细胞生物学细胞的增殖和分化上课学习教案

1、会计学1第一页，共105页。细胞通过增殖(zngzh)增加数量，通过分化增加种类。受精卵受精卵 胚胎胚胎 完整机体完整机体200余种、21014个细胞，构造(guzo)无比复杂。第1页/共104页第二页，共105页。第一节 细胞分裂分裂(fnli)过程中没有染色体组装和纺锤体形成，DNA复制后直接分裂(fnli)，是低等生物（如细菌）增殖的主要方式。分裂(fnli)过程中有纺锤体和染色体的形成。子细胞中遗传物质均等分配。是真核细胞主要的增殖方式。有性生殖生物形成生殖细胞时的分裂分式。分裂前，染色体复制一次，细胞连续分裂两次，染色体数目减半。第2页/共104页第三页，共105页。核糖体 DNA细

2、胞壁细胞膜第3页/共104页第四页，共105页。二、有丝分裂(yu s fn li) (mitosis)第4页/共104页第五页，共105页。G1SG2M间间期期为了(wi le)便于描述人为划分第5页/共104页第六页，共105页。 M期被细分为六个时期： 前期(qinq)(prophase)； 前中期(prometaphase)； 中期(metaphase)； 后期(anaphase)； 末期(telophase)； 胞质分裂(cytokinesis): 从后期开始延续至末期。第6页/共104页第七页，共105页。1. 前期前期(qinq) prophase(一) 有丝分裂各阶段(jidu

3、n)发生的事件第7页/共104页第八页，共105页。中心粒在S期完成复制，在前期移向细胞两极，两个中心体之间形成纺锤体微管； 前期末(q m)核膜解体时，中心体已到达两极，并形成纺锤体。第8页/共104页第九页，共105页。 中心(zhngxn)体发出的三种微管结构： 极微管（polar mt） 动粒微管（kinetochore mt） 星体微管（astral mt）星体微管星体微管动粒微管动粒微管极微管极微管中心体中心体纺锤体极纺锤体极动粒动粒第9页/共104页第十页，共105页。 有丝分裂器（mitotic apparatus）： 动态结构，由微管及微管结合(jih)蛋白组成。 在中期细胞

4、中包括两部分： 纺锤体（spindle）：极微管 + 动粒微管 星体（aster）：星体微管第10页/共104页第十一页，共105页。2. 前中期前中期 prometaphase始于核膜崩解。纺锤体微管捕获染色体，染色体两侧动粒分别(fnbi)结合来自两侧中心粒的纺锤体微管。染色体剧烈运动，挪向细胞中央。 第11页/共104页第十二页，共105页。第12页/共104页第十三页，共105页。3. 中期中期(zhngq) metaphase染色体排列(pili)于赤道板（metaphase plate）上，姐妹染色单体两侧动粒分别结合于相反的纺锤体极，受力均等。第13页/共104页第十四页，共10

5、5页。第14页/共104页第十五页，共105页。4. 后期后期(huq) anaphase姐妹染色单体分开并向两级迁移。极微管不断延长，动粒微管逐渐缩短。细胞(xbo)两端的纺锤体极（中心体）进一步远离。第15页/共104页第十六页，共105页。第16页/共104页第十七页，共105页。5. 末期末期(mq) telophase 子染色体分别到达两极，动粒微管(wi un)消失。 核膜重建。 染色质重新疏松，核仁重现。第17页/共104页第十八页，共105页。6. 胞质分裂胞质分裂(fnli) cytokinesis始于后期，止于末期。若核分裂(fnli)后不发生胞质分裂(fnli)，则形成多

6、核细胞。动物细胞-通过胞质收缩环（contractile ring）的收缩实现，收缩环由大量(dling)平行排列的肌动蛋白与肌球蛋白等组成。形成的结构也称分裂沟（cleavage furrow）。分裂由外而内。植物细胞 - 在细胞中央产生细胞板，与周围细胞壁汇合后将细胞分开。分裂由内而外。第18页/共104页第十九页，共105页。第19页/共104页第二十页，共105页。(二) 有丝分裂 各阶段发生事件(shjin)的调节机制、染色体的凝集黏合素（cohesin）介导染色单体结合；凝集素（condensin）在染色体凝集过程中发挥重要(zhngyo)作用。第20页/共104页第二十一页，共1

7、05页。、有丝分裂器的形成与子染色体分离：（）纺锤体的组装(z zhun)（）纺锤体“捕获”染色体由微管组装和动力（马达）蛋白的共同作用：微管组装与解聚： 在（+）端发生聚合和解聚，调节纺锤体微管的长度。微管动力蛋白（马达蛋白）： 驱动(q dn)蛋白（kinesin）向（+）端运动 动力蛋白（dynein）向（）端运动- 调节极微管之间的滑动、染色体的运动等。前期前期(qinq) (qinq) 中期中期第21页/共104页第二十二页，共105页。第22页/共104页第二十三页，共105页。（）染色体的分离(fnl)机制后期A： 动粒微管（+）解聚缩短，拉动染色体移向两级。 动粒处的马达蛋白帮

8、助(bngzh)促进染色体移动。后期后期(hu(huq)q)+第23页/共104页第二十四页，共105页。后期B： 极微管(wi un)（+）端聚合延长，极微管(wi un)上的马达蛋白促使其互相滑动远离，推动两极更加远离 ； 同时星体微管(wi un)马达蛋白直接拉动两极更加远离。+第24页/共104页第二十五页，共105页。第25页/共104页第二十六页，共105页。、核膜的崩解(bn ji)与再组装机制 与核纤层蛋白（lamin）的磷酸化与去磷酸化修饰有关。Lamin 磷酸化磷酸化Lamin 去磷酸化去磷酸化核膜核膜(h m)小泡小泡融合融合染色质疏松染色质疏松(sh sn)第26页/共

9、104页第二十七页，共105页。、胞质分裂机制、核分裂先于胞质分裂的调控机制 1）细胞周期调控系统激活有丝分裂需要的蛋白(dnbi)的同时，使胞质分裂所需要的蛋白(dnbi)失活； 2）在形成有功能的收缩环之前不会发生胞质分裂，收缩环的形成需要染色体分至两极后留下的中央纺锤体参与。第27页/共104页第二十八页，共105页。三、减数分裂(jin sh fn li) (meiosis)（一）减数分裂的一般(ybn)过程减数分裂 I减数分裂 II同源染色体通过联会实现染色体部分片段的交换，然同源染色体通过联会实现染色体部分片段的交换，然后分开。后分开。姐妹染色单体分开。姐妹染色单体分开。第28页/

10、共104页第二十九页，共105页。第29页/共104页第三十页，共105页。1、减数分裂(jin sh fn li) I（1）前期(qinq) I细线期细线期偶线期偶线期粗线期粗线期双线期双线期终变期终变期中期中期 I第30页/共104页第三十一页，共105页。细线期 leptotene 染色质开始凝集，光镜下呈细线状，具有念珠(ninzh)状的染色粒。第31页/共104页第三十二页，共105页。偶线期 zygotene 同源(tn yun)染色体配对 - 联会（synapsis）。粗线期 pachytene 始于联会完成时，光镜下已能看清姐妹染色(rns)单体。 同源染色(rns)体的非姊妹

11、染色(rns)单体间发生交换。 联会复合体 二价(r ji)体 四分体第32页/共104页第三十三页，共105页。 每对同源染色体间通过联会复合体（ synaptonemal complex， SC ）结合(jih)，称为二价体（bivalent）；含四条姐妹染色单体，称为四分体（tetrad）。SC第33页/共104页第三十四页，共105页。电镜下为3条纵带状结构：两边侧生组分，中间中央组分，互相以横纤维相连。 SC上有重组小节(recombination nodules)，含有多种酶，非姐妹染色单体的染色质在此处局部结合，发生DNA交换(jiohun)。SC形成于偶线期，成熟于粗线期，消失

12、于双线期。联会复合体（ synaptonemal complex， SC ）第34页/共104页第三十五页，共105页。双线期 diplotene 联会复合体消失，同源染色体分离，只有少数点仍连接(linji)，称为交叉（chiasmata）。交叉逐渐移向染色体两端，称为端化(terminalization)。第35页/共104页第三十六页，共105页。双线期RNA合成异常活跃，部分染色体解旋： 如两栖类、爬行类、鸟类等卵母细胞中，RNA合成活跃，二阶体解螺旋而形成灯刷染色体。这一时期(shq)是卵黄积累的时期(shq)。 许多动物卵细胞在双线期停留的时间非常长。如人的卵母细胞在五个月胎儿中已

13、达双线期，而一直到排卵期（12-50岁）都停在双线期。第36页/共104页第三十七页，共105页。终变期 diakinesis 染色体再凝集，核仁消失。四分(s fn)体交叉端化进一步发展，交叉数目减少，通常仅存于端部。纺锤体组装形成。第37页/共104页第三十八页，共105页。（2）中期(zhngq) I核膜消失。每条同源染色体上的姐妹染色单体的动粒融合在一起，二价体的两个动粒分别连接(linji)于两极的纺锤体微管。二价体端部交叉仍结合在一起。第38页/共104页第三十九页，共105页。（3）后期(huq) I同源染色体分开(fn ki)，分别向两极移动。同源染色体随机分向两极，染色体上带

14、重组成分。姐妹染色单体仍然相连。第39页/共104页第四十页，共105页。（4）末期(mq) I染色体到达两极，多数仍保持凝集状态、或去凝集程度很低。 少数(shosh)细胞发生去凝集。产生的两个子细胞只含单倍数染色体，但含二倍数DNA。第40页/共104页第四十一页，共105页。2、减数分裂(jin sh fn li) II分为前期 II、中期(zhngq) II、后期 II、末期 II ，过程与有丝分裂相似。一个精母细胞形成4个精子；一个卵母细胞形成一个卵子及2-3个极体。第41页/共104页第四十二页，共105页。（二）减数分裂的特征(tzhng)和意义1、DNA复制(fzh)一次细胞分

15、裂两次 保证人类(rnli)染色体数目稳定。 非同源染色体随机组合，保证物种多样性。配子种类至少为配子种类至少为 2n 。在人类细胞中在人类细胞中 n = 23第42页/共104页第四十三页，共105页。有丝分裂有丝分裂减数分裂减数分裂分裂细胞分裂细胞体细胞体细胞 及及 生殖细胞生殖细胞生殖细胞生殖细胞分裂次数分裂次数一次一次两次两次复制次数复制次数一次一次一次一次DNADNA含量含量不变不变减半减半分裂过程分裂过程无联会、交叉、四无联会、交叉、四分体；着丝粒分裂分体；着丝粒分裂有联会、交叉、四分体；有联会、交叉、四分体；减数分裂减数分裂 I 着丝粒不分着丝粒不分裂裂分裂结果分裂结果产生产生2

16、个子细胞，染个子细胞，染色体数目不变色体数目不变形成形成4个子细胞，染色个子细胞，染色体数目减半体数目减半遗传物质不变，体遗传物质不变，体现遗传的稳定性现遗传的稳定性遗传物质改变，体现遗遗传物质改变，体现遗传的多样性传的多样性减数分裂与有丝分裂(yu s fn li)比较第43页/共104页第四十四页，共105页。2、同源染色体的配对(pi du)与分离 使同源染色体间发生遗传(ychun)重组，极大增加遗传(ychun)的多样性。 保证同源染色体准确分离。3、性染色体配对(pi du) 雄性个体 X、Y染色体末端存在一个同源的小区域，可介导二者产生区域配对并交叉互换。第44页/共104页第四

17、十五页，共105页。（三）异常(ychng)的减数分裂 产生染色体缺失的单倍体细胞或多拷贝细胞。 融合后产生异常胚胎，多数死亡，或发育成疾病成体，如人类的唐氏综合征。 减数分裂中的分离错误较易发生于雌性个体，且错误概率随母体年龄(ninlng)增长而增高。第45页/共104页第四十六页，共105页。第二节 细胞周期一、细胞周期 (cell cycle)的基本概念 一个细胞经过一系列生化(shn hu)事件而复制他的组分，然后一分为二，这种周期性的复制和分裂过程。 间期间期 M期期G1SG2有丝分裂有丝分裂胞质分裂胞质分裂第46页/共104页第四十七页，共105页。第47页/共104页第四十八页

18、，共105页。 细胞生长的主要阶段，物质代谢极为活跃，合成细胞生长的主要阶段，物质代谢极为活跃，合成(hchng)大量的大量的RNA和蛋白质等。和蛋白质等。 G1晚期合成晚期合成(hchng)DNA复制所需的酶类、以及复制所需的酶类、以及G1 S转变所需的转变所需的各类蛋白（触发蛋白、钙调蛋白和细胞周期蛋白等）。各类蛋白（触发蛋白、钙调蛋白和细胞周期蛋白等）。 G1期是决定细胞增殖期是决定细胞增殖(zngzh)状态的关键阶段，状态的关键阶段， G1期进程受期进程受多种细胞内外因素影响。多种细胞内外因素影响。 G1期长短在不同细胞中差异较大。期长短在不同细胞中差异较大。1、G1 期二、细胞周期各

19、时相的动态关系与生物二、细胞周期各时相的动态关系与生物(shngw)大分子的合成大分子的合成第48页/共104页第四十九页，共105页。从增殖的角度来看，可将高等动物的细胞(xbo)分为三类： 连续分裂细胞： 如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。 不分裂细胞： 指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞。如神经、肌肉、多形核细胞等。 静止休眠细胞： 暂不分裂、但在适当的刺激(cj)下可重新进入细胞周期，称G0期细胞。如淋巴细胞、肝、肾细胞等。第49页/共104页第五十页，共105页。2、S 期 DNA合成的阶段；组蛋白、非组蛋白等染色质组成合成的阶段；组蛋白、非组蛋白等染色质组成(z c

20、hn)蛋白亦在此期合成，并入核与蛋白亦在此期合成，并入核与DNA组装成组装成核小体。核小体。 中心粒也在中心粒也在S期复制。期复制。3、G2 期 合成进入合成进入(jnr)M期所需的蛋白质，为细胞分裂作准备。期所需的蛋白质，为细胞分裂作准备。 G2期合成的期合成的 MPF 对于对于M期进入期进入(jnr)非常关键。非常关键。第50页/共104页第五十一页，共105页。 成熟促进因子（maturation promoting factor, MPF） 一种促进M期启动的蛋白激酶，通过(tnggu)促进靶蛋白的磷酸化而改变其生理活性。 为异二聚体，由一个催化亚基 (p34cdc2, 具有激酶活性)

21、 和一个调节亚基 (细胞周期蛋白B，cyclinB) 组成。第51页/共104页第五十二页，共105页。4、M 期 染色体分离染色体分离(fnl)及胞质分裂。及胞质分裂。第52页/共104页第五十三页，共105页。三、细胞周期的调控(dio kn)（一）研究细胞周期调控(dio kn)的常用真核细胞系统1、裂殖酵母与芽殖酵母单细胞真菌，其周期调控过程与人类细胞类似(li s)，且增殖迅速，利于研究。2、爪蟾胚胎细胞受精卵与早期胚胎细胞个体大，含大量细胞分裂所需蛋白质，增殖迅速（几乎无G1与G2期）；且个体大易于操作。3、体外培养的哺乳动物细胞避免动物体实验的复杂与困难。第53页/共104页第五

22、十四页，共105页。第54页/共104页第五十五页，共105页。（二）细胞周期调控(dio kn)系统的组成可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行(ynxng)。其活性受到 cyclin 的调节，必须与 cyclin 结合才能被激活。Cdk活性的周期性改变，启动或调节DNA复制，有丝分裂、胞质分裂等细胞周期主要事件。目前已知Cdk家族成员有Cdk1（cdc2）、Cdk2、Cdk3 Cdk9。1、细胞周期蛋白(dnbi) 与 细胞周期蛋白(dnbi)依赖性蛋白(dnbi)激酶 (1) Cdk (cyclin-dependent kinase) 细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶第55页/共104页第五十六

23、页，共105页。l是一类蛋白激酶，但必须与cyclin结合并且特定的氨基酸残基处于合适的磷酸化状态后才可能(knng)具有激酶活性。l通过磷酸化多种与细胞周期相关的蛋白，在细胞周期调控中起关键作用l在细胞周期的不同阶段，不同的CDK分子被激活，由此引发或调控细胞周期的主要事件第56页/共104页第五十七页，共105页。（2） Cyclin （细胞周期蛋白(dnbi)）在每一个细胞周期都经历了合成和降解的循环过程，含量(hnling)呈周期性变化。在脊椎动物中已知有cyclin A、B 、C、 D、E、F、G、H、T等，都有周期蛋白框（cyclin box）。Cyclin 不仅能与特定 Cdk

24、结合而使其活化，而且还“指引”Cdk到达特定的靶蛋白，从而诱导特定细胞周期事件的发生 。分为类： G1、G1/S型、S型、M型。第57页/共104页第五十八页，共105页。激酶复合激酶复合体体脊椎动物脊椎动物芽殖酵母芽殖酵母CyclinCdkCyclinCdkG1-CdkCyclin D*Cdk4、6Cln 3Cdk1G1/S-CdkCyclin ECdk2Cln 1、2Cdk1S-CdkCyclin ACdk2Clb 5、6Cdk1M-CdkCyclin BCdk1 (cdc2)Clb 1-4Cdk1表表3-9-1 主要主要(zhyo)的的 cyclin 和和 Cdk* Cyclin D 包

25、括 D1-3，各亚型 cyclin D 在不同(b tn)细胞中的表达量不同(b tn)，但具有相同的功效。第58页/共104页第五十九页，共105页。脊椎动物细胞周期调控系统(xtng)主要成员Cyclin B+ Cdk 1第59页/共104页第六十页，共105页。（3） Cdk活化激酶(jmi) 与 Cdk活性抑制因子Cdk 活化激酶（Cdk activating kinase, CAK ）： 一种(y zhn)蛋白复合物，磷酸化Cdk，使之激活。Cdk活性抑制(yzh)因子 Cdk 抑制激酶 Cdk 抑制蛋白 （Cdk inhibitor, CKI）第60页/共104页第六十一页，共10

26、5页。激酶激酶(jmi) Kinase: add P - 磷酸化磷酸化磷酸酶磷酸酶 Phosphatase: remove P - 去磷酸化去磷酸化活化性活化性磷酸化磷酸化抑制性磷酸化抑制性磷酸化活化形式活化形式失活形式失活形式Wee 1激激 酶酶Cdc25磷酸酶磷酸酶 Cdk 抑制(yzh)激酶 第61页/共104页第六十二页，共105页。Cdk 抑制(yzh)蛋白（Cdk inhibitor, CKI） 包括(boku)： CIP/KIP：P21cip1、P27kip1、P57kip2。 INK4 : P16ink4a, P15ink4b, P18ink4c, P19ink4d。 与 Cd

27、k/cyclin 复合物结合，抑制Cdk的活性，对细胞周期起负调控(dio kn)作用。活化的活化的cyclin-Cdk复合体复合体失活的失活的p27-cyclin-Cdk复合体复合体第62页/共104页第六十三页，共105页。（4）促进 Cdk 调节因子(ynz)降解的酶复合物泛素（ubiquitin）- 蛋白(dnbi)水解酶复合物（proteasome）通路Cdk 调节蛋白的降解主要依赖两种复合物：SCF和APC。需要(xyo)降解的蛋白质，在特定Aa上被连上一串泛素。结合了泛素的蛋白质被蛋白水解酶复合物识别并且降解，这是细胞内蛋白质降解的普遍途径。降解的蛋白质降解的蛋白质泛素链泛素链第

28、63页/共104页第六十四页，共105页。第64页/共104页第六十五页，共105页。第65页/共104页第六十六页，共105页。 Cdk 活性的调节(tioji)方式Cyclin 的结合(jih)Cdk 上特定位点的磷酸化状态(zhungti)CKI 的结合Cdk 调节因子的降解 细胞周期的运转就是细胞周期调控系统的关键蛋白cdk激酶被激活或失活的过程。第66页/共104页第六十七页，共105页。2，细胞周期检查点 （cell cycle checkpoint） 为保证染色体数目的完整性及细胞周期正常运转，细胞中存在着一系列监控系统，可对细胞发生(fshng)的重要事件及出现的故障加以检测，

29、只有当这些事件完成，故障修复后，才允许细胞周期进一步运行，该检测系统即为检查点。第67页/共104页第六十八页，共105页。第68页/共104页第六十九页，共105页。 G1检查点：存在于G1晚期，酵母细胞中称启动点（start），哺乳动物细胞称R点，越过R点可完成有丝分裂。 G2 或 G2/M 检查点：控制细胞是否进入M期。 中期检查点（纺锤体组装检查点）：若有染色体未正确附着于纺锤体上，染色体分离将延迟(ynch)。 DNA复制检查点：发生于G2/M转换过程中，检查DNA复制是否完成或有否发生错误。 DNA损伤检查点：发生于G1期和G2期，识别DNA受到损伤时的错误碱基并且将之修复， 防止

30、错误碱基被复制。第69页/共104页第七十页，共105页。第70页/共104页第七十一页，共105页。检查点的化学(huxu)本质 细胞周期调控系统的组成分子被激活或失活，尤其是细胞周期调控系统的关键蛋白激酶被激活或失活的信号传导过程。第71页/共104页第七十二页，共105页。（三）细胞周期事件(shjin)的调控第72页/共104页第七十三页，共105页。（三）细胞周期事件(shjin)的调控M期的进入(jnr)（P239）Cdk 1无活性无活性无活性无活性活活 化化间期（间期（G2）M 期期Cdk活化活化(huhu)激酶激酶（CAK）活化性磷活化性磷酸化酸化抑制性磷抑制性磷酸化酸化PPC

31、dc 25 PCdc 25 P无活性的磷无活性的磷酸酶酸酶Cdk抑制激酶（Wee1）正反馈正反馈第73页/共104页第七十四页，共105页。G1SG2MCDK1cyclinBMPF activity第74页/共104页第七十五页，共105页。G1期的调控(dio kn)（P241）cyclin 与 G1-Cdk的结合 - 激活(j hu)Cdk。CKI 与 Cdk/cyclin 复合体的结合 - 抑制Cdk活性。 Rb 蛋白(dnbi)（人视网膜母细胞瘤蛋白(dnbi)）的“刹车”作用活化的活化的G1-CdkRbPPE2FS期基因期基因转录转录活活 化化失失 活活E2FRb失失 活活活活 化化

32、第75页/共104页第七十六页，共105页。DNA损伤与p53蛋白对细胞周期进程(jnchng)的阻抑作用 (P241)辐射(fsh)与化学物质等可能导致DNA损伤。 有两个DNA损伤检查点： G2期，损伤修复机制使cdc25磷酸化失去活性，抑制M-Cdk的活性，阻止细胞进入M期。 G1期，损伤修复机制使p53被磷酸化而激活，p53作为转录(zhun l)因子，导致CKI p21的表达，p21结合G1/S-Cdk和S-Cdk抑制它们的活性，从而阻止细胞进入S期。第76页/共104页第七十七页，共105页。第77页/共104页第七十八页，共105页。（四）癌基因和抑癌基因在细胞周期调控(dio

33、kn)中的作用癌基因癌基因(jyn)（原癌基因（原癌基因(jyn)）：存在于脊椎）：存在于脊椎动物细胞中与病毒癌基因动物细胞中与病毒癌基因(jyn)相似的基因相似的基因(jyn)。正常细胞中少量表达，为细胞生长和增。正常细胞中少量表达，为细胞生长和增殖所必需的，但是突变或过量表达导致细胞恶殖所必需的，但是突变或过量表达导致细胞恶性增殖。如性增殖。如 Ras和和 Myc。抑癌基因抑癌基因(jyn)：与癌基因：与癌基因(jyn)相反，还有一相反，还有一类存在于正常细胞中的，能抑制细胞恶性增殖类存在于正常细胞中的，能抑制细胞恶性增殖的基因的基因(jyn)。这些基因。这些基因(jyn)编码的产物，从编

34、码的产物，从多个调控点参与对细胞周期的调控，缺失或失多个调控点参与对细胞周期的调控，缺失或失活引起癌变。如活引起癌变。如p53和和Rb。第78页/共104页第七十九页，共105页。以原癌基因为代表推动细胞周期进程(jnchng)的正的调控作用。以抑癌基因为代表的抑制细胞周期的负的调控作用。两者之间的平衡维持了细胞正常的生长增殖状态。第79页/共104页第八十页，共105页。有丝分裂原：能促进细胞增殖的生长因子，已发现(fxin)50多种。如表皮生长因子EGF、红细胞生成素、血小板生长因子等。信号通路：ras途径，cAMP途径、磷脂酰肌醇途径。（五）细胞周期的胞外调控(dio kn)因素第80页

35、/共104页第八十一页，共105页。四、细胞周期时相的测定(cdng)和细胞的同步化（一）细胞周期时相的测定(cdng)、掺入标记法：标记物：3H-TdR（H3标记的胸腺嘧啶脱氧核糖核苷）、或BrdU（5-溴脱氧尿嘧啶）。细胞在含标记物的培养基中培养，标记物可在S期掺入新合成的 DNA 链中，从而(cng r)标记处于S期的细胞。通过检测 3H的放射性或 BrdU 抗体的荧光强度衡量不同时相的细胞数量及比例。第81页/共104页第八十二页，共105页。2、流式细胞分光光度法：原理：细胞的DNA经荧光染色逐个通过流式细胞仪检测(jin c)装置记录每个细胞的荧光强度荧光强度与DNA含量呈正比。G

36、2期、M期DNA含量是G1期细胞二倍；S期细胞DNA含量介于两者之间；根据仪器读出G1期、 S期、 G2+ M期的细胞数确定(qudng)各时相的长度。第82页/共104页第八十三页，共105页。（二）细胞(xbo)的同步化（synchronization of cell）使处于周期不同阶段(jidun)的细胞共同进入某一特定阶段(jidun)。1、有丝分裂摇落法体外培养的贴壁细胞，处于M期时缩起变圆，易从贴附介质脱落。因此可借振摇之力使M期细胞悬浮(xunf)于培养基中，通过离心收集得到。2、活细胞离心淘洗法处于周期不同时相的细胞体积不同，在离心场中沉降速度有别。因此利用离心淘洗方法可将细胞

37、按比重分离，得到不同时相的细胞。第83页/共104页第八十四页，共105页。3、化学同步化法利用药物诱导细胞(xbo)同步化在某一时期。常用的有DNA合成阻断及有丝分裂中期阻断。（1）DNA合成阻断法 应用DNA抑制剂阻断S期细胞的DNA合成，可获得大量同步(tngb)于S期的细胞。 如甲氨喋呤、羟基脲、5-氟脱氧尿嘧啶、过量TdR等。（2）有丝分裂中期阻断法 通过抑制微管的聚合，使细胞阻断在有丝分裂中期，从而(cng r)得到M期细胞。 如秋水仙素、N2O等。第84页/共104页第八十五页，共105页。第三节 细胞(xbo)分化细胞分化 (cell differentiation）： 从受精

38、开始的个体发育过程(guchng)中，同源细胞之间在形态、结构和功能上发生稳定性差异的过程(guchng)。分化是基因选择性转录表达的结果。 一、细胞(xbo)分化的基本概念第85页/共104页第八十六页，共105页。 细胞(xbo)分化的特征：1. 分化相对稳定。分化相对稳定。2. 2. 分化差异的确定早于形态差异的出现。分化差异的确定早于形态差异的出现。3. 细胞决定（细胞决定（determination）：细胞从分化方向）：细胞从分化方向确定到出现特定的形态之前的时期称为决定。确定到出现特定的形态之前的时期称为决定。4. 细胞决定即意味着细胞内部细胞决定即意味着细胞内部(nib)已发生了

39、稳已发生了稳定的变化，基因活动模式已开始发生改变，确定定的变化，基因活动模式已开始发生改变，确定了未来的发育命运。了未来的发育命运。第86页/共104页第八十七页，共105页。3. 细胞生理状态随分化水平提高而变化。细胞生理状态随分化水平提高而变化。如：高度分化细胞的分裂能力多数下降；如：高度分化细胞的分裂能力多数下降； 高度分化细胞对电离辐射的敏感度比分化程度高度分化细胞对电离辐射的敏感度比分化程度低的细胞低。低的细胞低。4. 分化具有时空差异。分化具有时空差异。在时间上：一个细胞在不同的发育阶段可以有不同在时间上：一个细胞在不同的发育阶段可以有不同的形态的形态(xngti)和功能。和功能。

40、在空间上：同一种细胞的后代，环境不同可以有相在空间上：同一种细胞的后代，环境不同可以有相异的形态异的形态(xngti)和功能。和功能。第87页/共104页第八十八页，共105页。二、细胞(xbo)分化的潜能1. 在发育过程中细胞在发育过程中细胞(xbo)分化潜能逐渐变窄分化潜能逐渐变窄全能细胞（totipotent cell）：受精卵到囊胚前的胚胎细胞，能够分化出机体各种细胞、组织与器官，发育成一个完整的个体。多能细胞（pluripotent cell）：三胚层期的细胞等，具有发育成多种组织的潜能，但失去了发育为完整机体的能力。稳定型单能细胞（unipotent cell）：只能分裂(fnli

41、)分化产生一种类型的细胞。第88页/共104页第八十九页，共105页。多能细胞全能细胞单能细胞分化发育(fy)进程：全能性多能性单能性成熟定型第89页/共104页第九十页，共105页。2. 分化分化(fnhu)细胞细胞核细胞细胞核的全能性的全能性分化细胞仍然具有(jyu)与受精卵一样的全部基因组，具备该生物的全部遗传信息 - 即高度分化的体细胞核仍然具有(jyu)发育全能性。Dolly（多莉） 的克隆成功是对此的有力(yul)证明。第90页/共104页第九十一页，共105页。第91页/共104页第九十二页，共105页。三、细胞分化(fnhu)与基因表达 管家基因（house-keeping g

42、ene）：维持细胞生存所必需的基因，在各种细胞中均处于活动状态。 例如，核糖体蛋白、线粒体蛋白、糖酵解酶等。对细胞分化只有协助作用。 奢侈基因 （luxury gene）/ 组织特异性基因：在不同组织中有不同的选择表达。例如，血红蛋白(xuhng dnbi)、角蛋白、胰岛素等。与各种分化细胞的特殊性状有直接关系。第92页/共104页第九十三页，共105页。1、转录(zhun l)水平的调节 顺式作用元件：包括启动子、增强子、沉默子 反式作用因子(ynz)（转录因子(ynz)）： 通用（基本）转录因子：结合启动子TATA框，参与转录启动。 特定转录因子：与特定顺式作用元件结合，调节特定基因的转录

43、。 转录激活因子：多为增强子结合蛋白(dnbi)； 转录抑制因子：多为沉默子结合蛋白(dnbi)，或通过结合激活因子等抑制基因的表达。第93页/共104页第九十四页，共105页。eg. 血红蛋白由4条珠蛋白肽链构成，在发育过程(guchng)中，不同类型的珠蛋白依次出现和消失，这是转录水平上基因差异性表达的结果。第94页/共104页第九十五页，共105页。 DNA甲基化：阻碍转录因子结合(jih)，从而阻抑转录的活性。甲基化程度越高，DNA转录活性越低。第95页/共104页第九十六页，共105页。2、转录后的加工(ji gng)调节（mRNA） 选择性将mRNA移出细胞核。 通过(tnggu)选择性剪接在不同细胞中形成不同的m