发育生物学笔记

发育生物学（动物学部分）笔记 1 发育生物学（动物学部分）笔记 绪论 1. 掌握发育生物学的概念 发育生物学(developmental biology)是应用现代生物学的技术研究生物的生殖、生长和分化等发育本质的科学。 2. 掌握发育生物学研究的对象和任务 ①发育生物学主要研究多细胞生物体从生殖细胞的发生、受精、胚胎发育、生长、衰老和死亡，即生物个体发育 (ontogeny) 中生命过程发展的机制； ②生物种群系统发生(systematics development) 的机制。 发育生物学的研究任务： 一个单细胞受精卵如何通过一系列的细胞分裂和细胞分化产生有机体的所有形态和功能不同的细胞，这些细胞又如何通过细胞之间的相互作用共同构建各种组织和器官，建成一个有机体并完成各种发育过程的。 阐明个体发育机制的核心问题是弄清遗传信息以何种方式编码在基因组上，DNA上的一维信息又是如何控制生物体的三维形态结构的构建和生命现象的发展。 3.动物发育的主要特征 (1 )个体发育的特征；生物个体发育的特征是具有严格的时间和空间的次序性，这种次序性由发育的遗传程序控制。发育是有机体的各种细胞协同作用的结果，也是一系列基因网络性调控的结果。在发育的过程中涉及多种生命现象，如细胞分裂，细胞分化，细胞迁移，细胞凋亡，生长、衰老和死亡等。 (2 )个体发育的功能 生物个体发育有两个主要的功能： ①产生细胞的多样性并使各种细胞在本世代有机体中有严格的时间和空间次序性； ②保证世代的交替和生命的连续。 4.动物发育的基本规律 (1)受精：新个体的生命开始于两性配子(gamete)——精子(sperm)和卵子(ovum)的融合，这个融合过程称为受精(fertilization)。 (2)胚胎发育——形成幼体：通过受精激活发育的程序，受精卵开始胚胎发育。大多数动物要经过卵裂、原肠胚形成、神经胚形成(neurulation)、器官形成(organogenesis)等几个主要的胚胎发育阶段才能发育成为幼体。 (3)生长发育——成体 (4)衰老与死亡 5. 了解后成论和先成论的基本内容 后成论：胚胎是由简单到复杂逐渐发育形成的，这个理论后来称为后成论。他认为动物胚胎和成体动物各种结构的形成有两种可能：一是卵子和精子中本来具有微小的结构，在发育过程中逐渐长大形成胚胎和成体结构；另一是卵子或精子中并不具有这些结构，而是在发育过程中逐渐形成的。 先成论:公元17世纪后期和18世纪，以精源学说和卵源学说为代表的先成论占统治地位。精源学说认为胚胎预先存在于精子中，卵源学说认则为卵细胞中本来就存在微小的胚胎雏形。这两个学说的共同点都认为胚胎是成体的雏形，是配子中固有的结构，胚胎发育仅仅是原有结构的增大。 第一章 细胞命运的决定 重 点： 1. 掌握形态发生决定子的性质 形态发生决定子也称为成形素，或胞质决定子。 (1 )海鞘形态发生决定子：用抑制剂处理胚胎，阻遏胚胎细胞转录和翻译的实验表明，海鞘胚胎中可能含有两类形态发生决定子。第一类是可以激活某些基因转录的物质；第二类可能是mRNA。海鞘胚胎发育生物学（动物学部分）笔记 2 中多数组织特异性结构的形成都对转录抑制剂敏感，可推测形态发生决定子可能通过激活某些特定基因转录而发生作用 (2)果蝇极质：果蝇卵子极粒已被分离出来，是由蛋白质和RNA组成。极质的形成受osker mRNA控制。osker mRNA含量及其定位不但决定极细胞数量的多少，而且决定极细胞形成的位置。

2. 了解种质学说 1883年Weismann提出了解释细胞分化的种质学说，假定卵子和精子对新生有机体贡献出质量和数量等同的染色体，并且染色体是由各种能决定细胞发育命运的核决定子组成，携带全部的遗传物质；受精卵分裂时，每个裂球都能分配数目相同的染色体，但组成染色体的核决定子不是均等地分配到每个裂球中，即每个裂球只接受了部分核决定子；不同的核决定子在胚胎发育中分配到不同的细胞内，决定细胞的发育命运，使其发育成身体的某一特定部分；只有最终发育成生殖细胞的细胞才接受全部的核决定子，以保持物种的稳定性。 Weismann的种质学说将组成有机体的细胞分为两类：体细胞和生殖细胞。体细胞是从生殖细胞发育而来的，是各种各样的，随着个体的死亡而死亡。而生殖细胞完全不同于体细胞，是世代相传的，是永生的，不受体细胞和环境的影响。 3. 了解镶嵌型发育和调整型发育 Hans Driesch于1893年发展了Roux的实验，他采用分离实验的方法，通过剧烈摇晃将海胆胚胎裂球分开培养，发现2细胞期分开的两个裂球都能发育成完整幼虫，4细胞期的4个分开的裂球也能发育成长腕幼虫。其实验结果表明：2或4细胞期时，分开的海胆裂球不是自我分化成胚胎的某一部分，而是通过调整发育成一个完整的有机体。这一类型的发育称为调整型发育。Driesch实验表明, 胚胎细胞核在卵裂过程中并未出现本质上的差异，不存在所谓核决定子不均等分布现象。 19世纪80年代，Weismann提出了关于细胞、染色体和基因与胚胎发育关系的理论。他认为，合子的细胞核含有特殊的信息物质—决定子(determinant)，在卵裂过程中这些决定子被不均匀地分配到子细胞中去控制子细胞的发育命运。即细胞的命运是由卵裂时所获得的合子核信息所决定的，这一类型的发育称为嵌合型发育。该理论的核心是早期卵裂必须是不对称分裂。由于合子成分的不均匀分布，导致卵裂后的子细胞彼此之间不同。 第二章 细胞分化的分子机制——转录和转录前的调控 重 点： 1. 了解基因差异性表达的证据 (1)遗传学的证据(2)胚胎学的证据(3)分子生物学的证据 2. 熟悉染色质水平的基因活性调节 真核细胞DNA分子中携带两种遗传信息：一种是负责编码蛋白质氨基酸组成的结构基因；另一种编码调控基因，是基因组中大部分的DNA序列。生物个体发育由一定的遗传程序控制，即遗传信息的表达按一定的时间、空间的顺序进行。确定蛋白质的结构和蛋白质合成时间、空间次序性的信息均由特定的调控基因编码。 3. 掌握差异基因转录的调控机制 差异基因表达的调控是通过以下几个水平完成的。 ①差别基因转录：调节哪些核基因转录成 RNA。 ②核RNA的选择性加工：调节哪些核RNA进入细胞质并加工成mRNA。 ③mRNA的选择性翻译：调节哪些mRNA翻译成蛋白质。 ④差别蛋白质加工：选择哪些蛋白质加工成功能性蛋白 一、外显子与内含子 （1)启动子区：位于转录起始点上游-95～ -26bp，由两个上游启动子成分和TATA框组成。与RNA聚合酶结合，与转录起始有关。 （2)ACATTG序列：位于RNA的5´末端，为帽子序列，是转录的起始点。在不同的基因中有差异。 发育生物学（动物学部分）笔记 3 （3)翻译起始密码ATG：位于转录起始点后 50bp处。在转录起始点和翻译起始点间的一段序列称为前导序列，在不同的基因中的长度差异很大，决定翻译的速度。 （4)第一外显子: 长90bp, 编码人b-珠蛋白的1~30个氨基酸。 （5）第一内含子: 长130bp, 为非编码序列, 将RNA加工成mRNA并转移到细胞核外，具有重要作用。 （6)第二外显子：长222bp，编码31~104个氨基酸。 （7)第二内含子：长850bp，为非编码序列。 （8)第三外显子: 长126bp, 编码105~146个氨基酸。 （9)翻译终止密码TAA。 （10)3´末端非翻译区: 包括AATAAAA序列, 为转录的RNA在3´末端增加200~300多聚腺苷酸(polyA)尾所必需。 二、启动子和增强子 （1) 启动子的结构与功能：启动子是位于转录起始位点上游的特殊DNA序列，能被RNA聚合酶Ⅱ识别和结合，对于决定基因转录起始和保证DNA精确、有效的转录具有重要的作用。 （2) 与启动子结合的反式作用因子 （3) 增强子的结构与功能 1、转录因子：转录因子是基因调控的反式作用因子，是能与启动子和增强子结合的蛋白质。 2、激素应答成分：在发育过程中经常出现基因表达的协同调节现象。即一种类型的细胞同时表达几种细胞特异性蛋白，或在不同类型的细胞中由同一种激素诱导几种基因表达。已有证据表明协同基因调节是由不同的结构基因连在一起或具有相似的增强子所引起的。 第三章 细胞分化的分子机制——转录后的调控 重 点： 1. 了解nRNA和mRNA的关系 真核细胞最初的转录产物并不是细胞质中的 mRNA, 而是细胞核RNA。由于转录模板不同, 细胞核内前体RNA的长度的性质差异很大，核RNA又称为异质性核RNA(hnRNA)。hnRNA相对分子量比mRNA大，半衰期也较短。动物基因组DNA转录较大的细胞核RNA(nRNA)作为胞质mRNA的前体。 2. 了解RNA加工水平的调节机制 1 差别RNA加工使同一基因合成不同的蛋白质 2 相同基因在不同发育时期或不同组织细胞中合成不同的蛋白质 3 选择性RNA加工与性别决定 3. 了解翻译和翻译后的调控机制 翻译水平的调控 1 、翻译过程：翻译是以mRNA核酸序列所包含的信息来指导特定多肽的过程。这一过程分为三个阶段：起始、延伸和终止。分别被称为起始因子、延伸因子和终止因子等可溶性蛋白所调控。 2 、mRNA寿命的不同对蛋白质合成的调控 3 、激素对特定mRNA稳定性的影响 翻译后的调控：新合成的多肽是无活性的，经修饰加工后才有活性。加工修饰包括如下几个方面： (1) 切除某些多余片段，如胰岛素。 (2) 氨基酸侧链基团的修饰，如鱼精蛋白的磷酸化。 (3) 有些蛋白质可被选择性地灭活。 (4) 运送到特定部位。 (5) 与其他蛋白质一起组装成功能单位。 遗传信息的表达必须受到翻译后水平的调控。 第四章 发育中的信号传导 重 点：