期,中期,后期,末期,间期,0,4N,2N,前期,中期,后期,末期,染色单体的变化曲线,纺锤体的形成方式,子细胞形成方式,动物,植物,中心体发出星射线构成纺锤体,细胞两极发出纺锤丝构成纺锤体,细胞膜向内凹陷将细胞一分为二,细胞板扩展成细胞壁将细胞一分为二,前 期,末 期,动植物细胞有丝分裂的区别,有丝分裂的意义,将亲代细胞的染色体经过复制后，精确的平均分配到两个子细胞中。由于染色体上有遗传物质DNA，因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。,分裂过程没有出现纺锤丝和染色体的变化。,（二）无丝分裂,分裂结果和有丝分裂会有什么不同？,三、观察根尖分生组织细胞的有丝分裂,1、材料：根尖分生区细胞,2、步骤： 解离 漂洗 染色 制片,P116,使细胞分散；细胞膜失去选择透过性,龙胆紫/醋酸洋红,看到数量最多的是处于什么时期的细胞？,间期，因为时间最长,死细胞,洗去盐酸,压片,低分化细胞,增殖,子细胞,持续增殖,分化,异常分化,子细胞,高度分化细胞,癌细胞,衰老,凋亡,6.2 细胞的分化,一、细胞分化及其意义,在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程叫做细胞分化。,1、概 念,有丝分裂,分化,分化,*决定细胞分化方向的机制,一、细胞内因素,从卵裂时期开始每个细胞获得的细胞质成分有差异，从而影响了基因表达。,（一）、环境因素 环境多种因素对机体的发育有一定的影响，如温度，光线等，这些因素可能是造成第一次不等卵裂，从而影响细胞分化的原因之一。 如豚鼠的孕期为68d，如果在妊娠1828d给母鼠增温度341小时，胎鼠脑重可减轻10。,二 细胞外因素,（二）、细胞间的相互作用,1诱导（induction）：一部分细胞对邻近细胞产生影响，并决定邻近细胞分化方向及形态发生的过程。,2抑制 （inhibition）指在胚胎发育中，已分化的细胞抑制邻近细胞进行相同分化而产生的负反馈调节作用。如发育中的蛙胚置于含成体蛙心组织碎片的培养液中，胚胎不能产生正常的心脏；用含成体蛙脑组织碎片的培养液培养蛙胚，也不产生正常的脑，说明已分化的细胞可产生某种物质，抑制邻近细胞向相同方向分化。,3细胞识别与黏合 从受精、胚泡植入、形态发生、器官形成都与细胞识别与黏合息息相关。 如将蝾螈的原肠胚三个胚层的游离细胞体外混合培养，各胚层细胞又将自我挑选，相互黏着，依然形成外胚层在外，内胚层在内，中胚层介于二者之间的胚胎。,（三）、激素 激素由血液循环输送到不同部位决定靶细胞的分化，属远距离调节。 如在昆虫变态中，幼虫的蜕变和化蛹受激素影响。脑激素是脑部产生的神经内分泌物质。若从已经成熟的幼虫中将脑取出，就不能化蛹。若将脑回植到体内，则此幼虫又恢复化蛹能力，推断脑激素实际是一种促蜕皮激素。而保幼激素则由咽侧体产生，能促进幼虫发育，但阻止变态。若将幼龄虫的咽侧体切除，则提前化蛹，变为成虫。,2、特 点,（1）持久性 在生物体的整个生命过程中都有，只是在胚胎时期达到最高峰。,（2）（体内）不可逆性 在生物体内，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。,所有细胞都由一个受精卵分裂而来,3、意 义,使多细胞生物体中的细胞趋于专门化，有利于提高各种生理功能的效率。,4、发生原因,基因的选择性表达,DNA相同,蛋白质不同,形态、结构、生理功能不同,5、具有连续分裂分化能力的细胞,（1）植物：分生组织细胞等,（2）动物：干细胞等,例如：造血干细胞可以增殖分化为红细胞、白细胞、血小板等胚胎干细胞能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型,二、细胞的全能性,1958年，斯图尔德将胡萝卜韧皮部的细胞，放入含有植物激素、无机盐和糖类的培养液中,1、概 念,已分化的细胞具有发育成完整个体的潜能。,2、原 因,细胞内含有形成完整个体所需的全套基因。,3、全能性表达的条件,（1）离体,（2）营养、激素等,4、全能性表达的难易程度,受精卵,生殖细胞,体细胞,植物细胞,动物细胞,（分化程度越高，全能性越难表达）,（简单）,（复杂）,（1）、植物组织培养,5、应 用,（2）、动物克隆,将含有遗传物质的供体细胞的细胞核移植到去除了细胞核的卵细胞中。,动物细胞的细胞质限制了全能性,核供体A,受体B,代孕母羊C,小羊长得像谁？,和A羊一模一样吗？,6. 3 细胞的衰老和调亡,（1）单细胞生物,一. 细胞的衰老,细胞衰老与死亡 个体衰老与死亡,（2）多细胞生物,细胞衰老与死亡个体衰老与死亡,1. 个体衰老与细胞衰老的关系,衰老个体内衰老细胞多，幼嫩个体内衰老细胞少,1.老年人体内有没有幼嫩的细胞？2.年轻人体内有没有衰老的细胞？,有，如造血干细胞一生都能增殖分化产生各种类型的血细胞。,有，如皮肤表皮细胞衰老成角质层细胞，最后细胞凋亡、脱落。,二、细胞衰老的特征,水分减少，新陈代谢速率减慢。 多种酶活性降低。 色素随着细胞衰老而逐渐积累。 呼吸速率减慢，细胞核体积增大，核膜内折，染 色质收缩，染色加深。 膜通透性改变，物质运输功能降低。,e.g. 白发,e.g.老年斑,e.g.皮肤干燥,食欲降低,细胞衰老的原因,衰老的自由基学说是Denham Harman在1956年提出的，认为衰老过程中的退行性变化是由于细胞正常代谢过程中产生的自由基的有害作用造成的。自由基是正常代谢的中间产物，其反应能力很强，可使细胞中的多种物质发生氧化，损害生物膜。还能够使蛋白质、核酸等大分子交联，影响其正常功能。也可以引起DNA损伤从而导致突变，诱发肿瘤形成。,自由基学说,端粒学说由Olovnikov提出，认为细胞在每次分裂过程中都会由于DNA聚合酶功能障碍而不能完全复制它们的染色体，因此最后复制DNA序列可能会丢失，最终造成细胞衰老死亡。,端粒学说,三、细胞凋亡,1、概 念 由基因所决定的细胞自动结束生命的过程。,自杀,2、作 用,（1）清除多余、无用的细胞,（2）清除衰老细胞,（3）清除异常细胞,（4）维持组织和器官中细胞数目的稳定,四、细胞坏死,细胞坏死是在种种不利因素影响下，如电、热、冷、机械伤害等，由于细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞死亡。,他杀,6.4 细胞的癌变,有的细胞受到致癌因子的作用，细胞中的遗传物质发生变化，就变成不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞就是癌细胞（cancer cell）,癌细胞的大量增殖而引起恶性肿瘤，即癌症。,一、癌细胞的主要特征,1、在适宜的条件下，癌细胞能够无限增殖。,2、癌细胞的形态结构发生显著变化,正常的纤维细胞为扁平梭形,癌变后球形的成纤维细胞,3、癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少，细胞间的黏性降低。,正在扩散的癌细胞,癌细胞的扩散和转移,二、细胞癌变的原因,1、外因致癌因子,物理致癌因子,化学致癌因子,生物致癌因子,抑癌基因的功能是抑制细胞不正常的增殖。,负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程。,当原癌基因的结构或调控区发生变异，基因产物增多或活性增强时，细胞就会过度增殖，形成肿瘤。,（1） 原癌基因,（2）抑癌基因,2、内因基因突变,细胞本身具有,癌症的发病机理,正常细胞,癌细胞,原癌基因,激活,致癌因子,抑癌基因,（积累效应）,或,原癌基因 功能 相关肿瘤sis 生长因子 Erwing网瘤erb-B受体酪氨酸激酶，EGF受体 星形细胞瘤、乳腺癌、卵巢癌、肺癌、胃癌、唾腺癌fms 受体酪氨酸激酶，CSF-1 受体 髓性白血病ras G-蛋白 肺癌、结肠癌、膀胱癌、直肠癌src非受体酪氨酸激酶鲁斯氏肉瘤Abl-1 非受体酪氨酸激酶 慢性髓性白血病raf MAPKKK，丝氨酸/苏氨酸激酶 腮腺肿瘤vav 信号转导连接蛋白 白血病myc转录因子Bu