本本 章章 目目 录录第一节细胞概述第一节细胞概述第二节生物膜的结构与功能第二节生物膜的结构与功能第三节细胞的增殖与分化第三节细胞的增殖与分化第四节细胞癌变第四节细胞癌变第五节细胞工程第五节细胞工程第一节细胞概述第一节细胞概述q显微镜的发明q细胞是生命的基本单位q没有细胞就没有完整的生命300300多年前多年前LeeuwenhoekLeeuwenhoek（1623-17231623-1723）世界上最早的显微镜世界上最早的显微镜Robert HookeRobert Hooke（1635-17031635-1703）软木中蜂窝状的小格子软木中蜂窝状的小格子“细胞细胞”光学显微镜一、显微镜与生命科学一、显微镜与生命科学细胞是生命的基本结构单位，所有生物都是由细胞组成的细胞是生命的基本结构单位，所有生物都是由细胞组成的二、细胞是生命的基本单位二、细胞是生命的基本单位三、没有细胞就没有完整的生命三、没有细胞就没有完整的生命 （病毒的生命活动离不开细胞）（病毒的生命活动离不开细胞）非细胞形态的生命体非细胞形态的生命体病毒病毒病毒已发现病毒已发现30003000余种（含余种（含4000040000亚种）包括：亚种）包括：真病毒（真病毒（virusvirus）：）： DNADNA或或RNARNA与蛋白质构成的核酸与蛋白质构成的核酸- -蛋白质复合体蛋白质复合体 类病毒（类病毒（viroidviroid）：）： 感染性的感染性的RNARNA构成，发现约构成，发现约2020余种余种 朊病毒（朊病毒（prionprion）：）： 仅由有感染性的蛋白质构成仅由有感染性的蛋白质构成第二节生物膜的结构与功能第二节生物膜的结构与功能q膜的结构q跨膜运输q溶酶体与疾病q细胞骨架系统一、细胞膜的一、细胞膜的结构结构二、物质的跨膜运输二、物质的跨膜运输1 1、被动运输、被动运输简单扩散简单扩散水的简单扩散（渗透）与人的染色体数量？水的简单扩散（渗透）与人的染色体数量？主动运输主动运输被动运输被动运输内吞或外排内吞或外排溶酶体：溶酶体：包含多种水解酶的小泡，能将酶释放到细包含多种水解酶的小泡，能将酶释放到细胞质中，将大分子物质分解，最终形成可溶的、可胞质中，将大分子物质分解，最终形成可溶的、可弥散的小分子物质。弥散的小分子物质。 细胞内的消化系统细胞内的消化系统三、三、溶酶体与疾病溶酶体与疾病1 1矽肺矽肺 二氧化硅尘粒（二氧化硅尘粒（矽尘矽尘）吸入肺泡后被巨噬细胞吞噬，）吸入肺泡后被巨噬细胞吞噬，含有矽尘的吞噬小体与溶酶体合并，含有矽尘的吞噬小体与溶酶体合并，二氧化硅的羟基与溶酶二氧化硅的羟基与溶酶体膜的磷脂或蛋白形成氢键，体膜的磷脂或蛋白形成氢键，导致导致溶酶体崩解溶酶体崩解，细胞本身也，细胞本身也被破坏，被破坏，矽尘释出矽尘释出，后又被其他巨噬细胞内吞噬，如此反复，后又被其他巨噬细胞内吞噬，如此反复进行。受损或已破坏的巨噬细胞释放进行。受损或已破坏的巨噬细胞释放“致纤维化因子致纤维化因子”，导，导致胶原纤维沉积，肺组织纤维化。致胶原纤维沉积，肺组织纤维化。2 2肺结核肺结核 结核杆菌的菌体成分结核杆菌的菌体成分硫酸脑苷脂硫酸脑苷脂能抵抗能抵抗巨噬细胞内的溶巨噬细胞内的溶酶体的溶菌酶体的溶菌作用，使结核杆菌在肺泡内大量生长繁殖，导致作用，使结核杆菌在肺泡内大量生长繁殖，导致巨噬细胞裂解巨噬细胞裂解，释放出的，释放出的结核杆菌再被吞噬结核杆菌再被吞噬而重复上述过程，而重复上述过程，最终引起肺组织钙化和纤维化。最终引起肺组织钙化和纤维化。 3 3各类贮积症各类贮积症（storage diseasestorage disease）：）： 贮积症贮积症是由于遗传缺陷引起溶酶体内的是由于遗传缺陷引起溶酶体内的酶发生变异酶发生变异，功能，功能丧失，导致底物在溶酶体中大量贮积，影响细胞功能，常见丧失，导致底物在溶酶体中大量贮积，影响细胞功能，常见的贮积症主要有以下几类：的贮积症主要有以下几类： 台台- -萨氏综合征（萨氏综合征（TayTay-Sachs -Sachs dieseasediesease）：）：溶酶体缺少氨溶酶体缺少氨基已糖酯酶基已糖酯酶A A，导致神经节甘脂，导致神经节甘脂GM2GM2积累，影响细胞功能，表积累，影响细胞功能，表现为现为精神痴呆，精神痴呆，2 26 6岁死亡岁死亡 IIII型糖原累积病（型糖原累积病（PompePompe病）：病）：溶酶体缺乏溶酶体缺乏-1-1，4-4-葡萄葡萄糖苷酶，糖原在溶酶体中积累，导致心、肝、舌肿大和骨骼糖苷酶，糖原在溶酶体中积累，导致心、肝、舌肿大和骨骼肌无力；肌无力；属常染色体缺陷性遗传病，患者多为小孩，常在两属常染色体缺陷性遗传病，患者多为小孩，常在两周岁以前死亡。周岁以前死亡。4 4类风湿性关节炎类风湿性关节炎溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎。溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎。5. 5. 休克休克 在在休克休克过程中，组织缺血、缺氧，膜不稳定，引起细胞过程中，组织缺血、缺氧，膜不稳定，引起细胞pHpH值的下降值的下降( (约约pH5)pH5)，酸性水解酶活化，水解溶酶体膜，最终导，酸性水解酶活化，水解溶酶体膜，最终导致溶酶体膜裂解，溶酶体释放，使细胞、组织自溶。致溶酶体膜裂解，溶酶体释放，使细胞、组织自溶。 在休克时，测定淋巴液和血液中溶酶体酶（在休克时，测定淋巴液和血液中溶酶体酶（酸性磷酸酶、酸性磷酸酶、-葡萄糖醛酸酶与组织蛋白酶葡萄糖醛酸酶与组织蛋白酶 ）的含量高低，可作为细胞损）的含量高低，可作为细胞损伤轻重度的定量指标。伤轻重度的定量指标。 四、细胞有骨架吗？四、细胞有骨架吗？胞质骨架胞质骨架 微丝微丝 微管微管中间纤维中间纤维核骨架核骨架 核纤层核纤层 核基质核基质细细 胞胞 质质 骨骨 架架微丝微丝微管微管中间纤维中间纤维微微 丝丝 微丝是指真核细胞中由微丝是指真核细胞中由肌动蛋白单体肌动蛋白单体组成的组成的骨架纤维骨架纤维 肌动蛋白单体肌动蛋白单体微丝的装配微丝的装配微丝的装配微丝的装配 肌动蛋白（肌动蛋白（ G-肌动蛋白）单体形成肌动蛋白）单体形成蛋白（蛋白（ F-肌动蛋白肌动蛋白)多聚体多聚体装配的条件装配的条件 -在在 Mg2+和高浓度的和高浓度的 Na+,K+中中,G 则则装配成装配成 F -在含在含 ATP 和和 Ca2+及低浓度及低浓度 Na+,K+溶液中，溶液中， F 解聚成解聚成 G 微丝的踏车行为微丝的踏车行为 因微丝（）极组装速度较（）因微丝（）极组装速度较（）极快，在一定条件下，表现出一端增长，极快，在一定条件下，表现出一端增长，而另一端减短的行为。而另一端减短的行为。负极负极正极正极微丝的功能微丝的功能 保持细胞形态保持细胞形态 肌肉收缩肌肉收缩 胞质环流胞质环流 胞质分裂胞质分裂 细胞的细胞的“肌肉系统肌肉系统”动画演示动画演示肌肉收缩过程肌肉收缩过程 肌肉的肌纤维中包含有许多纵向排列的肌肉的肌纤维中包含有许多纵向排列的肌原纤维肌原纤维，肌原，肌原纤维由纤维由肌小节肌小节组成。在每个肌小节中，由组成。在每个肌小节中，由肌球蛋白组成的粗丝肌球蛋白组成的粗丝和由和由肌动肌动蛋白组成的细丝蛋白组成的细丝F-F-肌动蛋白肌动蛋白相互穿插排列，并且依靠粗丝头端相互穿插排列，并且依靠粗丝头端的横桥使二者紧密接触在一起。的横桥使二者紧密接触在一起。肌肉的收缩是粗丝和细丝发生肌肉的收缩是粗丝和细丝发生相对运动相对运动的结果，这个过程受的结果，这个过程受CaCa的调节，并需要水解的调节，并需要水解ATPATP来提供来提供能量。能量。 肌球蛋白为动力蛋白肌球蛋白为动力蛋白动画演示动画演示微微 管管 微管由微管由、微管蛋白亚基组成，二者形微管蛋白亚基组成，二者形成二聚体，是微管装配的基本单位。成二聚体，是微管装配的基本单位。异源二聚体异源二聚体微管蛋白微管蛋白亚基亚基微管装配的踏车现象微管装配的踏车现象 因微管正（）极组装速度较负因微管正（）极组装速度较负（）极快，在一定条件下，表现出（）极快，在一定条件下，表现出一端增长，而另一端减短的行为一端增长，而另一端减短的行为负极负极正极正极微管的功能微管的功能 维持细胞形态维持细胞形态 维持细胞运动及细胞器的运动维持细胞运动及细胞器的运动 组成纤毛、鞭毛、神经突起、组成纤毛、鞭毛、神经突起、中中心粒和纺锤体心粒和纺锤体中间纤维中间纤维C末端末端N末端末端中间纤维中间纤维 大小介于微丝微管之间，主要起支撑作用，与大小介于微丝微管之间，主要起支撑作用，与与细胞分化、胞内信息传递及基因表达等相关。与细胞分化、胞内信息传递及基因表达等相关。结构：由反向平行的结构：由反向平行的螺旋杆状区，及非螺旋螺旋杆状区，及非螺旋化的球形头（化的球形头（N端和端和C端）组成端）组成 角蛋白纤维角蛋白纤维 波形纤维波形纤维 结蛋白纤维结蛋白纤维 神经元纤维神经元纤维 神经胶质纤维神经胶质纤维中间纤维的类型中间纤维的类型第三节细胞的增殖与分化第三节细胞的增殖与分化q概念概念q细胞分裂细胞分裂q细胞分化细胞分化q细胞衰老细胞衰老q细胞淍亡细胞淍亡为什么会有细胞分裂？为什么会有细胞分裂？一、细胞分裂一、细胞分裂无丝分裂无丝分裂真核生物的分裂真核生物的分裂动画演示动画演示二、细胞分化二、细胞分化细胞生长细胞生长细胞生长细胞生长细胞代谢细胞代谢细胞代谢细胞代谢细胞增殖细胞增殖细胞增殖细胞增殖细胞分化细胞分化细胞分化细胞分化细胞通讯细胞通讯细胞通讯细胞通讯细胞衰老细胞衰老细胞衰老细胞衰老细胞死亡细胞死亡细胞死亡细胞死亡细胞类型形成细胞类型形成细胞类型形成细胞类型形成组织器官形成组织器官形成组织器官形成组织器官形成个体发育个体发育个体发育个体发育基因表达调控基因表达调控基因表达调控基因表达调控腿中眼细胞分化腿中眼细胞分化眼形成眼形成？1、细胞分化:成年人全身细胞总数约 1012个。细胞种类有200多种。这么多种类细胞均来自一个受精卵细胞上皮细胞脂肪细胞神经元细胞平滑肌细胞心肌细胞正在受精的卵细胞2、细胞的发育潜能 由一个细胞可能分化发育出多少种细胞？这就是细胞的发育潜能。 大致有三种不同的发育潜能：全能性多能性单能性胚胎干细胞胚胎干细胞( (embryo stem cell) )：具有分化成多种细胞类型及构建组织的潜能具有分化成多种细胞类型及构建组织的潜能多能干细胞多能干细胞: : 具有分化出多种细胞组织的潜能，但失去具有分化出多种细胞组织的潜能，但失去了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的了发育成完整个体的能力，发育潜能受到一定的限制。限制。 骨髓多能造血干细胞骨髓多能造血干细胞是典型的例子，它可是典型的例子，它可分化出至少十二种血细胞，但不能分化出造血分化出至少十二种血细胞，但不能分化出造血系统以外的其它细胞。系统以外的其它细胞。全能性全能性-具有能使后代细胞形成完整个体的潜能的细胞称全能性细胞全能干细胞：全能干细胞：不但可以分化为胚胎发育中三个胚层的全部种类的细不但可以分化为胚胎发育中三个胚层的全部种类的细胞，还包括分化为胚胎发育所必需的胚胎外组织，如由滋养层形成胞，还包括分化为胚胎发育所必需的胚胎外组织，如由滋养层形成的胎盘和脐带等。的胎盘和脐带等。 多能与单能生血干细胞单能干细胞：单能干细胞：眼睛的角膜缘干细胞可自我复制，但只能分化为眼睛的角膜缘干细胞可自我复制，但只能分化为角膜上皮细胞角膜上皮细胞 多能生血干细胞 多能干细胞维持多能性开关的秘密（多能干细胞维持多能性开关的秘密（20112011）：）： 干细胞干细胞FOXP1FOXP1基因基因的的mRNAmRNA的选择性剪切，产生异构体，的选择性剪切，产生异构体，改变了该基因的改变了该基因的DNADNA结合特性，随后控制了核心转录因子结合特性，随后控制了核心转录因子的表达，促进了多能性的维持。同时，抑制了分化所需的表达，促进了多能性的维持。同时，抑制了分化所需的基因。的基因。 干细胞的干细胞的有序增殖和分化细胞有序增殖和分化细胞是生命发生发育的基本特征，用于是生命发生发育的基本特征，用于组织更新与创伤修复。组织更新与创伤修复。 癌细胞是结构、功能不健全的细胞，主要表现在细胞周期异常，癌细胞是结构、功能不健全的细胞，主要表现在细胞周期异常，分化受阻，灭活抑癌基因、原癌基因激活；细胞接触性抑制生长消分化受阻，灭活抑癌基因、原癌基因激活；细胞接触性抑制生长消失；抗原改变逃避免疫识别。失；抗原改变逃避免疫识别。 癌干细胞是起源于癌细胞，不是起源于正常干癌干细胞是起源于癌细胞，不是起源于正常干 细胞，治疗癌症不用杀死正常的干细胞。细胞，治疗癌症不用杀死正常的干细胞。 癌细胞与干细胞的区别：癌细胞与干细胞的区别： 肿瘤干细胞与正常干细胞的异同肿瘤干细胞与正常干细胞的异同 相同点：相同点：均处于未分化状态，具有自我更新新和多向分化潜能，增殖均处于未分化状态，具有自我更新新和多向分化潜能，增殖 的同时可诱导血管形成的同时可诱导血管形成; ;都具有对称分裂和不对称分裂两种分裂方式都具有对称分裂和不对称分裂两种分裂方式; ;具有相似的调节生长的信号通路具有相似的调节生长的信号通路; ;两者都具有端粒酶活性和扩增端粒酶重复序列，而人类终末两者都具有端粒酶活性和扩增端粒酶重复序列，而人类终末 分化体细胞不具有端粒酶活性。分化体细胞不具有端粒酶活性。不同点：不同点：干细胞自我更新具有负反馈调节机制，其增殖与分化处于平衡干细胞自我更新具有负反馈调节机制，其增殖与分化处于平衡 状态，是有序的。而肿瘤干细胞的这种负反馈机制已被破坏，状态，是有序的。而肿瘤干细胞的这种负反馈机制已被破坏， 其增殖分化是无序和失控的其增殖分化是无序和失控的; ;与正常干细胞相比，肿瘤干细胞分化成熟能力缺乏，因此肿瘤与正常干细胞相比，肿瘤干细胞分化成熟能力缺乏，因此肿瘤 细胞往往是低分化的细胞往往是低分化的; ;肿瘤干细胞具有积累复制错误的倾向，而正常干细胞可通过多肿瘤干细胞具有积累复制错误的倾向，而正常干细胞可通过多 种途径防止这种情况发生种途径防止这种情况发生; ;两者某些信号传导通路不同，可作为治疗的靶点，如肿瘤抑制两者某些信号传导通路不同，可作为治疗的靶点，如肿瘤抑制 蛋白通路在正常造血干细胞的自我更新和白血病的形成中具有蛋白通路在正常造血干细胞的自我更新和白血病的形成中具有 不同的作用途径不同的作用途径3 3、植物细胞的全能性、植物细胞的全能性对于植物来说，分化成熟的植物体的细胞，仍保持全能性，仍有可能发育成完整的植株。从单个细胞到愈伤组织到整个植株胡萝卜4、动物细胞是如何分化的？、动物细胞是如何分化的？随着分化的演进，动物细胞逐渐丧失其分随着分化的演进，动物细胞逐渐丧失其分化潜能。化潜能。全能性全能性 多能性多能性 单能性单能性 分化成熟的体细胞分化成熟的体细胞实际上，动物细胞丧失全能性的过程，开实际上，动物细胞丧失全能性的过程，开始得很早。始得很早。 分化成熟的动物细胞已失去全能性。不可分化成熟的动物细胞已失去全能性。不可能发育成为完整的动物个体。能发育成为完整的动物个体。原因何在？原因何在？ 是否因为在分化发育中丢失了一部分基因？抑或是否因为在分化发育中丢失了一部分基因？抑或是基因组仍是完整的，原因在别的地方是基因组仍是完整的，原因在别的地方?动物细胞核移植(Nucleartransfer)实验证明细胞核具有发育全能性多莉（多莉（ DollyDolly）羊）羊的诞生说明高度分化的哺乳动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物体细胞核也具有发育全能性关键在于细胞质，细胞质中有着决定细胞分化全关键在于细胞质，细胞质中有着决定细胞分化全能性的物质，称为分化决定子。能性的物质，称为分化决定子。实验证明，细胞质中实验证明，细胞质中的分化决定子是的分化决定子是RNA RNA 。在卵子形成过程中，卵母细胞中含有在卵子形成过程中，卵母细胞中含有 2 25 5 万种万种 mRNAmRNA，每种约，每种约 600600个拷贝。这些个拷贝。这些 RNA RNA 构成母体信息，构成母体信息，决定受精卵的发育潜能。决定受精卵的发育潜能。多莉羊实验说明什么？多莉羊实验说明什么？用一种用一种专门抑制转录的抗生素专门抑制转录的抗生素放线菌素放线菌素 D D 处处理海胆受精卵理海胆受精卵, ,使它几乎不能合成新的使它几乎不能合成新的 RNA RNA ，可，可是它仍可把胚胎发育进行至囊胚期。是它仍可把胚胎发育进行至囊胚期。用用专门抑制翻译的抗菌素专门抑制翻译的抗菌素-嘌呤霉素嘌呤霉素处理海胆处理海胆受精卵，使它不能从已有的受精卵，使它不能从已有的 mRNA mRNA 翻译合成蛋白翻译合成蛋白质，结果受精卵完全停止分化发育。质，结果受精卵完全停止分化发育。以上实验都证明以上实验都证明 RNA RNA 在启动分化中的重要作用。在启动分化中的重要作用。 三、细胞为什么会衰老？(cellular aging或或cell senescence)人体早衰症衰老是人们永恒的议题，至今仍是一个迷迷。？人体衰老时，身体各部分功能都发生衰老一名男子从 36 岁到 75 岁味觉丧失 64肾小球减少 44肾小球过滤率减少 31脊神经元减少 37神经传导速度减慢 10脑供血量减少 20肺活量减少 44身体的衰老是以细胞衰老为基础的体外培养成纤维细胞来自胎儿 可传代 50 次 （与供体年龄 来自成人 可传代 20 次 有关）来自小鼠 可传代 1428 次 （与供体物种来自乌龟 可传代 90125 次 特性有关）实验证明，细胞有着明显的衰老过程 早老症病人细胞培养只传代早老症病人细胞培养只传代2-42-4次次细胞衰老的机理是什么？细胞衰老的机理是什么？氧氧化化性性损损伤伤：代谢过程中产生的活性氧基团或分子（ROS-O2-，OH-，H2O2），引发的氧化性损伤的积累，最终导致衰老。 O O2 2和和羟羟自自由由基基OHOH，OHOH可可引引发发脂脂质质氧氧化化，脂脂质质过过氧氧化化首首先先引引起起生生物物膜膜的的损损伤伤，进进一一步步对对细细胞胞造造成成损损伤伤。自自由由基基一旦生成，它们就能不断扩增，发生级联反应。一旦生成，它们就能不断扩增，发生级联反应。维生素维生素E E是抗氧化剂，可以抗衰老是抗氧化剂，可以抗衰老端粒端粒: :为线性染色体末端重复上千次的为线性染色体末端重复上千次的TTAGGGTTAGGG序列所组成。序列所组成。DNADNA聚合酶不能完成线性染色体末端聚合酶不能完成线性染色体末端DNADNA的复制。的复制。功能防止功能防止染色体免遭融合、重组和降解染色体免遭融合、重组和降解。端粒的长度决定了染色体。端粒的长度决定了染色体复制的次数，细胞每分裂一次，端粒会缩短一部分，从而复制的次数，细胞每分裂一次，端粒会缩短一部分，从而决定了细胞的寿命，故而被称为决定了细胞的寿命，故而被称为“生命的时钟生命的时钟”。端粒酶端粒酶: :是一种能延长端粒末端的核糖蛋白酶，主要成分是一种能延长端粒末端的核糖蛋白酶，主要成分是是RNARNA、相关蛋白及反转录酶、相关蛋白及反转录酶，其含有引物特异识别位点，其含有引物特异识别位点，能以自身能以自身RNARNA为模板，合成端粒为模板，合成端粒DNADNA并加到染色体末端，使并加到染色体末端，使端粒延长，从而延长细胞的寿命甚至使其永生化。端粒延长，从而延长细胞的寿命甚至使其永生化。端粒酶端粒酶的激活或抑制会导致细胞永生化或进入分裂终止期的激活或抑制会导致细胞永生化或进入分裂终止期。 人的端粒初始长度大约为人的端粒初始长度大约为15 kb15 kb，大鼠可达，大鼠可达150kp 150kp 细胞衰老的机理是什么？细胞衰老的机理是什么？端粒与衰老端粒与衰老： 基基因因与与衰衰老老： SGS1SGS1基基因因和和WRNWRN基基因因同同源源, ,编编码码解解旋旋酶酶; ;酵酵母母sgs1sgs1突突变变体体寿寿命命明明显显短短于于野野生生型型（平平均均9.59.5代代:24.5:24.5代代）; ; wrnwrn突变引发早老症突变引发早老症. . 发发育育程程序序与与衰衰老老: : 20112011年年证证实实衰衰老老调调控控通通路路的的基基因因daf-2daf-2和和daf-16daf-16及及sea-2sea-2基基因因也也参参与与发发育育的的时时间间调调控控，表表明明发发育育时时间间调控通路和衰老调控通路之间是会相互影响的。调控通路和衰老调控通路之间是会相互影响的。 线粒体线粒体DNADNA与衰老与衰老: : mtDNAmtDNA突变积累与细胞衰老有关突变积累与细胞衰老有关: : 线线粒粒体体是是细细胞胞内内产产生生活活性性氧氧自自由由基基（及及过过氧氧化化物物）的的主主要要场场所所。线线粒粒体体DNADNA突突变变，导导致致过过多多地地产产生生活活性性氧氧自自由由基基(ROS)(ROS)，ROSROS对对生生物物膜膜及及许许多多生生物物分分子子产产生生破破坏坏作作用用，从从而而引引起疾病及衰老。起疾病及衰老。 四、细胞是如何死亡的？有两种细胞死亡：有两种细胞死亡： 因环境因素突变或病原物入侵而死亡，称为因环境因素突变或病原物入侵而死亡，称为病理病理死亡，或细胞坏死。死亡，或细胞坏死。 因个体正常生命活动的需要，一部分细胞必定在因个体正常生命活动的需要，一部分细胞必定在一定阶段死去，称一定阶段死去，称细胞凋亡细胞凋亡(Apoptosis)(Apoptosis) 。细胞凋亡是一个由基因决定的自动结束生细胞凋亡是一个由基因决定的自动结束生命的过程，所以也常常被称为命的过程，所以也常常被称为细胞程序性死亡细胞程序性死亡（programmed cell death, PCD）。细胞凋亡是普遍存在的 变态： 蝌蚪 青蛙 昆虫 、卵 幼虫 成虫 红细胞： 分化成熟 失去细胞核 凋亡 淋巴细胞：95% 以上在成熟之前死去， 不到 5% 成熟后只存活一至几天 T细胞杀伤靶细胞的机制之一：T T细胞与靶细胞细胞与靶细胞密切接触，激活靶细胞内的溶酶体酶，使细胞溶解密切接触，激活靶细胞内的溶酶体酶，使细胞溶解。 癌细胞亦可看作是凋亡失控了的细胞。细胞凋亡和细胞坏死有什么区别？ 细胞凋亡 细胞坏死 Apoptosis Necrosis细胞变圆,与周围细胞脱开 细胞外形不规则变化核染色质凝聚 溶酶体破坏细胞膜内陷 细胞膜破裂细胞分为一个个小体 胞浆外溢被周围细胞吞噬 引起周围炎症反应下载动画演示诱导细胞凋亡的因素有哪些？物理性因子物理性因子:包括射线（紫外线，射线等），较温和的温度刺激（如热激，冷激）等化学及生物因子化学及生物因子： 包括活性氧基团和分子，DNA和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生长因子，肿瘤坏死因子（TNF）等第四节细胞癌变第四节细胞癌变q癌细胞癌细胞q致癌因素致癌因素q癌基因癌基因q癌的防冶癌的防冶一、什么是癌细胞？一、什么是癌细胞？ 肿瘤（肿瘤（肿瘤（肿瘤（tumortumor） 良性肿瘤（良性肿瘤（良性肿瘤（良性肿瘤（benignbenign）：）：）：）：不转移不转移不转移不转移 （分裂失控）（分裂失控）（分裂失控）（分裂失控） 恶性肿瘤（恶性肿瘤（恶性肿瘤（恶性肿瘤（malignantmalignant）: : 转移、侵润转移、侵润转移、侵润转移、侵润 上皮组织：上皮组织：上皮组织：上皮组织：癌（癌（癌（癌（carcinomacarcinoma） 癌（癌（癌（癌（cancercancer） 结缔组织和肌肉：结缔组织和肌肉：结缔组织和肌肉：结缔组织和肌肉：肉瘤（肉瘤（肉瘤（肉瘤（sarcomasarcoma） 其他（血液）：其他（血液）：其他（血液）：其他（血液）：白血病等（白血病等（白血病等（白血病等（leukemia)leukemia)1、锚地依赖性：、锚地依赖性：细胞必须附在固体上或细胞必须附在固体上或固定的表面，才能生长分裂。固定的表面，才能生长分裂。 2、血清依赖性、血清依赖性：细胞必须具有生长因子，：细胞必须具有生长因子，才能生长。才能生长。 3、接触抑制性：、接触抑制性：细胞与细胞接触后，生细胞与细胞接触后，生长便受到抑制。长便受到抑制。 4、形态依赖性、形态依赖性：细胞成扁平状，并有长：细胞成扁平状，并有长纤维网状结构。纤维网状结构。正常细胞的四大生物学特征：正常细胞的四大生物学特征：1、永久性、永久性 无终止地生长，无终止地生长，涉及到生长控制涉及到生长控制的改变的改变 2、转化性转化性 无限制地生长，脱离了生长因子无限制地生长，脱离了生长因子的调控的调控 3、转移性、转移性 细胞获得入侵正常组织的能力细胞获得入侵正常组织的能力，使得癌细胞远离起源的组织，在机体别处使得癌细胞远离起源的组织，在机体别处新的克隆。新的克隆。癌细胞的三大生物学特征：癌细胞的三大生物学特征：动画演示动画演示癌细胞是由正常细胞转化而来的，这种过程称为细胞的转化。许多化学、物理、生物因子（DNA肿瘤病毒与肿瘤病毒与RNA肿瘤病毒）肿瘤病毒）是动物细胞转变成转化细胞的条件，这类物质称为“致癌剂”。二、致癌因素有哪些？二、致癌因素有哪些？三、癌基因与抑癌基因三、癌基因与抑癌基因癌基因（癌基因（Oncogenes,Onc）？ 现在已经知道人体内存在着两大类基因，它现在已经知道人体内存在着两大类基因，它们的突变导致癌的形成。这两大类基因是：们的突变导致癌的形成。这两大类基因是：抑癌基因（抑癌基因（Tumor- suppressors）？）？1、什么是癌基因（、什么是癌基因（Oncogenes, Onc）？）？致肿瘤病毒的发现-劳氏肉瘤病毒（RousSarcomaVirus），它能引起鸡的癌症。Peyton RousPeyton Rous （18791970） The Nobel Prize in Physiology The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1966or Medicine 1966for his discovery of tumour-inducing viruses动画演示动画演示 1978年，Bishop和Varmus在正常脊椎动物细胞中发现与src同源性的基因。它是一个酪氨酸蛋白激酶，调控细胞分裂，不会致癌，所以称之为细胞癌基因细胞癌基因（cellularoncogene）或 原癌基因原癌基因（proto-oncogene） J. Michael BishopJ. Michael Bishop Harold E. VarmusHarold E. Varmus （1936 ） （1939 ） The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1989for their discovery of the cellular origin of retroviral oncogenes2、什么是原癌基因、什么是原癌基因（proto-oncogenes）？ 癌基因癌基因是最初从病毒基因组中发现，能使病毒感染的细胞致癌。后来发现绝大多数的病毒癌基因癌基因都有能在细胞中找到对应的基因，与病毒癌基因相对应的细胞中的这些伙伴基因称为原癌基因原癌基因（proto-oncogenes）研究结果表明目前已经克隆鉴定的绝大多数原癌基因，其产物（即癌蛋白）均与相应生长及信号转导有关。3、是什么抑癌基因（、是什么抑癌基因（Tumor- suppressors）？）？大约有10种抑癌基因的突变或缺失也是致癌的一种因素 抑癌基因是正常细胞增殖过程中的负调控因子抑癌基因是正常细胞增殖过程中的负调控因子 抑抑癌癌基基因因发发生生功功能能丧丧失失性性突突变变(隐隐性性突突变变)，则则导导致致细细胞胞周周期期失控而过度增殖失控而过度增殖Rb基因突变导致视网膜母细胞瘤形成基因突变导致视网膜母细胞瘤形成 P53基因突变将导致细胞癌变或凋亡基因突变将导致细胞癌变或凋亡小结小结 癌基因和抑癌基因的对比：癌基因和抑癌基因的对比：癌基因和抑癌基因的对比：癌基因和抑癌基因的对比： _ 癌基因癌基因癌基因癌基因 抑癌基因抑癌基因抑癌基因抑癌基因 细胞增殖的细胞增殖的细胞增殖的细胞增殖的正正正正调控因子调控因子调控因子调控因子 细胞增殖的细胞增殖的细胞增殖的细胞增殖的负负负负调控因子调控因子调控因子调控因子 gaingain-of-function -of-function lossloss-of-function-of-function 显性显性显性显性（dominantdominant） 隐性隐性隐性隐性（recessiverecessive） _ 因为癌的发生需要一系列原癌基因和抑癌基因的突变积累，才能完成。从基因突变率估算，这一过程需要相当长的时间，一般十几年到几十年。所以，癌症是一种典型的老年型疾病。四、癌的冶疗传统思路是手术、放疗、化疗癌症治疗新方案免疫治疗(Immunotherapy)基因治疗(Genetherapy)抑制癌症促进蛋白的活性抑制肿瘤血管形成放疗：射线杀死核酸放疗：射线杀死核酸化疗：用碱基类似物替代碱基，使癌细胞吸收，合成的化疗：用碱基类似物替代碱基，使癌细胞吸收，合成的DNA不发挥作用，导致癌细胞死亡不发挥作用，导致癌细胞死亡我们还没有真正认识癌，但我们还没有真正认识癌，但我们正向它走去！我们正向它走去！1、我们正在向癌症逼近（患癌）、我们正在向癌症逼近（患癌） 2、我们正在走向理解癌的发生、我们正在走向理解癌的发生 3、我们正在走向治疗癌症的目标、我们正在走向治疗癌症的目标 q细胞融合与细胞培养细胞融合与细胞培养q细胞器移植与生物克隆细胞器移植与生物克隆q干细胞工程干细胞工程q生物克隆的意义生物克隆的意义第五节第五节 细胞工程细胞工程 通过生物学、化学或物理学的方法，使通过生物学、化学或物理学的方法，使两个不同种类的体细胞融合在一起，从而产两个不同种类的体细胞融合在一起，从而产生具有两个亲本遗传性状的新细胞生具有两个亲本遗传性状的新细胞童鱼童鱼世界上第一条没有父母的鱼世界上第一条没有父母的鱼 “鲫鲤核质杂交鱼鲫鲤核质杂交鱼”体细胞杂交体细胞杂交/ /细胞融合技术细胞融合技术一、细胞融合与细胞培养一、细胞融合与细胞培养人鼠细胞杂交人鼠细胞杂交注：杂种细胞可以在培注：杂种细胞可以在培养基中生长，但存在人养基中生长，但存在人染色体随机丢失现象染色体随机丢失现象组织培养组织培养/ /快速无性繁殖快速无性繁殖 利用植物组织、植物细胞的全能性，利用植物组织、植物细胞的全能性，进行快速无性繁殖。进行快速无性繁殖。优点优点 可固定杂种优势可固定杂种优势 免除制种环节免除制种环节 对珍贵植物的引种生产具有对珍贵植物的引种生产具有 特别意义特别意义举例举例 组织培养法再生兰花；人工种子组织培养法再生兰花；人工种子植物组织与细胞培养植物组织与细胞培养组组 织织 培培 养养叶肉组织叶肉组织愈伤组织愈伤组织新植株新植株细胞育种细胞育种 诱导突变，筛选新品系、新品种诱导突变，筛选新品系、新品种植物组织与细胞培养植物组织与细胞培养突变与突变体筛选突变与突变体筛选植物组织与细胞培养植物组织与细胞培养次生代谢产物生成次生代谢产物生成 从培养的植物细胞中提取所需的代谢产物。从培养的植物细胞中提取所需的代谢产物。优点优点 比栽培原料作物更易控制比栽培原料作物更易控制 最佳生产条件最佳生产条件 培养物为无菌、无虫材料，培养物为无菌、无虫材料， 能保证产品质量能保证产品质量 工艺操作较为简单，可减工艺操作较为简单，可减 少劳动费用，提高生产力少劳动费用，提高生产力二、细胞核移植与生物克隆二、细胞核移植与生物克隆细胞核移植技术细胞核移植技术多利羊克隆实验的意义多利羊克隆实验的意义1 1、细胞核移植技术、细胞核移植技术显显微微操操作作仪仪细胞核移植与生物克隆细胞核移植与生物克隆细胞核移植与生物克隆细胞核移植与生物克隆显微操作示意图显微操作示意图细细胞胞核核移移植植技技术术多利羊的克隆实验严密的实验设计精心的操作过程严格的结果检验细胞核移植与生物克隆细胞核移植与生物克隆2 2、多利羊克隆实验多利羊克隆实验的意义的意义1 1）理论意义）理论意义证实证实分化成熟的动物分化成熟的动物细胞核细胞核仍仍具全能性。具全能性。 证实证实细胞质细胞质对胚胎发育分化的对胚胎发育分化的决定性。决定性。细胞核移植与生物克隆细胞核移植与生物克隆2 2）实践意义）实践意义 8080年代初期到九十年代初期年代初期到九十年代初期 这这1010年年内内基基因因工工程程用用于于生生产产蛋蛋白白质质多多肽肽类类药药物物有有很很大大发发展展, ,转转基基因因动动物物亦亦已已成成功功, ,转转基基因动物提高了蛋白质因动物提高了蛋白质肽类药物的产量肽类药物的产量 英国罗斯林研究所和英国罗斯林研究所和 PPL PPL 制药公司联合，制药公司联合，50 50 只转基因羊，已传四代。希望只转基因羊，已传四代。希望用克隆法用克隆法生产生产 4000 4000 只基因工程奶羊。只基因工程奶羊。细胞核移植与生物克隆细胞核移植与生物克隆三、干细胞工程三、干细胞工程干细胞（干细胞（Stem Cell）胚胎干细胞胚胎干细胞组织干细胞组织干细胞类胚胎干细胞类胚胎干细胞干细胞工程干细胞工程干细胞工程干细胞工程细胞替代细胞替代治疗角膜病、糖尿病、帕金森病治疗角膜病、糖尿病、帕金森病组织替代组织替代治疗白血病、皮肤、软组织、骨骼等组织病变治疗白血病、皮肤、软组织、骨骼等组织病变器官替代器官替代无排斥反应的器官移植无排斥反应的器官移植组织干细胞组织干细胞(成体干细胞成体干细胞)干细胞工程干细胞工程干细胞工程干细胞工程胚胎干细胞胚胎干细胞胚胎干细胞获得：胚胎干细胞获得：从胚胎分离细胞在体外培养和建系从胚胎分离细胞在体外培养和建系细胞核移植：细胞核移植：通过体细胞核移植到去核的卵细胞，发育成人的胚胎通过体细胞核移植到去核的卵细胞，发育成人的胚胎两种方法都要破坏人的胚胎。反对研究人的胚胎干细两种方法都要破坏人的胚胎。反对研究人的胚胎干细胞者认为，人的胚胎有生命，应该具有人权，破坏胚胎就胞者认为，人的胚胎有生命，应该具有人权，破坏胚胎就是侵犯人权。是侵犯人权。类胚胎干细胞类胚胎干细胞（induced pluripotent cells，iPCs）干细胞工程干细胞工程干细胞工程干细胞工程为了打破这种僵局，就迫使人们要探索新的途径，在不触犯伦理、道德和法律的情况下，拿到类似胚胎的所谓全能性的干细胞。类胚胎干细胞类胚胎干细胞（induced pluripotent cells，iPC） （图片来源：（图片来源：Junying Yu） 2007年日本年日本Yamanaka小组和美国的小组和美国的James Thomson小组分时同时完小组分时同时完成了利用人体表皮细胞制成了利用人体表皮细胞制造出了类胚胎干细胞。造出了类胚胎干细胞。 干细胞工程干细胞工程干细胞工程干细胞工程干细胞工程干细胞工程干细胞工程干细胞工程 日本的日本的Yamanaka小组将小组将Oct3/4，Sox2，c-Myc和和 Klf4这四种基因导入来自一位这四种基因导入来自一位36岁妇女的岁妇女的表皮和一位表皮和一位69岁男性的结缔组织细胞，大约每岁男性的结缔组织细胞，大约每5000个细胞就能制造一个个细胞就能制造一个iPC细胞，这一高效率细胞，这一高效率保证他们在每项实验中都能得到数个细胞系。相保证他们在每项实验中都能得到数个细胞系。相关论文在线发表于关论文在线发表于细胞细胞上。上。干细胞工程干细胞工程干细胞工程干细胞工程美国的美国的Thomson小组从小组从14种基因中选择了种基因中选择了4个基因个基因OCT3，SOX2，NANOG和和LIN28，其中前两个和其中前两个和Yamanaka小组是相同的。小组是相同的。Thomson和同事利用的是胎儿皮肤细胞以和同事利用的是胎儿皮肤细胞以及一个新生儿的包皮细胞。与及一个新生儿的包皮细胞。与Yamanaka小组相小组相比，这项研究需要比，这项研究需要1万个细胞才能分离出一个万个细胞才能分离出一个iPC细胞系。相关论文在线发表于细胞系。相关论文在线发表于科学科学上上 。干细胞工程干细胞工程干细胞工程干细胞工程这一技术避开了利用胚胎干细胞的伦理争议。这一技术避开了利用胚胎干细胞的伦理争议。但这项技术存在一些弊端。用于携带但这项技术存在一些弊端。用于携带4种基因种基因的的逆转录病毒载体逆转录病毒载体会导致由会导致由iPC细胞发育成的组织细胞发育成的组织中出现肿瘤。中出现肿瘤。四、生物克隆的意义四、生物克隆的意义器官移植器官移植人类疾病的动物模型人类疾病的动物模型生物克隆的伦理生物克隆的伦理1 1、器官移植、器官移植 角膜角膜 皮肤皮肤 肾肾 肝肝 肺肺 心脏等等心脏等等 器官移植大量开展需要大量供体器官器官移植大量开展需要大量供体器官人体器官的代用品来自猪人体器官的代用品来自猪 克隆技术使纯种猪培育时间大为缩短克隆技术使纯种猪培育时间大为缩短生物克隆的意义生物克隆的意义长人耳朵的小老鼠长人耳朵的小老鼠长人耳朵的小老鼠长人耳朵的小老鼠 2、人类疾病的动物模型人类疾病的动物模型动物模型对于研究疾病机理试验新动物模型对于研究疾病机理试验新药等方面的实验不可缺少。药等方面的实验不可缺少。生物克隆的意义生物克隆的意义生物克隆的意义生物克隆的意义珍稀濒危动物繁殖珍稀濒危动物繁殖克隆大熊猫实验克隆大熊猫实验动物育种动物育种 克隆技术用于动物育种可以极大地克隆技术用于动物育种可以极大地加快育种的速度。加快育种的速度。3 3、生物克隆的伦理、生物克隆的伦理高技术的双刃剑高技术的双刃剑伦理学伦理学: :在人类社会长期生活中逐在人类社会长期生活中逐渐形成的有关人们相互关系的共识。渐形成的有关人们相互关系的共识。生物克隆的意义生物克隆的意义1 1）克隆人问题）克隆人问题有人认为，克隆技术是对宗教感情的亵渎和有人认为，克隆技术是对宗教感情的亵渎和冒犯，是冒犯，是“和上帝开玩笑和上帝开玩笑”，扰乱了自然规律。，扰乱了自然规律。人们反对克隆人实验的示威生物克隆的伦理生物克隆的伦理生物克隆的伦理生物克隆的伦理芝加哥芝加哥理查德理查德 锡德于锡德于 1998 1998 年年 1 1月宣布月宣布: : 要组成一个小组，做克隆人实验要组成一个小组，做克隆人实验 1.51.5 年内完成第一个克隆人年内完成第一个克隆人再用再用 15 15 年完成年完成 500 500 个克隆人个克隆人生物克隆的伦理生物克隆的伦理反响一：反响一：几天后克林顿要求国会立法，加以阻止几天后克林顿要求国会立法，加以阻止反响二：反响二：加州等许多州通过立法加州等许多州通过立法: : 对克隆人实验处以对克隆人实验处以2525100 100 万美金罚款。万美金罚款。生物克隆的伦理生物克隆的伦理2 2）可否克隆人的部分器官？）可否克隆人的部分器官？英国一个小组宣布，用控制基因的英国一个小组宣布，用控制基因的办法，成功得到办法，成功得到无头青蛙。无头青蛙。 估计估计 5 510 10 年内可得克隆年内可得克隆人体部人体部分组织器官分组织器官。生物克隆的伦理生物克隆的伦理 3 3）究竟应该如何看待）究竟应该如何看待“克隆人克隆人”及其他及其他 伦理学伦理学问题？问题？科学技术的进展往往可能出现负面效应科学技术的进展往往可能出现负面效应化学合成化学合成 化学武器化学武器病菌、病毒病菌、病毒 生物武器生物武器原子能原子能 原子弹原子弹计算机计算机 黑客黑客生物克隆的伦理生物克隆的伦理已有不少事例证明，新科学技术对伦理道德观念的冲击，会逐渐得到解决。人类社会具有接纳科学技术新成果的无限潜力。生物克隆的伦理生物克隆的伦理结论：结论：人类社会能够解决发展生产，提高生活的问题。人类社会能够解决保护环境，生态的问题。人类社会也能够不断改变观念，走向更高伦理道德境界。这将是一个艰难的转变，需要较长的时间这将是一个艰难的转变，需要较长的时间生物克隆的伦理生物克隆的伦理关键是呼吁科学民主，协商决策的社会机制。呼吁善于思考，富有社会责任心的人。我们明天怎样面对我们明天怎样面对“克隆人克隆人”？