第十二章细胞分化
一、名词解释：
1. 细胞决定
2. 细胞分化
3. 胚胎诱导
4. 奢侈基因
5. 管家基因
6. 干细胞
7. 细胞的全能性
二、选择题：请在以下每题中选出正确答案，每题正确答案为1-6个，多选和少选均不得分
1.线虫作为研究发育生物学的材料具有哪些主要特点
A.细胞数量少
B.生命周期短
C.雌雄同体
D.雌雄异体
2.常用来研究发育生物学的材料有
A.果蝇
B.线虫
C.拟南芥
3.免疫球蛋白的多样性来源于
A.基因重组
B.重链和轻链的随机组合
4.甲基化
A.使基因失活，变为异染色质
B.使基因激活，变为常染色质
5.卵细胞分裂的不对称性通常指
A.卵裂产生的细胞中含不同的成分
B.卵裂产生的细胞大小不一
6.在含Ⅳ型胶原和层粘连蛋白的基质上培养时，干细胞将分化为
A.肌细胞
B.上皮细胞
C.软骨细胞
D.神经细胞
7.在胚胎发育过程中，一部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化的作用称为
A.分化抑制
B.胚胎诱导
C.细胞数量效应
8.用蛋白质翻译抑制剂嘌呤霉素处理海胆受精卵，则
A.不发生卵裂
B.不影响卵裂
9.用转录抑制剂放线菌素D处理海胆受精卵，则
A.不发生卵裂
B.不影响卵裂
10.多利羊的诞生说明
A.动物的体细胞具有全能性
B.动物的体细胞具有完整的基因组
11.以下哪些细胞具有发育的全能性
A.受精卵
B.原始生殖细胞（primary germ cell）
C.干细胞
D.植物细胞
12.细胞后代在形态结构和功能上发生差异的过程称为
A.细胞分化
B.个体发育
C.胚胎发育
三、是非题：
1. 受精卵经过细胞分裂发育成动物个体。………………………………………………（）
2. 细胞一旦分化，便不可逆转。…………………………………………………………（）
3.
在能识别一个细胞的分化以前，有一个预先保证细胞怎样变化的时期，这一阶段被称为细胞决定。……………………………………………………………………………（）
4. 所谓Hayfick界限就是指细胞分化的极限。…………………………………………（）
5. 细胞分化的关键是该细胞基因组内带有某种组织专一蛋白的基因。……………（）
6.
生物体的部分组织或器官因创伤而丢失时，剩余部分的肌肉、骨骼、皮肤等组织的细胞均
能继续生长，从而形成与丢失部分形态和功能上大致相同的结构，这一过程称为再生。……………………………………………………………………………………………（）
7. 细胞分化就是细胞内组织专一性基因或奢侈基因选择性的表达结果。……………（）
8. 单细胞生物不存在细胞分化。…………………………………………………………（）
9. 真核生物中，转录水平的调控的决定细胞质内mRNA种类和数量的唯一方式。…（）
10. 细胞体的分化发生在生物体的整个生命过程中。……………………………………（）
11. 只有α-螺旋参与DNA-蛋白质间的相互作用。………………………………………（）
12. 锌指结构（Zine finger motif）的一个特点是（在进化期间）通过改变锌指重复序列的数量来调整DNA-
蛋白质间相互作用的强度和专一性。……………………………………（）
13. 有些染色质中含某些特异蛋白质，使其DNA处在隐蔽状态而无法活化。………（）
14.
真核细胞的大部分基因调控蛋白的DNA结合位点远距离启动子（达数百碱基对），但仍能影响启动子。……………………………………………………………………………（）
四、问答题：
1、何谓细胞分化？为什么说细胞分化是基因选择性表达的结果？
2、组织特异性基因的表达是如何调控的？
3、真核细胞基因表达的调控是多级调控系统，请说明其主要调控的水平？
4、甲基化抑制转录的基本方式是什么？
5、什么是细胞全能性（totipotency）？
6、干细胞是什么？
7、什么叫细胞分化？细胞分化的本质是什么？
8、以生殖细胞的分化为例说明细胞质在细胞分化中的作用。
9、概述细胞分化是细胞差别基因表达的结果，为什么又说细胞质对细胞分化有决定作用？
10、原核生物与真核生物的转录过程有何主要差别。
11、举例说明真核生物蛋白质合成的转录后调节。
12、分化是被选定的不同特异基因表达的结果，请举例说明分化时特异基因的表达调控方式。
13、什么是同源异型基因？它的基因结构有什么特点？编码的产物有什么功能？
14、畸胎瘤的发生与细胞分化有什么关系？
选择题参考答案：
1 AB, 2. ABC, 3. AB, 4. A, 5. A, 6. B, 7. B, 8. A, 9. B, 10. B, 11. AD, 12. A
干细胞诱导分化具体步骤及注意事项 一、技术简介 干细胞诱导分化是诱导干细胞定向分化，使之成为成熟的功能细胞，是目前干细胞研究的关键环节。干细胞是一种未充分分化，具有自我复制能力的多潜能细胞，在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，医学界称为“万用细胞”。如：骨髓间充质干细胞是位于骨髓基质中的一类中胚层来源的未分化细胞，在体内外均发现有极强的增殖能力，具有很强的自我更新和多向分化潜能。在一定诱导条件下，可以分化为成骨细胞、成软骨细胞和成肌细胞等，还可以分化为巨噬细胞、脂肪细胞、内皮细胞和成纤维细胞等骨髓基质细胞，具有发育为骨、软骨、脂肪、肌肉、真皮及骨髓基质等中胚层组织的潜能。 在体胚胎分化过程中，组织发生和身体构造的形成具有时空顺序性和相互诱导性。在个体发育过程中，细胞分化是程序控制的有序有规律过程，程序的运行结果表现为不同发育阶段、不同组织部位的细胞表现出不同的形态、不同的生长方式和不同的生理功能。从分子水平上来看，这一结果取决于细胞在基因表达上的时空差异，这种基因表达差异除由细胞内在发育程序决定外，还受细胞外环境影响和调控，且有时这种外部控制条件或环境对形成特定细胞有着决定性作用。干细胞体外定向诱导分化的原理，就是选择适当的诱导剂和诱导模式，通过诱导物与细胞表面受体结合或使细胞发生轻度可逆性损伤等，使被诱导细胞按预定的细胞类型方向分化，然后将这些定向分化的细胞进行分离和培养传代，从而得到人们所需要的细胞类型。 二、实验流程 1. 干细胞的分离、原代和传代培养。 2. 定向诱导干细胞分化。 3. 成长曲线测定。 4. 诱导分化后细胞鉴定。 5. 结果统计分析。
《细胞分化和细胞全能性》课例分析 一教学背景 克隆生物和干细胞治疗疾病，这些都是当今生物科学的热点，学生在媒体中经常看到相关的报道，但干细胞为什么能治疗疾病？克隆生物怎样制造出来的？等等，这些都是学生感到困惑的问题。依据新的课程理念，生物教学应注重与现实生活相联系，确定本节课的教学目标是“说明细胞的分化”和“举例说明细胞的全能性”，这都是“理解水平”的要求；为增强学生理论联系实际，关注生命科学的热点问题，培养学生资料搜集和分析能力，以及表达与交流的能力，也确定开展“搜集有关克隆技术的相关资料”为教学目标。 二教材分析 多细胞生物体的生长发育与细胞的分化密切相关，细胞的分化是个体发育中重要的生理过程和生理现象，细胞分化是一种持久的、稳定的变化。分化的细胞在一定条件下又具有全能性，动物细胞核全能性的具体应用——克隆技术又是当今生命科学的热点。本节内容既是对细胞结构、功能、分裂等知识的拓展和延伸，又为学习遗传、变异打下基础。同时，本节知识与当今许多科技新进展热点问题都有紧密地联系，因此能联系实际了解或解决一些实际问题就显得很重要，也会激发学生了解科学的积极性，也是激发学生社会责任感的良好契机。三学情分析 学生在初中对“细胞分化”的知识有初步的了解，在学完“细胞的增殖”后学习本节，使学生对生物的个体发育有一个系统的理解，对于本节涉及到克隆技术、植物组织培养等知识，学生既无直观印象，也少有相关的信息储备。因此，收集与处理信息的能力、联系实际的能力是学好本节的基础。 四教学思路 细胞分化是多细胞生物体发育的基础和核心，为提高学生的学习兴趣，联系校园网上“青浦青年造血干细胞捐献志愿者”活动的通知，引导学生思考，为什么要捐献骨髓干细胞？只要平时关注媒体报道的学生，大多数能说出“是因为骨髓中有造血干细胞，能治疗白血病。”就此引入细胞分化的学习。 细胞分化的概念，内涵较深刻，也是学生较难理解的，可通过提供充分的感性材料如：图像信息，多媒体课件演示动物个体发育过程，层层设问，帮助学生理解，并且将有丝分裂与细胞分化联系起来，构建合理的知识网络。 细胞的全能性是教学的难点，引导学生从细胞有丝分裂的结果来分析。对植物细胞的全能性，用试验过程介绍，让学生了解植物组织培养的过程。最后让学生交流搜集到的有关克隆技术的知识，并对克隆技术的应用就利弊两方面展开辩论，培养他们交流表达能力以及对生物理论知识的理解、应用能力。 五教学设计方案 教学目标 1.知识和技能 1)理解细胞分化的概念、特点和意义 2)理解细胞全能性的概念 2.过程能力和方法 1)通过介绍胡萝卜根韧皮部组织培养实验，使学生理解植物细胞的全能性。 2)详细介绍“多利”羊的诞生过程，使学生了解细胞生物学实验方法； 3)通过搜集资料，课堂讨论理解克隆技术的两面性。
第17练细胞的分化及细胞的全能性 一、基础题 1．（2011安徽）干细胞移植现已成为治疗糖尿病的一种临床技术。自体骨髓干细胞植入胰腺组织后可分化为胰岛样细胞，以替代损伤的胰岛B细胞，达到治疗糖尿病的目的。下列叙述正确的是（） A .骨髓干细胞与胰岛样细胞的基因组成不同，基因表达产物不同 B.骨髓干细胞与胰岛样细胞的基因组成相同，基因表达产物不同 C.胰腺组织微环境造成骨髓干细胞基因丢失，分化成为胰岛样细胞 D.胰腺组织微环境对骨髓干细胞分化无影响，分化是由基因决定的 2．（2011山东）下列发生了细胞分化且能体现体细胞全能性的生物学过程是（） A．玉M种子萌发长成新植株 B．小鼠骨髓造干细胞形成各种血细胞 C．小麦花粉经离体培养发育志单倍体植株 D．胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株 3．（2011上海）关于哺乳动物细胞体外培养的难易程度，下列表述正确的是（） A．乳腺癌细胞易于乳腺细胞，胚胎细胞易于脂肪细胞 B．乳腺细胞易于乳腺癌细胞，胚胎细胞易于脂肪细胞 C．乳腺细胞易于乳腺癌细胞，脂肪细胞易于胚胎细胞 D．乳腺癌细胞易于乳腺细胞，脂肪细胞易于胚胎细胞 4．（2011山东潍坊高考模拟）2010年，德国一家物技术公司申请了一项专利技术：从血管中萃取的成熟的白细胞可以转变为具有可编程特性的细胞，并进一步分化为不同功能的细胞。下列对该项技术的理解不合理的是（） A.“编程”的实质就是对遗传物质进行改造 B．该技术的操作过程类似与植物组织培养中的脱分化和再分化 C．该技术不能将人成熟的红细胞转变成可编程细胞 D．可编程细胞类似于干细胞 5.（2012天津）下列关于细胞的叙述，错误的是（） A.自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应 B.胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化 C.组织的细胞更新包括细胞凋亡和干细胞增殖分化等过程 D.造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力，可用于治疗白血病 6．（2012江苏）下列事实能体现细胞全能性的是（） A．棉花根尖细胞经诱导形成幼苗 B．单细胞的DNA在体外大量扩增 C．动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体 D．小鼠体细胞经诱导培育成小鼠 7.（原创）下列有关细胞分化的叙述中，错误的是（） A．神经元、胰岛A细胞和红细胞一般不具有分裂能力 B．细胞分化是生物界的一种普遍存在的生命现象 C．分化后的细胞只保留与其功能相关的一些遗传物质 D．细胞分化的实质是基因选择性表达
“分子与细胞”第六章第2节《细胞分化》练习题 1．下列细胞中不能合成蛋白质的是( ) A．胰腺细胞 B．肠黏膜细胞 C．成熟红细胞D．白细胞 2．在生物的个体发育中，一个受精卵能形成复杂的生物体，主要是下列哪一生理过程起作用( ) A．细胞分裂 B．细胞生长 C．细胞成熟 D．细胞分化 3．下列人体细胞中分化程度最低的是( ) A．胚胎干细胞 B．造血干细胞 C．胰腺细胞 D．肌肉细胞4．下列关于细胞分裂和细胞分化的叙述，错误的是( ) A．生物体的生长发育是细胞分裂和细胞分化的结果 B．生物体通过细胞分化，细胞之间逐渐发生了稳定的差异 C．细胞分裂是细胞分化的基础 D．细胞分化过程中细胞中的遗传物质种类发生变化 5．动物体内各种类型的细胞中具有高全能性的细胞是( ) A．体细胞 B．生殖细 C．受精卵 D．肝脏细胞
6．以下能证明植物细胞具有全能性的生产实践是( ) A．从一粒菜豆种子长成一棵植株 B．用植物激素培育无子果实 C．用一小片土豆叶片，培养成一株完整的植株 D．杂交育种 7．对于细胞全能性的理解正确的是( ) A．从理论上讲，生物体的每一个细胞都具有全能性。 B．未脱离植株的幼叶，在适当的情况下能表现出全能性 C．在个体发育的不同时期，由于细胞内基因发生变化，导致细胞不能表现出全能性 D．脱离了植株的芽，一定能表现出全能性 8．绵羊的乳腺细胞是高度特化的细胞，但用乳腺细胞的细胞核与卵细胞的细胞质融合成一个细胞后，这个细胞核仍然保持着全能性，这主要是因为( ) A．细胞核内含有保持物种发育所需要的全套遗传物质 B．卵细胞的细胞质内含有物种发育所需要的全套遗传物质 C．卵细胞的细胞质为细胞核提供营养物质 D．细胞核与细胞质是相
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 细胞分化及干细胞的研究进展 细胞分化及干细胞的研究进展摘要： 分化为多种类型的细胞, 但干细胞的增殖、分化行为高度依赖于其所处的生长小生态环境。 以及对脂肪干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的特殊细胞。 在特定的条件下, 干细胞可以增殖并细胞的分化过程, 脂肪细胞分化的调节及其机理进行了综述, 以期对脂肪细胞分化及其调控进行全面总结[1]。 体细胞胚胎发生是体细胞在人工无菌培养条件下分化产生体细胞胚胎的过程, 体细胞胚胎发生途径是细胞全能性表达的一种方式, 重演了合子胚形态发生的过程。 关键词： 肿瘤干细胞;干细胞; 脂肪细胞; 分化; 调控细胞的分化是一个非常复杂的过程，也是当今生物学研究的热点之一[2]。 近来研究提出的肿瘤学新概念肿瘤干细胞成为当前肿瘤研究的热点。 肿瘤干细胞具有自我更新能力和[3]。 由一个受精卵发育而成的生物体的的各种细分化潜能, 是肿瘤生长、增殖和转移的根源胞在形态，结构和功能上会有明显的差异和细胞的分化有关。 1 / 10
细胞的分化是指分裂后的细胞，在形态，结构和功能上向着不同方向变化的过程。 那些形态的相似，结构相同，具有一定功能的细胞群叫做组织。 正常情况下，细胞分化是稳定、不可逆的[2]。 胚胎细胞在显示特有的形态结构、生理功能和生化特征之前，需要经历一个称作决定的阶段。 在这一阶段中，细胞虽然还没有显示出特定的形态特征，但是内部已经发生了向这一方向分化的特[1]。 例如，在两栖类，把神经胚早期的体节从正常部位移植到同一胚胎的腹部还可定变化改变分化的方向，不形成肌肉而形成肾管及红细胞等。 但是到神经胚晚期移植体节，就不[3]。 目前已经证明脂肪细胞分化与糖及脂肪代谢、与机体能量平衡、能改变体节分化的方向与肥胖症、糖尿病、与脂肪肝和高脂血症及乳腺癌等有非常密切的关系。 在动物科学领域,研究动物脂肪细胞的分化与增殖机理, 可达到对脂肪沉积的调控[5]。 1 干细胞及细胞分化理论 1. 1 肿瘤干细胞学说及其发展1855 年科学家通过对肿瘤及胚胎的相似的组织学特点提出了肿瘤源自胚胎细胞的假说, 随后他人认为肿瘤源自残留的胚胎组织。 并提出肿瘤代表着干细胞的成熟停滞, 这些研究都局限于肿瘤细胞的体外扩增能力。
教学内容 细胞的分化(第四章第二节) (章节) 课程类型新课课时安排1课时班级高二(5)班 教学目标:1、能够说出细胞分化的定义,能说出细胞异常分化---癌细胞的定义以及危害; 2、理解并且熟练说出癌细胞在体内无限增殖的原因; 3、理解细胞全能性的意义,能举例说出证明细胞全能性的实验; 4、学生能够感受到生命系统的统一性。 教学重点、难点:1、理解细胞分化的定义与意义,知道癌细胞的两大特性(教学重点) 2、理解癌细胞的无限增殖能力与在体内转移的能力对癌细胞扩散的帮助,区分动植物细胞中全能性的异 同点(教学难点) 教具:多媒体板书 教学方法:讲授法 教学进程:【教师】同学们,上一节课我们已经学习了有关细胞增殖的内容,现在请一位同学起来回答下什 么就是细胞增殖呢？ 【学生】细胞经过有丝分裂一分为二的增殖过程。 【教师】那么细胞分裂一共分成几个时期？分为叫什么呢？ 【学生】先分成两个时期,分裂间期与分裂期。分裂期又分为4个阶段,前、中、后与末期。 【教师】恩,同学们都掌握的不错,那么我们说,如果我们人体细胞进行的都就是细胞增殖,那么人与人的模样不都就是一样的啦？ 【学生】遗传问题,基因不一样。 【教师】基因不一样？恩,这可以说就是一个间接的原因。那么为什么基因不一样各种各样的细胞就会 不一样呢？导致细胞出现各种各样的形态与功能的直接原因就是什么呢？ 【学生】细胞分化。 【教师】对,今天我们就来学习一下细胞分化。其实,我们人体进行的不只就是细胞增殖这么一个过程,还有细胞分化,那么到底什么就是细胞分化呢？同学们把书本翻到P113、瞧下书本的第一句话,书本上给我们的定义就是细胞的后代在形态、结构与功能上发生差异的过程称为细胞分化。我们可以瞧下人体 的皮肤细胞,造血干细胞,同时还有我们在做实验时瞧到的植物根尖的纵切片,根尖中各种各样的细胞都 就是由分生区细胞分化形成的。皮肤细胞就是保护我们人体免受病毒的感染,造血干细胞就就是能产生 红细胞。白细胞等血细胞的细胞。同学们可以瞧下这些细胞的图片。 好,我们说细胞的分化会不会不会出现错误呢？细胞一直就是正确的分化呢？ 【学生】不就是不就是,有癌细胞。 【教师】瞧来同学们都有进行预习了,对,细胞分化的时候可能会受到一些致癌因素的影响,导致细胞发生异常分化,也就产生了我们所说的癌细胞。 生物体的正常发育,就是细胞在分化过程受到高度精巧的严格控制下发生的。一旦失去控制,细胞分化就会发生异常。细胞的癌变就可瞧作就是细胞异常分化的结果。在正常情况下,细胞分化就是不可逆的,在某些致癌因素的作用下,有的细胞会变得不受控制而无限增殖,这种细胞就称为癌细胞。癌细胞在体内呢 具有着很强大的特性。首先就就是癌细胞有一个最重要的特性就就是无限增殖。人的细胞一般只能分 裂50-60次,可就是癌细胞的分裂次数就是无限的。同学们可以这个癌细胞,我们把它叫做海拉,那么为什么叫做海拉细胞呢？ 【学生】因为就是从海拉这个人身上提取出来的。 【教师】就是的,这个癌细胞就是从一个非洲女子海拉的子宫颈癌组织中分离出来的。这种细胞在体外
《细胞分化》的教学设计 一、设计思路 高中生物学新课程改革的重要理念，一是通过对基本生物学知识、生物学观点、生物学情感的认知提升学生的生物科学素养；二是生物学教育要注重与现实生活的联系。“细胞分化”一节，既有翔实的生物科学史实资料，还有现代生物技术中的重要基础知识，又不乏热点新闻、医疗健康这样与学生切身利益相关的生活实例。教学中适当加入这些内容，开阔了学生的思路，增强了学生对生物学的兴趣，更乐于探究新知识，并能认识许多社会问题的多方面性，进而获得自己独特的对生物学的理解、感受和体验。本节课对于师生而言，是一个很好的共同发展的平台。因此，案例设计中不仅关注学生在知识呈现过程中的状态，同样也展示了教师在教学中的真正角色和师生在交往互动中产生新知识，即师生是一个“学习共同体”，在教学过程中，通过人际沟通、交流和分享各种学习资源而相互影响、相互促进。 二、教材分析 《细胞分化》这一节内容是浙科版必修1第四章第二节，是在学生了解了细胞的结构、功能和增殖的基础上，向学生展现了当今细胞生物学的重要研究课题――细胞的分化与癌变、细胞全能性、干细胞。本节内容中，细胞分化是核心内容，《标准》对此要求达到的层次为理解水平，而细胞癌变、全能性、干细胞都可由细胞分化的内容拓展而来。本节内容既是对细胞结构、功能、分裂等知识的拓展和延伸，又为学习遗传、变异打下基础。同时，细胞全能性及干细胞的知识又是选修课本中克隆技术和胚胎工程的理论基础，因此学好本节内容对学习后面的有关知识是非常必要的。 三、学情分析 高中阶段的学生已经有了一定的抽象思维能力和综合思维能力。由于此部分知识比较抽象，学生将抽象知识具体化、形象化的能力还不够，需要教师由浅入深，从生活中的事例入手，从学生身边常见的实例展开组织教学活动。同时，由于学生的心理特征存在个体差异，对新鲜知识的接收与认知程度不一，因此，教学中要注意从学生的具体实际出发，抓住学生的认知特点，采用恰当的教学策略，使生物科学知识有效地整合到学生原有认知结构中去，丰富和发展原有知识体系，在大脑中建构起新的知识、能力、价值观联系。 四、教学目标 1、知识目标 举例说明细胞分化的概念和生物学意义；说出细胞发生癌变的原因并说出癌细胞的主要特征；说出什么是细胞全能性并举例说明细胞的全能性理论在动植物克隆技术中的应用；举例说明干细胞的种类、特点和应用。 2、能力目标 通过公共信息资源（如图书馆、电视、互联网等）收集有关细胞分化、癌变及干细胞研究方面的资料，学会鉴别、选择、运用和分享信息，形成评估有关信息科学性的意识和能力，并尝试科技小论文的写作。 3、情感态度与价值观 关注人类的健康问题，认同良好的生活习惯对身体健康的重要意义，树立内因与外因影响生命活动的辩证唯物主义观点，确立积极的生活态度和健康的生活方式。 五、重点难点 1、教学重点：细胞分化的概念和意义，癌细胞的主要特征，细胞全能性的概念。 2、教学难点：细胞全能性、干细胞概念及实例。 六、教学方法与策略 1．本节课的授课形式以学习分析正确例证为主，教师主要起引导和提示作用，是“学与教”的过程模式。 2．在教学中为了激发学生的学习动机，采取了以下策略：创设问题情境，激发学生的认识兴趣和求知欲；使学习材料与社会生活相联系，增强学生对获得有用的知识本身发生兴趣；进行正确的评价和适当的表扬，以巩固和发展学生正确的学习动机。 七、课时安排
干细胞分化调控机制 摘要：干细胞的发展引起了当今世界各界的强烈关注。我们将有可能利用干细胞所有的潜力去治疗遗传性或目前无法治疗的疾病,但在干细胞被用于治疗之前,必须认识和掌握调节干细胞保持为干细胞或引导其特殊分化途径的调控机制,本文对干细胞的微环境及分化调控机制作一综述。 关键词：干细胞；分化调控；应用前景 由于干细胞在白血病、老年性痴呆症、糖尿病等多种疾病的治疗以及动物克隆等方面显示出巨大的应用前景,干细胞研究已经成为当今生命科学领域的热点。干细胞能够用于某些疾病的治疗,是因为干细胞具有多种分化潜能,它定向分化产生的后代细胞能够取代病变组织的细胞。因此,阐明干细胞如何在保持自我更新的同时又能产生新的组织及其调控机制是理解多细胞生物体发育的关键,也是利用干细胞治疗人类疾病的基础。 1干细胞的概念 干细胞(Stem Cell)是一种具有自我复制功能和多分化潜能的早期未分化细胞。在特定条件下,它可以分化成不同的功能细胞,形成多种细胞和器官。干细胞是个体发育和组织再生的基础。 2干细胞的分类 干细胞按生存阶段顺序分为胚胎干细胞和成体干细胞。 2.1胚胎干细胞(Embryonic stem cells,ES细胞) 胚胎干细胞具有全能性,可以自我更新并有分化为体内所有组织的能力。受精卵分裂形成一个称为囊胚(blastocyte)后,囊胚内部一端的一个”内细胞群”(innercellmass)是一群具有全能分化能力的细胞,它们在胚胎发育过程中,进一步
分化为内胚层、中胚层和外胚层,并最终分化为不同的组织、器官,成为一个完整的人体。将这种内细胞群分离取出,在体外进行培养,就成为”胚胎干细胞”。因此胚胎干细胞是受精后胚胎内细胞团的衍生物。 这类干细胞分化潜能宽，具有分化为机体任何组织细胞的能力。如囊胚期内细胞团的细胞。在体外培养扩增时，经遗传操作、选择和冻存，均不失其全能性，在不同生长条件下具有不同的功能状态。 2.2成体干细胞(Adultstemcells) 成年动物的许多组织和器官,始终保留着一部分未被分化的干细胞,即成体干细胞,如造血干细胞、表皮细胞等。过去认为成体干细胞具有组织特异性,只能分化成特定的细胞或组织,是一些定向细胞。1999年以后,这一观点受到了挑 战,Bjornson等人的研究发现成熟组织中分离的干细胞在特定微环境下具有向其他组织类型细胞分化的潜力,如造血干细胞具有向骨、肌肉、肝细胞、神经细胞转变的潜力,而神经干细胞也可以转变为血细胞。研究提示:不同胚层起源的成体干细胞在一定的条件下可相互转化,它们是在特定微环境中存在的适度分化的细胞,并能在不同环境中显示更多的潜在基因型,具有向其它组织类型的细胞分化的潜力,即不同的干细胞可以发生分化“命运”的转变(横向分化能力)。 3 胚胎干细胞分化调控机制研究 ES细胞分化实质是胚胎发育过程中特异蛋白质的合成。而任何特异蛋白质都是由它相对应的特异基因所决定,细胞分化可归结为基因组中特定基因按一定顺序相继活化和表达。ES细胞能够在机体外保持未分化状态是因为有分化抑制因子的存在,如LIF、DIA等。在缺乏分化抑制因子的条件下,ES细胞分化为各种细胞。 ES细胞定向诱导分化的途径可概括为三种:细胞/生长因子诱导法、转基因诱导法及细胞共培养法。 3.1 细胞/生长因子诱导法 细胞/生长因子诱导ES细胞分化法主要的因子包括维甲酸(RA)、骨形态发生蛋白(BMPs)、成纤维细胞生长因子(FGFs)等。RA是一种强烈的神经分化诱导剂,它主要通过细胞表面受体RA受体起作用。RA受体有两类:RARs和RXRs,但具
§13细胞分化与干细胞 一、细胞分化概述 1.细胞分化的概念 细胞分化是指，多细胞生物个体发育过程中，由一种相同类型的细胞经分裂后逐渐在形态、结构与功能上产生稳定性差异，形成不同类型细胞的过程。 细胞分化是多细胞生物发育的基础。 细胞分化的本质是基因的选择性表达，合成特异性的蛋白质。 单细胞生物也存在细胞分化，与多细胞生物不同的是，前者为适应环境，后者为构建不同的组织器官。 2.细胞分化的特点 （1）细胞基因组的全能性与基因的选择性表达。 （2）细胞分化通常是不可逆的。 （3）细胞分化的方向确定早于细胞形态出现差异。细胞由分化方向确定到出现特异性形态的过程称为细胞决定。 （4）细胞分化过程中保留记忆，细胞所受的信号分子短暂作用长期储存，从而决定分化方向。 3.细胞分化的机理 （1）细胞内部特征 细胞分化与细胞的不对称分裂有关，不对称分裂使不同细胞分得不同的调控成分，如mRNA等，从而决定其分化方向的差异。这种最初的分化机制又通过信号分子影响其他细胞。 （2）细胞外部环境 ①细胞应答胞外不同的环境信号，使基因特异性表达，产生细胞的不同行为，从而决定其分化方向。 ②细胞所处的空间位置不同以及细胞间相互作用不同影响分化方向。 ③环境因素、染色体变异、基因重排等亦对细胞分化产生影响。 4.细胞分化的调控 （1）细胞具有遗传上的全能性，包含生长发育所需的全部遗传信息，分为管家基因与奢侈基因两类。 ①管家基因是指，所有细胞中均表达的基因，其产物对维持细胞正常生长必不可少。 ②奢侈基因又称组织特异性基因，在不同细胞内选择性表达，编码特异性蛋白质，与细胞分化直接相关。细胞分化即奢侈基因选择性表达的结果。 （2）组合调控 组合调控是指细胞奢侈基因特异性表达的主要调控方式，通过一组基因调控蛋白的组合调控，共同协调决定对某一基因的表达。 借助组合调控机制，若某种关键性调控蛋白与其他调控蛋白的组合，从而诱导一种细胞转化为另一种细胞，甚至诱导器官的形成。
细胞的分化教学设计 一、教材分析 《细胞的分化》是浙科版高中生物必修1分子与细胞中第四章第二节的内容。本节内容包括以下3个方面：1.细胞的分化和癌变 2.细胞的全能性 3.干细胞 在此之前，已经学习了细胞的相关知识，上一节也学习了细胞的增殖，这为过渡到本节知识的学习起着铺垫作用。另外了解了细胞分化的相关知识，为后续细胞衰老和凋亡的学习打下坚实的基础；了解了细胞的全能性、癌变以及干细胞的用途之后，对今后认识防癌、核移植等实际生活问题产生深远的影响。因此，本节教学在第四章的教学中起着承前启后的作用，也是本章教学的重点之一。 [课时安排]：1课时 二、学情分析 学生已经了解了细胞的结构和功能等有关知识，掌握了细胞增殖的方式，各种方式的特征以及意义，为本节知识的学习奠定了坚实的基础。 高中生已经具备一定的观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性、逻辑性也已经初步建立，但还不是很完善；他们对事物探究的好奇心强，但往往具有一定的盲目性，缺乏目的性，此时若给予正确的学法指导、学习指导，将对完善学生的思维品质起着不可低估的作用。另外学生对此内容的好奇心强，有浓厚的学习兴趣，教师可以充分利用学生的这一心理特点，组织学生开展教学活动，并运用多种教学手段，激发学生的学习兴趣，从而提高学生的学习效果。 三、教学目标 （一）知识目标： 1.了解细胞分化的概念和癌变的原理 2.理解细胞的全能性，并了解全能性在实际生活中的运用 3.了解干细胞的概念，掌握其分类、特点和用途 （二）能力目标： 1.通过让学生课堂回答，培养学生的语言表达、信息交流以及归纳总结的能力 2.通过分析示意图，培养学生的自主学习和主动获取新知识的能力 3.通过小组讨论，让学生主动思考，培养学生的创新思维能力 （三）情感目标： 1.通过合作学习，增进同学之间的情感交流，让学生体验到生生合作、小组合作、生 生交流等的重要性 2.启发学生将理论知识和实际生活联系起来，激发学生的学习兴趣，从而提高学习效 果 四、教学重难点
《细胞分化》的教学设计 [设计思路] 关于细胞分化，课程标准的要求是“说明细胞的分化”和“举例说明细胞的全能性”，这都是“理解”水平的要求；课程标准建议开展的学生活动是“搜集有关干细胞研究进展和应用的资料”。鉴于细胞分化的重要性，课程标准从知识层面对细胞分化的学习内容提出了比较高的要求。本节内容是这样安排的：先介绍什么是细胞分化，细胞分化对多细胞生物体的发育有什么重要意义；再介绍已经分化的细胞，仍然可能具有发育为完整个体的潜能，即具有全能性；最后安排“干细胞研究进展与人类健康”的资料搜集与分析活动。 细胞分化是多细胞生物体发育的基础和核心，为提高学生的学习兴趣，联系媒体上经常有号召大家向白血病患儿献爱心，捐骨髓的报导，引导学生思考，为什么骨髓移植能治疗白血病？只要平时关注媒体报道的学生，大多数能说出“是因为骨髓中有造血干细胞。”就此引入细胞分化的学习。 细胞分化的概念，内涵较深刻，也是学生较难理解的，可通过提供充分的感性材料：图像信息，多媒体课件演示动物个体发育过程，植物个体发育过程；帮助学生理解早期胚胎中彼此相似的细胞，经过分裂和分化，发育为形态、结构和功能上不相同的细胞。从而认同细胞分化的重要意义。在学生理解了细胞分化的重要意义后，可引导学生由现象深入到本质，探究细胞分化产生的稳定性差异是不是遗传物质的改变引起的？怎样用科学的方法来证明你的观点？培养了学生的科学研究方法和创新精神。 细胞的全能性是教学的难点，可通过利用多媒体动、植物细胞全能性的试验，以及学生列举事例来加深理解。掌握全能性的概念、组织培养和克隆知识在工农业生产方面的应用。 [教学目标] 1、知识目标： （1）说出细胞分化的概念及在生物个体发育中的意义 （2）举例说明细胞的全能性在生产实践与科学研究中的作用，说出细胞全能性的实质及植物细胞和动物细胞全能性的不同点，能够区分具体细胞全能性的大小 （3）举例说明干细胞的种类、特点和应用。 2、能力目标： （1）在教师的引导下，师生共同探究，使学生学会学习，培养分析、归纳的思维能力和自主学习的能力 （2）探究细胞分化的特点，细胞全能性的概念，培养学生的科学探究方法和生物学素养 3、情感态度价值观：
影响胚胎干细胞定向分化的因子包括转录因子、细 胞因子以及化学诱导剂的体外诱导，同时也包括通过共 培养和表观遗传修饰进行的诱导[27]。这其中对于细胞因子领域研究较多。最新研究表明，Jumonji能够通过调节Polycomb抑制复合物2(PRC2)的功能，从而维持胚胎干细 胞自我更新和分化间的平衡，一旦Jumonji缺失，便会抑 制胚胎干细胞的分化[28,29]。而对于PRC对胚胎干细胞分化的调节机制，研究人员发现PRC复合体的重要成分Ezh2是 通过抑制Ink4A-Ink4B位点，从而调节细胞的分化率[30]。此外，还有研究发现，Chd1基因能够通过控制核染色质 的开放从而调节胚胎干细胞的分化[31]。美国、加拿大和英国的科研 人员在2008年发现了一种“干细胞自我维持稳态”，这 种理论与现行的主流观点相反，认为胚胎干细胞的增殖 和多能性并不依赖于外界刺激，而是自身固有一套自我 更新和分化的程序[32] 目前，大部分关于胚胎干细胞的研究均以小鼠作为 研究对象，因此，对于胚胎干细胞定向分化的研究所得 到的有效诱导因子大部分是针对小鼠的。然而，研究发现，用于诱导小鼠胚胎干细胞定向分化的因子对于诱导 人类胚胎干细胞向特定细胞的分化并不是都有效，比如 在人类胚胎干细胞中，苯丙酸诺龙(activin-A)和转化生长
因子(transforming growth factor，TGF)只能诱导中胚层的 形成，视黄酸(retinoic acid，RA)、表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)、骨形成蛋白4(bone morphogenetic protein，BMP-4)和碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)促使细胞向外胚层和中胚 层分化，然而神经生长因子(nerve growth factor，NGF)和肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)促使人类 ESC向三个胚层的细胞分化，BMP-4还能诱导人类ESC发 育为滋养层的细胞[33] 间充质干细胞最初是从骨髓中分离获得，随着研究 的不断深入，目前从脂肪组织、骨外膜、滑膜、骨骼 肌、表皮、血液、骨小梁、人脐带、肺、牙髓、牙周膜 等组织中均能够分离获得间充质干细胞。骨髓间充质干 细胞具备易于分离、培养、扩增和纯化，多次传代扩增 后仍具有干细胞特性，不存在免疫排斥，体外基因转染 率高并能稳定高效表达外源基因等优点，因此骨髓间充 质干细胞成为近年干细胞研究的热点。 自从2001年首次成功分离脂肪来源间充质干细胞以 来，由于其不仅与骨髓间充质干细胞的生物学特性相