细胞生物学细胞分化
细胞生物学中的细胞分化与分裂
细胞生物学中的细胞分化与分裂细胞是生物体的基本单位，细胞生物学研究着生命的奥秘。
在细胞的发展过程中，细胞会经历细胞分化和细胞分裂两个重要过程。
细胞分化是指细胞从未分化状态向特定类型细胞的转变，而细胞分裂则是指细胞在生长和繁殖过程中自我复制和分离。
本文将从这两个方面来详细探讨细胞生物学中细胞分化和细胞分裂的相关知识。
一、细胞分化细胞分化是指同一种细胞在功能和形态上的差异化，是多细胞生物体内不同细胞类型形成的基础。
细胞分化的过程中，未分化的细胞会通过基因表达的调控逐渐转变为特定的细胞类型，从而承担特定的功能。
细胞分化的发生需要一系列复杂的内外因素的参与，包括基因调控、信号通路和细胞与邻近细胞的相互作用等。
细胞分化的一个经典案例是干细胞的分化。
干细胞具有自我复制和未定向分化为各种细胞类型的能力。
在特定的环境和刺激下，干细胞可以通过分化成为神经细胞、心肌细胞、肌肉细胞等。
这一过程中，细胞内的转录因子和外界信号分子起着重要作用。
通过调控这些因子的表达，体细胞可以不仅仅是复制自己的DNA，还可以向外分化为大部分体细胞。
这一发现让人们对于细胞的分化和再生过程有了更深入的了解。
二、细胞分裂细胞分裂是细胞在生长和繁殖过程中自我复制和分离的过程。
细胞分裂分为有丝分裂和无丝分裂两种类型。
有丝分裂是指经过一系列复杂的步骤，细胞的染色体在分裂过程中分离，最终形成两个基本一致的子细胞。
无丝分裂则是指细菌等原核细胞通过简单的DNA复制和分离形成两个相同的细胞。
有丝分裂是细胞分裂中最为常见和复杂的过程。
它包括有丝分裂前期、有丝分裂中期、有丝分裂后期和有丝分裂后期四个阶段。
在有丝分裂前期，细胞的染色体开始缩短、变厚，形成染色体条状结构，并且核膜逐渐解体。
在有丝分裂中期，染色体排列成等距离的中央区域，此时纺锤体完全形成。
在有丝分裂后期，细胞的染色体开始分离成两个群体，纺锤体逐渐消失。
最后，有丝分裂后期，细胞完成分裂，形成两个基本一致的子细胞。
细胞分化名词解释细胞生物学
细胞分化名词解释细胞生物学
在细胞生物学中，细胞分化是一个重要的概念，它指的是一个细胞在形态、结构和功能上转化为另一种细胞的过程。
细胞分化是胚胎发育和组织形成的基础，也是生物体发育和成熟的关键步骤。
具体来说，细胞分化是指一个原始的、未分化的细胞在特定的环境刺激下，通过基因调控和化学信号传递等机制，逐渐转化为一种具有特定形态、结构和功能的成熟细胞。
这个过程是不可逆的，一旦细胞分化为某种特定类型，它就不再能够回到原来的状态。
细胞分化的机制非常复杂，其中涉及到多种因素，包括基因调控、细胞间信号传递、细胞周期控制等。
在分化过程中，细胞会逐渐失去其全能性，即其发育成多种不同类型的细胞的能力会逐渐减弱。
相反，细胞会逐渐获得一种或几种特定的功能，这些功能是与其分化后的细胞类型相对应的。
在人体中，细胞分化是组织修复和疾病发生的重要基础。
分化后的细胞具有相对稳定的形态和功能，因此当它们发生异常或损伤时，可能会导致疾病的出现。
例如，在癌症等疾病中，细胞分化可能会受到干扰或破坏，导致异常细胞的出现和增殖。
细胞生物学中的细胞分裂和分化
细胞生物学中的细胞分裂和分化细胞是生物体的组成单位，是生命存在和发展的基本单位。
细胞生物学是研究细胞结构、功能、发生和发展的学科。
细胞分裂和细胞分化是细胞发生学中的两大重要方面。
本文将从细胞分裂和分化的角度深入探讨。
一、细胞分裂生命在不断地发展过程中，细胞分裂是可以不断地进行下去的方面之一。
生物体组织和器官的形成与发展依赖于细胞分裂。
细胞内的复制过程促进有机体的生长和更新。
细胞分裂是指一种复杂而精致的过程，在这个过程中，一个细胞分裂成两个或更多的细胞。
在细胞分裂期间，细胞内的DNA 复制到两个新的细胞中，新的细胞将产生和原来细胞几乎完全一样的细胞。
目前，我们已经知道了有两种不同的细胞分裂类型——有丝分裂和无丝分裂。
在有丝分裂中，细胞通过不同的阶段准备和彼此分离，并产生完全一样的染色体，每个细胞都带有一份完整的染色体副本。
无丝分裂是细胞分裂期间发生的两个基本过程之一。
在无丝分裂中，细胞不通过有丝分裂染色体的分离，而是通过其他方式分裂成两个或更多的子细胞。
二、细胞分化细胞分裂是一种多变的发生过程，所以细胞都拥有一个可塑性的属性，即能够根据不同的需要转化为不同种类的特殊化细胞。
细胞分化是指在生命的过程中，细胞可以从一个相对未成熟的趋同状态发展成一个更加成熟、不同种类的细胞。
这是一个复杂和多阶段的过程，并且伴随着许多重要的分子和细胞信号传递。
分化的结束点是具有特定功能的细胞群，称为成熟细胞群。
人类体内有成千上万个不同种类的细胞，从心脏肌肉细胞到肝脏细胞，每个细胞都具有其特定的功能和结构。
细胞分化是通过遗传指令的变更和表达来实现的。
遗传指令可以是DNA中的特定序列，也可以是一系列非编码RNA和蛋白质相互作用的结果。
三、细胞分裂与分化的关系细胞分裂和细胞分化是两个密切相关的过程。
细胞分化始于细胞分裂，但不同类型的细胞可以采取两种不同的发展路径，即细胞分裂之后分化成相同种类的细胞（增生），或分化成不同种类的细胞（分化）。
细胞生物学13细胞分化
讨论二
• 机体如何意识到失去的部分，又是如何知道丢失的 部位及丢失的多少？
• 替代物来自何处？是剩余的原胚细胞、干细胞还是 已分化的细胞去分化的结果？
• 原结构的重建是补充的新组织，还是由伤口处一些 细胞增殖代替了缺失的结构？
二、细胞分化的特点
1.时空性：也称为差别基因表达； 2.定向性：也称为决定(determination)；
• 分化的主要标志：细胞内合成新的特异性蛋白质 • 细胞分化的关键：细胞选择性表达合成特异性蛋白质，导致细胞形
态、结构和功能各异
管家基因(house Keeping gene)是指所有 细胞中均要表达的一类基因，其产物是对 维持细胞基本生命活动所必需的 。如膜蛋 白、核糖体蛋白、线粒体蛋白等。
奢侈基因（luxury gene）：或称组织特 异性基因(tissue-specific genes)，编码决定 细胞性状的特异基因，对细胞自身生存无 直接影响，是细胞向特殊类型分化的物质 基础。如血红蛋白、肌动蛋白。
调节基因(regulatory genes)：产物用于 调节组织特异性基因的表达，起激活或者 起阻遏作用。
转分化（transdifferentiation）：一种类 型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞 现象称转分化。
——转分化经历去分化（dedifferentiation）和 再分化（redifferentiation）的过程
单能干细胞(monopotential /unipotent stem cell)或称定 向干细胞(directional stem cell)，只能分化 为一种类型的细胞。
多能细胞
脑 脊髓
单能细胞
全能细胞
神经管
腺 毛、齿、爪等 髓样组织
细胞生物学细胞分化
有些癌基因编码活性过度的受体或活性过强的细胞内信号转导蛋白，它们可在没有外源信号的情况下促使细胞过度增殖而癌变.
原癌基因突变: Gain-of-function mutations
Bcl-2 oncogene: Prevent apoptosis
Ras oncogene: Retain bind GTP
抑癌基因的突变是隐性的。
Rb bind with E2F transcription factor
p53基因
人体抑癌基因。该基因编码一种分子量为53kDa的蛋白质，命名为P53。
分化启动机制：
如表达大量的肌动蛋白和肌球蛋白构成收缩器，并融合成肌细胞样的多核细胞等。
皮肤结缔组织的成纤维细胞表现出骨骼肌细胞的特征:
借助于组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白与其它调控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仅可以将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似的机制，甚至可以诱发整个器官的形成。
可以定义为一类具有分裂和分化能力的细胞。
干细胞
（二）影响细胞分化的因素
1．胞外信号分子对细胞分化的影响
胚胎诱导:早期胚胎发育过程中，一部分细胞会影响周围细胞使其向一定方向分化，这种作用称近端组织的相互作用，也称为胚胎诱导。 近端组织的相互作用是通过细胞旁分泌产生的信号分子旁泌素（又称细胞生长分化因子）来实现的。
Dolly: A lamb with no father
高度分化的动植物体细胞，在遗传背景（基因组DNA)和功能上均是全能的。
多莉羊的克隆
细胞核始终保持其分化的全能
动物细胞的全能性
胚胎干细胞（embryonic stem cell,ES细胞）
( 胚胎) 滋养层
细胞生物学(第五版)-第14章 细胞分化与干细胞
三、成体干细胞
生物成体中，多数细胞都是具有一定寿命，生物体需要产生足够的各种不同 类型的细胞，以维持机体的代谢平衡。这一工作主要由存在于各种组织和器 官中的成体干细胞完成，其基本功能是分化产生某些类型的终末分化细胞。
成体干细胞的特征
祖细胞可以快速分裂，形成各 种分化细胞。与干细胞不同， 祖细胞只有有限的分裂次数。
第二节 干细胞
一、干细胞的概念和分类
干细胞是机体中能进行自我更新（产生与自身相同的子代细胞）和多向分化 潜能（分化形成不同细胞类型）的一类细胞。因此，它们在细胞分化和个体 发育中起着关键和决定性的作用。
动物克隆技术的基本理论问题是体细胞 的重编程问题，即已分化的染色质如何 通过重新“编程”回到初始未分化的细胞 状态，然后才有可能沿正常的发育程序 分化成各种类型的细胞
近年来，通过对胚胎干细胞， 包括人胚胎干细胞在内的细 胞定向分化的研究显示：细 胞分化与3个胚层发生这一复 杂的过程，不仅依赖于各种 信号分子的组合和浓度，也 与细胞相互间的位置密切相 关，细胞所处的位置即细胞 的微环境对细胞状态的维持 及分化的命运起到关键作用。
细胞分化与3个胚层发生的分子机制的示意：基因丢失，基因扩增，基因重排，DNA甲 基化 基因重排：基因与基因间的位置或顺序发生重新排列组合。如B 淋巴细胞分化为浆细胞的过程中，它的DNA经过断裂重排的变化, 这有利于其利用有限的免疫球蛋白基因表达大量的抗体。 总之伴随染色质变化及基因重排，细胞分化也出现变化。
（三）细胞记忆与决定
信号分子的有效作用时间是短暂的，然而细胞可以将这种短暂的作用储存起 来并形成长时间的记忆，逐渐向特定方向分化。 果蝇幼虫的成虫盘（imaginal disc)是一些未分化的细胞群,在幼虫变态过程中， 不同的成虫盘发育为成虫不同的器官。
细胞生物学中的细胞周期和细胞分化
细胞生物学中的细胞周期和细胞分化细胞生物学是研究生命的基本单位——细胞的结构、功能和生命周期的学科。
在细胞生物学中，细胞周期和细胞分化是两个非常重要的概念，它们是细胞发展和形态变化的关键。
一、细胞周期细胞周期是指细胞从一次分裂开始，到下一次分裂结束所经历的一系列生理和生化变化的过程。
细胞周期包括四个主要的阶段：G1期，S期，G2期和M期。
这些阶段之间的时间和顺序是十分严格和有序的，其中G1期、S期和G2期合称为间期(I期)，M期则是有丝分裂。
1. G1期：细胞在此期间长期停滞，生长和合成生命所需物质。
细胞周期中大部分时间花费在G1上，这是因为它是细胞准备进入S期的关键时期。
若遇到不良外界环境，细胞可在G1期中慢下来或随时停止。
2. S期：细胞在此期间进行DNA复制并合成染色体的复制物。
S期保证了每个新细胞都能获得与母细胞一样的基因组，从而保证后代的遗传信息得到传递。
3. G2期：细胞在此期间进行备份。
细胞检查染色体是否正确地复制，并检查其所有细胞器是否正常。
在G2期，细胞准备进入有丝分裂的M期，从而分裂成两个新的细胞。
4. M期：细胞在此期间进行有丝分裂，包括分裂和细胞质分裂。
有丝分裂确保了每个新细胞都能获得与母细胞一样数量和类型的染色体，从而使后代在形态和功能上与母细胞相似。
二、细胞分化细胞分化指的是由未分化状态到特定功能细胞状态的过程。
在一个多细胞的生物体中，细胞分化是一个非常重要的过程，因为只有不同种类的细胞协调工作，整个生物体才能正常运作。
细胞分化主要涉及到基因的表达和细胞类型和功能的转变。
在某些组织中，细胞分化是不能逆转的，而在其他组织中，则有一定的可逆性。
在干细胞中，目前还没有表达分化基因，这使它们有潜力成为几乎任何细胞类型。
干细胞研究的目标之一是向这些细胞定向，使它们变成特定的细胞类型，从而用于疾病治疗或组织工程。
细胞周期和细胞分化是细胞发展和变化的两个关键过程。
在研究这些过程中，可以更好地理解细胞是如何工作的，并且有助于对疾病和诸如癌症等异常条件的理解。
细胞生物学-细胞分化知识点
细胞生物学-细胞分化知识点●基本概念：结构和功能上发挥稳定性差异的过程●细胞分化的基本特征●分化细胞的表型特化：●稳定，与功能相适应●分化程度与分裂能力成反比●分化程度高对环境因子反应性弱●生理状态下分化稳定性不可逆●个体发育过程中细胞分化的时空性●细胞决定(cell determination)●时间上的分化：不同阶段不同的形态结构和功能●空间上的分化：●人类三个胚层的细胞具有不同的分化方向●血红蛋白不同阶段四聚体亚基组成是不同的●果蝇成虫盘是一些初级分化细胞群●个体发育过程中细胞分化的潜能性●细胞的分化潜能在发育过程中逐渐变窄●全能细胞：受精卵●多能细胞：三层胚●外胚层：神经、表皮。
●中胚层：肌肉、骨。
●内胚层：消化道、肺上皮。
●单能：●细胞生理状态随分化水平而变化●已分化细胞核的全能型●细胞核移植实验●分化细胞的遗传物质●去分化 (dedifferentiation)●在特定条件的诱导下，高度分化的细胞可以失去特有的结构和功能，变为具有未分化细胞的特性。
这种现象叫做去分化。
●转分化 (transdifferentiation)●已分化细胞经过去分化之后再分化成另一种细胞的变化过程。
●细胞重编程●终末分化细胞逆转为原始的多能干细胞，甚至是全能性干细胞状态的过程●细胞分化的调控●细胞分化与基因表达的差异●细胞分化是基因差异表达的结果●非编码RNA：例如lncRNA●管家基因●维持细胞生长存活时刻都在表达的基因●奢侈基因●组织特异性基因●组合调控引起组织特异性的表达●多种蛋白共同调控●差别基因表达的转录水平的调控●顺式作用元件与细胞分化调控●启动子●增强子●沉默子●转录因子与细胞分化的调控●通用转录因子●RNA酶核心启动因子结合●特异转录因子●特异性结合位点决定基因时间空间的特异性表达●DNA甲基化与细胞分化●甲基化水平越高编码蛋白的表达性越低●组蛋白共价修饰与细胞分化●组蛋白乙酰化●组蛋白甲基化●差异基因表达的转录后水平调控●hnRNA加工及选择性剪接●一种mRNA●多种mRNA，内含子与外显子的特异性(特异性选择表达)●翻译水平调控●翻译起始因子aIF-2●非编码RNA在细胞分化中的作用●miRNA：结合蛋白质抑制翻译●小分子干扰RNA：（siRNA）降解mRNA●piRNA：调节减数分裂主要存在于精细胞●影响细胞分化的因素●受精卵胞质的不均一●胞质记忆：胞质成分直接或者间接作用于基因组●决定子：它们支配细胞分化的途径。
医学细胞生物学细胞分化
分化的类型及特点
细胞分化可以分为3种类型：原始分化、血细胞分化和神经元分化。每种类型都具有独特的特点，包括发育阶 段、细胞形态、基因表达和功能。
分化的作用及意义
细胞分化对于多细胞生物的正常发育和功能至关重要。它使细胞能够分工合作，组成复杂的组织和器官系统， 实现生命的多样性和适应性。
分化与干细胞
医学细胞生物学细胞分化
细胞分化是医学细胞生物学中的重要概念，指的是细胞从未分化状态到特定 细胞类型的发展过程。它涉及多个方面，包括类型、特点、作用、机制等。
什么是细胞分化
细胞分化是指细胞从幼稚状态逐渐发展为不同类型、结构和功能的成熟状态的过程。这些成熟细胞具有特定形 态和功能，适应不同组织和器官的需求。
分化与干细胞密切相关，干细胞具有自我更新和多向分化的能力。深入了解 细胞分化过程可以帮助我们理解干细胞的特性和应用。
细胞分化的生理机制
细胞分化涉及多种生理机制，包括基因表达调控、细胞信号通路、表观遗传改变、细胞迁移和形态变化等。这 些机制相互作用，驱动细胞朝着特定方向分化。
核糖体与细胞分化
核糖体是细胞中重要的功能结构，参与蛋白质合成。细胞分化与核糖体的调 控密切相关，核糖体的数量和组成在分化过程中发生变化。
化学信号物质与分化
细胞物质通过不同的 途径影响细胞分化的方向和速度。
细胞生物学10细胞分化的概念
Caspase家族与凋亡
caspases是一组存在于胞质溶胶中的结构上相 关的半胱氨酸蛋白酶，共同点是特异地断开天 冬氨酸残基后的肽键。 caspase能够高度选择性地切割某些蛋白质，这 种切割只发生在少数(通常只有1个)位点上，主 要是在结构域间的位点上 caspase切割的结果或是活化某种蛋白，或是使 某种蛋白失活，但从不完全降解一种蛋白质。
细胞凋亡的过程
①凋亡的起始 ②凋亡小体的形成 ③凋亡小体被吞噬并消化
①凋亡的起始
细胞膜依然完整 细胞间接触消失 细胞表面特化结构消失 核糖体逐渐从内质网上脱离 内质网囊腔膨胀并逐渐与质膜融合 染色质固缩形成新月形帽状结构沿着核膜分布。
②凋亡小体的形成
核染色质断裂为片段，与细胞器一起聚集，为 反折的细胞膜所包围。 细胞表面产生了许多泡状或芽状突起，逐渐分 隔形成单个的凋亡小体。
Fas或TNF受体蛋白通过直接与连接器蛋白FADD 作用而使caspase 2，8及10的酶原聚集其附近的细 胞质表面。 当caspase 2，8及10酶原达到一定浓度时，它们就 进行同性活化，在大小亚基之间进行切割，产生 具有活性的酶。 Caspase 2，8和10活化以后，就通过异性活化， 使下游的 caspase包括caspase 3和7活化，使其成 为凋亡的执行者。
细胞分化的实质
细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成 特异性蛋白质合成关键在于基因选择性表达 细胞分化的实质是组织特异性基因在时间与 空间上的差异表达(differential express)。 组织特异性基因的表达受控于组合调控。
转分化
一种类型的分化细胞转变成另一种类型的分 化细胞的现象称转分化(transdifferentiation) 转分化的过程 ✓ 去分化(dedifferentiation) ✓ 再分化(redifferentiation) 。
细胞分化与胚胎发育《细胞生物学》知识点总结
细胞分化与胚胎发育《细胞生物学》知识点总结●第一节细胞分化●一.细胞分化的基本概念●（一）定义及实质●1.细胞分化(cell differentiation)：在个体发育中，由一种细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生不同细胞类群的过程。
●2.细胞分化的实质：组织特异性基因在时间与空间上的差异表达(differentialexpress)。
●这种差异表达不仅涉及到基因转录水平和转录后加工水平上的精确调控，而且还涉及染色体和DNA水平（如DNA与组蛋白修饰），蛋白质翻译和翻译后加工与修饰水平上的复杂而严格的调控过程。
细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成，其实质在于基因选择性表达。
●（二）细胞分化是基因选择性表达的结果●1.实验证据（分子杂交）●●2.实验结果●不同类型的细胞各自表达一套特异的基因，其产物不仅决定细胞的形态结构，而且执行特定的生理功能。
●3.实验方法●（1）基因表达谱——RNA测序(RNA sequence,RNAseq); ATACseq。
●（2）蛋白表达谱——Mass spectrometry●（三）管家基因与组织特异性基因●1.管家基因(house-keeping genes)●是指几乎所有细胞中均表达的一类基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必需的；如微管蛋白基因、糖酵解酶系基因与核糖体蛋白基因等。
持续失活的基因甲基化程度一般较高，持续表达的管家基因甲基化程度一般较低。
●2.组织特异性基因(tissue-specific genes)，或称奢侈基因(luxury genes)●是指不同细胞类型中进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特定的功能；如卵清蛋白基因、上皮细胞的角质蛋白基因和胰岛素基因等。
●（四）组合调控引发组织特异性基因的表达●1.组合调控 (combinational control)●有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型基因表达。
细胞生物学中的细胞分化与重编程
细胞生物学中的细胞分化与重编程细胞分化与重编程是细胞生物学中的两个重要概念。
细胞分化是指原始的未分化细胞逐渐发展成特定类型的细胞，如肌肉细胞、神经细胞等。
而细胞重编程则是指已经分化的细胞重新回到未分化状态，具备再次分化为各种细胞类型的能力。
这两个过程在生物发育和组织修复中起着至关重要的作用。
细胞分化是多细胞生物体发育的基础。
在胚胎发育过程中，一细胞受精卵通过连续的细胞分裂和分化，最终形成各种不同类型的细胞。
这些细胞具有不同的形态和功能，如心脏细胞、肝细胞等。
细胞分化是通过基因表达的调控来实现的。
在细胞分化过程中，某些基因会被激活，而其他基因则被关闭。
这种基因表达的差异导致了细胞特定的形态和功能。
然而，细胞分化并不是一个不可逆的过程。
细胞重编程是指已经分化的细胞重新回到未分化状态，具备再次分化为各种细胞类型的能力。
细胞重编程可以通过多种方法实现，其中最为著名的是诺贝尔奖获得者尤马纳卡和托马斯的工作。
他们发现，通过将成体细胞核移植到未受精卵中，可以使成体细胞重回未分化状态，并最终发育成为一个新的个体。
这一发现揭示了细胞分化和重编程之间的密切联系。
细胞重编程的研究对于生物学和医学具有重要意义。
首先，细胞重编程的研究可以帮助我们深入了解细胞分化和发育的机制。
通过研究细胞重编程过程中的基因表达调控、信号通路等，我们可以揭示细胞分化的分子机制，进而为疾病治疗和组织工程提供理论基础。
其次，细胞重编程还可以应用于组织修复和再生医学。
通过将患者的成体细胞进行重编程，可以获得与患者自身组织相匹配的干细胞，从而实现个体化的组织修复和再生。
然而，细胞重编程也存在一些挑战和限制。
首先，细胞重编程的效率较低。
目前的细胞重编程技术仍然存在很多问题，如重编程过程中的细胞损伤、基因突变等。
这些问题限制了细胞重编程技术的应用范围和效果。
其次，细胞重编程的安全性也是一个重要的问题。
重编程过程中的基因表达调控异常可能导致细胞的异常增殖和肿瘤形成。
细胞生物学 第十一章 细胞分化
果蝇成虫盘初级分化细胞群的不同分化去向
在幼虫变态过程中，成虫盘不同部位的细胞群沿着一定方向分化发 育为成虫的不同器官，如腿、翅和触角等。
3、个体发育中细胞分化的方向和潜能逐渐受到限制
全能干细胞（totipotent cell ）：处于8细胞之前的每一个胚胎细胞
都具有全能性，将任意细胞移入子宫，都可以发育为一个完整个体，称为 全能干细胞。
多能干细胞（pluripotent cell ）：随着发育的进行，形成胚泡，胚泡一侧的
内细胞团具有分化为成熟个体中所有细胞类型的潜能，但没有形成完整个体的能
力，称为多能干细胞，也称为胚胎干细胞（embryonic stem cell， ESC)。
外胚层
中胚层
内胚层
生殖细胞
专能干细胞（unipotent cell）：随着胚胎继续发育，多能干细胞进一步分化，
第十一章 细胞分化
一、细胞分化的基本概念和特征
细胞分化（cell differentiation): 从受精开始的个体发育过 程中细胞之间在形态、结构、生化组成和生理功能方面发 生稳定性差异的过程。
组织、器 官、系统
个体
1、细胞分化表现为细胞间发生稳定性差异
形态结构与功能相适应，如神经细胞、骨骼肌细胞； 化程度与分裂能力呈反比； 分化程度高的细胞对环境因子的反应性弱，抵抗能力 越强； 生理条件下分化稳定不可逆。
真核生物中。
由 同 源 异 形 框 基 因 编 码 的 蛋 白 称 为 同 源 异 形 域 蛋 白 （ homeodomain protein）， 为一组决定胚胎个主要区域器官的形态建成！
三、影响细胞分化的因素
（一）母体效应基因产物对细胞分化的影响
卵细胞中的蛋白质、mRNA并非均匀分布的，而是定位于特定的空间， 卵的异质性使卵的分裂必然是不对称的。在卵裂期间，不同的细胞质组分 被分配到不同类型的细胞内，这些特殊的组分被称为形态发生的决定子， 它们支配细胞分化的途径。
细胞生物学中的细胞分化与细胞重编程
细胞生物学中的细胞分化与细胞重编程绪论细胞是构成生物体的最基本单位，而细胞生物学则是研究细胞结构、功能和发育等相关问题的学科。
细胞分化和细胞重编程是细胞生物学领域中两个重要而复杂的研究方向。
本文将重点探讨细胞分化和细胞重编程的概念、机制以及相关应用。
第一章细胞分化的概念与机制1.1 概念细胞分化是指由单一全能细胞逐渐特化为不同形态和功能的细胞的过程。
在生物发育过程中，细胞分化是一种高度有序的现象，常常伴随着基因表达的差异和形态结构的改变。
1.2 机制细胞分化的过程受到多种内外因素的调控。
其中，基因表达调控在细胞分化中起着重要作用。
通过转录因子的调控和表观遗传修饰的变化，细胞可以在基因表达水平上产生差异，从而实现分化为特定细胞类型。
第二章细胞重编程的概念与应用2.1 概念细胞重编程是指通过人工手段将已分化的细胞重新转变为全能状态的过程。
细胞重编程可以通过不同的方法实现，如核移植、基因转导等。
2.2 应用细胞重编程在医学研究和再生医学领域具有重要的应用价值。
通过细胞重编程，可以获得全能干细胞，即诱导性多能干细胞(iPSC)，这为研究人类发育过程、疾病模型的建立以及药物筛选等提供了有力的工具和平台。
第三章细胞分化与细胞重编程的关系3.1 细胞分化与细胞重编程的相似性细胞分化和细胞重编程虽然在某些方面存在差异，但也有许多相似之处。
两者都涉及到细胞形态结构的改变和基因表达的重新调控。
此外，细胞重编程可以通过逆转细胞分化过程实现，从而恢复细胞的全能状态。
3.2 单细胞转录组学的应用随着单细胞转录组学技术的发展，研究者可以更好地揭示细胞分化与细胞重编程的细节和机制。
通过对单个细胞的基因表达谱进行测序，可以了解细胞在分化和重编程过程中的转录谱差异，从而深入理解这两个过程的调控方式。
结论细胞分化和细胞重编程是细胞生物学中的重要研究方向，对于理解生物发育和疾病发生机制具有重要意义。
通过研究细胞分化和细胞重编程的概念、机制以及相关应用，我们可以更好地揭示细胞的多样性和可塑性，为生物医学领域的研究和应用提供理论指导和技术支持。
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细胞分化的一般概念
二、细胞分化的一般规律
（一）细胞分化的稳定性 （二）细胞分化的可逆性
去分化
第一节
细胞分化的一般概念
二、细胞分化的一般规律
（一）细胞分化的稳定性 （二）细胞分化的可逆性 1、去分化 某些特殊条件下，已经分化的细胞可以发生逆转， 回复到原未分化状态的现象，称为去分化 （dedifferentiation）或脱分化 。
细胞分化的可逆性
去分化
再分化
转分化
第一节
细胞分化的一般概念
二、细胞分化的一般规律
（一）细胞分化的稳定性 （二）细胞分化的可逆性 1、去分化 2、转分化
已经分化的细胞可从一种分化状态变为另一种分化 状态的现象，称为转分化（transdifferentiation）。 ★无论是动物还是植物，细胞分化的稳定性是普 遍存在的，而分化的可逆性（转分化、去分化） 是有条件的。
识别细胞分化的三项指标：形态结构、生理功能、 生化特征。
第一节 细胞分化的一般概念
细胞分化的主要标志（关键）：细胞内开始合 成新的特异性蛋白质（如：角蛋白、肌球蛋白、 肌动蛋白）。 细胞分化的本质：由于基因选择性表达（基因 差别表达，Gene differentiated express）合成 特异性蛋白质，导致形态、结构和功能各异的细胞 的出现。
英国科学家格登利用爪蟾细胞核移植实验证明了体细胞核的全能性。
卡尔-伊尔门泽和彼得-霍佩利用鼠胚胎细胞培育出发育正常的小鼠。 施特恩-维拉德森用取自羊的未成熟胚胎细胞克隆出一只活产羊。 维拉德森获得连续移核二代的克隆牛。 尼尔-菲尔斯特用发育到至少有120个细胞的晚期胚胎克隆牛。
Dolly的标本和伊恩博士
细胞决定从本质上讲是发育阶段特异基因表达的结果。
第三节
细胞分化潜能
细胞分化的普遍规律：全能→多能→单能
第三节 细胞分化潜能
一、在发育过程中细胞潜能逐渐变窄
1、 全能性细胞 （totipotent 完整个体的能力的细胞。
cell） ：具有发育为一个
哺乳类在形成囊胚以前的细胞前（8-16细胞期）均为全能性 。 细胞分化从囊胚开始。
第五节
影响细胞分化的因素
细胞外因素
细胞内因素
细胞核 细胞质
环境因素 细胞间的相互作用 激 素
第五节
一、细胞内因素
影响细胞分化的因素
（一）细胞核：基因的特异性表达 （二）细胞质：调控特异性基因表达
第五节
二、细胞外因素
（一）环境因素
影响细胞分化的因素
生物个体的生长发育离不开环境，环境中的物理、 化学因子等往往以提供信号的方式影响机体的细胞分 化。 如： 如豚鼠的孕期为68d，如果在妊娠18—28d给母 鼠增温度3—4℃1小时，胎鼠脑重可减轻10％。
① 随着分化程度的提高，细胞分裂能力逐渐下降。高度 分化的细胞往往不再发生分裂。
② 随着分化程度的提高，细胞对环境因子的反应能力也 逐渐下降。
第二节
细胞决定与细胞分化
三、细胞分化的潜能与细胞决定
（一）在发育过程中细胞潜能逐渐变窄
（二）分化细胞细胞核的全能性 高等动物在胚胎发育过程中，细胞的全能性 逐渐受到限制最后成为终末分化细胞。 细胞核却始终保持着其分化的全能性，称为全 能性细胞核（totipotent
受精卵
桑椹胚
囊胚
第二节
细胞决定与细胞分化
一、在发育过程中细胞潜能逐渐变窄 2、多能性细胞（pluripotent cell）：在胚胎发育的三 胚层形成后，细胞的分化潜能受到限制，仅能向本胚层 组织和器官分化发育的细胞。（胚胎干细胞，胚胎生殖 细胞） 3、单能性细胞（unipotency cell）：经过器官发生，各 种组织细胞在形态上特化、功能上专一化，形成单能性 细胞。（上皮基底层干细胞、肌肉中成肌细胞等）
第五节
1）胚胎诱导的特点：
影响细胞分化的因素
（1）诱导具有层次 初级诱导→次级诱导→三级诱导 举例：眼球发育过程的多级诱导作用
中胚层脊索诱导外胚层细胞向神经方向分化，神经板产生， 这是初级诱导； 神经管形成后，诱导其外表面覆盖的外胚层形成眼晶状体， 这是次级诱导； 晶状体进一步诱导其外面的外胚层形成角膜，这是三级诱导。
脑 脊髓 腺 外胚层 中胚层 中胚层 软骨 肌肉
毛、齿 甲、爪
髓样组织 淋巴组织 形成血的组织 泌尿生殖系统
骨 致密结缔组织 疏松结缔组织
呼吸系统上皮
消化道上皮
内胚层 受 精 卵
卵 裂 分 化
腺
甲状腺
肝
胰
甲状旁腺
细胞决定是细胞分化潜能逐渐受限的过程。
第二节
细胞决定与细胞分化
一、在发育过程中细胞潜能逐渐变窄
日本16年死鼠“死而复生” 克隆技术是福是祸
2008年11月6日 CCTV 第一时间
日本神户市的科学家表示，他们利用从冷冻 了16年的老鼠尸体上提取大脑细胞，成功地使它 “死而复生”。
这项克隆技术有望克隆出已经灭绝的生 物甚至逝去的死者，但同时也引发了巨大的 科学伦理争议。
韩国：成功克隆首批转基因荧光狗
第一节
细胞分化的一般概念
二、细胞分化的一般规律
（一）细胞分化的稳定性 （二）细胞分化的可逆性 （三）细胞分化基因调节的保守性
实验1：
Engrailed-1 基因敲除
缺乏小脑
输入果蝇的Engrailed-1 同源蛋白
实验2：
Engrailed-1 基因敲除
小脑发育
第一节
细胞分化的一般概念
二、细胞分化的一般规律
细胞分化的空间性：指同一种细胞的后代，由于各种细胞所 处的空间位臵不同，其环境也不一样，可以有不同的形态结构 和功能。
血细胞的发生
细胞分化的时间性：指一个细胞在不同的发育阶段细胞可 以有不同的形态结构和功能。
第一节
细胞分化的一般概念
三、细胞分化的生物学意义
增殖 增殖
细胞分化是个体发育的基础。 胚胎发育过程中——产生不同组织器官形成新的个体。 胚后发育中——产生特定类型细胞补充组织损失的细胞。
细胞分化 Cell Differentiation
生物教研室：刘岚
Human: 1014 cells, >200 cell types
教学要求
掌握：细胞分化的基本概念、一般规律和 潜能；细胞决定的基本概念和特征。 熟悉：细胞分化的影响因素。 了解：细胞分化与基因表达调控、细胞分 化与肿瘤。
第一节
细胞分化的一般概念
一、细胞分化的概念 About the concept of cell differentiation
精子 卵 受精卵
分化
发 育
新个体
第一节
细胞分化的一般概念
细胞分化（cell differentiation）：是指同一 来源的细胞经过分裂逐渐在形态结构、生理功能和 蛋白质等方面产生稳定性差异的过程。
第二节
细胞决定与细胞分化
一、细胞决定与细胞分化
1、概念 细胞决定（cell determination）：个体发育 过程中，细胞在发生可识别的形态变化之前就已确 定了未来的发育命运，这种细胞预先作出的分化选 择，称为细胞决定。
第二节
细胞决定与细胞分化
一、细胞决定与细胞分化
1、概念 细胞决定是早期发育事件 细胞决定的时间： 胚胎发育早期
nucleus）。
“细胞核全能性”研究历史
1938年 1951年 1963年 汉斯-施佩曼提出设想——从发育后期的胚胎取出细胞核，将其移植到 卵子中。 利从青蛙的后期胚胎细胞中取出细胞核移植获得蝌蚪和成体蛙。 我国童第周以金鱼作为材料，鱼类胚胎细胞核移植技术获得成功。
1964年
1981年 1984年 1989年 1994年
在胚胎三胚层期，在细胞之间出现可识别的 形态和功能差异以前，各器官的预定区已经确定， 每个预定区决定了它只能按一定的规律发育分化 成特定的组织、器官和系统。
第二节
细胞决定与细胞分化
二、细胞决定的特征
1、细胞决定的稳定性 2、细胞决定的可遗传性 3、细胞决定的可逆性
第二节
细胞决定与细胞分化
二、细胞决定的特征
第二节
细胞决定与细胞分化
三、细胞决定的机制及调节
（一）卵细胞质对早期胚胎细胞决定的影响 在胚胎早期发育过程中，细胞质中某些物质成 分的分布有区域性，胞质成分不均质。
细胞分裂时胞质成分（决定子）呈不均等分配 到子细胞中，这种不均一性胞质成分可以调控细胞 核基因的表达，在一定程度上决定细胞的早期分化。
1、细胞决定的稳定性
表皮 表皮
表皮
脑
脑
表皮
原肠胚早期
原肠胚晚期
两栖类在早晚原肠胚之间开始细胞决定；一但决定后，即使外 界因素改变，细胞仍按照已经决定的方向分化。
细胞决定先于细胞分化并制约着细胞分化的方向。
第二节
细胞决定与细胞分化
二、细胞决定的特征
1、细胞决定的稳定性 2、细胞决定的可遗传性
果蝇是分化研究的重要模型动物，成虫盘是幼虫 体内已决定的尚未分化的细胞团，在幼虫阶段这些细 胞群无明显形态差异；在变态期，不同部位的成虫盘 分别向着一定方向分化，逐渐发育为果蝇的腿、翅、 触角等相应的成体结构。
（一）细胞分化的稳定性 （二）细胞分化的可逆性 （三）细胞分化基因调节的保守性
证明：不同动物的同源蛋白，特别是同源调节蛋白，在 结构、功能及生化反应上具有一定的相似性。
第一节
细胞分化的一般概念
二、细胞分化的一般规律
（一）细胞分化的稳定性 （二）细胞分化的可逆性 （三）细胞分化基因调节的保守性 （四）细胞分化的时空性
第五节
二、细胞外因素
影响细胞分化的因素
（二）细胞间的相互作用 1、 诱导 胚胎诱导（embryonic induction）：胚胎发 育特定阶段，一部分细胞对邻近细胞产生影响， 并决定其分化方向的作用，称为胚胎诱导。