第 十 一 章 细 胞 分 化 （ differentiation ）

第 十 一 章第 十 一 章

细 胞 分 化细 胞 分 化

（（ differentiationdifferentiation ））

第 十 一 章第 十 一 章

细 胞 分 化细 胞 分 化

（（ differentiationdifferentiation ））

人类早期个体发育示意图

第一节 细胞分化的基本概念第一节 细胞分化的基本概念一、细胞分化的概念 细胞分化是指从受精卵

开始的个体发育过程中细胞之间逐渐产生稳定差异的过程。细胞分化也可以说是细胞由形态和功能非专一性（非特化性）状态向形态和功能的专一性（特化性）状态转变的过程。

完整的细胞分化概念包括时间完整的细胞分化概念包括时间和空间两方面的变化过程 和空间两方面的变化过程 时时间上的分化间上的分化 指不同的发育时间内细胞指不同的发育时间内细胞

之间的差异之间的差异。。空间上的分化空间上的分化 指处于不同空间位置中的指处于不同空间位置中的

同一种细胞的后代之间出现同一种细胞的后代之间出现的差异。的差异。

分化的主要标志是细胞内开分化的主要标志是细胞内开始合成新的特异性的蛋白质；始合成新的特异性的蛋白质；

浆细胞中的浆细胞中的 γ- γ- 球蛋白球蛋白 肌细胞中的肌球蛋白和 肌动蛋肌细胞中的肌球蛋白和 肌动蛋白白 红细胞中的血红蛋白等红细胞中的血红蛋白等

细胞分化的分子基础是细细胞分化的分子基础是细胞固有基因的正常的、严胞固有基因的正常的、严格有序的表达；格有序的表达；

细胞分化进程是细胞原有的细胞分化进程是细胞原有的高度可塑性分化潜能逐渐减高度可塑性分化潜能逐渐减少和消失的过程；少和消失的过程；

细胞分化和分裂有密切的关细胞分化和分裂有密切的关系。系。

分 化 进 程分 化 进 程胚泡胚泡 桑椹胚桑椹胚

（（ 88 ～～ 1616 个细胞的卵裂球个细胞的卵裂球 ） ）

受精卵受精卵卵裂卵裂 卵裂卵裂

外胚层外胚层

中胚层中胚层

内胚层内胚层

皮肤、眼睛和皮肤、眼睛和神经系统等神经系统等骨骼、血液和骨骼、血液和肌肉等组织肌肉等组织

肝、肺和肠以肝、肺和肠以及一些腺体等及一些腺体等

植入植入

二、细胞的全能性二、细胞的全能性二、细胞的全能性二、细胞的全能性（（一）细胞的全能性一）细胞的全能性

单个细胞在一定条件下分化发育单个细胞在一定条件下分化发育成为完整个体的能力称为成为完整个体的能力称为 细胞全细胞全能性能性 。这种细胞可以分化为全身。这种细胞可以分化为全身各种类型的细胞，从而可以形成各种类型的细胞，从而可以形成各种器官。各种器官。 哺乳动物和人类的受精卵；哺乳动物和人类的受精卵； 早期的胚胎细胞早期的胚胎细胞 （受精卵（受精卵 -8-8 细胞期）细胞期）

体细胞的全能性体细胞的全能性 体细胞的全能性只保留体细胞的全能性只保留

在少数低等动物中，如水螅的在少数低等动物中，如水螅的细胞可以发育为一个完整的个细胞可以发育为一个完整的个体。体。

体细胞核的全能性体细胞核的全能性 克隆羊（多利克隆羊（多利））

多能性细胞

单能性细胞

个体发育过程中细胞分化的规律

全能 单能多能

三、细胞决定三、细胞决定

在胚胎发育三胚层期，在细胞在胚胎发育三胚层期，在细胞之间出现可识别的形态和功能差之间出现可识别的形态和功能差异之前，细胞已具备按特定的方异之前，细胞已具备按特定的方向分化，最终形成一定表型的细向分化，最终形成一定表型的细胞的能力。这种细胞的发育选择胞的能力。这种细胞的发育选择叫做细胞决定。叫做细胞决定。

细胞决定是细胞潜能逐渐受限的过程，也是有关分化的基因选择性表达前的过渡阶段，具有高度的遗传稳定性。

细胞分化具有相对不可逆性 去分化 转分化

如：表皮细胞在过量的维生素 A 的作用下转分化为粘液细胞

第二节 细胞分化的分子基础第二节 细胞分化的分子基础

1.1. 奢侈基因奢侈基因 奢侈基因是表达细胞分化时出现的特奢侈基因是表达细胞分化时出现的特异蛋白质的基因，参与细胞分化方向的异蛋白质的基因，参与细胞分化方向的确定。如表达红细胞中血红蛋白的基因、确定。如表达红细胞中血红蛋白的基因、表达肌细胞中肌动蛋白和肌球蛋白基因表达肌细胞中肌动蛋白和肌球蛋白基因2.2. 管家基因管家基因 管家基因是表达维持细胞生存所必须管家基因是表达维持细胞生存所必须的蛋白质的基因，不参与细胞分化方向的蛋白质的基因，不参与细胞分化方向的确定，如表达染色体的组蛋白、膜蛋的确定，如表达染色体的组蛋白、膜蛋白、细胞周期蛋白及酶蛋白的基因等。白、细胞周期蛋白及酶蛋白的基因等。

一、细胞分化实质是基因选择性表达的结果一、细胞分化实质是基因选择性表达的结果

二二 . . 细胞分化基因表达的调控细胞分化基因表达的调控 转录水平的调控转录水平的调控 ;;

翻译水平的调控翻译水平的调控 ;;

蛋白质合成后活性水平的 蛋白质合成后活性水平的 调控。调控。

转录水平的调节转录水平的调节顺式作用元件和反式作用因子顺式作用元件和反式作用因子

转录水平的调节转录水平的调节顺式作用元件和反式作用因子顺式作用元件和反式作用因子

顺式作用元件顺式作用元件反式作用因子反式作用因子 结合

启动奢侈基因表达

抑制奢侈基因表达

调节细胞分化

同源框基因同源框基因 同源框异同源框异形域蛋白形域蛋白

转录转录因子因子

启动基启动基因表达因表达抑制基抑制基因表达因表达

同源框基因（同源框基因（ HoxHox 基因）基因）

转录因子和转转录因子和转录调控区结合录调控区结合

调节细调节细胞分化胞分化

DNADNA 甲基化甲基化DNADNA甲基化甲基化（（ CCGG））

抑制转录因抑制转录因子和转录调子和转录调控区结合控区结合

抑制基抑制基因表达因表达

调节细胞分化调节细胞分化

果蝇唾腺细胞染色体膨松区的生果蝇唾腺细胞染色体膨松区的生成和消失成和消失

血红蛋白合成的调控血红蛋白合成的调控

第三节 影响细胞分化的因素第三节 影响细胞分化的因素

一、细胞核和细胞质的相互作用一、细胞核和细胞质的相互作用对分化的影响。对分化的影响。

1. 1. 细胞核对细胞质的作用细胞核对细胞质的作用2.2. 细胞质对细胞核的影响细胞质对细胞核的影响 爪蟾的肾细胞核注如到蝾螈的卵母爪蟾的肾细胞核注如到蝾螈的卵母细胞；细胞； HeLaHeLa 细胞和鸡红细胞融合。细胞和鸡红细胞融合。

二、诱导和抑制对细胞分化的影响、诱导和抑制对细胞分化的影响

在胚胎发育过程中，胚层之间相在胚胎发育过程中，胚层之间相互促进分化的正向作用称为胚胎互促进分化的正向作用称为胚胎诱导诱导或者或者分化诱导分化诱导。。

脊索脊索

神经板神经板 神经管神经管

角角膜膜角角膜膜

中胚层中胚层外胚层未外胚层未分化细胞分化细胞 神经褶神经褶神经褶神经褶

脑泡原基脑泡原基 神经系统神经系统

1. 1. 胚胎诱导胚胎诱导

晶状体

2.2. 分化抑制分化抑制 完成分化的细胞可以通过产生完成分化的细胞可以通过产生抑素来抑制附近的细胞进行同样抑素来抑制附近的细胞进行同样的分化，这就是分化抑制的分化，这就是分化抑制

三、三、激素和细胞粘合分子对分激素和细胞粘合分子对分化的影响化的影响 四、四、位置信息对分化细胞的影位置信息对分化细胞的影响响 第四节 细胞分化和癌细胞第四节 细胞分化和癌细胞

小 结小 结第一节 细胞分化的基本概念第一节 细胞分化的基本概念 细胞分化、全能性、细胞决定第二节 细胞分化的分子基础第二节 细胞分化的分子基础 奢侈基因、管家基因第三节 影响细胞分化的因素第三节 影响细胞分化的因素 胚胎诱导、分化抑制第四节 细胞分化和癌细胞第四节 细胞分化和癌细胞 癌细胞和细胞分化的关系

正常血红蛋白的分子结构

和发育演变

血红蛋白（ hemoglobin,Hb)

珠蛋白

血红素

血红蛋白分子是由四个亚单位构成的四聚体

每个亚单位一条珠蛋白肽链

一条血红素辅基

1. 分子结构

珠蛋白肽链有 7种： α 、 β 、γ （ Gγ 、 Aγ ）、 δ 、 ε 、 ζ 。

一对 α 链和一对非 α 链。 6 类。

2. 各种血红 蛋白的发育演变α 链 141AA合成 α 、 ζ

β 链 146AA合成 β 、 γ （ Gγ 、 Aγ ）、 δ 、 ε