第二篇生殖与发育教学课件.ppt
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1、第二篇生 殖 与 发 育第一章生殖第一节概述第第 二二 节节 有有 丝丝 分分 裂裂人类是由一个重约10g的受精卵,经过无数次的细胞分裂和分化过程逐渐发育成一个由近610个细胞组成的个体。人的红细胞平均寿命只有120天;小肠绒毛上皮细胞每2-3天更新一遍;女性子宫内膜的周期性脱落以及体表上皮细胞和毛发的迅速更替等。一般认为人体细胞的更新率为1%-2%。一、细胞增殖周期概念一、细胞增殖周期概念 细胞经过生长和分裂而完成增殖的全过程称细胞增殖周期 细胞增殖周期 DNA合成前期(G1期)DNA合成期(S期)DNA合成后期(G2期)分裂期(M期)细胞从一次有丝分裂结束开始,到下一次有丝分裂结束为止所经
2、历的时间称为细胞周期时间 二、细胞增殖周期各期特点二、细胞增殖周期各期特点 1、DNA合成前期(G期):细胞表现为物质代谢活跃,呼吸旺盛,ATP迅速合成,mRNA、tRNA、rRNA的转录和蛋白质合成迅速进行,细胞体积增大,达到母细胞大小。G期还为细胞进入S期作各种准备,如合成DNA诱导物,DNA复制所需要的各种前体物质等。不同细胞的G1期时间长短不一。如胚胎早期的卵裂细胞几乎测量不到G期,淋巴细胞的G期只有几个小时,而神经元细胞却终生停留在G期。G期时间变化大的最根本原因是具有一个调节细胞增殖周期开和关的“阀门”,称为限制点(R点)。它接受多种环境信号的调节,控制着细胞增殖活动的进程,是细胞
3、增殖与否的转折点。通过通过G期限制点的调节,期限制点的调节,G期细胞可有三种去向期细胞可有三种去向(1)继续增殖细胞:这类细胞始终保持旺盛的增殖活性,分化程度低,周期时间稳定,如骨髓造血干细胞、上皮基底细胞、小肠腺细胞及精原细胞等。正常情况下增殖细胞增殖的目地是更新补充衰老死亡的细胞以保护机体各组织细胞数量及功能的平衡。(2)暂不增殖细胞:这类细胞平时保持分化状态,执行各自功能,停留在G期。可被认为是延长了的G期细胞。如细胞受损,他们又能改变方向,由分化转入增殖轨道,甚至通过有丝分裂补足失去的细胞。这些细胞又可称为G。期细胞。G。期细胞处于静息状态时,比较G期细胞,其对药物敏感性较差。人体组织
4、中肝、肾的实质细胞,结缔组织中的成纤维细胞和血液中的淋巴细胞都属于暂不增殖细胞。他们通常处于G。态,当组织受到损伤或激素的刺激时,就恢复到增殖状态。(3)永不增殖细胞或称不育细胞:如哺乳类的成熟红细胞,角化的上皮细胞、神经元细胞和骨骼肌细胞等。专一合成执行各自特定功能的物质,细胞结构和功能发生高度分化,已经丧失了增殖能力,始终停留在G期,直到衰老、死亡。2、DNA合成期(合成期(S期)期)从这一时期开始并完成DNA分子的复制,使DNA 含量增加一倍。同时合成一定数量的组蛋白,经核孔进入核,与DNA结合形成染色质。S期 历时较恒定,一般为68小时。细胞周期只要进入DNA复制,增殖活动就不停顿地进
5、行,直至分为两个子细胞。3、DNA合成后期(合成后期(G2期)期)合成与有丝分裂有关的特殊蛋白质,如微管蛋白,膜蛋白等,如阻断这些合成,细胞便不能进入丝裂期。染色质开始螺旋化,产生凝集和浓缩。一些使核膜解体的可溶性因子也出现在G2期的晚期,还有一种促使细胞从G2期进入M期的可溶性蛋白激酶也在此时合成,这种蛋白激酶可促使核膜破裂。G2期历时较短,也很恒定,一般为11.5小时。G2期结束后,M期开始,细胞随即开始分裂。4、分裂期(、分裂期(M期)期)把S期中倍增了的DNA形成染色体,然后再平均分配到两个子细胞中去,使每个子细胞得到一整套和母细胞完全相同的遗传信息。包括前、中、后、末期四个时期 1、
6、前期、前期 s染色质进入高度螺旋化状态,逐渐变短、粗,形成具有一定形态和数目的染色体。s中心粒向细胞两极移动,确定了分裂级s中心粒的周围出现许多放射状的细丝,形成星体。在两个中心粒之间出现纺锤丝,纺锤丝与星体连接形成纺锤体。s核膜溶解,核仁消失。2、中期、中期 染色体更加致密而明显,有规律地排列在细胞两极间的赤道面上,形成赤道板。每条染色体的着丝粒与两侧的纺锤丝相连 3、后期、后期 着丝点纵裂,两条染色单体从着丝点处分开,在纺锤丝作用下,开始向细胞两极移动。此时每条单体具有一个独立的着丝点,含一个分子的DNA。4、末期、末期 两组子染色体已完全移向两极。染色体开始解螺旋重新成为染色质,核仁也重
7、新形成。核纤层蛋白质重组形成核膜。在原来赤道板位置两侧的细胞膜,由于微丝的作用向内凹陷形成缢沟,缢沟逐渐加深,最后分成两个子细胞。三、细胞增殖周期的调控三、细胞增殖周期的调控 单细胞有机体的细胞增殖只取决于外界环境 ,只要有足够的营养物质,细胞就可以无限地增殖。在多细胞有机体中,每个细胞都是特化了的整体中的一员,担负专一职责。细胞增殖活动受到严格的控制,以保证机体体积和生理机能的平衡。(一)、遗传因子的调节(一)、遗传因子的调节 1、细胞周期基因 真核细胞的基因组中具有细胞分裂周期基因,这些基因的产物可以调节细胞周期的进程或是基因本身的表达依赖于细胞周期。目前了解较清楚的是一种酶母中的cdc基
8、因。他们包括启动细胞周期开始的cdc28基因,(突变后使细胞不能越过增殖活动的起始点),有控制DNA合成的cdc8基因(突变后,使细胞停留在S期)控制中心体复制的cdc31基因(突变后,使细胞停留在中期)控制出芽方式完成细胞质分裂的cdc24基因(突变后使细胞停留在末期)等。这些基因分别调节胞核和胞质的分裂。(一)、遗传因子的调节(一)、遗传因子的调节 2、癌基因和原癌基因 1976年证实鸡肉瘤病毒能诱发肿瘤,使体外培养细胞转化的根本原因是它携带一段特殊的DNA序列即癌基因命名为V-src。该基因编码的60KD磷蛋白催化硌氨酸残基磷酸化,刺激细胞无限增殖而形成肿瘤。正常细胞的基因组中,含有和癌
9、基因相似的序列,只是其产量极少。不但不干扰细胞的正常生长,还是细胞增殖必不可少的因子。这些基因一旦发生突变,便使细胞转化为异常增殖状态,故此在突变前他们称作原癌基因。在淋巴细胞中原癌基因被活化后,能使细胞通过R点的能力提高。另一种淋巴瘤患者大约90%是由于染色体易位导致bcl2基因活化造成的。该基因的产物能阻止细胞的程序性死亡。(一)、遗传因子的调节(一)、遗传因子的调节 3、抑癌基因 用正常细胞和肿瘤细胞进行融合所形成的杂种细胞恶性程度明显下降,甚至完全消失。说明正常细胞中含有抑止细胞恶性增殖的抑癌基因。其产物可以抑制细胞的生长和分裂。当该基因发生变异或丢失,解除了对细胞增殖的抑制作用以后,
10、就成为诱发肿瘤的重要因素。遗传性视网膜母细胞癌(retioblastoma,Rb)是由于Rb基因丢失引起的。病人体细胞第13号染色体长臂缺少一个特定的区段,即Rb基因的DNA顺序。实验证明,所有的细胞都会有Rb蛋白,它通过和细胞核中的转录因子结合,抑止转录、阻止细胞越过R点,起细胞增殖制动器的作用。目前已在G肉瘤、乳癌、小细胞肺癌和膀胱癌等细胞中发现Rb基因的缺失、突变或表达异常。(二)、环境因子的调节二)、环境因子的调节 1、生长因子的调节 在体外进行细胞培养时,培养基除含有各种必须的氨基酸、维生素之外还要加5%20%的小牛血清,细胞才能正常生长增殖。这是因为血清中含有多种对细胞增殖起促进作
11、用的多肽类物质,统称为生长因子 生长因子通过与特异性的细胞膜受体结合,刺激或抑制细胞的增殖活动。不同种类的细胞具有不同的生长因子受体,每个细胞可以有几种不同的受体,接受几种生长因子的顺序性调节。如PDGF(血小板源生长因子)是一种碱性蛋白质,分子量为310Da每个血小板约含1000个这样的因子。PDGF能启动Go期细胞进入细胞周期,促进S期DNA的合成,是一种较强的促有丝分裂因子。在大多数细胞的增殖过程中,需要PDGF的作用。(二)、环境因子的调节二)、环境因子的调节 2、细胞间的竞争影响 细胞形态和细胞对培养皿表面的贴附情况都影响细胞对生长因子的接触。试验表明,细胞完全贴壁后,其群体细胞增殖
12、率为90%;部分贴壁的群体增殖率为30%;而完全不贴壁的(悬浮培养)增殖率只有8%。正常细胞在体外培养时,必须贴附于固体表面,充分铺展以后才具有增殖能力,这种现象称为依赖贴壁性调节。这种特性有助于机体内组织的聚焦,防止脱落和游走细胞的无限增殖。(二)、环境因子的调节二)、环境因子的调节 3、细胞增殖抑制因子 试验表明,正常小鼠胚胎细胞在体外培养时,若加入纯化的生长因子,细胞就持续地进行增殖而不出现衰老现象。如果加入的是全血清,经过一定的分裂次数以后,增殖能力逐渐下降,抑制停留在Go期,最后衰老、死亡。这说明血清中不仅含有刺激细胞增殖的生长因子,同时也含有抑制细胞增殖的因子。抑素(chalone
13、)是一类由细胞自身产生的、终止细胞增殖的信号分子,属于分泌性糖蛋白,具有很强的特异性。抑素是对细胞增殖起负调节作用的因子,它和起正调节作用的生长因子相互拮抗,又相互协调。目前已经发现的有肝细胞抑素、肾细胞抑素、红细胞抑素、粒细胞抑素等多种。肿瘤细胞不但自身产生抑素的能力低,而且对抑素的敏感性也大大下降。如髓性粒细胞的抑素含量只有正常粒细胞的1/401/10。抑制白血病淋巴细胞的抑素要比抑制正常淋巴细胞的用量高34倍。第三节第三节 减数分裂减数分裂.(一)前期I.1、细线期细线状的染色质螺旋化形成染色体,数目为2N。2、偶线期 同源染色体从某一点相互靠拢在一起,相同位置的染色粒准确配对的过程称为
14、联会。2、偶线期一对大小、形态相同,一条来自父亲,一条来自母亲的染色体,互称为同源染色体。3、粗线期 每个二价体中有四条染色单体,称为四分体。同一条染色体中的二条染色单体互称为姐妹染色单体。同源染色体的染色单体之间互称为非姐妹染色单体。此时,在二价体的某些区域,两条非姐妹染色单体之间发生DNA片断相互交换,形成交叉点,这个过程叫互换。每个二价体平均有2.36个交叉点。(此时交叉点不可见)4、双线期 同源染色体相互排斥(此时可见交叉点),交叉点逐渐向两端移动,最后趋向分离,这个过程称为交叉的端化。5、终变期 二价体高度螺旋化,粗短状,呈多态性,并移至核膜附近。最后,核仁、核膜消失。(二)中期I
15、23对染色体排列在细胞中央,形成赤道板;纺缍体形成,并与染色体中的着丝粒相连。(三)后期(三)后期I I 二价体中的两条染色体在纺缍丝的作用下,彼此分开,称为二分体。二分体被纺缍丝分别拉向两极。(四)末期(四)末期I I 二组染色体到达两极后,解螺旋,伸展,核膜重新出现。分裂后所形成的细胞中,染色体数目减少了一半。而且发生了重组(交换)。2N N二、减数分裂的第二次分裂 减数分裂的第一次分裂与第二次分裂的间期很短,并无DNA的复制。(一)前期(一)前期 每个二分体螺旋化,核膜消失。(二)中期(二)中期 各二分体排列在细胞中央形成赤道板,纺缍丝连于染色体的着丝粒上。(三)后期(三)后期 染色体在
16、着丝粒处分离,纵裂成两条染色单体,各组染色单体被纺缍体分别拉向两极。(四)末期(四)末期 各组染色单体到达两极后,解螺旋成为染色质,分别形成细胞核。此时每个细胞中染色体仍为单倍数,N=23 第四节第四节 配配 子子 发发 生生 s配子发生是指精子和卵子的形成过程。s它们都经过增殖、生长、成熟、变形增殖、生长、成熟、变形等四个时期 一、精子的发生一、精子的发生 精原细胞 初级精母细胞 次级精母细胞 精细胞 精子.在精子的发生过程中,从精原细胞发育成在精子的发生过程中,从精原细胞发育成为成熟的精子,大约需要为成熟的精子,大约需要60706070天,一天,一个成熟的男性每次排精量约为个成熟的男性每次
17、排精量约为34ml34ml,含含有有2323亿个精子,一生大约产生亿个精子,一生大约产生1010万亿个万亿个精子。精子。二、卵子的发生二、卵子的发生 卵原细胞 初级卵母细胞 次级卵母细胞 卵细胞卵 细 胞 形 成增殖期、生长期 女性胚胎第6周时,生殖嵴约有10002000个原始生殖细胞,它们以有丝分裂方式增殖为卵原细胞。卵原细胞中,有二倍数染色体(2n),是二倍体,以人为例,它有46条染色体。至第20周时,生殖细胞约为700万个,其中约200万个为卵原细胞,约500万个已发育成初级卵母细胞。成熟期初级卵母细胞内积累了大量卵黄、RNA和蛋白质等物质,为受精后的发育提供信息、物质和能量准备。其染色
18、体数仍为二倍体(2n)。在减数分裂诱导物质的诱导下,初级卵母细胞进入第一次减数分裂并停止在前期工的双线期。女性生殖细胞在卵泡中发育,卵泡的发育过程分为4个阶段。1原始卵泡原始卵泡由中央1个初级卵母细胞与其周围1层卵泡细胞构成。2初级卵泡 初级卵泡由中央1个初级卵母细胞与其周围的单层或多层卵泡细胞构成。卵泡周围的间质细胞逐渐密集形成卵泡膜,在卵母细胞与卵泡细胞间出现1层以糖蛋白为主要成分的非细胞性结构,称为透明带,它具有很强的抗原性,其表面有特异性受体,能对同种精子进行专一性的识别与结合,从而使受精过程具有物种专一性。3次级卵泡 当卵泡细胞增至612层时,细胞间出现一些大小不等的腔并逐渐合并成一
19、个大的卵泡腔,腔内充满由卵泡细胞分泌和从血管渗透来的卵泡液,内含透明质酸酶和性激素。沿透明带周围的卵泡细胞呈放射状排列,称放射冠,其余的卵泡细胞沿卵泡腔分布称颗粒层。卵泡膜分化为内外两层。次级卵泡的生长主要受促卵泡激素影响。大的次级卵泡可发育成熟和排卵,小的次级卵泡大部分将闭锁。4成熟卵泡由于卵泡液增多和卵泡腔扩大,将初级卵母细胞和其周围的卵泡细胞挤至卵泡一侧,形成突向卵泡腔的突起,称为卵丘。此时的卵泡称为近成熟卵泡或囊状卵泡。当囊状卵泡增大至直径约1520mm时向卵巢表面突出,即为成熟卵泡。胎儿自第5个月起至出生后,卵巢中的卵母细胞逐渐退变。新生儿两侧卵巢共约有70万200万个原始卵泡,青春
20、期已减少约4万个。从青春期开始,随着垂体促性腺激素的大量分泌,黄体生成素渗入卵泡液促使初级卵母细胞恢复并完成第一次减数分裂,形成2个细胞:1个是次级卵母细胞;另1个体积很小,称为第一极体。第二次减数分裂后,次级卵母细胞形成1个卵细胞和1个小的细胞即第二极体;极体以后不能继续发育而退化、消失。卵细胞即成为卵子,排卵时,次级卵母细胞停留在第二次减数分裂中期,受精后,它才完成第二次减数分裂,形成卵细胞。如未受精,次级卵母细胞在24小时内死亡。1个妇女一生中约有400个成熟卵泡排放,其中只有25次排的卵能够导致正常的可生育的妊娠。其余的卵泡则可以发育到任何阶段而闭锁,主要是因为这些不同发育阶段的卵泡受
21、到促性腺激素比例失调或不足的影响。现在用外源性促性腺激素处理排卵障碍,即是刺激了一些即将发生闭锁的卵泡使它们达到成熟与排卵。第五节第五节 受受 精精 受精是精子和卵子结合成合子(受精卵)的过程。一、卵子受精前各时期特征一、卵子受精前各时期特征 s第一时期:16小时,刚刚从卵巢中排出被吸入进输卵管中,还未到达壶腹部,此期卵子无活性。s第二时期:711小时,卵子到达壶腹部,开始有能力接受精子并识别精子,此时卵子状态一般。s第三时期:1216小时,卵子状态达到最佳时期,异常敏感和活跃。s第四时期:1721小时,卵子逐渐走向一般状态。s第五时期:2224小时,卵子开始逐渐衰老,反应迟钝,但可勉强受精。
22、二、精子受精前各时期特征二、精子受精前各时期特征 s第一时期:刚刚从变形期形成的精子,还停留在睾丸中,此时精子无活性。s第二时期:精子从睾丸中移到附睾,经过在附睾头、附睾体、附睾尾运行后逐渐完善和成熟,变得活跃。s第三时期:由附睾运动到储精囊,精子完全成熟。s第四时期:由射精管到雌性生殖道。大多数精子被淘汰,只有少数优良精子保留。s第五时期:精子在输卵管中获能,真正具有活性,与卵子相互识别,完成受精。s历经6070天。三、受精三、受精 s进入子宫输卵管的精子,同管道中的各种酶发生生化反应,使其表面的特异性糖蛋白抗精素显露出来,同卵细胞表面的特异蛋白受精素发生特异性的免疫反应,这个过程称为精子的
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