细胞分化-细胞生物学共41页

分化的主要标志：细胞内合成新的特异性蛋白质 细胞分化的关键：细胞选择性表达合成特异性蛋白
质，导致细胞形态、结构和功能各异。
管家基因(house Keeping gene)是指所有 细胞中均要表达的一类基因，其产物是对 维持细胞基本生命活动所必需的 。如膜蛋 白、核糖体蛋白、线粒体蛋白等。
奢侈基因（luxury gene）：或称组织特 异性基因(tissue-specific genes)，编码决定 细胞性状的特异基因，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。如血红蛋白、肌动蛋白。
受精卵及卵裂早期（桑甚胚期以前）的每一 个细胞都有发育成一个完整机体的潜能，这些 细胞称为全能干细胞，它们具有发育的全能性。
胚胎干细胞
胚胎干细胞来源于内细胞群，内细胞群是早 期胚胎（5-6天）——囊胚的一部分。将内细胞群 的细胞取下培养即为胚胎干细胞。
胚胎干细胞的全能性
受精卵
2细胞期
正常小鼠
将两只８细 胞期的鼠胚 合并，也能 发育成一只 正常的小鼠。 表明哺乳类 动物早期胚 胎细胞发育 到８细胞期 仍是全能的。
干细胞分类：
根据机体发育时期的不同，将机体干细胞分为：
胚胎干细胞
成体干细胞 根据分化能力的大小，可将机体干细胞分为：
全能干细胞 多能干细胞 单能干细胞
胚胎干细胞
成体干细胞
胚胎干细胞的分化
胚胎干细胞： (embryonic stem cell，ESC) 是 指存在于早期胚胎中，具有多分化潜能的细胞。
?
重建——人工实验条件下的特殊现象。如人为将水 螅的一片组织分散成单个细胞。在悬液中，这些细胞 重新聚集，在几天至几周以后，形成一条新的水螅。
无性繁殖——
讨论二

成形素蛋白在小鸡四肢发育中的作用
细胞内在的程序常常决定了其发育的
时间进程。 发育过程中细胞会随时间和位置的不同
而不同。
依次诱导
第二节 细胞分化与组织更新
已存在的细胞通过增殖形成相同 成体产生新的 类型的子细胞，如肝细胞
分化细胞
成体干细胞产生新的分化，
如表皮细胞
成体干细胞
保持亲代干细胞的特性 增殖、分化 终末分化细胞 死亡
术首次培育出人类早期胚胎。 多名研究人员宣布克隆人计划
克隆（clone)的概念
“西游记”中的美猴王擅长克隆：拔根汗毛变出 小美猴王
克隆就是无性生殖
体细胞克隆
治疗性克隆与生殖性克隆
治 疗
性
克 隆
人类进行克隆的历史
公元前5000年 谷物选种
1952年 克隆蝌蚪 1972年 基因复制
1978年 第一例试管婴儿出生 1997年 多利，你好！ 1998年 克隆批量化 2004年 克隆人体胚胎
去分化（dedifferentiation）已分化的 细胞可失去已获得的特有的结构和功能， 重新获得未分化细胞的特征的过程。
转分化（transdifferentiation）一种分
化类型的细胞可以转变成另一种类型的 分化细胞的现象。
成纤维细胞转分化为其他类型的细胞
二、细胞分化之前的细胞决定
细胞决定：
生存的重要因素。
已分化的细胞能够去分化、转分化。 细胞向哪个方向分化是由各方面因素
共同决定的。
从基因角度看细胞分化是基因按一定时空 顺序表达的结果，这种在个体发育过程中 不同的基因按照一定的时空顺序被激活的 现象称为“基因的差异表达”。
思考题： 解释下列名词：
细胞分化 去分化 转分化 细胞全能性 干细胞

二细胞分化的特点医学细胞生物学8二高度的遗传稳定性宫内植入细胞滋养层合体滋养层桑椹胚卵裂受精卵外胚层中胚层原始外胚层内胚层组织器官和系统器官原基卵卵裂囊胚滋养层内细胞群医学细胞生物学9胚泡的结构医学细胞生物学10?在细胞出现可识别的形态和功能的差异以前细胞已经确定分化方向这种细胞的发育选择叫做细胞决定celldetermination
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本节小结
一、概念细胞分化（cell differentiation ） 指同一 来源的细胞通过分裂逐渐产生结构和功能上稳定差异 的过程。 二、细胞分化具有高度的遗传稳定性，细胞生理状态 随分化水平提高而变化，细胞分化的时空性，能转分 化和去分化。 三、细胞分化的标志为新的特异性的蛋白质的合成和 新组装生成的特异性亚细胞结构成份的出现。 四、细胞分化进程是细胞分化潜能逐渐消失的过程。
外胚层 中胚层 内胚层
腺 肌肉 形成血的组织 泌尿生殖系统 骨 致密结缔组织 疏松结缔组织 呼吸系统上皮 腺 肝 消化道上皮 胰 甲状腺
甲状旁腺 分化潜能降低 软骨受 精 卵卵 裂
分化
17
2.分化细胞核仍具有全能性
爪蟾的核移植 及克隆羊实验
18
3. 医学应用
干细胞治疗的途径
19

A.一次性介入，永久性治疗；
21

胚胎干细胞及其向 神经细胞、肝细胞 等的诱导分化研究， 为发育中基因表达 和调控、人体生物 工程、药物毒性的 研究等方面开辟了 广阔的应用前景。
干细胞的横向分化
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五、细胞分化的调控
奢侈蛋白（luxury protein） 这类蛋白对细 胞自身生存无直接影响，却是细胞向特殊类型 分化的物质基础。 如红细胞的血红蛋白、表皮细胞的角蛋白、 肌细胞的收缩蛋白、腺细胞的分泌蛋白等。 管家蛋白（housekeeping protein） 维持细 胞生命活动所必需的，各类细胞普遍共有的蛋 白质。 膜蛋白、核糖体蛋白、线粒体蛋白、糖酵解 酶、核酸聚合酶等。

激光共聚焦显微镜
结合激光扫描和共聚焦技术，实现三 维重建和动态观察，用于研究细胞内 分子定位和相互作用。
电子显微镜
利用电子束代替光束，通过电磁透镜 成像，可观察细胞的超微结构，如透 射电子显微镜和扫描电子显微镜。
分子生物学技术在细胞生物学中应用
DNA重组技术
通过体外操作DNA片段，实现基因克隆、表达和调控研究，用于 解析基因功能和调控网络。
细胞周期调控异常可能导致细胞增殖失控和肿瘤发生。因此，深入研究 细胞周期调控因子和机制对于理解细胞增殖、分化和癌变等生物学过程 具有重要意义。
06
细胞分化、衰老与凋亡
细胞分化类型和影响因素
细胞分化类型 多能干细胞分化
专能干细胞分化
细胞分化类型和影响因素
01
终末分化细胞
02
影响因素
基因表达调控
03
系。
蛋白质组学技术
利用质谱技术、蛋白质芯片等方 法，研究细胞内蛋白质组成、相 互作用和修饰等，揭示蛋白质在
细胞生命活动中的作用。
生物信息学分析
运用生物信息学方法对基因组学 和蛋白质组学数据进行挖掘和分 析，发现新的基因、蛋白质和调 控网络及其与细胞生物学过程的
关系。
THANKS
胞内外环境的稳定。
物质跨膜运输方式及机制
被动运输
01
包括简单扩散和易化扩散两种方式，不需要消耗能量，物质顺
浓度梯度进行运输。
主动运输
02
包括原发性主动转运和继发性主动转运两种方式，需要消耗能
量，物质逆浓度梯度进行运输。
膜泡运输
03
包括出胞和入胞两种方式，通过膜泡的形成和移动来实现物质
的跨膜运输。
膜蛋白功能及其调控

细胞决定具有遗传稳定性
27
第二节 影响细胞分化的因素
一、 影响细胞分化的内在机制 （一）. 细胞核对细胞分化的影响
全能性的核如何表达不同的特异性蛋白质呢？
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相关实验
1、是否DNA缺失出现差异？
胰岛细胞
卵清蛋白基
+
因
β- 珠 蛋 白 基
+
因
胰岛素基因
+
实验方法
细胞DNA
成红细胞
输卵管细胞
+
+
+
+
17
三、细胞分化的潜能 细胞分化的潜能在个体发育中的变化
全能性细胞核（totipotent nucleus）：是指细胞经分裂和分化后仍 具有产生完整有机体的潜能或特性。如受精卵、 植物细胞。
多能干细胞（pluripotent cell) 单能干细胞(unipotent cell)
18
植物细胞的全能性试验
+
+
Southern 杂交
29
2、从翻译水平看，是否细胞选择性的翻译mRNA?
兔 鸭 小鼠
编码珠蛋白的mRNA
注入不合成珠蛋白的 爪蟾卵细胞中
产生兔、小鼠、鸭的珠蛋白分子
表明：爪蟾卵细胞对外来的不同mRNA一律转译，没有选择性。
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3、是否细胞选择性的表达mRNA?
胰岛细胞
卵清蛋白基
-
因
β- 珠 蛋 白 基
接受诱导的组织或细胞称为反应者（responder）。
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胚胎诱导的特点：
（1）诱导具有层次 初级诱导→次级诱导→三级诱导
例如眼球发育过程的多级诱导作用。
次级诱导：神 经板卷折形成 神经管后，其 头端膨大的原 脑的视杯可以 诱导其外表面 覆盖的外胚层 形成眼晶状体。

分裂
成年人全身细胞总数约 1012个,约有200多种。
？
受精卵仅仅通过有 丝分裂，能形成人 体的200多种细胞吗？
一、分化的概念
概念：在个体发育中，由一个或一种细胞
增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上 发生稳定性差异的过程。
红细胞
有丝分裂
分化
肌肉细胞 骨细胞
受精卵
神经细胞
细胞分化只发生在胚胎时 期，还是发生在生物体生 命的整个过程中呢？你能 举例说明吗？
“多利”与它的代育母亲
绵羊“多利芬母兰绵”白羊整面 个克隆过程如下：苏绵格羊兰A 黑面母
乳腺细胞 （体细胞）
未受精的 卵细胞
这说明什么呢？
提取细植胞入代核孕母羊子宫内
高度分化的动去核物卵细细胞胞
新的细胞 没有表现出全能性
无法发育成多利 苏格兰黑 该实验证明了
面母绵羊
什么呢？
现今只证明已分C子化宫内的动物体细胞
冠细胞
一、细胞分化
1、时期： 贯穿在生物体整个个体发育过程中。 （胚胎时期达到最大限度）
2、特点： 持久性、稳定性 & 普遍性 一般来说，分化了的细胞将一直保
持分化后的状态，直到死亡。（如红 细胞不能逆分化成造血干细胞）
一、细胞分化
3、机理： 不同的细胞中遗传信息的执行情况不同。 （基因选择性表达的结果）
思考：
已经高度分化的细胞，能否像 早期胚胎细胞那样，分化成一个完 整的个体呢？
肌细胞
胡萝卜经组织培养产生完整植株
①
②
韧皮
愈
部细 植物激素、无机盐、糖类 伤
胞
组
该实验说明什么问题？
织
胚 有根
状 茎叶
体

多能性干细胞(pluripotent stem cell)，能够分化形成多种不同细 胞类型的干细胞，显示出多系分化潜能。
只分化为可参与其相应组织器官组成的细胞，特定谱系的干细 胞，专（单）能性干细胞（unipotent stem cells），或称组织特 异性干细胞（tissue-specific stem cells）。
1 2
在胚胎发育和分化过程中相继出现各种不同的细胞类
型是由于有关的奢侈基因按一定的顺序相继活化的结 果，这种现象称基因的差次表达（基因的顺序表达）。
人 类
50
的 珠
40
蛋 白
30
肽 链
20
的 发
10
育 演 变
6 12 18 24 30 36 妊娠周数
6 12 18 24 30 36 42 48
（四）个体发育中细胞分化的潜能性 全能性（totipotency) ：细胞具有重复个体全部发育 阶段和产生所有细胞类型的能力。 具有这种潜能的细胞称为全能性细胞。
受精卵表现最高的全能性。
多能性细胞（pluripotent cell）：多能性指具有发育成多种组织 器官，但却失去了发育成完整个体的潜能性。
腺
肝
胰 甲状腺
甲状旁腺
细胞分化是个体发育的基础；胚胎发育中，通过细胞分化产生 不同的组织和器官，最终形成新个体；胚后发育中，通过细胞 分化产生各种特定类型的细胞，补充机体组织损失的细胞。
细胞分化（cell differentiation）：是指同一来源的细胞经 过分裂逐渐产生形态结构、生理功能和蛋白质合成等方面 都有稳定差异的过程。常将细胞的形态结构、生理功能和 生化特征作为识别细胞分化的3项指标。
日本京都大学教授山中伸弥， 英国的约翰-戈登在细胞核重新 编程研究领域贡献杰出。所谓 细胞核重编程即将成年体细胞 重新诱导回早期干细胞状态， 以用于形成各种类型的细胞， 应用于临床医学。

01 02 03 04
蛋白质合成与修饰
基因表达产物蛋白质在细胞内合 成后，会经过一系列的修饰和加 工，形成具有特定功能的成熟蛋 白质。
细胞间相互作用
细胞间的相互作用对于细胞分化 的调控至关重要，包括细胞间信 号传递、细胞黏附等。
02
细胞分化的分子基础
Chapter
基因的选择性表达
基因的选择性表达是指在细胞分化过程中，不同基因在 特定的时间和空间上被激活或抑制，导致细胞表型和功 能的差异。 这种选择性表达受到多种因素的调控，包括转录因子、 表观遗传学修饰和细胞内外环境信号等。
复杂的调控网络。
表观遗传学在细胞分化中的调控
表观遗传学是指在不改变DNA序列的情况下，通过改变染色质结构和基因表达等方 式来影响细胞表型和功能的学科。
在细胞分化过程中，表观遗传学修饰如DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等发 挥着重要作用。
这些修饰可以影响基因的可及性和转录活性，从而调控细胞分化的方向和程度。同 时，它们也受到细胞内外环境信号和转录因子等的调控。
通过研究基因的选择性表达，可以深入了解细胞分化的 分子机制和调控网络。
转录因子的作用
转录因子是一类能够结合到 DNA上并调控基因转录的蛋白 质，它们在细胞分化过程中发挥
着重要作用。
转录因子可以通过识别特定的 DNA序列并结合到启动子或增 强子等调控区域，从而影响基因
的转录水平。
不同的转录因子在细胞分化过程 中具有不同的表达模式和功能， 它们之间的相互作用形成了一个
细胞器与细胞分化的关系
线粒体的变化
线粒体是细胞的“动力工厂”，在分 化过程中，线粒体的数量、形态和分 布会发生变化，以适应细胞能量代谢 的需求。
内质网的变化