2020高中生物竞赛—细胞生物学第十二章 细胞分化与基因表达调控PPT优秀课件
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2020-2021学年高中生物竞赛代谢调节与基因表达调控课件
1.细胞质基质的代谢 2.线粒体的代谢 3.叶绿体与质体的代谢 4.细胞核的代谢 5.溶酶体、过氧化物酶体的代谢 6.高尔基体与内质网的代谢 7.液泡的代谢
二、代谢调节作用点——限速酶、关键酶
体内代谢是一系列酶促反应的总和，
整个代谢途径速度往往决定代谢途径中催 化活力最低，米氏常数最大，也就是催化 反应速度最慢的酶，它起着限速反应作用， 故称之为 “限速酶”（rate－limiting enzyme），代谢调节就是通过这些酶活 性的改变来发挥调节作用的。但因为代谢 途径经常有交叉联系与分支，因此每条酶 促代谢反应途径都有相应的限速酶，所以 整个代谢途径中就会有多个限速酶。
1）顺式作用元件
指对基因表达有调节活性的DNA序列， 其活性只影响与其自身同处在一个DNA分 子上的基因；同时，DNA序列通常不编码 蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中，如 启动子。
2）反式作用因子
能调节与它们接触的基因的表达的各 种扩散分子（通常是蛋白质），如转录因 子；其编码基因与其识别或结合的靶核苷 酸序列不在同一个DNA分子上。
决定机体当时的需要与条件；而每条代谢 途径的定向、多取决于催化各代谢途径反 应的第一个酶，它们在催化可逆反应中往 往极度偏向一个方向，决定着多酶体系催 化代谢反应的方向，故又称为“关键酶” （key enzyme）。代谢方向调节主要通过 调节这些关键酶的活性。而关键酶往往同 时又是限速酶，他们是代谢的调节作用点。
➢起调节作用的是某种氨基酰-tRNA的浓度。
3)降解物对基因转录的调控
➢葡萄糖效应（降解物抑制作用）：是指 当葡萄糖和其它糖类一起作为细菌的碳源 时葡萄糖总是优先被利用，葡萄糖的存在 阻止了其它糖类利用的现象。
➢解释：葡萄糖的存在降低了细胞内cAMP的含量，而
生物化学课件：第十二章基因表达调控
（三）基因表达调控的主要方式
顺式作用元件(cis-acting element)
——可影响结构基因表达的调节序列
反式作用因子(trans-acting factor)
——由某一基因表达产生的蛋白质因子，与被调节的DNA调节序列相 互作用而发挥作用，这些蛋白质分子称为反式作用因子。
转录调控是以特定的DNA序列和蛋白质 结构为基础
目录
调控蛋白具有结合DNA所需的结构特征
基因特异性转录因子（gene specific transcription factors）:能够与顺式作用元件特异性结合、对基 因表达的转录起始过程有调控作用的蛋白质
（一）基因表达的时间特异性
➢按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为 基因表达的时间特异性(temporal specificity)。
➢多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性(stage specificity)。
（二）基因表达的空间特异性
➢在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称 之为基因表达的空间特异性(spatial specificity)。
In abundance:
Clyde et al. (2003). Nature 426:849-853
Note how the gene whose expression is indicated in blue varies in abundance from strong expression (bold arrow) to weak (thin arrow) within its expression domain. These differences in strength of gene expression have important functional consequences.
细胞分化与基因表达调控ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
克隆
生殖性克隆
治疗性克隆
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2、细胞分化的实质
个体发育过程中，各种不同的分化细胞都 具有相同的基因组，只是表达的基因有所 不同。
细胞分化是基因选择表达的结果
细胞分化是由于基因选择性的表达各自持 有的专一性蛋白质而导致细胞形态、结构 与功能的差异。
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Stem cell and its differentiation potential
1. What is a stem cell ?
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Regeneration of new tissues from our own cells will not
be far behind
调控蛋白的组合是影响细胞分化的主 要的直接因素。
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高中生物竞赛代谢调节与基因表达调控课件
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限速酶与关键酶的调节通过活性与酶的含 量来实现。体内酶活性的大小虽受pH、 温度等条件影响，但一般机体平时的体温、 pH改变很小，底物浓度虽有变化，但变 化也不太大，所以体内调节酶的活性主要 是通过改变现有的酶的结构与活性，即酶 的“别构调节”与“化学修饰调节”两种 方式，这种调节是利用现有的酶，一般在 数秒或数分钟内即可完成，因此是一种快 速调节。
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蛋白质生物合成的过程需时较长，诱导与 阻遏的调节效应出现得较迟，为迟缓调节， 且酶蛋白生物合成后，即使去除了诱导剂， 酶的活性仍保持，直至酶蛋白本身被代谢 降解破坏，因此其调节效应持续时间较长， 生物合成蛋白质消耗的能量也较多。
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1）底物的诱导 如精氨酸诱导Hela细胞中精氨酸酶的
合成、色氨酸诱导小鼠肝细胞中色氨酸吡 咯酶的合成。都属于底物对酶的诱导。糖 可以诱导糖代谢相关酶合成，而蛋白质诱 导蛋白代谢相关酶的合成。因此长期以高 糖、低蛋白质作为主要饮食的亚洲发展中 国家人民，消化液中淀粉酶活性比西方发 达国家人群高，而蛋白酶的活性就较低。
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3
其中神经调节的特点是快速、准确，激素对的 调节作用相对持久、广泛，且其调节网络要比 单细胞生物存在的调节来得精细、完善，并且 随着生物进化越高等，其调节网络也越复杂、 精确。因此可以把生物体内的代谢调节分成细 胞水平的调节、激素水平的调节及整体水平的 综合调节三个层次，它们之间层层相扣，密切 关联，后一级水平的调节往往通过前一级水平 的调节发挥作用，即酶的细胞水平调节是基础， 激素往往通过细胞水平的酶进行调节，神经系 统通过下丘脑促激素释放激素、脑垂体促激素 与激素等来实施整体的代谢调节，可见代谢调 节的复杂性。
第十二章 代谢调节与基因表达调控 物质代谢、能量代谢与代谢调节，是生命
限速酶与关键酶的调节通过活性与酶的含 量来实现。体内酶活性的大小虽受pH、 温度等条件影响，但一般机体平时的体温、 pH改变很小，底物浓度虽有变化，但变 化也不太大，所以体内调节酶的活性主要 是通过改变现有的酶的结构与活性，即酶 的“别构调节”与“化学修饰调节”两种 方式，这种调节是利用现有的酶，一般在 数秒或数分钟内即可完成，因此是一种快 速调节。
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蛋白质生物合成的过程需时较长，诱导与 阻遏的调节效应出现得较迟，为迟缓调节， 且酶蛋白生物合成后，即使去除了诱导剂， 酶的活性仍保持，直至酶蛋白本身被代谢 降解破坏，因此其调节效应持续时间较长， 生物合成蛋白质消耗的能量也较多。
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1）底物的诱导 如精氨酸诱导Hela细胞中精氨酸酶的
合成、色氨酸诱导小鼠肝细胞中色氨酸吡 咯酶的合成。都属于底物对酶的诱导。糖 可以诱导糖代谢相关酶合成，而蛋白质诱 导蛋白代谢相关酶的合成。因此长期以高 糖、低蛋白质作为主要饮食的亚洲发展中 国家人民，消化液中淀粉酶活性比西方发 达国家人群高，而蛋白酶的活性就较低。
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其中神经调节的特点是快速、准确，激素对的 调节作用相对持久、广泛，且其调节网络要比 单细胞生物存在的调节来得精细、完善，并且 随着生物进化越高等，其调节网络也越复杂、 精确。因此可以把生物体内的代谢调节分成细 胞水平的调节、激素水平的调节及整体水平的 综合调节三个层次，它们之间层层相扣，密切 关联，后一级水平的调节往往通过前一级水平 的调节发挥作用，即酶的细胞水平调节是基础， 激素往往通过细胞水平的酶进行调节，神经系 统通过下丘脑促激素释放激素、脑垂体促激素 与激素等来实施整体的代谢调节，可见代谢调 节的复杂性。
第十二章 代谢调节与基因表达调控 物质代谢、能量代谢与代谢调节，是生命
《细胞生物学》第十二章细胞分化与基因表达1ppt课件
下方的个体——♀ 上方的个体——♂
6、染色体变化与基因重排对细胞分化的影响
基因丢失
马蛔虫
体细胞——染色体丢失 生殖细胞——染色体正常
大核：营养核，10—90%DNA丢失
原生动物纤毛虫 小核：生殖核，含全部染色体
基因重排
分化
分泌
B淋巴细胞 浆细胞 抗体
基因断裂丢失与重排
数百亿抗体
植物细胞具有全能性，在适宜的条件下可培育成正 常的植株
l 动物特别是高等动物细胞随着胚胎的发育，细 胞逐渐丧失了发育成个体的能力，仅具有分化 成有限细胞类型及构建组织的潜能。
l 具有多潜能性的细胞称为干细胞( stem cell)
3. 细胞分化的潜能逐渐变窄
全能性细胞
l
多能性细胞
单能性细胞
人体不同组织分化的细胞形态
细胞和组织分化不同途径
一、细胞分化的基本概念
（一） 细胞分化是基因选择性表达的结果
过去：细胞分化是由于遗传物质选择性丢失所致 现在：细胞分化是由于基因选择性表达的结果
（二） 组织特异性基因与管家基因
l 1.管家基因(house-keeping genes) ： 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：微管蛋白基因、糖酵解基因、核糖体基因等
分化细胞
4. 细胞核具分化的全能性
全能性
如蛙红细胞核移植后发育成蝌蚪 Dolly羊的诞生 说明高度分化的哺乳动物体细胞核也具有发育全能
性
蛙红细胞核移植发育成蝌蚪
细胞分化 特异基因选择性表达
调控蛋白启动 胞外信号
①、胚胎诱导：即近端组织的相互作用 旁分泌产生的信号分子 如眼的发生：早期的视泡、视泡、晶状体 外胚层上皮细胞、晶状体、角膜
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卵 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 蛋 白 基 因 +
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β -珠 蛋 白 基 因 +
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+
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胰 岛 素 基 因
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实 验 方 法
Southern杂 交
Northern杂 交
转分化与再生
●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（transdifferentiation）。
●转分化经历去分化（dedifferentiation）和再分化的过程。
组织特异性基因与当家基因
◆当家基因(house-keeping genes)： 当家基因是指 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；
◆组织特异性基因(tissue-specific genes)，或称奢 侈基因(luxury genes)：是指不同的细胞类型进 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异的功能
2020高中生物竞赛—细胞生物学第十 二章 细胞分化与基因表达调控PPT优秀课 件
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细胞的全能性(totipotency)
◆概念：细胞全能性是指细胞经分裂和分化后 仍具有产生完整有机体的潜能或特性。
◆植物细胞具有全能性，在适宜的条件下可培 育成正常的植株
●生物界普遍存在再生现象（regeneration），再生是指生物 体缺失部分后重建过程，广义的再生可包括分子水平、细 胞水平、组织与器官水平及整体水平的再生。
●不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异。
单细胞有机体的细胞分化
●与多细胞有机体细胞分化的不同之处： 前者多为适应不同的生活环境，而后者则通过 细胞分化构建执行不同功能的组织与器官。
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。
分化启动机制： 靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动。
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第二节
癌细胞(Cancer cell)
●癌细胞的基本特征 ●致癌因素 ●癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果 ●癌症能治疗吗？
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一．癌细胞的基本特征
◆细胞分化的实质在于基因选择性表达。 ◆细胞癌变是是正常细胞分化机制失控的表现
●细胞分化(Cell differentiation) ●癌细胞(Cancer cell) ●真核细胞基因表达的调控
第一节 细胞分化(Cell differentiation)
●细胞分化的基本概念 ●影响细胞分化的因素
一、细胞分化的基本概念
●多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显 得更为复杂。
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组合调控引发组织特异性基因的表达
组合调控概念： 有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化
生物学作用： 借助于组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白与其它
◆胞外信号分子对细胞分化的影响, 如眼的发生 ◆细胞记忆与决定
果蝇成虫盘(imaginal disc) ◆受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响 ◆细胞间的相互作用与位置效应 ◆环境对性别决定的影响 ◆染色质变化与基因重排对细胞分化的影响
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·如蛙红细胞核移植后发育成蝌蚪 ·Dolly羊的诞生说明高度分化的哺 乳动物体细胞核也具有发育全能性
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2020高中生物竞赛—细胞生物学第十 二章 细胞分化与基因表达调控PPT优秀课 件
·干细胞分化模式
·胚胎干细胞(embryo stem cell)：具有分化 成多种细胞类型及构建组织的潜能
·造血干细胞 ·单能干细胞（monopotential cell）
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2020高中生物竞赛—细胞生物学第十 二章 细胞分化与基因表达调控PPT优秀课 件
2020高中生物竞赛
细胞生物学 （全国联赛版）
第十二章 细胞分化与基因表达调控
◆细胞分化(cell differentiation)：多细胞有机体是由各种不同 类型的细胞组成的。在个体发育中，由一种相同 的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，产生各不相同的细胞类群的过程。
癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病。动物体内 细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞(tumor cell)。具有转移能力的肿瘤称为恶性肿瘤（malignancy）。 单一细胞癌变也就会形成癌症。
◆调节基因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
2020高中生物竞赛—细胞生物学第十 二章 细胞分化与基因表达调控PPT优秀课 件
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二、 影响细胞分化的因素
●细胞的全能性(totipotency) ●影响细胞分化的因素
●细胞分化是基因选择性表达的结果 ●组织特异性基因与当家基因 ●组合调控引发组织特异性基因的表达 ●单细胞有机体的细胞分化 ●转分化与再生
细胞分化是基因选择性表达的结果
分子杂交技术检测基因及其表达
细 胞 总DNA
细 胞 总RNA
输 卵 管 细 胞 成 红 细 胞胰 岛 细 胞输 卵 管 细 胞 成 红 细 胞 胰 岛 细 胞
◆动物细胞核移植(Nuclear transfer)实验证明细 胞核具有发育全能性
◆干细胞(Stem cell)与细胞发育潜能
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影响细胞分化的因素