第十章 细胞分化
大纲要求
1.掌握细胞分化的概念和影响细胞分化的因素。
2.熟悉细胞分化的调控。
3.了解细胞分化和肿瘤。
重点和难点
1.重点:细胞分化的概念和影响细胞分化的因素。
2.难点:细胞分化的调控。
内容精要
一、细胞分化的概念
1.细胞分化是指细胞后代在形态、结构和功能上发生稳定性差异的过程。
2.通常情况下,细胞在发生可识别的形态变化之前,已经受到约束向着特定的方向分化,确定了未来的发育命运。
3.细胞分化是一种持久性的变化。
4.多细胞生物的细胞不仅有时间上的分化,而且也有空间上的分化。
二、细胞分化的调控
1.转录水平的调控。
2.翻译水平的调控。
三、影响细胞分化的因素
1.细胞内因素:细胞核、细胞质。
2.细胞外因素:环境因素、细胞间相互作用、激素。
四、细胞分化与肿瘤
1.肿瘤细胞的增殖特点:丧失接触抑制、侵袭性、转移性、永生性。
2.肿瘤细胞的分化:肿瘤细胞缺少分化特点,称为去分化;也可把肿瘤细胞看作是在已分化的基础上更进一步分化,即所谓恶性分化。
综合练习题
一、名词解释
1.细胞分化(cell differentiation)
2.细胞决定(cell determination)
3.细胞的全能性(cell totipotency)
4.管家基因(housekeeping gene)
5.奢侈基因(luxury gene)
6.同源框基因(homeobox gene)
7.DNA甲基化(DNA methylation)
8.细胞诱导(cell induction)
9.细胞抑制(cell inhibition)
10.癌基因(oncogenes)
二、填空题
1.识别细胞分化的3项指标是细胞的________、________和________。
2.从受精卵发育为正常成体动物过程中,________的出现是细胞分化的结果。
3.胚胎发育过程中逐渐由全能局限为多能,最后成为________的趋向,是细胞分化的普遍规律。
4.细胞分化的调控可以在不同的水平上进行:________、________以及蛋白质形成后活性调节水平等,其中________的调控是最重要的。
5.细胞分化是一种持久性的变化,发生于生物体的整个生命进程中,在________时期达到最大限度,成为最重要的过程之一。
6.一个细胞在不同的发育阶段可以有不同的形态和功能,这是在________上的分化;同一种细胞的后代,由于所处的环境不同,可以有相异的形态和功能,这是在________上的分化。
7.从分子层次的意义上来看,细胞分化意味着细胞内某些________优先合成。
8.单细胞生物的细胞仅有上________的分化,多细胞生物的细胞不仅有________上的分化,而且由于在同一个体上各个细胞所处的位置不同,因而发生功能上的分工,于是又有上的分化。
9.生物形态发生时,各部分细胞基因表达一定的时空关系,通过遗传的调节机制,决定任何一个细胞在何时、何处、何种情况下,表达哪一个基因。因此,细胞分化是________作用。
10.胚胎发育过程中逐渐由全能局限为多能,最后成为________的趋向,是细胞分化的普遍规律。因此,细胞分化可以视为________的过程。
11.各型珠蛋白的出现与其编码基因的活化顺序是一致的,不同类型的珠蛋白在发育过程中依次出现和消失是________的结果,这就直接证明了不同类型血红蛋白合成的调节发生在________水平上。
12.同源框基因是最初发现于果蝇、爪蟾形态发生调节蛋白的一种________。
13.海胆未受精卵存在着未活化的母体mRNA,不能翻译,称为________;只有在受精后,这些mRNA才可能翻译。
14.在果蝇早期胚胎发育时,主要是由两大类基因群来负责调控:一类是________,主要负责果蝇体节的产生;另一类是________,主要是促使各个体节表现专一性的形态。
15.细胞核内的基因组________是细胞分化的基础。
16.远距离细胞之间的相互作用往往是通过激素实现的,在脊椎动物中存在两大类:脂溶性的________和蛋白质类的________。
17.在一般情况下,正常细胞在体外培养瓶中贴壁生长,增殖的细胞达到一定密度,汇合成单层以后即停止分裂,称________或________。
18.肿瘤细胞来源于正常细胞,某些分化特点可以与其来源细胞相同,但更多见的是肿瘤细胞缺少这种分化特点,甚至完全缺如,表现为________。
19.把正常细胞中与病毒癌基因相对应的DNA序列称为________,它是具有潜在致癌能力的基因,或称________。
20.正常细胞的原癌基因受到致癌因素或其他癌基因的影响,会转变成能致癌的癌基因,这一变化称为癌基因的________。
21.________基因实际上是正常细胞增殖过程中的负调控因子,它编码的蛋白质往往在细胞周期的检验点上起阻止周期进程的作用。
三、是非题
1.每一种特定类型的细胞只使用一小部分基因中的遗传信息。
2.细胞分化的显著特点是细胞分化的稳定性。
3.一个细胞分化为一个稳定的类型后,可以逆转到未分化状态。
4.单细胞生物的细胞仅有时间上的分化,如噬菌体的溶菌型和溶源型、原核生物和原生生物的细胞多型性等。
5.细胞的全能性现象在植物和动物中较常见。
6.在绝大多数情况下受精卵形成囊胚之前,细胞的分化方向尚未决定。
7.细胞分化是一个分化潜能逐渐被限制的过程。
8.细胞分化的时空关系是由生物体的遗传性规定其严格的程序和模式。
9.管家基因对细胞分化起决定作用。
10.低等生物及植物体比较容易受外界环境的影响,而高等动物则因其胚胎发育的外环境以及成体发育的内环境比较恒定,所以不受外界环境的影响。
11.管家基因在各类细胞的任何时间内都可以得到表达,其产物管家蛋白是维持细胞生命活动所必需。
12.在同一类型的细胞中,即使发育阶段不同,基因活性也是一样的。
13.甲基化程度越高,DNA转录活性越高。
14.持续表达的管家基因多为甲基化状态。
15.在细胞分化过程中,细胞核的遗传潜力是不受核所在的细胞质环境调节。
16.细胞诱导作用不是由细胞本身引起的,而是由一些化合物引起的。
17.胚胎发育过程不只是依赖某些细胞对其他细胞的诱导和抑制,还依赖两群细胞之间的相互作用。
18.甾类激素只是作为第一信使与靶细胞质膜的表面受体结合,通过信号传递产生第二信使激活细胞质内的蛋白激酶系统。
19.体外培养的癌细胞在连续传代培养40~60代后,将逐渐解体死亡。
20.癌基因被激活后,表达产生质异常的癌蛋白,从而引起细胞正常生理功能的紊乱,进而癌变。
21.细胞信号转导是细胞增殖与分化过程的基本调节方式,而信号转导通路中蛋白因子的突变是细胞癌变的主要原因。
四、选择题
(一)单选题
1.红细胞呈双凹面的扁圆盘状,具有携带氧气和完成气体交换的功能,这是由于什么的结果
A.细胞分化 B.细胞分裂 C.细胞决定
D.细胞诱导 E.细胞增殖
2.细胞分化的关键在于什么的合成
A.非特异蛋白质 B.特异蛋白质 C.组蛋白
D.非组蛋白 E.酸性蛋白
3.将两栖类动物神经胚时期的神经板移植到另一胚胎的腹部,移植块仍可发育为神经组织,这是哪项的结果
A.细胞诱导 B.细胞抑制 C.细胞决定
D.细胞分化 E.细胞凋亡
4.同一个多细胞生物体的前端和后端、内部和外部、背面和腹面等部位,可以有不同类型的细胞,这是多细胞生物分化上的什么性
A.时间性 B.稳定性 C.遗传性
D.空间性 E.时空性
5.大量研究表明,细胞分化的基因表达调节,主要是发生在什么水平上,即是否出现某种性状决定于是否存在有关的mRNA
A.转录前 B.转录 C.翻译
D.翻译后 E.蛋白修饰
6.下列蛋白属于奢侈蛋白的是
A.膜蛋白 B.核酸聚合酶
C.肌细胞中的肌动蛋白 D.细胞周期蛋白
E.actin蛋白
7.在人体发育的各个阶段中,血红蛋白的组成各不相同,这说明
A.在同一类型的细胞中,不同基因活性一样
B.在同一类型的细胞中,不同基因活性不一样
C.在同一类型的细胞中,基因活性一样
D.在同一类型的细胞中,基因活性也可能不一样
E.在同一类型的细胞中,不同蛋白活性不一样
8.下列细胞具有最高全能性的是
A.生殖细胞 B.精子 C.卵子
D.受精卵 E.神经细胞
9.原肠胚细胞排列成内、中、外3个胚层后,仍具有发育成多种表型的能力,这时的细胞称为
A.单能细胞 B.多能细胞 C.全能细胞
D.干细胞 E.以上都不是
10.翻译水平的调控与转录水平的调控不同,即在分化细胞内并无专门翻译某种mRNA而不翻译其他mRNA的调节机制,这最能说明
A.绝大多数翻译是选择性的
B.很少有选择性翻译
C.很少有选择性转录
D.绝大多数转录是选择性的
E.以上都不对
11.分别把兔、小鼠和鸭编码珠蛋白的mRNA注入爪蟾的受精卵,在受精卵发育的第8天中,都发现有兔、鼠或鸭的珠蛋白合成,这说明
A.爪蟾受精卵对外来的不同mRNA没有选择性
B.爪蟾受精卵对外来的不同mRNA有选择性
C.兔、小鼠和鸭对外来的不同mRNA没有选择性
D.兔、小鼠和鸭对外来的不同mRNA有选择性
E.兔、小鼠和鸭对外来的不同mRNA有同化作用
12.将蝾螈胚体(供体)的胚孔背唇移植到另一个蝾螈原肠胚体(受体)的囊胚腔中,结果受体胚胎最终发育成具有两个神经系统的双头畸胎,有的还能发育成两个完整个体的联体,这是什么的作用
A.细胞诱导 B.细胞抑制 C.细胞识别
D.细胞位置效应 E.细胞分化
13.把发育中的蛙胚置于含有成体蛙心碎片的培养液中,胚胎就不能产生正常的心脏,这是什么的作用
A.细胞诱导 B.细胞抑制 C.细胞识别
D.细胞位置效应 E.细胞分化
14.将蝾螈胚胎的外、中、内3个胚层细胞各自分散开,然后再把它们混合在一起培养,结果依然形成外胚层在外、内胚层在内、中胚层位于两者之间的胚胎,这是什么的作用
A.细胞诱导 B.细胞抑制 C.细胞识别
D.细胞位置效应 E.细胞分化
15.远距离细胞之间的相互作用往往是通过什么实现的
A.细胞诱导 B.细胞抑制 C.细胞识别
D.激素 E.细胞分化
16.下列属于脂溶性的小分子甾类激素的是
A.蜕皮素 B.胰岛素 C.干扰素
D.抑素 E.以上都不是
(二)多选题
17.细胞分化是一种什么变化,发生于生物体的整个生命过程中
A.持久性 B.稳定性 C.时间性
D.空间性 E.以上都不对
18.Gurdon成功地将非洲爪蟾的肠上皮细胞核移入去核的爪蟾卵细胞中,发育得到了蝌蚪,说明
A.分化成熟的体细胞核完整地保存着全部遗传信息
B.分化成熟的体细胞核没有保存全部遗传信息
C.卵细胞质可能对细胞的决定和分化起着关键性的作用
D.卵细胞质对细胞的决定和分化不起作用
E.分化成熟的体细胞质对细胞的决定和分化不起作用
19.克隆羊Dolly的诞生犹如一颗威力巨大的核弹头,是因为它揭示了
A.高等动物可以进行无性繁殖
B.高等动物成熟个体的细胞可能再像最初的胚胎细胞那样进行分化
C.高等动物体细胞的全能性
D.体细胞在去核卵细胞细胞质中能重新启动编程
E.高等动物卵细胞的细胞质不起作用
20.下列蛋白属于管家蛋白的有
A.血红蛋白 B.线粒体蛋白 C.核糖体蛋白
D.糖酵解酶 E.以上都不是
21.胸腺非组蛋白不但能与胸腺DNA重组染色质转录胸腺mRNA,也能与骨髓DNA重组染色质转录胸腺mRNA,这说明
A.特异的组蛋白决定着相应特定基因的转录
B.特异的非组蛋白可能决定着相应特定基因的转录
C.调节细胞中基因转录的因素是非组蛋白
D.调节细胞中基因转录的因素是DNA
E.调节细胞中基因转录的因素是组蛋白
22.热激反应说明
A.翻译调控通常是通过调节细胞的整体翻译水平来实现的
B.热激影响转录的起始
C.热激使大部分翻译停止
D.热激蛋白mRNA加紧翻译
E.热激使大部分转录停止
23.下列属于蛋白质类多肽激素的有
A.抑素 B.蜕皮素 C.干扰素
D.胰岛素 E.以上都不是
24.肿瘤细胞具有如下特点
A.无接触抑制 B.具有其来源细胞的部分特性
C.低分化 D.高增殖 E.高分化
25.高度恶性的肿瘤细胞,其形态、结构的特点有
A.显示迅速增殖细胞的特征
B.细胞核大
C.核仁数目多
D.细胞质以大量的游离核糖体为主
E.核质比偏小
26.癌基因的蛋白质产物都是在功能上涉及对细胞的哪种加以调控的蛋白质,包括生长因子、生长因子受体、酶或其他调控蛋白等
A.增殖 B.衰老 C.分离
D.分化 E.以上都不是
五、简答题
简述细胞分化转录水平的调控。
六、论述题
影响细胞分化的因素是什么?
参考答案
一、名词解释
1.细胞后代在形态、结构和功能上发生稳定性差异的过程称为细胞分化。
2.通常情况下,细胞在发生可识别的形态变化前,已经受到约束向着特定的方向分化,确定了未来的发育命运,因此细胞从分化方向确定开始到出现特异形态特征之前这一时期,称为细胞决定。
3.是单个细胞在一定条件下增殖、分化发育成为完整个体的能力,具有这种能力的细胞称为全能性细胞(totipotent cell)。
4.是维持细胞最低限度功能所不可缺少的基因,对细胞分化一般只有协助作用。
5.是指与各种分化细胞的特殊性状有直接关系的基因,丧失这类基因对细胞的生存并无直接影响。
6.凡是含有同源异型基因序列的基因,均称为同源框基因。
7.是指DNA分子上的胞苷加上甲基形成甲基胞嘧啶的现象,特别多见于CG序列中。
8.是指一部分细胞对邻近细胞的形态发生影响,并决定其分化方向的作用。
9.是在胚胎发育中,分化的细胞受到邻近细胞产生抑制物质的影响,其作用与诱导相对。
10.是控制细胞生长和分裂的正常基因的一种突变形式,能引起正常细胞癌变。
二、填空题
1.形态、结构 生理功能 生化特征
2.细胞多样性
3.稳定型单能
4.转录水平 翻译水平 转录水平
5.胚胎时期
6.时间 空间
7.特异性蛋白
8.时间 时间 空间
9.基因的调控
10.稳定型单能 分化潜能逐渐限制
11.基因差别表达 转录
12.DNA结合区
13.蒙面信使
14.分节基因 同源异型基因
15.有选择地表达
16.小分子甾类激素 多肽激素
17.密度依赖性抑制 接触抑制
18.去分化
19.原癌基因 细胞癌基因
20.激活
21.抑癌
三、是非题
1.√2.√3.╳4.√5.╳6.√7.√8.√9.╳10.╳
11.√12.╳13.╳14.╳15.╳16.√17.√18.╳19.╳20.╳
21.√
四、选择题
1.A 2.B 3.C 4.D 5.B
6.C 7.D 8.D 9.B 10.B
11.A 12.A 13.B 14.C 15.D
16.A 17.A、B、C 18.A、C 19.A、B、C、D20.B、C、D
21.B、C 22.A、B、C、D23.A、C、D 24.A、B、C、D25.A、B、C、D
26.A、D
五、简答题
细胞分化基因表达的调节,主要是发生在转录水平上,即是否出现某种性状决定于是否存在有关的mRNA。
(1)根据基因和细胞分化的关系,可以把基因分为两类:一类称为管家基因,是维持细胞最低限度功能所不可缺少的基因,但对细胞分化一般只有协助作用。管家基因在各类细胞的任何时间都可以得到表达,其产物管家蛋白是维持细胞生命活动所必需。另一类称为奢侈基因,是指与各种分化细胞的特殊性状有直接关系的基因,丧失这类基因对细胞的生存并无直接影响。奢侈基因只在特定分化细胞中表达并受时期的限制,其编码产物称奢侈蛋白。
(2)基因的活性不仅由于细胞类型的不同有很大变化,即使在同一类型的细胞中。由于发育阶段不同,基因活性也不一样。
(3)染色质重组实验表明,非组蛋白与基因选择性表达有着密切关系。
(4)影响转录水平上的基因调控因素还有很多,比较重要的同源框基因、DNA甲基化等。甲基化程度越高,DNA转录活性越低。
六、论述题
影响细胞分化的因素有以下几点。
(1)细胞内因素:在细胞分化过程中,细胞核起着重要的作用。分化细胞之所以能合成特异的蛋白质,就是由于细胞核内的基因组有选择地表达,这是细胞分化的基础。另外在细胞分化过程中,细胞核的遗传潜力是受核所在细胞质环境调节的。
(2)细胞外因素包括环境因素和细胞间相互作用。
环境因素:环境中各种对机体的发育有较大的影响,如温度、光线等。
细胞间相互作用有以下3种方式:①细胞诱导,是指一部分细胞对邻近细胞的形态发生影响,并决定其分化方向的作用。诱导作用不是由细胞本身引起,而是由一些化合物引起。②细胞抑制,是在胚胎发育中,分化的细胞受到邻近细胞产生抑制物质的影响,其作用与诱导相对。③细胞识别,细胞之间相互辨别的能力。相似的两种细胞依赖其表面存在的特殊物质,才能发生相互间的黏着。一旦粘在一起,它们细胞膜的各个部分就可以紧密结合成细胞间传递离子、电荷及一定大小大分子通道。
(3)激素:随着多细胞生物发育的复杂化和体积增大,细胞的相互作用就不仅限于近邻细胞之间,远距离细胞之间也有相互作用,这种远距离相互作用往往是通过激素实现的。激素携带着特定的生物信息到达靶细胞,对靶细胞的发育和分化有着十分重要的作用。在脊椎动物中存在两大类激素:脂溶性的小分子甾类激素和蛋白质类的多肽激素。甾类激素为脂溶性,分子小,可直接穿过靶细胞的细胞膜进入细胞质内,在那里与特异性的受体分子非共价结合。蛋白质类的多肽激素作为第一信使与靶细胞质膜的表面受体结合。通过信号传递产生第二信使,激活细胞质内的蛋白激酶系统。除了以上两大类激素外,还有许多类似激素的蛋白质可以从某种细胞中释放出来,对周围或较远的细胞发挥作用。
(滨州医学院 宋晓东 山东中医药大学 李 兰)