生命科學(xué)與生物技術(shù)導(dǎo)論：05講-生命的基本單位

1、1第第5 5講講 細胞細胞 生命的基本結(jié)構(gòu)單位生命的基本結(jié)構(gòu)單位 第一節(jié)第一節(jié) 細胞學(xué)說的建立細胞學(xué)說的建立 第二節(jié)第二節(jié) 細胞的結(jié)構(gòu)與功能細胞的結(jié)構(gòu)與功能 第三節(jié)第三節(jié) 細胞分裂和細胞周期細胞分裂和細胞周期 第四節(jié)第四節(jié) 細胞分化、衰老與死亡細胞分化、衰老與死亡2第一節(jié)第一節(jié) 細胞學(xué)說的建立細胞學(xué)說的建立 1.1 細胞的發(fā)現(xiàn)細胞的發(fā)現(xiàn) 1717世紀中葉，顯微鏡被用于生物學(xué)研究，用世紀中葉，顯微鏡被用于生物學(xué)研究，用顯微鏡觀察來自樹皮的木栓，看到一個個顯微鏡觀察來自樹皮的木栓，看到一個個“小室小室”結(jié)構(gòu)，稱之謂結(jié)構(gòu)，稱之謂“Cell”（細胞）。（細胞）。 人們用顯微鏡觀察各種生物，包括微生物和

2、人們用顯微鏡觀察各種生物，包括微生物和動、植物的細微構(gòu)造，到處都看到細胞結(jié)構(gòu)。動、植物的細微構(gòu)造，到處都看到細胞結(jié)構(gòu)。逐漸形成一個觀念：逐漸形成一個觀念：各種生物都是由細胞組各種生物都是由細胞組成的。成的。3 英國科學(xué)家英國科學(xué)家R. Hook（1635-1703)，發(fā)表對木栓的，發(fā)表對木栓的觀察，命名觀察，命名Cell。 荷蘭人荷蘭人Leeuwenhoek（1623-1723）用自磨鏡片做）用自磨鏡片做成顯微鏡第一次觀察了活的細菌和原生動物。成顯微鏡第一次觀察了活的細菌和原生動物。4 2020世紀初，兩位德國生物學(xué)家施萊登和施世紀初，兩位德國生物學(xué)家施萊登和施旺正式明確提出：旺正式明確提出：

3、細胞是植物體和動物體細胞是植物體和動物體的基本結(jié)構(gòu)單位。的基本結(jié)構(gòu)單位。 最初提出細胞學(xué)說觀點的兩篇論文是最初提出細胞學(xué)說觀點的兩篇論文是: : 德國植物學(xué)家施萊登德國植物學(xué)家施萊登 1838 年發(fā)表的年發(fā)表的論文論文 : :論植物發(fā)現(xiàn)論植物發(fā)現(xiàn) 德國動物學(xué)家施旺德國動物學(xué)家施旺 1839 年發(fā)表的論年發(fā)表的論文文: :動、植物結(jié)構(gòu)與生長相似性的顯微動、植物結(jié)構(gòu)與生長相似性的顯微研究研究1.2 細胞學(xué)說細胞學(xué)說56細胞學(xué)說的內(nèi)容細胞學(xué)說的內(nèi)容 1. 所有生物都是由細胞和細胞產(chǎn)物構(gòu)成的所有生物都是由細胞和細胞產(chǎn)物構(gòu)成的 2. 新細胞只能由原來的細胞分裂而產(chǎn)生新細胞只能由原來的細胞分裂而產(chǎn)生 3.

4、 所有細胞都具有基本上相同的化學(xué)組成和所有細胞都具有基本上相同的化學(xué)組成和代謝活性代謝活性 4. 生物體總的活性可以看成是組成生物體的生物體總的活性可以看成是組成生物體的各相關(guān)細胞的相互作用和集體活動的總和各相關(guān)細胞的相互作用和集體活動的總和 7細胞學(xué)說的科學(xué)意義細胞學(xué)說的科學(xué)意義 細胞學(xué)說與進化論一起，奠定了生物科學(xué)細胞學(xué)說與進化論一起，奠定了生物科學(xué)的基礎(chǔ)。細胞學(xué)說使的基礎(chǔ)。細胞學(xué)說使生命世界有機結(jié)構(gòu)多生命世界有機結(jié)構(gòu)多樣性的統(tǒng)一樣性的統(tǒng)一，從哲學(xué)推斷走向自然科學(xué)論，從哲學(xué)推斷走向自然科學(xué)論證。證。 從兩篇經(jīng)典的論文看來，細胞學(xué)說不但關(guān)從兩篇經(jīng)典的論文看來，細胞學(xué)說不但關(guān)系到生物體的系到生

5、物體的構(gòu)造構(gòu)造，也關(guān)系到生物體的，也關(guān)系到生物體的生生長與發(fā)育。長與發(fā)育。 細胞學(xué)的研究一直在繼續(xù)細胞學(xué)的研究一直在繼續(xù)8透射電子顯微鏡下的細胞結(jié)構(gòu)透射電子顯微鏡下的細胞結(jié)構(gòu)9掃描電子顯微鏡下的細胞結(jié)構(gòu)掃描電子顯微鏡下的細胞結(jié)構(gòu)激光共聚焦掃描顯微鏡下的藻類激光共聚焦掃描顯微鏡下的藻類10原子力顯微鏡下的細菌原子力顯微鏡下的細菌11121.3 細胞是生命的基本單位細胞是生命的基本單位 細胞是生命的基本結(jié)構(gòu)單位，所有生物都細胞是生命的基本結(jié)構(gòu)單位，所有生物都是由細胞組成的是由細胞組成的 細胞是生命活動的功能單位，一切代謝活細胞是生命活動的功能單位，一切代謝活動均以細胞為基礎(chǔ)動均以細胞為基礎(chǔ) 細胞是

6、生殖和遺傳的基礎(chǔ)與橋梁，具有相細胞是生殖和遺傳的基礎(chǔ)與橋梁，具有相同的遺傳語言同的遺傳語言 細胞是生物體生長發(fā)育的基礎(chǔ)細胞是生物體生長發(fā)育的基礎(chǔ) 形狀與大小各異的細胞是生物進化的結(jié)果形狀與大小各異的細胞是生物進化的結(jié)果 沒有細胞就沒有完整的生命沒有細胞就沒有完整的生命13 19 世紀末，人們逐漸發(fā)現(xiàn)比細菌還小的世紀末，人們逐漸發(fā)現(xiàn)比細菌還小的“傳染性的活性成份傳染性的活性成份”，稱為，稱為病毒。病毒。 1930s1940s 期間弄清病毒的化學(xué)本質(zhì)和期間弄清病毒的化學(xué)本質(zhì)和電鏡結(jié)構(gòu)。電鏡結(jié)構(gòu)。 看來，看來，病毒是一類不具細胞結(jié)構(gòu)的生命形病毒是一類不具細胞結(jié)構(gòu)的生命形態(tài)。態(tài)。 最簡單的病毒僅由最簡

7、單的病毒僅由核酸大分子和蛋白質(zhì)大核酸大分子和蛋白質(zhì)大分子分子組成。但是，病毒顆粒必需組成。但是，病毒顆粒必需進入寄主進入寄主活細胞活細胞才能表現(xiàn)出生命的各方面特性。才能表現(xiàn)出生命的各方面特性。有沒有非細胞生命？有沒有非細胞生命？14第第二二節(jié)節(jié)細細胞胞的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和功功能能1 1、大腸桿菌、大腸桿菌2 2、念珠藻、念珠藻3 3、小球藻、小球藻4 4、酵母菌、酵母菌5 5、火絲菌、火絲菌6 6、眼蟲、眼蟲7 7、分生組織細胞、分生組織細胞8 8、柵欄組織薄壁細胞、柵欄組織薄壁細胞9 9、驢蹄草葉表皮細胞和、驢蹄草葉表皮細胞和保衛(wèi)細胞保衛(wèi)細胞1010、大鼠肝細胞、大鼠肝細胞1111、腎近曲小管上

8、皮細胞、腎近曲小管上皮細胞1212、成纖維細胞、成纖維細胞1313、人紅細胞、人紅細胞1414、人精子、人精子1515、哺乳動物的橫紋肌細、哺乳動物的橫紋肌細胞胞1616、平滑肌細胞、平滑肌細胞1717、神經(jīng)細胞體、神經(jīng)細胞體15 依據(jù)有無細胞核，整個生命世界可以區(qū)分依據(jù)有無細胞核，整個生命世界可以區(qū)分為兩大類：為兩大類： 原核生物原核生物 真核生物真核生物 細細 菌菌 植植 物物 放線菌放線菌 動動 物物 藍藍 藻藻 真真 菌（霉菌、酵母菌（霉菌、酵母) ) 等等 原生動物原生動物 藻藻 類類2.1 原核細胞和真核細胞原核細胞和真核細胞16原核細胞原核細胞 細菌細胞結(jié)構(gòu)與動、植物細胞不同，要

9、簡單的細菌細胞結(jié)構(gòu)與動、植物細胞不同，要簡單的多。最主要的差別是細菌沒有細胞核結(jié)構(gòu)，多。最主要的差別是細菌沒有細胞核結(jié)構(gòu)，核核物質(zhì)物質(zhì)DNA還是有的，形成還是有的，形成類核區(qū)類核區(qū)(又稱擬核又稱擬核)，并且細菌細胞也沒有其他各種細胞器。并且細菌細胞也沒有其他各種細胞器。17真核細胞真核細胞18細胞大小細胞大小較小較小 (1-10m)較大較大 (10-100m)染色體染色體一條一條DNA，不與，不與蛋白質(zhì)聯(lián)結(jié)蛋白質(zhì)聯(lián)結(jié)幾條染色體，與幾條染色體，與蛋白聯(lián)結(jié)在一起蛋白聯(lián)結(jié)在一起細胞核細胞核無核膜和核仁無核膜和核仁有核膜和核仁有核膜和核仁細胞器細胞器無無有有內(nèi)膜系統(tǒng)內(nèi)膜系統(tǒng)簡單簡單復(fù)雜復(fù)雜微梁系統(tǒng)微梁

10、系統(tǒng)無無微管和微絲微管和微絲細胞分裂細胞分裂二分體二分體 出芽分裂出芽分裂有絲分裂有絲分裂轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯 同一時間和地點同一時間和地點不同時間和地點不同時間和地點原核細胞和真核細胞比較原核細胞和真核細胞比較19 細胞膜和生物膜：細胞膜和生物膜：磷脂和鞘脂分子具磷脂和鞘脂分子具有一個共同的特有一個共同的特征征一個極性的一個極性的頭，兩個非極性的頭，兩個非極性的尾巴。尾巴。在水環(huán)境中，在水環(huán)境中，這類分子會自發(fā)形這類分子會自發(fā)形成成脂雙層微囊。脂雙層微囊。2.2 動物細胞的典型結(jié)構(gòu)動物細胞的典型結(jié)構(gòu)20流動鑲嵌學(xué)說流動鑲嵌學(xué)說 膜結(jié)構(gòu)：膜結(jié)構(gòu)：細胞膜的框細胞膜的框架是脂雙層，蛋白質(zhì)架是脂雙層

11、，蛋白質(zhì)“鑲嵌鑲嵌”其中其中 這樣的膜結(jié)構(gòu)不但用這樣的膜結(jié)構(gòu)不但用以組成細胞膜，還用以組成細胞膜，還用以分割形成各種細胞以分割形成各種細胞器，統(tǒng)稱器，統(tǒng)稱生物膜生物膜 特點：特點：有序性、流動有序性、流動性和不對稱性性和不對稱性21細胞核細胞核 由兩層生物膜圍成，遺傳信息貯藏在核由兩層生物膜圍成，遺傳信息貯藏在核內(nèi)，是內(nèi)，是 DNA 復(fù)制和復(fù)制和 RNA 合成場所。合成場所。22 核糖體是合成蛋白質(zhì)的細胞器，主要成分是蛋核糖體是合成蛋白質(zhì)的細胞器，主要成分是蛋白與白與 RNA，其唯一的功能是按照，其唯一的功能是按照mRNA的指令的指令用氨基酸合成多肽鏈。用氨基酸合成多肽鏈。23線粒體線粒體 由

12、雙層生物膜圍成，是生物氧化、產(chǎn)生由雙層生物膜圍成，是生物氧化、產(chǎn)生能量的場所。能量的場所。2009年諾貝爾化學(xué)獎年諾貝爾化學(xué)獎 美國的美國的Venkatraman Ramakrishnan、Thomas A. Steitz及以色列的及以色列的Ada E. Yonath 獲獎成果：獲獎成果：原子水平上研究核糖體的結(jié)構(gòu)和功能原子水平上研究核糖體的結(jié)構(gòu)和功能2425線粒體主要功能線粒體主要功能 線粒體進行氧化磷酸化，產(chǎn)生線粒體進行氧化磷酸化，產(chǎn)生ATP，是細是細胞的胞的“動力工廠動力工廠”。26內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 由單層生物膜圍成。是蛋白質(zhì)合成、修由單層生物膜圍成。是蛋白質(zhì)合成、修飾和分泌；脂類合成的場所

13、。飾和分泌；脂類合成的場所。27高爾基體高爾基體 由單層生物膜圍成，與蛋白質(zhì)修飾和分由單層生物膜圍成，與蛋白質(zhì)修飾和分泌有關(guān)。泌有關(guān)。 28溶酶體溶酶體 由單層生物膜圍成，是生物大分子分解由單層生物膜圍成，是生物大分子分解的場所。的場所。29細胞骨架細胞骨架 由蛋白質(zhì)亞基組裝成，和細胞形狀、遷由蛋白質(zhì)亞基組裝成，和細胞形狀、遷移、信息傳導(dǎo)等有關(guān)。移、信息傳導(dǎo)等有關(guān)。30微絲微絲微管微管中間纖維中間纖維312.3 植物細胞的典型結(jié)構(gòu)植物細胞的典型結(jié)構(gòu)液泡液泡細胞核細胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)微管微管質(zhì)膜質(zhì)膜細胞壁細胞壁線粒體線粒體葉綠體葉綠體微絲微絲高爾基體高爾基體32動、植物細胞的區(qū)別動、植物細胞的區(qū)別

14、植物細胞植物細胞動物細胞動物細胞有細胞壁有細胞壁沒有細胞壁沒有細胞壁有葉綠體有葉綠體沒有葉綠體沒有葉綠體有中央液泡有中央液泡沒有中央液泡沒有中央液泡33液泡液泡 液泡的滲透壓較液泡的滲透壓較高，使植物處于高，使植物處于吸漲飽滿狀態(tài)吸漲飽滿狀態(tài) 一些代謝廢物也一些代謝廢物也常以結(jié)晶態(tài)濃集常以結(jié)晶態(tài)濃集其中其中34細胞壁細胞壁 機械支撐、機械支撐、 生長、分化、生長、分化、 細胞識別和抗細胞識別和抗病等作用病等作用35木質(zhì)纖維素的組成和結(jié)構(gòu)木質(zhì)纖維素的組成和結(jié)構(gòu)酚類酚類15-25%6C糖均聚物糖均聚物38-50%5C、6C糖聚合物糖聚合物23-32%36葉綠體葉綠體能量轉(zhuǎn)換器能量轉(zhuǎn)換器 葉綠體是植

15、物光合作用的場所，有兩層葉綠體是植物光合作用的場所，有兩層膜，含有環(huán)狀的膜，含有環(huán)狀的DNA和核糖體。和核糖體。372.4 細胞成分與結(jié)構(gòu)的分離細胞成分與結(jié)構(gòu)的分離 用細胞破碎技術(shù)和用細胞破碎技術(shù)和超離心技術(shù)對細胞超離心技術(shù)對細胞器或細胞結(jié)構(gòu)成分器或細胞結(jié)構(gòu)成分進行分離和進一步進行分離和進一步的生物化學(xué)分析是的生物化學(xué)分析是探索細胞結(jié)構(gòu)與功探索細胞結(jié)構(gòu)與功能相互關(guān)系的重要能相互關(guān)系的重要途徑。途徑。38第三節(jié)第三節(jié) 細胞分裂和細胞周期細胞分裂和細胞周期 3.1 細胞為什么分裂？細胞為什么分裂？ 細胞表面與新陳代謝密切相關(guān)。例如：細胞表面與新陳代謝密切相關(guān)。例如： 老鼠重老鼠重 25 克，大象重

16、克，大象重 4 噸；表面積噸；表面積/體積，老鼠體積，老鼠是大象的是大象的 24 倍；倍；老鼠的代謝速率大于大象老鼠的代謝速率大于大象39細胞分裂是為了維持細胞的代謝細胞分裂是為了維持細胞的代謝 隨著細胞生長，細胞體積增大，而細胞隨著細胞生長，細胞體積增大，而細胞表面積表面積和和體體積積之比卻在變小，細胞代謝速率下降。之比卻在變小，細胞代謝速率下降。 細胞分裂是細胞生長過程中保持足夠表面積，維持細胞分裂是細胞生長過程中保持足夠表面積，維持一定的生長速率的重要措施。一定的生長速率的重要措施。403.2 原核生物的細胞分裂原核生物的細胞分裂 二分分裂二分分裂41 細胞從前一次細胞從前一次分裂開始到

17、后分裂開始到后一次分裂開始，一次分裂開始，這段時間稱為這段時間稱為一個一個細胞周期。細胞周期。包括包括分裂間期分裂間期（G1期、期、S期期和和G2期）期）和分和分裂期裂期（M期）期）3.3 真核細胞的有絲分裂真核細胞的有絲分裂42有絲分裂過程有絲分裂過程 前期：染色質(zhì)形成光鏡下可見的染色體前期：染色質(zhì)形成光鏡下可見的染色體43有絲分裂過程有絲分裂過程 中期：核膜消失，染色體排列在赤道板上中期：核膜消失，染色體排列在赤道板上 后期：姊妹染色單體分開，被分別拉向細胞兩側(cè)后期：姊妹染色單體分開，被分別拉向細胞兩側(cè) 末期：重新形成核膜，染色體消失末期：重新形成核膜，染色體消失 細胞質(zhì)分裂：胞質(zhì)形成間隔

18、，最終分為兩個細胞細胞質(zhì)分裂：胞質(zhì)形成間隔，最終分為兩個細胞20012001年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎 美國美國Leland H Hartwell (1939) 、英國、英國Sir Paul M Nurse(1943) 和和R Timothy (Tim) Hunt(1949)。 細胞分裂的關(guān)鍵性調(diào)節(jié)機制細胞分裂的關(guān)鍵性調(diào)節(jié)機制44細胞周期調(diào)控細胞周期調(diào)控 啟動器啟動器start基因；檢基因；檢驗點驗點checkpoint CDK（細胞周期蛋細胞周期蛋白依賴激酶白依賴激酶cyclin dependent kinase） 細胞周期蛋白（細胞周期蛋白（cyclins）調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)CDK

19、功能的蛋白質(zhì)功能的蛋白質(zhì) 對癌癥的研究有很大對癌癥的研究有很大的幫助的幫助4546染色質(zhì)和染色體染色質(zhì)和染色體 處于分裂間期的細胞，細胞核內(nèi)的處于分裂間期的細胞，細胞核內(nèi)的 DNA 分子，在一些蛋白質(zhì)的幫助下，有一定分子，在一些蛋白質(zhì)的幫助下，有一定程度的盤繞，形成程度的盤繞，形成核小體核小體。多個核小體。多個核小體串在一起形成串在一起形成染色質(zhì)染色質(zhì)。 當(dāng)細胞進入當(dāng)細胞進入M期時，染色質(zhì)折疊包裝，期時，染色質(zhì)折疊包裝，大約壓縮大約壓縮8400倍，形成光鏡下可以看到倍，形成光鏡下可以看到的的染色體染色體。47染色質(zhì)和染色體染色質(zhì)和染色體48染色體數(shù)目是不同物種細胞的特染色體數(shù)目是不同物種細胞的

20、特征之一征之一物種物種染色體數(shù)目染色體數(shù)目物種物種染色體數(shù)目染色體數(shù)目人人46豌豆豌豆14小鼠小鼠40玉米玉米20爪蟾爪蟾36小麥小麥42果蠅果蠅8酵母酵母32493.4 真核細胞的減數(shù)分裂真核細胞的減數(shù)分裂 減數(shù)分裂發(fā)生在產(chǎn)減數(shù)分裂發(fā)生在產(chǎn)生生殖細胞的過程生生殖細胞的過程中。生殖細胞包括中。生殖細胞包括精子和卵細胞，遺精子和卵細胞，遺傳物質(zhì)總量僅為體傳物質(zhì)總量僅為體細胞的一半，稱為細胞的一半，稱為 n細胞。細胞。50減數(shù)分裂的特點減數(shù)分裂的特點 子細胞子細胞染色體數(shù)目減半染色體數(shù)目減半 子細胞子細胞基因組合基因組合大為豐富和多樣化大為豐富和多樣化 有性生殖的后代具有更強的適應(yīng)性有性生殖的后代

21、具有更強的適應(yīng)性和和進化潛能進化潛能。51同源染色體的不同組合導(dǎo)致配同源染色體的不同組合導(dǎo)致配子種型大增子種型大增 在第一次減數(shù)分裂在第一次減數(shù)分裂時，每對同源染色時，每對同源染色體分別分配至兩個體分別分配至兩個子細胞。于是父源子細胞。于是父源的和母源的的和母源的同源染同源染色體色體以不同組合，以不同組合，分配到兩個子細胞分配到兩個子細胞中。中。52 在第一次減數(shù)分裂中的同源染色體配對，在第一次減數(shù)分裂中的同源染色體配對，導(dǎo)致同源染色體之間的導(dǎo)致同源染色體之間的染色體交叉和基染色體交叉和基因重組。因重組。染色體交叉和基因重組使基因染色體交叉和基因重組使基因組合狀況更為復(fù)雜化組合狀況更為復(fù)雜化5

22、3染染色色體體交交叉叉的的電電鏡鏡圖圖54第四節(jié)第四節(jié) 細胞的分化、衰老與死亡細胞的分化、衰老與死亡 4.1 細胞分化細胞分化：發(fā)育過程中細胞后代在形發(fā)育過程中細胞后代在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生差異的過程。態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生差異的過程。 成年人全身細胞總數(shù)約成年人全身細胞總數(shù)約 1014個。細胞種類個。細胞種類有有200多種。這么多種類細胞均來自多種。這么多種類細胞均來自一個一個受精卵細胞受精卵細胞。 分化以后不同種類的細胞，形態(tài)、功能、分化以后不同種類的細胞，形態(tài)、功能、基因表達和代謝活動均不相同。基因表達和代謝活動均不相同。 細胞分化不但發(fā)生在胚胎階段和發(fā)育過程細胞分化不但發(fā)生在胚胎階段和

23、發(fā)育過程中，亦發(fā)生在中，亦發(fā)生在成人階段。成人階段。55上皮上皮細胞細胞脂肪脂肪細胞細胞平滑肌平滑肌細胞細胞心肌心肌細胞細胞神經(jīng)元神經(jīng)元細胞細胞56細胞的發(fā)育潛能細胞的發(fā)育潛能 由一個細胞可能分化發(fā)育出多少種細胞？這由一個細胞可能分化發(fā)育出多少種細胞？這就是細胞的就是細胞的發(fā)育潛能。發(fā)育潛能。 全能性細胞全能性細胞：具有能使后代細胞形成完整個：具有能使后代細胞形成完整個體的潛能的細胞。例如：受精卵體的潛能的細胞。例如：受精卵 多能性細胞多能性細胞：具有分化出多種組織或細胞：具有分化出多種組織或細胞（但是不能形成完整個體）的潛能的細胞稱（但是不能形成完整個體）的潛能的細胞稱多能性。例如：生血多能

24、干細胞多能性。例如：生血多能干細胞 單能性細胞單能性細胞：只能分化成一種細胞的干細胞。：只能分化成一種細胞的干細胞。例如：單能生血干細胞例如：單能生血干細胞57多種血細胞都由生血干細胞分化而來多種血細胞都由生血干細胞分化而來58神神經(jīng)經(jīng)干干細細胞胞分分化化過過程程59什么是克??？什么是克??？ 克隆是指克隆是指一個無一個無性繁性繁殖系殖系或利用不同方法或利用不同方法產(chǎn)生無性繁殖系所進產(chǎn)生無性繁殖系所進行的工作。行的工作。 克隆根據(jù)其研究或操克隆根據(jù)其研究或操作的對象的層次分為：作的對象的層次分為：基因克隆基因克隆細胞克隆細胞克隆個體克隆個體克隆60動物克隆比微生物和植物克隆動物克隆比微生物和植物

25、克隆困難百倍困難百倍 單細胞真核生物單細胞真核生物細菌、放線菌、酵母細菌、放線菌、酵母菌、藻類和霉菌等繁殖的唯一方式或主要菌、藻類和霉菌等繁殖的唯一方式或主要方式。方式。 植物克隆植物克隆“無心插柳柳成蔭無心插柳柳成蔭”容易容易 植物細胞的全能性植物細胞的全能性 動物克隆動物克隆難上難。為什么？難上難。為什么？細胞分化程度更高，細胞全能性的喪失細胞分化程度更高，細胞全能性的喪失61動物克隆的早期探索動物克隆的早期探索 1950s，爪蟾：腸上皮細胞核仍保持全能性，爪蟾：腸上皮細胞核仍保持全能性62Dolly的身世的身世 芬蘭多塞特母綿羊（供體）芬蘭多塞特母綿羊（供體）提供了全套遺傳信息，即提供了

26、全套遺傳信息，即提供了細胞核提供了細胞核 一只蘇格蘭黑面母綿羊一只蘇格蘭黑面母綿羊（受體）提供無細胞核的（受體）提供無細胞核的卵細胞卵細胞 另一只蘇格蘭黑面母綿羊另一只蘇格蘭黑面母綿羊提供羊胚胎的發(fā)育環(huán)境，提供羊胚胎的發(fā)育環(huán)境，是是“多莉多莉”羊的羊的“生生”母。母。63Dolly克隆克隆過程過程64Dolly 克隆的重要意義克隆的重要意義 理論意義：證實理論意義：證實分化成熟的動物細胞核仍具分化成熟的動物細胞核仍具全能性全能性，細胞質(zhì)對胚胎發(fā)育分化的決定性。，細胞質(zhì)對胚胎發(fā)育分化的決定性。 實踐意義：實踐意義： 畜牧業(yè)育種：復(fù)制出的數(shù)量巨大的優(yōu)良個體。畜牧業(yè)育種：復(fù)制出的數(shù)量巨大的優(yōu)良個體。

27、 生物醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)：提供基因工程產(chǎn)品，如人乳鐵蛋白、：提供基因工程產(chǎn)品，如人乳鐵蛋白、抗凝血酶等醫(yī)用蛋白質(zhì)；提供移植器官?？鼓傅柔t(yī)用蛋白質(zhì)；提供移植器官。 建立穩(wěn)定的動物模型建立穩(wěn)定的動物模型 延緩珍稀瀕危動物的滅絕延緩珍稀瀕危動物的滅絕 65克隆人可以嗎？克隆人可以嗎？ 社會上最初反應(yīng)：共社會上最初反應(yīng)：共識識禁止克隆人實驗。禁止克隆人實驗。 但是，但是，經(jīng)過兩年后，經(jīng)過兩年后，克隆人克隆人 實驗的呼聲漸實驗的呼聲漸高。高。 芝加哥芝加哥理查德理查德. .錫德錫德于于1998年年1月月宣布宣布: : 組成一個小組，做克組成一個小組，做克隆人實驗。隆人實驗。66如何看待如何看待“克隆人克隆

28、人”？ 科學(xué)技術(shù)的進展往科學(xué)技術(shù)的進展往往帶來負面效應(yīng)往帶來負面效應(yīng) 化學(xué)合成化學(xué)合成化學(xué)化學(xué)武器武器 病菌、病毒病菌、病毒 生物武器生物武器 原子能原子能原子彈原子彈 新科學(xué)技術(shù)對倫理新科學(xué)技術(shù)對倫理道德觀念的沖擊，道德觀念的沖擊，會逐漸得到解決。會逐漸得到解決。 關(guān)鍵是：關(guān)鍵是：呼吁科學(xué)呼吁科學(xué)民主，協(xié)商決策的民主，協(xié)商決策的社會機制；呼吁善社會機制；呼吁善于思考，富有社會于思考，富有社會責(zé)任心的人。責(zé)任心的人。674.2 細胞的衰老細胞的衰老 衰老是人們永恒的衰老是人們永恒的議題，至今仍是一議題，至今仍是一個迷。個迷。 早衰癥是人體衰老早衰癥是人體衰老中的一種病癥。中的一種病癥。68人體

29、衰老時，身體各部分功能人體衰老時，身體各部分功能都發(fā)生衰老都發(fā)生衰老 一名男子從一名男子從 36 歲到歲到 75 歲歲 味覺喪失味覺喪失 64 腎小球減少腎小球減少 44 腎小球過濾率減少腎小球過濾率減少 31 脊神經(jīng)元減少脊神經(jīng)元減少 37 神經(jīng)傳導(dǎo)速度減慢神經(jīng)傳導(dǎo)速度減慢 10 腦供血量減少腦供血量減少 20 肺活量減少肺活量減少 4469衰老的機理衰老的機理自由基假說自由基假說 帶有不成對電子的基團稱為帶有不成對電子的基團稱為自由基自由基，反應(yīng)，反應(yīng)特別活潑。特別活潑。 常見自由基包括：常見自由基包括： O2-，NO ， OH 細胞色素細胞色素C-Fe3+ + O2- O2 + 細胞色素

30、細胞色素 C-Fe2+ 生物氧化中產(chǎn)生的自由基會破壞生物大分生物氧化中產(chǎn)生的自由基會破壞生物大分子，使得子，使得細胞結(jié)構(gòu)破壞，基因突變，導(dǎo)致細胞結(jié)構(gòu)破壞，基因突變，導(dǎo)致細胞衰老細胞衰老。2009年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎 Elizabeth H. Blackburn，美國加州大學(xué)舊金山分，美國加州大學(xué)舊金山分校；校；Carol W. Greider，美國約翰，美國約翰霍普金斯大學(xué)霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院和醫(yī)學(xué)院和Jack W. Szostak，哈佛醫(yī)學(xué)院，哈佛醫(yī)學(xué)院 獲獎成果：獲獎成果：端粒和端粒酶端粒和端粒酶7071 體外培養(yǎng)成纖維細胞體外培養(yǎng)成纖維細胞 來自胎兒來自胎兒 可傳代

31、可傳代 50 50 次次 來自成人來自成人 可傳代可傳代 20 20 次次 來自小鼠來自小鼠 可傳代可傳代 141428 28 次次 來自烏龜來自烏龜 可傳代可傳代 9090125125 次次細胞有著明顯的衰老過程細胞有著明顯的衰老過程與供體年與供體年齡有關(guān)齡有關(guān)與供體物與供體物種有關(guān)種有關(guān)7272端粒長短與細胞生命歷程密切相關(guān)端粒長短與細胞生命歷程密切相關(guān)細胞分裂細胞分裂細胞分裂細胞分裂染色體染色體端粒端粒端粒端粒細胞將停止分裂而趨于老化細胞將停止分裂而趨于老化55端粒維持端粒維持染色體染色體DNA端粒端粒端粒端粒細胞永生化細胞永生化端粒酶是細胞轉(zhuǎn)化的原因端粒酶是細胞轉(zhuǎn)化的原因744.3 細

32、胞凋亡細胞凋亡 細胞死亡分為兩種細胞死亡分為兩種： （1）因環(huán)境因素突變或病原物入侵而死）因環(huán)境因素突變或病原物入侵而死亡，稱為病理死亡，或亡，稱為病理死亡，或細胞壞死細胞壞死。 （2）因個體正常生命活動的需要，一部）因個體正常生命活動的需要，一部分細胞必定在一定階段死去，稱分細胞必定在一定階段死去，稱細胞凋細胞凋亡亡。75細胞凋亡和細胞壞死有明顯區(qū)別細胞凋亡和細胞壞死有明顯區(qū)別細胞凋亡細胞凋亡細胞壞死細胞壞死細胞變圓細胞變圓, ,與周圍細與周圍細胞脫開胞脫開細胞外形不規(guī)則變化細胞外形不規(guī)則變化核染色質(zhì)凝聚核染色質(zhì)凝聚溶酶體破壞溶酶體破壞細胞膜內(nèi)陷細胞膜內(nèi)陷細胞膜破裂細胞膜破裂細胞分為一個個小

33、體細胞分為一個個小體胞漿外溢胞漿外溢被周圍細胞吞噬被周圍細胞吞噬引起周圍炎癥反應(yīng)引起周圍炎癥反應(yīng)76細胞凋亡是普遍存在的細胞凋亡是普遍存在的 變態(tài)：變態(tài)：蝌蚪蝌蚪 青蛙青蛙 昆蟲，卵昆蟲，卵 幼蟲幼蟲 成蟲成蟲 哺乳類哺乳類: 皮膚，指（趾）甲皮膚，指（趾）甲 紅細胞：紅細胞： 分化成熟分化成熟 失去細胞核失去細胞核 凋亡凋亡 淋巴細胞：淋巴細胞：95% 以上在成熟之前死去，不到以上在成熟之前死去，不到 5% 成熟后只存活一至幾天成熟后只存活一至幾天 T-細胞殺傷靶細胞的機制之一，細胞殺傷靶細胞的機制之一，就是誘使靶就是誘使靶細胞凋亡細胞凋亡 癌細胞亦可看作是凋亡失控了的細胞。癌細胞亦可看作是

34、凋亡失控了的細胞。77秀麗隱桿線蟲秀麗隱桿線蟲細胞凋亡研細胞凋亡研究的理想材料究的理想材料 每條線蟲具有每條線蟲具有10311031個細胞，其中個細胞，其中131131個細個細胞在發(fā)育過程中凋亡。胞在發(fā)育過程中凋亡。78細胞凋亡受基因控制細胞凋亡受基因控制 與細胞凋亡有關(guān)的基因與細胞凋亡有關(guān)的基因 （1）ced-3、ced-4：如果：如果基因基因突變或缺突變或缺失，使凋亡受阻失，使凋亡受阻誘發(fā)、啟動凋亡誘發(fā)、啟動凋亡 （2）ced-9：移入使凋亡受阻，失去使細移入使凋亡受阻，失去使細胞凋亡胞凋亡抑制凋亡抑制凋亡“人造細胞人造細胞” Science, “Synthetic Genome Brin

35、gs New Life to Bacterium”, E. Pennisi, 2010, 328, 958-959 J. Craig.Venter，蕈狀支原體蕈狀支原體 1. 合成合成 ：用計算機精確計算需要合成：用計算機精確計算需要合成DNA分子序列分子序列，并用化學(xué)方法合成了一千多個約，并用化學(xué)方法合成了一千多個約1kb的的DNA片段，片段，作為這次組裝的基本材料。作為這次組裝的基本材料。 2. 組裝：巧妙地借助啤酒酵母和大腸桿菌的幫助，把組裝：巧妙地借助啤酒酵母和大腸桿菌的幫助，把1Kb的的DNA分子有序準確的連成超過分子有序準確的連成超過1000kb的片段。的片段。 3. 移植：把這個合成基因組移植到不含限制性酶切