细胞分化.doc

动物细胞的结构及其与细胞分化的统一性论述一、动物细胞的结构及其功能动物细胞的结构主要包括：细胞膜，细胞质（细胞质基质、细胞器），细胞核，核糖体，线粒体，高尔基体，内质网，中心体，溶酶体等。细胞膜是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。质膜不仅是细胞结构的边界，使细胞具有一个相对稳定的内环境，同时在细胞与环境之间的物质运输、能量转换及信息传递过程中也起着重要的作用。在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质，称细胞质基质。细胞与环境，细胞质与细胞核，以及细胞器之间的物质运输、能量交换、信息传递等都要通过细胞质基质来完成，很多中间代谢反应也发生在细胞质基质中。除此之外，细胞质基质在蛋白质的修饰、蛋白质的选择性降解等方面也起着重要作用。 细胞核主要由核被膜、核纤层、染色质、核仁及核体组成。细胞核是遗传信息的储存场所，在这里进行基因复制、转录和转录初产物的加工过程，从而控制着细胞的遗传与代谢活动。 核糖体是细胞内合成蛋白质、没有膜包被的细胞器，其功能是按照mRNA的信息将氨基酸高效精确地合成蛋白质多肽链。线粒体是由内外两层彼此平行的单位膜套叠而成的封闭的囊状结构。外膜起界膜作用，内膜向内折叠形成脊。基质内含有与三羧酸循环所需的全部酶类，内膜上具有呼吸链酶系及ATP酶复合体。线粒体能为细胞的生命活动提供场所，是细胞内氧化磷酸化和形成ATP的主要场所，有细胞动力工厂之称。此外，线粒体还与细胞中氧自由基的生成，调节细胞氧化还原电位和信号传导，调控细胞凋亡、细胞内多种离子的跨膜转运及电解质稳态平衡等有关。 高尔基体是由一些排列较为整齐的扁平膜囊堆叠在一起。其主要功能是将内质网合成的蛋白质进行加工、分类、与包装，然后分门别类地送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。 内质网是由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔形成互相沟通的三维网络结构。内质网的存在，大大增加了细胞内模的表面积，为多种酶提供了大面积的结合位点。同时，内质网形成完整封闭体系，将内质网上合成的物质与细胞质基质中合成的物质分隔开来，更有利于它们的加工运输。中心体是细胞中一种重要的无膜结构的细胞器，存在于动物及低等植物细胞中。每个中心体主要含有两个中心粒。它是细胞分裂时内部活动的中心，主要与动物细胞有丝分裂有关。溶酶体是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器，其主要作用是进行细胞内的消化作用。二、细胞分化简述细胞分化是生物发育的基础。目前认为细胞分化的本质是细胞内基因选择性表达特异功能蛋白质的过程。细胞分化常常伴随着细胞的增殖、衰老与凋亡，分化细胞的最终归宿往往是细胞的衰老和死亡。近年，细胞分化及其调控机制的研究主要集中在编码特异蛋白质的基因选择性表达规律及其调控方面。一个受精卵通过分裂与分化如何发育为复杂的有机体，是生命科学中引人入胜的课题之一。利用哺乳动物的体细胞进行动物克隆，进一步揭示了细胞的“全能性”，使人们认识到可以控制细胞的分化，而且可以将已分化的细胞进行“去分化”，并使分裂与再分化，克隆出新的个体，这为控制生物的生长发育展示了诱人的前景。1、细胞分化的定义在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生不同的细胞类群的过程称为细胞分化。2、细胞分化是基因选择性表达的结果早期人们推测细胞分化是由于细胞在发育过程中遗传物质的选择性丢失所致。目前认为细胞分化是由于基因选择性地表达各自特有的专一性蛋白质，而导致细胞形态、结构与功能的差异。如鸡的输卵管细胞合成卵清蛋白，成红细胞合成-珠蛋白，胰岛细胞合成胰岛素，这些细胞都是在个体发育中逐渐产生的。分别用上述3种蛋白质的基因作探针，对3种细胞中提取的总DNA的限制性酶切片段进行Southern杂交实验。结果显示，上述3种细胞的基因组DNA中均存在卵清蛋白基因、-珠蛋白基因和胰岛素基因：然而用同样的3种基因片段为探针，对上述3种细胞中提取的总RNA进行Northern杂交实验，仅在输卵管细胞中表达卵清蛋白mRNA，而成红细胞中仅表达-珠蛋白mRNA，胰岛细胞中表达胰岛素mRNA，上述结果表明，不同类型的细胞在发育过程中表达一套特异的基因，其产物不仅影响细胞的形态结构，而且执行各自的生理功能。3、细胞分化的调控细胞分化中基因表达的调节控制是一个十分复杂的过程，在蛋白质合成的各个水平，从mRNA的转录、加工到翻译，都会有调控的机制。在DNA水平也存在调控机制（如基因的丢失、放大、移位重组、修筛以及染色质结构的变化等）。不同的细胞在其发育中的基因表达的调节控制不同；相同的细胞在其发育的各阶段中，调节控制的机制不同。分化细胞所表达的基因，一类是持家基因，另一类是组织特异性基因。每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调控完成的，通过组合调控的方式启动组织特异性基因的表达是细胞分化的基本机制。多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面比单细胞生物显得更为复杂，涉及诸多方面，如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，环境对性别决定影响，染色质变化与基因重排对细胞分化的影响等。三、细胞结构与细胞分化的关系1、分化与细胞核在细胞分化中，细胞核起决定作用。一般认为细胞核内含有该种生物的全套遗传信息。在条件具备时，它可使所在细胞发育分化为由各种类型细胞所组成的完整个体。从培养的烟草，髓部小块形成的组织团块上取脱落的细胞，单个分离培养能得到有根和叶的幼芽，再移植到土壤中，会长出开花的植物。在两栖类，把囊胚期和早期原肠胚的细胞核移植到事先已经去掉细胞核的卵内能使卵正常发育，说明动植物体细胞的核是全能的。 2、分化与细胞质分化与细胞质之间的关系可以从卵质谈起。如马副蛔虫受精后，所有经过染色体消减的细胞都发育为体细胞。许多动物卵子细胞质的分布有明显的区域性。这种区域性虽然不影响染色体的行为，但对于以后胚胎器官发育却有决定性作用。 中国胚胎学家童第周等利用核移植的技术，也证实了卵质在性状发生中的作用。他们把金鱼囊胚期细胞核移到去核的鳑鲏鱼卵子中；虽然发育到幼鱼的例子极少，但是发育的过程都比较正常，一些基本的发育的特点，如胚胎的背腹性，对称性以及早期的卵裂进程等都和鳑鲏鱼一样，幼鱼的体形也和鳑鲏鱼的幼鱼没有区别。这些性状的出现似乎完全根据细胞质。 3、分化与细胞间的相互作用细胞间的相互作用是各式各样的，可以是诱导作用，也可以是抑制作用。诱导作用。两栖类胚胎背部的外胚层细胞，在脊索中胚层的作用下，分化为神经细胞，以后发育为神经系统。这种中轴器官的诱导作用在脊椎动物具有普遍性，一般认为，脊索中胚层细胞释放某种物质，诱导外胚层细胞分化为神经组织。诱导不但在中轴器官的形成中起作用，也在以后器官的发生中起作用。例如间质细胞的存在对体内腺体上皮的形成和分化是必不可少的。这些腺体包括甲状腺、胸腺、唾腺和胰腺，它们对间质细胞的依赖程度有