内容正文:
1.9 细胞分化 衰老 死亡 小专题
【细胞分化】
多细胞生物体是由多种不同类型的细胞构成的。受精卵通过有控制的细胞分裂增加细胞数目,通过有序的细胞分化增加细胞类型,不同类型的细胞构成组织、器官、系统,执行不同的功能,并构建精密而复杂的多细胞生物体。
细胞分化形成复杂的多细胞生物体在个体发育过程中,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,叫作细胞分化。
现代分子生物学证据表明,细胞选择性地表达组织特异性基因,导致细胞的形态、结构和生理功能表现出差异。
分化细胞所表达的基因大致可分为管家基因和奢侈基因两类。管家基因是指几乎所有细胞均表达的一类基因,其产物是维持细胞基本生命活动所必需的,如核糖体蛋白基因等;奢侈基因是指不同类型细胞中特异性表达的基因,其产物赋予各种类型细胞特异的形态、结构和生理功能,又称组织特异性基因如卵清蛋白基因、胰岛素基因等。细胞分化是基因选择性表达的结果,这正是细胞分化的本质。
分化过程贯穿于生物体整个生命历程中,在胚胎时期达到最大限度。细胞分化是一种持久性的变化。一般来说分化的细胞将一直保持分化后的状态。
特点:
普遍性存在生物界
持久性(但胚胎时期达到最大限度)
稳定性(一般不可逆性)
遗传物质不变性
体细胞克隆猴实验的成功,说明已分化的动物体细胞的细胞核是具有全能性的。科学家进一步研究发现,动物细胞随着分化程度提高,其细胞质的变化导致细胞的分化潜能越来越低。
细胞全能性的高低一般与细胞的分化程度有关,分化程度越低,细胞全能性越高。动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞,称作干细胞。根据分化潜能不同,干细胞可分为全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。全能干细胞具有分化形成完整个体的潜能或特性,如早期胚胎干细胞;多能干细胞仅具有分化形成有限的多种类型细胞的能力,如骨造血干细胞;专能干细胞则只能向一种或密切相关的几种细胞分化,如神经干细胞分化成神经细胞。
注意:没有分化的细胞,如受精卵、动物和人体的早期胚胎细胞、植物体的分生组织细胞也具有全能性。
脱分化:让已经分化的细胞,经过诱导后,失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞,【无光条件】进而形成愈伤组织的过程。【在有光时,往往容易形成维管组织,而不易形成愈伤组织。】
再分化:愈伤组织在一定的培养条件下,分化出幼芽和根,进而形成完整小植株的过程。
愈伤组织:(在植物创伤部位帮助伤口愈合)细胞排列疏松而无规则,是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。无特定结构和功能,不能进行光合作用,异养需氧型,具全能性。
胚状体:指愈伤组织经再分化后形成的具有类似胚芽、胚轴、胚根的结构,能进一步发育成完整植株。(人工种子)
【细胞衰老】
生物体都有自己的生命周期,构成生物体的细胞也不例外,它们都会经历衰老和死亡的生命历程。在细胞的生命周期里,当其分化成熟后,分裂能力会逐步降低甚至丧失,细胞的形态、结构和生理功能都会发生一系列退行性的变化,即细胞衰老。
衰老细胞的特点主要有:
细胞膜通透性改变,使物质运输功能降低;
细胞内的水分减少,细胞萎缩,体积变小;
细胞内多种酶的活性降低,呼吸速率减慢,新陈代谢速率减慢;
色素逐渐积累,妨碍细胞内物质的交流和传递;
细胞核的体积增大,核膜内折,染色质收缩、染色加深。(一大一小一多一少两低)
恶性肿瘤细胞端粒酶可修复和延长端粒,端粒酶的成分是蛋白质和RNA,推测蛋白质具有逆转录酶活性;RNA的功能可能是作为逆转录模板合成DNA。
【细胞死亡】
细胞凋亡:由基因所决定的细胞自动结束生命的过程,叫作细胞亡,也称细胞程序性死亡,是一种自然的生理过程。
类型
①个体发育中细胞的程序性死亡
②成熟个体中细胞的自然更新
③某些被病原体感染的细胞的清除
实例:人的胚胎经历有尾阶段,尾部细胞凋亡,尾部消失。胎儿手的发育(“蹼”)指间细胞凋亡,形成成形的手指。体内细胞的自然更新。女性月经期子宫内膜脱落。蝌蚪尾的消失。被病原体感染的细胞在细胞毒性T细胞作用下使靶细胞死亡属于细胞凋亡(免疫系统的防卫功能)
资料一 DNase酶和Caspase酶是细胞凋亡的两种关键酶,在凋亡诱导因子与细胞膜受体结合后,通过细胞内信号转导激活凋亡相关基因。这两种酶一旦被激活,DNase酶能将DNA切割形成DNA片段,Caspase酶能将细胞内蛋白降解成多肽,导致细胞裂解形成凋亡小体,进而被吞噬细胞吞噬清除。
细胞坏死:细胞受到物理、化学等不利环境因素的影响而发生被动的、病理性的死亡,叫作细胞坏死。例如,机械损伤、毒物、辐射等引起的细胞损伤和死亡。
细胞自噬:在一定条件下,细胞会将受损或功能退化的细胞结构等,通过溶酶体降解后再利用,叫作细胞自噬。处于营养缺乏条件下的细胞,通过细胞自可以获得维持生存所需的物质和能量;在细胞受到损伤