細胞的分裂與分化褚建君生命科學技術學院主要內容一、細胞的分裂二、細胞的分化、衰老與死亡三、細胞凋亡四、脫離正常軌道的細胞—

癌細胞一、細胞周期和細胞分裂1、細胞增殖的意義2、細胞周期3、有絲分裂4、胞質分裂5、減數分裂6、無絲分裂1.細胞增殖的意義

生命活動的重要特征之一

單細胞增殖導致生物個體數增加

多細胞生物的繁殖基礎

取代衰老和死亡的細胞

創傷愈合、組織再生、病理修復2.細胞周期

2.1概念

細胞從前一次分裂開始到后一次分裂開始，這段時間稱為一個細胞周期。期間細胞遺傳物質和其它內含物分配給子細胞。（1）真核細胞周期：

真核“細胞周期”也稱“細胞分裂周期”，是指一個細胞經生長、分裂而增殖成子細胞所經歷的全過程，通常可分為若干階段，即G1期、S期、G2期和M期。通常細胞周期可以區分為：

G1期——

S期——DNA合成期

G2期——

分裂期(M期)——

在這個階段可以在顯微鏡下看到細胞分裂過程。

間期細胞分裂周期不同細胞的細胞周期時間差異很大，主要差別在G1期

細胞類型細胞周期時間早期蛙胚胎細胞30分鐘酵母菌細胞 1.5~3小時小腸上皮細胞 12小時細胞培養成纖維細胞 20小時人肝細胞 １年2.2細胞周期不同時期的主要事件：

G1期：與DNA合成啟動相關，開始合成細胞生長所需要的多種蛋白質、RNA、碳水化合物、脂等，同時染色質去凝縮。

S期：DNA復制

G2期：DNA復制完成，在G2期合成一定數量的蛋白質和RNA分子。

M期：細胞分裂期有絲分裂——細胞核及染色體分裂胞質分裂——細胞質分裂3.有絲分裂3.1前期①染色質凝縮;②分裂極確立與紡錘體開始形成;③核仁解體;④核膜消失。

光學顯微鏡下可以分辨的染色體，每條染色體包含2個染色單體。

有絲分裂前期染色體變化3.3中期（前中期、中期）

紡錘體微管與中心粒結合中期細胞變為球形，染色體排列于赤道板3.4后期

姊妹染色體移向兩極，與此同時，細胞被拉長，并由于赤道部細胞膜下方環行微絲束的活動，該部縮窄，細胞遂呈啞鈴形。（隨機取向）3.5末期

染色單體到達兩極并去凝縮，重新出現染色質絲和核仁；核膜重組裝高爾基體與內質網形成4.胞質分裂

有絲分裂后期赤道板形成分裂溝微絲構成收縮環4.1動物細胞的胞質分裂4.2植物細胞的胞質分裂細胞內形成新的細胞膜和細胞壁而將細胞分開分裂間期前期中期有絲分裂中期后期末期有絲分裂后期5.減數分裂5.1概念和意義概念：細胞進行一次DNA復制，隨后進行兩次分裂，染色體數目減半的一種特殊的有絲分裂。體細胞(雙倍體2n)

生殖細胞(單倍體n)意義：生物進行有性生殖的基礎確保世代間遺傳的穩定性增加變異機會，生物進化與多樣性的基礎減數分裂可以分為兩個階段：

第一次減數分裂階段：DNA復制一次，細胞分裂一次。

第二次減數分裂階段：DNA不復制,細胞再分裂一次。

一是子細胞染色體數減半;

二是子細胞基因組合大為豐富。

同源染色體的分離與重新組合：

在第一次減數分裂中，還發生同源染色體配對，配對后還發生同源染色體之間的染色體交叉和基因重組。這使基因組合狀況更為復雜化。

同源染色體重組產生新的基因組合5.2減數分裂和配子發生5.3減數分裂特點◆遺傳物質只復制一次，細胞連續分裂兩次，導致染色體數目減半。僅存于生殖細胞。◆S期持續時間較長◆同源染色體在減數分裂期I(MeiosisI)配對聯會、基因重組，產生遺傳物質多樣性。◆減數分裂同源染色體配對排列在中期板上,

第一次分裂時,同源染色體分開。6無絲分裂amitosis

在細胞分裂形成兩個子細胞過程中不出現染色體也不形成紡錘體，細胞核直接一分為二，隨后細胞質分裂成兩個子細胞的分裂類型。多見之于某些原生生物，如纖毛蟲等。

二、細胞的分化衰老與死亡

1.

細胞的分化

2.細胞分化的特征

3.細胞的分化發育潛能

4.細胞質決定子

5.細胞的衰老與死亡1.細胞的分化

從受精卵開始的個體發育過程中，后代細胞間在形態、結構和生理功能上發生差異的過程為細胞分化。多細胞有機體由不同類型細胞組成。人成體有200多種細胞

細胞的形態與功能相適應2.細胞分化的特征2.1形態結構發生差異2.2差別基因表達每個細胞均含有一套完整的遺傳信息每種特定類型細胞只有一部分特定基因表達細胞分化和發育是基因選擇性表達的結果基因組中可表達基因分成兩類持家基因：維持細胞生存所必需的、在各種細胞中都表達的基因組織特異性基因：不同細胞中專一性表達的基因2.3分化細胞的表型保持穩定

動物細胞發生分化后，遺傳表型保持穩定，而且不可逆人血細胞的分化多能性干細胞T細胞B細胞嗜酸白細胞嗜鹼白細胞

中性白細胞巨噬細胞血小板

紅細胞2.4細胞決定

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

在發生形態差異之前的一定時間，細胞分化命運已經確定果蠅成蟲盤2.5去分化與轉分化某些條件下，分化細胞基因表達模式發生可逆變化，又回到未分化狀態，這一變化過程稱為去分化（脫分化）。例如：植物的愈傷組織細胞去分化后，再分化成另一種細胞的現象稱為轉分化。例如：蠑螈肢體再生時，脫分化的 肌細胞可生出軟骨3.細胞的分化發育潛能

細胞分化能力的強弱稱為發育潛能

3.1全能性

3.2多能性

3.3單能性3.1全能性

單個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植物細胞具有全能性受精卵馬鈴薯脫毒苗的培養工廠化育苗技術甘蔗組培苗基地動物細胞核移植證明：細胞核具有發育全能性

多利羊風暴

1997．2．27

Nature（385：810－813）

英國愛丁堡羅斯林研究所

伊恩

威爾穆特小組：多利羊多利羊成了明星同時期的克隆動物美國克隆恒河猴臺灣克隆豬日本克隆牛

人們馬上意識到克隆人的威脅。

政界紛紛出來表態。

1997.3.4（美）克林頓總統宣布：禁止聯邦政府資助人體克隆實驗。

1997.3.5（意）衛生部長在眾議院宣布：禁止人體和動物克隆。

1997.3.11世界衛生組織（WHO）宣布：禁止人體克隆試驗。

1997.3.11歐盟委員會宣布：反對人體克隆試驗。

中國衛生部宣布：禁止人體克隆試驗。

一條科學成就的宣布，在全世界范圍內，在短短幾十天左右時間，從學術界到經濟界、政界引起巨大而深刻的反響，是空前的。

“克隆”一詞也頓時變得婦孺皆知。

蛙皮膚細胞核移植發育成蝌蚪3.2多能性僅具有分化成有限組織細胞類型的潛能例如：人造血干細胞分化產生8種類型血細胞3.3單能性

僅能使后代細胞發育成為一種細胞的特性４．細胞質決定子卵和胚胎細胞中所含的蛋白質和RNA等細胞質因子細胞質因子通過細胞分裂被不均等地分配到子細胞不同性質的決定子影響細胞向不同方向分化性細胞決定子——生殖細胞分化體細胞決定子——體細胞分化５細胞的衰老與死亡細胞增殖能力減弱的現象稱為細胞衰老，它與機體衰老有一定關系。細胞來源人胚成纖維細胞中年人成纖維細胞老年人成纖維細胞可增殖代數60-804030不同年齡人成纖維細胞的增殖代數細胞的衰老5.1衰老細胞結構變化細胞核隨分裂次數增加而增大，核膜呈現內折，染色質固縮化內質網彌散性分散于核周胞質中，粗面內質網減少線粒體減少，體積膨脹膜流動性降低，膜內顆粒分布變化細胞骨架變化，信號傳遞系統變化5.2細胞衰老的分子機理●氧化性損傷學說代謝過程中產生的活性氧基團或分子（ROS）引發的氧化性損傷的積累，最終導致衰老。

ROS主要有三種類型：

O2-,即超氧自由基；OH-，即羥自由基；H2O2ROS的作用：高度活性引發脂類、蛋白質和核酸分子的氧化性損傷，從而導致細胞結構的損傷乃至破壞。清除ROS，就可以延長壽命。●程序性衰老 端粒：布萊克本、格雷德、紹斯塔克諾貝爾生理學或醫學獎2009年10月5.3細胞死亡細胞壞死：

機械損傷、毒物毒害。質膜、核膜破裂，胞質溢出。

三、細胞凋亡（細胞程序化死亡）1細胞凋亡的概念和生物學意義2凋亡細胞的特征3基因調控細胞凋亡4細胞凋亡的信號途徑１．細胞凋亡的概念與生物學意義主動的、由基因決定的自動結束細胞生命的過程。凋亡細胞被吞噬細胞所吞噬。生物學意義個體發育模式的需要調節細胞數量保持成體器官的正常體積更新衰老耗損的細胞蝌蚪尾巴的消失發育中的神經細胞手和足的形成過程壞死細胞凋亡細胞2.1細胞凋亡與壞死的區別2.2細胞凋亡的形態學特征

凋亡小體形成，被細胞吞噬而清除

a正常T細胞雜交瘤細胞b凋亡細胞(掃描電鏡)c凋亡細胞(透射電鏡)凋亡細胞的電鏡圖像細胞色素c誘導的凋亡細胞DNA電泳圖1．細胞色素c誘導0h2．細胞色素c誘導1h3．細胞色素c誘導2h4．細胞色素c誘導3h5．細胞色素c誘導4h6．陰性對照7．Marker

（自趙允、翟中和）2.3細胞凋亡的生化特征

形成大小為180-200bp特征性的DNA梯型(DNALadder)

電泳圖譜，核DNA斷成片段，是主要的特征之一。３基因調控細胞凋亡

線蟲1030個細胞，發育過程中131個細胞程序性死亡，成蟲由959個體細胞和1000～2000個性細胞構成。

6對染色體，～3000個基因。Ced3,Ced4促進凋亡，Ced9阻止細胞凋亡與疾病已知的

凋亡相關性疾病

四、脫離正常軌道的細胞

——

癌細胞1癌的基本生物學特點2體外培養癌細胞的特征3致癌因素4基因突變與癌癥發生5癌癥治療

癌癥是嚴重威脅人類生命安全的疾病。動物體內細胞分裂調節失控而無限增殖的細胞稱為腫瘤細胞，具有轉移能力的腫瘤稱為惡性腫瘤。1癌的基本生物學特征◆細胞生長與分裂失去控制，具有無限增殖能力。◆具有擴散性惡性腫瘤細胞（癌細胞）的細胞間粘著性下降，具擴散性，這是癌細胞的基本特征在分化程度上癌細胞低于良性腫瘤細胞，且失去了許多原組織細胞的結構和功能◆細胞間相互作用改變◆蛋白表達譜系或蛋白活性改變◆

mRNA轉錄譜系的改變◆染色體非整倍性癌細胞的擴散性染色體非整倍性2體外培養癌細胞的特征◆惡性轉化細胞同癌細胞一樣具有無限增殖的潛能◆在體外培養時貼壁性下降◆失去接觸抑制◆培養時對血清依賴性降低◆當將惡性轉化細胞注入易感動物體內，往往會形成腫瘤體外培養的接觸抑制3.致癌因素3.1多種理化因子致癌