1、第二章细胞工程的理论基础优选第二章细胞工程的理论基础 细胞是生命的基本结构单位，所有生物都是由细胞组成的；细胞是生命的基本结构单位，所有生物都是由细胞组成的；细胞是生命活动的功能单位，一切代谢活动均以细胞为基础；细胞是生命活动的功能单位，一切代谢活动均以细胞为基础；细胞是生殖和遗传的基础与桥梁；具有相同的遗传语言；细胞是生殖和遗传的基础与桥梁；具有相同的遗传语言；细胞是生物体生长发育的基础；细胞是生物体生长发育的基础；细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点；细胞是生命起源的归宿，是生物进化的起点；没有细胞就没有完整的生命（病毒的生命活动离不开细胞）没有细胞就没有完整的生命（病毒的生命活动离不开
2、细胞）非细胞形态的生命体非细胞形态的生命体病毒病毒，病毒已发现病毒已发现30003000种（含种（含4000040000亚种）包括：亚种）包括：真病毒（真病毒（virusvirus）：）：DNADNA或或RNARNA与蛋白质构成的核酸与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体蛋白质复合体 。类病毒（类病毒（viroidviroid）：感染性的）：感染性的RNARNA构成，发现约构成，发现约2020余种余种 。朊病毒（朊病毒（prionprion）：仅由有感染性的蛋白质构成。）：仅由有感染性的蛋白质构成。病毒核酸有不同类型，但只有病毒核酸有不同类型，但只有DNADNA或或RNARNA其中之一。其中之一。各
3、类细胞大小的比较各类细胞大小的比较细胞类型细胞类型直径大小（直径大小（um）支原体0.1-0.3细菌1-2动物植物10-100（多数20-30）原生动物100例外，如卵细胞就特别大，鸵鸟卵细胞直径为5 cm，鸡卵细胞为23 cm，人卵细胞为200 m；有些神经细胞的突起可长达1 m，但细胞体的直径不会超过100 m；小型白细胞的直径只有34 m，人的红细胞的直径为7 m。酵母菌酵母菌植物纤维细胞植物纤维细胞植物表皮细胞植物表皮细胞精子精子无机物：无机盐、水、碳酸盐、一氧化碳、二氧化碳等有机物：蛋白质-酶（聚合酶、解螺旋酶）和细胞骨架（糖蛋白、脂蛋白）核酸-遗传物质（DNA和RNA）糖类-遗传物
4、质（五碳糖）、能量（六碳糖）、细胞骨架（淀粉、纤维素）和表面抗原（脂多糖）脂质-能量（甘油酯）、表面抗原（糖脂）、细胞膜骨架（胆固醇）根据细胞的内部结构，可将生物界的细胞分为两大类，即原核细胞和真核细胞。根据细胞的内部结构，可将生物界的细胞分为两大类，即原核细胞和真核细胞。细菌、蓝藻和放线菌等由原核细胞构成的有机体称为原核生物，几乎所有的原核生物细菌、蓝藻和放线菌等由原核细胞构成的有机体称为原核生物，几乎所有的原核生物都由单个原核细胞构成。而由真核细胞构成的有机体则称为真核生物。都由单个原核细胞构成。而由真核细胞构成的有机体则称为真核生物。原核细胞（原核细胞（prokaryotic）的形态结构
5、）的形态结构 基本特点基本特点：A.主染色体为一个环状裸露主染色体为一个环状裸露DNA B.无核膜无核膜 C.无膜系构造细胞器无膜系构造细胞器 D.以无丝分裂繁殖以无丝分裂繁殖纤毛纤毛细胞壁细胞壁拟核拟核鞭毛鞭毛核糖体核糖体质膜质膜内含物内含物细菌结构模式图细菌结构模式图真核细胞（真核细胞（eukaryotic）的形态结构）的形态结构三大结构体系：三大结构体系：生物膜系统生物膜系统-质膜、内膜系统（细胞器）质膜、内膜系统（细胞器）遗传信息表达系统遗传信息表达系统-染色质染色质(体体)、核糖体、核糖体、mRNA、tRNA等等 细胞骨架系统细胞骨架系统-胞质骨架、核骨架胞质骨架、核骨架微微 丝丝叶
6、绿体叶绿体线粒体线粒体质质 膜膜液液 泡泡 细胞核细胞核内质网内质网微微 管管细胞壁细胞壁高尔基体高尔基体植物细胞模式图植物细胞模式图动物细胞模式图动物细胞模式图微微 丝丝微微 管管质质 膜膜线粒体线粒体中心体中心体细胞核细胞核溶酶体溶酶体内质网内质网高尔基体高尔基体真核细胞包括植物细胞和动物细胞两大类真核细胞包括植物细胞和动物细胞两大类叶绿体溶酶体中心体液泡一、细胞膜结构模式一、细胞膜结构模式（4）通过化学突触传递神经信号：细胞通过与特定的细胞外基质成分作用而发生分化。下列实例中能体现细胞全能性的是（B ）能形成各种不同的细胞和组织c：载体协助的被动转运 （只能高低）分裂中期关卡(在分裂中期
7、末)：主要负责监测染色体是否都与纺锤体相连，并已经排列在赤道板上；核膜小泡重新包围两组染色体,相互融合形成完整的核膜,并在两极重新形成细胞核。由于这一时期的主要特征出现纺锤丝，故称为有丝分裂。d：主动转运（必须载体协助；蛋白质合成的起始氨酰基-tRNA是N-甲酰甲硫氨酰tRNA；当细胞分裂时，胞内纺锤丝的方向会受到胞外信号的影响，细胞分裂会沿着某一个方向进行，使新产生的细胞定位于某个区域，此现象称定向分裂。G1期(gap1 phase)：又叫合成前期，从分裂完成到DNA复制之前的间隙时间。一个细胞发出信息通过介质传递到另一个细胞并与靶细胞相应的受体作用,然后通过细胞信号转导产生细胞内一系列生理
8、生化变化,最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。细胞间形成间隙连接使细胞质相互沟通。染色质二级结构：螺线管，外经30nm,核小体串珠链螺旋盘绕，每圈6个核小体.因此绿色植物细胞内存在3个遗传系统。a：自由扩散（无需膜蛋白协助）b：通过通道的被动转运 c：载体协助的被动转运 （只能高低）【通道不与被运输的物质结合】d：主动转运（必须载体协助；能够由低高）被动转运细胞的水平衡：取决于水势差和水通道的通透性。植物细胞由于细胞壁的保护，膨胀后不至于破裂。思考思考 ：下图为物质出入细胞膜的示意图，请据图回答下图为物质出入细胞膜的示意图，请据图回答（1 1）A A代表代表 分子；分子；B B代表代表 ；D
9、 D代表代表 。（2 2）细胞膜从功能上来说，是一层）细胞膜从功能上来说，是一层 膜。膜。（3 3）动物细胞吸水膨胀时）动物细胞吸水膨胀时B B的厚度变小，这说明的厚度变小，这说明B B具有具有 。（4 4）在）在a ae e的五种过程中，代表被动运输的是的五种过程中，代表被动运输的是 。1、界膜与区室化：细胞边界，胞内区室，如细胞核、线粒体、叶绿体2、调节运输：物质运输的选择性，主动运输或被动运输3、功能定位与组织化：固定细胞内胞器结构并形成相互作用的系统，如线粒体内膜具有进行氧呼吸电子传递功能；叶绿体类囊体膜能够捕获光子并传递电子。4、信号检测与传递：细胞膜通过对外界环境的化学信号和电信号
10、的捕获，传递给内部信号，同时细胞膜表面的各种蛋白质（糖蛋白，脂蛋白等）能够作为异源物的特异性配体进行信号传递。5、参与细胞间相互作用：细胞膜具有身份识别能力，表面大量的蛋白质和多糖相当于身份ID，细胞与细胞之间的识别靠这些ID进行。6、能量转化：同3二、细胞核的结构二、细胞核的结构细胞核核膜：大分子通过核孔进出核仁：与核糖体合成有关染色（质）体：遗传物质的主要载体1细胞核是遗传物质储存和复制的场所；2是细胞遗传特性和细胞代谢活动的控制中心；细胞核的功能细胞核的功能 原核细胞与真核细胞在细胞核结构上的区别原核细胞与真核细胞在细胞核结构上的区别细胞类型细胞类型细胞大小细胞大小核膜核膜核仁核仁染色体
11、染色体线粒体线粒体原核细胞原核细胞较小较小无无无无无无无无真核细胞真核细胞较大较大有有有有有有有有细胞类型细胞类型质体质体内质网内质网核糖体核糖体高尔基体高尔基体中心体中心体原核细胞原核细胞无无无无有有无无无无真核细胞真核细胞有有有有有有有有有有原核细胞与真核细胞在细胞核周质结构上的区别原核细胞与真核细胞在细胞核周质结构上的区别染色体以着丝粒排列在纺锤体中央的赤道板上；具有自身的DNA及转译体系。细胞分化的结果是 (A )叶绿体类囊体膜能够捕获光子并传递电子。细胞膜通透性改变，物质运输功能降低。D细胞分化是由细胞内的遗传物质调控的a：自由扩散（无需膜蛋白协助）2、细胞周期的长短主要差别在（）A
12、.这些寡聚核小体的大小均是DNA 长度为180200个碱基对(bp)的倍数，因此用琼脂糖凝胶电泳测定细胞DNA时出现特征性的“梯状”（ladder）带纹。真核细胞（eukaryotic）的形态结构能形成各种不同的细胞和组织不对称分裂：一种细胞分裂的方式，就是指分裂的方式是不对称性质的，母细胞产生的两个子细胞的类型各不相同。细胞器种类和数量的改变B重组细胞的细胞核内含有保持物种遗传性所需要的全部遗传物质同种类型细胞间的彼此黏着是许多组织结构的基本特征。不对称分裂：一种细胞分裂的方式，就是指分裂的方式是不对称性质的，母细胞产生的两个子细胞的类型各不相同。例如，纤粘连蛋白可促进成纤维细胞及角膜上皮细
13、胞的迁移；染色质二级结构：螺线管，外经30nm,核小体串珠链螺旋盘绕，每圈6个核小体.【通道不与被运输的物质结合】染色体结构染色体结构染色质一级结构染色质一级结构：核小体连接而成，形似串念珠,外经11nm.染色质二级结构染色质二级结构：螺线管，外经30nm,核小体串珠链螺旋盘绕，每圈6个核小体.染色质三级结构染色质三级结构：超螺线管，圆筒状结构，直径0.4m。染色质四级结构染色质四级结构：中期染色单体.三、线粒体的结构三、线粒体的结构主要功能：线粒体是细胞进行氧化呼吸，产生能量的地方。在线粒体中进行的代谢途径主要有：1、三羧酸循环 2、氧化磷酸化 3、参与脂肪酸代谢1963年M.&S.Nass
14、发现线粒体DNA。环形DNA；70S核糖体；RNA聚合酶聚合酶；tRNA和氨酰基和氨酰基-tRNA合成酶合成酶；蛋白质合成的起始氨酰基起始氨酰基-tRNA是N-甲酰甲硫氨酰tRNA；线粒体来源于已有的线粒体的分裂。1、间壁分离：分裂时先由内膜向中心皱褶，将线粒体分为两个，常见于鼠肝和植物分生组织中。2、收缩后分离：通过中部缢缩分裂为两个。3、出芽：见于酵母和藓类植物，线粒体出现小芽，脱落后长大，发育为线粒体。四、叶绿体的结构四、叶绿体的结构绿色植物通过叶绿体（Chloroplast）完成能量转换，利用光能同化二氧化碳和水，合成糖，同时产生氧。绿色植物年产干物质达1014公斤。光合作用是地球上有
15、机体生存和发展的根本源泉。叶绿体：外被（chloroplast envelope）、类囊体（thylakoid）和基质（stroma）3部分组成。含有3种不同的膜：外膜外膜、内膜内膜、类囊体膜类囊体膜，3种彼此分开的腔：膜间隙膜间隙、基基质质和类囊体腔类囊体腔。外被（外被（chloroplast envelope）双层膜结构，由外膜和内膜组成，膜间为1020nm的空间，称膜间隙。外膜的渗透性大。内膜对通过物质的选择性很强，CO2、O2、Pi、H2O、等可以透过内膜，ADP、ATP、NADP+、葡萄糖等及焦磷酸不能透过内膜，需要特殊的转运体（translator）才能通过内膜。类囊体（类囊体（t
16、hylakoid）膜围成的扁平囊。主要成分是蛋白质和脂类（60：40），不饱含脂肪酸含量高（约87%），膜流动性高。基粒：基粒：扁平小囊堆叠而成，每个叶绿体含4060个。基质类囊体：基质类囊体：连接基粒的没有堆叠的类囊体。基质（基质（stroma）是内膜与类囊体之间的空间。具有自身的DNA及转译体系。因此绿色植物细胞内存在3个遗传系统个遗传系统。叶绿体的DNA不足以编码叶绿体所需的全部蛋白质，因此必须依靠于核基因来编码其余的蛋白质。通过定向转运进入叶绿体的各部分。在个体发育中叶绿体由原质体原质体发育而来。在有光条件下原质体的小泡数目增加并融合形成片层，发育为基粒，形成叶绿体。在黑暗生长时，原质
17、体小泡融合速度减慢，并转变为排列成网格的三维晶格结构，称为原片层，这种质体称为黄色体。在有光下仍可发育为叶绿体。幼小叶绿体能靠分裂分裂而增殖。成熟叶绿体一般不再分裂或很少分裂。第二节第二节 细胞周期与细胞分裂细胞周期与细胞分裂间期间期(interphase)：从新细胞产生到其开始分裂前的一段时间。：从新细胞产生到其开始分裂前的一段时间。p G1期期(gap1 phase)：又叫合成前期，从分裂完成到从分裂完成到DNA复制之前的间隙时间。复制之前的间隙时间。主要合成rRNA、蛋白质、脂类和糖类，在G1期后期，DNA聚合酶的活性大大增加。p S期期(synthesis phase)：指：指DNA复
18、制的时期。复制的时期。DNA合成同时还会合成组蛋白、DNA复制所需的酶等。p G2期期(gap2 phase)：DNA复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间。复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间。大量合成ATP、RNA、蛋白质，包括微管蛋白、组蛋白、促成熟因子（maturation promoting factor，MPF）等。M期又称期又称D期期(mitosis or division)：细胞分裂期。：细胞分裂期。TCCTCCTG1TSTG2+M2591424833105249123182124u G1期时间细胞周期的长短因细胞种类而异.u 变化最大，这个时期是调节细胞周期的关键时期细胞暂时脱
19、离细胞周期处于静止状态。在一定条件下细胞又可重新进入G1期并进行细胞周期的运转。G0期G1SCHECKPOINTG0第三步：信号分子与靶细胞受体特异性结合并使受体激活涉及纺锤体形成及染色体变化。在一定条件下细胞又可重新进入G1期并进行细胞周期的运转。D细胞分化是由细胞内的遗传物质调控的G1期(gap1 phase)：又叫合成前期，从分裂完成到DNA复制之前的间隙时间。（4）通过化学突触传递神经信号：各种细胞脱离了细胞外基质呈单个游离状态时多呈球形。能形成各种不同的细胞和组织细胞器种类和数量的改变A高度分化的细胞仍然保持全能性细胞凋亡（Apoptosis）和细胞坏死（Necrosis）主要合成r
20、RNA、蛋白质、脂类和糖类，在G1期后期，DNA聚合酶的活性大大增加。能形成各种不同的细胞和组织线粒体崩解是细胞衰老变化的重要标志。减数分裂(meiosis）：染色体复制一次，细胞连续分裂两次。细胞分化的结果是 (A )细胞骨架系统-胞质骨架、核骨架细胞全能性大小主要受细胞分化程度影响，细胞分化程度越高，全能性越_低_；C在理论上，可以运用上述方法拯救濒危物种分化程度越低，全能性越_高 _。细胞全能性大小主要受细胞分化程度影响，细胞分化程度越高，全能性越_低_；细胞周期的关卡(Cell Cycle Checkpoints)G1关卡(靠近G1末期)：主要是监测细胞的大小和营养状态；决定着细胞能否
21、分裂。G2关卡(在G2期结束点)：负责检查细胞的大小、细胞所处的状态及细胞DNA是否复制完成。分裂中期关卡(在分裂中期末)：主要负责监测染色体是否都与纺锤体相连，并已经排列在赤道板上；同时监测促成熟因子（MPF）是否失活，否则不能进入有丝分裂和胞质分裂。在每一个关卡，由细胞所处的状态和环境决定细胞能否通过此关卡进入下一阶段。G0期细胞分裂的方式有三种：无丝分裂、有丝分裂、减数分裂。细胞分裂的方式有三种：无丝分裂、有丝分裂、减数分裂。无丝分裂无丝分裂(amitosis)：又称直接分裂，：又称直接分裂，1841发现于鸡胚血细胞，不涉及纺锤体形成发现于鸡胚血细胞，不涉及纺锤体形成及染色体变化及染色体
22、变化。有丝分裂有丝分裂(mitosis)：又称为间接分裂，：又称为间接分裂，1880发现于植物，发现于植物，1882年发现于动物。涉年发现于动物。涉及纺锤体形成及染色体变化及纺锤体形成及染色体变化。减数分裂减数分裂(meiosis）：染色体复制一次，细胞连续分裂两次。）：染色体复制一次，细胞连续分裂两次。有丝分裂（有丝分裂（Mitosis)p 有丝分裂是指整个细胞分裂,包括核分裂核分裂和胞质分裂胞质分裂两个过程。p 核分裂主要是通过纺锤丝的形成和运动纺锤丝的形成和运动，以及染色体的形成，把在S期已经复制好了的DNA平均分配到两个子细胞，以保证遗传的连续性和稳定性。p 由于这一时期的主要特征出现
23、纺锤丝纺锤丝，故称为有丝分裂。p 当细胞分裂时，胞内纺锤丝的方向会受到胞外信号的影响，细胞分裂会沿着某一个方向进行，使新产生的细胞定位于某个区域，此现象称定向分裂定向分裂。p 不同部位的细胞以不同的速度进行分裂称为差别生长差别生长。p 有丝分裂过程分为前期、中期、后期和末期。有丝分裂过程分为前期、中期、后期和末期。p 染色质逐渐凝聚成染色体；染色质逐渐凝聚成染色体；p 前期末，核膜逐渐破裂；前期末，核膜逐渐破裂；p 核仁逐渐缩小，最后消失；核仁逐渐缩小，最后消失；p 2 2个中心体分开，向两极移动个中心体分开，向两极移动(分裂极的确定）分裂极的确定）p 纺缍体形成纺缍体形成p 纺锤体呈现出纺锤
24、样；纺锤体呈现出纺锤样；p 染色体以着丝粒排列在纺锤体中央的赤道板上；染色体以着丝粒排列在纺锤体中央的赤道板上；p 染色单体的着丝粒分别与动粒微管结合。染色单体的着丝粒分别与动粒微管结合。p 着丝粒分开，子染色体形成，并分别向两极运动。着丝粒分开，子染色体形成，并分别向两极运动。p 染色单体平均分配到两极，并开始去浓缩，形成细丝。染色单体平均分配到两极，并开始去浓缩，形成细丝。p 核膜小泡重新包围两组染色体核膜小泡重新包围两组染色体,相互融合形成完整的核膜相互融合形成完整的核膜,并在两极重新形成细胞核。并在两极重新形成细胞核。p 核仁重新出现核仁重新出现p 形成二个子细胞核，开始胞质分裂形成二
25、个子细胞核，开始胞质分裂减数分裂（减数分裂（Meiosis)细胞分裂的影响因素细胞分裂依赖于外界信号的刺激。刺激细胞分裂的信号分子主要有细胞因子细胞因子、激素激素和细胞外基质成份细胞外基质成份。p 细胞因子是一类能在细胞间传递信息，具有免疫调节和效应功能的蛋白质或小分子多肽。p 细胞因子具有调控细胞生成调控细胞生成及修复损伤组织修复损伤组织等多种功能。p 细胞因子可被分为白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子超家族、集落刺激因子、趋化因子、生长因子等。p 众多细胞因子在体内通过旁分泌、自分泌或内分泌旁分泌、自分泌或内分泌等方式发挥作用，具有多效性、重多效性、重叠性、拮抗性、协同性叠性、拮抗性、协同性
26、等多种生理特性，形成了十分复杂的细胞因子调节网络，参与 生物体 多种重要的生理功能。一、细胞因子一、细胞因子自分泌：细胞因子作用于释放它的细胞当中；自分泌：细胞因子作用于释放它的细胞当中；旁分泌：细胞因子作用于相邻的细胞上；旁分泌：细胞因子作用于相邻的细胞上；内分泌：细胞因子扩散到远处的区域内分泌：细胞因子扩散到远处的区域(通过血液或血浆通过血液或血浆)来影响不同组织。来影响不同组织。二、激素二、激素p 激素是细胞合成的高度分化的化学信息物质，它通过内分泌途径进入血液远程调节各种组织细胞的代谢活动来影响生物体的生理活动。p 激素在体内作为信使传递信息，对机体生理过程起调节作用。p 激素的分泌均
27、极微量，为毫微克（十亿分之一克）水平，但其调节作用均极明显。p 激素作用甚广，但不参加具体的代谢过程，只对特定的代谢和生理过程起调节作用，调节代谢及生理过程的进行速度和方向，从而使机体的活动更适应于内外环境的变化。分类：分类：第一类为类固醇，如肾上腺皮质激素、性激素（雌激素、孕激素等）。第二类为氨基酸衍生物，有甲状腺素、肾上腺髓质激素、松果体激素等。第三类激素的结构为肽与蛋白质，如下丘脑激素、垂体激素、胃肠激素、胰岛素等。第四类为脂肪酸衍生物，如前列腺素。三、细胞外基质三、细胞外基质p 细胞外基质(extracellular matrixc,ECM)是由细胞合成并分泌到胞外、分布在细胞表面或细
28、胞之间的大分子，主要是一些多糖和蛋白，或蛋白聚糖。p 细胞外基质构成复杂的网络结构，连接组织结构、调节组织的发生和细胞的生理活动。细胞外基质的作用：细胞外基质的作用：1影响细胞的存活、生长与死亡影响细胞的存活、生长与死亡正常真核细胞，大多须粘附于特定的细胞外基质上才能抑制凋亡而存活，称为定着依赖性。例如，上皮细胞及内皮细胞一旦脱离了细胞外基质则会发生程序性死亡。2决定细胞的形状决定细胞的形状各种细胞脱离了细胞外基质呈单个游离状态时多呈球形。同一种细胞在不同的细胞外基质上粘附时可表现出完全不同的形状。3控制细胞的分化控制细胞的分化细胞通过与特定的细胞外基质成分作用而发生分化。例如，成肌细胞在纤粘
29、连蛋白上增殖并保持未分化的表型；而在层粘连蛋白上则停止增殖，进行分化，融合为肌管。4参与细胞的迁移参与细胞的迁移细胞外基质可以控制细胞迁移的速度与方向，并为细胞迁移提供“脚手架”。例如，纤粘连蛋白可促进成纤维细胞及角膜上皮细胞的迁移；层粘连蛋白可促进多种肿瘤细胞的迁移。练习：1、在细胞周期的哪一个阶段DNA能被H3标记（）A.G1期(gap1)B.S期(synthesis phase)C.G2期(gap2)D.M期(mitosis)2、细胞周期的长短主要差别在（）A.G1 B.G2 C.M D.S3、G0、G1和G2三者之间关系？细胞衰老及其形态特征细胞衰老及其形态特征细胞内水分减少，细胞萎缩
30、，体积变小，新陈代谢减慢；细胞内水分减少，细胞萎缩，体积变小，新陈代谢减慢；多种酶的活性降低；多种酶的活性降低；细胞内色素随着细胞衰老而积累；细胞内色素随着细胞衰老而积累；细胞内呼吸速率减慢，细胞核体积增大，核膜内折，染色质固缩，染细胞内呼吸速率减慢，细胞核体积增大，核膜内折，染色质固缩，染色加深；色加深；细胞膜通透性改变，物质运输功能降低。细胞膜通透性改变，物质运输功能降低。一大一大一小一小两低两低一多一多细胞衰老的细胞结构变化细胞衰老的细胞结构变化（一）衰老过程中细胞核的变化核膜内折，细胞核形状不规则、内陷和断裂，最后可能导致核膜崩解。染色体固缩化，细胞核固缩，还常常出现核内容物，核质染色
31、加深，核的细致结构逐渐消失，核仁裂解为核小体。（二）内质网的变化 在衰老细胞中，内质网排列变得无序，膜腔膨胀扩大甚至崩解，膜面上核糖体数量减少。（三）衰老过程中线粒体的变化细胞中线粒体的数量随着年龄的增大而减少，而其体积则随着年龄的增长而增大。衰老的神经元，肝脏细胞和肌细胞的线粒体数目减少，但体积增大。同时，线粒体的结构也发生变化，肿胀空泡化，内部嵴大大减少。线粒体崩解是细胞衰老变化的重要标志。线粒体崩解是细胞衰老变化的重要标志。线粒体崩解线粒体崩解线粒体增大线粒体增大内质网无规则内质网无规则（四）致密体的生成致密体也称脂褐质、老年色素、血褐质、脂色素等。（五）膜体系的变化膜相由液晶相转向凝胶
32、相，由柔韧转向刚性；细胞的间隙连接明显减少，组成间隙连接的膜内颗粒聚集体变小，这种变化使细胞间代谢协作减少了。细胞膜上的微绒毛数目增加，补偿了衰老时细胞间联系的衰退，以利于保持内环境的稳定。脂褐质脂褐质细胞间隙连接减少细胞间隙连接减少细胞凋亡（细胞凋亡（Apoptosis）是多细胞生物多细胞生物在发育过程中，一种由基因控制基因控制的主动的主动的细胞生理生理性自杀行为性自杀行为，是为更好地适应生存环境而主动争取主动争取的一种程序性死亡过程（程序性死亡过程（PCD）。生长过程中尾巴消失生长过程中尾巴消失细胞坏死（细胞坏死（Necrosis）是指在种种不利因素影响下，由于细胞的正常代谢活动受损受损或
33、中中断断引起细胞的损伤损伤和死亡死亡，它是细胞的一种被动的被动的、病理性病理性的死亡。细胞凋亡的形态学特征细胞凋亡的形态学特征细胞细胞变圆，体积皱缩，失去微绒毛，胞浆浓缩；内质网内质网扩张呈泡状并与细胞膜融合；细胞核内染色质细胞核内染色质浓缩形成密集颗粒呈帽状或新月形)，位于核被膜下，与其邻近的核孔消失，而在常染包质区核孔数目增加；核被膜下核纤层核被膜下核纤层的分解，随后细胞核内染色质固缩为不均一点状结构；相邻细胞间连接相邻细胞间连接普遍消失，其他细胞膜特有结构如微绒毛等亦随之消失时；完整细胞器和核碎片等细胞内容物以细胞质膜包被成凋亡小体凋亡小体(apoptosis bodies）释放到细胞外
34、。凋亡小体很快被周围邻近间质细胞或巨噬细胞吞噬；细胞膜细胞膜结构仍保持完整；线粒体线粒体保持完整呈正常状态；溶酶体溶酶体保持完整，内容物不外泄。G1期关卡细胞的三种命运核膜小泡重新包围两组染色体,相互融合形成完整的核膜,并在两极重新形成细胞核。E-、N-、P-钙黏蛋白等G1关卡(靠近G1末期)：主要是监测细胞的大小和营养状态；衰老的神经元，肝脏细胞和肌细胞的线粒体数目减少，但体积增大。例外，如卵细胞就特别大，鸵鸟卵细胞直径为5 cm，鸡卵细胞为23 cm，人卵细胞为200 m；原核细胞与真核细胞在细胞核结构上的区别多细胞生物有机体中有三种识别系统：植物用种子进行繁殖1、钙粘素（Cadherin
35、s）G2期(gap2)终端分化细胞（是指那些不可逆地脱离细胞周期，丧失分裂能力，保持生理机能活动的细胞，如神经、肌肉细胞、多形核白细胞等）。G1关卡(靠近G1末期)：主要是监测细胞的大小和营养状态；细胞分化发生在整个生命进程中。遗传信息表达系统-染色质(体)、核糖体、mRNA、tRNA等当把一个已经失去了分裂能力，处于分化成熟和分裂静止状态的细胞置于特定的增殖培养基上时，它首先发生的变化是回复到分生性状态，这一状态包括由溶酶体的活动而将失去功能的细胞质组分降解，并产生新的细胞质组分（即细胞器的破坏与重建），同时细胞内酶的种类与活性发生改变，蛋白质合成和细胞代谢过程也发生改变，最后引起基因表达的
36、改变，细胞的性质和状态发生了扭转，可以说是返老还童。能形成各种不同的细胞和组织2、选择素（Selectin）4、整联蛋白（Integrins）肌肉细胞 D.Apoptosis的生物化学标志：的生物化学标志：核酸内切酶（内源性）在核小体连接处将DNA链切断，从而最终产生寡聚核小体。这些寡聚核小体的大小均是DNA 长度为180200个碱基对(bp)的倍数，因此用琼脂糖凝胶电泳测定细胞DNA时出现特征性的“梯状”（ladder）带纹。细胞坏死的形态学特征细胞坏死的形态学特征细胞体积细胞体积增大肿胀；细胞膜细胞膜很早就出现破裂、不完整的现象；染色质染色质稀疏成网状；细胞器细胞器肿张破坏，尤其是线粒体肿
37、大最为明显；溶酶体破坏外溢；细胞细胞最后破裂成碎片；第三节第三节 细胞识别与细胞通讯细胞识别与细胞通讯细胞识别细胞识别(cell recognition)(cell recognition)：是指细胞对同种或异种细胞、同源或异源细胞的认识。：是指细胞对同种或异种细胞、同源或异源细胞的认识。多细胞生物有机体中有三种识别系统：1、抗原-抗体的识别2、酶与底物的识别3、细胞间的识别细胞间的识别细胞间的识别主要是通过细胞表面受体或配体细胞表面受体或配体与其他细胞表面配体或受体细胞表面配体或受体的选择性选择性相互作用，从而导致一系列的生理生化反应的信号传递。无论是那一种识别系统,都有一个共同的基本特性,
38、就是具有选择性选择性,或是说具有特异性特异性。同种类型细胞间的彼此黏着是许多组织结构的基本特征。细胞与细胞间的粘着是由特定的细胞黏着分子细胞黏着分子所介导的，是在细胞识别基础上的在细胞识别基础上的。细胞黏着分子细胞黏着分子:1、钙粘素（Cadherins）2、选择素（Selectin）3、免疫球蛋白超家族(IgSF)4、整联蛋白（Integrins）细胞与细胞黏细胞与细胞黏着着主要成员主要成员Ca2+或或Mg2+依赖性依赖性胞内骨架成分胞内骨架成分与细胞连接与细胞连接的关系的关系钙粘素E-、N-、P-钙黏蛋白等桥粒-钙黏蛋白+肌动蛋白纤维中间丝黏合带桥粒选择素P-选择素+肌动蛋白丝-免疫球蛋白
39、类N-细胞黏着因子-肌动蛋白丝-整联蛋白约20多种类型+中间丝锚定半桥粒差别黏附差别黏附是指细胞通过表面糖蛋白与其他种类细胞表面糖蛋白或细胞外基质作用，形成暂时或稳定的细胞连接。细胞连接细胞连接是细胞质膜局部特化区域，通过膜蛋白、细胞支架蛋白或胞外基质形成的细胞与细胞之间、细胞与胞外基质间的连接结构。1、封闭连接(occluding junctions)，也叫紧密连接，细胞连接处质膜几乎融合并紧密结合。需要封闭蛋白参与。2、锚定连接(anchoring junctions)，亦称斑块连接，通过黏着分子、细胞骨架和胞外基质相互作用连接在一起。3、通讯连接(communicating juncti
40、ons)，一种特殊的连接方式，特化的细胞间的连接。动物细胞主要通过一种跨膜蛋白跨膜蛋白进行的间隙连接间隙连接，植物细胞通过连丝微管连丝微管进行的胞间连丝胞间连丝。封闭连接封闭连接锚定连接锚定连接间隙连接间隙连接一个细胞发出信息通过介质传递到另一个细胞并与靶细胞相应的受体作用一个细胞发出信息通过介质传递到另一个细胞并与靶细胞相应的受体作用,然后通过细胞然后通过细胞信号转导产生细胞内一系列生理生化变化信号转导产生细胞内一系列生理生化变化,最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。细胞通讯的方式（三种）细胞通讯的方式（三种）1 1、细胞通过分泌化学信号进行细胞间相互
41、通讯、细胞通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯分泌化学信号是多细胞生物（包括动物和植物）最普遍采用的通讯方式。分泌化学信号是多细胞生物（包括动物和植物）最普遍采用的通讯方式。细胞分泌化学信号的作用方式细胞分泌化学信号的作用方式（1 1）内分泌：由内分泌细胞分泌信号（激素）到血液中血液循环作用于靶细胞。）内分泌：由内分泌细胞分泌信号（激素）到血液中血液循环作用于靶细胞。细胞通讯（细胞通讯（cell communicationcell communication）（2 2）旁分泌：细胞分泌局部化学介质到细胞外液中，经过局部扩散作用）旁分泌：细胞分泌局部化学介质到细胞外液中，经过局部扩散作用作用于靶细
42、胞。作用于靶细胞。（3 3）自分泌：细胞对自身产生的分泌物质产生反）自分泌：细胞对自身产生的分泌物质产生反 应。应。（4 4）通过化学突触传递神经信号：）通过化学突触传递神经信号：2.2.细胞细胞间间接触性依赖的通讯，细胞间直接接触接触性依赖的通讯，细胞间直接接触而无信号分子的释放而无信号分子的释放,通过与质膜通过与质膜上上的信号的信号分子分子与靶与靶细胞细胞膜上受体分子作用来介导通讯膜上受体分子作用来介导通讯。3.3.细胞间形成间隙连接使细胞质相互沟通。细胞间形成间隙连接使细胞质相互沟通。NN信号细胞信号细胞 靶细胞靶细胞受体受体膜结合信号分子膜结合信号分子细胞通讯的反应过程细胞通讯的反应过
43、程细胞通讯中有两个基本概念细胞通讯中有两个基本概念:信号传导信号传导(cell signalling)(cell signalling)：强调信号的产生与细胞间传送。：强调信号的产生与细胞间传送。信号转导信号转导(signal transduction)(signal transduction)：强调信号的接收与接收后信号转换的方式和结果。：强调信号的接收与接收后信号转换的方式和结果。细胞通讯的六个基本步骤:第二步：化学信号分子转运至靶细胞第二步：化学信号分子转运至靶细胞第一步：细胞内化学信号分子的合成第一步：细胞内化学信号分子的合成第三步：信号分子与靶细胞受体特异性结合并使受体激活第三步：信
44、号分子与靶细胞受体特异性结合并使受体激活第四步：活化受体启动胞内一种或多种信号转导途径第四步：活化受体启动胞内一种或多种信号转导途径第五步：引发细胞功能、代谢或发育的改变第五步：引发细胞功能、代谢或发育的改变 第六步：信号解除并导致细胞反应终止第六步：信号解除并导致细胞反应终止组织特异性基因（奢侈基因）：不同组织中选择性表达，差异性表达。A细胞分化是遗传物质改变的结果完整细胞器和核碎片等细胞内容物以细胞质膜包被成凋亡小体(apoptosis bodies）释放到细胞外。第五步：引发细胞功能、代谢或发育的改变同时监测促成熟因子（MPF）是否失活，否则不能进入有丝分裂和胞质分裂。第二步：化学信号分
45、子转运至靶细胞信号细胞 靶细胞糖类-遗传物质（五碳糖）、能量（六碳糖）、细胞骨架（淀粉、纤维素）和表面抗原（脂多糖）染色体以着丝粒排列在纺锤体中央的赤道板上；（1）A代表 分子；2、调节运输：物质运输的选择性，主动运输或被动运输共同完成生物个体发育过程G2期(gap2)(动物）胚胎时期达到最大限度。细胞器种类和数量的改变变化最大，这个时期是调节细胞周期的关键时期核酸-遗传物质（DNA和RNA）前期末，核膜逐渐破裂；原核细胞（prokaryotic）的形态结构1、间壁分离：分裂时先由内膜向中心皱褶，将线粒体分为两个，常见于鼠肝和植物分生组织中。细胞通讯的方式（三种）细胞的全能性细胞的全能性第四节
46、第四节 细胞分化细胞分化细胞的全能性细胞的全能性：是指已经分化已经分化的细胞，仍然保留着全部的核基因组的遗传信息，具有发育成完整生物个体的潜能潜能。分裂分裂分化分化细胞的分化功能细胞的分化功能赋予赋予分化的对象：相同细胞分化的结果：2.黑色素细胞在体外培养30多代后仍能合成黑色素；离体培养的上皮细胞，始终保持为上皮细胞，而不会变成其他类型的细胞。以下事例可说明细胞分化具有什么特点?1.细胞分化发生在整个生命进程中。(动物）胚胎时期达到最大限度。3.造血干细胞原红细胞早幼红细胞中幼红细胞晚幼红细胞成熟红细胞死亡4、人的所有细胞中都含有胰岛素基因，但该基因只在胰岛细胞中才表现出来，从而合成胰岛素。
47、不变性当尚未定向的细胞不可逆地转变为某种定向细胞时，其命运就被固定了，这种固定称为决定决定。细胞分裂细胞分化不同点细胞数量增加不变形态结构功能相同差异相同点遗传信息都不变联系共同完成生物个体发育过程细胞分化程度细胞全能性细胞分化细胞分化细胞特性细胞特性不对称分裂不对称分裂随机状态随机状态不对称分裂：不对称分裂：一种细胞分裂的方式，就是指分裂的方式是不对称性质的，母细胞产生的两个子细胞的类型各不相同。分子信号分子信号细胞因子细胞因子外部环境外部环境分裂分裂生长生长迁移迁移黏附黏附凋亡凋亡管家基因（持家基因）管家基因（持家基因）：不可缺少的，所有类型细胞中都表达。组织特异性基因（奢侈基因）组织特异
48、性基因（奢侈基因）：不同组织中选择性表达，差异性表达。细胞脱分化和再分化当把一个已经失去了分裂能力失去了分裂能力，处于分化成熟处于分化成熟和分裂静止状态分裂静止状态的细胞置于特定特定的增殖培养基上时，它首先发生的变化是回复到分生性状态分生性状态，这一状态包括由溶酶体的活动溶酶体的活动而将失去将失去功能的细胞质组分降解功能的细胞质组分降解，并产生新的细胞质组分产生新的细胞质组分（即细胞器的破坏与重建细胞器的破坏与重建），同时细胞内内酶的种类与活性发生改变酶的种类与活性发生改变，蛋白质合成和细胞代谢过程也发生改变蛋白质合成和细胞代谢过程也发生改变，最后引起基因表达的基因表达的改变改变，细胞的性质和
49、状态发生了扭转细胞的性质和状态发生了扭转，可以说是返老还童。由失去分裂能力的细胞恢复到分生性状态并进行分裂，形成无分化的细胞团即愈伤组织由失去分裂能力的细胞恢复到分生性状态并进行分裂，形成无分化的细胞团即愈伤组织的现象（或者说是过程）称为的现象（或者说是过程）称为“脱分化脱分化”（dedifferentiation)。在动物细胞中目前是不能做到脱分化的。植物的脱分化是可以做到的，主要表现在愈伤在动物细胞中目前是不能做到脱分化的。植物的脱分化是可以做到的，主要表现在愈伤组织的生成。组织的生成。在离体条件下，无序生长的脱分化的细胞在适当条件下重新进入有序的生长和分化状态在离体条件下，无序生长的脱分
50、化的细胞在适当条件下重新进入有序的生长和分化状态的过程叫做再分化（的过程叫做再分化（redifferentiation）。）。脱分化脱分化再分化再分化再生再生分化分化1.1.下列实例中能体现细胞全能性的是（下列实例中能体现细胞全能性的是（B B ）用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成了可育的植株用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成了可育的植株 植物用种子进行繁殖植物用种子进行繁殖 用烟草组织培养的单个细胞培育出了可育的完整植株用烟草组织培养的单个细胞培育出了可育的完整植株 A A B B C.C.D.D.2.2.科学家用甲母羊乳腺细胞的细胞核与乙母羊卵细胞的细胞质重组成一个细胞，成功培科学家用甲母羊乳
