1、細胞分化 在個體發育中，后代細胞在形態、結構和生理功能上發生差異的過程叫做細胞分化。分化能力的強弱叫做發育潛能。具有不斷進行分裂和分化能力，既可自我更新，又能產生進一步分化的細胞叫做干細胞。細胞分化的基本特征一、形態結構發生差異多細胞生物成體中，各種細胞在直觀上表現出大小、性狀和結構上的差別。這種差別一般與細胞的功能相適應。大多數細胞以結合成組織和器官的形式存在，因而細胞的形狀一般與其存在的部位和形式的功能有關二、差別基因表達一般來說，體內各種細胞均含有物種的全部基因，但是在細胞中不是全部基因都在活動，通過分子雜交實驗表明，在任何時間一種細胞的基因組只有一部分基因在活動能夠。表達的基因大致分為

2、兩類，一是持家基因：維持細胞生存所必須的，這類基因在各種細胞中都處于活躍狀態。二是在核中細胞中轉移選擇表達的，這類基因叫組織專一基因。不同類別細胞的基因選擇火哦的那個的現象稱為差別基因表達差別基因表達的原因a.基因轉錄水平的調控：增強子的類型和位置在不同基因中存在很大差異可調控基因的差別表達；不同的轉錄因子組合調節不同的專一基因表達等。b.轉錄后加工水平上的精密調控：由DNA最初轉錄的RNA，在某些細胞中被完全降解，而在另一種細胞中可被加工成mRNA；通過前體RNA的選擇性剪接可產生出不同的mRNA和蛋白；mRNA的專一性降解也是控制基因表達的有效途徑。C、翻譯和翻譯后加工與修飾水平的調控：m

3、RNA的翻譯效率； mRNA的穩定性和半衰期； 翻譯后蛋白的修飾和選擇性剪接等。D、染色體和DNA水平的調控：DNA甲基化對基因轉錄表達活性具有調節作用；染色體的凝縮狀態對基因轉錄表達活性的影響。三、細胞分化方向的限定先于相態差異的出現 細胞在發生形態差異之前的一定時間，細胞分化命運即已確定。細胞從分化命運確定到出現特定形態的過程稱為細胞決定。具有全能性的胚胎細胞和多能性的干細胞水平上，細胞間沒有表現出形態上的差異，但經過多代分裂，所產生的子細胞卻限定向一定方向發育。即細胞的分化方向的限定早于形態差異的出現，細胞決定即意味著細胞內部已發生了穩定的變化，基因活動模式已開始發生改變。四、細胞的生理

4、狀態隨分化程度而有所不同 成體中的細胞，分化程度有所不同。隨著分化程度的提高，細胞的生理活動發生了明顯的變化。發育潛能發育潛能（developmental potential）細胞分化能力的強弱。如受精卵具有分化出各種組織和細胞的潛能，并能發育成完整的個體多能性（pluripotency）隨著胚胎的發育，有的細胞雖然仍具有分化出多種組織的潛能，但卻失去了發育成完整個體的潛能，細胞具有的這種發育潛能稱為多能性。如哺乳動物囊胚的內細胞團細胞具有分化出各種組織的多能性單能性（monopotency）只能分化出一種細胞的能力。全能性：細胞的全能性是指細胞經分裂和分化后仍具有形成完整有機體的潛能或特性。

5、干細胞是機體中能自我更新（產生與自身相同的子代細胞）和多向分化潛能（分化形成不同的細胞類型）并具有形成克隆能力的一類細胞。根據發育潛能的不同，則可將干細胞分為全能干細胞、多能干細胞、和單能干細胞。根據來源不同，干細胞又可分為胚胎干細胞和成體干細胞干細胞特性：A、本身不是終末分化細胞；B、可不受限制地進行分裂；C、分裂后的細胞命運不同，有的被限定進入終末分化過程，有的仍保持為干細胞屬性。全能性 細胞的全能性是指細胞經分裂和分化后仍具有形成完整有機體的潛能或特性。動物的受精卵操起的胚胎細胞是具有全能性的細胞。植物的體細胞在適宜的條件下可培育成正常的植株。這不僅為細胞的全能型提供了有力的證據，而且也

6、廣泛地應用在植物基因工程的實踐中。植物細胞的全能性植物細胞的全能性發育潛能上植物細胞不同于動物細胞，高度分化的植物細胞仍具有發育成完整植株的能力，也就是說植物細胞具有全能性。例如馬鈴薯的塊根和番薯的塊莖進行栽培繁殖。用懸浮培養的胡蘿卜根的韌皮組織培養出了完整的新植株。高度分化的細胞核仍保持著全能型動物細胞的分化潛能隨著分化程度的提高而變窄，但這種分化潛能的變化是對細胞整體而言的，對細胞核來說，高度分化的細胞仍保留著物種的全套基因組，因此高度分化的細胞核仍具有全能性。實驗例證一、細胞核移植實驗細胞核移植是研究核質關系的重要手段細胞核移植就是將供體 HYPERLINK /item/%E7%BB%8

7、6%E8%83%9E%E6%A0%B8/601964 t /item/%E7%BB%86%E8%83%9E%E6%A0%B8%E7%A7%BB%E6%A4%8D/_blank 細胞核移入除去核的 HYPERLINK /item/%E5%8D%B5%E6%AF%8D%E7%BB%86%E8%83%9E t /item/%E7%BB%86%E8%83%9E%E6%A0%B8%E7%A7%BB%E6%A4%8D/_blank 卵母細胞中，使后者不經過精子穿透等有性過程即無性繁殖即可被激活、分裂并發育成新個體，使得核供體的 HYPERLINK /item/%E5%9F%BA%E5%9B%A0 t /i

8、tem/%E7%BB%86%E8%83%9E%E6%A0%B8%E7%A7%BB%E6%A4%8D/_blank 基因得到完全復制。例如將蛙囊胚的細胞核移入到去核的卵母細胞中，結果這一核質雜交體發育成了蝌蚪。動物移核試驗證明，不僅已分化的胚胎細胞的核具有指導卵質雜交體發育成為成熟個體的全能性，而且高度分化的體細胞的核也具有發育全能性，分子雜交實驗把從小鼠腦、腎、胸腺、脾、肝組織提取的DNA，分別與L細胞（一種小鼠腫瘤細胞系）DNA共同對小鼠胚胎DNA進行競爭雜交，結果表明，來自各種組織的DNA的競爭結合率和結合量都一樣。三、細胞融合啟動基因的表達細胞融合技術可以檢驗細胞中不表達的基因是否存在和

9、是否仍保持表達活性。細胞融合實驗證明分化細胞中存在著“閑置不用”的結構基因。大鼠的肝腫瘤細胞與其成纖維細胞融合，篩選出含有兩套肝細胞染色體和一套成纖維細胞染色體的雜交細胞。此雜交細胞保持了合成三種酶的能力，而成纖維細胞從不合成這三種酶。這說明小鼠成纖維細胞中存在著不表達的而卻在肝細胞中專一表達的基因。特定條件下，這些閑置基因又重新表達。上述實驗都表明隨著各種體細胞分化程度的提高，其發育潛能有所變窄，每一種細胞只有一小部分基因表達，但是各種細胞的基因組是等值的。也就是說分化細胞中不表達的基因仍然存在，保持著重新啟動表達的潛能。動物的受精卵和最初幾次卵裂產生的裂球，以及植物的體細胞，都具有發育成完

10、整個體的潛能，細胞的這種潛能稱為全能性。高度分化的動物細胞，雖然失去了發育成完整個體的能力，但是細胞核的基因組仍保持完整，具有指導移核卵細胞發育成完整個體的能力，因此核具有全能性。細胞的全能型和細胞核的全能型不能混為一談，細胞在分化過程中逐步失去了全能性。分化的細胞核具有全能性，是針對基因組而言。細胞間相互作用和環境因素對細胞分化的影響（一）胚胎誘導(embryonic induction)動物在一定的發育時期，一部分細胞影響相鄰細胞分化方向的作用。（二）細胞數量效應 必須達到一定的數量才能發育成相應的組織。（三）激素的作用：發育晚期激素的調節作用很大。蝌蚪成蛙，包括尾的退化和前后肢的形成。（

11、四）環境對細胞分化的影響。 溫度變化對海龜性別的影響：低溫，全雄性；高溫，全雌性。細胞質在細胞分化中的作用受精卵細胞質的不均一性個體發育從受精卵喀什，經過卵裂和胚胎發育分化出各種組織和細胞，不同細胞的產生往往與細胞獲得不通過的性質的細胞質有關。受精卵中不同物質對卵裂球后代的分化方向具有決定性作用。細胞質決定子決定子是指卵和胚胎細胞中所含的蛋白質和RNA性質的細胞質因子，這些細胞質因子通過細胞分裂被不均等地分配到子細胞中，不同性質的決定自影響著細胞向不同方向分化。細胞核對細胞分化的作用？細胞質對細胞分化的作用？細胞凋亡細胞死亡概念以及分類概念細胞死亡（cell death）：是細胞衰老的結果，是

12、細胞生命現象不可逆的停止及細胞生命的結束。判斷細胞死亡的標志：臺盼藍染色法，活細胞不會被染成藍色，而死細胞會被染成淡藍色。更重要依據：看細胞是否具有功能和繁殖能力類型1.細胞壞死 （cell necrosis）：指受到環境因素，如溫度、射線、滲透壓、化學試劑及病毒、細菌感染等意外的影響，導致細胞死亡的病理過程。2.程序性細胞死亡（programmed cell death，PCD）或細胞凋亡（apoptosis）：是體內細胞發生主動的、有基因控制的自我消亡方式。（生理或病理性死亡）。細胞凋亡并不危及相鄰的細胞，不發生炎癥。細胞死亡特征細胞壞死特征：細胞質膜和核被膜破裂，細胞骨架和核纖層解體。細

13、胞質溢出，影響到周圍細胞，發生炎癥反應。與細胞凋亡不同，細胞壞死過程中染色質不發生凝集，也不產生有規律的DNA降解片段，而是被隨即分解，瓊脂糖凝膠電泳時呈彌散狀分布，俗稱拖尾現象，可以利用這一現象區分細胞凋亡和細胞壞死。細胞凋亡特征（形態學過程）：凋亡的起始：早期細胞表面的特化結構(如微絨毛)消失，細胞連接消失， 細胞皺縮(cell shrinkage)，但細胞膜依然完整。染色質濃縮(chromatin condensation) ，形成新月形帽狀結構等形態，沿著核膜邊緣分布（核著邊）凋亡小體的形成：隨后凋亡小體(apoptotic bodies)形成：染色質斷裂，與某些細胞器一起聚集，被質膜

14、所包圍。細胞表面產生了許多泡狀突起，即凋亡小體。吞噬：最后凋亡小體逐漸被鄰近細胞吞噬。細胞凋亡最重要的特征，是整個過程中細胞膜保持完整，內含物不泄露到細胞外，因此不引發機體的炎癥反應。細胞凋亡的檢測方法形態學觀察法應用各種染料可觀察凋亡細胞的形態學特征。有些染料如臺盼藍，無法進入到活性，但是能使死細胞著色。DNA電泳 細胞凋亡時，細胞內特異性核苷酸內切酶活化，染色質DNA在核小體期間被特異性切割，DNA降解成整倍數片段，因此凋亡細胞中提取的DNA在進行常規的瓊脂糖凝膠電泳時，這些大小不同的DNA片段就呈現出梯狀條帶。這一方法是鑒定細胞凋亡最簡便可靠的方法之一。細胞凋亡的基本過程細胞凋亡過程可分

15、為4個階段：引發、執行、吞噬和清除 通常有三類蛋白質參與細胞凋亡過程，即調節物，銜接物和效應物。調節物起促進或抑制凋亡的作用，當有營養因子存在的情況下能抑制細胞凋亡。銜接物即和調節物結合，也和效應物結合，缺少營養因子時，銜接物激活效應物。此處的效應物為胱冬肽酶，被激活后切割細胞內各種底物，最后導致細胞死亡。通常胱冬肽酶是以無活性酶原的形式存在，因此細胞凋亡過程必須激活胱冬肽酶原。內在途徑的細胞凋亡B家族是存在于線粒體外膜上的蛋白質，有的為抗凋亡蛋白質，有的為促凋亡蛋白質如和。當細胞處于逆境或受到損傷時，就被家族其他成員激活，破壞了線粒體的完整性，釋放出細胞色素。凋亡途徑啟動的關鍵開關就是線粒體

16、釋放的細胞色素。細胞色素從線粒體外室釋放到細胞質溶質，與銜接蛋白Apar結合，促進了胱冬肽酶的級聯反應，即使胱冬肽酶酶原變為胱冬肽酶，胱冬肽酶又使胱冬肽酶酶原變為胱冬肽酶，進而切割底物，導致細胞死亡。外來信號引起的凋亡凋亡信號常來自細胞外信號，如殺傷性淋巴細胞引起的靶細胞凋亡殺傷性淋巴細胞的表面有一種FasL蛋白，可發出死亡信號。FasL可識別靶細胞表面的Fas蛋白。Fas與FasL結合引起細胞凋亡。銜接蛋白FADD與死亡域相連，又和caspase原8相連。群集的caspase原8可相互切割，產生caspase8。Caspase8進而切割caspase原3，具有活性的caspase3可激活DN

17、aseCAD，CAD進入核中，將DNA切成片段，細胞凋亡。凋亡細胞被吞噬的機制（凋亡細胞的清除）細胞凋亡后形成的凋亡小體，被鄰近的巨噬細胞所吞噬。正在凋亡的細胞表面出現外翻的磷脂酰絲氨酸的凋亡信號。磷脂酰絲氨酸可被連橋蛋白結合，連橋蛋白又可和巨噬細胞的磷脂酰絲氨酸受體結合，使凋亡細胞被吞噬。Caspases非依賴性的細胞凋亡Caspases敲除后，細胞仍然可以發生凋亡。除了細胞色素c之外，線粒體能夠向細胞質內釋放多個凋亡相關因子。凋亡誘導因子（AlF）是第一個誘導非Caspases性細胞凋亡的蛋白，位于線粒體膜外膜。在凋亡過程中，AlF從線粒體釋放到細胞質基質中，進而進入細胞核，引起核內DNA

18、聚集并斷裂成片段。線粒體釋放的另一個因子限制性內切核酸酶G也能引起Caspases非依賴性細胞凋亡。受到凋亡信號的刺激后，限制性內切核酸酶G從線粒體中釋放出來進入細胞后，對核DNA進行切割。在Caspases未被激活的情況下，產生典型的以核小體為單位的DNA片段。胱冬肽酶一組存在于細胞質中參與細胞凋亡調控的具有類似結構的蛋白酶，其活性位點為半胱氨酸殘基，能特異性的切割靶蛋白天冬氨酸殘基后的肽鍵，稱為天冬氨酸特異性的半胱氨酸蛋白水解酶。哺乳動物caspase家族現發現有15種其家族成員具有如下特征：.活性有由兩個大亞基和兩個小亞基組成。.具有相同的催化部位.具有自身活化和活化其他胱冬肽酶的能力酶

19、原含有三個區：端區、大亞基、小亞基Caspase酶原激活依賴于其他的Caspase，激活后引起caspase級聯放大反應在細胞凋亡過程中，胱冬肽酶具有以下幾方面的作用保護細胞不發生凋亡的抗凋亡蛋白質失活引起細胞結構解體：細胞凋亡時，核纖層蛋白受到胱冬肽酶的切割，造成核纖層解體。核纖層解體導致染色質凝縮。影響核酸調節蛋白的功能：有些蛋白質對核酸合成和加工過程有調節作用，這些蛋白質被胱冬肽酶切割后，即失活或失控，這些重要的自身調節和修復功能的喪失，便促進了細胞的解體。線粒體在細胞凋亡中的關鍵作用即使胱冬肽酶失活，促凋亡因子最終也會導致細胞比較緩慢地發生非調往性死亡。某些促凋亡蛋白，如，即便在胱冬肽

20、酶失活的情況下，也能引起線粒體損傷和死亡。細胞中存在著一種注定細胞死亡的機制，線粒體影響細胞死亡的變化電子傳遞鏈和能量代謝受到破壞釋放胱冬肽酶激活蛋白：線粒體在細胞凋亡中具有重要作用，這表現在能抑制核固縮和DNA片段化依賴于線粒體的存在；而加入脫氧腺苷三磷酸誘發胱冬肽酶激活也依賴于線粒體釋放細胞色素細胞色素一旦釋放即限定細胞必然要死亡，作用機制在于介導的胱冬肽酶激活引起細胞快速凋亡。另外電子傳遞鏈崩潰而導致細胞緩慢壞死。產生活性氧類物質：線粒體是細胞產生超氧陰離子的主要來源，其改變了細胞的氧化還原反應，所以活性氧類物質對細胞對細胞凋亡產生了影響。二、滲透轉變孔（PT孔）的作用線粒體內膜跨膜電位

21、的耗散是細胞凋亡的變化之一，這表明線粒體的導電通道開放，即為線粒體的滲透轉變孔。PT孔的開放可使線粒體基質與膜間隙的離子發生平衡，解除了跨膜內的氫離子濃度梯度，導致呼吸鏈解偶聯。PT孔開放抑制劑，如環孢素可阻斷細胞凋亡，說明PT孔的開放在凋亡過程中具有重要作用。家族蛋白的作用家族存在于線粒體內膜，內質網膜和核被膜的細胞質膜面，其對若干線粒體變化具有調節作用。由此可見，在細胞調節過程中，線粒體起了很重要的作用，是凋亡級聯反應的關鍵環節。細胞凋亡的意義發育過程中調節機體細胞數目的平衡和穩定，不需要的組織器官的消失，衰老細胞的清除，腫瘤監視和免疫系統中起作用。凋亡失調導致疾病發生。哪些因素決定細胞發

22、生凋亡：存活因子（如生長因子）的撤除死亡因子（FasL，TNF）作用內部因素刺激物理性因子，包括射線（紫外線，射線等）和的溫度刺激（如熱激，冷激）等細胞衰老細胞衰老一般的含義是指復制衰老，即體外培養的正常細胞在經過有限次數的分裂后，停止生長，細胞形態和生理代謝活動發生顯著改變的現象。即增殖能力逐漸減弱的現象，端粒縮短是細胞衰老的重要特征。另外還有核膜內折、染色質凝縮、內質網蛋白合成量減少、腫脹，細胞內脂褐質積累，細胞間連接減少等變化。一、Hayflick界限(Hayflick Limitation） 細胞，至少是培養的二倍體細胞，它們的增殖能力不是無限的，而是有一定的界限，這就是 Hayfli

23、ck界限。二倍體細胞的衰老是由細胞本身決定的，是細胞核而不是細胞質決定了細胞衰老。二、細胞衰老的分子機理學說氧化性損傷學說：代謝過程中產生的活性氧基團或分子（ROS- O2-， OH- ， H2O2 ），引發的氧化性損傷的積累，最終導致衰老。 端粒與衰老：發現端粒長度確實與衰老有著密切的關系，提出細胞衰老的“有絲分裂鐘”學說（Harley,1990）。（人的生殖細胞以及能夠無限分裂的癌細胞中存在端粒酶，正常體細胞中端粒酶處于失活狀態，將活化的端粒酶導入正常的人細胞中使端粒不再縮短，細胞的復制壽命增加了近倍）rDNA與衰老:單細胞生物的細胞衰老即個體衰老。 在酵母生命周期中某個時刻，通過同源重組

24、，一個環形拷貝的DNA的染色體中分離出來，并在之后的細胞周期中形成環形RNA（ERC） ，ERC幾乎都集中在母細胞，而不進入子細胞。酵母染色體外rDNA 環（ERC）的積累，ERC的掠奪了DNA正常復制和轉錄所需要的重要物質，從而抑制了細胞的增殖，導致細胞衰老。細胞癌變癌細胞的主要特征形態方面細胞外形改變：微絨毛、絲足和片足縮回，表面圓泡增加，細胞外形變圓細胞骨架紊亂，微管變短、排列紊亂，微絲結構發生結構異常核異常：核的大小發生改變，參差不齊，核型明顯異常。發生基因擴增或缺失，染色體發生丟失質膜結構發生變化：間隙連接減少或消失，細胞通訊受阻生理變化無限分裂：在適宜條件下，癌細胞可不停地無限增殖，失去了最高分裂次數接觸抑制現象喪失：正常細胞生長到相互接