1、名校名 推薦高中生物細(xì)胞的分化備課資料新課標(biāo)人教版必修 12. 細(xì)胞分化的分子機(jī)制（ 1）染色體結(jié)構(gòu)的變化與細(xì)胞分化基因剔除某些原生動(dòng)物、昆蟲(chóng)和甲殼動(dòng)物在細(xì)胞分化過(guò)程中有部分染色體丟失的現(xiàn)象。例如，馬蛔蟲(chóng)的一個(gè)變種（2n=4），當(dāng)個(gè)體發(fā)育到一定階段時(shí)，在將要分化為體細(xì)胞的那些細(xì)胞中，染色體破裂為碎片，含有著絲粒的碎片在細(xì)胞分裂中保留，不具有著絲粒的碎片在分裂中丟失。不過(guò)，預(yù)定形成生殖細(xì)胞的那些細(xì)胞中不發(fā)生染色體的斷裂和丟失現(xiàn)象?；驍U(kuò)增基因擴(kuò)增是指細(xì)胞內(nèi)特定基因的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象。例如，在卵裂和胚胎發(fā)育過(guò)程中，爪蟾卵母細(xì)胞中的rdna 基因大量擴(kuò)增而形成大量核糖體，以供大量合成蛋白質(zhì)

2、所需；在果蠅的唾腺細(xì)胞中，由于dna復(fù)制而核不分裂，很容易觀察到多線染色體?；蛑嘏挪溉閯?dòng)物能產(chǎn)生106 108 種抗體，但并不意味著細(xì)胞內(nèi)具有相應(yīng)數(shù)量的基因，免疫球蛋白是異四聚體結(jié)構(gòu)，除重鏈和輕鏈的隨機(jī)組合以外，免疫球蛋白的多樣性主要來(lái)源于基因的重新組合。從這一點(diǎn)來(lái)看，淋巴細(xì)胞的分化是不可逆的。dna的甲基化脊椎動(dòng)物一些基因的活性與基因調(diào)控區(qū)域或其周圍特定胞嘧啶的甲基化有關(guān)，甲基化使 基 因 失 活 ， 相 應(yīng) 地 非 甲 基 化 和 低 甲 基 化 能 活 化 基 因 的 表 達(dá) 。 細(xì) 胞 內(nèi) 的 基 因 可 分 為 管 家 基 因（ house-keeping gene ）和奢侈基因（

3、 luxury gene ），前者是維持細(xì)胞生存不可缺少的，后者與細(xì)胞分化有關(guān)，是與組織特異性表達(dá)有關(guān)的基因，在特定組織中保持非甲基化或低甲基化狀態(tài)，而在其他組織中呈甲基化狀態(tài)。（ 2）基因與細(xì)胞分化無(wú)論是母體 mrna的作用還是細(xì)胞間的相互作用，其結(jié)果是啟動(dòng)特定基因的表達(dá)。因此細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因的差次表達(dá)或順序表達(dá)。即特定的基因在特定的時(shí)間內(nèi)在特定的組織中表達(dá)的結(jié)果。受精卵發(fā)育為新個(gè)體，是受一系列基因調(diào)控的，這些基因在發(fā)育過(guò)程中，按照時(shí)間、空間順序啟動(dòng)和關(guān)閉，互相協(xié)調(diào)，對(duì)胚胎細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化進(jìn)行調(diào)節(jié)。人和鼠都是從單個(gè)受精卵發(fā)育而來(lái)的。其實(shí)，從一個(gè)受精卵中產(chǎn)生什么生物完全由基因組決定。這種決

4、定究竟是如何進(jìn)行的呢？人體細(xì)胞的類型比我們想象的少得多。 按照常規(guī)的組織學(xué)分類方法， 脊椎動(dòng)物和人體細(xì)胞類型約有 200 余種。這些細(xì)胞在人體中呈現(xiàn)有序的空間分布。細(xì)胞的種類或形狀彼此不同，是因?yàn)椴煌?xì)胞中合成一些彼此不同的特殊蛋白“奢侈蛋白” ，如表皮細(xì)胞的角蛋白，紅細(xì)胞的血紅蛋白，消化道細(xì)胞的消化酶，透鏡狀細(xì)胞的晶體蛋白，等等。除了這些“奢侈蛋白”以外，幾乎所有細(xì)胞中合成的蛋白質(zhì)都是一些生活必需品“持家蛋白” 。由于細(xì)胞類型的差異源于細(xì)胞中工作的基因類群不同，所以人們自然想到也許細(xì)胞中的基因組成發(fā)生了改變。例如，透鏡狀細(xì)胞不能合成血紅蛋白和角蛋白，可能是丟失了血紅蛋白和角蛋白的基因，而只剩

5、下了晶體蛋白?；蛘?，細(xì)胞中其他基因沒(méi)有變化，但晶體蛋白基因增加了很多份。然而，許許多多的證據(jù)顯示，沒(méi)有這類可能性。幾乎所有細(xì)胞的基因組都和受精卵的一模一樣。已有實(shí)驗(yàn)證明，雖然分化常常伴隨著顯著的細(xì)胞外觀變化，但細(xì)胞的基因組總是保持不變。兩棲類卵細(xì)胞較大，先用紫外線破壞它的核，再用玻璃微細(xì)管將其他細(xì)胞的核吸出，注入去核的卵細(xì)胞中。玻璃微細(xì)管刺入卵細(xì)胞時(shí)，會(huì)使卵細(xì)胞活化并開(kāi)始分裂和分化。用各種分化細(xì)胞的核置換卵細(xì)胞的核，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們和卵細(xì)胞的核完全一樣，都可以發(fā)育成有生育能力的成蛙。1名校名 推薦4. 干細(xì)胞及其分類一個(gè)成熟或者已分化的細(xì)胞進(jìn)行分裂通常只能產(chǎn)生同種類型的細(xì)胞，而一個(gè)干細(xì)胞則可以分化

6、形成多種類型的細(xì)胞。干細(xì)胞有很多種類型，它們存在于從胚胎到成體各個(gè)階段的組織和器官里。胚胎干細(xì)胞分裂速度快，并且有產(chǎn)生多種分化細(xì)胞類型的潛力，因此，它們也被稱為多能干細(xì)胞。成體干細(xì)胞分布于很多組織中，但是它們數(shù)量稀少，分裂頻率低，分化潛力也很有限。事實(shí)上，很多類型的干細(xì)胞至今沒(méi)有在成體中找到。 例如，肺上皮細(xì)胞缺陷會(huì)造成囊性纖維化，而成體中還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可以產(chǎn)生這種細(xì)胞的干細(xì)胞。利用干細(xì)胞進(jìn)行各種疾病治療的關(guān)鍵在于能否成功分離胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞，并將它們?cè)隗w外擴(kuò)增后用于替代受損的組織。一般認(rèn)為，每種成體干細(xì)胞只能分化產(chǎn)生幾種相關(guān)的成熟細(xì)胞類型，但最近有研究表明，在某些環(huán)境中，一種干細(xì)胞類型可以

7、轉(zhuǎn)化成其他類型的細(xì)胞，例如，造血干細(xì)胞可以分化形成神經(jīng)細(xì)胞。因?yàn)榇蠖鄶?shù)疾病只是由于一類細(xì)胞損壞造成的，所以針對(duì)特定細(xì)胞類型的干細(xì)胞治療要比原來(lái)整個(gè)器官的移植更具優(yōu)勢(shì)。例如，帕金森氏綜合征、多發(fā)性硬化和糖尿病等慢性疾病非常適合利用干細(xì)胞治療。但是，在一些患有慢性疾病或多組織急性衰竭患者的受損組織中，通常很難再找到合適的干細(xì)胞。即使能夠分離到相應(yīng)的干細(xì)胞，也不一定能保證通過(guò)體外培養(yǎng)獲得治療所需的數(shù)量。最具潛力的干細(xì)胞是從胚泡中分離的胚胎干細(xì)胞。發(fā)育5 天的人類胚泡最多有100 個(gè)細(xì)胞，其中包括兩種類型：將來(lái)發(fā)育成胎盤的外層細(xì)胞和發(fā)育成胚胎的內(nèi)層細(xì)胞，即內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（icm）。通常，移除外層細(xì)胞將導(dǎo)致i

8、cm無(wú)法發(fā)育形成胚胎，但是，icm 可以在培養(yǎng)皿中快速分裂產(chǎn)生胚胎干細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞有很多顯著的特征。例如，雖然它們?cè)谌旧w組型等方面和正常的細(xì)胞沒(méi)有差別，但卻可以在體外無(wú)限增殖。另外，胚胎干細(xì)胞在體外可以分化形成很多類型的細(xì)胞，這些細(xì)胞再移植回動(dòng)物體內(nèi)，可以在一定程度上改善一些模型動(dòng)物的病情。如果有辦法攻克免疫排斥的難題，胚胎干細(xì)胞移植有可能成為治療多種疾病的有效途徑。5. 人胚胎干細(xì)胞的研究人胚胎干細(xì)胞的分離及體外培養(yǎng)的成功， 將給人類帶來(lái)醫(yī)學(xué)革命， 也引發(fā)了一場(chǎng)科學(xué)與倫理的大辯論。假設(shè)你的朋友患有糖尿病、進(jìn)行性老年性癡呆、嚴(yán)重的心力衰竭或其他疾病，如果從他身上任何部位取下一些體細(xì)胞，通過(guò)

9、核移植技術(shù)，將其體細(xì)胞的細(xì)胞核顯微注射至去核的人卵細(xì)胞中，這種包含與病人完全相同的遺傳物質(zhì)的雜合卵細(xì)胞在體外培養(yǎng)發(fā)育成囊胚，若將囊胚植入假孕婦女的子宮中，將會(huì)克隆出與提供體細(xì)胞的人基因相同的個(gè)體，即所謂的“克隆人” 。但是如果從獲得的囊胚中分離并擴(kuò)增所謂的“人胚胎干細(xì)胞” (es) ，并體外誘導(dǎo)它們分化成胰島細(xì)胞、神經(jīng)元、心肌細(xì)胞等，將這些細(xì)胞移植至發(fā)病部位，則能夠修復(fù)病人的組織或器官，從而使病人免受病魔的煎熬。由于移植細(xì)胞與病人的基因完全相同，不會(huì)產(chǎn)生通常器官移植中的免疫排斥反應(yīng)，修復(fù)的組織或器官將良好地履行職責(zé)，無(wú)需使用免疫抑制劑。也許你會(huì)認(rèn)為這是科幻小說(shuō)，但這種情景也許在不遠(yuǎn)的將來(lái)（有可

10、能是幾年之內(nèi)）會(huì)成為一種常規(guī)的治療方法。而引發(fā)這場(chǎng)“醫(yī)學(xué)革命”的關(guān)鍵技術(shù)人胚胎干細(xì)胞技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，并將隨著研究的深入而逐步完善。 1998 年 11 月，威斯康星大學(xué)的湯姆生和約翰霍普金斯大學(xué)的吉爾哈特教授分別在科學(xué)（ science,1998,vol282:1145 1147）和美國(guó)科學(xué)院論文集 （ pnas,1998,vol95:13726 13731）上報(bào)道，他們用不同的方法獲得了具有無(wú)限增殖和全能分化潛力的人胚胎干細(xì)胞。這一成就將會(huì)給移植治療、藥物發(fā)現(xiàn)及篩選、細(xì)胞及基因治療和生物發(fā)育的基礎(chǔ)研究等帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響，打開(kāi)在體外生產(chǎn)所有類型的可供移植治療的人體細(xì)胞、組織乃至器官的大門。因?yàn)閺睦碚撋现v，人胚胎干細(xì)胞具有全能性，在一定的誘導(dǎo)條件下，既可發(fā)育分化為感受和傳導(dǎo)生物電信號(hào)的神經(jīng)組織，也可分化為攜帶氧的血細(xì)胞，還可分化為提供血液循環(huán)動(dòng)力的心肌細(xì)胞等等。但是，由于人胚胎干細(xì)胞來(lái)自具有發(fā)育成一個(gè)個(gè)體潛力的人胚胎，因而人胚胎干細(xì)胞的研究引發(fā)了一場(chǎng)倫理大辯論。有人擔(dān)心，人胚胎干細(xì)胞的研究會(huì)導(dǎo)致醫(yī)生刻意收集未出生胚胎的細(xì)胞，來(lái)提供其他病人治療的需要，或者利用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行克隆人的研究，這可能會(huì)引發(fā)公眾對(duì)科學(xué)的恐懼。美國(guó)總統(tǒng)克林頓為2名校名 推薦此專門責(zé)成美國(guó)生物倫理指導(dǎo)委員會(huì)（ nbac）