5.2细胞通过分化形成多细胞生物体 课件 2024—2025学年高一上学期生物沪科版必修1

5.2细胞通过分化形成多细胞生物体 本节聚焦 1.什么是细胞的分化？ 2.细胞分化的原因是什么？ 3.细胞分化的特点？ 4.什么是细胞的全能性？ 在人体内，红细胞的寿命约为120d左右，白细胞的寿命为5~7d 1.细胞分化： 同一来源的细胞逐渐发生形态结构和生理功能上的差异，这个过程称为细胞分化。 2.探究问题：细胞分化的原因 假设：红细胞、白细胞、血小板、造血干细胞的蛋白质种类不同 为什么蛋白质种类不完全相同？ 资料：细胞生物的遗传物质是DNA，基因是具有遗传效应的DNA片段。具体来说，基因通过表达产生蛋白质进而控制生物的性状。 2.探究问题：细胞分化的原因 细胞分化的原因/实质：基因的选择性表达 2.探究问题：细胞分化的原因 3.细胞分化的特点 资料： ①分化后的血细胞将一直保持分化后的状态，不能再变回造血干细胞。 ②造血干细胞的分化不仅仅发生在胚胎发育过程，还发生在成年、老年体内直至死亡。 ③与动物一样，植物、真菌等生物的生命历程中都存在着细胞的分化。 细胞分化具有______性 细胞分化具有______性 细胞分化具有______性 除遗传物质不改变外，请根据资料总结细胞分化还有哪些特点？ 不可逆 持久 普遍 思考：分化后的细胞在外界因素的作用下，能否 像受精卵那样重新发育成完整的有机体呢？ 细胞的全能性：细胞经分裂和分化后，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。 例：植物细胞...... 可以，因为有全套的遗传物质 植物所有细胞（除死细胞、无细胞核的细胞）都具有全能性 动物是否具有全能性？ 4.不同细胞的分化能力有差异性 已分化的动物细胞不能表现全能性的原因是什么呢？ 已分化的动物细胞不能表现全能性受其细胞质限制 4.不同细胞的分化能力有差异性 动物体细胞的细胞核+去核卵细胞的细胞质 4.不同细胞的分化能力有差异性 “中中” 和 “华华” 全能性：受精卵、早期胚胎干细胞、植物细胞、 动物细胞的细胞核+去核卵细胞的细胞质 多能性：造血干细胞等 单能性：神经干细胞等 4.不同细胞的分化能力有差异性 高度分化细胞：白细胞、神经细胞等 制备自体器官/组织/细胞的方法？ 黄禹锡 克隆人？ 培育人胚胎干细胞？ 4.不同细胞的分化能力有差异性 韩国科学家黄禹锡，克隆狗，非法交易卵子、学术论文造假，并未培育出人的胚胎干细胞。撤销最高科学家称号，有期徒刑一年半。 全能性：受精卵、植物细胞、动物细胞的细胞核+去核卵细胞 多能性：造血干细胞等 单能性：神经干细胞等 4.不同细胞的分化能力有差异性 高度分化细胞：白细胞、神经细胞等 制备自体器官/组织/细胞的方法？ 动物细胞分化是否完全不可逆？ 2012 山中伸弥 诺贝尔生理学和医学奖 转录因子 诱导型多能干细胞 4.不同细胞的分化能力有差异性 单核细胞----IPSC----胰岛β细胞 33个月没有在注射胰岛素 4.不同细胞的分化能力有差异性 壁虎尾巴断了可以再生，蚯蚓蚂蟥切断后可以长出剩余那部分，研究相关细胞其中DNA、RNA、蛋白质，对于人体器官再生有重要意义。 涡虫再生实验 4.不同细胞的分化能力有差异性 可转移的多能干细胞--很”全能” 斯坦福大学科学家将涡虫被切成279块，都可以再生，源于多能干细胞 涡虫（如三角涡虫，*Schmidtea mediterrane*）的再生能力极强，其核心依赖于一类独特的成体多能干细胞——**neoblasts**（成体未分化细胞）。这类干细胞具有以下显著特点 ### **1. 多能性（Pluripotency）** - **全能分化能力**：Neoblasts是涡虫体内唯一具有多能性的细胞，能够分化为所有类型的体细胞（包括神经、肌肉、表皮、肠道等），甚至在切割后再生出完整的个体（如头部或尾部）。 - **无组织特异性限制**：与哺乳动物成体干细胞（如造血干细胞仅分化血细胞）不同，neoblasts不受特定组织谱系限制，可跨胚层分化。 ### **2. 广泛分布与活跃分裂** - **全身性分布**：Neoblasts遍布涡虫全身（除咽部外），主要集中在间质组织中，形成动态的干细胞池。 - **持续分裂**：在正常生理状态下，neoblasts保持低水平增殖，维持组织稳态；当涡虫受伤或切割时，其分裂速率显著提高，快速迁移至损伤部位启动再生。 ### **3. 异质性亚群** - **功能多样性**：近年研究发现，neoblasts并非完全均一，可能存在不同功能亚群： - **多能性亚群（Pluripotent neoblasts）**：少数细胞保留全分化潜能。 - **谱系限制性亚群（Lineage-restricted progenitors）**：部分细胞已向特定组织方向初步分化，但仍保持一定可塑性。 - **关键标志物**：如*piwi*基因家族（如*Smedwi-1*）是neoblasts的核心标记，参与维持干细胞特性。 ### **4. 再生调控机制** - **位置信息依赖**：再生过程中，neoblasts的分化方向受局部微环境信号（如Wnt、BMP、Notch通路）调控，确保再生组织与原有结构正确整合。 - **表观遗传调控**：染色质重塑和RNA干扰（如小RNA通路）对维持neoblasts多能性和抑制过早分化起关键作用。 ### **5. 抗逆性与极端再生能力** - **辐射抗性**：Neoblasts是涡虫体内唯一能抵抗高剂量辐射的细胞（其他细胞在辐射后会凋亡），因此成为再生必需细胞。 - **极小残片再生**：仅需单个neoblasts即可重建完整个体，但需足够数量的细胞协同作用。 ### **6. 研究价值与启示** - **再生医学模型**：研究neoblasts的多能性调控机制，为人类器官再生、干细胞治疗提供理论参考。 - **癌症关联**：neoblasts的过度增殖可能与涡虫肿瘤样病变相关，为癌症干细胞研究提供线索。 ### **总结** 涡虫的neoblasts是自然界中罕见的成体多能干细胞，其多能性、分布广泛性及调控复杂性使其成为再生生物学和干细胞研究的模式系统。这些特点不仅揭示了低等动物再生的奥秘，也为人类突破再生医学瓶颈提供了重要启示。 灯塔水母---转分化 受精卵--浮浪幼虫--水母体（性成熟后可以）--水螅体---再次性成熟，轮回 5.2细胞通过分化形成多细胞生物体 本节聚焦 1.什么是细胞的分化？ 2.细胞分化的原因是什么？ 3.细胞分化的特点和意义？ 4.什么是细胞的全能性？ $$