5 细胞的分裂和分化

null5 细胞的分裂和分化5 细胞的分裂和分化null 细胞分裂是生命的重要特征，细胞通过分裂进行增殖，对单细胞生物来说，则是繁衍种族的生命现象。而多细胞生物则依赖它来完成个体发育。细胞分裂是细胞分化、组织与器官和系统形成的基础。5.1细胞周期与有丝分裂5.1细胞周期与有丝分裂 细胞周期是指亲代细胞分裂完成到子代细胞分裂结束所经历的一个完整细胞世代。细胞周期与个体发育、细胞分化、生长、再生、创伤修复、细胞衰老、肿瘤发生和治疗等均有密切关系。 null1. 原核细胞 以二分分裂 增殖null 2. 有丝分裂可分为5期 细胞周期包括有丝分裂期和分裂间期两个阶段。 分裂间期又包括：G1期—DNA合成前期，S期——DNA合成期， G2期—DNA合成后期， G0期—临时离开细胞周期不再分裂的细胞，在某些条件下，可重新进行分裂。 nullG0期：休眠期 G1期：DNA合 成前期 S 期：DNA合成期 G2期: DNA合成后期 M 期：有丝分 裂期null有丝分裂期可分为:(1)null(2)null(3)null(4)null(5)null 细胞周期的研究对医学有重要作用，为肿瘤化疗提供理论基础。如：对白血病的治疗取得明显效果，化疗的中心问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 是如何消灭癌的G0期细胞，因为G0期细胞对药物杀伤最不敏感，往往成为复发的根源。在临床上常用先给周期非特异性药物大量杀伤癌细胞，从而诱发大量的G0期细胞进入周期，然后再用周期特异性药物，经多次进行以达到最大程度地杀伤癌细胞。null 3.有丝分裂过程中核被膜、纺锤体、染色体等都有变化 ⑴核被膜裂 解并再生 null（2）纺锤体形成 null（3）染色体的行为 null 后期中染色体的移动是由于发生了两个独立事件：①动粒纤维的向极运动推动了与之相连的染色体的运动，使它们越来越靠近两极；②稍后，纺锤体之间的极纤维的延伸和滑动，使两极的距离越来越大。null4. 分子机制控制细胞周期 实验证明细胞分裂中DNA的合成是在间期的一定时间内完成，简称S期；染色体中的 组蛋白也是在S期合成的； S期开始之前的G1期和S期结束之后的G2期中，细胞不合成DNA，但损伤的DNA分子可在此时修复。null 实验证明，将两个处于细胞周期不同阶段的 细胞融合，就会形成一个含有两个核的细胞。如：两个细胞中，一个处于S期，另一个处于G1期，那么G1期的核就会立即进入S期，好像第一个细胞的细胞质中的化学物质刺激了第二个细胞。如：处于M期的细胞与处于另一阶段的细胞融合，第二个细胞立即进入M期，其染色质凝聚并形成纺锤体。null 上述实验证明，细胞周期是由一种细胞周期控制系统所指导的。其中有一套周期性地运转的分子在起作用，它们既触发细胞周期中的相续发生的事件，也使这些事件相互协调。 null 1.细胞周期的检控点 检控点是细胞周期中的关键点，它发出的信号停止前一阶段的事件而启动后一阶段的事件。细胞周期的检控点存在于G1期、G2期和M期。null 对许多细胞而言，G2期的检控点是最重要的。如：细胞从此检控点得到“继续进行”的信号，那么就会将事件进行到底，于是细胞发生分裂。反之，此时未接到“继续进行”的信号，那么细胞就会退出细胞周期而进入G0期。人体中大多数细胞都是处于G0期的。其他一些细胞，如肝细胞，可被召回而进入细胞周期，如受伤后释放的生长因子可使之重新进行分裂。null 2．细胞周期的时钟：细胞周期蛋白及依赖于它的激酶 控制细胞周期的分子，其数量和活性有着节律性的波动，这种波动与细胞周期中相继发生的事件的进程是同步的。这些起调节作用的分子是蛋白质类：其中许多是蛋白激酶，通过磷酸化作用使别的酶活化或失活的酶类。null 在生长中的细胞中，推动细胞周期的激酶的浓度实际上是稳定的，其中大部分处于失活状态。激酶必须与周期蛋白(cyclin)结合。周期蛋白在细胞中的浓度发生周期性的变化。上述激酶名为依赖于周期蛋白的激酶(cyclin-dependent kinase，缩写为Cdk)。Cdk的活性随着其周期蛋白浓度的变化而变化。null 促进M期的因子(M—phase promoting factor缩写为MPF)的作用是引发细胞通过G2检控点而进入M 期。当G2期中积累的周期蛋白与Cdk分子结合时，形成的MPF复合物便引起有丝分裂。由于引起了许多种蛋白质的磷酸化，它还有其他作用，如：它使核纤层的蛋白质磷酸化而使核膜裂成碎片。 在有丝分裂的晚期，MPF分解，其中的周期蛋白被破坏，而Cdk则以失活的状态存在于细胞中，直到它与新的周期蛋白分子结合而开始细胞周期的下一轮。 null 3．细胞内的因素也帮助控制细胞周期 把各种Cdk与其他分子联系起来的信号途径的研究尚处于起始阶段。 一个细胞内的影响因素的例子是来自动粒的信息。分裂末期，在染色体都与纺锤体正确连接之前，姐妹染色单体的分离不会开始。控制者就是M阶段的检控点，它保证子细胞的染色体一个不多，也一个不少。null 研究人员发现来自尚未与纺锤体微管连接的动粒的信号是延迟末期的信号，某些与此微管有关的蛋白质引发一种信号传递途径，使促进末期的复合物(anaphase—promoting cothplex，APC)处于失活状态。只有当所有动粒都连接在纺锤体上的时候，这种“等待”信号才会终止。 null 4.生长因子是来自外部的信号 生长因子(growth factor)是某些体细胞分泌的蛋白质，它促进其他细胞的分裂。 生长因子的一个例子是血小板衍生的生长因子(platelet．derived growth factor，PDGF)。如：成纤维细胞(fibroblast)，结缔组织中的一种细胞，就需要PDGF才能分裂。 PDGF分子与受体(酪氨酸激酶受体)的结合引发一信号转导途径，促使细胞分裂。这一途径活化了细胞周期控制系统中的一个或多个组分。null PDGF不仅在人工培养条件下促进成纤维细胞的分裂，而且在动物体内也一样。受伤后，附近的血小板就释放PDGF，于是成纤维细胞的增生有助于伤口的愈合。已发现许多种不同的生长因子。每种类型的细胞大概对某种生长因子或一些生长因子的某种组合发生专一的响应。 null 生长因子的发现提供了理解细胞的密度制约的抑制作用(density—dependent inhmition)的关键。这种抑制作用就是密集的细胞停止分裂的现象。许多年前已观察到，培养的细胞通常分裂到在培养皿内壁上形成一满层细胞后就停止。当细胞的集群达到一定密度以后，每个细胞所能得到的养分和生长因子都不够了，不足以维持细胞的继续生长。null 许多动物细胞也表现贴壁依赖性(anchorage dependence)。要分裂，细胞必须贴在某种基底上，如：贴在培养器皿的内壁上或组织的胞外基质上。实验表明，贴壁或锚定的信号是通过一种途径传递到细胞周期控制系统的，这个途径包括质膜中的蛋白质和细胞骨架中的元件。密度制约的抑制作用和贴壁依赖性大概在人工培养条件下和活体的内部都起作用，在密度和位置最适时使细胞的增殖停止。null 5.染色体 在细胞周期分裂前期染色质凝缩成长短、形态不同的染色体。染色体复制后，含有纵向并列的2条染色体，称姐妹染色单体，只有在着丝粒的地方联在一起。null短臂着丝粒长臂DNA染色单体null 性染色体和常染色体 性染色体是决定性别的染色体。人有23对染色体，其中22对男女都一样，称为常染色体，另一对男女不同，称性染色体。女性的一对性染色体，形态相同，可用X代表；男性的一对性染色体中，有一条和女性的性染色体一样，是X染色体，另一条不同，称Y染色体。XX是女性， XY是男性。null⑶染色体数目(略) ⑷染色体组型(略) ⑸染色体带型:用吉母萨染料染色,染色体上出现的横带,称G带.将染色体用热碱溶液处理,再用吉母萨染料染色,染色体上就出现另一套横带,称R带. G带富含A-T核苷酸的片段,热碱溶液处理后,吉母萨染色显示富含G-C序列的R带。 nullnull 5.2 减数分裂将染色体数右2n 减为 n 减数分裂的特点： （1）染色体复制1次，母细胞连续两次分裂，子细胞染色体数目减半。 （2）子细胞基因组合大为丰富，使后代有更大的变异性和适应性减数分裂Ⅰ，同源染色体配对（联会）后，非姐妹染色单体之间发生交换和基因重组null减数分裂与有丝分裂的异同 有丝分裂 减数分裂 1 所有正在生长的组织 有性繁殖的组织 2 生物个体的整个生活周期 成熟的个体 3 无联会、交叉、交换 有联会、交叉、交换 4 姊妹染色体 均等分离 后期Ⅰ：同源染色体分离； 后期Ⅱ：姊妹染色体分 5 产生2个子细胞 产生4个子细胞 6 子细胞遗传成分相同 不同，是父母染色体的组合 7 子细胞的染色体数目 子细胞的染色体数目 与母细胞相同 是母细胞的1/2 5.3 个体发育中的细胞 5.3 个体发育中的细胞 1. 细胞分化 细胞分化是在个体发育过程中，新生的细胞产生形态结构和功能上的稳定性差异，形成不同类型细胞的过程。null 多细胞生物细胞分化的实现有3个重要的条件:①携带有丰富的遗传信息以及它们具有复杂的表达调控机制是细胞分化建立的前题;②细胞间的复杂信号系统的存在及由此引导的细胞间的相互作用是多细胞生物细胞分化得以实施的重要条件;③细胞间质是细胞分化的依托并为之提供了必要的微环境. null 2.细胞凋亡 发生凋亡的细胞在正常发育过程中是多余的细胞、无用的细胞、或发育不正常的细胞、有害细胞，或已完成使命衰老的细胞，机体通过细胞凋亡以维持器官、组织的细胞数目相对平衡，保证个体正常发育与生长。如:人胚胎发育中手指间蹼细胞的凋亡。 null人胚胎发育 中手指间蹼 细胞的凋亡null 3.细胞全能性与干细胞 细胞全能性是指细胞经分裂和分化,能发育成完整机体的潜能或特性. 干细胞是具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞群体，即这些细胞可以通过细胞分裂维持自我细胞群的大小，同时又可以进一步分化成为各种不同的组织细胞，从而构成机体各种复杂的组织器官。干细胞的分类：null ⑴根据发生学来源分类: ①胚胎干细胞：指由胚胎内细胞团或原始生殖细胞经体外抑制培养而筛选出的细胞。胚胎干细胞具有发育全能性，可以诱导分化为机体中所有种类的细胞; ②成体干细胞：指存在于一种已经分化组织中的未分化细胞，这种细胞能够自我更新并且能够特化形成组成该类组织的细胞，存在于机体的各种器官中。成体干细胞在修复、取代受损的细胞、组织甚至是器官方面发挥重要作用。null ⑵根据分化潜能分类: ①全能干细胞：具有自我更新和分化形成任何类型细胞的能力，有形成完整个体的分化潜能; ②多能能干细胞：具有产生多种类型细胞的能力，但失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制; ③单能干细胞：只能向单一方向分化，产生一种类型的细胞。 null 4.细胞衰老 细胞衰老是指细胞经过有限次数的分裂后进入不可逆转的增殖抑制状态,其结构与功能发生衰老性的改变. 细胞衰老的机制有: null (1)端粒与细胞衰老:端粒DNA是由一种特殊的酶——端粒酶合成的。当DNA复制时，由于DNA聚合酶只能由5’ →3’方向进行复制，且必须要RNA引物，这样DNA每复制一次，则其5’端的端粒便会缩短一截，从而提出关于细胞衰老的“有丝分裂钟"假说，很多实验支持这一假说。但是另一些实验表明端粒的缩短虽然可导致细胞复制性衰老，但细胞衰老不仅仅是端粒缩短的结果. null (2)氧化性损伤与细胞衰老(自由基学说):在细胞利用氧分子，获得能量的同时，也有约2％-3％的氧分子转化成过氧化氢(H202)和羟自由基(.OH)。这些活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)对细胞中的DNA、RNA和蛋白质等均会造成较大的损伤。氧化损伤的积累造成细胞乃至机体的衰老。 nullnull