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1、第十一章第十一章 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控细胞增殖(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。第一节 细胞周期概述第二节 细胞分裂第三节 细胞周期的调控第一节第一节 细胞周期概述细胞周期概述一、细胞周期1 1、概念、概念细胞周期细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂
2、结束后开始生长到下次有丝分裂终止所经历的全过程。在这一过程中,细胞的遗传物质进行复制并均等地分配给两个子细胞。2、细胞周期时相组成间期间期( (interphaseinterphase): G1 phase): G1 phase，S phaseS phase，G2 phaseG2 phaseG1期(Gap 1 phase),即从M期结束到S期开始前的一段间歇期;S期,即DNA合成期(DNA synthetic phase);G2期(Gap 2 phase), 即DNA合成后(S期)到有丝分裂前的一个 间歇期;M期,即有丝分裂期(mitosis phase) 胞质分裂期 (Cytokinesis
3、) 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。不一定每种细胞都有四个时期，如胚胎细胞没有 G1期。3、细胞周期时间 不同细胞的细胞周期时间差异很大S+G2+M 的时间变化教小，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4、根据增殖状况，细胞分类三类连续分裂细胞(cycling cell)休眠细胞(Go细胞)终末分化细胞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。二、二、细胞周期中各个不同时相及其主要事件细胞周期中各个不同时
4、相及其主要事件、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。细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制, 主要是确保周期每一时相事件的有序、全部完成并与外界环境因素相联系.G1期检验点：酵母Start；动物细胞Restriction Point、S期：DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体 串珠结构Experimental demonstration of the coordinated Synthesis of DNA and histones.、G2期：DNA复制完成，在G2期合成一定数量的蛋白质和RNA分子、M 期:M期即
5、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。三、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。四、细胞周期同步化 自然同步化：如有一种粘菌的变形体plasmodia， 某些受精卵早期卵裂 。 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
6、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双阻断法：最终将 细胞群阻断于G1/S交界处。优点是同步化效率高 ， 几乎适合于所有体外培养的细胞体系。缺点是 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。缺点是这些药物的毒性 相对较大。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。五、特异的细胞周期特异的细胞周期是指那些特
7、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。1、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，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。2、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:v酵母细胞周期持续时间较短；v封闭式细胞分裂 ，即细胞分裂时核膜不解聚；v纺锤体位于细胞核内；v在一定环境下，也进行有性繁殖。芽殖芽殖酵母细胞的细胞周期酵母细胞的细胞周期裂殖
8、酵母细胞的细胞周期裂殖酵母细胞的细胞周期3、植物细胞的细胞周期v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。v植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常组装纺锤体。v植物细胞以形成中板的形式进行胞质分裂。4、细菌的细胞周期v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v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第二节第二节 细胞分裂细胞分裂一、有丝分裂(mitosis)前期、前中期、
9、中期、后期、末期、胞质分裂（一）有丝分裂过程1、前期(prophase)标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩 形成 有丝分裂染色体(mitotic chromosome）这种染色体由 两条染色单体两条染色单体(chromatid)构成在前期末，染 色体主缢痕部 位形成一种蛋 白复合物称为 动粒动粒第二个特征细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体丝分裂纺锤体开始装配。间期动物细胞含一个MTOC，即中心体，在S期末，两个中心粒在各自垂直的方向复制出一个中心粒，形成两个中心体。当前期开始时， 2个中心体移向细胞两极，并同时组织微管生长，由两极形成的微管通过微管结合蛋白在正极末端相连，最后形成有丝分裂纺锤体
10、。Golgi体、ER等细胞器解体，形成小的膜泡2、前中期(prometaphase)核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白 中特异的Ser残基磷酸化导致核纤层解体核纤层解体纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体 每个已 复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保 证与两极的微 管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后形成三种类型的微管三种类型的微管不断运动的染色体开始移向赤道板。细胞周期也由前中期逐渐向中期运转。3、中期(metaphase)所有染色体排列到赤道板(Metaphase Plate)上，标志着细胞分裂已进入中期着丝粒微管动态平衡形成的张力确保染色体正确排列在赤道板上MT behavi
11、or during formation MT behavior during formation of the metaphase plate. of the metaphase plate. Initially,MT from opposite Initially,MT from opposite poles are different in lengthpoles are different in length. .Experimental demonstration Experimental demonstration of the importance of of the import
12、ance of mechamecha- - nicalnical tension in metaphase tension in metaphase checkpoint control.checkpoint control.4、后期(anaphase)排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离 产生向极运动后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段 ，即后期A和后期B后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两 极运动后期B，极间微管长度增加，两极之间的距离 逐渐拉长，介导染色体向极运动5、末期(telophase)染色单体到达两极，即进入了末期（ telophase）, 到达两极的染色
13、单体开始去浓缩核膜开始重新组装 Golgi体和ER重新形成并生长核仁也开始重新组装，RNA合成功能逐渐恢复, 有丝分裂结束 。6、胞质分裂(Cytokinesis)1）动物细胞胞质分裂胞质分裂(cytokinesis)开始于细胞分裂后期，在 赤道板周 围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟分裂沟(furrow)(furrow)。分裂 沟的位置与纺锤体极性微管和 钙离子浓度升高的变化有关胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体 处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为 收缩环收缩环（contractile ring)。收缩环收缩、收缩环 处细胞膜融合并形成两个子细胞2）植物细胞胞质分裂
14、与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和细胞壁而将细胞分开。（二）与有丝分裂直接相关的亚细胞结构1、中心体v有一对位于中央的中心粒和周围的无定型物质 构成。v两个中心粒相互成直角。v每个中心粒为一个桶状结构，圆桶壁由9组三 联微管构成v三联微管构成的主要成分为：、微管蛋白。2、动粒与着丝粒动粒是由着丝粒结合蛋白在有丝分裂期间特别装配起 来的、附着于主缢痕外侧的圆盘状结构，内侧与着丝 粒结合，外侧与动粒微管结合。每一个中期染色体含 有两个动粒,位于着丝粒的两侧。 哺乳动物的动粒有三个不同的区域: 即内层、中间层 和外层, 直径约为200nm。中间层(middle
15、 layer)染色 浅, 它将内层和外层隔开，中间层有一些纤维，它起 着联系内外两层结构的桥梁作用; 内层(inner layer) 是染色质的特化层, 它附着在着丝粒的异染色质上; 外层(outer layer)含有与微管正端结合的蛋白质。动粒蛋白：动粒蛋白：CENP-A 、CENP-C： :位于动粒内层CENP-B:内层的着丝粒上CENP- E：是一种驱动蛋白位于动粒外层表面的冠上 ，在前中期与微管结合以后逐渐转移到动粒上，到分 裂后期，离开动粒转移到纺锤体的中间区。CENP-F是一种骨架蛋白，在分离前期，转移到动粒上 ，到分离后期转移到纺锤体的中间区，到末期再度转 移到中体上。着丝粒ce
16、ntromere:是在主溢痕处两条染色单体连接的中心部位，即主溢痕的内部结构。着丝粒的位置时鉴定染色体类型的一个重要标记。3、纺锤体与染色体的分离直接相关，主要由微管和微管蛋白 组成，两端为星体。动粒微管连接动粒和中心体，极 性微管的一端游离，从两级发出的极性微管常在赤道 处搭桥。中心体装配涉及中心体周围微管的装配和中心体分 离，中心体分离需要驱动蛋白相关蛋白(kinesin related proteins KRPs)和细胞质动力蛋白(dynein) 的作用。前者负责微管向正极移动，后者负责微管向 负极移动。负向运动的蛋白先负责搭桥，将被结合的 微管牵拉在一起，正向运动蛋白将纺锤体拉长。1）纺锤体微管类型2 2）纺锤体微管运动机理纺锤体微管运动机理微管去聚合作用假说该假说的特点是动粒微管不断解聚缩短,造 成将染色体拉向两极。该模型的可能机理是微管的正端插入动粒的 外层,微管蛋白分子与动粒蛋白分子有亲和性,微 管蛋白在此端去
