《研究生细胞凋亡》PPT课件
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3 细胞凋亡异常可引起肿瘤和神经退行性病变等疾病。
第二节 与细胞凋亡有关的基因和蛋白质
一、半胱天冬酶（胱冬酶，caspase，天冬氨酸特 异 性 半 胱 氨 酸 蛋 白 酶 ， cysteine-containing aspartate-specific protease)
Caspase的含义表现在两个方面（１）它们 为半胱氨酸蛋白酶类，并且把半胱氨酸作为 对底物裂解时的亲核基团，（２）它们为天 冬氨酸蛋白酶类，切割天冬氨酸的羧基与下 一个氨基酸的氨基形成的肽键。
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6
细胞凋亡的分子生物学研究阶段，最近 几年研究热点 1）与细胞凋亡的相关基因及调控 2）细胞凋亡的信号转导 3）与细胞凋亡的各种分子及其相互作用 及相互关系 4) 细胞凋亡的临床应用基础研究阶段
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7
第一节 概述
一、细胞凋亡概念和特征
细胞的生长、增殖、分化和死亡是细胞的4大 特点，细胞死亡分为细胞凋亡和细胞坏死。细胞 凋亡是细胞主动的，在基因严格调控下的细胞 “自杀”行为，也称为细胞程序性死亡 （programmed cell death, PCD）,与细胞坏 死不同。
死亡的细胞，将所包含的完整细胞器和核碎片等细胞
内 容 物 以 细 胞 质 膜 包 被 成 凋 亡 小 体 (apoptosis
bodies）释放到细胞外。凋亡小体之间在体积上差异
很大，与细胞产生的凋亡小体数目和细胞的大小有关。
凋亡小体很快被周围邻近间质细胞或巨噬细胞吞噬，
而不引起周围组织的炎症反应。
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5
细胞凋亡的形态学及生物化学研究阶段 （1972-1987） 1）利用光镜和电镜对形态学特征进行了 详细的研究。 2）染色体DNA的降解：细胞凋亡的一个 显著特征就是细胞染色质的DNA降解。 3）RNA/蛋白质大分子的合成。 4）钙离子变化，细胞内钙离子浓度的升 高是细胞发生凋亡的一个重要条件。 5）内源性核酸内切酶：细胞发生凋亡是 需要这种核酸内切酶参与的。
• Asp特异性半胱氨酸蛋白酶 • 是一类促进细胞凋亡的蛋白水解酶，在诱导细
细胞凋亡
Apoptosis programmed cell death,PCD
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1
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2
wenku.baidu.com
有丝分裂 细胞凋亡
细胞增多 动态平衡
细胞减少
新生细胞出现，产生相应功能
机体
正常生
原有的、不必要的、有害的细胞除去 长发育
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3
细 胞 程 序 性 死 亡 的 概 念 是 1956 年 提 出 的 ， PCD是个功能性概念，描述在一个多细胞生物体 中某些细胞死亡是个体发育中的一个预定的，并 受到严格程序控制的正常组成部分。例如蝌蚪变 成青蛙，其变态过程中尾部的消失伴随大量细胞 死亡，高等哺乳类动物指间蹼的消失、视网膜发 育以及免疫系统的正常发育都必须有细胞死亡的 参与。细胞程序性死亡是一个发育学概念，而细 胞凋亡则是一个形态学的概念，描述一件有着一 整套形态学特征的与坏死完全不同的细胞死亡形 式。但是一般认为凋亡和程序性死亡两个概念可 以交互使用，具有同等意义。
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正常 胸腺细胞 凋亡
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14
• 生物化学方面： 核 酸 内 切 酶 活 化 与 DNA 电 泳 呈 梯 子 状 改 变 是
Apoptosis的生物化学标志。 核酸内切酶在核小体连接处将DNA链切断，从
而最终产生寡聚核小体。这些寡聚核小体的大小 均是DNA长度为180 - 200个碱基对(bp)的倍数， 因此用琼脂糖凝胶电泳测定细胞DNA时出现特征 性的“梯状”（ladder）带纹。
• 细胞质和细胞膜：相邻细胞间连接复合体普遍 消失，其他细胞膜特有结构如微绒毛等亦随之 消失。此时，细胞膜结构仍保持完整。
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12
• 细胞器：
线粒体：保持完整呈正常状态
溶酶体：保持完整，内容物不外泄
形成凋亡小体： 内质网、高尔基复合体及核被膜膨
大,形成泡状结构与细胞膜融合，以出泡方式离开正在
细胞坏死（necrosis）是在各种致病因 素（如缺氧、物理、化学和生物学因素） 的剧烈刺激下的病理性死亡。其特点是: 引起死亡的因素剧烈，死亡迅速。能量代 谢下降—膜通透性增加—细胞水肿—细胞 器破裂，细胞溶解，DNA不断裂—内含 物释放—引起炎症反应。
细胞凋亡:细胞在一定的生理或病理条件 下,遵循自身的程序,结束其生命的生理性死 亡，是受基因严格调控的细胞自杀现象.凋 亡过程中，细胞骨架蛋白分解—细胞和细 胞器浓缩而不裂解—染色体DNA断裂和形 成凋亡小体—细胞内含物不外泄，不引起 炎症反应。最后凋亡小体被巨噬细胞识别和 吞噬。
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细胞凋亡Apoptosis 和细胞坏死Necrosis
细胞凋亡的形态学特征
• 细胞：首先变圆，体积缩小，与邻近细胞的连 接丧失，失去微绒毛，胞浆浓缩。
• 细胞核的变化：胞核内染色质浓缩形成密集颗 粒呈帽状〈或新月形)，位于核被膜下。核被膜 下核纤层(nuclear lamina)分解，随后细胞核 内染色质固缩为不均一点状结构。
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4
凋亡概念的形成 1965年澳大利亚科学家发现，结扎鼠门静脉 后，电镜观察到肝实质组织中有一些散在的死 亡细胞这些的溶酶体并未被破坏，显然不同于 细胞坏死。这些细胞体积收缩、染色质凝集, 从其周围的组织中脱落并被吞噬,机体无炎症 反应。 1972年Kerr等三位科学家首次提出了细胞凋亡 的概念，宣告了对细胞凋亡的真正探索的开始， 在此之前，关于胚胎发育生物学、免疫系统的 研究，肝细胞死亡的研究都为这一概念的提出 奠定了基础。
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17
Ladder Pattern of Apoptotic Cells
二、细胞凋亡的生理意义
1 维持组织器官细胞类型和细胞总量的基本平衡：清 除衰老损伤的细胞：皮肤、粘膜细胞的更新等。
2 在胚胎发育中起重要作用 a 手指和脚趾的形成等。 b 大脑神经元之间形成连 接时多余的神经细胞通过凋亡清除掉。 c 在淋巴细 胞发育成熟中起重要作用。d 心脏发育过程中左右心 室、房的形成以及左右心室的厚度，通过细胞凋亡 调节。
第二节 与细胞凋亡有关的基因和蛋白质
一、半胱天冬酶（胱冬酶，caspase，天冬氨酸特 异 性 半 胱 氨 酸 蛋 白 酶 ， cysteine-containing aspartate-specific protease)
Caspase的含义表现在两个方面（１）它们 为半胱氨酸蛋白酶类，并且把半胱氨酸作为 对底物裂解时的亲核基团，（２）它们为天 冬氨酸蛋白酶类，切割天冬氨酸的羧基与下 一个氨基酸的氨基形成的肽键。
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细胞凋亡的分子生物学研究阶段，最近 几年研究热点 1）与细胞凋亡的相关基因及调控 2）细胞凋亡的信号转导 3）与细胞凋亡的各种分子及其相互作用 及相互关系 4) 细胞凋亡的临床应用基础研究阶段
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第一节 概述
一、细胞凋亡概念和特征
细胞的生长、增殖、分化和死亡是细胞的4大 特点，细胞死亡分为细胞凋亡和细胞坏死。细胞 凋亡是细胞主动的，在基因严格调控下的细胞 “自杀”行为，也称为细胞程序性死亡 （programmed cell death, PCD）,与细胞坏 死不同。
死亡的细胞，将所包含的完整细胞器和核碎片等细胞
内 容 物 以 细 胞 质 膜 包 被 成 凋 亡 小 体 (apoptosis
bodies）释放到细胞外。凋亡小体之间在体积上差异
很大，与细胞产生的凋亡小体数目和细胞的大小有关。
凋亡小体很快被周围邻近间质细胞或巨噬细胞吞噬，
而不引起周围组织的炎症反应。
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细胞凋亡的形态学及生物化学研究阶段 （1972-1987） 1）利用光镜和电镜对形态学特征进行了 详细的研究。 2）染色体DNA的降解：细胞凋亡的一个 显著特征就是细胞染色质的DNA降解。 3）RNA/蛋白质大分子的合成。 4）钙离子变化，细胞内钙离子浓度的升 高是细胞发生凋亡的一个重要条件。 5）内源性核酸内切酶：细胞发生凋亡是 需要这种核酸内切酶参与的。
• Asp特异性半胱氨酸蛋白酶 • 是一类促进细胞凋亡的蛋白水解酶，在诱导细
细胞凋亡
Apoptosis programmed cell death,PCD
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有丝分裂 细胞凋亡
细胞增多 动态平衡
细胞减少
新生细胞出现，产生相应功能
机体
正常生
原有的、不必要的、有害的细胞除去 长发育
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细 胞 程 序 性 死 亡 的 概 念 是 1956 年 提 出 的 ， PCD是个功能性概念，描述在一个多细胞生物体 中某些细胞死亡是个体发育中的一个预定的，并 受到严格程序控制的正常组成部分。例如蝌蚪变 成青蛙，其变态过程中尾部的消失伴随大量细胞 死亡，高等哺乳类动物指间蹼的消失、视网膜发 育以及免疫系统的正常发育都必须有细胞死亡的 参与。细胞程序性死亡是一个发育学概念，而细 胞凋亡则是一个形态学的概念，描述一件有着一 整套形态学特征的与坏死完全不同的细胞死亡形 式。但是一般认为凋亡和程序性死亡两个概念可 以交互使用，具有同等意义。
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正常 胸腺细胞 凋亡
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• 生物化学方面： 核 酸 内 切 酶 活 化 与 DNA 电 泳 呈 梯 子 状 改 变 是
Apoptosis的生物化学标志。 核酸内切酶在核小体连接处将DNA链切断，从
而最终产生寡聚核小体。这些寡聚核小体的大小 均是DNA长度为180 - 200个碱基对(bp)的倍数， 因此用琼脂糖凝胶电泳测定细胞DNA时出现特征 性的“梯状”（ladder）带纹。
• 细胞质和细胞膜：相邻细胞间连接复合体普遍 消失，其他细胞膜特有结构如微绒毛等亦随之 消失。此时，细胞膜结构仍保持完整。
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• 细胞器：
线粒体：保持完整呈正常状态
溶酶体：保持完整，内容物不外泄
形成凋亡小体： 内质网、高尔基复合体及核被膜膨
大,形成泡状结构与细胞膜融合，以出泡方式离开正在
细胞坏死（necrosis）是在各种致病因 素（如缺氧、物理、化学和生物学因素） 的剧烈刺激下的病理性死亡。其特点是: 引起死亡的因素剧烈，死亡迅速。能量代 谢下降—膜通透性增加—细胞水肿—细胞 器破裂，细胞溶解，DNA不断裂—内含 物释放—引起炎症反应。
细胞凋亡:细胞在一定的生理或病理条件 下,遵循自身的程序,结束其生命的生理性死 亡，是受基因严格调控的细胞自杀现象.凋 亡过程中，细胞骨架蛋白分解—细胞和细 胞器浓缩而不裂解—染色体DNA断裂和形 成凋亡小体—细胞内含物不外泄，不引起 炎症反应。最后凋亡小体被巨噬细胞识别和 吞噬。
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细胞凋亡Apoptosis 和细胞坏死Necrosis
细胞凋亡的形态学特征
• 细胞：首先变圆，体积缩小，与邻近细胞的连 接丧失，失去微绒毛，胞浆浓缩。
• 细胞核的变化：胞核内染色质浓缩形成密集颗 粒呈帽状〈或新月形)，位于核被膜下。核被膜 下核纤层(nuclear lamina)分解，随后细胞核 内染色质固缩为不均一点状结构。
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凋亡概念的形成 1965年澳大利亚科学家发现，结扎鼠门静脉 后，电镜观察到肝实质组织中有一些散在的死 亡细胞这些的溶酶体并未被破坏，显然不同于 细胞坏死。这些细胞体积收缩、染色质凝集, 从其周围的组织中脱落并被吞噬,机体无炎症 反应。 1972年Kerr等三位科学家首次提出了细胞凋亡 的概念，宣告了对细胞凋亡的真正探索的开始， 在此之前，关于胚胎发育生物学、免疫系统的 研究，肝细胞死亡的研究都为这一概念的提出 奠定了基础。
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Ladder Pattern of Apoptotic Cells
二、细胞凋亡的生理意义
1 维持组织器官细胞类型和细胞总量的基本平衡：清 除衰老损伤的细胞：皮肤、粘膜细胞的更新等。
2 在胚胎发育中起重要作用 a 手指和脚趾的形成等。 b 大脑神经元之间形成连 接时多余的神经细胞通过凋亡清除掉。 c 在淋巴细 胞发育成熟中起重要作用。d 心脏发育过程中左右心 室、房的形成以及左右心室的厚度，通过细胞凋亡 调节。