当前位置:首页 >> 学科竞赛 >>

高中生物竞赛 细胞的生活


第三章 细胞的生活 一、细胞增殖及其调控 1.细胞增殖的意义: (1) 是多细胞生物体生长发育和繁殖的基础。 (2) 是单细胞生物产生新个体的方式。 (3)更新衰老、凋亡和损伤的组织细胞。 细胞增殖是生命最为重要的特征之一。 细胞增殖包括物质准备和细胞分裂两个连续的阶段,共同构成细胞周期 细胞周期过程中至少涉及 3 个需要解决的根本问题: 细胞分裂前遗传物质 DNA 精确的复制;

完整复制的 DNA 在细胞分裂过程中准确分配到两个子细胞; 对物质准备与细胞分裂两个阶段进行有序、严密的控制 一、细胞周期的概述:

1.细胞周期的研究方法 细胞显微形态分析

细胞分裂的显微形态观察(引自 Karp,2010) 细胞周期蛋白表达分析: 通过温度敏感突变体克隆到芽殖酵母的 3 个 G1 期周期蛋白,即 Cln1,Cln2 和 Cln3。 将编码上述 3 个周期蛋白的基因敲除以后,细胞不能通过 G1 期最终导致死亡,说明 Cln 与细胞周期从 G1 期向 S 期的运转有关。 流式细胞术可以精确地测量细胞周期,并且能够分析细胞种类、DNA、RNA、蛋白质的含量以及这些物质在细胞周 期中的作用,在细胞周期调控研究中被广泛应用。
1

2. 细胞周期的生化事件: (1)G1 phase: 合成与 DNA 复制相关的蛋白质(RNA) 。 (2)S phase: 合成 DNA 和组蛋白。 (3)G2 phase: 合成少量的蛋白质(RNA) 。 (4)M phase: 核分裂和胞质分裂。 3. 基于细胞分裂情况的细胞类型: (1)周期中细胞(Cycling cells) 连续分裂的细胞,包括各种类型的干细胞。 (2)G0 细胞正常条件下不分裂,但是在合适的刺激下分裂,例如:肝细胞、 淋巴细胞。 (3)终端分化细胞高度特化的细胞,丧失了分裂的能力。例如:肌肉细胞、 红细胞、神经细胞等。 4. 细胞周期的调控 (1)细胞周期中的检验点

细胞周期控制系统引 发了细胞周期的主要过程。 细胞周期控制系统可以将细 胞周期限制在特定的检验点 上。

检验点控制的特点: (1)对 DNA 损伤能作出迅速的反应,在基因组未造成不可逆损伤之前及时阻断细胞周期的进行; (2)把损伤信号放大到足够的水平,阻断细胞周期 (2)细胞周期的调控的研究 最初的认识来自于一系列的细胞融合实验,证明 S 期细胞胞质中含有刺激 G1 期细胞起始 DNA 复制的因子,而 已完成复制的 G2 期细胞核不再 对 S 期细胞胞质中的起始因子有 反应。

M 期细胞与 G1、S 和 G2 期细 胞融合诱导早熟染色体凝缩 (PCC) ,表明 M 期细胞中含有 刺激细胞进入分裂的因子(MPF) 。

2

细胞周期蛋白 cyclin 特点:在细胞周期中呈周期性变化。 作用:激活和引导 CDK 作用于不同底物。 主要有两类:G1 期周期蛋白(在 G1/S 期转换中起作用) 、M 期周期蛋白(在 G2/M 期转换中发挥作用) 。 CDK 激酶 细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)在与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性,故名。 CDK 可磷酸化特定的底物蛋白,例如:Cdc2(CDK1)可将: 核纤层蛋白磷酸化,导致核纤层解体、核膜消失; 组蛋白 H1 磷酸化,导致染色体的凝缩等。

哺乳动物细胞周期中, 不同的细胞周 期蛋白和 Cdk 之间的结合

3

所有的真核细胞中必须的三类周期蛋白: (1)G1/S-cyclins 在 G1 末期和 Cdks 结合,引发 DNA 复制 。 (2)S-cyclins 在 S 期和 Cdks 结合,对起始 DNA 复制是必须的。 (3)M-cyclins 促进了有丝分裂事件的进行。

二、有丝分裂 1.前期:染色质浓缩、变短变粗;两条染色单体以着丝粒相连,并装配动粒;动物细胞中心粒分开,确定分 裂极;核仁、核膜解体。

中心体周围开始组装微管,并向细胞的两极移动。

中心体在 G1 期末开始复制;S 期细胞已经含有 1 对中心体;G2 期时开始分离,向细胞的两极移动。

4

高尔基体、内质网等解体成为囊泡;其他膜性细胞器保持相对完整。 动粒组装。

2.前中期:核膜解体(以小膜泡的形式分散到细胞质中),标志前中期开始。核纤层、核骨架也随之解体;染色 体进一步浓缩,变短变粗,形成 X 型结构;着丝粒上的动粒逐渐成熟;纺锤体装配逐渐成熟,星体微管与动粒联结 形成动粒微管。 纺锤体微管捕获染色体 动粒在 S 期复制,每条中期 染色体上含有 2 个动粒,经 分裂被分配到两个子细胞中。 纺锤体主要由微管和微管 结合蛋白组成,组成纺锤体 的微管分为 3 种类型:星体微管、 动粒微管、极微管、

3.中期:从染色体排列到赤道板上到向两极移动。 4.后期:两条姊妹染色单体在纺锤体微管的作用下,向两极运动。

5

5.末期:染色单体到达两极,动粒微管消失,极性微管加长;染色单体去浓缩;核膜、核仁重新装配;两个子代 细胞核形成。 6.胞质分裂: 开始于后期, 完成于末期。 整个过程包括4个步骤: 分裂沟的确立; 肌动蛋白聚集和收缩环的形成; 收缩环收缩;收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。 收缩环:肌动蛋白和肌球蛋白组装而成,形成胞质分裂的力量。

高等植物细胞中通过成膜体指导胞质分裂

三、减数分裂 前减数分裂间期:S 期较长,有 0.1-0.3%的 DNA 未复制(在前期 I 的偶线期合成,与联会有关的 zygDNA) 减数分裂分裂期: 两次连续的分裂(减裂 I 和减裂 II) 1.减裂 I——前期:时间较长,可长达数周、数年、甚至数十年,染色体也表现出相当复杂的形态变化,又分为五 个时期 细线期:染色质凝集 偶线期:同源染色体配对,二价体(四分体) ,联会,偶线期 DNA 的合成。 粗线期:等位基因进行交换和重组;合成 P-DNA(编码 DNA 切口和修复的酶);合成组蛋白,替 代体细胞类型的组蛋白。有 rDNA 扩增现象。 双线期: 同源染色体分离, 保留交叉。 该时期可持续较长时间。 有转录、 蛋白合成等事件发生。 (该时期能维持较长的时间,如灯刷染色体) 终变期:染色体凝集,交叉端化,同源染色体仅在端部和着丝粒联结
6

二、细胞的分化:(1)多细胞生物体的不同细胞类型含有相同的 DNA。 (2)细胞通过基因表达的改变来应答外界信号。 (3)不同细胞类型具有不同的 mRNA 表达模式。 (4)不同的细胞类型所合成的蛋白质也不相同。 (5)基因表达可以在遗传信息从 DNA 到 RNA 直至蛋白质的不同步骤中被调控。 胚胎发育依赖于四种基本细胞活动:细胞增殖:增加细胞数量 细胞特化:分化成特定类型的细胞 细胞相互作用:协调相邻细胞的行为 细胞运动:在胚胎期更加明显,包括细胞收缩、伸展、重排及其迁移等。

在多细胞生物体中存在着细胞分化 Human: 1014 cells, >200 cell types

原因:细胞分化并非由于某些遗传物质丢失造成的,而是与基因选择表达有关。 一般说来,体内各种细胞均含有物种的全部基因。但是在细胞中表示全部基因都在活动,在任何时间一种细胞 的基因组只有一少部分基因在活动。单一序列基因进行表达的只占基因组中全部基因的 5%--10%。这些表达的基因 大致可细胞的编码基因分为两类:管家基因和奢侈基因。 管家基因:是维持细胞生存必需的一类基因,在各类细胞中都处于活动状态。例如为核糖体蛋白、线粒体蛋白、 糖酵解酶编码的基因。 奢侈基因:是在不同组织细胞中选择表达的基因,与分化细胞的特殊性状直接相关,这类基因的丧失对细胞生 存没有直接影响。 目前一般认为, 细胞分化主要是奢侈基因中某些特定基因有选择地表达的结果。 如血红蛋白基因、 皮肤角蛋白基因等。这些奢侈基因的表达,合成了组织专一蛋白产物,例如表皮的角蛋白基因表达,指导合成了表 皮细胞特有的角蛋白。像这种不同种类细胞的基因选择活动的现象称为基因的选择表达。 影响细胞分化的因素:胞外信号、细胞记忆和决定、受精卵细胞质的不均一性、细胞间的相互作用与位置效应、 环境对性别决定的影响、染色质变化和基因重排。 细胞的分化潜能:全能性、多能性和单能性受精卵能够分化出各种细胞、组织,形成一个完整的个体,所以把受 精卵的分化潜能称为全能性。随着分化发育的进程,细胞逐渐丧失其分化潜能。从全能性到多能性,再到单能性, 最后失去分化潜能成为成熟定型的细胞。植物的枝、叶、根都有可能长成一株完整的植株,细胞培养的结果也证明 即使高度分化的植物细胞也可以培养成一个完整的植株,因此可以说绝多数植物细胞具有全能性。
7

干细胞(stem cell) :通俗的讲,干细胞是指尚未发育成熟的细胞。它具有在省委各种 组织、器官的潜能,医学界称其为“万用细胞” 。干细胞是来自胚胎、胎儿、成体内的, 在一定条件下具有自我更新与增殖分化的能力的一类细胞, 能产生表现型与基因型和自己 完全相同的子细胞,也能产生组成机体组织、器官等特化的子细胞。 干细胞的分类: 按细胞分化的潜能大小分类:全能干细胞(totipotent stem cell) 多能干细胞(pluripotent stem cell) 单能干细胞(unipotent stem cell) 按发生来源分类:胚胎干细胞(Embryonic stem cell,ES 细胞) 成体干细胞(Adult stem cells) 胚胎干细胞:ES 细胞是从早期胚胎内细胞团(Inner cell mass,ICM)分离出来并建立成 功的细胞,具有发育全能性,理论上可以诱导分化为机体中所有的细胞(ESC) 。 存活 5-7 天的胚胎大约有 140 个细胞组成呈空心圆球状,成为囊胚。其 外层组织为滋养层,胚泡中心的腔称“胚囊腔” ,腔内一层的细胞群即“内细胞团” 。 胚胎干细胞:ESC 的用途主要有:①克隆动物,由体细胞作为核供体进行克隆动物生产,虽然易于取材,但克隆 动物个体中表现出严重的生理或免疫缺陷,而且多为致命性的;②转基因动物,以 ESC 细胞作为载体,可大大加快 转基因动物生产的速度,提高成功率;③组织工程,人工诱导 ESC 定向分化,培育出特定的组织和器官,用于医学 治疗的目的。 三、细胞的癌变 1.癌细胞的基本特征:(1) 生长分裂失去控制 (2) 具有浸润性和扩散性 (3) 比正常细胞或者良性肿瘤细胞分化程度低。 (4) 具有高度异常的染色体组成——非整倍体。 (5) 体外培养中丧失接触抑制。 (6) mRNA 的表达谱及其蛋白表达谱或蛋白活 性改变,例如:肝癌细胞表达肝胚细胞中的 甲胎蛋白。

8

原癌基因与抑癌基因: 原癌基因(proto-oncogene)是细胞的正常基因,多编码控 制细胞周期、细胞凋亡、细胞增殖的各种调控因子和活性 蛋白,是细胞正常功能所必需。 原癌基因产物:生长因子、生长因子受体、信号转导组分、细 胞周期蛋白、细胞凋亡调节蛋白、转录因子

抑癌基因(anti-oncogene) : 发现:有一类基因的失活也能引起癌变。 a. 视网膜母细胞瘤是由于 Rb 基因突变失活而引起的; b. p53 基因:50%的肿瘤中发现 p53 的突变; 作用:细胞周期调控;促进细胞凋亡;维持遗传稳定性(p53 突变使细胞逃脱 DNA 损伤的监控系统而进入分裂) 抑癌基因的产物主要包括: (1)转录调节因子:如 Rb、p53; (2)负调控转录因子:如 WT; (3)周期蛋白依赖性激酶抑制因子(CKI) ,如 p21; (4)信号通路的抑制因子:ras GTP 酶活化蛋白(NF-1) ; (5)DNA 修复因子:如 BRCA1、 BRCA2; 抑癌基因的作用:抑制增殖和迁移;促进分化。

癌症形成的多步迁延说: 癌基因的激活→抑癌基因的丢失→端粒酶的 表达→血管生成→肿瘤转移

原癌基因的激活: 基因本身或其调控区发生变异,导致基因的过表达,或产物蛋白活性增强,使细胞过度增 殖,形成肿瘤。主要类型:点突变、基因扩增、基因重排、病毒插入。

9

四、细胞的衰老和死亡 1.细胞衰老 细胞衰老的特征:(1)细胞核:体积增大;核膜内折;染色质固缩化 (2)内质网:粗面内质网减少 (3)线粒体:数量减少,体积增大 (4)致密体生成:由溶酶体或线粒体转化而来 (5)膜系统:液晶相→凝胶相(固相) ;膜蛋白运动→不运动;膜的选择性透性降低。 细胞衰老的分子机制:(1)氧化性损伤:代谢中产生的活性氧基团或分子,引发大分子的氧化性损伤并积累, 最终导致衰老。清除 ROS,可延长寿命;SOD 基因抗氧化,但似乎与寿命无关;线虫中 age1,clk1基因能明显延长寿命。 (2)端粒与衰老:随着细胞的每次分裂,端粒不断缩短,当端粒长度缩短达到一个阈 值时,细胞就进入衰老。 (3)rDNA 与衰老:rDNA 成环,并不断累积。 (4)沉默信息调节蛋白(Sir)复合物与衰老:Sir 抑制 DNA 转录,与核仁的结合,可延长 寿命。 (5)SGS1 基因、WRN 基因与衰老:属解旋酶基因,与核仁结合,抑制衰老。 2.细胞凋亡: 细胞凋亡(apoptosis)是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程。 由于它受严格的遗传机制控制, 所以也称为细胞编程性死亡(programmed cell death, PCD) 。 PCD 与细胞分裂周期是一对矛盾统一体。PCD 对于多细胞生物的个体发育的正常进行,维持体内器 官、组织、细胞数目的相对平衡以及内环境的稳定过程,起着决定性的作用;也是有机体对不良环境的 自我性保护反应,并与很多病理过程有关。 细胞凋亡的形态学和生物化学特征:(1) 细胞凋亡的形态学特征:凋亡的起始(细胞表面微绒毛的消失、内质 网囊腔膨大、染色质固缩)→凋亡小体形成→凋亡小体被吞噬 (2) 细胞凋亡的生化特征:染色质核小体间发生断裂,形成电泳上的梯状 条带; (核酸内切酶降解 DNA 产生)组织转谷氨酰胺酶(tTG)累积并达到较 高水平(依赖于 Ca++) 细胞凋亡的分子机制:由基因控制,已发现一些酶、蛋白质和信号传导系统参与细胞凋亡的过程,并克隆了 一些基因,但对凋亡的分子机制仍然了解太少。

10

凋亡和坏死的区别: (1)染色质聚集、分块、位于核膜上,胞质凝缩,最后核断裂,细胞通过出芽的方式形 成许多凋亡小体; (2)凋亡小体内有结构完整的细胞器,还有凝缩的染色体,可被邻近细胞吞噬消化,因 始终有膜封闭,没有内溶物释放,故不会引起炎症; (3)线粒体无变化,溶酶体活性不增加; (4)内切酶活化,DNA 有控降解,凝胶电泳图谱呈梯状; (5)凋亡通常是生理性变化,而细胞坏死是病理性变化。 Differences of apoptosis and necrosis (1)坏死 Necrosis:没有染色质固缩、细胞膜发生渗漏、炎症反应、影响周围其他细胞 (2)凋亡 Apoptosis:染色质固缩、形成凋亡小体、细胞膜不发生渗漏、没有炎症反应、 凋亡小体被吞噬、不影响周围其他细胞

11


相关文章:
高中生物竞赛 细胞的生活
高中生物竞赛 细胞的生活_学科竞赛_高中教育_教育专区。第三章 细胞的生活 一、细胞增殖及其调控 1.细胞增殖的意义: (1) 是多细胞生物体生长发育和繁殖的基础。...
高中生物竞赛知识点(全)
高中生物竞赛知识点(全)_学科竞赛_高中教育_教育专区。第一章 走近细胞 第一...专营细胞内寄生生活; ④、结构简单,一般由核酸(DNA 或 RNA)和蛋白质外壳所...
高中生物竞赛范围
高中生物竞赛范围_专业资料。高中生物竞赛范围(理论...种子植物、蕨类植物和苔藓的世代交替(生活史) 三、...学和生物化学 1.细胞结构、功能、分裂(细胞周期:...
2015年高中生物竞赛试题.doc
2015 年高中生物竞赛试题 细胞生物学、生物化学、微生物学 1.关于膜蛋白,下列...生活史短,可以在几周内完成整个生活史 D.叶片退化,具肥大的可贮水的茎 E....
高中生物知识点生物竞赛必备知识总结
高中生物知识点生物竞赛必备知识总结 你知道吗 细胞——生物体结构和功能的基本...2.26 新陈代谢的类型红螺细菌 有光时:自养生活(进行光合作用,但供氢体不是...
高中生物教师竞赛作品 细胞生活的环境教学设计方案
提示: “内”与“外”是相对的,从细胞来看,细胞外液属于其生活的外界环境,其内 环境为细胞内液;而从人体来看,细胞外液是内环境。 4、血细胞直接生活的内环境...
生物竞赛必备——细胞生物学
高中生物竞赛必备知识,属细胞生物学模块,主要包括细胞分分子组成和细胞结构等,内容...第一章 细胞生物学 细胞生物学是研究细胞的结构,功能,生活史以及生命活动本质和...
高中生物竞赛细胞学习题二
高中生物竞赛细胞学习题二 暂无评价|0人阅读|0次下载|举报文档 细胞生物学考试...___ 四、简答题(每题2分,共20分。写好题序充答在答卷纸上) 1、生活状态...
高中生物竞赛初赛试题(五)
高中生物竞赛初赛试题(五)注意事项: 1、本试卷共 120 题(单选题 100 题,...神经和激素调节 58、表现型正常的双亲生有一色盲的孩子,其体细胞性染色体组成是...
初高中生物知识小竞赛试题和答案
高中生物知识小竞赛试题和答案_学科竞赛_高中教育_...1.生活在纬度较低、 气候较炎热地区的企鹅,个体也...线粒体是动物细胞中的能量转换器 9.宏基因组学(...
更多相关标签:
高中生物竞赛 | 高中生物竞赛试题 | 高中生物竞赛题典 | 高中生物竞赛辅导书 | 高中生物竞赛培优教程 | 高中生物竞赛题库 | 全国高中生生物竞赛 | 高中生物知识竞赛 |