生命科学导论-发育2012-6.ppt

第六章 发育第六章 发育第一节 细胞分化与胚胎发育 第二节 发育的细胞与分子生物学机制 第三节 几种发育模式生物的特征 第四节 干细胞和动物克隆 第六章 发育单单个个细细胞胞中中众众多多基基因因的的结结构构、功功能能和和表表达达上上的的差差异异最最终终必必然会在然会在细细胞和生物个体水平上得以体胞和生物个体水平上得以体现现。尽尽管管生生物物个个体体的的不不同同细细胞胞都都具具有有相相同同的的基基因因组组，但但这这些些细细胞胞中中基基因因的的差差异异表表达达和和特特异异蛋蛋白白质质的的合合成成正正是是导导致致细细胞胞分分化的根本原因。化的根本原因。一一个个细细胞胞（受受精精卵卵）不不断断分分裂裂和和分分化化，即即一一个个有有机机体体从从其其生命开始到性成熟的生命开始到性成熟的变变化化过过程称程称为为发发育育。发发育育是是有有机机体体以以遗遗传传信信息息为为基基础础进进行行自自我我构构建建和和自自我我组组织织的的过过程程，是是基基因因按按照照特特定定的的时时间间和和空空间间选选择择性性表表达达并并逐逐步步转转化化为为特征表型的特征表型的过过程。程。个个体体发发育育和和与与环环境境相相适适应应的的生生物物进进化化间间的的必必然然联联系系又又将将我我们对发们对发育生物学的育生物学的认识认识向向进进化生物学延伸。化生物学延伸。发育生物学是连接分子生物学、细胞生物学和个体生物发育生物学是连接分子生物学、细胞生物学和个体生物学的桥梁学的桥梁 第六章 发育第一节第一节 细胞分化与胚胎发育细胞分化与胚胎发育 第一节一、一、生物体发育的基本阶段 从从一一个个受受精精卵卵开开始始，经经过过细细胞胞的的分分裂裂、分分化化、相相互互诱诱导导，最终形成生物雏形即胚胎的过程称为最终形成生物雏形即胚胎的过程称为胚胎发育胚胎发育。胚胎发育阶段以后，生物的发育还会持续进行。胚胎发育阶段以后，生物的发育还会持续进行。发发育育生生物物学学与与胚胚胎胎学学的的关关系系最最为为紧紧密密，现现代代发发育育生生物物学学特特别注重对胚胎发育过程及机制的研究。别注重对胚胎发育过程及机制的研究。无无论论是是动动物物还还是是植植物物，其其胚胚胎胎发发育育过过程程都都要要涉涉及及细细胞胞分分裂裂、形态发生和形态发生和细胞分化这三个基本阶段。细胞分化这三个基本阶段。第六章 发育第一节动物与植物发育的重要阶段。动物与植物发育的重要阶段。第六章 发育第一节细细胞胞分分裂裂是是由由受受精精卵卵细细胞胞不不断断进进行行有有丝丝分分裂裂，通通过过细细胞胞的的快速增殖，为发育进程持续提供新细胞的过程。快速增殖，为发育进程持续提供新细胞的过程。细细胞胞分分化化就就是是经经过过细细胞胞分分裂裂产产生生的的许许多多细细胞胞在在发发育育潜潜能能、形形态态、结结构构和和功功能能上上特特化化即即产产生生差差异异的的过过程程。细细胞胞分分化化按按照一定的时空顺序发生，并沿着生物特定的模式进行。照一定的时空顺序发生，并沿着生物特定的模式进行。细细胞胞分分裂裂和和分分化化的的结结果果产产生生了了一一定定结结构构和和功功能能的的组组织织和和器器官官，产产生生生生命命个个体体具具特特定定结结构构和和功功能能的的不不同同部部分分和和整整体体形形态的物理过程称为态的物理过程称为形态发生形态发生。细细胞胞分分裂裂、形形态态发发生生和和细细胞胞分分化化在在时时间间上上是是相相互互重重叠叠或或叠叠合的。合的。第六章 发育第一节特征特征动物动物植物植物细细胞迁移胞迁移 通通过细过细胞迁移将胚胎胞迁移将胚胎发发育早期形成的育早期形成的细细胞胞团转变团转变成成动动物体特定物体特定的三的三维维形形态结态结构构没有没有细细胞迁移胞迁移现现象的象的发发生生 生生长长和形和形态态发发生生 只局限于胚胎只局限于胚胎发发育期育期 持持续续于整个生命周期于整个生命周期。如如植物茎尖和根尖的植物茎尖和根尖的顶顶端分端分生生组织组织可以不断地通可以不断地通过细过细胞分裂和分化，胞分裂和分化，产产生根、生根、茎、叶等新的器官茎、叶等新的器官动物和植物在其发育过程和机制方面的差别动物和植物在其发育过程和机制方面的差别 第六章 发育第一节脊脊椎椎动动物物的的发发育育以以受受精精为为起起点点，单单细细胞胞受受精精卵卵经经过过卵卵裂裂形形成成多多细细胞胞囊囊胚胚，囊囊胚胚发发育育成成具具有有三三胚胚层层（有有些些低低等等动动物物仅仅有有二二胚胚层层）的的原原肠肠胚胚，然然后后经经过过神神经经胚胚期期初初步步确确立立体体形形特特征征，再再经过进一步的器官发生以后，便完成了胚胎的发育。经过进一步的器官发生以后，便完成了胚胎的发育。胚胚胎胎发发育育完完成成后后，一一些些早早熟熟的的动动物物具具备备了了独独立立生生活活的的能能力力，而而大大多多数数哺哺乳乳动动物物还还会会在在母母体体内内完完成成早早期期的的胚胚后后发发育育。胚胚胎胎发发育育、幼幼体体生生长长、成成熟熟、衰衰老老和和死死亡亡各各阶阶段段构构成成了了动动物物完完整整的生活史。的生活史。性性成成熟熟的的动动物物个个体体的的生生殖殖细细胞胞通通过过减减数数分分裂裂产产生生单单倍倍体体配配子子，即即精精子子和和卵卵，精精子子和和卵卵经经过过受受精精作作用用又又融融合合形形成成二二倍倍体体的的受受精卵，开始了新一轮的发育过程。精卵，开始了新一轮的发育过程。二、动物的发育二、动物的发育 第六章 发育细胞核位于卵的上部，卵的上部称为细胞核位于卵的上部，卵的上部称为动物极动物极，下部称为，下部称为植植物极物极。蛙胚发育经过大约蛙胚发育经过大约1212次分裂的卵裂期形成了次分裂的卵裂期形成了囊胚囊胚，又称，又称桑桑椹胚椹胚。细胞尚未出现可明显观察的分化是卵裂至囊胚形成。细胞尚未出现可明显观察的分化是卵裂至囊胚形成阶段最显著的特征。阶段最显著的特征。形成囊胚后，细胞分裂速率降低，囊胚细胞活动加剧，通形成囊胚后，细胞分裂速率降低，囊胚细胞活动加剧，通过位置变换和细胞重排，启动了原肠胚的形成，囊胚细胞过位置变换和细胞重排，启动了原肠胚的形成，囊胚细胞的分化更明显，最终发育形成原肠胚的三个胚层。的分化更明显，最终发育形成原肠胚的三个胚层。第一节n以蛙为代表的脊椎动物发育的一般过程以蛙为代表的脊椎动物发育的一般过程 第六章 发育第一节3 3个胚层的建成是胚胎发育最重要的阶段。个胚层的建成是胚胎发育最重要的阶段。原肠胚形成后，随着神经板和脊索的分化，完成了神经胚原肠胚形成后，随着神经板和脊索的分化，完成了神经胚期的发育过程后，动物的体形特征基本确立。期的发育过程后，动物的体形特征基本确立。以神经胚形成为起始的器官发生过程中，各器官原基按照以神经胚形成为起始的器官发生过程中，各器官原基按照特定的模式和顺序进行快速的细胞分裂和分化，协调地建特定的模式和顺序进行快速的细胞分裂和分化，协调地建成各种器官。器官建成以后，胚胎发育过程便完成了。成各种器官。器官建成以后，胚胎发育过程便完成了。脊椎动物的器官发育还伴随着细胞迁移的过程。脊椎动物的器官发育还伴随着细胞迁移的过程。第六章 发育n常见的典型被子植物的发育阶段包括：常见的典型被子植物的发育阶段包括：在植物的繁殖器官在植物的繁殖器官-花中，受精卵（常称为合子）分花中，受精卵（常称为合子）分裂裂产生胚并形成种子产生胚并形成种子；种子离开母体后，条件适合时在土壤中种子离开母体后，条件适合时在土壤中萌发萌发，由植物，由植物胚胎内的分生组织细胞分裂和分化形成植物幼苗；胚胎内的分生组织细胞分裂和分化形成植物幼苗；幼苗进一步生长并发育产生成熟的根、茎、叶、花等幼苗进一步生长并发育产生成熟的根、茎、叶、花等植物器官。植物器官。大多数植物在一生中都可保持连续地生长和发育。植大多数植物在一生中都可保持连续地生长和发育。植物之所以能够持续生长是因为在植物体的生长部位具物之所以能够持续生长是因为在植物体的生长部位具有有分生组织分生组织。n被子植物的繁殖过程和生活史被子植物的繁殖过程和生活史第一节三、植物的发育三、植物的发育 第六章 发育第二节第二节 发育的细胞与分子生物学机制发育的细胞与分子生物学机制 第二节一、一、细胞命运决定、诱导和发育模式 受受精精卵卵和和早早期期胚胚胎胎是是具具有有发发育育成成完完整整有有机机体体潜潜能能的的全全能能细细胞胞，但但从从原原肠肠胚胚细细胞胞重重排排成成三三胚胚层层后后，由由于于细细胞胞的的分分化化，三三胚胚层层的的细细胞胞在在发发育育潜潜能能上上出出现现一一定定的的局局限限性性，各各胚胚层层细细胞只胞只倾倾向向发发育育为为本胚本胚层层的的组织组织器官。器官。在在细细胞胞分分化化以以前前，细细胞胞接接受受了了某某种种信信号号，决决定定了了其其以以后后的的发发育育命命运运，即即在在形形态态、结结构构和和功功能能等等分分化化特特征征尚尚未未显显现现之之前前便便已已经经确确定定了了其其不不同同分分化化前前途途，这这种种细细胞胞的的发发育育命命运运被被稳稳定地确定的定地确定的过过程称程称为为细细胞命运决定，胞命运决定，简简称称细细胞决定胞决定。细细胞胞决决定定是是随随着着胚胚胎胎的的发发育育，细细胞胞发发育育的的潜潜能能逐逐渐渐受受到到限限制的制的过过程。程。第六章 发育第二节n蛙胚细胞的移植实验证实了细胞决定的发生。蛙胚细胞的移植实验证实了细胞决定的发生。第六章 发育某些物种受精卵某些物种受精卵细细胞胞质质的不均一性的不均一性对对于早期胚胎的于早期胚胎的细细胞决定具有根本的作用。胞决定具有根本的作用。卵裂卵裂时时受精卵受精卵细细胞胞质质物物质质的分布可以是不均匀的。的分布可以是不均匀的。这这种不均一性在一定程度上决定了种不均一性在一定程度上决定了细细胞的早期分化。胞的早期分化。细细胞胞质质中决定中决定细细胞命运的特殊信号物胞命运的特殊信号物质质称称为为决定子决定子。例如，例如，海胆胚胎的海胆胚胎的发发育育实验实验。细细胞胞质质中决定中决定细细胞命运的特殊信号物胞命运的特殊信号物质质即决定子是什么？即决定子是什么？卵母卵母细细胞的胞的细细胞胞质质中含有多种中含有多种mRNAmRNA，其中多数其中多数mRNAmRNA与与蛋白蛋白质结质结合，合，处处于非活性状于非活性状态态。受精以后，一些。受精以后，一些隐隐蔽蔽的的mRNAmRNA被激活并不均一地分配到子被激活并不均一地分配到子细细胞中，决定了未胞中，决定了未来来细细胞分化的命运，从而使胚胎胞分化的命运，从而使胚胎发发育育过过程中不同部位程中不同部位的的细细胞胞产产生了分化方向的差异。生了分化方向的差异。第二节n细胞决定是如何发生又是由什么因素控制的呢？细胞决定是如何发生又是由什么因素控制的呢？第六章 发育镶镶嵌嵌型型发发育育：一一些些动动物物卵卵裂裂球球的的发发育育命命运运是是由由细细胞胞质质中中贮贮存存的的卵卵源源性性决决定定子子决决定定的的，在在这这种种细细胞胞命命运运的的决决定定方方式式中中，如如果果将将一一个个早早期期胚胚胎胎的的某某一一部部分分去去掉掉而而丧丧失失了了一一部部分分决决定定子，就不会继续发育成完整的胚胎。子，就不会继续发育成完整的胚胎。调调整整型型发发育育：在在哺哺乳乳动动物物中中，所所有有的的囊囊胚胚细细胞胞都都接接收收到到了了同同等等的的决决定定子子，这这些些动动物物囊囊胚胚的的发发育育命命运运则则受受到到相相邻邻细细胞胞相互作用的控制。相互作用的控制。诱诱导导：相相邻邻细细胞胞相相互互作作用用决决定定分分化化方方向向的的过过程程，如如脊脊椎椎动动物眼的物眼的晶状体的形成晶状体的形成是典型的诱导发育。是典型的诱导发育。在在整整个个有有机机体体发发育育的的过过程程中中，细细胞胞在在时时间间和和空空间间上上有有秩秩序序的的分分化化，从从而而导导致致有有机机体体的的器器官官组组织织等等结结构构有有序序的的空空间间排排列，形成有机体特定形态的统一性，称为列，形成有机体特定形态的统一性，称为生物的模式形成生物的模式形成。第二节第六章 发育诱导诱导相相邻细邻细胞胞发发育的信号分子是可育的信号分子是可扩扩散的蛋白散的蛋白质质，它，它们们又称又称为为成形素成形素，分泌成形素的一分泌成形素的一组组特殊特殊细细胞称胞称为为组织组织者者。成形素成形素具有具有可可扩扩散性和渗透性散性和渗透性质质，胚胎中越靠近，胚胎中越靠近组织组织者者的区域，成形素的的区域，成形素的浓浓度越高，越度越高，越远远离离组织组织者的区域，成者的区域，成形素的形素的浓浓度越低。度越低。成形素成形素浓浓度的高低度的高低即待即待发发育的胚胎区域离育的胚胎区域离组织组织者的者的远远近近位置是决定位置是决定该该区区细细胞胞发发育命运的重要因素。育命运的重要因素。胚胎胚胎发发育育过过程中，程中，细细胞所胞所处处的位置不同的位置不同对细对细胞分化的命胞分化的命运有明运有明显显的影响，的影响，细细胞位置的改胞位置的改变变可可导导致致细细胞分化方向胞分化方向的改的改变变，这这种种现现象称象称为为位置效位置效应应。第二节胚胎发育中的位置效应、细胞凋亡和某些特殊基因的表胚胎发育中的位置效应、细胞凋亡和某些特殊基因的表达调控等是控制模式形成的重要原因。达调控等是控制模式形成的重要原因。第六章 发育 细细胞凋亡胞凋亡是特定的是特定的细细胞在基因的控制下自胞在基因的控制下自动结动结束生命束生命的的过过程程。细细胞凋亡胞凋亡过过程中，程中，细细胞胞质皱缩质皱缩，染色，染色质质凝集，凝集，细细胞膜胞膜反折，将自我断裂的染色反折，将自我断裂的染色质质片段和部分片段和部分细细胞器包裹成胞器包裹成许许多凋亡小体，多凋亡小体，这这些凋亡小体又被些凋亡小体又被邻邻近的近的细细胞吞噬，胞吞噬，整个整个细细胞凋亡胞凋亡过过程不程不发发生炎症反生炎症反应应。细细胞内胞内DNADNA发发生核小体生核小体间间的断裂是的断裂是细细胞凋亡最主要的胞凋亡最主要的生化特征生化特征。细细胞凋亡在有机体胞凋亡在有机体发发育育进进程中程中经经常常发发生。生。如如人胚胎人胚胎发发育育时时手和足的形成手和足的形成。第二节细胞凋亡是另一类控制和影响发育的特殊细胞分化现象。细胞凋亡是另一类控制和影响发育的特殊细胞分化现象。第六章 发育依依靠靠某某主主导导基基因因的的调调控控表表达达，通通过过产产生生特特定定调调节节蛋蛋白白引引发发其其他他调调节节蛋蛋白白组组合合的的级级联联反反应应和和组组合合调调控控，从从而而不不断断地地启启动动细细胞分化，是有机体胞分化，是有机体发发育育过过程中基因程中基因调调控的基本控的基本规规律之一。律之一。控制肌控制肌细细胞胞发发育的育的主主导导基因基因myoDmyoDMyoDMyoD蛋白是蛋白是转录转录因子，在胚性前体因子，在胚性前体细细胞中一被合成，胞中一被合成，细细胞胞决定就决定就发发生了，即胚性前体生了，即胚性前体细细胞胞变变成了成肌成了成肌细细胞胞。MyoDMyoD蛋白蛋白结结合到受控基因的合到受控基因的调调控区后，首先启控区后，首先启动动其他生肌其他生肌转录转录因子基因的因子基因的转录转录，这这些次生的些次生的转录转录因子接着再因子接着再调调控和控和启启动动一些肌肉蛋白基因的一些肌肉蛋白基因的转录转录，导导致肌球蛋白和肌致肌球蛋白和肌动动蛋白蛋白等的合成。等的合成。MyoDMyoD蛋白不蛋白不仅仅可以控制其他肌肉可以控制其他肌肉发发生相关基因的生相关基因的转录转录，还还能反能反馈馈促促进进其本身的表达（又称正反其本身的表达（又称正反馈馈）。）。MyoDMyoD蛋白蛋白还还能改能改变变一些已一些已经经分化的非肌分化的非肌细细胞的胞的发发育。育。第二节二、发育的基因表达调控二、发育的基因表达调控 第六章 发育 BicoidBicoid蛋白作为成形素控制着蛋白作为成形素控制着果蝇体轴的建立果蝇体轴的建立。BicoidBicoid蛋白还是一个转录因子，调控着果蝇胚胎蛋白还是一个转录因子，调控着果蝇胚胎体体节基因的差异性表达节基因的差异性表达。美国科学家美国科学家ChristianeChristiane Nesslein-VolhardNesslein-Volhard 教授和教授和Sean CarrollSean Carroll教授利用分子生物学技术和蛋白荧教授利用分子生物学技术和蛋白荧光原位杂交技术发现了体节基因对果蝇体节发育光原位杂交技术发现了体节基因对果蝇体节发育的表达调控作用，对于阐明有机体发育的分子机的表达调控作用，对于阐明有机体发育的分子机制做出了重要贡献，为此他们获得了制做出了重要贡献，为此他们获得了19951995年度诺年度诺贝尔奖。贝尔奖。第二节果蝇发育过程中母源极性基因果蝇发育过程中母源极性基因bicoid和级联的体节基因特和级联的体节基因特异表达对果蝇体轴建立和身体分节的影响。异表达对果蝇体轴建立和身体分节的影响。第六章 发育同源异形基因包含两个基因群，编码具有转录因子同源异形基因包含两个基因群，编码具有转录因子功能的蛋白，其中每一个同源异形基因的产物都功能的蛋白，其中每一个同源异形基因的产物都活化和启动分节果蝇活化和启动分节果蝇1414个不同囊胚腔特定部位形个不同囊胚腔特定部位形态模式的遗传基因表达程序态模式的遗传基因表达程序。同源异形基因同源异形基因在染色体上的定位在染色体上的定位与它们沿体轴前后与它们沿体轴前后的表达顺序相对应。的表达顺序相对应。任何一个任何一个同源异形基因的显性突变同源异形基因的显性突变都可导致某器官都可导致某器官产生在不该出现的部位。产生在不该出现的部位。许多同源异形基因一般都含有一个非常保守的许多同源异形基因一般都含有一个非常保守的DNADNA片段，即一段不易变化的且在其他生物类群中也片段，即一段不易变化的且在其他生物类群中也常出现的常出现的DNADNA序列，称为序列，称为同源盒同源盒。第二节控制成体果蝇前后各体节形态模式的主导基因是一系列控制成体果蝇前后各体节形态模式的主导基因是一系列同源异形基因同源异形基因。第六章 发育 利用各种突利用各种突变变体和花原基分生体和花原基分生组织组织原位原位杂杂交技交技术对术对芥科植物芥科植物拟拟南芥的南芥的遗传发遗传发育研究育研究证证明，决定其花明，决定其花结结构构发发育的基因可划分育的基因可划分为为A A、B B、C C三三类类。A A类类基因控制着花萼的基因控制着花萼的发发育、育、A A类类与与B B类类基因共同控基因共同控制花瓣的制花瓣的发发育，育，B B类类与与C C类类基因共同控制雄蕊的基因共同控制雄蕊的发发育，育，C C类类基因控制雌蕊的基因控制雌蕊的发发育。育。这这三三类类基因中任何一基因中任何一类类基因的突基因的突变变都将都将导导致花器官致花器官发发育的异常育的异常。第二节植物有机体中也存在类似的同源异形基因，称为植物有机体中也存在类似的同源异形基因，称为器官特器官特征基因征基因或或ABC基因，这些基因控制着来源于分生组织的基因，这些基因控制着来源于分生组织的各种植物器官的发生。各种植物器官的发生。第六章 发育 线线虫虫细细胞凋亡受胞凋亡受cedced基因家族的控制。基因家族的控制。线线虫染色体中共虫染色体中共有有1515个基因分个基因分别别在不同程度上在不同程度上调调控控细细胞凋亡。其中胞凋亡。其中cedced-3 3、cedced-4 4和和ced-9ced-9三个基因作用最重要。三个基因作用最重要。cedced-3、cedced-4的激活是的激活是线线虫虫细细胞凋亡启胞凋亡启动动和和继续继续所必需的，所必需的，cedced-9 9基因可抑制基因可抑制细细胞凋亡的胞凋亡的发发生生。CaspaseCaspase是天冬氨酸特异性的半胱氨酸水解是天冬氨酸特异性的半胱氨酸水解酶酶的的缩缩写，写，是是ced-ced-3产物产物在哺乳在哺乳动动物中的物中的类类似物似物。在正常情况下，在正常情况下，CaspaseCaspase以无活性的以无活性的酶酶原形式存在，原形式存在，当有当有细细胞凋亡信号刺激胞凋亡信号刺激时时，它的半胱氨酸残基被特异，它的半胱氨酸残基被特异性剪切，性剪切，导导致致CasposeCaspose被激活，被激活，释释放蛋白放蛋白质质的的N-N-结结构域。构域。第二节细胞凋亡的基因控制细胞凋亡的基因控制第六章 发育第二节在细胞凋亡过程中，上游的在细胞凋亡过程中，上游的Caspase能够按次序地激活下能够按次序地激活下游的游的Caspase，形成级联反应，最终将凋亡信号逐级传至，形成级联反应，最终将凋亡信号逐级传至凋亡底物。凋亡底物。第六章 发育经经过过长长期期的的进进化化，多多细细胞胞生生物物体体有有一一套套设设计计精精巧巧的的信信号号转转导导系系统统来来整整体体协协调调众众多多细细胞胞的的生生长长和和分分化化，控控制制代代谢谢反反应应的的发发生和有机体的生和有机体的发发育育过过程。程。化化学学信信号号分分子子与与细细胞胞表表面面或或细细胞胞内内的的受受体体相相结结合合使使之之激激活活，激激活活的的受受体体将将外外界界信信号号转转换换为为细细胞胞能能感感知知的的信信号号并并作作出出相相应应的反的反应应，这这一一过过程称程称为为信号信号转导转导。多多细细胞胞生生物物体体中中承承担担细细胞胞间间信信息息传传递递的的信信号号分分子子（又又称称配配体）包括内分泌信号、自分泌信号和旁分泌信号三体）包括内分泌信号、自分泌信号和旁分泌信号三类类。由由细细胞合成并胞合成并结结合到合到细细胞自身受体的信号属胞自身受体的信号属自分泌信号，自分泌信号，进进入入动动物血液再物血液再传递传递到有机体各部位靶到有机体各部位靶细细胞的信号是胞的信号是内内分泌信号，分泌信号，只作用于只作用于环环境中境中邻邻近靶近靶细细胞受体的信号是胞受体的信号是旁旁分泌信号分泌信号。第二节三、三、细胞信号转导细胞信号转导 第六章 发育靶靶细细胞胞表表面面需需要要有有特特异异的的受受体体对对这这些些低低浓浓度度的的分分子子作作出出反反应应并并与与之之结结合合。细细胞胞表表面面受受体体类类型型可可分分为为离离子子通通道道偶偶联联受受体体、G G蛋白偶蛋白偶联联受体和受体和酶酶联联受体等。受体等。在在G G蛋白介蛋白介导导的信号的信号传导传导途径中，途径中，G G蛋白偶蛋白偶联联受体受体接受胞外接受胞外信号后，蛋白信号后，蛋白质质构象构象发发生改生改变导变导致致G G蛋白被激活，蛋白被激活，间间接地接地通通过过激活的激活的G G蛋白去活化效蛋白去活化效应应器蛋白，器蛋白，产产生胞内信号生胞内信号继续继续向胞向胞质质内和核内内和核内传递传递。在在酶酶联联受体受体介介导导的信号的信号传导传导途径中，受体一旦与配体信号途径中，受体一旦与配体信号结结合，就合，就获获得了得了酶酶的催化活性，激活胞内的效的催化活性，激活胞内的效应应蛋白，将蛋白，将信号信号继续继续向胞内和核内向胞内和核内传递传递。这这两两类细类细胞表面受体接收到信号后的一个共同特征是将信胞表面受体接收到信号后的一个共同特征是将信号号传传入胞内由蛋白入胞内由蛋白质组质组成的精密的信号网成的精密的信号网络络系系统统，系，系统统中中的蛋白成的蛋白成员员逐逐级级被磷酸化或去磷酸化，形成磷酸化被磷酸化或去磷酸化，形成磷酸化级联级联反反应应。第二节第六章 发育第二节胞内信号蛋白的磷酸化通常通过两种途径进行，胞内信号蛋白的磷酸化通常通过两种途径进行，(a)在蛋在蛋白激酶的作用下，共价结合白激酶的作用下，共价结合ATP提供的磷酸基团；提供的磷酸基团；(b)在在信号诱导作用下，与信号诱导作用下，与GTP结合以取代信号蛋白上原先的结合以取代信号蛋白上原先的GDP。第六章 发育第二节G G蛋白偶蛋白偶联联受体受体是一条是一条7 7次跨膜次跨膜的多的多肽链肽链，其胞外部分具有，其胞外部分具有与信号分子与信号分子结结合的合的结结构域，构域，胞内部分有激活胞内部分有激活G G蛋白的催蛋白的催化化结结构域。构域。G G蛋白蛋白是一个是一个GTPGTP（鸟鸟嘌嘌呤三磷酸）呤三磷酸）结结合蛋白大家族，它是由合蛋白大家族，它是由a a、b b和和g g3 3个不同个不同亚亚基基组组成的异成的异三聚体蛋白。当三聚体蛋白。当a a亚亚基与基与GDPGDP（鸟鸟嘌嘌呤二磷酸）呤二磷酸）结结合合时时G G蛋白没有活性蛋白没有活性。(1)G(1)G蛋白偶蛋白偶联联受体受体接受信号后接受信号后与与G G蛋白蛋白结合。结合。G蛋白偶联受体介导的信号转导途径蛋白偶联受体介导的信号转导途径第六章 发育第二节(2)(2)在胞外激素或其他信号分在胞外激素或其他信号分子子结结合于合于G G蛋白偶蛋白偶联联受体后，受体后，诱导诱导G G蛋白蛋白a a亚亚基与基与GTPGTP结结合。合。G蛋白偶联受体介导的信号转导途径蛋白偶联受体介导的信号转导途径第六章 发育第二节(3)(3)与与GTPGTP结结合的合的这这个个亚亚基与基与G G蛋白的另外两个蛋白的另外两个亚亚基分离，基分离，同同时时移向膜内面的腺苷酸移向膜内面的腺苷酸环环化化酶酶。G蛋白偶联受体介导的信号转导途径蛋白偶联受体介导的信号转导途径第六章 发育第二节(4)(4)与与GTPGTP结结合的合的这这个个亚亚基移向基移向膜内面的腺苷酸膜内面的腺苷酸环环化化酶酶并使并使之活化。活化后的腺苷酸之活化。活化后的腺苷酸环环化化酶酶立即催化立即催化细细胞胞质质中的中的ATPATP转变转变成成为环为环腺苷酸腺苷酸（cAMPcAMP）。G蛋白偶联受体介导的信号转导途径蛋白偶联受体介导的信号转导途径第六章 发育第二节(5)(5)与与GTPGTP结结合的合的这这个个亚亚基移向基移向膜内面的腺苷酸膜内面的腺苷酸环环化化酶酶并使并使之活化。活化后的腺苷酸之活化。活化后的腺苷酸环环化化酶酶立即催化立即催化细细胞胞质质中的中的ATPATP转变转变成成为环为环腺苷酸腺苷酸（cAMPcAMP）。cAMPcAMP再引起再引起细细胞胞内内发发生一系列的生化反生一系列的生化反应应，从而最从而最终对终对激素信号作出激素信号作出应应答。答。G蛋白偶联受体介导的信号转导途径蛋白偶联受体介导的信号转导途径第六章 发育第二节(6)(6)当腺苷酸当腺苷酸环环化化酶酶被活化后，被活化后，与与G G蛋白蛋白 亚亚基基联结联结的的GTPGTP被被水解成水解成GDPGDP，同同时该亚时该亚基与基与G G蛋白的其他两个蛋白的其他两个亚亚基基组组合恢合恢复到原状，以后可以再一次复到原状，以后可以再一次被受体蛋白作用和活化。被受体蛋白作用和活化。美国科学家美国科学家Alfred GilmanAlfred Gilman和和Martin Martin RodbellRodbell由于由于发现发现G G蛋白蛋白对对于于细细胞内信号胞内信号传递传递的重要介的重要介导导作用以及作用以及对对G G蛋白的蛋白的结结构与功构与功能研究的成就而荣能研究的成就而荣获获19941994年度年度诺贝诺贝尔尔医学或生理学医学或生理学奖奖。G蛋白偶联受体介导的信号转导途径蛋白偶联受体介导的信号转导途径第六章 发育G G蛋白偶联受体介导的信号转导系统除了具有上述的蛋白偶联受体介导的信号转导系统除了具有上述的cAMPcAMP信号通路外，还有另一条磷脂酰肌醇信号通路信号通路外，还有另一条磷脂酰肌醇信号通路（又称（又称CaCa2+2+信号通路），即活化的信号通路），即活化的G G蛋白先激活磷脂蛋白先激活磷脂酶酶C C，再借助于中介分子磷脂酰肌醇（再借助于中介分子磷脂酰肌醇（IPIP3 3）从内质网从内质网释放释放CaCa2+2+，然后调控激活钙依赖性蛋白和蛋白激酶然后调控激活钙依赖性蛋白和蛋白激酶C C等靶蛋白。等靶蛋白。由由G G蛋白偶联受体介导的胞外信号通过蛋白偶联受体介导的胞外信号通过cAMPcAMP信号通路信号通路和和CaCa2+2+信号通路逐级传递，将靶蛋白激活，最终诱导信号通路逐级传递，将靶蛋白激活，最终诱导相应基因的表达。相应基因的表达。因此，包括许多激素等在内的胞外信号是信号转导系因此，包括许多激素等在内的胞外信号是信号转导系统的第一信使统的第一信使，cAMPcAMP和和CaCa2 2+是细胞信号转导系统的第是细胞信号转导系统的第二信使二信使。第二节G蛋白偶联受体介导的信号转导途径蛋白偶联受体介导的信号转导途径第六章 发育第二节肝细胞对肾上腺素信号应答的细胞信号转导全过程肝细胞对肾上腺素信号应答的细胞信号转导全过程 第六章 发育第二节 TNFTNF作为第一信使与哺作为第一信使与哺乳动物细胞表面的受体乳动物细胞表面的受体TNFR1TNFR1结合，受体构象发生结合，受体构象发生改变并聚合成为三聚体，激改变并聚合成为三聚体，激活的受体与活的受体与TRADDTRADD和和FADDFADD胞胞质接头蛋白相互作用，促使质接头蛋白相互作用，促使FADDFADD与无活性的与无活性的Caspase-8Caspase-8前体（酶原）相互作用，形前体（酶原）相互作用，形成活化成活化Caspase-8Caspase-8。再通过再通过级联反应，最终将凋亡信号级联反应，最终将凋亡信号逐级传至凋亡底物，导致细逐级传至凋亡底物，导致细胞凋亡的发生。胞凋亡的发生。细胞凋亡的细胞信号转导途径细胞凋亡的细胞信号转导途径 第六章 发育动动物激素是由多物激素是由多细细胞胞动动物内分泌系物内分泌系统产统产生的化学物生的化学物质质。具具有有化化学学信信号号性性质质的的激激素素可可以以作作用用于于某某些些特特定定的的靶靶细细胞胞，靶靶细细胞胞通通过过其其特特殊殊的的受受体体与与激激素素结结合合后后启启动动一一系系列列代代谢谢活活动动来来对对激素信号作出反激素信号作出反应应。动动物物激激素素是是一一种种微微量量化化学学调调节节物物质质。绝绝大大多多数数情情况况下下，激激素素进进入入循循环环系系统统，每每种种激激素素只只能能作作用用于于各各自自特特定定的的靶靶细细胞胞、组织组织或器官。或器官。神神经经分泌分泌细细胞也可以制造和分泌激素胞也可以制造和分泌激素。动动物物体体具具有有内内分分泌泌和和神神经经两两套套系系统统的的协协调调作作用用。两两者者的的主主要要差差别别在在于于：从从内内分分泌泌系系统统分分泌泌激激素素、血血液液运运输输、与与靶靶细细胞胞结结合合引引起起代代谢谢变变化化到到最最终终的的目目标标器器官官作作出出反反应应所所需需要要的的时时间间较较长长，而而神神经经信信号号传传递递引引起起目目标标器器官官作作出出反反应应所所需需要要的的时间时间非常短。非常短。第二节四、四、激素信号对发育的控制作用激素信号对发育的控制作用 第六章 发育第二节激素信号系统激素信号系统第六章 发育第二节家蚕由幼虫成蛹再发育为成虫的多次蜕皮和变态过程受家蚕由幼虫成蛹再发育为成虫的多次蜕皮和变态过程受3种激素的调节控制。种激素的调节控制。第六章 发育C.elegans(秀秀丽线丽线虫虫)，在分在分类类学上学上归归于于线线形形动动物物门门、线线虫虫纲纲、小杆小杆线线虫目虫目、广杆广杆线线虫属虫属。体体长为长为1mm1mm，呈两端尖、两呈两端尖、两侧对侧对称的粗称的粗线线状。具三胚状。具三胚层层、原体腔。消化系原体腔。消化系统统管状，前端有口，后端有肛管状，前端有口，后端有肛门门。经经体体表表进进行气体交行气体交换换，无，无专门专门呼吸器官。无呼吸器官。无专门专门的循的循环环系系统统，以原体腔液以原体腔液为为介介质质在在细细胞胞组织组织中中进进行代行代谢谢物物质质的运的运输输和和交交换换。排泄系。排泄系统为纵统为纵行的排泄管。神行的排泄管。神经经系系统简单统简单，以神，以神经环为经环为中枢向前后各伸出中枢向前后各伸出6 6条神条神经经，以体壁的肌肉收，以体壁的肌肉收缩缩进进行运行运动动。以雌雄同体以雌雄同体为为主，基本主，基本发发育育过过程包括受精卵、胚胎、幼程包括受精卵、胚胎、幼虫和成虫等虫和成虫等阶阶段。成体段。成体线线虫自由生活于土壤中。虫自由生活于土壤中。线线虫虫发发育的育的细细胞胞谱谱系系：种系种系细细胞胞和和生成生成细细胞胞。第三节第三节 几种发育模式生物的特征几种发育模式生物的特征 第三节一、线虫一、线虫 第六章 发育第三节线虫细胞分化路线图和对应的线虫发育图解线虫细胞分化路线图和对应的线虫发育图解第六章 发育秀秀丽线丽线虫虫作作为发为发育研究的模式生物主要有以下育研究的模式生物主要有以下优优点点：(1)(1)体小透明，便于跟踪体小透明，便于跟踪观观察察细细胞的分裂和分化胞的分裂和分化过过程。程。(2)(2)生命周期短，一般生命周期短，一般为为3 3 4 4天，胚胎天，胚胎发发育速度快。育速度快。(3)(3)可用培养皿可用培养皿进进行行实验实验室内的培养和室内的培养和筛选筛选。(4)(4)有雌雄同体和雄性个体两有雌雄同体和雄性个体两类类生物型，它生物型，它们们之之间间的交配的交配增加了基因重增加了基因重组组的机会。的机会。(5)(5)它是第一个基因它是第一个基因组组被完整被完整测测序的多序的多细细胞胞动动物。物。(6)(6)便于构建多种突便于构建多种突变变体。体。第三节第六章 发育果果蝇蝇在分在分类类学上学上归归于于节节肢肢动动物物门门、昆虫昆虫纲纲、双翅目双翅目、果果蝇蝇科科、果果蝇蝇属属。果果蝇蝇身体分身体分头头、胸、腹三部分，外表上可包括、胸、腹三部分，外表上可包括1414个体个体节节。头头部附肢特化成触角和口器，复眼大，呈部附肢特化成触角和口器，复眼大，呈红红色。胸部包色。胸部包括括3 3个体个体节节，中胸，中胸节节着生一着生一对对前翅，前、中、后每前翅，前、中、后每对对胸胸节节上附生一上附生一对对足，成年个体共有三足，成年个体共有三对对步行足。果步行足。果蝇蝇的腹的腹部由部由8 8个体个体节组节组成，成，为营为营养和生殖区。养和生殖区。果果蝇蝇雌雄异体，体内受精。雌性成虫雌雄异体，体内受精。雌性成虫产产出的受精卵只需出的受精卵只需要要1 1天便可完成胚胎天便可完成胚胎发发育即孵化出幼虫。以后一育即孵化出幼虫。以后一龄龄幼虫幼虫经过经过2 2次次蜕蜕皮的二皮的二龄龄幼虫和三幼虫和三龄龄幼虫幼虫阶阶段形成蛹，段形成蛹，这这一一过过程需要程需要5 5 6 6天天时间时间。蛹再。蛹再经过经过2 2 3 3天的天的变态变态期孵出成虫。期孵出成虫。正常果正常果蝇蝇体体长长2 2 3 mm3 mm，成虫存活期一般，成虫存活期一般为为7 7 9 9天。天。第三节二、果蝇二、果蝇 第六章 发育第三节果蝇发育的不同阶段果蝇发育的不同阶段第六章 发育第三节 果蝇中与发育相关的果蝇中与发育相关的基因及其功能与哺乳动物基因及其功能与哺乳动物特别是人类在许多方面是特别是人类在许多方面是相同的。相同的。果蝇与哺乳动物间分果蝇与哺乳动物间分子进化的保守性必然体现子进化的保守性必然体现在发育、生理、对药物的在发育、生理、对药物的反应等诸多方面。反应等诸多方面。在果蝇幼虫发育的变态期，在胚胎发生完成以后及幼虫发育在果蝇幼虫发育的变态期，在胚胎发生完成以后及幼虫发育到成虫前，一些扁平的盘状前体细胞群组成了未分化的成对到成虫前，一些扁平的盘状前体细胞群组成了未分化的成对结构分布在幼虫内腔中，由于这些盘状的前体细胞群决定了结构分布在幼虫内腔中，由于这些盘状的前体细胞群决定了以后成虫器官的结构，因此被称为以后成虫器官的结构，因此被称为成虫盘成虫盘。第六章 发育果果蝇蝇作作为为模式生物的突出模式生物的突出优优点点 ：(1)(1)个体小，生命周期短，易于大量培养和个体小，生命周期短，易于大量培养和进进行突行突变变体的体的筛选筛选。(2)(2)胚胎胚胎发发育速度快，同育速度快，同时时易于易于观观察卵裂、早期胚胎察卵裂、早期胚胎发发生、躯体生、躯体模式形成和各器官模式形成和各器官结结构的构的变变化。化。(3)(3)易于易于进进行基因行基因诱变诱变并并获获得得变变化的表型特征，具有各种大量的化的表型特征，具有各种大量的突突变变体。体。(4)(4)仅仅有有4 4对对染色体，染色体，组组成成简单简单。基因。基因组测组测序序20002000年基本完成。年基本完成。(5)(5)卵子和成虫卵子和成虫盘盘等都是研究等都是研究细细胞分化的胞分化的绝绝佳材料。佳材料。(6)(6)相相对对于