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1.5.5细胞分化与细胞全能性在线视频

1.5.5细胞分化与细胞全能性

下一节:1.5.6细胞死亡

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1.5.5细胞分化与细胞全能性课程教案、知识点、字幕

多细胞生物体都是由单个细胞

也就是受精卵细胞分裂分化形成的

既然都是来源于同一个受精卵细胞

核基因组也相同

但是为什么发育成成体之后

构成不同组织器官的细胞

比如说神经细胞和肌肉细胞

无论在细胞形态结构

还是功能方面都有很大的差异呢

这是因为在个体发育的过程中

细胞发生分化所致

现在我们就来分析细胞的分化

所谓细胞分化

是指在个体发育过程中

新生的细胞在形态

结构和功能上发生稳定差异

形成不同类型细胞的过程

以人的个体发育为例

由受精卵发育为胚泡

其中的内细胞团的细胞

就分化形成了

内胚层外胚层和中胚层

三个胚层的细胞

再进一步形成了

不同的组织器官和系统

比如说内胚层细胞可以形成

消化道上皮

外胚层可以分化形成神经系统

中胚层形成肌肉组织等等

生物个体发育的过程

就伴随着细胞分化的过程

细胞分化是发育的核心问题

涉及非常复杂的机制

简单地说呢

细胞分化的原因呢

就是基因的选择性表达的结果

不同的细胞

被开启转录的基因不同

被翻译合成的蛋白质也不同

因此就形成了

执行特定功能的细胞

有了组织的分化

如何能够证明这个观点呢

有一个经典的实验选取三种

能特异性表达某种蛋白的细胞

比如说鸡的输卵管细胞会合成卵清蛋白

成红细胞会合成β-珠蛋白

胰岛β细胞合成胰岛素

分别以上述三种蛋白的

编码基因作探针

与三种细胞中提取的总DNA

进行Southern杂交实验

结果显示呢都是阳性结果

也就是用+号来代表的

这说明了什么呢

说明三种细胞的基因组中

都含有这三种蛋白的基因

但是如果对这三种细胞的

总RNA进行Northern杂交实验

结果显示

卵清蛋白的mRNA

仅在输卵管细胞中表达

β-珠蛋白的mRNA

仅在成红细胞中有表达

胰岛素mRNA 仅在胰岛β细胞中表达

这一实验证明了不同类型的细胞

的确是表达了一套特异的基因

因而执行不同的生理功能

细胞的分化

就是基因选择性表达的结果

那么不同类型的细胞

是否表达的基因完全不同呢

不是这样的

细胞分化是经过严格而精密地

调控基因的表达而实现的

分化细胞基因组

所表达的基因大致分为两类

一是管家基因

也就是house-keeping gene

另一类是组织特异性基因

luxury gene

管家基因是指在所有细胞都表达的基因

它们的表达产物是维持细胞

正常的生命活动所必需的

比如说糖酵解酶系基因β-actin 等

我们在做RT-PCR反应时候呢

常常会以管家基因作为对照

因为它在所有细胞中都会表达

而组织特异性基因是在

不同类型细胞中特异性表达的基因

正是由于这些组织特异性基因的表达

才使得各种类型的细胞

具有了特定的结构与功能

例如我们前面提到的卵清蛋白基因

和胰岛素基因都是组织特异性表达基因

那么在一个细胞内

管家基因和组织特异性基因

各占多少比例呢

现有的研究表明

绝大多数是组织特异性基因

真正意义的管家基因

所占比例很小不超过3%

既然细胞分化

是由于基因特异性表达所致

那么人体至少有200多种不同类型的细胞

如果每种细胞分化

都需要一种调控蛋白的话

那么就至少需要200种以上的调控蛋白

而事实上呢并没有这么多

有少量的调控蛋白启动了

为数众多的特异细胞类型的分化程序

这个机制就是组合调控的方式

让我们来看这张示意图

每个基因都有开和关两种状态

如果有N个基因

理论上就有2的N次方种状态

假如有3种调控蛋白

第一次细胞分裂时

调节蛋白1的基因开启

在其中一个子细胞中表达

第二次分裂时

调节蛋白2的基因

在其中2个子细胞中开启并表达

第三次分裂时调节蛋白3

在其中的4个子细胞中开启并表达

最终就形成了8种不同类型的细胞

每个细胞中所表达的调节蛋白的数目

和种类都不相同

这样呢 3种调控蛋白就调控了

8种类型细胞的分化

这是一种非常高效

经济的细胞分化的调控机制

从前面的讲述中我们已经知道

细胞分化的实质

是基因的选择性表达

结果呢是形成了

执行不同的生理功能的

不同类型的细胞

成体细胞已经不再具有分化的能力

下面我们来分析细胞的全能性问题

细胞的全能性

是指细胞经分裂和分化后仍具有

形成完整有机体的潜能或特性

只有动物的受精卵及卵裂

及卵裂早期的胚胎细胞

是具有全能性的细胞

植物的体细胞在适宜的条件下

可培育成正常的植株

说明植物细胞是具有全能性的

而且植物细胞的全能性

已经广泛应用于

植物基因工程的实践中

而动物细胞

特别是高等动物的细胞

随着胚胎发育和细胞的分化

细胞逐渐丧失了

发育成完整个体的能力

仅具有分化成多种细胞类型

及构建组织的潜能

这种潜能称为多能性

具有分化潜能的细胞称为干细胞

在动物整个发育的过程中

细胞分化的潜能是逐渐受到限制

由受精卵这样的全能性细胞

转化成多能或单能干细胞

最终分化形成的细胞

就不再具有分化的潜能

成了终末分化细胞

按照来源分

干细胞分为两类

一是胚胎干细胞

第二是成体干细胞

胚胎干细胞可以分化形成

任何一种细胞类型

它来源于囊胚期的内细胞团

以人的早期胚胎发育为例

精卵受精后

受精卵开始进行卵裂

5－7天后发育成中空的囊胚

特称为胚泡

胚泡外层的细胞称为滋养层细胞

胚泡的内部有一团细胞

称为内细胞团

这个内细胞团的细胞

就是胚胎干细胞

胚胎干细胞是一种多能细胞

能够分化出人体

所有的组织和器官

例如胚胎干细胞

可以分化形成脂肪细胞

神经元细胞巨噬细胞

平滑肌细胞神经胶质细胞等等

而成体干细胞

它只能分化形成某种细胞类型

例如造血干细胞

神经干细胞肌肉干细胞等等

也称为组织干细胞

例如造血干细胞可以分化形成

各种类型的血细胞

如T淋巴细胞 B淋巴细胞

噬中性噬碱性和噬酸性粒细胞等等

白血病就是由于干细胞癌变所致

既然干细胞能够分化

形成不同类型的细胞

我们是否可以人为诱导

干细胞形成某些组织或器官呢

基于这样的想法

2001年有科学家就提出了

再生医学这样一种全新的治疗理念概念

理想的治疗方案

就是在体外人为的诱导

干细胞向特定的方向分化

从而构建我们需要的组织与器官

如肝脏或者是肾脏等等

再将这些器官移植入体内

来替代某些损坏的脏器或组织

使患者得以康复

不过呢

使用人体胚胎干细胞涉及伦理问题

它的应用受到限制

于是科学家们

又同时进行了另一种尝试

用已经分化成熟的体细胞

让它重新恢复分化能力

这就是细胞的重新编程技术

2012年两位科学家一位来自英国

一位来自日本因为他们

对于细胞的重新编程技术的贡献

获得了诺贝尔生理或医学奖

其中 John Gurdon 1962年

证明细胞可以重新编程

而山中伸弥于2006 将小鼠的成纤维细胞

诱导成了多功能干细胞也就是iPS细胞

有关细胞编程技术的研究工作也有华人参与

例如2007年 Nature和Science杂志

同一天都报道了相似的一项工作

也就是将人体的皮肤细胞改造成

类似胚胎干细胞的“多功能细胞”

其中 Science杂志上的那篇文章

第一作者就是一位华人学者

她叫俞君英

2014年日本完成了世界上首例

多功能干细胞移植手术

一位70岁的日本女性

她是视网膜黄斑变性患者

接受了IPS细胞移植手术

具体的做法是

先将患者的皮肤细胞

诱导为多能干细胞

然后呢再将多能干细胞

进一步诱导分化为视网膜色素上皮细胞

制成供移植用的细胞层

最后呢将此细胞层移植入患者的眼内

当然关于IPS技术

还存在一些争议

也存在不稳定的问题

还需要不断的改进和完善

希望这项技术日臻完善呢

给更多的患者带去福音

普通生物学课程列表：

绪论——走进生命科学

-绪论

-人物访谈——走进精准医学

--第一节什么是精准医学

--第二节精准医学用于临床应具备哪些条件

--第三节精准医学的临床应用实例

--第四节给医学生的建议

--第五节精准医学的发展展望

第一章细胞生物学基础

-第一节细胞概述

--1.1.1 细胞的基本特征

--1.1.2 原核生物与真核生物的区别

-第一章细胞生物学基础--第一节细胞概述

-第二节细胞膜与物质的跨膜运输

--1.2.1 质膜的结构与基本成分

--1.2.2 质膜的基本特征及功能

--1.2.3 膜转运蛋白

--1.2.4 小分子物质的跨膜运输

--1.2.5 细胞连接

-第一章细胞生物学基础--第二节细胞膜与物质的跨膜运输

-第三节真核细胞的结构

--1.3.1 线粒体和叶绿体

--1.3.2 细胞的内膜系统

--1.3.3 过氧化物酶体

--1.3.4 细胞骨架——微丝

--1.3.5 细胞骨架——微管

--1.3.6 细胞骨架——中间丝

--1.3.7 马达蛋白

--1.3.8 细胞核与染色质

--1.3.9 核糖体

-第一章细胞生物学基础--第三节真核细胞的结构

-第四节细胞的能量代谢

--1.4.1 能量货币ATP

--1.4.2 细胞是如何获得能量的

--1.4.3 糖酵解与柠檬酸循环

--1.4.4 电子传递与氧化磷酸化

--1.4.5 乙醇发酵与乳酸发酵

--1.4.6 营养物质的分解与代谢

--1.4.7 叶绿体与光系统

--1.4.8 光反应

--1.4.9 固碳反应

--1.4.10 C4途径与CAM途径

-第一章细胞生物学基础--第四节细胞的能量代谢

-第五节细胞的分裂与分化

--1.5.1 细胞周期概述

--1.5.2 细胞周期调控的分子机制

--1.5.3 有丝分裂

--1.5.4 减数分裂

--1.5.5细胞分化与细胞全能性

--1.5.6细胞死亡

-第一章细胞生物学基础--第五节细胞的分裂与分化

第二章分子生物学基础

-第一节遗传的分子基础

--2.1.1 DNA的发现历史

--2.1.2 DNA的结构

--2.1.3 DNA的复制

--2.1.4 端粒及端粒酶

--2.1.5 蛋白质是表型的分子基础

--2.1.6 RNA的分子构成与功能

--2.1.7 DNA的转录

--2.1.8 遗传密码的破解

--2.1.9 遗传信息的翻译

--2.1.10 中心法则

--2.1.11 基因的突变

-第二章分子生物学基础--第一节遗传的分子基础

-第二节基因的表达调控

--2.2.1 原核生物的基因表达调控

--2.2.2 真核生物的基因表达调控

--2.2.3 染色质的结构影响基因的转录

--2.2.4 蛋白质的组装调控基因的转录

--2.2..5 RNA转录后的加工

-第二章分子生物学基础--第二节基因的表达调控

-第三节生物技术及其应用

--2.3.1 核酸的分子杂交

--2.3.2 DNA芯片技术

--2.3.3 聚合酶链式反应

--2.3.4 DNA凝胶电泳

--2.3.5 DNA重组技术

--2.3.6 基因工程技术的应用

-第二章分子生物学基础--第三节生物技术及其应用

-第四节人类基因组及其遗传疾病

--2.4.1 DNA测序技术

--2.4.2 第三代DNA测序技术

--2.4.3 人类基因组及其应用

--2.4.4 人类的遗传性疾病

--2.4.5 癌基因与恶性肿瘤

-第二章分子生物学基础--第四节人类基因组及其遗传疾病

第三章高等植物体的结构与功能

-第一节高等植物体的细胞与组织

--3.1.1 初生壁

--3.1.2 次生壁

--3.1.3 与细胞壁相关的结构

--3.1.4 质体与液泡

--3.1.5 组织与组织系统

--3.1.6 分生组织

--3.1.7 表皮与周皮

--3.1.8 维管组织

--3.1.9 基本组织系统

-第三章第一节高等植物体的细胞与组织

-第二节植物的生长

--3.2.1 种子的萌发与幼苗的生长

--3.2.2 根的初生生长

--3.2.3 根的初生结构

--3.2.4 侧根的发生

--3.2.5 根的次生生长及其结构

--3.2.6 茎的初生生长及其结构

--3.2.7 茎的次生生长及其结构

--3.2.8 周皮与树皮

--3.2.9 年轮是如何产生的

--3.2.10 茎的初生组织与次生组织之间的关系

-第三章高等植物体的结构与功能--第二节植物的生长

-第三节植物的生殖和发育

--3.3.1 植物的繁殖类型

--3.3.2 世代交替

--3.3.3 花的组成与基本结构

--3.3.4 花各部分结构的多样性

--3.3.5 花药的发育

--3.3.6 胚珠的发育

--3.3.7 开花与传粉

--3.3.8 花粉萌发和受精

--3.3.9 果实和种子的形成与传播方式

--3.3.10 被子植物生活史总结

-第三章高等植物体的结构与功能--第三节植物的生殖和发育

-第四节植物的营养与运输

--3.4.1 植物叶片的结构

--3.4.2 气孔运动的调节

--3.4.3 植物的矿质营养

--3.4.4 根系是如何吸水的？

--3.4.5 水分在植物体内的运输

--3.4.6 矿质元素的运输

--3.4.7 有机物运输的经典实验

--3.4.8 有机物质的运输

--3.4.9 植物的营养适应-食虫植物

--3.4.10 植物的营养适应-氮元素的利用

--3.4.11 植物的营养适应-寄生植物

--3.4.12 植物的营养适应-菌根

-第三章高等植物体的结构与功能--第四节植物的营养与运输

-第五节植物生长发育的调控

--3.5.1 植物激素概述

--3.5.2 生长素

--3.5.3 生长素的作用机制

--3.5.4 赤霉素

--3.5.5 细胞分裂素

--3.5.7 脱落酸

--3.5.8 激素间的相互作用

--3.5.9 光周期现象

--3.5.10 光敏色素

--3.5.11 植物对植食性动物和病菌的防御

-第三章高等植物体的结构与功能--第五节植物生长发育的调控

第四章高等动物体的结构与功能

-第一节动物的组织

--4.1.1 上皮组织

--4.1.2 疏松结缔组织

--4.1.3 致密结缔组织

--4.1.4 脂肪组织

--4.1.8 结缔组织总结

--4.1.9 肌肉组织

--4.1.10 神经组织

--4.1.11 组织器官系统

-第一节动物的组织--作业

-第二节消化系统

--4.2.1 营养素及其消化和吸收

--4.2.2 人体消化系统的组成

--4.2.3 口腔和食管

--4.2.4 胃壁的结构

--4.2.5 胃的消化功能

--4.2.6 胃溃疡

--4.2.7 小肠的组织结构

--4.2.8 小肠消化液的组成及其功能

--4.2.9 营养物质的消化和吸收

--4.2.10 大肠的结构与功能

--4.2.11 肝脏和胰腺

--4.2.12 脊椎动物消化管的结构与功能适应

-第四章高等动物体的结构与功能--第二节消化系统

-第三节呼吸系统

--4.3.1 呼吸系统的演化

--4.3.2 人的呼吸系统的结构与功能

--4.3.3 呼吸运动

--4.3.4 气体的交换

--4.3.5 氧气和二氧化碳的运输

--4.3.6 呼吸运动的调节

-第三节呼吸系统--作业

-第四节循环系统

--4.4.1 动物循环系统的演化

--4.4.2 血管的结构

--4.4.3 心脏的结构与血液循环

--4.4.4 心动周期

--4.4.5 心脏的传导系统

--4.4.6 动脉血压的形成

--4.4.7 输血与血型

--4.4.8 组织液的形成

--4.4.9 淋巴系

--4.4.10 常见心脑血管疾病

-第四章高等动物体的结构与功能--第四节循环系统

-第五节内环境的控制

--4.5.1 动物排泄系统的演化

--4.5.2 内环境与稳态

--4.5.3 体温调节

--4.5.4 渗透调节与排泄

--4.5.5 人的泌尿系统的组成与功能

--4.5.6 原尿是如何生成的

--4.5.7 肾小管与集合管的重吸收

--4.5.8 肾小管与集合管的分泌作用

--4.5.9 尿液的浓缩

--4.5.10 尿液生成的总结

--4.5.11 肾脏对机体酸碱平衡的调节

--4.5.12 血压与血量的调节

--4.5.13 透过尿液分析检查疾病

-第四章高等动物体的结构与功能--第五节内环境的控制

-第六节内分泌系统

--4.6.1 体液调节概述

--4.6.2 激素的作用机制

--4.6.3 内分泌系统与神经系统的联系

--4.6.4 激素分泌的调节

--4.6.5 神经垂体的内分泌功能

--4.6.6 腺垂体的内分泌功能

--4.6.7 生长激素的功能

--4.6.8 甲状腺调节代谢与发育

--4.6.9 甲状旁腺的功能

--4.6.10 胰岛素和胰高血糖素激素

--4.6.11 肾上腺皮质的内分泌功能

--4.6.12 肾上腺髓质的内分泌功能

-第四章高等动物体的结构与功能--第六节内分泌系统

-第七节神经系统与神经调节

--4.7.1 静息电位

--4.7.2 动作电位

--4.7.3 神经冲动是如何传播的

--4.7.4 突触如何传递神经信号

--4.7.5 毒品为什么具有成瘾性

--4.7.6 反射与反射弧

--4.7.7 脑的结构与功能

--4.7.8 脊髓的结构与功能

--4.7.9 周围神经系统

--4.7.10 躯体运动神经与内脏神经的区别

--4.7.11 交感神经与副交感神经的作用

--4.7.12 中枢神经对内脏活动的调节

--4.7.13 神经系统的演化

-第四章高等动物体的结构与功能--第七节神经系统与神经调节

-第八节生殖与胚胎发育

--4.8.1 精子的形态及发生

--4.8.2 卵子的发生

--4.8.3 卵子的发生受激素的调控

--4.8.4 生育的控制

--4.8.5 卵巢的周期性变化

--4.8.6 子宫的周期性变化

--4.8.7 海胆的受精过程

--4.8.8 哺乳动物的受精过程

--4.8.9 文昌鱼的胚胎发育

--4.8.10 两栖类的早期胚胎发育

--4.8.11 哺乳动物的胚胎发育

--4.8.12 羊膜是如何产生的

--4.8.13 人的胚胎发育

-第四章高等动物体的结构与功能--第八节生殖与胚胎发育

期中考试

-2020年秋季学期普通生物学期中考试

1.5.5细胞分化与细胞全能性笔记与讨论

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