第6章 细胞的生命历程

第6章细胞的生命历程第1节细胞的增殖一、限制细胞长大的原因①细胞表面积与体积的比。②细胞的核质比二、细胞增殖1.细胞增殖的意义：生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础2.真核细胞分裂的方式：有丝分裂、无丝分裂、减数分裂*高等动物有机体可视为由一个受精卵发育而来的细胞社会。在胚胎发育过程中，细胞不仅在机能上彼此分工，增殖行为也出现差异。从增殖的角度看，细胞可分为3类：连续分裂的细胞：在细胞周期中连续运转，因而又称之为周期中细胞；如小肠绒毛上皮腺窝细胞，表皮基底层细胞，部分骨髓造血细胞等。休眠期细胞：暂时脱离细胞周期，不进行增殖，但在适当刺激下，可重新进入细胞周期中的细胞，如某些淋巴免疫细胞，肝、肾细胞及大部分骨髓干细胞等。也称为G0期细胞。终端分化细胞：通常是指那些不可逆地脱离细胞周期，丧失分裂能力，但保持生理机能活动的细胞，如神经、肌纤维细胞、多型核白细胞等。(一)细胞周期（1）概念：【特点？1.连续分裂的细胞才具有细胞周期；2.间期在前，分裂期在后；3.间期长，分裂期短；4.不同生物或同一生物不同细胞的细胞周期不一样】（2）两个阶段：分裂间期：从细胞在一次分裂结束之后到下一次分裂之前分裂期：分为前期、中期、后期、末期(二)(1)植物细胞有丝分裂的动态变化分期核分裂相质分裂相前期染色体出现(呈无序排列)核仁逐渐解体，分散胞质中核膜崩解两极发出纺锤丝中期染色体着丝点两侧与纺锤丝相连，染色体有序排列在赤道板上，为观察染色体形态数目的最佳时期。纺锤体形成后期着丝点分裂，染色单体分开，染色体向极运动，平分为两组(细胞中没有染色单体，染色体数目加倍)牵引丝等牵引末期核膜形成染色体解螺旋为染色质核仁重新出现细胞中央形成细胞板，继而形成细胞壁，完成细胞质分裂(2)动物细胞有丝分裂与植物细胞的比较植物细胞动物细胞纺锤丝来源细胞质基质中心粒周物质→星射线→纺锤丝细胞质分裂方式形成细胞板后期末开始的质膜中部缢缩起沟在细胞分裂前期，成对的中心粒进行自身复制成两对，然后向细胞两极移动，当中有凝胶化的纺锤丝相连。到中期时，成对的中心粒(中心体)移到细胞两极，当中的纺锤丝形成纺锤体。到了分裂后期、末期，纺锤丝、纺锤体逐渐不鲜明，已在细胞两极的中心体也随细胞的分裂分配到两个子细胞中。三、减数分裂减数分裂是特殊方式的有丝分裂。既然属于有丝分裂，分裂过程中就有染色体和纺锤丝的复杂变化；同时，在发生的时间、部位、过程、结果表现出其特殊性。1、发生部位和时间：生殖细胞的形成过程中。如人的减数分裂始于青春期，在生殖器官内进行。最初发生时间发生部位及细胞分裂结果高等植物花蕾期雄蕊的小孢子母细胞雌蕊的大孢子母细胞小孢子(单核花粉粒)大孢子(胚囊细胞)人或动物青春期睾丸内初级精母细胞卵巢内初级卵母细胞精细胞卵细胞2、减数分裂的过程：(1)前减数分裂期(减数第一次分裂前期)：染色体DNA复制(2)减I期和减II期的染色体行为如下：减数第一次分裂减数第二次分裂前期同源染色体联会成四分体，进而发生同源染色体非姐妹染色单体的局部交换与末期无明显变化中期四分体排列在赤道面上短棒状染色体排列赤道面上后期同源染色体分离和分别向两极运动着丝粒分裂，染色体向极运动末期一般无明显的染色体解螺旋染色质解螺旋3、减数分裂的结果(子细胞的特征)(1)数量变化：1个母细胞形成4个子细胞(2)染色体变化：数目减半且异质性(染色体的组成不同，例如在不发生同源染色体的交叉互换的情况下，一个精原细胞产生两种精子，而交叉互换的情况下，一个精原细胞产生四种各不相同的精子)(3)发展趋势：与配子的生成有直接或间接的关系四、有丝分裂的意义：将亲代细胞的染色体经过复制之后，精确地平均分配到两个字细胞中。由于染色体有遗传物质DNA，因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。对生物的遗传有重要的意义。五、无丝分裂：特点：在分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化。例如：蛙的红细胞第2节细胞的分化一、细胞的分化(1)概念：细胞分化是指在个体发育过程中，相同来源的细胞在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。（2）过程：受精卵增殖为多细胞分化为组织、器官、系统发育为生物体（3）特点：持久性、稳定不可逆转性，分化发生在整个生命过程中，以胚胎期为最大限度。(4)原因：基因的选择性表达(6)细胞分化的意义细胞的分化是一种生物界中普遍存在的生命现象，是多细胞生物个体结构复杂化和功能完善的细胞学基础。（1）经过细胞分化，在多细胞生物体内会形成各种不同的细胞和组织。（2）一般多细胞生物体发育的起点是一个细胞，细胞的分裂只能繁殖出许多相同的细胞，只有经过细胞分化才能形成各种组织，器官和系统，才能形成胚胎、幼体，并发育成成体。(7)如何理解细胞的分化与分裂之间的区别和联系细胞的分裂和分化都是生物体重要的生命特征，往往同时体现于许多功能正常的活细胞（如各种干细胞）的生命历程中。细胞分裂结束后，细胞生活有三种状态：一是继续分裂增殖，如根尖分生区细胞；二是暂不分裂增殖，如植株上受顶芽抑制的侧芽细胞；三是不再进入细胞周期而发生分化，如人体的红细胞、神经细胞等。两者虽然是完全不同的生理过程，但又不是毫无关联、绝对孤立的。具体体现在：（1）细胞的分裂与分化往往是相伴相随的，常常表现出边分裂边分化的现象，细胞分化的渐变性就是一个很好的例证。（2）随着细胞分化程度的增进，细胞的分裂能力也逐渐下降，最后高度分化的细胞也同时失去了分裂能力，这种现象从另一个侧面也反央出两者之间的伴随关系。（3）细胞的分化并不是单个细胞或少数细胞的孤立变化，而必须以细胞增殖生成的一定数量的细胞作基础。两者的区别表：概念定义原因结果意义特性分裂细胞增殖的过程①细胞表面积与体积发展的不平衡②细胞核与细胞质发展的不平衡③生殖的需要生成相同细胞①促进多细胞生物个体的生长②单细胞个体的增殖局部性周期性分化相同细胞的后代产生稳定性差异的过程基因的选择性表达（或基因的差异性表达）生成不同细胞①组织、器官的形成与完善②组织、器官的修复稳定差异性；不可逆性；渐变性；自控性二、细胞全能性:细胞全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育的潜能。理论上所有细胞都有全能型（1）体细胞具有全能性的原因由于体细胞一般是通过有丝分裂增殖而来的，一般已分化的细胞都有一整套和受精卵相同的DNA分子，因此，分化的细胞具有发育成完整新个体的潜能。（2）植物细胞全能性高度分化的植物细胞仍然具有全能性。例如：胡萝卜跟根组织的细胞可以发育成完整的新植株（3）动物细胞全能性高度特化的动物细胞，从整个细胞来说，全能性受到限制。但细胞核仍然保持着全能性。例如：克隆羊多莉（4）全能性大小：受精卵生殖细胞体细胞(5)表现条件：离体培养第3节细胞的衰老和凋亡一、细胞的衰老1、个体衰老与细胞衰老的关系单细胞生物体，细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡。多细胞生物体，个体衰老的过程就是组成个体的细胞普遍衰老的过程。2、衰老细胞的主要特征：（1）在衰老的细胞内水分减少，结果使细胞萎缩，体积变小，细胞新陈代谢的速度减慢。人体内的含水量，年轻人比老年人多，所以年轻人的生命活力比老年人强，新陈代谢代谢速度也快。老年人体内含水量下降，导致细胞新陈代谢速度减慢。（2）衰老的细胞内酶的活性降低阐述：由于人的头发基部的黑色素细胞衰老时，细胞中的酷氨酸酶活性降低，就会导致头发变白。（3）细胞内的色素会随着细胞衰老而逐渐积累（4）衰老的细胞内呼吸速度减慢，细胞核体积增大，染色质固缩、染色加深（5）细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低3、细胞衰老的原因：（1）自由基学说（2）端粒学说二、细胞的凋亡1、概念：由基因决定的细胞自动结束生命的过程2、意义：完成正常发育，维持内部环境的稳定，抵御外界各种因素的干扰。3、与细胞坏死的区别：细胞坏死是在种种不利因素影响下，由于细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和病理性死亡。而细胞凋亡是一种正常的自然现象，正常状态下生理性死亡。第4节细胞的癌变1.癌细胞在个体发育中，有的细胞由于受到致癌因子的作用，不能正常地完成细胞分化，或者叫做畸形分化。而变成不受机体控制的，连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞称为癌细胞。2.癌细胞的特征（1）能够无限增殖在人的一生中，体细胞能够分裂50~60次，而癌细胞却不受限制，可以长期增殖下去。（2）癌细胞的形态结构发生了变化细胞培养中的正常的成纤维细胞是呈扁平梭形的，当这种细胞转化成癌细胞后就变成球形了；（3）细胞膜的表面也发生了变化细胞膜上糖蛋白减少，彼此间的粘着性减小，在机体内到处游走，穿入到各种组织器官中去，这就是所谓的“癌细胞转移”，到处分裂、繁殖，形成肿块。癌细胞失去接触抑制，3.致癌因子（1）物理致癌因子物理致癌因子主要是指辐射致癌。（2）化学致癌因子（3）病毒致癌因子能引起细胞癌变的病毒称为肿瘤病毒或致癌病毒。4.原癌基因、抑癌基因补充资料干细胞在人和动物胚胎发育过程中，绝大多数细胞由于高度分化而失去再分裂的能力，但机体仍保留部分未分化的具有自我更新、高度增殖和分化潜能的细胞群体，即干细胞。即这些细胞可以通过分裂维持自身细胞群的大小，同时又可以分化为各种不同的组织细胞，具有补充、修复、再生组织器官的作用，这就是干细胞。如造血干细胞、神经干细胞、皮肤干细胞、肠上皮干细胞、胚胎干细胞等。1、干细胞的种类通常将干细胞分为全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。全能干细胞：具有形成完整个体的分化潜能，如受精卵便是一个最初的全能干细胞。胚胎干细胞(当受精卵在分裂期早期，尚未植入子宫前发育成囊胚时，内层细胞团的细胞即为胚胎干细胞。)是一种高度未分化细胞，它具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，从而进一步形成机体，因此也是全能干细胞。多能干细胞：是胚胎干细胞在进一步分化中形成的，它具有分化出多种细胞组织的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力。例如造血干细胞即属于这一类，是造血组织中具有高度增殖能力、能分化形成各类成熟细胞并能自我更新的一类细胞。专能干细胞：维持某一特定组织细胞的自我更新，如肠上皮干细胞、神经干细胞。一般情况下，在整个发育过程中，细胞分化潜能逐渐受到抑制而变狭窄，即由全能性细胞转化为多能和单能干细胞，但是对于细胞核而言，却始终保持着其分化的全能性。2、干细胞的应用(1)由于干细胞是未成熟未充分分化的细胞，具有再生各种组织器官的潜在功能，因此被称为“万用细胞”。人们寄希望于利用干细胞在体外繁育各种组织和器官，并移植来代替各种病变的组织和器官，这将是干细胞应用的主要方向。例如：经实验研究，科学家已使几只瘫痪的兔子在经过干细胞移植后开始爬行，神经干细胞的培育和移植，可以治疗多种因中枢神经细胞在体内最难再生而无法治愈的神经系统疾病。(2)由于造血干细胞移植到体内后可重建各系的造血，并有可能在体外分离、培养、扩增、定向诱导分化等特点，使造血干细胞不仅成为治疗许多血液病的有效途径，而且成为细胞治疗、免疫治疗、基因治疗的理想靶细胞。