第五节发育与分化的机制
第五节 发育与分化的机制
多细胞有机体的发育一般始于单个细胞,即看上去匀 质的受精卵。 个体发育时,简单的、无定型的物质逐渐多样化,自 发地形成有机体 雄性生殖细胞中的遗传信息和卵细胞内携带信息的结 构赋予有机体自我复制的能力, ·然而,来自雌雄生殖细胞的DNA信息含量显然无法储 存建造有机体高度复杂的结构的全部蓝图, ·例如,人脑的突触连接就有1018-1024之多 大大超过了人类基因组1012碱基对的数量 现代发育生物学认为, 动物的发育与分化的调控 是通过基因表达的时空顺序以及细胞间的相互作 用来实现的
• 多细胞有机体的发育一般始于单个细胞，即看上去匀 质的受精卵。 • 个体发育时，简单的、无定型的物质逐渐多样化，自 发地形成有机体。 • 雄性生殖细胞中的遗传信息和卵细胞内携带信息的结 构赋予有机体自我复制的能力， • 然而，来自雌雄生殖细胞的DNA信息含量显然无法储 存建造有机体高度复杂的结构的全部蓝图， • 例如，人脑的突触连接就有1018－1024之多， • 大大超过了人类基因组1012碱基对的数量。 • 现代发育生物学认为， • 动物的发育与分化的调控 • ——是通过基因表达的时空顺序以及细胞间的相互作 用来实现的
卵裂的精确调控 卵裂类型难以置信的复杂情况下,却存 在着功能和机制的单一性。 在所有情况下,核分裂与胞质分裂必须 协调,卵裂成多个细胞区。 通过卵裂,核质比例恢复正常,发育的 重要信息被集中到不同细胞区域中。 对大多数动物而言: 1、母型调控;2、合子型调控
一、卵裂的精确调控 • 卵裂类型难以置信的复杂情况下，却存 在着功能和机制的单一性。 • 在所有情况下，核分裂与胞质分裂必须 协调，卵裂成多个细胞区。 • 通过卵裂，核质比例恢复正常，发育的 重要信息被集中到不同细胞区域中。 • 对大多数动物而言： • 1、母型调控；2、合子型调控
母型调控 早期卵裂由源自卵母细胞的因子调控。 ·大多数动物种类中, ·受精后早胚细胞分裂的速度以及各卵裂球所处 的位置 都是由贮存在卵内的母型 mRNAS、蛋白质 所控制的。 ·通过有丝分裂分配到卵裂球中的合子基因组, 在早期卵裂胚胎中并不起作用 即使用化学物质抑制转录,早胚也能正常 发育
母型调控 早期卵裂由源自卵母细胞的因子调控。 • 大多数动物种类中， • 受精后早胚细胞分裂的速度以及各卵裂球所处 的位置 • ——都是由贮存在卵内的母型mRNAs、蛋白质 所控制的。 • 通过有丝分裂分配到卵裂球中的合子基因组， 在早期卵裂胚胎中并不起作用 • ——即使用化学物质抑制转录，早胚也能正常 发育
合子型调控 晚期卵裂由合子基因组表达产物调控 直到卵裂较晚的时期, ·早胚才大量转录合成 mRNAs,实现由母型向合 子型过渡的调控胚胎发育的机制 卵裂期细胞数目的增加速度与其它发育阶段相 比要快得多, (蛙受精卵:43h,37000个细胞 这种迅速分裂的结果导致核质比迅速增大 ·在多种生物的胚胎中, ·核质比值的成倍增大是决定某些基因定时开始 转录的因素:
合子型调控 晚期卵裂由合子基因组表达产物调控 • 直到卵裂较晚的时期， • 早胚才大量转录合成mRNAs，实现由母型向合 子型过渡的调控胚胎发育的机制。 • 卵裂期细胞数目的增加速度与其它发育阶段相 比要快得多， • （蛙受精卵：43h，37000个细胞） • 这种迅速分裂的结果导致核质比迅速增大。 • 在多种生物的胚胎中， • 核质比值的成倍增大是决定某些基因定时开始 转录的因素：
非洲爪蟾胚胎,12nd卵裂后才开始转录mRNA, 届时卵裂速度减慢,卵裂球开始运动,合子基因 组开始转录。 合子型基因打开的时间能通过改变每个细胞核中 染色质的量而改变, 因而认为新合成的染色质能感受卵内一些因子的 量的变化: ·胚胎细胞中染色质含量愈高,这种转化发生愈早 —如果核内染色质为正常情况的2倍,转化将 提前一个周期发生 所以受精后开始的受母型调控的卵裂,将于 核质比例达到一个新平衡点而终止
• 非洲爪蟾胚胎，12nd卵裂后才开始转录mRNA， • 届时卵裂速度减慢，卵裂球开始运动，合子基因 组开始转录。 • 合子型基因打开的时间能通过改变每个细胞核中 染色质的量而改变， • 因而认为新合成的染色质能感受卵内一些因子的 量的变化： • 胚胎细胞中染色质含量愈高，这种转化发生愈早 • ——如果核内染色质为正常情况的2倍，转化将 提前一个周期发生 • ——所以受精后开始的受母型调控的卵裂，将于 核质比例达到一个新平衡点而终止
·动物界调控卵裂的生化机制是类似的 (如果不一致的话), 甚至真核生物细胞分裂的生化机制也可 能是一致的
• 动物界调控卵裂的生化机制是类似的 （如果不一致的话）， • 甚至真核生物细胞分裂的生化机制也可 能是一致的
、胚胎细胞的分化 1、细胞分化和定型的概念:分化细胞简 介;分化、定型概念 ·2、细胞定型的两种方式:自主特化;有 条件特化;总结 3、细胞的自主特化一形态发生决定子: 形态发生决定子;胞质定域 4、细胞的有条件特化一胚胎细胞相互作 用
二、胚胎细胞的分化 • 1、细胞分化和定型的概念：分化细胞简 介；分化、定型概念 • 2、细胞定型的两种方式：自主特化；有 条件特化；总结 • 3、细胞的自主特化－形态发生决定子： 形态发生决定子；胞质定域 • 4、细胞的有条件特化－胚胎细胞相互作 用
部分已分化细胞的类型、带征产物及其功能 细胞类型 产 魂护9牌免受损伤及防止干燥 角质细胞(表皮细胞) 血红蛋白 输送氧气 细胞 晶体蛋白 送光线 B一淋巴细胞 免疫球蛋白 合成抗体 T淋巴细胞 细胞表面抗原(淋巴因子) 破坏外源细胞:调节免疫反应 黑素细胞 黑色素 产生色素 胰岛细胞 胰岛素 调节糖类代谢 Leydig细胞(♂) 睾酮 雄性特征 软骨细胞 硫酸软骨素:胶原纤维Ⅱ 韧带 成骨细胞 骨基质 支撑骨骼 肌肉细胞 肌动蛋白、肌球蛋白 肌肉收缩 肝细胞 血清白蛋白:多种酶类 产生血清白蛋白:多种酶类功能 神经元 神经递质(乙酰胆碱、肾上腺素等) 传导点刺激 鸡输卵管管状细胞(♀) 卵清蛋白 产生保护胚胎并为之提供营养的卵清蛋白 昆虫输卵管滤泡细胞(♀) 卵壳蛋白 产生保护胚胎的卵壳蛋白 B一淋巴细胞 免疫球蛋白 合成抗体 T淋巴细胞 细胞表面抗原(淋巴因子) 破坏外源细胞:调节免疫反应 黑素细胞 黑色素 产生色素 胰岛细胞 胰岛素 调节糖类代谢
部分已分化细胞的类型、特征产物及其功能 细 胞 类 型 特 征 产 物 功 能 角质细胞（表皮细胞） 角蛋白 保护身体免受损伤及防止干燥 红细胞 血红蛋白 输送氧气 晶体细胞 晶体蛋白 传送光线 B－淋巴细胞 免疫球蛋白 合成抗体 T-淋巴细胞 细胞表面抗原（淋巴因子） 破坏外源细胞；调节免疫反应 黑素细胞 黑色素 产生色素 胰岛细胞 胰岛素 调节糖类代谢 Leydig细胞（♂） 睾酮 雄性特征 软骨细胞 硫酸软骨素；胶原纤维Ⅱ 腱、韧带 成骨细胞 骨基质 支撑骨骼 肌肉细胞 肌动蛋白、肌球蛋白 肌肉收缩 肝细胞 血清白蛋白；多种酶类 产生血清白蛋白；多种酶类功能 神经元 神经递质（乙酰胆碱、肾上腺素等） 传导点刺激 鸡输卵管管状细胞（♀） 卵清蛋白 产生保护胚胎并为之提供营养的卵清蛋白 昆虫输卵管滤泡细胞（♀） 卵壳蛋白 产生保护胚胎的卵壳蛋白 B－淋巴细胞 免疫球蛋白 合成抗体 T-淋巴细胞 细胞表面抗原（淋巴因子） 破坏外源细胞；调节免疫反应 黑素细胞 黑色素 产生色素 胰岛细胞 胰岛素 调节糖类代谢
细胞分化、定型的概念 1、细胞分化( cell differentiation) 从单个全能的受精卵产生各种类型细胞 的发育过程 2、细胞定型( commi tment) 细胞在分化之前,将发生一些隐蔽的变 化,使细胞朝特定方向发展的过程
细胞分化、定型的概念 • 1、细胞分化（cell differentiation） • 从单个全能的受精卵产生各种类型细胞 的发育过程。 • 2、细胞定型（commitment） • 细胞在分化之前，将发生一些隐蔽的变 化，使细胞朝特定方向发展的过程