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1、Microtrabeculae (微柱） The The microtrabeculae are very tiny fibers which interconnect all of the cells organelles to help give the cell shape. Ribosomes are found at the intersections of the microtrabeculae. 1http:/library.thinkquest.org/27819/cgi-bin/quiz.cgi?quiz=3_7http:/ 11Cell Proliferation and
2、its Regulation3细胞增殖的意义细胞增殖的意义细细胞胞增增殖殖(cell (cell proliferation)proliferation)是是细细胞胞生生命命活活动动的的重重要要特特征征之一之一, ,是生物繁育的基础。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。单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。多多细细胞胞生生物物由由一一个个单单细细胞胞即即受受精精卵卵分分裂裂发发育育而而来来， 细细胞胞增增殖殖是多细胞生物繁殖基础。是多细胞生物繁殖基础。成成体体生生物物仍仍然然需需要要细细胞胞增增殖殖，主主要要取取代代衰衰老老死死亡亡的的细细胞胞， 维维持个体细胞数量
3、的相对平衡和机体的正常功能。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。胞增殖。4OUTLINE11.1 CELL CYCLE11.2 REGULATION OF CELL CYCLE511.1 cell cycles一、细胞周期一、细胞周期细细胞胞周周期期是是指指连连续续分分裂裂的的细细胞胞从从一一次次有有丝丝分分裂裂结结束束后后开开始始生生长长到到下下次次有有丝丝分分裂裂终终止止所所经经历历的的全全过过程程。在在这这一一过过程程中中, ,细细胞胞的的遗遗传传物物质质进进行复制并均等地
4、分配给两个子细胞。行复制并均等地分配给两个子细胞。62001年诺贝尔生理学与医学奖年诺贝尔生理学与医学奖:利兰利兰哈特韦尔哈特韦尔发现了控制细胞周期发现了控制细胞周期的基因，其中一种被称为的基因，其中一种被称为“START” 的的基因对控制各个细胞周期的最初阶段具基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。有决定性的作用。保罗保罗纳西纳西的贡献是发现了的贡献是发现了CDK。蒂莫西蒂莫西亨特亨特的贡献是发现了调节的贡献是发现了调节CDK的功能物质的功能物质CYCLIN.7Phases of the cell cycle 8v 细胞周期时相及类型细胞周期时相及类型Phases of the
5、cell cycle 间期间期(interphase) G1期期(Gap 1 phase),即即从从M期期结结束束到到S期期开开始始前前的的一一段间歇期段间歇期; S期期,即即DNA合成期合成期(DNA synthetic phase); G2期期(Gap 2 phase), 即即DNA合合成成后后(S期期)到到有有丝丝分分裂前的一个间歇期裂前的一个间歇期;M期期,即有丝分裂即有丝分裂期期(mitosis phase)。 不不一一定定每每种种细细胞胞都都有有四四个个时时期期，如如胚胚胎胎细细胞胞没没有有G1期。期。9细细胞胞周周期期和和细细胞胞类类群群( (根根据据增增殖殖状状况况分分类类)
6、)持续分裂细胞持续分裂细胞终端分化细胞终端分化细胞 永久性失去了分裂能力的细胞。永久性失去了分裂能力的细胞。G G0 0细胞细胞 又又称称休休眠眠细细胞胞。暂暂时时脱脱离离细细胞胞周周期期, ,不不进进行行增增殖殖, ,也也叫叫静静止止细细胞胞群群, ,如如某某些些免免疫疫淋淋巴巴细细胞胞, , 肝肝, ,肾细胞等。肾细胞等。10v 细胞周期各时细胞周期各时 相的合成活动相的合成活动G1期期 (Gap1 phase)S 期期 (synthesis phase)G2 期期(Gap 2 phase) M期期11G1G1期期与与DNADNA合成启动相关，开始合成细胞生长所合成启动相关，开始合成细胞生
7、长所 需要的多种蛋白质、需要的多种蛋白质、RNARNA、碳水化合物、脂碳水化合物、脂 等，同时染色质去凝集。等，同时染色质去凝集。12G2G2期期 DNA DNA复制完成，在复制完成，在G2G2期合成期合成一定数量的蛋白质和一定数量的蛋白质和RNARNA分子分子13M 期期 M期期即即细细胞胞分分裂裂期期，真真核核细细胞胞的的细细胞胞分分裂裂主主要要包包括括两两种种方方式式，即即有有丝丝分分裂裂(mitosis)(mitosis)和和减减数数分分裂裂(meiosis)(meiosis)。遗遗传传物物质质和和细细胞胞内内其其他他物物质质分分配配给给子子细胞。细胞。14S 期期 DNADNA复复制
8、制与与组组蛋蛋白白合合成成同同步步，组组成成核核小小体体串串珠珠结结构构 SS期期DNADNA合成不同步合成不同步15细胞周期长短测定细胞周期长短测定脉冲标记脉冲标记DNADNA复制和细胞分裂指数观复制和细胞分裂指数观察测定法察测定法流式细胞仪测定法流式细胞仪测定法(Flow (Flow CytometryCytometry) )缩时摄像技术，可以得到准确的细缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期的准胞周期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。确时间。16流式细胞术流式细胞术(flow cytometry, FCM)是以流是以流式细胞仪为检测手段的一项能快速、精确的式细胞仪为检
9、测手段的一项能快速、精确的对单个细胞理化特性进行多参数定量分析和对单个细胞理化特性进行多参数定量分析和分选的新技术。分选的新技术。 17 流式细胞术最大的特点是能在保持细胞及流式细胞术最大的特点是能在保持细胞及细胞器或微粒的结构及功能不被破坏的状态下，细胞器或微粒的结构及功能不被破坏的状态下，通过荧光探针的协助，从分子水平上获取多种通过荧光探针的协助，从分子水平上获取多种信号对细胞进行定量分析或纯化分选。信号对细胞进行定量分析或纯化分选。 细胞不被破坏，测量快速、大量、准确、灵敏、定量细胞不被破坏，测量快速、大量、准确、灵敏、定量流式细胞术的特点流式细胞术的特点1819 流式细胞仪流式细胞仪是
10、测量染色细胞标记物荧是测量染色细胞标记物荧光强度的细胞分析仪，是在单个细胞分光强度的细胞分析仪，是在单个细胞分析和分选基础上发展起来的对细胞的物析和分选基础上发展起来的对细胞的物理或化学性质（如大小、内部结构、理或化学性质（如大小、内部结构、DNADNA、RNARNA、蛋白质、抗原等）进行快速、蛋白质、抗原等）进行快速测量并可分类收集的高技术。测量并可分类收集的高技术。20细胞组成细胞组成细胞功能细胞功能大小大小细胞表面细胞表面/ /胞浆胞浆/ /核核-特异性抗原特异性抗原粒度粒度细胞活性细胞活性DNA, RNADNA, RNA含量含量胞内细胞因子胞内细胞因子蛋白质含量蛋白质含量激素结合位点激
11、素结合位点钙离子钙离子, PH, PH值值, , 膜电位膜电位 酶活性酶活性流式细胞仪常检测的细胞特性流式细胞仪常检测的细胞特性21采用激光作为激发光源，保证其具有更好的单色性与激发采用激光作为激发光源，保证其具有更好的单色性与激发效率；效率；利用荧光染料与单克隆抗体技术结合的标记技术，保证检利用荧光染料与单克隆抗体技术结合的标记技术，保证检测的灵敏度和特异性；测的灵敏度和特异性；用计算机系统对流动的单细胞悬液中单个细胞的多个参数用计算机系统对流动的单细胞悬液中单个细胞的多个参数信号进行数据处理分析，保证了检测速度与统计分析精确信号进行数据处理分析，保证了检测速度与统计分析精确性。性。 一、工
12、作原理一、工作原理 2223v 细胞周期的研究方法细胞周期的研究方法细胞同步细胞同步化化(synchronization) 选选择择同同步步法法(selection synchrony) )有丝分裂选择法有丝分裂选择法细胞沉降分离法细胞沉降分离法诱导同步法诱导同步法DNADNA合成阻断法合成阻断法中期阻断法中期阻断法条件突变条件突变(conditional mutants)24人工选择同步人工选择同步化化有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞。优点是细胞有丝分裂选择法：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。缺点是分离的未经任何药物处理，细胞同步化效率高。缺点是分离的
13、细胞数量少。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。优点是方法上存在差别进行分离。优点是方法 简单省时，效率高，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成本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用. .25药物诱导法药物诱导法DNADNA合合成成阻阻断断法法 G1/S-TdRG1/S-TdR双双阻阻断断法法：最最终终将将细细胞胞群群阻阻断断于于G1/SG1/S交交界界处处。优优点点是是同同步步化化效效率率高高，几几乎乎适适合合于于所所有有体体外外培培养养的的细细胞胞体体系系。缺缺点点是是诱诱导导过
14、过程程可可造造成成细细胞胞非非均衡生长均衡生长. .分分裂裂中中期期阻阻断断法法：通通过过抑抑制制微微管管聚聚合合来来抑抑制制细细胞胞分分裂裂器器的的形形成成，将将细细胞胞阻阻断断在在细细胞胞分分裂裂中中期期。优优点点是是操操作作简简便便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对较大效率高。缺点是这些药物的毒性相对较大. .26v 特异的细胞周期特异的细胞周期-Embryonic cell cycles 27爪爪蟾蟾早期胚胎细胞早期胚胎细胞的细胞周期的细胞周期细细胞胞分分裂裂快快, ,无无G1G1期期, , G2G2期期非非常常短短,S,S期期也也短短( (所所有有复复制子都激活制子都激活), ),
15、以至认为仅含有以至认为仅含有S S期和期和M M期期无需临时合成其它物质无需临时合成其它物质子细胞在子细胞在G1G1、G2G2期并不生长，越分裂体积越小期并不生长，越分裂体积越小 细细胞胞周周期期调调控控因因子子和和调调节节机机制制与与一一般般体体细细胞胞标标准准的的 细胞周期基本是一致的细胞周期基本是一致的28酵母细胞的细胞周期酵母细胞的细胞周期酵酵母母细细胞胞的的细细胞胞周周期期与与标标准准的的细细胞胞周周期期在在时时相和调控方面相似相和调控方面相似酵酵母母细细胞胞周周期期明明显显特特点点: :首首先先，酵酵母母细细胞胞周周期期持持续续时时间间较较短短；细细胞胞分分裂裂过过程程属属于于封封
16、闭闭式式，即即在在细细胞胞分分裂裂时时核核膜膜不不解解聚聚；纺纺锤锤体体位位于于细细胞核内；在一定环境下，也进行有性繁殖胞核内；在一定环境下，也进行有性繁殖2930植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期植植物物细细胞胞的的细细胞胞周周期期与与动动物物细细胞胞的的标标准准细细胞胞周周期期非非常常相相似似，含含有有G1G1期期、S S期期、G2G2期期和和M M期期四个时期。四个时期。植植物物细细胞胞不不含含中中心心体体，但但在在细细胞胞分分裂裂时时可可以以正常组装纺锤体。正常组装纺锤体。植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂31细菌的细胞周期细菌的细胞周期 慢
17、慢生生长长细细菌菌细细胞胞周周期期过过程程与与真真核核细细胞胞周周期期过过程程有有一一定定相相似似之之处处。其其DNADNA复复制制之之前前的的准准备备时时间间与与G1G1期期类类似似。分分裂裂之之前前的的准准备备时时间间与与G2G2期期类类似似。再再加加上上S S期期和和M M期期，细细菌菌的的细细胞胞周周期期也也基基本本具具备备四四个个时期时期 细细菌菌在在快快速速生生长长情情况况下下，如如何何协协调调快快速速分分裂裂和和最最 基本的基本的DNADNA复制速度之间的矛盾复制速度之间的矛盾32二、有丝分裂二、有丝分裂(mitosis)(mitosis)有有丝丝分分裂裂是是指指整整个个细细胞胞
18、分分裂裂, 包包括括核核分分裂裂和和胞质分裂两个过程。胞质分裂两个过程。核核分分裂裂主主要要是是通通过过纺纺锤锤丝丝的的形形成成和和运运动动，以以及及染染色色体体的的形形成成，把把在在S期期已已经经复复制制好好了了的的DNA平平均均分分配配到到两两个个子子细细胞胞，以以保保证证遗遗传传的的连连续续性性和和稳稳定定性性。由由于于这这一一时时期期的的主主要要特特征征出现纺锤丝，故称为有丝分裂。出现纺锤丝，故称为有丝分裂。33Stages of mitosis in an animal cell 34有丝分裂前期有丝分裂前期标标志志前前期期开开始始的的第第一一个个特特征征是是染染色色质质开开始始浓浓
19、缩缩 (condensation)(condensation)形形成成有有丝丝分分裂裂染染色色体体(mitotic (mitotic chromosomechromosome） ， -由由 两两 条条 染染 色色 单单 体体( (chromatidchromatid) )构成构成 第第二二个个特特征征：细细胞胞骨骨架架解解聚聚，有有丝丝分分裂裂纺纺锤锤体体(mitotic spindle)(mitotic spindle)开始装配开始装配GolgiGolgi体、体、ERER等等细胞器解体细胞器解体，形成小的膜泡，形成小的膜泡35有丝分裂染色体有丝分裂染色体：36间期动物细胞含一个间期动物细胞含
20、一个MTOCMTOC，即，即中心体中心体，在，在S S期末，两个中心粒在期末，两个中心粒在各自垂直的方向复制出一个中心粒，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，形成两个中心体。当前期开始时，2 2个中心体移向细胞两极，并同时个中心体移向细胞两极，并同时组织微管生长，由两极形成的微管组织微管生长，由两极形成的微管通过微管结合蛋白在正通过微管结合蛋白在正 极末端相连，最后形成极末端相连，最后形成有丝分裂有丝分裂纺纺锤体锤体。37早中期早中期( (prometaphaseprometaphase) )核纤层解体核纤层解体38早中期早中期( (prometaphaseprome
21、taphase) )核核膜膜破破裂裂成成小小的的膜膜泡泡，这这一一过过程程是是由由核核纤纤层层蛋蛋白白中特异的中特异的SerSer残基磷酸化导致残基磷酸化导致核纤层解体核纤层解体纺纺锤锤体体微微管管与与染染色色体体的的动动粒粒结结合合，捕捕捉捉住住染染色色体体，每每个个已已复复制制的的染染色色体体有有两两个个动动粒粒，朝朝相相反反方方向向，保保证证与与两两极极的的微微管管结结合合；纺纺锤锤体体微微管管捕捕捉捉住住染染色色体体后后，形形成成三三种种类类型型的的微微管管，一一部部分分纺纺锤锤体体微微管管的的自自由由端端最最终终结结合合到到着丝点上着丝点上, ,形成动粒微管。形成动粒微管。 前前中中
22、期期的的特特征征是是染染色色体体剧剧烈烈地地活活动动, ,个个别别染染色色体体剧剧烈地旋转、振荡、徘徊于两极之间。烈地旋转、振荡、徘徊于两极之间。39三种类型的微管三种类型的微管40中期中期(metaphase)(metaphase)主主要要特特点点是是姐姐妹妹染染色色单单体体位位于于赤赤道道板板上上, ,着着丝丝粒粒分分别别被被两两端端的的中中心心体体发发出出的的纤纤维维连连接接。（所所有有染染色色体体排排列列到到赤赤道道板板( (Metaphase Plate) )上）上）染染色色体体进进一一步步凝凝缩缩, ,并并移移到到赤赤道道附附近近, ,排排列列在在赤赤道道板板；姐姐妹妹染染色色单单
23、体体的的着着丝丝粒粒分分别别与与一一条条或或多多条条来来自自对对面面的的纤纤维维结结合合, , 成成为为被争夺的对象被争夺的对象是什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？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着丝粒微管动态平衡形成的张力形成的张力 4142后期后期(anaphase)43后期后期(anaphase)排排列列在在赤赤道道面面上上的的染染色色体体的的姐姐妹妹染染色色单单体体分分离离产产生生向向极运动极运动 主要特点是主要特点是: :着丝粒分开着丝粒分开, ,染色单体移向两极。染色单体移向两极。 后后期期(anaphase)大大致致可可以以划划分分为为连连续续的的
24、两两个个阶阶段段，即即后期后期A和后期和后期B 后后期期A，动动粒粒微微管管去去装装配配变变短短，染染色色体体产产生生两两极极运运动动 后后期期B，极极间间微微管管长长度度增增加加，两两极极之之间间的的距距离离逐逐渐渐拉拉 长，介导染色体向极运动长，介导染色体向极运动4445末期末期( (telophasetelophase) )46末期末期( (telophasetelophase) )染染色色单单体体到到达达两两极极，即即进进入入了了末末期期（telophasetelophase）, ,到到达达两极的染色单体开始去浓缩两极的染色单体开始去浓缩核膜开始重新组装核膜开始重新组装 GolgiGo
25、lgi体和体和ERER重新形成并生长重新形成并生长核核仁仁也也开开始始重重新新组组装装，RNARNA合合成成功功能能逐逐渐渐恢恢复复, ,有有丝丝分分裂裂结束结束 主要特点是主要特点是: :染色体解螺旋形成细丝染色体解螺旋形成细丝, ,出现核仁和核膜。出现核仁和核膜。 47动物细胞胞质分裂动物细胞胞质分裂胞胞质质分分裂裂( (cytokinesiscytokinesis) )开开始始于于细细胞胞分分裂裂后后期期，在在赤赤道道板板周周围围细细胞胞表表面面下下陷陷，形形成成环环形形缢缢缩缩，称称为为分分裂裂沟沟(furrow)(furrow)。分分裂裂沟沟的的位位置置与与纺纺锤锤体体和和钙钙离离子
26、子浓浓度度的的变变化化有关有关胞胞质质分分裂裂开开始始时时，大大量量肌肌动动蛋蛋白白和和肌肌球球蛋蛋白白在在中中体体 处处组组装装成成微微丝丝并并相相互互组组成成微微丝丝束束，环环绕绕细细胞胞，称称为为收收缩缩环环（contractile contractile ring)ring)。收收缩缩环环收收缩缩、收收缩缩环环处处细细胞胞膜膜融融合合并形成两个子细胞并形成两个子细胞48分裂沟分裂沟收缩环收缩环49植物细胞胞质分裂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胞质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和胞 壁而
27、将细胞分开壁而将细胞分开50三、三、有丝分裂的机理有丝分裂的机理 动粒和着丝粒动粒和着丝粒纺锤体微管类型及形成纺锤体微管类型及形成纺锤体又称为有丝分裂器纺锤体又称为有丝分裂器 (mitotic apparatus)Kinetochore microtubules Polar microtubules Astral microtubules中心粒中心粒中心粒确定分裂极中心粒确定分裂极形成纺锤体形成纺锤体51动粒与着丝粒动粒：附着于着丝粒上的一种细胞器。着丝粒：染色体主缢痕部位的染色质。5253纺锤体微管的类型纺锤体微管的类型54中心粒的复制周期中心粒的复制周期55染色体分离的两个阶段：后期染色体
28、分离的两个阶段：后期A A与后期与后期B B染色体分离的力染色体分离的力拉力：由动粒微管去装配产生拉力：由动粒微管去装配产生推力：由极微管的聚合所产生推力：由极微管的聚合所产生后期可分为两个阶段后期可分为两个阶段后期后期A A 后期后期B B力力产生的机制：产生的机制：后期后期A A，微管去聚合假说微管去聚合假说后期后期B B，纺锤体微管滑动假说纺锤体微管滑动假说56Anaphase A and Anaphase B57 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微管去聚合作用假说该该假假说说的的特特点点是是动动粒粒微微管管不不断断解解聚聚缩缩短短, ,造成将染色体拉向两极。造成将
29、染色体拉向两极。该该模模型型的的可可能能机机理理是是微微管管的的正正端端插插入入动动粒粒的的外外层层, ,微微管管蛋蛋白白分分子子与与动动粒粒蛋蛋白白分分子子有有亲亲和和性性, ,微微管管蛋蛋白白在在此此端端去去组组装装。在在动动粒粒中中,ATP,ATP分分子子水水解解可可以以提提供供能能量量, ,驱驱动动微微管管上上的的马马达达分分子子向向极极部部移移动动, ,拉拉动动染染色色体体向极移动。向极移动。58后期后期A:A:微管去聚合假说微管去聚合假说59纺锤体微管滑动假说纺锤体微管滑动假说 这这种种假假说说认认为为 极极-极极分分离离是是由由极极微微管管的的两两种不同类型的变化引起的。种不同类型的变化引起的。首首先先,极极微微管管在在+端端添添加加微微管管二二聚聚体体进进行行聚聚合合延延长长，使使两两极极的的极极微微管管产产生生重重叠叠的的带带(overlap zone)。第第二二，极极微微管管产产生生滑滑动动，产产生生将将两两极极分分开开的力。的力。微微管管间间的的横横桥桥能能够够提提供供机机械械-化化学学的的活活动动。横横桥桥上上有有较较高高的的ATP酶酶活活性性,推推测测是是一一种种分分子马达。子马达。60纺纺锤锤体体微微管管滑滑动动假假说说61Re-formation of the Interphase Nucleus62
