第12章细胞增殖极其调控

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1、第十二章 细胞增殖及其调控,细胞增殖(cell proliferation)的意义细胞周期概述细胞分裂细胞周期调控,细胞增殖(cell proliferation)的意义,细胞增殖(cell proliferation)是细胞生命活动的重要特征之一,是生物繁育的基础。单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。多细胞生物由一个单细胞(受精卵)分裂发育而来，细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞，维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要 依赖细胞增殖。,第二节 细胞分裂,有丝分裂(mitosis)胞质分裂(Cy

2、tokinesis)减数分裂(Meiosis),第三节 细胞周期的调控(Cell-Cycle Control), MPF的发现及其作用 MPF 的真面目周期蛋白CDK激酶和CDK激酶抑制物细胞周期运转调控制其他内在和外在因素在细胞周期调控中的作用,第一节细胞周期概述,细胞周期细胞周期中各个不同时相及其主要事件细胞周期长短测定细胞周期同步化特异的细胞周期,一、有丝分裂(mitosis),前期(prophase)前中期(prometaphase)中期(metaphase)后期(anaphase) 末期(telophase),二、胞质分裂(Cytokinesis),动物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂,

3、三、减数分裂(Meiosis),（一）前减数分裂间期（二）减数分裂过程（三）减数分裂过程的特殊结构及其变化,（一）前减数分裂间期,特点：S期持续的时间较长，复制DNA总量的99.7%99.9%，其余的0.1%0.3%在减数分裂前期阶段复制，而延迟复制的这些DNA小片段与减数分裂前期染色体配对和基因重组有关。,（二）减数分裂过程,1、减数分裂 （1）前期 （2）中期 （3）后期 （4）末期2、减数分裂 （1）前期 （2）中期 （3）后期 （4）末期小结,（三）减数分裂过程的特殊结构及其变化,1、性染色体的分离1）雌性性染色体：XX，在减数分裂过程中像常染色体一样进行正常配对、交换和分离。2）雄性

4、性染色体：XY or XO 两条性染色体的形态结构不同，基因含量不同； 含同源区段的XY染色体在前期可以进行配对； 不管XY 配对与否，二者在分裂中期排列到赤道面上，随常染色体分离而相互分离； 第二次减数分裂，XY和常染色体一样，两条姐妹染色单体进行分离。2、联会复合体和基因重组,联会复合体和基因重组：联会复合体是同源染色体之间在减数分裂前期联会时所形成的一种临时性结构。在同源染色体联会处沿其长轴分布，由中央成分和两侧成分共同构成。DNA拓扑酶存在于侧成分和其周围的染色质中DNA片段多为50550bp,末期,后期,二价体的两条同源染色体分开，分别向两极移动。同源染色体随机分向两极，染色体重组，

5、人类染色体重组概率有223个。,中期,减数分裂中期与一般有丝分裂中期相似，每个染色体的两个着丝粒分别位于染色体的两侧，分别与从两极出发的纺锤体微管相连接。,动粒与纺锤体的联系示意图,前期,减数分裂的特殊过程主要发生在前期，通常分为5个时期：细线期（leptotene ）偶线期粗线期（pachytene ） 双线期（diplotene） 终变期（diakinesis）,细线期,细线期：又称凝集期A、染色质凝集成染色体，呈细线状B、在细纤维样染色体上具有念珠状的染色粒C、染色体端粒通过接触斑与核膜相连，而染色体的其它部分以袢环状延伸到核质中,偶线期,偶线期：亦称合线期、配对期，是同源染色体配对的时

6、期。A、配对、从端粒与核膜的接触斑处开始联会，出现联会复合体(synaptonemal complex.SC）、二价体（bivalent）、四分体（tetrad）。B、合成约0.3%左右的DNA，称为zygDNA。,粗线期,A、染色体进一步浓缩，变粗变短，并与核膜继续保持接触B、出现重组结，同源染色体的非姊妹染色单体间发生交换的时期C、合成P-DNAD、合成减数分裂专有的组蛋白，并将体细胞类型的组蛋白部分或全部置换下来E、卵母细胞中，扩增rDNA，参与形成附加的核仁,双线期,A、联会的同源染色体相互排斥、开始分离，出现交叉，B、联会复合体消失补充：植物细胞双线期一般较短，许多动物卵细胞中双线期

7、停留的时间非常长。人的卵母细胞在五个月胎儿中已达双线期，而一直到排卵都停在双线期，排卵年龄大约在1250岁之间。鱼类、两栖类、爬行类、鸟类以及无脊椎动物的昆虫中，双线期的二阶体去凝集而形成灯刷染色体，这一时期是卵黄积累的时期。,终变期,A、二价体显著变短B、由于交叉端化，故交叉数目减少，通常只有一至二个交叉，仅在端部和着丝粒处C、核仁此时开始消失，核被膜解体,减数分裂(Meiosis),减数分裂概念减数分裂特点减数分裂的意义脊椎动物配子发生过程,细胞周期(cell cycle),概念：细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的一个有序过程。其间细胞遗传物质和其他内含物分配给子细胞。细胞

8、周期时相组成细胞周期时间根据增殖状况，细胞分类三类,细胞周期时相组成,间期(interphase): G1 phase，S phase，G2 phaseM phase: 有丝分裂期(Mitosis), 胞质分裂期(Cytokinesis) 细胞沿着G1SG2MG1周期性运转，在间期细胞体积增大(生长)，在 M 期细胞 先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个细胞周期。,细胞周期时间,不同细胞的细胞周期时间差异很大S+G2+M 的时间变较小，细胞周 期时间长短主要差别在G1期有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期,根据增殖状况，细胞分类三类,连续分裂细胞(cycling cell) 在细胞周期中连续运转因

9、而又称为周期细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。 休眠细胞(Go细胞) 休眠细胞暂不分裂，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，称G0期细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等 。终末分化细胞 也称不分裂细胞，指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等等。 G0期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划分，有的细胞过去认为属于终末分化细胞，目前可能被认为是G0期细胞。,细胞周期中不同时相及其主要事件, G1期 S 期 G2期 M 期,G1期,与DNA合成启动相关，开始合成细胞生长所 需要的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂 等，同时染色质去凝集。在G1期的晚期有一个特定时

10、期： 起始点（芽殖酵母） 限制点或检验点（其他真核生物）,G2期,DNA复制完成；在这一时期, 主要是大量合成ATP、RNA、蛋白质, 包括微管蛋白和成熟促进因子MPF(maturation promoting factor)等，为有丝分裂作准备。,M 期,M期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)和减数分裂(meiosis)。遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。,S期,DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构 S期DNA合成不同步：常染色质: 先; 异染色质: 后;能转录的DNA: 先; 不能转录的DNA: 后;GC含量高: 先; AT含量高:

11、 后;,细胞周期长短测定,脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法流式细胞仪测定法(Flow Cytometry)缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间及分裂间 期和分裂期的准确时间。,细胞周期同步化,自然同步化人工选择同步化 药物诱导法 条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用： 将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移 到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞 周期中某一特定时期。,自然同步化,1多核体 如粘菌只进行核分裂，而不发生胞质分裂，形成多核体。数量众多的核处于同一细胞质中，进行同步化分裂，使细胞核达108，体积达56cm。疟原虫也具有类似的情况。2某些水生动物的受精卵 （

12、某些受精卵早期卵裂 ） 如海胆卵可以同时授精，最初的3次细胞分裂是同步的，再如大量海参卵受精后，前9次细胞分裂都是同步化进行的。3增殖抑制解除后的同步分裂 如真菌的休眠孢子移入适宜环境后，它们一起发芽，同步分裂。,人工选择同步化,有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞。优点是细 胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。缺点是 分离的细胞数量少。密度梯度离心法：根据不同时期的细胞在体积和重量上存在差别进行分离。优点是方法 简单省时，效率高，成本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。,药物诱导法, DNA合成阻断法 G1/S-TdR(胸腺嘧啶核苷 )双阻断法： 最终将细胞群阻断于G1/S交界处。 优点

13、：同步化效率高，几乎适合于所有体外培养 的细胞体系。 缺点：诱导过程可造成细胞非均衡生长 分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂 器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。 优点：是操作简便，效率高。 缺点：这些药物的毒性相对较大。,特异的细胞周期,特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具 有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细 胞周期。 爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期 酵母细胞的细胞周期 植物细胞的细胞周期 细菌的细胞周期,爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期,细胞分裂快,无G1期, G2期非常短,S期也短(所有复 制子都激活), 以至认为仅含有S期和M期无需临时合成其它物质子细胞在G1、G2期并不生长，

14、越分裂体积越小细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标 准的细胞周期基本是一致的,酵母细胞的细胞周期,酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似酵母细胞周期明显特点: 酵母细胞周期持续时间较短； 封闭式细胞分裂 ，即细胞分裂时核膜不解聚； 纺锤体位于细胞核内； 在一定环境下，也进行有性繁殖芽殖酵母：G1期后期开始出芽纺锤体装配与S期DNA复制同时进行形成大小不等的两个子细胞裂殖酵母均等分裂细胞生长仅是细胞长度的增加，直径保持不变,裂殖酵母细胞周期,芽殖酵母细胞周期,植物细胞的细胞周期,植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期非常相似，含有G1期、S期、G2期和M期四个时期。植物细

15、胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常组装纺锤体。植物细胞以形成中板的形式进行胞质分裂,细菌的细胞周期,慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定相似之处。其DNA复制之前的准备时间与G1期类似。分裂之前的准备时间与G2期类似。再加上S期和M期，细 菌的细胞周期也基本具备四个时期细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最基本 的DNA复制速度之间的矛盾。 在快速生长时，在一个细胞周期中每个DNA分子复制仅能完成一半，但DNA复制是在两个正在形成中的DNA分 子上同时进行的。,前期(prophase),前期的主要事件是：染色质凝缩，分裂极确立与纺锤体开始形成，核仁解体，核膜消失。 标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩(condensation)形成有丝分裂染色体(mitotic chromosome） 第二个特征是细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体(mitotic spindle)开始装配Golgi体、ER等细胞器解体，形成小的膜泡,