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分子与细胞
本书目录
1、走近细胞
2、组成细胞的分子
3、细胞的基本结构
4、细胞的物质输入和输出
5、细胞的能量供应和利用
6、细胞的生命历程
细胞
细胞的发现
细胞的组成
细胞的结构
细胞的物质交换
细胞的代谢
细胞的一生
第六章 细胞的生命历程
第2节 细胞的分化
有丝分裂
是，
组成不同组织器官的细胞不相同。
由受精卵发育为小鸡个体，
通过什么样的方式增加了细胞数目？
细胞的种类是否发生了变化？
你是如何判断的？
视频：无壳孵蛋
多细胞生物体从小到大，不仅有细胞数量的增加，
还有细胞在结构和功能上的分化。
在人体内，红细胞的寿命为12d左右。白细胞的寿命约为5~7d。这些血细胞都是失去分裂能力的细胞。
白血病患者的血液中出现大量的异常白细胞。而正常的血细胞明显减少。通过骨髓移植可以有效的治疗白血病。
问: 为什么健康人的血细胞数量不会随着血细胞的死亡而减少？
健康人会不断产生新的血细胞，补充到血液中去。
问: 骨髓与血细胞的形成有什么关系？
骨髓中造血干细胞能够通过增殖和分化，不断产生不同种类的血细胞。
一、细胞分化
1、观察并回答
一、细胞分化
1、观察并回答
骨髓中的造血干细胞能产生新的血细胞。
骨髓中的造血干细胞产生的形态、结构和功能不同的血细胞的过程就是细胞分化。
2、比较构成人体组织的细胞
一、细胞分化
受精卵
细胞分裂
细胞分化
2、比较构成人体组织的细胞
一、细胞分化
受精卵
细胞分裂
细胞分化
同一动物体的这些细胞都源自早期胚胎细胞通过有丝分裂形成。
这些细胞在形态上相差很大，结构上也有区别，功能上各不相同，但总体上都是由细胞膜、细胞质、细胞核组成的。
在正常情况下，它们是不能恢复成早期胚胎细胞的；这四种组织中的某种细胞不会被转变成其他组织的细胞。
植物体的不同细胞
同一植物体相似的早期胚细胞
叶肉细胞
细胞质中有大量的叶绿体，能够进行光合作用
表皮细胞
有保护作用，细胞质中没有叶绿体，而在细胞壁上形成明显的角质层。
储藏细胞
没有叶绿体，也没有角质层，细胞中储藏着许多营养物质
一、细胞分化
【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，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。
分化的对象：
产生形态、结构、功能不同的细胞。
一个或一种细胞。
分化的结果：
问: 细胞分化过程中有什么特点？遗传信息是否发生改变？
4、概念
一、细胞分化
5、分子水平分析细胞分化
一、细胞分化
受精卵
分裂和分化
组织细胞
遗传物质稳定一致
有丝分裂
结果
什么是生命活动的主要承担者 期胚细胞
蛋白质
差异在哪？
5、分子水平分析细胞分化
一、细胞分化
细胞总DNA 蛋白质 卵清 蛋白 基因 β-珠蛋白基因 胰岛素基因 卵清 蛋白 β-珠蛋白 胰岛素
输卵管细胞 + + + + - -
红细胞 + + + - + -
胰岛B细胞 + + + - - +
注：“＋”表示有，“－”表示无。
思考:三种细胞的DNA相同吗 蛋白质相同吗 为什么？
一、细胞分化
【活动】四种颜色的卡片:四种基因(卵清蛋白基因、B-珠蛋白基因、胰岛素基因和微管蛋白基因)
5、分子水平分析细胞分化
卡片正面
卡片背面
一、细胞分化
【活动】四种颜色的卡片:四种基因(卵清蛋白基因、B-珠蛋白基因、胰岛素基因和微管蛋白基因)
5、分子水平分析细胞分化
模拟表示分化成输卵管细胞时基因的开启或关闭情况：
一、细胞分化
【活动】四种颜色的卡片:四种基因(卵清蛋白基因、B-珠蛋白基因、胰岛素基因和微管蛋白基因)
5、分子水平分析细胞分化
模拟表示分化成红细胞时基因的开启或关闭情况：
一、细胞分化
【活动】四种颜色的卡片:四种基因(卵清蛋白基因、B-珠蛋白基因、胰岛素基因和微管蛋白基因)
5、分子水平分析细胞分化
模拟表示分化成胰岛B细胞时基因的开启或关闭情况：
一、细胞分化
不同组织细胞的所有基因的表达情况：
几乎所有细胞中均表达的基因，叫管家基因
如ATP合酶基因、微管蛋白基因等。
不同类型细胞中特异性表达的基因，叫奢侈基因
如胰岛素基因B-珠蛋白基因等。
5、分子水平分析细胞分化
一、细胞分化
【细胞分化的实质】
个体发育过程中，不同种类的细胞中遗传信息的表达情况不同，即基因的选择性表达。
6、细胞分化的实质
ABCDE
A
B
C
D
E
基因
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
一、细胞分化
基因在肌细胞分化过程中的调控作用
6、细胞分化的实质
一、细胞分化
基因在肌细胞分化过程中的调控作用
6、细胞分化的实质
基因 细胞中的表达情况 功能 例子
管家基因 所有细胞均要表达的基因 维持细胞基本生命活动所必需 呼吸酶基因
ATP合成酶基因
微管蛋白基因
奢侈基因 只在特定细胞中选择性表达的基因 赋予不同细胞特异性的生理功能 血红蛋白基因
肌动蛋白基因
胰岛素合成基因
基因选择性表达指的是奢侈基因的选择性表达！
细胞分化的实质是基因的选择性表达的结果
一、细胞分化
器官、系统形态建成细胞分化是生物体组织、的基础，是个体发育的基础。
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。
7、细胞分化的意义
一、细胞分化
8、细胞分化的特点
一、细胞分化
胚胎发育
（1）持久性:
细胞分化发生在整个生命进程中，在胚胎时期分化程度最大。
8、细胞分化的特点
一、细胞分化
【资料1】
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。
【资料2】
将肌细胞分化过程中的关键调控蛋白M基因，转入体外培养的来自皮肤的成纤维细胞中进行过表达，会使皮肤的成纤维细胞合成大量的肌动蛋白和肌球蛋白，表现出骨骼肌细胞的特征。
（2）稳定性:
已经分化的细胞在生物体内不会变成其他细胞
2、特点
【事实3】分化后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，
直到死亡。
【事实4】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。
【事实5】分化后的细胞核内遗传物质不发生改变。
不可逆性
普遍性
遗传物质不变性
一、细胞分化
9、植物细胞的分化
一、细胞分化
9、植物细胞的分化
一、细胞分化
既然已分化细胞的遗传物质与早期胚胎相同，若给予一定的条件，这些高度分化的细胞，能像早期胚胎那样，再分化成其他细胞吗？
【资料分析】如图是胡萝卜的组织培养过程，请分析回答下列问题：
Q1：胡萝卜韧皮部细胞是不是已分化的细胞？
Q2：从资料1可以得出什么结论？
Q3：实验成功的条件是什么？
Q4：换成胡萝卜其他部位的细胞，该实验能否成功？
是
高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力。
离体，植物激素，一定的营养条件，
适宜的环境（pH、温度等），无菌环境。
能
1个细胞：
已分化或未分化细胞；体细胞或者生殖细胞
1个个体：
组成一个完整个体的所有类型细胞和组织
细胞全能性
正常生长、发育的全套遗传信息
发育
含有
分化
细胞全能性:
是指细胞经过分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其它各种细胞的潜能和特性。
二、细胞的全能性
思考：植物组织培养取得成功后，科学家尝试培养动物细胞，预期能用动物的体细胞培养出完整的动物体，但是无一例成功。为什么受精卵一个细胞能发育成动物体，而体细胞就不可以呢？受精卵和体细胞的细胞核是基本相同的，对此你有什么看法？
核移植实验的成功，说明已分化的动物细胞的细胞核是具有全能性的。
汉水丑生侯伟作品
分化程度低
分裂能力强
分化程度高
分裂能力弱
胚胎细胞核移植成功率远高于体细胞核移植。分化程度越高的细胞，越不容易表现出全能性。
干细胞：
动物和人体内仍保留少数能连续分裂和分化能力的细胞。
思考、成年人体内还存在能连续分裂分化的细胞吗？
骨髓中的造血干细胞
皮肤生发层细胞（皮肤干细胞）
造血干细胞：
胚胎干细胞：
能增殖分化出红细胞、白细胞和血小板等血细胞。
能增殖分化出构成机体的各种细胞。
思考、某人被烧伤，需要进行大面积的皮肤移植，请结合本节所学的核移植和干细胞的知识，写出解决上述问题的思路。
二、细胞的全能性
视频：神奇的干细胞
植物细胞的全能性>动物细胞全能性
受精卵 > 生殖细胞(精卵细胞) > 体细胞
分裂能力、分化能力、分化程度、全能性大小的比较
受精卵
胚胎干细胞
多能干细胞
专能干细胞
体细胞
随着分化程度提高，细胞的分裂能力、分化能力、全能性逐渐减弱。
二、细胞的全能性
项目 细胞的分化 细胞的全能性
原理
特点
结果
细胞内基因选择性表达
细胞含有本物种全套遗传物质
①持久性 ②稳定性
③不可逆性 ④普遍性
①高度分化的植物细胞具有全能性
②已分化的动物体细胞全能性受到限制，
但细胞核仍具有全能性
形成形态、结构、功能不同
的细胞
产生完整有机体
或分化成其他各种细胞
大小 比较
关系 体细胞>生殖细胞>受精卵
动物细胞>植物细胞等
①细胞分化不会导致遗传物质改变，
已分化的细胞都含有保持物种遗传特性所需要的全套遗传物质；
②一般地，细胞分化程度越高，全能性越难以实现，
细胞分化程度越低，全能性就越高。
细胞分化与细胞全能性的比较
受精卵>生殖细胞>体细胞
植物细胞>动物细胞等
4、应用
（1）植物组织培养
优点：快速、大量繁殖；不受季节影响；保持植物的优良品质。
——快速繁殖花卉、蔬菜; 培养微型观赏植株; 拯救濒危物种
二、细胞的全能性
（2）克隆动物；克隆人体器官，用于器官移植
二、细胞的全能性
4、应用
心脏移植
肾脏移植
易错辨析
1.肌细胞与红细胞中的基因、mRNA、蛋白质均不同。(必修1 P119正文)
(　　)
2.同一个体茎尖分生组织细胞的分化能力比叶肉细胞的强。(必修1 P120“思考·讨论”)(　　)
3.非洲爪蟾蝌蚪的肠上皮细胞核移植实验证明了动物体细胞具有全能性。(必修1 P120“思考·讨论”)(　　)
4.脐带血中含有大量的干细胞,可以培养并分化成人体的各种血细胞。(必修1 P121正文)(　　)
基因相同
动物体细胞核
×
×
√
√
　考点训练　
1.如表所示为不同类型细胞中DNA和mRNA的检测结果,说法错误的是(　　)
检测的 3种细胞 卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因 卵清蛋 白mRNA 珠蛋白 mRNA 胰岛素
mRNA
输卵管细胞 +++ + - -
红细胞 +++ - + -
胰岛细胞 +++ - - +
说明:“+”表示检测发现相应的分子,“-”表示检测未发现相应的分子。
A.由表可说明同一生物体不同类型的细胞中,基因是相同的
B.在生物体中,三种细胞合成的蛋白质都不相同
C.胰岛素mRNA的形成可以体现细胞分化的实质
D.生物体多种性状的形成,都是以细胞分化为基础的
细胞在分化过程中基因不发生改变
在生物体中,三种细胞中存在奢侈基因和管家基因,奢侈基因在特定的细胞表达,而管家基因在所有细胞中表达,因此合成的蛋白质不完全相同
细胞分化的实质，基因的选择性表达
细胞分化的意义
　考点训练　
2.下图为人体内部分细胞分化过程，下列说法正确的是(　　)
A．红细胞是通过无丝分裂产生的，不发生DNA的复制 B．上述细胞中，造血干细胞的分化程度最低 C．人体内神经干细胞分化成神经细胞的过程不可逆 D．皮肤干细胞分化成皮肤细胞的过程中遗传物质发生改变
分析题图可知，人的红细胞是由造血干细胞分化而来，人的成熟红细胞无细胞核和线粒体，不含DNA
上述细胞中，胚胎干细胞的分化程度最低
自然状态下，细胞分化是不可逆的
细胞分化的实质是基因的选择性表达，遗传物质不发生改变
　高考真题演练
3.（2024·安徽·高考真题）在多细胞生物体的发育过程中，细胞的分化及其方向是由细胞内外信号分子共同决定的某信号分子诱导细胞分化的部分应答通路如图。下列叙述正确的是（ ）
A．细胞对该信号分子的特异应答，依赖于细胞内的相应受体B．酶联受体是质膜上的蛋白质，具有识别、运输和催化作用C．ATP水解释放的磷酸分子与靶蛋白结合，使其磷酸化而有活性D．活化的应答蛋白通过影响基因的表达，最终引起细胞定向分化
由题图可知，细胞对该信号分子的特异应答，依赖于细胞外侧的酶联受体
酶联受体位于质膜上，化学本质是蛋白质，能识别相应的信号分子，磷酸化的酶联受体具有催化作用，但不具有运输作用
ATP水解产生ADP和磷酸基团，磷酸基团与其他物质如靶蛋白结合，使其磷酸化而有活性
细胞分化的实质是基因的选择性表达，故信号分子调控相关蛋白质，活化的应答蛋白通过影响基因的表达，最终引起细胞定向分化
　高考真题演练
4.（2024·吉林·高考真题）手术切除大鼠部分肝脏后，残留肝细胞可重新进入细胞周期进行增殖；肝脏中的卵圆细胞发生分化也可形成新的肝细胞，使肝脏恢复到原来体积。下列叙述错误的是（ ） A．肝细胞增殖过程中，需要进行DNA复制 B．肝细胞的自然更新伴随着细胞凋亡的过程 C．卵圆细胞分化过程中会出现基因的选择性表达 D．卵圆细胞能形成新的肝细胞，证明其具有全能性
肝细胞增殖过程中，会发生细胞的分裂使得细胞数目增多，需要进行DNA复制
肝细胞的自然更新伴随着细胞凋亡的过程，有利于维持机体内部环境的相对稳定
卵圆细胞分化过程中会出现基因的选择性表达，合成承担相应功能的蛋白质
细胞的全能性是指细胞分裂分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性，卵圆细胞能形成新的肝细胞，未证明其具有全能性

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