细胞生命历程.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、细胞增殖及其调控,从增殖的角度来看，可将高等动物的细胞分为三类：,连续分裂细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。（又称,周期细胞,）,休眠细胞暂不分裂，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，称,G0,期细胞,，如,B,淋巴细胞、肝、肾细胞等。,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、骨骼肌细胞等,一、细胞周期,由细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束,所经历的过程，分为,4,个期：,G1,期,:,指从有丝分裂完成到,DNA,复制之前的间隙时间。,S,期,:,指,DNA,复制的时期。,G2,期,:,指,DNA,复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间。,M,期,:,又称分裂期,:,细胞分裂开始到结束。,细胞周期的时间长短与物种的细胞类型有关。通常,G,1,期持续时间差异较大。,细胞分裂的类型,无丝分裂：又称直接分裂，发现于鸡胚血细胞，不涉及纺锤体形成及染色体变化。,有丝分裂：又称为间接分裂，,1882,年首次发现于动物。,减数分裂：染色体复制一次，细胞连续分裂两次。,二、有丝分裂,为了便于描述人为的划分为六个时期：,间期；前期；早中期；,中期；后期；末期。,其中间期包括,G,1,期、,S,期和,G,2,期，主要,进行,DNA,复制、中心体复制、细胞体,积增大等准备工作。,（一）前期,染色质凝缩,;,分裂极确立与纺锤体开始形成,;,核仁解体,;,核膜消失。,S,期中心粒已完成复制，在前期移向,两极，并形成纺锤体。,（二）前中期,核膜解体到染色体排列到赤道面上。,核膜解体标志着早中期的开始,.,纺锤体有三种微管结构：,染色体,(,着丝点,),微管,:,一端与中心体相连,另一端与着丝点相连。,连续微管,(,极体微管,):,在纺锤体中部重叠，重叠部位结合有微管马达蛋白。,星体微管,:,由中心粒放射出来的微管,与膜骨架结合。,植物没有中心粒和星体微管，其纺锤体称无星纺锤体。,（三）中期,染色体排列到赤道面上。,（四）后期,指妹妹染色体单体分开并移向两极的时期。,Anaphase B:separation of the poles.,植物细胞有没有后期,B,？,（五）末期,从子染色体到达两极，至形成两个新细胞为止的时期。涉及子核的形成和胞质分裂两个方面。,末期子核的形成，大体经历了与前期相反的过程，即染色体解聚缩，核仁出现和核膜重新形成。核纤肽,B,去磷酸化，介导核膜重新装配。,核分裂与胞质分裂是相继发生的，属于两个分离的过程,.,子核的形成与胞质分裂,动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现，收缩环由大量平行排列的肌动蛋白组成。,植物细胞末期近两极处纺锤丝消失，中间微管保留，并数量增加，形成成膜体。,来自高尔基体囊泡沿微管转运到成膜体中间。融合形成细胞板，囊泡的内含物形成初生壁和中胶层，囊泡膜形成质膜，融合留下的管道形成胞间连丝。,三、细胞周期调控,1970s Rao,和,Johnson,发现,与,M,期细胞,(Hela),融合的间期细胞染色体发生凝缩，称为早熟凝集染色体,(PCC),。,G1,期,PCC,为单线状，因,DNA,未复制。,S,期,PCC,为粉末状，因,DNA,由多个部位开始复制。,G2,期,PCC,为双线染色体，说明,DNA,复制已完成。,甚至不同类的,M,期细胞也可诱导,PCC,产生，说明,M,期细胞具有促进间期细胞进行分裂的因子，,即成熟促进因子,(maturation promoting factor,，,MPF),。,相关概念,着丝粒：,DNA,分子中一段特殊的脱氧核苷酸序列，在分裂中期完成复制。,着丝点（动粒）,：染色体中位于着丝粒两侧的,3,层盘状结构，本质为蛋白质，是一种非染色体的附加物。染色体依靠动粒捕捉纺锤丝的微管。,染色体带型：,Q,带、,G,带和,R,带,染色体组,染色体组型：,一个细胞中全部中期染色体在数目、大小、形态和带型上的综合特征统称核型或染色体组型,细胞器分配,1.,叶绿体和线粒体与分类同步，数量加倍,2.,高尔基体和内质网等要生长并断成片段,发生时期：分裂前的间期,四、减数分裂,由连续两次分裂构成：,通常减数分裂,I,分离的是同源染色体，所以称为异型分裂或减数分裂。,减数分裂,II,分离的是姊妹染色体，类似于有丝分裂，所以称为同型分裂或均等分裂。,为了描述方便将减数分裂分为几个期和亚期。,又称减数分裂前间期。,也可分为,G1,期、,S,期和,G2,期。,G2,期是有丝分裂向减数分裂转化的关键时期。,减数分裂的,S,期时间较长，部分,DNA,（约,0.3%,左右）是在偶线期合成的。,（一）间期,（二）减数分裂,I,1,、前期,I,减数分裂的特殊过程主要发生在前期,I,，通常分为,5,个时期：细线期；偶线期；粗线期；双线期；终变期。,1,）,细线期：染色体呈细线状。,2,）偶线期（,配对期,）：是同源染色体,配对,的时期。概念：联会复合体（二价体或四分体）。这一时期合成约,0.3%,左右的,DNA,，称为,Z-DNA,。,3,）粗线期（,重组期,）：同源染色体的非姊妹染色单体间发生交换的时期。,4,）双线期：联会的同源染色体开始分离，联会复合体消失。,SC,由两条同源染色体沿纵轴形成，外观呈梯子状。,SC,帮助交换的完成，,SC,上有重组节,(recombination nodules),，是交换发生的部位。,SC,主要由碱性蛋白质和,RNA,组成，并含有少量,DNA,。,SC,形成合线期，成熟于粗线期，消失于双线期。,在细线期或合线期加入,DNA,合成抑制剂，则抑制,SC,的形成。,联会复合体,P198,图,5-14,补充：植物细胞双线期一般较短，许多动物卵细胞中双线期停留的时间非常长。,人的卵母细胞在五个月胎儿中已达双线期,，且一直到排卵前都停在双线期，排卵年龄大约在,12-50,岁之间。双线期也是卵黄积累的时期。,5,）终变期：染色体显著变短变粗。,核仁此时开始消失，核被膜解体。,2,、中期,I,3,、后期,I,：,二价体的两条同源染色体分开，分别向两极移动。同源染色体随机分向两极，基因重组。,4,、末期,I,（三）减数分裂间期。,（四）减数分裂,II,：可分为前、中、后、末四个四期，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,3,个极体。,Minimum,number of gamete types=2,n,In humans,n=23,细胞分化与基因表达调控,细胞分化,(cell differentiation),：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，产生各不相同的细胞类群的过程,细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心,细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成,合成特异性蛋白质实质,在于组织特异性基因在时间和空间上的差异性表达,差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控,细胞癌变是正常细胞分化机制失控的表现,组织特异性基因与管家基因,管家基因,house-keeping genes,：细胞中均要表达的基因，其产物对维持细胞基本生命活动所必需,奢侈基因,luxury genes,，又组织特异基因：不同细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种细胞特异形态结构与特异生理功能,调节基因,regulatory genes,：产物调节组织特异性基因表达，或激活、或抑制作用,细胞分化实质：组织特异性基因在时间与空间上的差异表达,组合调控引发组织特异性基因的表达,人体至少有,200,多种不同类型细胞,组合调控,：每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调控完成，调控蛋白,n,种，调控组合理论上可以启动分化的细胞类型为,2,n,单一调控蛋白,：启动整个细胞分化过程,靠一种关键性调控蛋白,，启动级联调控蛋白，是令人惊奇的高效、经济的细胞分化启动机制,-,眼发育基因,Ey,，导入果蝇早期腿细胞，在腿中部形成眼,转分化与再生,一种类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞现象称转分化（,transdifferentiation,）。,转分化经历去分化（,dedifferentiation,）和再分化的过程。,生物界普遍存在再生现象（,regeneration,），再生是指生物体缺失部分后重建过程，广义的再生可包括分子水平、细胞水平、组织与器官水平及整体水平的再生。,不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异,。,再生,指生物的器官损伤后，剩余的部分长出与原来形态功能相同的结构的现象，广义来看再生是生命的普遍现象，从分子、细胞到组织器官都具有再生现象,1.,生理性再生：即细胞更新，如人的红细胞。,2.,修复性再生：壁虎的尾、蝾螈的断肢、螃蟹的肢,1,、胚胎诱导(,细胞间的相互作用),：胚胎发育过程中，一部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化的作用。,如:视泡可诱导其外面的外胚层形成晶体，而晶体又可诱导外胚层形成角膜。,（三）、,影响细胞分化的,因素,2,、分化抑制：分化成熟的细胞可以产生抑素,（旁腺素）,，抑制相邻细胞发生同样的分化。,如:含有成蛙心肌组织的培养液培养蛙胚，则蛙胚不能发育出正常的心脏。,3,、激素的作用,如:昆虫的保幼激素和脱皮激素,。,染色体结构的变化,(1)基因删除：原生动物、昆虫、甲壳 动物,基因删除分化为体,细,胞.,(2,)基因扩增：,果蝇幼虫的多线染色 体。,(3,)DNA的甲基化与异染色质化：,胞嘧啶的甲基化使基因失活。,4,、,细胞核与细胞分化,基因与细胞分化,无论是母体,mRNA,的作用还是细胞间的相互作用，其结果是启动特定基因的表达。,1、全能性：一个细胞可分化为机体的所有细胞，如受精卵、植物细胞。,全能干细胞,多能干细胞,单能干细胞（祖细胞）,成熟动物细胞不具备全能性。,(四)、细胞分化的机理,肿瘤在致瘤因素作用下，细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控，导致异常增生。,良性肿瘤：生长缓慢，与周围组织边界明显。,恶性肿瘤：癌症，生长快、具有迁移性。,肿瘤组织由实质和间质两部分构成，实质是肿瘤细胞，间质由结缔组织和血管组成。,细胞癌,变,（一）癌细胞的形态特征,核质比显著高于正常细胞，可达1:1；,出现巨核、双核或多核。,线粒体表现为不同的多型性、肿胀、增生,细胞骨架紊乱,，形态发生显著变化,；,细胞表面特征改变,，易于转移,。,（二）生理特征,细胞周期失控，接触抑制丧失,具有迁移性，定着依赖性丧失,去分化现象,代谢旺盛,可移植性，如人的癌细胞可移植到鼠体，形成移植瘤。,基因本身或其调控区发生变异，导致原癌基因表达，使细胞过度增殖，形成肿瘤。,1,、,突变成癌基因，显性突变,2,、受病毒入侵，病毒基因组插入和控制,3,、染色体重排（倒位、易位）改变启动子,4,、原癌基因扩增,（三）原癌基因的激活,抑癌基因的作用：抑制细胞增殖；促进细胞分化；和抑制细胞迁移。,抑癌基因的突变是隐性的。,（只有成对或多对突变才能引起细胞癌变）,（四）抑癌基因的作用,逆转录病毒，如：人,T,淋巴细胞白血病病毒（,HTLV,）、,HIV,等病毒；,乙型肝炎病毒：原发性肝癌（,PLC,）。,人乳头瘤状病毒（,HPV,）：生殖道肿瘤。,Epstein,Bars,病毒（,EBV,）；与儿童的淋巴瘤和成人的鼻咽癌发生有关。,后三类都是,DNA,病毒。,（五）生物性致癌因素,细胞的衰老与凋亡,一、,细胞的衰老：,又称老化,指细胞随着年龄的增加，机能和结构发生退行性变化，趋向死亡的不可逆的现象。,衰老和死亡是生命的基本现象，衰老过程发生在生物界的个体水平、细胞水平以及分子水平等不同的层次,。,更新组织：如上皮细胞、血细胞。构成更新组织的细胞可分为类：,干细胞、,过渡细胞、,成熟细胞。,稳定组织：可补偿性增生，如：肝、肾细胞。,恒久组织：细胞不再分裂，如神经、骨骼、心肌细胞。,可耗尽组织：如人类的卵巢实质细胞。,（一）、人体细胞的动态分类,（二）、细胞衰老的特征,1、,错误积累学派,代谢废物积累,：如：脂褐质,自由基攻击,：导致DNA、蛋白质变异，,正常细胞内存在清除自由基的防御系统：,酶系统：,超氧化物歧化酶,(SOD),，过氧化氢酶,(CAT),，谷胱甘肽过氧化物酶,(GSH-PX),；,非酶系统：,维生素,E,，醌类等电子受体。,（三）、细胞衰老的分子机理,细胞有限分裂学说,：人的成纤维细胞在体外培养时增殖次数是有限的（,5060,代）。,端粒学说,：,细胞增殖次数与端粒,DNA,长度有关。,重复基因失活学说,：如哺乳动物,rRNA,基因数随年龄而减少。,2、遗传论学派,3,、衰老基因学说,子女的寿命与双亲的寿命有关；,各种动物都有相当恒定的平均寿命和最高寿命；,成人早衰症：平均,39,岁时出现衰老，,47,岁生命结束；,婴幼儿早衰症：,1,岁时出现明显的衰老，,1218,岁生命结束，,早衰症患者体内解旋酶发生突变。,Hutchinson-Gilford syndrome,细胞凋亡,死亡是生命的普遍现象，但细胞死亡并非与机体死亡同步。正常的组织中也发生细胞死亡，它是维持组织机能和形态所必需的。,（一）、细胞坏死,是细胞受到急性强力伤害时立即出现的反应。,早期表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀。,继而溶酶体破裂,细胞内容物流出,引起炎症。,（二）、细胞凋亡,与细胞坏死的区别是：,细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体；,凋亡小体内有结构完整的细胞器；,不引起炎症；,线粒体无变化，溶酶体活性不增加；,内切酶活化，,DNA,特征性断裂；,凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死,是病理性变化。,胸腺细胞,正常,凋亡,胸腺细胞,正常,凋亡,细胞程序性死亡是一种基因指导的细胞自我消亡方式。,（三）、,细胞凋亡,是细胞程序性死亡,练习,1.,在减数分裂的前期中,染色体出现配对交叉互换,此现象：,a,发生在姊妹染色体之间,b,发生在同源染色体之间,c,在染色体之间随机进行,d,在姊妹染色体之间与同源染色体之间均能发生,2.,下列哪种细胞周期时相组成是准确的,A,前期,中期,后期,末期,B.G1 G2SM,C.G1SG2M,D.MG1SG2,b,C,练习,3.,减数分裂时，等位基因的,DNA,片段的交换和重组通常发生在,A,偶线期,B,粗线期,C,双线期,D,终变期,4.,巴氏小体是：,A,端粒,B,凝集的,X,染色体,C.,随体,D,巨大染色体,5.,下面哪些实验现象不符合我们所学知识,A.,抗肌球蛋白抗体注入到分裂细胞中，导致胞质分裂的停止,B.,当肌球蛋白基因突变时，细胞能进行细胞核分裂，但不能进行胞质分裂,C.,抗肌球蛋白抗体注入到分裂细胞中，导致胞质分裂没有影响,D.,显微镜下观察到的肌动蛋白纤维平行排列,B,B,C,练习,6.,处于休眠期的种子，其内部的细胞大都处于,A.G,1,期,B.S,期,C.M,期,D.G2,期,E.G,0,期,7.,决定细胞周期的长短主要取决,A,G1,期,B,S,期,C,G2,期,D,M,期,8.,有丝分裂促进因子,(MPF),在细胞周期调控中起着重要作用,MPF,是,?A.CDK1+cyclinB B.CDK1+cyclinD C.CDK1+cyclinG D.CDK1+cyclinH,E,A,解析：,MPF=CDK1,（周期蛋白依赖性蛋白激酶也叫,cdc2,）,+CyclinB,（周期性蛋白,B,）,CDK1,是催化亚单位,+cyclingB,是调节亚单位,A,练习（多选）,1.,哺乳动物体内明显具有增殖能力的细胞为：,A.,神经细胞,B.,部分骨髓细胞,C.,心肌细胞,D.,表皮的基底层细胞,2.,下列关于细胞衰老的描述哪些而是正确的,A,、细胞不再分裂了,B,、细胞能够一直分裂只是周期变长,C,、细胞快要癌变了,D,、细胞衰老过程中端粒越来越短,3.,癌细胞的特征有,A,可以远端转移,B,仅在人类和灵长类发现,C,其所有的癌基因表达上升,D,不存在细胞凋亡,BD,AD,AD,