大连工业大学细胞生物学第十一章 细胞分化与基因表达调控[可修改版ppt]
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DNA-RNA杂交实验：
同一物种不同组织的DNA-RNA间的杂交不同，证 明RNA有组织特异性。
从分子水平看
基因选择表达 特异mRNA转录 特异蛋白质
合成细胞分化
上述实验证实一个动物体内的不同类型细胞所含DNA 相同，它们具有相同的基因。在发育的不同阶段 和不同类型的组织中发生差别基因表达，使RNA有 所不同，由于编码特异蛋白的结构基因在不同细 胞中被选择性地激活，转录产生了不同的mRNA， 从不同的mRNA转译产生的蛋白质就是专一的特异 性蛋白质。特异蛋白质在细胞中出现就是细胞表 型分化的标志。
分子杂交实验证明：细胞分化是基因选 择性表达的结果
分子杂交：DNA-DNA或DNA-RNA单链之间的互补序 列在一定条件下通过碱基互补配对原则形成双 链的现象。
DNA-DNA杂交实验：
不同物种的DNA序列不能杂交，证明DNA有物种特 异性；
同一物种不同组织的DNA间能杂交，表明DNA无组 织特异性。
多能细胞 全能细胞
单能细胞
plant cell --totipotency
始终保持其分化全能性的细胞核
爪蟾卵核移植实验(经典的实验)
正常幼体
爪蟾受精卵
去细胞核
植入表皮细胞的核
始 终 保 持 其 分 化 全 能 性 的 细 胞 核
克隆羊“多莉”实验
即
:
高
度
分
化
的
细
胞
如
乳
腺
细
胞
的
核
仍
有
全
能
图示
通常，细胞分化是指细胞表型变化：
神经细胞
具有传导神经信息的功能
（伸出长的突起）
分化
肌细胞
具有收缩功能
源自文库
（呈梭形或柱形）
表皮细胞 具有保护功能 （呈扁平形）
红细胞 具有携带氧和二氧化碳的功能 （呈圆盘状）
细胞分化的表现是产生不同结构和功能的细胞， 其实质是由于特异功能蛋白质的合成。
如： 神经细胞传导神经信息 神经递质； 肌细胞 收缩作用 肌动蛋白和肌球蛋白； 成熟的红细胞 运输氧和二氧化碳血红蛋白； 表皮细胞保护作用角蛋白
管家基因(house Keeping gene) 维 持细胞生命活动所必需的、各类细 胞共有的，对细胞分化只起协助作 用的基因。如膜蛋白、核糖体蛋白、 线粒体蛋白等。
一、细胞分化是基因选择性的表达
基因差异表达：细胞分化并不是基因组DNA全部表 达，而是奢侈基因按一定程序，有 选择地相继活化表达
不同细胞：相同DNA 不同RNA 不同PRO
受精卵 卵裂
脑 脊髓
神经管
腺
毛、齿、爪等
髓样组织
外胚层 软骨 肌肉
形成血的组织 淋巴组织
中胚层
泌尿生殖系统
骨 致密结缔组织
疏松结缔组织
内胚层
呼吸系统
肝、胰
甲状腺
甲状旁腺
腺
第一节 细胞分化和细胞决定
细胞分化(cell differentiation) ：指受 精卵开始的个体发育过程中细胞之间逐渐产 生稳定性差异的过程。
不正常条件
1958年有人用 野生胡萝卜游 离的韧皮部细 胞进行体外培 养的实验中， 观察到已经高 度分化的细胞 可以重新分裂 而回得到胚性 细胞状态，这 种现象叫做去 分化或称脱分 化，然后通过 再分化形成根 茎，最终发育 成完整的新 植株。
转分化：在一定的条件下哺乳动物的细胞也可以
转化成另一种分化细胞。
性
四、细胞分化在细胞增殖的基础上进 行的
细胞分化发生于细胞增殖的Ｇ１期 细胞的分裂能力往往随着细胞分化程度
的提高而有所下降
第二节、细胞分化的分子基础
奢侈基因（luxury gene）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、分泌蛋白 等。
培养基中缺乏维生素A
如：人皮肤基底层细胞角化细胞 培养基中富含维生素A
粘膜上皮细胞或具有纤毛的上皮细胞。
３、细胞分化具有时间性和空间性
单细胞生物：时间性 多细胞生物：时间性＋空间性
４、生物体普遍存在分化
胚胎期是重要的细胞分化时期
二、细胞决定
细胞决定（Determination）是指细胞在发生 可识别的分化特征之前，就已确定了未来的发 育命运，并向着特定方向分化，称为细胞决定。
大连工业大学细胞生物学第十一章 细胞 分化与基因表达调控
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桑椹胚
卵裂和胚泡形成
卵裂
受精卵
胚泡
胚泡形成
胚泡于受精后第4-5天形成，并进入子宫。
胚泡
胚端滋养层
内细胞群
胚泡腔 滋养层
三胚层胚盘及相关结构的形成（第三周）
原条
部分上胚层细胞增殖---原条
头部—原结 中心浅凹---原凹
上胚层形成：外胚层 中胚层 内胚层
分化的主要标志：细胞内开始合成新的特异性 蛋白质
细胞分化的关键：由于细胞选择性表达合成特异性 蛋白质，导致形态、结构和功能各异的细胞
细胞分裂
细胞分裂
受精卵――――--胎儿――――----成人
细胞分化
细胞分化
受精卵
胎儿
成人
增殖
增殖
如果只有细胞增殖，没有细胞分化， 就只能形成一细胞团，而不能形成人体。
（一）卵细胞质的作用
卵细胞质的作用：细胞决定，即决定细 胞分化的方向。
作用时间：胚胎发育早期（卵裂期）
以蛙为例：
3
1
4
2
5
1 神经细胞质 2 脊索细胞质 3 外胚层细胞质 4 中胚层细胞质 5 内胚层细胞质
蛙受精卵的细胞质是不均质的， 这种不均质性, 对胚胎的早期 发育具有很大影响，在一定程 度上决定细胞的早期分化
细胞决定的物质：卵细胞质
证明：胚胎移植实验
（一）遗传稳定性
果蝇成虫盘细胞的移植实验
（二）决定制约着细胞分化的方向
三、具有全能性的细胞与细胞核
➢ 细胞全能性：单个细胞经分裂和分化后仍 具有发育成完整个体的能力
受精卵和桑椹胚期的８细胞前的细胞
➢ 在胚胎发育过程中，由全能多能单能 的发育趋向，是细胞分化的一个普遍规律
基因差异表达的调控主要发生在 转录水平
（一）顺式调控元件 启动子、增强子、沉默子等
（二）反式作用因子 （三）活性染色质结构的特异调控区 （四）ＤＮＡ甲基化 （五）同源盒基因
膨松区
果蝇唾液腺多线染色体膨松区的变化
第四节 细胞分化的影响因素
一、影响细胞分化的内在因素 • 卵细胞质 • 细胞核的作用 • 核质相互作用
一、细胞分化的特点：
１．稳定性：即在正常生理条件下，细胞的分 化状态一旦确定，将终生不变，既不能逆转也 不能互变。
２．去分化：在一定条件下，高度分化的细胞可 以重新分裂而回得到胚性细胞状态，这种现象叫 做去分化 (dedifferentiation)
例如：
射线、药物、毒物...
正常分化的细胞
癌细胞
同一物种不同组织的DNA-RNA间的杂交不同，证 明RNA有组织特异性。
从分子水平看
基因选择表达 特异mRNA转录 特异蛋白质
合成细胞分化
上述实验证实一个动物体内的不同类型细胞所含DNA 相同，它们具有相同的基因。在发育的不同阶段 和不同类型的组织中发生差别基因表达，使RNA有 所不同，由于编码特异蛋白的结构基因在不同细 胞中被选择性地激活，转录产生了不同的mRNA， 从不同的mRNA转译产生的蛋白质就是专一的特异 性蛋白质。特异蛋白质在细胞中出现就是细胞表 型分化的标志。
分子杂交实验证明：细胞分化是基因选 择性表达的结果
分子杂交：DNA-DNA或DNA-RNA单链之间的互补序 列在一定条件下通过碱基互补配对原则形成双 链的现象。
DNA-DNA杂交实验：
不同物种的DNA序列不能杂交，证明DNA有物种特 异性；
同一物种不同组织的DNA间能杂交，表明DNA无组 织特异性。
多能细胞 全能细胞
单能细胞
plant cell --totipotency
始终保持其分化全能性的细胞核
爪蟾卵核移植实验(经典的实验)
正常幼体
爪蟾受精卵
去细胞核
植入表皮细胞的核
始 终 保 持 其 分 化 全 能 性 的 细 胞 核
克隆羊“多莉”实验
即
:
高
度
分
化
的
细
胞
如
乳
腺
细
胞
的
核
仍
有
全
能
图示
通常，细胞分化是指细胞表型变化：
神经细胞
具有传导神经信息的功能
（伸出长的突起）
分化
肌细胞
具有收缩功能
源自文库
（呈梭形或柱形）
表皮细胞 具有保护功能 （呈扁平形）
红细胞 具有携带氧和二氧化碳的功能 （呈圆盘状）
细胞分化的表现是产生不同结构和功能的细胞， 其实质是由于特异功能蛋白质的合成。
如： 神经细胞传导神经信息 神经递质； 肌细胞 收缩作用 肌动蛋白和肌球蛋白； 成熟的红细胞 运输氧和二氧化碳血红蛋白； 表皮细胞保护作用角蛋白
管家基因(house Keeping gene) 维 持细胞生命活动所必需的、各类细 胞共有的，对细胞分化只起协助作 用的基因。如膜蛋白、核糖体蛋白、 线粒体蛋白等。
一、细胞分化是基因选择性的表达
基因差异表达：细胞分化并不是基因组DNA全部表 达，而是奢侈基因按一定程序，有 选择地相继活化表达
不同细胞：相同DNA 不同RNA 不同PRO
受精卵 卵裂
脑 脊髓
神经管
腺
毛、齿、爪等
髓样组织
外胚层 软骨 肌肉
形成血的组织 淋巴组织
中胚层
泌尿生殖系统
骨 致密结缔组织
疏松结缔组织
内胚层
呼吸系统
肝、胰
甲状腺
甲状旁腺
腺
第一节 细胞分化和细胞决定
细胞分化(cell differentiation) ：指受 精卵开始的个体发育过程中细胞之间逐渐产 生稳定性差异的过程。
不正常条件
1958年有人用 野生胡萝卜游 离的韧皮部细 胞进行体外培 养的实验中， 观察到已经高 度分化的细胞 可以重新分裂 而回得到胚性 细胞状态，这 种现象叫做去 分化或称脱分 化，然后通过 再分化形成根 茎，最终发育 成完整的新 植株。
转分化：在一定的条件下哺乳动物的细胞也可以
转化成另一种分化细胞。
性
四、细胞分化在细胞增殖的基础上进 行的
细胞分化发生于细胞增殖的Ｇ１期 细胞的分裂能力往往随着细胞分化程度
的提高而有所下降
第二节、细胞分化的分子基础
奢侈基因（luxury gene）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、分泌蛋白 等。
培养基中缺乏维生素A
如：人皮肤基底层细胞角化细胞 培养基中富含维生素A
粘膜上皮细胞或具有纤毛的上皮细胞。
３、细胞分化具有时间性和空间性
单细胞生物：时间性 多细胞生物：时间性＋空间性
４、生物体普遍存在分化
胚胎期是重要的细胞分化时期
二、细胞决定
细胞决定（Determination）是指细胞在发生 可识别的分化特征之前，就已确定了未来的发 育命运，并向着特定方向分化，称为细胞决定。
大连工业大学细胞生物学第十一章 细胞 分化与基因表达调控
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桑椹胚
卵裂和胚泡形成
卵裂
受精卵
胚泡
胚泡形成
胚泡于受精后第4-5天形成，并进入子宫。
胚泡
胚端滋养层
内细胞群
胚泡腔 滋养层
三胚层胚盘及相关结构的形成（第三周）
原条
部分上胚层细胞增殖---原条
头部—原结 中心浅凹---原凹
上胚层形成：外胚层 中胚层 内胚层
分化的主要标志：细胞内开始合成新的特异性 蛋白质
细胞分化的关键：由于细胞选择性表达合成特异性 蛋白质，导致形态、结构和功能各异的细胞
细胞分裂
细胞分裂
受精卵――――--胎儿――――----成人
细胞分化
细胞分化
受精卵
胎儿
成人
增殖
增殖
如果只有细胞增殖，没有细胞分化， 就只能形成一细胞团，而不能形成人体。
（一）卵细胞质的作用
卵细胞质的作用：细胞决定，即决定细 胞分化的方向。
作用时间：胚胎发育早期（卵裂期）
以蛙为例：
3
1
4
2
5
1 神经细胞质 2 脊索细胞质 3 外胚层细胞质 4 中胚层细胞质 5 内胚层细胞质
蛙受精卵的细胞质是不均质的， 这种不均质性, 对胚胎的早期 发育具有很大影响，在一定程 度上决定细胞的早期分化
细胞决定的物质：卵细胞质
证明：胚胎移植实验
（一）遗传稳定性
果蝇成虫盘细胞的移植实验
（二）决定制约着细胞分化的方向
三、具有全能性的细胞与细胞核
➢ 细胞全能性：单个细胞经分裂和分化后仍 具有发育成完整个体的能力
受精卵和桑椹胚期的８细胞前的细胞
➢ 在胚胎发育过程中，由全能多能单能 的发育趋向，是细胞分化的一个普遍规律
基因差异表达的调控主要发生在 转录水平
（一）顺式调控元件 启动子、增强子、沉默子等
（二）反式作用因子 （三）活性染色质结构的特异调控区 （四）ＤＮＡ甲基化 （五）同源盒基因
膨松区
果蝇唾液腺多线染色体膨松区的变化
第四节 细胞分化的影响因素
一、影响细胞分化的内在因素 • 卵细胞质 • 细胞核的作用 • 核质相互作用
一、细胞分化的特点：
１．稳定性：即在正常生理条件下，细胞的分 化状态一旦确定，将终生不变，既不能逆转也 不能互变。
２．去分化：在一定条件下，高度分化的细胞可 以重新分裂而回得到胚性细胞状态，这种现象叫 做去分化 (dedifferentiation)
例如：
射线、药物、毒物...
正常分化的细胞
癌细胞