细胞的分化与细胞衰老死亡和遗传学基础课件

1、 细胞的分化一. 细胞分化概述(一).细胞分化的概念 细胞分化(cell differentiation)：是指一种类型的细胞在形态、结构、生理功能和生物化学特征方面稳定转变成另一类型细胞的过程。受精卵卵裂分化外胚层神经管表皮腺脑脊髓毛、齿甲、爪疏松结缔组织致密结缔组织中胚层软骨骨肌肉形成血的组织髓样组织淋巴组织泌尿生殖系统内胚层呼吸系统上皮消化道上皮胰肝腺甲状腺甲状旁腺外胚层中胚层内胚层 在细胞发生可识别的形态变化之前，就受到一定的限制而确定了细胞的发展方向，这时细胞内已经发生了改变，确定了未来的发育命运，这种现象称为细胞决定。细胞决定(cell determination)：(二)、细胞分

2、化的特点细胞分化的特点稳定性可逆性(去分化、转分化）分化细胞的全能性细胞分化的时间和空间特点时间上的分化：一个细胞在不同发育阶段可以有不同的形态和功能。空间上的分化：同一种细胞的后代在不同的环境可以具有相似的形态和功能。 染色体上DNA顺序的重排，是改变基因组中有关基因顺序结构的基因调控方式。（二）转录水平上的调节维持细胞最基本生命活动所不可缺少的基因。如：核糖体蛋白基因、氧化磷酸化所需全部酶蛋白基因、糖酵解酶蛋白基因等。这些基因在各类细胞中都可以表达。 与各种分化细胞的特殊性状有直接关系的基因。如：胶原蛋白基因、角蛋白基因、血红蛋白基因、肌动蛋白基因、肌球蛋白基因。这些基因只有在特定的分化细

3、胞中表达。管家基因：（ 基 本 基 因 ）house-keeping gene奢侈基因：（表型专一性基因）luxury gene五、 细胞分化与癌变 癌细胞是从正常细胞转化而来，但形态、代谢、功能都与正常细胞不同。正常细胞去分化癌基因突变干细胞stem cell： 机体的许多组织中保留有一部分未分化的细胞，一旦需要，这些细胞便可按发育途径先进行细胞分裂，然后分化产生分化细胞。机体中这些未分化的细胞就称为干细胞。二、干细胞的特点：1、干细胞本身为非终末分化细胞。 2、干细胞能无限分裂。 3、干细胞分裂产生的子细胞只能在两种途径中选则其一： 保持亲代特征仍为干细胞。不可逆的向终末分化。 缓慢增殖的

4、生理意义:1、可减少基因发生突变的危险；使干细胞有更多时间发现和校正复制错误，防止体细胞自发突变的作用。2、有利于干细胞对环境信号作出适当的反应。以决定是增殖还是进入特定的分化程序。 A：干细胞的不对称分裂(asymmetry division) B：干细胞群体的不对称分裂(populational asymmetry division) 自稳定性(self-maintenance)：在生物体生命过程中，干细胞的自我更新(self-renewing)，并维持其自身数目恒定的特性。通过对称分裂和不对称分裂来实现干细胞增殖系统的自稳性这是干细胞区别于肿瘤细胞的本质特性干细胞的职能：产生具有分化功能

5、的细胞。角蛋白角质化细胞颗粒细胞棘细胞基底细胞基膜真皮 外界迁移细胞干细胞分裂中的干细胞核解体表皮层哺乳动物皮肤剖面图（示干细胞）(b)哺乳动物表皮增殖单位迁移细胞分裂中的干细胞(a)皮肤剖面造血干细胞（多向性）原红细胞（定向性）网织红细胞红细胞粒系巨噬定向干细胞原单核细胞单核细胞巨核细胞血小板淋巴母细胞淋巴细胞（6型）原粒细胞（中性、嗜碱、嗜酸性）造血干细胞分化示意图原巨核细胞（定向性）巨噬细胞 细胞的衰老与死亡Hayflick界限(Hayflick Limitation）Hayflick实验 Hayflick通过观察人的正常二倍体人成纤维细胞在体外连续以1：2的比率传代培养的状况下，发现无

6、论怎样完善培养条件，正常细胞只能分裂繁殖40-60代。 采用几种动物做实验也得到近似的结果 细胞来源人胚肺成纤维细胞中年人成纤维细胞老年人成纤维细胞可增殖代数 40-60 20 2-4不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数(二)、细胞的衰老学说遗传程序说(genetic program theory)端粒钟学说差错灾难学说自由基学说二、 细胞的死亡（一）、细胞死亡的概念与特征细胞死亡：细胞生命现象不可逆的停止。(二) 、细胞的死亡现象细胞死亡现象：细胞死亡后，如不被吞噬、消化，不被排除体外，则可发生由于细胞内某些酶的活动而造成自我解体性的死亡现象。三、细胞凋亡 细胞凋亡apoptosis（细胞编

7、程死亡programmed cell death）：一种受基因控制并按某种预定程序发展的生理性的自然死亡过程。 特征：细胞收缩、染色质凝缩成块状、细胞膜表面出现突起或小泡(bleb)，这些小泡最终包进细胞器及死细胞的其它成分，并相互独立开来，形成凋亡体(apoptotic body)。 最主要特征：细胞DNA受到一种被激活的内源性核酸酶的降解，产生许多长短不一的DNA片段，细胞坏死与细胞凋亡细胞坏死细胞凋亡细胞成群丢失单细胞丢失细胞膜不完整细胞膜发泡但完整细胞肿胀，溶解细胞膜内陷将细胞分割成凋亡小体发生严重炎症反应不发生炎症反应被巨噬细胞吞噬被巨噬细胞或邻近细胞吞噬溶酶体裂解溶酶体不裂解染色体

8、不均一聚集染色体沿核膜边缘聚集DNA凝胶电泳时呈现出特征性的梯形带。细胞凋亡的概念及其生物学意义凋亡细胞将被吞噬细胞吞噬。生物学意义：细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常进行，自稳平衡的保持以及抵御外界各种因素的干扰方面都起着非常关键的作用：蝌蚪尾的消失，骨髓和肠的细胞凋亡， 脊椎动物的神经系统的发育， 发育过程中手和足的成形过程。 遗传学基础46XY46XY46XY46XY46XY46XY46XY46XY23X23Y23X23X23Y23Y23X23X23Y23Y精子发生精原细胞(2n)初级精母细胞(2n)次级精母细胞(n)精细胞(n)精子(n)增殖期生长期成熟期减数分裂变形期A型精原干细胞

9、B型精原干细胞A型精原干细胞配子的发生1、部位：2、时间：睾丸曲精细管中雄性个体性成熟后，连续进行(二)卵子的发生1、部位：卵巢2、过程：3、 时间：卵原细胞增殖在胚胎早期进行 前期I双线期(停顿)性成熟后，每月排放一个卵泡中期II 受精后，则继续发育未受精，则退化消失第二节 遗传的基本规律一、分离律圆形皱缩圆形圆形皱缩5474 ：1850 2.96 ： 1 3 ： 1PF1F2(1)植株的性状是由遗传因子决定的。(2)遗传因子在体细胞中成对存在的,但在每一个配子中每一种因子则只有一个,受精卵中每一种因子又恢复成对。(3)生物个体中控制不同相对性状的遗传因子独立存在,不相混合。PRRrrRRr

10、r生殖细胞F1RrRr生殖细胞RrRrF2RRRrRrrr测交实验（test cross）：杂种子1代与隐性亲本杂交（回交）。RrrPRrrrF1Rr生殖细胞rr1 ： 1生物在形成生殖细胞时，成对的基因彼此分离，分别进入不同的生殖细胞。这一基因的行动规律就称为分离律（law of segregation），也称为孟德尔第一定律。细胞学基础：减数第一次分裂中，同源染色体的分离就是分离律的细胞遗传学基础。分离律的细胞学基础同源染色体的分离二、自由组合律PF1黄圆绿皱黄圆绿皱黄圆绿圆黄皱F2315 ： 101 ： 108 ： 32 共计：556 9 ： 3 ： 3 ： 1PF1绿皱黄圆绿圆黄皱F2

11、315 ： 101 ： 108 ： 32 共计：556 9 ： 3 ： 3 ： 1RRYYRrYyRYRRYYrryyry生殖细胞RYRyrYryRYRyrYryrrYYRRyyRRYyRrYYRrYyRRYyRrYyRryyRrYYRrYyrrYyrryyRrYyRryyrrYyRrYy回交RrYyrryyRYRyrYryryRrYyRryyrrYyrryy1 : 1 : 1 : 1 自由组合律（law of independent assortment）：生物在形成生殖细胞时，不同对的基因独立行动，可分可合，随机组合在一个生殖细胞中。又称为孟德尔第二定律。 细胞学基础：减数分裂时，非同源染

12、色体随机组合进入一个生殖细胞是自由组合律的细胞遗传学基础。 自由组合定律非同源染色体随机组合三、连锁与互换定律（law of linkage and crossing over） 连锁（linkage）：位于同一条染色体上的基因联合传递的现象称连锁这种现象称为完全连锁（complete linkage） 。 互换（crossing over）：由于非姐妹染色单体的交换，原来连锁的基因不在联合传递而形成新的连锁关系称互换这种现象称为不完全连锁（incomplete linkage）。 连锁群(linkage group):凡位于一对同源染色体上的多对等位基因彼此间相互连锁构成一个连锁群. 互换率

13、（crossover value)两对基因之间发生交换的频率。重组类型+亲本类型重组类型互换率（%）= 100%连锁与交换律细胞学基础二、概率(probability)概率乘法定律加法定律逆概率定律：两个互不干扰事件同时发生概率等于各分概率之积。：两个互相干扰事件同时发生概率等于各分概率之和。46XX46XX46XX46XX46XX46XX46XX46XX23X23X卵子发生卵原细胞(2n)初级卵母细胞(2n)次级卵母细胞(n)卵细胞(n)增殖期生长期成熟期减数分裂23X23X23X23X第一极体 (n)第二极体(n) 1 : 1 : 1 : 1 41.5% 41.5% 8.5% 8.5%BVbvBVBVbvbvBVBVbvbvBVbvbvbvbvBVbVBvbvBVbVbvbvbVbvBvbvBVbvB