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细胞分化
第18讲
细胞分化
细胞全能性
干细胞
全能性下降
细胞专门化
发育成为完整个体或任何一种细胞的潜能
既有分裂能力又有分化能力
一轮复习
透明带
滋养层
囊胚腔
内细胞团
囊胚腔
中胚层
内胚层
外胚层
原肠腔
幼体
成体
受精卵
桑葚胚
囊胚
原肠胚
2~8细胞胚
各种
组织器官
各种
系统
多细胞生物体从小长大，不仅有细胞数量的增加，还有细胞在结构和功能上的分化。
即使在成熟的个体中，仍有一些细胞具有产生不同种类的新细胞的能力。
细胞分化
干细胞
细胞增殖
细胞分化
在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在______、______和
___________上发生________________的过程，叫作细胞分化。
一、细胞分化及其意义
1.细胞分化的概念
形态
结构
生理功能
稳定性差异
受精卵
不同分化程度的干细胞
2.细胞分化的特点
①持久性
细胞分化贯穿于生物体整个生命活动过程中，且在胚胎时期达到最大限度。
②稳定性
一般来说，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，不能再回到分化前的状态，直到细胞死亡。
③普遍性
细胞分化是生物界普遍存在的生命现象，是生物个体发育的基础。
①持久性
细胞分化是一种持久性的变化：细胞分化贯穿于生物体整个生命活动过程中，且在胚胎时期达到最大限度。
时间上的分化
空间上的分化
一个细胞在不同阶段可以有不同形态
同一个细胞的后代，由于所处的环境不同，可以有不同的形态和功能。
受精卵
胚胎
成熟个体
个体发育
细胞更新
都有细胞分化
各种组织的细胞都形成分化
②稳定性
分化了的细胞将一直保持分化后的状态，不能再回到分化前的状态，直到细胞死亡。
已分化的细胞在形态结构和生理功能上保持稳定是个体生命活动的基础
离体细胞在细胞培养过程中不会转变为其他类型的细胞
在体细胞
离体细胞
一般来说
特殊情况
脱分化：已分化的细胞可回到未分化的状态
转分化：已分化的细胞可转化为另一种类型的细胞
脱分化：已分化的细胞可回到未分化的状态
愈伤组织
外植体
动物体细胞
iPS细胞
诱导因子
实验室条件
或营养繁殖
脱分化
脱分化
植物体
各种组织器官
1.下列关于细胞生命历程的叙述，正确的是（ ）
A. 在植物发育过程中，导管的原始细胞经细胞伸长，细胞壁加厚等，最后形成了木质部导管，在该过程中发生了细胞凋亡
B. 在高等植物胚的发育早期，出现了胚柄，胚发育后期胚柄逐渐退化，在该过程中主要发生了细胞衰老
C. 在体外使用基因转移的方法，建立神经干细胞系，使其不断生长和分裂，从而阻止细胞坏死
D. 在损伤情况下，肝组织表现出明显的补充损伤死亡细胞的能力，肝组织自我更新功能依赖于细胞脱分化
A
2.通过大量试验，在多种候选基因中筛选出Sox2、Klf4、Oct4、c-Myc
(简称SKOM)４种基因。将这些基因导入高度分化的体细胞，可使其重编程，回到类似胚胎干细胞（ES细胞）的一种细胞类型，称为iPS细胞。下列说法正确的是（ ）
A.不同类型的干细胞分裂和分化潜能基本相同
B.胚胎干细胞因需要从胚胎中获取涉及伦理问题而限制了其应用
C.诱导产生iPS细胞的过程中需用到基因工程技术和核移植技术
D.iPS细胞和ES细胞具有相同的基因组成且都能体现出细胞的全能性
B
转分化：已分化的细胞可转化为另一种类型的细胞
转分化过程经历_________和___________过程。
脱分化
再分化
脱分化
转分化
分化
转分化是指一种类型的分化细胞在结构和功能上转变成另一种分化细胞的过程。临床研究发现，当机体的肝脏出现慢性损伤时，肝脏的星状细胞就会持续增生，并转化为肌纤维母细胞、成纤维样细胞以及肌成纤维细胞等。下列说法错误的是（ ）
A.转分化的实质是基因的选择性表达
B.转分化的过程与植物组织细胞脱分化的过程相同
C.星状细胞转分化过程中发生了细胞的分裂与分化
D.星状细胞转分化形成的三种细胞遗传物质均相同
B
③普遍性
细胞分化是生物界普遍存在的生命现象。
细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，
有利于提高生物体各种生理功能的效率。
细胞分化是生物个体发育的基础，
能形成具有特定形态、结构和功能的组织和器官。
细胞分化的意义
个体发育的基础
使细胞专门化
3.细胞分化的本质
细胞中的基因__________________的结果，即在个体发育过程中，
不同种类的细胞中_________________________不同
选择性表达
遗传信息的表达情况
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
神经细胞
上皮细胞
肌肉细胞
表达
未表达
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
神经细胞
上皮细胞
肌肉细胞
都表达的基因
(如C类基因)
在不同类型的细胞中，表达的基因可以分为两类：
特异性表达的基因
(如A、B、E基因)
在所有细胞中都表达的基因，指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的。(图中的C类基因)
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
神经细胞
上皮细胞
肌肉细胞
管家基因
呼吸酶基因
核糖体蛋白基因
……
举例
都表达的基因
ATP合成酶基因
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
神经细胞
上皮细胞
肌肉细胞
只在某类细胞中特异性表达的基因。
(如图中的A、B、E基因)
胰岛素基因
血红蛋白基因
……
举例
奢侈基因
特异表达的基因
卵清蛋白基因
下列能说明某细胞已经发生分化的是（　）
A.进行ATP的合成　　　
B.进行mRNA的合成
C.存在血红蛋白　　　　
D.存在纤维蛋白原基因
C
细胞分化的判断：奢侈基因的表达(即奢侈蛋白的产生)
遗传物质相同
细胞生理功能不同
mRNA
不同
蛋白质
不同
细胞形态结构不同
细胞器种类和数量不同
基因选择性表达
tRNA和rRNA相同
细胞分化中的相同与不同
(总)RNA不同
通常受表观遗传调控
如：通常情况下，基因甲基化导致基因不能表达(或表达量下降)
二、细胞的全能性
细胞经_____和______后，仍具有__________________
或____________________的潜能和特性。
1.细胞全能性的概念
分裂
分化
产生完整有机体
分化成其他各种细胞
该生物的体内任何一种类型的细胞
那些没有分化的细胞也具有全能性
受精卵
动物和人体的早期胚胎细胞
植物体的分生组织细胞
产生完整有机体
分化成其他各种细胞
产生完整有机体
2.细胞具有全能性的原因
一个细胞(分化或未分化)具有该生物生长发育和遗传变异的全部(全套)的____________。
遗传物质
有全部的
遗传物质
就有潜能
产生完整有机体
产生任何一种类型的细胞
3.细胞全能性的体现
①植物体细胞全能性容易体现
营养繁殖
植物组织培养
胚状体
途径
直接途径
间接途径
外植体
胚状体
幼苗
愈伤组织
外植体
胚状体
幼苗
器官发生途径
直接途径
间接途径
外植体
幼苗
芽
根
愈伤组织
外植体
芽
幼苗
根
②动物体细胞全能性不容易体现
克隆动物
细胞核全能性的体现：
体细胞的细胞核
+ 去核卵母细胞
动物细胞核移植
克隆鱼
克隆蛙
克隆羊(多莉)
克隆猴(中中、华华)
克隆难度增大
表观遗传修饰复杂化
克隆成功率低
卵生动物核移植
哺乳动物核移植
②动物体细胞全能性不容易体现
体细胞全能性的体现：
体细胞
iPS细胞
诱导因子
该生物任何一种类型的细胞
诱导因子
为4种基因
诱导因子为某些蛋白质
诱导因子为某些小分子化合物
第1阶段
第2阶段
第3阶段
基因
蛋白质
小分子化合物
3.细胞全能性的体现
种子发育成植物_______（能或不能）体现细胞全能性
造血干细胞分化成各种血细胞_______（能或不能）体现细胞全能性
造血干细胞
白细胞
红细胞
血小板
不能
不能
4.干细胞
具有______和______能力的细胞，叫作干细胞。
①概念
分裂
分化
②类型
存在于早期胚胎中，具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至的潜能。
成体组织或器官内的干细胞，具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的潜能。
胚胎干细胞
成体干细胞
分裂
分化
③应用
移植
修复或替换
正常
干细胞
患者
体内
受损的器官或组织
治愈疾病
干细胞移植进行移植治疗疾病
骨髓干细胞移植治疗白血病就是一种成熟的干细胞治疗方法。
如何实现胚胎干细胞自体移植？
如何实现胚胎干细胞自体移植？
病人
取核
去核卵母细胞
重构胚胎
各种细胞组织或器官
诱导
取出
体细胞
核移植
移植
体细胞
取出
转入相关因子
iPS细胞
胚胎干细胞
取出
诱导
移植
治疗性克隆
iPS细胞治疗
细胞发生转化
各种细胞组织或器官
受精卵
全能干细胞
多能干细胞
单能干细胞
体细胞
细胞分裂能力
细胞分化能力
细胞全能性
细胞分化程度
逐渐减弱
逐渐减弱
逐渐变小
逐渐增大
细胞分裂 、细胞分化和细胞全能性之间的关系
既有DNA复制也有转录
只有转录

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