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1、第十三章第十三章 细胞分化细胞分化细胞分化细胞分化(differentiation) ：指受精卵产生的同源细指受精卵产生的同源细胞，在形态结构、生化特性和功能方面形成稳定性差异胞，在形态结构、生化特性和功能方面形成稳定性差异的过程。的过程。其实质是其实质是由于特异由于特异功能蛋白功能蛋白质的合成质的合成细胞分化的指标三大指标：三大指标：形态结构、生化特性形态结构、生化特性和和生理机能生理机能成熟的红细胞：成熟的红细胞：中间凹陷、圆盘状、无核中间凹陷、圆盘状、无核产生血红蛋白产生血红蛋白能携带氧和二氧化碳能携带氧和二氧化碳肌细胞：肌细胞：梭形梭形产生收缩蛋白产生收缩蛋白(肌动蛋白和肌球蛋白肌动蛋
2、白和肌球蛋白)能收缩能收缩小肠上皮细胞小肠上皮细胞红细胞红细胞成纤维细胞成纤维细胞不同类型细胞形态各异（扫描电镜图）不同类型细胞形态各异（扫描电镜图）细胞分裂使细胞数目增加细胞分裂使细胞数目增加细胞分化使细胞功能分工细胞分化使细胞功能分工受精卵受精卵胎儿胎儿成人成人细胞分裂、生长细胞分裂、生长细胞分化细胞分化增殖增殖增殖增殖细胞分化的表现是产生不同结构和功能的细胞细胞分化的表现是产生不同结构和功能的细胞一、多细胞生物体发育的一般过程与细一、多细胞生物体发育的一般过程与细胞分化潜能胞分化潜能胚胎发育与胚后发育胚胎发育与胚后发育哺乳动物早期发育期间细胞分化的主要阶段哺乳动物早期发育期间细胞分化的主
3、要阶段受精卵受精卵桑椹胚桑椹胚囊胚囊胚内细胞团内细胞团上皮滋养层上皮滋养层神经沟神经沟外胚层外胚层中胚层中胚层脊索脊索内胚层内胚层三胚层胚胎三胚层胚胎胚胎发育过程中的基本概念桑椹胚桑椹胚：在：在8细胞时期胚胎发生紧密化，形成一个细胞时期胚胎发生紧密化，形成一个实心的球体。紧密化后的胚胎至实心的球体。紧密化后的胚胎至32细胞时期称为桑细胞时期称为桑椹胚。椹胚。囊胚（胚泡）囊胚（胚泡）：卵裂后期，桑椹胚体积进一步增大，：卵裂后期，桑椹胚体积进一步增大，外周细胞分裂较快形成囊胚壁，称外周细胞分裂较快形成囊胚壁，称滋养层滋养层；内部细；内部细胞分裂较慢，形成胞分裂较慢，形成内细胞团内细胞团，中间出现囊
4、腔，称囊，中间出现囊腔，称囊胚腔。此时的胚胎称为囊胚或胚泡。胚腔。此时的胚胎称为囊胚或胚泡。原肠作用原肠作用：胚胎细胞通过剧烈而又有序的运动，使：胚胎细胞通过剧烈而又有序的运动，使囊胚细胞重新组合，形成三胚层胚胎结构的过程。囊胚细胞重新组合，形成三胚层胚胎结构的过程。2、细胞分化潜能随个体发育进程逐渐缩窄、细胞分化潜能随个体发育进程逐渐缩窄胚胎细胞的分化潜能全能细胞全能细胞（totipotent cell）：）：在一定条件下，在一定条件下，有能力重新形成完整的个体或者分化形成该个体有能力重新形成完整的个体或者分化形成该个体任何种类的细胞。任何种类的细胞。多能细胞多能细胞 (pluripoten
5、t cell)：发生潜能上出发生潜能上出现一定的局限性，只具有演变为多种细胞类型的现一定的局限性，只具有演变为多种细胞类型的能力，这种细胞称为多能细胞。能力，这种细胞称为多能细胞。单能细胞单能细胞(unipotent/monopotent cell)：仅仅具有分化形成某一种类型能力的细胞被称为单能具有分化形成某一种类型能力的细胞被称为单能细胞。细胞。在细胞发育过程中，这种逐渐由全能转变为多能，最后趋在细胞发育过程中，这种逐渐由全能转变为多能，最后趋向于单能的分化趋势是细胞分化过程中的一个普遍规律。向于单能的分化趋势是细胞分化过程中的一个普遍规律。二、细胞决定与细胞分化二、细胞决定与细胞分化细胞
6、决定：细胞在尚无可识别的分化特征时即细胞决定：细胞在尚无可识别的分化特征时即确定了确定了未来的发育命运，只能向特定方向分化并最终形成一未来的发育命运，只能向特定方向分化并最终形成一定表型的细胞定表型的细胞。这种细胞的发育选择叫做细胞决定。这种细胞的发育选择叫做细胞决定。细胞位置决定：在许多系统中，在倾向于分化成一种细胞位置决定：在许多系统中，在倾向于分化成一种特殊的细胞类型之前，该细胞所在位置的组织类型影特殊的细胞类型之前，该细胞所在位置的组织类型影响其最终表型。响其最终表型。细胞决定的特点：细胞决定的特点：1 1、细胞决定先于细胞分化并制约、细胞决定先于细胞分化并制约细胞分化的方向细胞分化的
7、方向绿色：表皮绿色：表皮红色：脑组织红色：脑组织原肠胚早期原肠胚早期预定发育为表皮组织的区域移植至另一胚胎预定发育预定发育为表皮组织的区域移植至另一胚胎预定发育为脑组织的区域，供体表皮细胞在受体胚胎中将发育为脑组织；为脑组织的区域，供体表皮细胞在受体胚胎中将发育为脑组织；原肠胚晚期原肠胚晚期预定发育为表皮组织的区域移植至另一胚胎预定发育预定发育为表皮组织的区域移植至另一胚胎预定发育为脑组织的区域，供体表皮细胞在受体胚胎中将发育为表皮。为脑组织的区域，供体表皮细胞在受体胚胎中将发育为表皮。小鸡胚胎翅芽嫁接实验显示区域决定早期的腿芽细胞已早期的腿芽细胞已经具有了腿的决定，经具有了腿的决定，但没有不
8、可逆的定但没有不可逆的定向为腿的特定部分；向为腿的特定部分；最终定向为何种组最终定向为何种组织和器官与最终发织和器官与最终发育时的位置有关。育时的位置有关。2、细胞决定具有遗传稳定性、细胞决定具有遗传稳定性成虫盘（器官芽，成虫盘（器官芽，imaginal disc)imaginal disc)成虫盘是幼虫体内处于未分化状态的成虫盘是幼虫体内处于未分化状态的细胞团，变态后由成虫盘产生相应的细胞团，变态后由成虫盘产生相应的腿、翅、触角等成体的不同结构；成腿、翅、触角等成体的不同结构；成虫盘位于幼虫体内不同位置，他们是虫盘位于幼虫体内不同位置，他们是预先向某种特定类型分化的已决定的预先向某种特定类型
9、分化的已决定的细胞团细胞团。三、细胞的去分化与转分化三、细胞的去分化与转分化细胞分化具有高度稳定性细胞分化具有高度稳定性( (稳定性稳定性) )已分化的细胞可以去分化（可塑性）已分化的细胞可以去分化（可塑性）已分化细胞可转化为另一种类型细胞（转分化）已分化细胞可转化为另一种类型细胞（转分化） 人皮肤基底层细胞角化细胞 粘膜上皮细胞或具有纤毛的上皮细胞。 培养基中培养基中缺乏缺乏维生素维生素A培养基中培养基中富含富含维生素维生素A四、细胞分化的时空性四、细胞分化的时空性五、细胞分裂与细胞分化五、细胞分裂与细胞分化分化发生于分化发生于1 1期期分裂快时分化慢；分化高时分裂慢分裂快时分化慢；分化高时
10、分裂慢奢侈基因奢侈基因管家基因管家基因奢侈蛋白（奢侈蛋白（luxury proteinluxury protein）对细胞自身生存无直接影响，是对细胞自身生存无直接影响，是细胞向特殊类型分化的物质基础，细胞向特殊类型分化的物质基础，如血红蛋白、肌细胞的肌动蛋白、如血红蛋白、肌细胞的肌动蛋白、分泌蛋白等。分泌蛋白等。管家蛋白管家蛋白(house Keeping protein)(house Keeping protein) 维持细胞生命活动所必需的、各类细维持细胞生命活动所必需的、各类细胞共有的蛋白质，如膜蛋白、核糖体胞共有的蛋白质，如膜蛋白、核糖体蛋白、线粒体蛋白等。蛋白、线粒体蛋白等。 细胞
11、分化的分子基础细胞分化的分子基础基因的选择性表达是细胞分化的普遍规律，细胞分化本基因的选择性表达是细胞分化的普遍规律，细胞分化本质与分子基础是特异性功能蛋白质的合成质与分子基础是特异性功能蛋白质的合成衣衣食食住住奢侈品奢侈品生存必需品生存必需品钻石钻石汽车汽车神经细胞神经细胞传导神经信息传导神经信息 神经递质神经递质成熟红细胞成熟红细胞 运输氧和二氧化碳运输氧和二氧化碳血红蛋白血红蛋白表皮细胞表皮细胞保护作用保护作用角蛋白角蛋白为什么来自同一受精卵细胞会产生各自特异蛋白为什么来自同一受精卵细胞会产生各自特异蛋白是细胞发育过程中丢失了部分基因？或是基因进行选择性转录的结果？或是基因进行选择性翻译
12、的结果？同物种不同组织的同物种不同组织的DNA-DNADNA-DNA可杂交、可杂交、RNA-RNARNA-RNA不能杂交证明：不能杂交证明：基因选择表达 特异mRNA转录 特异蛋白质合成细胞分化兔兔 鸭鸭 小鼠小鼠 牛牛 蜜蜂蜜蜂 爪蟾爪蟾mRNAmRNA爪蟾卵母细胞爪蟾卵母细胞血红蛋白血红蛋白（兔、鸭、（兔、鸭、小鼠）小鼠）晶体蛋白晶体蛋白 蜜蜂的原蜂毒素蜜蜂的原蜂毒素爪蟾血红蛋白爪蟾血红蛋白注注射射血血红红蛋蛋白白血血红红蛋蛋白白血血红红蛋蛋白白血血红红蛋蛋白白晶晶体体蛋蛋白白原原蜂蜂毒毒素素细胞质对细胞质对mRNAmRNA翻译无翻译无选择性选择性 基因组改变是细胞分化的特例基因组改变是细
13、胞分化的特例基因组扩增；果蝇唾液腺多线染色体基因组扩增；果蝇唾液腺多线染色体基因组丢失：马蛔虫、红细胞、角化基因组丢失：马蛔虫、红细胞、角化细胞细胞基因重排：淋巴细胞基因重排：淋巴细胞模式生物脊椎动物：脊椎动物：两栖类：非洲爪蟾、蝾螈、蜥蜴两栖类：非洲爪蟾、蝾螈、蜥蜴-取卵方便取卵方便鱼类：斑马鱼鱼类：斑马鱼-世代周期短（世代周期短（3个月）、胚胎透明个月）、胚胎透明鸡类：鸡鸡类：鸡-胚胎发育与哺乳动物接近、鸡胚在体外发育胚胎发育与哺乳动物接近、鸡胚在体外发育哺乳类：小鼠哺乳类：小鼠-胚胎发育与人类接近，世代周期仅胚胎发育与人类接近，世代周期仅2个月个月无脊椎动物：无脊椎动物：果蝇：易繁殖、成本低廉果蝇：易繁殖、成本低廉线虫：秀丽隐杆线虫线虫：秀丽隐杆线虫-生命周期仅生命周期仅2.5天、细胞数目少天、细胞数目少 易于易于追踪。追踪。细胞分化的研究手段细胞分化的研究手段实验路线 模式生物模式生物基因基因/细胞敲除细胞敲除 自体自体/异体移植异体移植 基因基因/细胞导入细胞导入观察、分析现象，找出规律观察、分析现象，找出规律利用手术或药物干扰动物的发育，从所导致的异常结果来利用手术或药物干扰动物的发育，从所导致的异常结果来 推断正常的作用性质是阐明发育机制的主要途径。推断正常的作用性质是阐明发育机制的主要途径。
