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1、全能性：一个细胞可分化为机体的所有细胞，如受精卵、植物细胞。干细胞 多能干细胞 单能干细胞（祖细胞）成熟动物细胞不具备全能性。60年代的爪蟾和80年代小鼠的核移殖，90年代末多利羊的诞生都证明了分化细胞具有完整的DNA。一、细胞全能性第1页/共41页第2页/共41页第3页/共41页卵细胞具有极性，细胞核靠近北极。北极或动物极：极体释放的部位；南极或植物极：相对北极而言，母体物质主要储存在于植物极。二、细胞分化的机理（一）细胞分裂的不对称性（一）细胞分裂的不对称性第4页/共41页动物卵细胞中贮存有大量mRNA，呈非均匀分布；用转录抑制剂放线菌素D处理海胆受精卵，胚胎发育仍能进行至囊胚期用蛋白质翻
2、译抑制剂嘌呤霉素处理受精卵，受精卵停止发育。卵裂后的细胞质的特性决定了子细胞核的分化命运。昆虫以表面卵裂的方式形成胚层细胞的。迁入卵的后端极质部的细胞发育为原始生殖细胞，用紫外线照射这一区域，破坏极质，卵将发育为无生殖细胞的不育个体。第5页/共41页1、胚胎诱导(embryonicinduction)：胚胎发育过程中，一部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化的作用。诱导者(inductor)：对其它细胞起诱导作用的细胞：脊索可诱导其顶部的外胚层发育成神经板，神经沟和神经管；视胞可诱导其外面的外胚层形成晶体，而晶体又可诱导外胚层形成角膜。（二）细胞间的相互作用第6页/共41页2、分化抑制：分化成熟的
3、细胞可以产生抑素，抑制相邻细胞发生同样的分化。如含有成蛙心组织的培养液培养蛙胚，则蛙胚不能发育出正常的心脏。3、细胞数量效应小鼠胚胎胰腺原基在体外进行组织培养时，可发育成具有功能的胰腺组织，但如果把胰原基切成8小块分别培养，则都不能形成胰腺组织，如果再把分开的小块合起来，又可形成胰腺组织。第7页/共41页4、细胞外基质的影响干细胞在IV型胶原和层粘连蛋白上分化为上皮细胞；在I型胶原和纤粘连蛋白上形成纤维细胞；在II型胶原及软骨粘连蛋白上发育为软骨细胞。5、激素的作用如昆虫的保幼激素和脱皮激素。第8页/共41页1、染色体结构的变化1）基因删除：原生动物、昆虫、甲壳动物。2）基因扩增：果蝇多线染色
4、体。3）基因重排：免疫球蛋白基因（106108种抗体）。4）DNA的甲基化与异染色质化：胞嘧啶的甲基化使基因失活。（三）细胞核与细胞分化第9页/共41页2、基因与细胞分化无论是母体mRNA的作用还是细胞间的相互作用，其结果是启动特定基因的表达。根据对果蝇、家蚕等实验动物的研究表明：卵受精后，首先表达的是母体基因；母体基因的产物是转录因子，沿胚的前后轴形成一个浓度梯度，决定了胚的前后位置和头尾区域；控制其它基因的表达：母体基因 间隙基因 成对基因体节极性基因同源异形基因（homeoticgene，Hox）第10页/共41页Gene and Development第11页/共41页HOX muta
5、ntAntennaleg第12页/共41页Bithorax mutant第13页/共41页已存在的细胞功能由弱、强、减退到丧失。经历了新生成熟衰老死亡的过程。已有的分化细胞通过分裂产生两个功能相同的细胞，如血管内皮细胞。干细胞的分裂与分化，如多能造血干细胞。三、成体中的细胞分化第14页/共41页四、再生指生物的器官损伤后，剩余的部分长出与原来形态功能相同的结构的现象，广义来看再生是生命的普遍现象，从分子、细胞到组织器官都具有再生现象。1.生理性再生：即细胞更新，如人的红细胞。2.修复性再生：壁虎的尾、蝾螈的断肢、螃蟹的肢。3.无性繁殖第15页/共41页第二节细胞的衰老又称老化，指细胞随着年龄的
6、增加，机能和结构发生退行性变化，趋向死亡的不可逆的现象。衰老和死亡是生命的基本现象，衰老过程发生在生物界的整体水平、种群水平、个体水平、细胞水平以及分子水平等不同的层次。第16页/共41页1.更新组织：如上皮细胞、血细胞。构成更新组织的细胞可分为类：干细胞、过渡细胞、成熟细胞。2.稳定组织：可补偿性增生，如：肝、肾细胞。3.恒久组织：细胞不再分裂，如神经、骨骼、心肌细胞。4.可耗尽组织：如人类的卵巢实质细胞。一、人体细胞的动态分类第17页/共41页二、细胞衰老的特征（一）形态变化第18页/共41页1.DNA：复制与转录受阻，端粒DNA、mtDNA缺失。DNA氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度降
7、低。2.RNA：含量降低。3.蛋白质：含成下降，发生修饰、交联。4.酶分子：活性中心被氧化，金属离子丢失，酶分子的二级结构，溶解度，等电点发生改变，酶失活。5.脂类：不饱和脂肪酸被氧化。（二）分子水平的变化（二）分子水平的变化第19页/共41页（一）差错学派1、代谢废物积累：如：脂褐质3、自由基攻击：导致DNA、蛋白质变异，正常细胞内存在清除自由基的防御系统：酶系统：超氧化物歧化酶(SOD)，过氧化氢酶(CAT)，谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)；非酶系统：维生素E，醌类等电子受体。三、细胞衰老的分子机理第20页/共41页1、细胞有限分裂学说“Hayflick”极限，即细胞最大分裂次数。L.
8、Hayflick(1961)报道，人的成纤维细胞在体外培养时增殖次数是有限的（6070代）。细胞增殖次数与端粒DNA长度有关。2、重复基因失活学说：如哺乳动物rRNA基因数随年龄而减少。（二）遗传论学派第21页/共41页3、衰老基因学说子女的寿命与双亲的寿命有关；各种动物都有相当恒定的平均寿命和最高寿命；成人早衰症：平均39岁时出现衰老，47岁生命结束；婴幼儿早衰症：1岁时出现明显的衰老，1218岁生命结束，早衰症患者体内解旋酶发生突变。Caenrhabditis elegans的平均寿命仅3.5天，该虫age-1单基因突变，可提高平均寿命65%，提高最大寿命110%。第22页/共41页Wer
9、ners syndrome 第23页/共41页Hutchinson-Gilford syndrome 第24页/共41页第三节 细胞凋亡死亡是生命的普遍现象，但细胞死亡并非与机体死亡同步。正常的组织中也发生细胞死亡，它是维持组织机能和形态所必需的。第25页/共41页（一）、细胞坏死是细胞受到急性强力伤害时立即出现的反应。早期表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀。继而溶酶体破裂,细胞内容物流出,引起炎症。一、细胞死亡的方式第26页/共41页（二）、细胞凋亡（二）、细胞凋亡cell apoptosisKerr（1972）最先提出，与细胞坏死的区别是：细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体；凋亡小体内有结构完整
10、的细胞器；不引起炎症；线粒体无变化，溶酶体活性不增加；内切酶活化，DNA有控降解，凝胶电泳图谱呈梯状；凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死是病理性变化。第27页/共41页第28页/共41页胸腺细胞正常正常凋亡第29页/共41页胸腺细胞正常正常凋亡第30页/共41页细胞程序性死亡（programmedcelldeath，PCD）是一种基因指导的细胞自我消亡方式。PCD和细胞凋亡的区别在以下方面：PCD是功能性概念，凋亡是形态学概念。PCD的最终结果是细胞凋亡，但细胞凋亡并非都是程序化的。PCD存在于胚胎发育过程中。（三）、细胞程序性死亡第31页/共41页线虫Caenorhabditis elegan
11、s是研究个体发育和细胞程序性死亡的理想材料（生命周期短，细胞数量少）。线虫神经系统由302个细胞组成。这些细胞来自于407个前体细胞。也就是说105个细胞发生了程序性死亡。控制线虫细胞凋亡的基因主要有3个Ced-3、Ced-4和Ced-9Ced-3和Ced-4的作用是诱发凋亡；Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用。第32页/共41页2002年10月7日英国人悉尼布雷诺尔、美国人罗伯特霍维茨和英国人约翰苏尔斯顿，因在细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖。Sydney BrennerH.Robert HorvitzJohn E.Sulston 第33页/共41页与细胞增殖有关的
12、原癌基因和抑癌基都参于对细胞凋亡的凋控。其中研究较多的有bcl-2 c-myc、p53、Ice、Fas/APO-1等。1、mycc-myc对增殖和凋亡的调节是一样的。当生长因子存在，bcl-2基因表达时，促进细胞增殖，反之细胞凋亡。（一）细胞凋亡相关基因第34页/共41页2、bcl-2细胞凋亡抑制基因，名称来源于B细胞淋巴瘤/白血病-2(B-celllymphoma/Leukemia-2，bcl-2)。bcl-2能 够 编 码 bcl-2（26KD）和 bcl-2（22KD）两种蛋白质，是膜的整合蛋白，主要存在于线粒体外膜、核膜及部分内质网中。bcl-2的功能相当于线虫中的ced9。第35页/
13、共41页3、fas fas又称作APO-1，属TNF受体和NGF受体家族。1993年人白细胞分型国际会议统一命名为CD95。fas基因编码产物为分子量45KD的跨膜蛋白。Fas蛋白与Fas配体组成Fas系统，二者的结合导致靶细胞走向凋亡。第36页/共41页4、ICE蛋白酶家族ICE蛋白酶参与Fas诱导的细胞凋亡，与线虫细胞凋亡基因ced-3同源。ICE又称为Caspase，能选择性降解蛋白质。ced-4在哺乳动物中的同源体为Apaf-1(apoptoticproteaseactivatingfactor-1)，能激活Caspase3，这一过程需要细胞色素c(Apaf-2)和Apaf-3的参与。
14、第37页/共41页（二）、Fas诱导的细胞凋亡Fas与配体（如TNF）结合发生三聚化，使 胞 内 的 DD区（Deathdomain）与接头蛋白FADD的DD区结合。FADD N端 通 过 DED区（deatheffector domain）与 Caspase-8前体 蛋 白 和 CAP3结 合，激 活Caspase-8。第38页/共41页Caspase-8自 剪 切 活 化，激 活 Caspase-3，Caspase-7Caspase-3激活Caspase-6。Caspase可降解结构蛋白、信号蛋白、转录调控蛋白、周期蛋白等等。Caspase还可降解CAD的调节蛋白，释放出CAD，CAD进入细胞核降解DNA。CAD为caspase-activatedDnase，存在于胞质中。第39页/共41页线粒体在CD95诱导的凋亡中的作用：Caspase引 起 线 粒 体 PT（Permeabilitytransition）孔打开，导致线粒体的跨膜电位下降；细胞色素C被释放到胞质中、激活Caspase-9，后者再激活Caspase-3。Bcl-2，Bcl-xl均作用于线粒体。第40页/共41页感谢您的观看！第41页/共41页