第二章 细胞基本知识概要

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1、Chapter 11Chapter 11cell proliferation and and cell cycle controlcell cycle control细胞增殖(cell proliferation)的意义第一节、细胞周期与细胞分裂第二节、细胞周期调控细胞增殖的意义细胞增殖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

2、 要依赖细胞增殖。第一节 细胞周期与细胞分裂一、细胞周期(cell cycle)概述二、有丝分裂(mitosis)三、胞质分裂(Cytokinesis)四、减数分裂(Meiosis) 第二节 细胞周期的调控 (Cell-Cycle Control)一、细胞周期调控系统的主要作用 二、细胞周期检验点(Cell Cycle Checkpoint) 三、MPF 四、Cyclin-Cdk复合物的多样性及细胞周期运转 五、细胞周期运转的阻遏(细胞周期运转的负调 控)一、细胞周期(cell cycle)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二、有丝分裂(

3、mitosis)一、有丝分裂过程前期(prophase) 前中期(prometaphase)中期(metaphase) 后期(anaphase) 末期(telophase) 胞质分裂期(cytokinesis)二、与有丝分裂直接相关的亚细胞器结构中心体 动粒与着丝粒 纺缍体三、有丝分裂过程中染色体运动的动力机制中心体是高等动物细胞内 与微管装配和细胞分裂密 切相关的细胞器。中心体一般由一对位于中 央的中心粒和其周围的无 定型物质构成。中心体在细胞周期过程中 也要进行复制，并经历一 系列的发育过程，称为中 心体周期。动粒称为着丝点，是附于着丝粒上的一种细胞器。着丝粒是 指染色体主缢痕部位的染色质

4、。目前已分离了几种动粒蛋白成分。CENP-E是一种驱动蛋白 ，定位于动粒外层表面的冠上。CENP-E被认为在促使与染 色体与来自两极的微管相联结过程中起重要作用。纺缍体是细胞分裂过程中的一种与染色体分离直接相关 的细胞器。高等细胞的纺缍体呈纺缍状，主要由微管和 微管结合蛋白组成。纺缍体的两端为星体。纺缍体的装配三、胞质分裂(Cytokinesis)动物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂四、减数分裂(Meiosis)减数分裂概念与过程减数分裂的意义减数分裂各时相及其主要事件脊椎动物配子发生过程细胞周期连续分裂的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

5、物分配给子细胞。整个细胞周 期又可分为G1期、S期、G2期和M期四个时期。细胞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期，S期，G2期M期: 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 的时间变化较小，细胞周期时间长短主要差别在G1期有些分裂增殖的细胞(早期胚胎细胞)缺乏G1、G2期根据增殖状况，细胞分类三类连续分裂细胞(cycli

6、ng cell)休眠细胞(G0细胞)有些细胞会暂时离开细胞周期,停止细胞分裂,但受到适当剌激时又可重新进入细胞周期的细胞称为G0期细胞。终末分化细胞体内的某些细胞由于分化程度很高，一经形成终生不再分裂。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。G1期早期合成的物质主要与细胞生长相关；后期合成的物质主要与细胞进入S期相关。不同的物种G1期的长短不同。G1期能否进入

7、S期取决于细胞能否通过限制点（restriction point R点）。如能通过R点则细胞就可以进入S期，如不能通过则细胞就会进入G0期或进一步分化。影响细胞从G1期进入S期的因素G2期DNA复制完成，在G2期合成一定数量的蛋白质和RNA分子，为细胞进入M期做准备。细胞在从G2期向M期过渡的时候也存在R点。只有少数种类的细胞不能通过R点从而停在G2期。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的复制是以复制单位来进行双向复制的； DNA复制与组蛋白合成同步，组成核

8、小体串珠 结构，新合成的组蛋白结合于滞后链上； 复制单位的打开有先后顺序，常染色质先于异染 色质复制，富含GC的区域先于富含AT的区域， 因此造成的DNA合成不同步。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MG2S1n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 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

9、步化在细胞周期中某 一特定时期。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

10、点是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，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，常用种类有芽殖酵母和裂殖酵母酵母细胞周期明显特点:酵母细胞周期

11、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。前期(prop

12、hase)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，形成小的膜泡这种染色体由两条染色单体(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(kinetochore)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

13、极末端相连，最后形成有丝分裂纺锤体。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。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是什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？ 着丝粒微管动态平衡形成的张力 后期(anaphase) 排列在赤道面上的染色体的姐

14、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 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(furrow)。分裂沟的位置与纺锤体

15、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（contractile ring)。收缩环收缩、收缩环处 细胞膜融合并形成两个子细胞。植物细胞胞质分裂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。减数分裂概念与过程概念：减数分裂是细胞仅进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂减数分裂过程减数分裂的意义确保世代间遗传的稳定性；增加变异机会，确保生物的多样性，增强生物适应环境变化的能力。减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物遗传

16、、生物进化和生物多样性的重要基础保证。减数分裂各时相及其主要事件间期中S期持续时间较长第一次减数分裂前期I分为细线期，偶线期，粗线期，双线期 ，终变期等五个阶段中期I同源染色体配对排列在中期板上后期I时,同源染色体分开未期I后细胞可分为两种类型第二次减数分裂细线期染色质凝集，但是两条染色单体的臂并 不分离；在细纤维样的染色体上，出现颗粒状的 染色粒染色体端粒通过接触斑与核膜相连偶线期偶线期同源染色体配对形成联会复合体 (Synaptonemal Complex, SC)同源染色体配对的过程称为联会；合成在S期未合成的0.3%的DNA（偶线期DNA， 即zDNA）粗线期发生等位基因之间部分DNA片段的交换和 重组合成一小部分DNA，称为P-DNA，这些DNA 编码一些与DNA点切和修复相关的酶类。合成减数分裂期专有的组蛋白，并将体