第九章细胞增殖与调控v教学教案

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1、第九章 细胞增殖及其调控学习目标n1掌握细胞有丝分裂和减数分裂的过程。n2了解细胞周期的同步化方法和成熟促进因子等相关知识以及细胞周期调控中的主要控制点。n3理解细胞周期的关键性事件及细胞周期有序运转的调控机制。细胞增殖(cell proliferation)细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一,是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。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

2、胞增殖。第一节 细胞周期与细胞分裂一、细胞周期 1细胞周期概述 2细胞周期同步化 3细胞周期时相的主要事件二、有丝分裂 1前期 2前中期 3中期 4后期 5末期 6胞质分裂三、减数分裂 1减数分裂I 2减数分裂期 细胞周期时间不同细胞的细胞周期时间差异很大。食管上皮细胞的Gl期长达103h，而十二指肠上皮细胞的Gl期仅为6h。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缺乏G1、G2期根据增殖状况，细胞分类三类n周期中细胞，也称持续分裂细胞。具有持续分裂能力的细胞，如造血细胞，上皮基底层细胞，植物分生组织细胞等。n终端分化细胞。永久性失去了分裂能力不可逆地脱

3、离了细胞周期，但保持了生理活性机能。高度特化，如哺乳动物的红细胞、神经细胞、多形性白细胞、肌细胞等。nG0期细胞，也称静止期细胞。暂时脱离细胞周期。一旦得到信号指使，会快速返回细胞周期重新进行细胞分裂。如肝细胞。G0期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划分。2细胞周期同步化n人们为了研究细胞周期不同阶段的生化特性，常需要整个细胞群体均处于细胞周期的同一个时期，获得细胞周期一致性的细胞，即细胞周期的同步化。n自然同步化：某些受精卵早期卵裂n人工诱导同步化：是指通过药物诱导，使细胞同步化发生在细胞周期中某个特定时期。n人工选择同步化：指人为地将处于不同时期的细胞，根据形态、体积和重量上的显著差别将其

4、分离开来，从而获得不同时期的细胞群体。优点：克服诱导同步化过程中因使用毒性物质产生对细胞的毒性影响。药物诱导同步化nDNA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n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。如秋水仙素3细胞周期时相的主要事件（1）G1期 从上次有丝分裂完成后到DNA复制前的一段时期。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

5、、脂类等，同时染色质去凝集。（2）S期 即DNA合成期。除了DNA合成外，同时还会合成组蛋白以及DNA复制所需的酶。（3）G2期 DNA复制完成，在G2期合成一定数量的蛋白质和RNA分子，为进入M期做必要的准备。（4）M期 即细胞分裂期。包括核分裂和胞质分裂，并形成两个子细胞的过程。这一时期的主要特点是细胞经过分裂，将遗传物质载体平均分配到两个子细胞中。 检验点：Gl期检验点(靠近Gl末期)、G2期检验点(在G2期结束点)、中期检验点(在分裂中期末)。真核细胞分裂方式n分裂方式有三种：有丝分裂、无丝分裂、减数分裂。n无丝分裂最简单，指处于间期的细胞核经过核延长、核缢裂、质缢裂即形成两个子细胞，

6、分裂过程中不出现纺锤丝和染色体。n有丝分裂和减数分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式，前者用于体细胞的增殖，后者是生殖细胞分裂，是一种特殊形式的有丝分裂。分裂过程中出现纺锤丝和染色体二、有丝分裂n有丝分裂指通过纺锤丝的形成和运动，把在S期复制的DNA平均分配到两个子细胞中，以保证遗传的连续性和稳定性。出现纺锤丝，故称为有丝分裂。n根据细胞形态结构的变化，划分为前期、前中期、中期、后期、末期、胞质分裂等6个时期。胞质分裂相对独立，开始于后期的一定阶段。n意义：将亲代细胞的染色体经过复制以后，精确地平均分配到两个子细胞中去。（一）核分裂（一）核分裂J 核内染色质逐渐凝缩姊妹染色体J 形成有丝分裂器

7、J 核膜破裂(核层蛋白磷酸化 )J 核仁逐渐缩小而消失 J 纺锤体伸展到细胞中心区J 姊妹染色单体连到纺锤体微管上J 染色体向着赤道面汇集 J 所有染色体都排列在赤道面上 J 姊妹染色单体向两极移动J 细胞两极的远离 J 染色体移动到两极(平均分配到两极) J 核膜重建(核纤层蛋白的去磷酸化)J 染色体逐渐去凝缩/弥散成染色质J 重新形成核仁J 有丝分裂器逐渐消失 前期前中期中期后期末期核分裂（二）胞质分裂n胞质分裂开始于有丝分裂后期，直到两个新细胞核形成后才结束。最后，一个细胞分裂成两个子细胞。核核 分分 裂裂中 期动植物细胞有丝分裂的差异n1动物细胞有中心体，有一对相互垂直的中心粒构成。植

8、物细胞没有。n2胞质分裂方式不同。动物细胞形成胞质分裂环，通过分裂环收缩实现自细胞分离；植物细胞则通过形成赤道板。植物细胞分裂三、减数分裂n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。n特点： 遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次， 导致染色体数目减半 S期持续时间较长 同源染色体在减数分裂期I(MeiosisI)配对联会、基因重组 减数分裂同源染色体配对排列在中期板上,第 一次分列时,同源染色体分开1减数分裂期In减数分裂期I与体细胞有丝分裂期相似。分为前期I、中期I、后期I、末期I和胞质分裂I等阶段。n特点：同源染色体发生配对、交换和重组

9、前期I细线期偶线期粗线期双线期终变期(zygonema)(leptonema)(pachynema)(diplonema)(diakinesis)（1 1）前期）前期染色质开始凝缩，成细丝状(二分体)染色体线上出现许多颗粒状染色粒核的体积增大，核仁也变大染色体在核中呈花束状 (同源染色体发生联会（四分体）(染色体进一步压缩，并连在核膜的固定板上(形成联会复合体 染色体继续缩短变粗，同源染色体配对完成同源染色体间的非姊妹染色单体间发生交叉交换装配成了重组小结同源染色体只靠一些交叉部位连在一起姊妹染色体清晰可见 部分去凝集，RNA转录活跃持续时间最长染色体更加变粗、变短交叉通过端化而数量减少，各二

10、价体彼此分开核仁、核膜消失在染色体区纺锤体微管清晰可见 1减数分裂期In(2)中期I 主要进行纺锤体装配。每个四分体含有4个动粒，同源染色体的两个动粒位于同侧，只与从同一极发出的纺锤体微管相联结。 n（3）后期I 同源染色体在两极纺锤体的作用下相互分离并逐渐向两极移动，移向两极的同源染色体均是含有两条染色单体的二倍体。n（4）末期I、胞质分裂I和减数分裂间期 染色体到达两极后逐渐进行去凝集。在染色体的周围，核被膜重建，胞质分裂后形成两个子细胞。减数分裂间期不再进行DNA复制，也没有G1期、S期和G2期之分。间期持续时间一般较短。减数分裂期I完成同源染色体分离，实现了染色体数目减半2减数分裂期n

11、减数第一次分裂结束后，紧接着开始减数第二次分裂。 过程同有丝分裂一样n减数第二次分裂实现姊妹染色单体的分离n生殖细胞经减数分裂形成4个子细胞。雄性动物产生4个有功能的精子；雌性之产生1个有功能的卵子和3个极体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、生物进化和生物多样性的重要基础保证。减数分裂与有丝分裂的主要区别(1)有丝分裂是体细胞的分裂方式，而减数分裂仅限于生殖细胞。(2)有丝分裂是DNA复制1次细胞分裂1次，染色体数由2n2n；减数分裂是DNA复制1次，细胞分裂2次，染色体数由2n1n。(3

12、)有丝分裂前，在S期进行DNA合成，然后经过G2期进入有丝分裂期；减数分裂前DNA的合成时间长(减数分裂前DNA合成)，合成后立即进入减数分裂，G2期很短或没有。(4)有丝分裂时每1条染色体独立活动，遗传物质不变；减数分裂中染色体要发生联会、交叉和交换等，产生了遗传物质的多样性。(5)有丝分裂进行的时间短, 一般为12小时。减数分裂进行的时间长, 可达数月甚至数年。第二节 细胞增殖的调控n细胞的增殖是通过细胞周期来实现，细胞周期是在严格调控的前提下有条不紊地进行运转的！n细胞周期蛋白和周期蛋白依赖的蛋白激酶（CDK）起到了重要作用。一、周期蛋白(cyclin)n细胞周期蛋白：其含量随细胞周期进

13、程的变化而呈现出周期性变化。一般在细胞分裂的间期内积累，在分裂期内递减，尤其在后期急剧下降，在下一个细胞周期中又重复这一消长现象。简称周期蛋白。n周期蛋白有多种，在不同时期内表达、积累发挥作用。G1期周期蛋白：周期蛋白C、D、E、F等；M期周期蛋白：周期蛋白B二、CDK激酶与CDK激酶抑制物n分裂期促进因子(M-phase promoting factor, MPF)：M期卵细胞的提取物，可使卵母细胞进入M期。nMPF有两个亚基 催化亚基，细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）；调节亚基，周期蛋白nCDK不能单独起作用，它需要与细胞周期蛋白结合才有功能。不同的CDK所要求结合的周期蛋白不同，在细胞周

14、期中执行的调节功能也不相同。n目前发现并命名的CDK包括CDKl、CDK2、CDK3、CDK4、CDK5、CDK6、CDK7和CDK8等细胞周期运转调控n不同种类的周期蛋白与不同种类的CDK结合，构成不同的周期蛋白CDK复合体对细胞周期的不同时期进行调节。 1GlS期转化与Gl期周期蛋白依赖性激酶 周期蛋白DCDK4、CDK6 周期蛋白ECDK2 主要事件：DNA复制起点的识别并开启 中心体的复制2G2M期转化与CDKl激酶 nMPF=CDk1+周期蛋白Bn周期蛋白B在Gl期的晚期开始合成，通过S期，其含量不断增加，到达G2期其含量达到最大值。nCDKl激酶可以使许多蛋白质磷酸化：组蛋白H1（

15、染色体凝集）、核仁蛋白（核仁解体）、核纤层蛋白（核膜解体）。3M期周期蛋白与分裂中期向分裂后期转化nM期周期蛋白A、B迅速降解，CDK1失活，被其磷酸化的蛋白质去磷酸化，促使细胞从M期中期向后期转化。n后期促进因子复合物(anaphase-promoting complex，APC) 起着调节M期周期蛋白降解的作用，周期蛋白A和周期蛋白B的降解是通过泛素化途径来实现的。 细胞周期其它调控因素n癌基因和抑癌基因，前者促进细胞增殖，后者抑制。 n外界因素：如离子辐射、化学物质作用、病毒感染、温度变化、pH变化等，这些因素会使DNA受到损伤、抑制CDK激酶活性、干扰酶类和其他调节因素，甚至诱导细胞转化和癌变，从而使整个细胞周期进程发生改变。 思考题1肝细胞具有高度的特化性，但是当肝被破坏或者手术切除其中的一部分，组织仍会生长吗?为什么?2为什么说近亲结婚有可能是一种悲剧性的婚姻?3英国克隆绵羊的科学家为什么要将培养的绵羊乳腺细胞周期调整到G0期而不调整到M期?4比较有丝分裂与减数分裂的异同点，简述减数分裂的生物学意义。5细胞周期同步化有哪些方法?比较其优缺点。6举例说明CDK激酶在细胞周期中是如何执行调节功能的。