細胞生命歷程

一、細胞增殖及其調(diào)控,從增殖的角度來看，可將高等動物的細胞分為三類： 連續(xù)分裂細胞，如表皮生發(fā)層細胞、部分骨髓細胞。（又稱周期細胞） 休眠細胞暫不分裂，但在適當?shù)拇碳は驴芍匦逻M入細胞周期，稱G0期細胞，如B淋巴細胞、肝、腎細胞等。 不分裂細胞，指不可逆地脫離細胞周期，不再分裂的細胞，又稱終端細胞，如神經(jīng)、骨骼肌細胞等,一、細胞周期,由細胞分裂結(jié)束到下一次細胞分裂結(jié)束 所經(jīng)歷的過程，分為4個期： G1期:指從有絲分裂完成到DNA復(fù)制之前的間隙時間。 S期:指DNA復(fù)制的時期。 G2期:指DNA復(fù)制完成到有絲分裂開始之前的一段時間。 M期:又稱分裂期:細胞分裂開始到結(jié)束。,細胞周期的時間長短與物種的細胞類型有關(guān)。通常G1期持續(xù)時間差異較大。,細胞分裂的類型,無絲分裂：又稱直接分裂，發(fā)現(xiàn)于雞胚血細胞，不涉及紡錘體形成及染色體變化 。 有絲分裂 ：又稱為間接分裂，1882年首次發(fā)現(xiàn)于動物。 減數(shù)分裂：染色體復(fù)制一次，細胞連續(xù)分裂兩次。,二、有絲分裂,為了便于描述人為的劃分為六個時期： 間期；前期； 早中期； 中期； 后期；末期。 其中間期包括G1期、S期和G2期，主要 進行DNA復(fù)制、中心體復(fù)制、細胞體 積增大等準備工作。,（一）前期 染色質(zhì)凝縮;分裂極確立與紡錘體開始形成;核仁解體;核膜消失。 S期中心粒已完成復(fù)制，在前期移向 兩極，并形成紡錘體。,（二）前中期 核膜解體到染色體排列到赤道面上。 核膜解體標志著早中期的開始.,紡錘體有三種微管結(jié)構(gòu)： 染色體(著絲點)微管:一端與中心體相連,另一端與著絲點相連。 連續(xù)微管(極體微管):在紡錘體中部重疊，重疊部位結(jié)合有微管馬達蛋白 。 星體微管:由中心粒放射出來的微管,與膜骨架結(jié)合。 植物沒有中心粒和星體微管，其紡錘體稱無星紡錘體。,（三）中期 染色體排列到赤道面上。,（四）后期 指妹妹染色體單體分開并移向兩極的時期。,Anaphase B: separation of the poles.,植物細胞有沒有后期B ？,（五）末期 從子染色體到達兩極，至形成兩個新細胞為止的時期。涉及子核的形成和胞質(zhì)分裂兩個方面。,末期子核的形成，大體經(jīng)歷了與前期相反的過程，即染色體解聚縮，核仁出現(xiàn)和核膜重新形成。核纖肽B去磷酸化，介導(dǎo)核膜重新裝配。 核分裂與胞質(zhì)分裂是相繼發(fā)生的，屬于兩個分離的過程.,子核的形成與胞質(zhì)分裂,動物細胞的胞質(zhì)分裂通過胞質(zhì)收縮環(huán)的收縮實現(xiàn)，收縮環(huán)由大量平行排列的肌動蛋白組成。,植物細胞末期近兩極處紡錘絲消失，中間微管保留，并數(shù)量增加，形成成膜體。 來自高爾基體囊泡沿微管轉(zhuǎn)運到成膜體中間。融合形成細胞板，囊泡的內(nèi)含物形成初生壁和中膠層，囊泡膜形成質(zhì)膜，融合留下的管道形成胞間連絲。,三、細胞周期調(diào)控,1970s Rao和Johnson發(fā)現(xiàn) 與M期細胞(Hela)融合的間期細胞染色體發(fā)生凝縮，稱為早熟凝集染色體(PCC)。 G1期PCC為單線狀，因DNA未復(fù)制。 S期PCC為粉末狀，因DNA由多個部位開始復(fù)制。 G2期PCC為雙線染色體，說明DNA復(fù)制已完成。 甚至不同類的M期細胞也可誘導(dǎo)PCC產(chǎn)生，說明M期細胞具有促進間期細胞進行分裂的因子，即成熟促進因子(maturation promoting factor， MPF)。,相關(guān)概念 著絲粒：DNA分子中一段特殊的脫氧核苷酸序列，在分裂中期完成復(fù)制。 著絲點（動粒）：染色體中位于著絲粒兩側(cè)的3層盤狀結(jié)構(gòu)，本質(zhì)為蛋白質(zhì)，是一種非染色體的附加物。染色體依靠動粒捕捉紡錘絲的微管。,染色體帶型：Q帶、G帶和R帶 染色體組 染色體組型：一個細胞中全部中期染色體在數(shù)目、大小、形態(tài)和帶型上的綜合特征統(tǒng)稱核型或染色體組型,細胞器分配,1.葉綠體和線粒體與分類同步，數(shù)量加倍 2.高爾基體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等要生長并斷成片段 發(fā)生時期：分裂前的間期,四、 減數(shù)分裂,由連續(xù)兩次分裂構(gòu)成： 通常減數(shù)分裂I分離的是同源染色體，所以稱為異型分裂或減數(shù)分裂。 減數(shù)分裂II分離的是姊妹染色體，類似于有絲分裂，所以稱為同型分裂或均等分裂。 為了描述方便將減數(shù)分裂分為幾個期和亞期。,又稱減數(shù)分裂前間期。 也可分為G1期、S期和G2期。 G2期是有絲分裂向減數(shù)分裂轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵時期。 減數(shù)分裂的S期時間較長，部分DNA（約0.3%左右）是在偶線期合成的。,（一）間期,（二）減數(shù)分裂I 1、前期I 減數(shù)分裂的特殊過程主要發(fā)生在前期I ，通常分為5個時期：細線期；偶線期；粗線期；雙線期；終變期。,1）細線期：染色體呈細線狀。 2）偶線期（配對期）：是同源染色體配對的時期。概念：聯(lián)會復(fù)合體（二價體或四分體）。這一時期合成約0.3%左右的DNA，稱為Z-DNA。 3）粗線期（重組期）：同源染色體的非姊妹染色單體間發(fā)生交換的時期。 4）雙線期：聯(lián)會的同源染色體開始分離，聯(lián)會復(fù)合體消失。,SC由兩條同源染色體沿縱軸形成，外觀呈梯子狀。 SC幫助交換的完成，SC上有重組節(jié)(recombination nodules)，是交換發(fā)生的部位。 SC主要由堿性蛋白質(zhì)和RNA組成，并含有少量DNA。 SC形成合線期，成熟于粗線期，消失于雙線期。 在細線期或合線期加入DNA合成抑制劑，則抑制SC的形成。,聯(lián)會復(fù)合體 P198 圖5-14,補充：植物細胞雙線期一般較短，許多動物卵細胞中雙線期停留的時間非常長。人的卵母細胞在五個月胎兒中已達雙線期，且一直到排卵前都停在雙線期，排卵年齡大約在12-50歲之間。雙線期也是卵黃積累的時期。 5）終變期：染色體顯著變短變粗。 核仁此時開始消失，核被膜解體。,2、中期I 3、后期I：二價體的兩條同源染色體分開，分別向兩極移動。同源染色體隨機分向兩極，基因重組。 4、末期I （三）減數(shù)分裂間期。 （四）減數(shù)分裂II：可分為前、中、后、末四個四期，與有絲分裂相似。 一個精母細胞形成4個精子；一個卵母細胞形成一個卵子及3個極體。,Minimum number of gamete types = 2n , In humans, n = 23,細胞分化與基因表達調(diào)控,細胞分化(cell differentiation)：在個體發(fā)育中，由一 種相同的細胞類型經(jīng)細胞分裂后逐漸在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上形成穩(wěn)定性差異，產(chǎn)生各不相同的細胞類群的過程 細胞分化是多細胞生物發(fā)育的基礎(chǔ)與核心 細胞分化的關(guān)鍵在于特異性蛋白質(zhì)合成 合成特異性蛋白質(zhì)實質(zhì)在于組織特異性基因在時間和空間上的差異性表達 差異性表達的機制是由于基因表達的組合調(diào)控 細胞癌變是正常細胞分化機制失控的表現(xiàn),組織特異性基因與管家基因,管家基因house-keeping genes：細胞中均要表達的基因，其產(chǎn)物對維持細胞基本生命活動所必需 奢侈基因luxury genes，又組織特異基因：不同細胞類型進行特異性表達的基因，其產(chǎn)物賦予各種細胞特異形態(tài)結(jié)構(gòu)與特異生理功能 調(diào)節(jié)基因regulatory genes：產(chǎn)物調(diào)節(jié)組織特異性基因表達，或激活、或抑制作用 細胞分化實質(zhì)：組織特異性基因在時間與空間上的差異表達,組合調(diào)控引發(fā)組織特異性基因的表達,人體至少有200多種不同類型細胞 組合調(diào)控：每種類型的細胞分化是由多種調(diào)控蛋白共同調(diào)控完成，調(diào)控蛋白n種，調(diào)控組合理論上可以啟動分化的細胞類型為2n 單一調(diào)控蛋白：啟動整個細胞分化過程 靠一種關(guān)鍵性調(diào)控蛋白，啟動級聯(lián)調(diào)控蛋白，是令人驚奇的高效、經(jīng)濟的細胞分化啟動機制 -眼發(fā)育基因Ey，導(dǎo)入果蠅早期腿細胞，在腿中部形成眼,轉(zhuǎn)分化與再生,一種類型分化的細胞轉(zhuǎn)變成另一種類型的分化細胞現(xiàn)象稱轉(zhuǎn)分化（transdifferentiation）。 轉(zhuǎn)分化經(jīng)歷去分化（dedifferentiation）和再分化的過程。 生物界普遍存在再生現(xiàn)象（regeneration），再生是指生物體缺失部分后重建過程，廣義的再生可包括分子水平、細胞水平、組織與器官水平及整體水平的再生。 不同的細胞有機體，其再生能力有明顯的差異。,再生,指生物的器官損傷后，剩余的部分長出與原來形態(tài)功能相同的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，廣義來看再生是生命的普遍現(xiàn)象，從分子、細胞到組織器官都具有再生現(xiàn)象 1. 生理性再生：即細胞更新，如人的紅細胞。 2. 修復(fù)性再生：壁虎的尾、蠑螈的斷肢、螃蟹的肢,1、胚胎誘導(dǎo)(細胞間的相互作用)：胚胎發(fā)育過程中，一部分細胞影響相鄰細胞向一定方向分化的作用。 如:視泡可誘導(dǎo)其外面的外胚層形成晶體，而晶體又可誘導(dǎo)外胚層形成角膜。,（三）、影響細胞分化的因素,2、分化抑制：分化成熟的細胞可以產(chǎn)生抑素（旁腺素），抑制相鄰細胞發(fā)生同樣的分化。 如:含有成蛙心肌組織的培養(yǎng)液培養(yǎng)蛙胚，則蛙胚不能發(fā)育出正常的心臟。,3、激素的作用 如:昆蟲的保幼激素和脫皮激素。,染色體結(jié)構(gòu)的變化 (1)基因刪除：原生動物、昆蟲、甲殼 動物,基因刪除分化為體細胞. (2)基因擴增：果蠅幼蟲的多線染色 體。 (3)DNA的甲基化與異染色質(zhì)化：胞嘧啶的甲基化使基因失活。,4、細胞核與細胞分化,基因與細胞分化 無論是母體mRNA的作用還是細胞間的相互作用，其結(jié)果是啟動特定基因的表達。,1、全能性：一個細胞可分化為機體的所有細胞，如受精卵、植物細胞。 全能干細胞 多能干細胞 單能干細胞（祖細胞） 成熟動物細胞不具備全能性。,(四)、細胞分化的機理,腫瘤在致瘤因素作用下，細胞在基因水平上失去對其生長的正常調(diào)控，導(dǎo)致異常增生。 良性腫瘤：生長緩慢，與周圍組織邊界明顯。 惡性腫瘤：癌癥，生長快、具有遷移性。 腫瘤組織由實質(zhì)和間質(zhì)兩部分構(gòu)成，實質(zhì)是腫瘤細胞，間質(zhì)由結(jié)締組織和血管組成。,細胞癌變,（一）癌細胞的形態(tài)特征,核質(zhì)比顯著高于正常細胞，可達1:1； 出現(xiàn)巨核、雙核或多核。 線粒體表現(xiàn)為不同的多型性、腫脹、增生 細胞骨架紊亂，形態(tài)發(fā)生顯著變化； 細胞表面特征改變，易于轉(zhuǎn)移。,（二）生理特征,細胞周期失控，接觸抑制喪失 具有遷移性，定著依賴性喪失 去分化現(xiàn)象 代謝旺盛 可移植性，如人的癌細胞可移植到鼠體，形成移植瘤。,基因本身或其調(diào)控區(qū)發(fā)生變異，導(dǎo)致原癌基因表達，使細胞過度增殖，形成腫瘤。 1、突變成癌基因，顯性突變 2、受病毒入侵，病毒基因組插入和控制 3、染色體重排（倒位、易位）改變啟動子 4、原癌基因擴增,（三）原癌基因的激活,抑癌基因的作用：抑制細胞增殖；促進細胞分化；和抑制細胞遷移。 抑癌基因的突變是隱性的。 （只有成對或多對突變才能引起細胞癌變）,（四）抑癌基因的作用,逆轉(zhuǎn)錄病毒，如：人T淋巴細胞白血病病毒（HTLV）、HIV等病毒； 乙型肝炎病毒：原發(fā)性肝癌（PLC）。 人乳頭瘤狀病毒（HPV）：生殖道腫瘤。 EpsteinBars病毒（EBV）；與兒童的淋巴瘤和成人的鼻咽癌發(fā)生有關(guān)。 后三類都是DNA病毒。,（五）生物性致癌因素,細胞的衰老與凋亡,一、細胞的衰老：又稱老化 指細胞隨著年齡的增加，機能和結(jié)構(gòu)發(fā)生退行性變化，趨向死亡的不可逆的現(xiàn)象。 衰老和死亡是生命的基本現(xiàn)象，衰老過程發(fā)生在生物界的個體水平、細胞水平以及分子水平等不同的層次。,更新組織：如上皮細胞、血細胞。構(gòu)成更新組織的細胞可分為類： 干細胞、 過渡細胞、 成熟細胞。 穩(wěn)定組織：可補償性增生，如：肝、腎細胞。 恒久組織：細胞不再分裂，如神經(jīng)、骨骼、心肌細胞。 可耗盡組織：如人類的卵巢實質(zhì)細胞。,（一）、人體細胞的動態(tài)分類,（二）、細胞衰老的特征,1、錯誤積累學(xué)派 代謝廢物積累：如：脂褐質(zhì) 自由基攻擊：導(dǎo)致DNA、蛋白質(zhì)變異， 正常細胞內(nèi)存在清除自由基的防御系統(tǒng)： 酶系統(tǒng)：超氧化物歧化酶(SOD)，過氧化氫酶(CAT)，谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)； 非酶系統(tǒng)：維生素E，醌類等電子受體。,（三）、細胞衰老的分子機理,細胞有限分裂學(xué)說：人的成纖維細胞在體外培養(yǎng)時增殖次數(shù)是有限的（5060代）。 端粒學(xué)說：細胞增殖次數(shù)與端粒DNA長度有關(guān)。 重復(fù)基因失活學(xué)說：如哺乳動物rRNA基因數(shù)隨年齡而減少。,2、遺傳論學(xué)派,3、衰老基因?qū)W說 子女的壽命與雙親的壽命有關(guān)； 各種動物都有相當恒定的平均壽命和最高壽命； 成人早衰癥：平均39歲時出現(xiàn)衰老，47歲生命結(jié)束； 嬰幼兒早衰癥：1歲時出現(xiàn)明顯的衰老，1218歲生命結(jié)束， 早衰癥患者體內(nèi)解旋酶發(fā)生突變 。,Hutchinson-Gilford syndrome,細胞凋亡,死亡是生命的普遍現(xiàn)象，但細胞死亡并非與機體死亡同步。正常的組織中也發(fā)生細胞死亡，它是維持組織機能和形態(tài)所必需的。,（一）、細胞壞死 是細胞受到急性強力傷害時立即出現(xiàn)的反應(yīng)。 早期表現(xiàn)為細胞膜破壞，線粒體腫脹。 繼而溶酶體破裂,細胞內(nèi)容物流出, 引起炎癥。,（二）、細胞凋亡與細胞壞死的區(qū)別是：,細胞通過出芽的方式形成許多凋亡小體； 凋亡小體內(nèi)有結(jié)構(gòu)完整的細胞器； 不引起炎癥； 線粒體無變化，溶酶體活性不增加； 內(nèi)切酶活化，DNA特征性斷裂； 凋亡通常是生理性變化，而細胞壞死 是病理性變化。,胸腺細胞,正常,凋亡,胸腺細胞,正常,凋亡,細胞程序性死亡是一種基因指導(dǎo)的細胞自我消亡方式。,（三）、細胞凋亡是細胞程序性死亡,練習(xí) 1.在減數(shù)分裂的前期中,染色體出現(xiàn)配對交叉互換,此現(xiàn)象： a發(fā)生在姊妹染色體之間 b發(fā)生在同源染色體之間 c在染色體之間隨機進行 d在姊妹染色體之間與同源染色體之間均能發(fā)生 2.下列哪種細胞周期時相組成是準確的 A前期中期后期末期 B. G1 G2SM C. G1SG2M D. MG1SG2,b,C,練習(xí) 3.減數(shù)分裂時，等位基因的DNA片段的交換和重組通常發(fā)生在 A偶線期 B粗線期 C雙線期 D終變期 4.巴氏小體是： A端粒