细胞生物学：13Ch13-细胞周期与分裂

1、Cycling Cell: 持续分裂、细胞周期持续运转的细胞持续分裂、细胞周期持续运转的细胞 周期中细胞周期中细胞(stem cell) Quiescent Cell: 离开细胞周期、暂时停止分裂的细胞离开细胞周期、暂时停止分裂的细胞 静止期细胞静止期细胞 (fibroblast, hepatocyte, lymphocyte) Terminally Differentiated Cell: 高度分化、功能专一、不再分裂的细胞高度分化、功能专一、不再分裂的细胞 终末分化细胞终末分化细胞 (muscle, neuron, red blood cell) Transdifferentiation

2、ipSC (induced pluripotent stem cell) 按细胞增殖状态划分的细胞类型按细胞增殖状态划分的细胞类型 细胞周期与细胞分裂细胞周期与细胞分裂 第第13章章 第一节第一节 细胞周期细胞周期 第二节第二节 细胞分裂细胞分裂 遗传物质精确的复制遗传物质精确的复制 （间期）（间期） 遗传物质的精确分配遗传物质的精确分配 （分裂期）（分裂期） 细胞周期：一次细胞分裂结束到下一次分裂完成之间的有序过程细胞周期：一次细胞分裂结束到下一次分裂完成之间的有序过程 第一节第一节 细胞周期细胞周期 细胞生长、细胞生长、 遗传物质的复制遗传物质的复制 子细胞子细胞 细胞分裂细胞分裂 染色体

3、分离染色体分离 细胞周期的精确调控细胞周期的精确调控 细胞细胞 周期周期 一、细胞周期概述一、细胞周期概述 细胞生长细胞生长 细胞分裂细胞分裂 (分裂间期分裂间期) (分裂期分裂期) 相对恒定相对恒定 Go 差异巨大差异巨大 细胞周期细胞周期 细胞周期的细胞周期的4 4个时相个时相 M期期G1 S G2 核分裂核分裂 胞质分裂胞质分裂 G1期检验点期检验点 (checkpoint) 营养供给、生长信号 cdc (cell division cycle gene) DNA复制是否完成？ 细胞生长是否足够？ 环境是否适合？ 二、细胞周期主要检验点二、细胞周期主要检验点 （详见第（详见第14章）章）

4、 (cyclin-dependent kinase) 三、细胞周期同步化三、细胞周期同步化 机械法获得同步化细胞 DNA合成阻断法 G1 SG2 M colchicine 分裂中期阻断法 四、特殊的细胞周期四、特殊的细胞周期 （一）早期胚胎细胞（一）早期胚胎细胞 周期时间短：周期时间短：G1和和G2期非常短，上次分裂后，立即进入期非常短，上次分裂后，立即进入S和和M期期 （二）酵母细胞（二）酵母细胞 周期时间短：周期时间短：90 min; 核膜不解聚、属封闭式，纺锤体位于核内核膜不解聚、属封闭式，纺锤体位于核内 单倍体芽殖酵母的无性分裂单倍体裂殖酵母的无性分裂 （一）植物细胞（一）植物细胞 没

5、有中心体；胞质分裂由成膜体介导形成细胞板（中间板）没有中心体；胞质分裂由成膜体介导形成细胞板（中间板） （二）细菌细胞（二）细菌细胞 快生长的细菌细胞里，新旧快生长的细菌细胞里，新旧DNA分子同时被复制分子同时被复制 第二节第二节 细胞分裂细胞分裂 分裂间期分裂间期 M期期G1 S G2 核分裂核分裂 = 有丝分裂有丝分裂 胞质分裂胞质分裂 分裂期分裂期 一、有丝分裂一、有丝分裂 前期、前中期、中期、后期、末期前期、前中期、中期、后期、末期 染色质凝缩：染色质浓缩、螺旋化、折叠成早期染色体，两条染色单体在主缢痕的着 丝粒处相联，形成着丝粒-动粒复合体； 1。前期。前期 (prophase) 着

6、丝粒-动粒复合体动粒 l 动粒（着丝点）：内板、中间间隙、外板（动粒、着丝点），含CENP-A, B, C, E, F和INCENP、HEC1等。 l 中央结构域： 串联重复的卫星DNA，与动力蛋白CENP结合。 l 配对结构域： 姐妹染色单体相互作用的位点，含内部着丝粒蛋白INCENP和染色单体连接蛋白CLIPS。 (Smc: structural maintenance of chromosome, ATPase) Smc 维持染色体高级结构维持染色体高级结构 (ABC: ATP-binding cassette) (condensin) 凝缩蛋白(Smc2/4)粘连蛋白(Smc1/3)

7、(cohesin) 中心体周期中心体周期 （中心粒（中心粒基质）基质）+= = 中心体中心体 = MTOC= MTOC 星体 细胞分裂极的确立和纺锤体的装备：微管在中心体周围组成星体，两个星体向细 胞的两极运动，确立分裂极和开始装备纺锤体。 l 微管蛋白 l 中心体蛋白 l 中心粒周蛋白 核膜裂解：核纤层解聚成核纤层蛋白，核膜破裂，核质与细胞质混合； 2。前中期。前中期 (prometaphase) 核膜与核纤层的动态变化核膜与核纤层的动态变化核纤层蛋白磷酸化导致核膜裂解核纤层蛋白磷酸化导致核膜裂解 纺锤体的结构 纺锤体形成：星体微管伸入核内，一些微管与动粒结合形成动粒微管，另一些则形成 极微

8、管；星体微管、动粒微管、极微管及其结合蛋白构成纺锤体； 马达蛋白马达蛋白 负相马达蛋白负相马达蛋白 KRPs (kinesin-related protein) 正相马达蛋白，细胞质动力蛋白，正相马达蛋白，细胞质动力蛋白，dynein 中心体列队与分裂极的确立 纺锤体的组装 Mad和Bub蛋白与染色体整列 染色体整列：染色体进一步浓缩形成X形染色体结构，染色体向赤道运动； 染色体整列完成，所有染色体排列在赤道面上，两个动粒分别面上纺锤体两极； 两极的极微管在赤道区域相互搭桥。 3。中期。中期 (metaphase) 染色体整列的原理 后期A：动粒微管缩短，两条染色单体分离，分别向两极移动； 4

9、。后期。后期 (anaphase) 后期 A 马达蛋白沿微管向极部运动使染色体分开 后期B：极性微管长度增加，两极距离拉长； 分离酶降解粘连蛋白允许姐妹染色单体分开。 微管与动粒连接微管与动粒连接 CENP-E位置和结构发生变化位置和结构发生变化 Bub1活性改变活性改变 Mad2活性活性 改变改变 解除对解除对APC的抑制的抑制 APC活化活化 securin降解降解 分离酶活化分离酶活化 cyclin B降解降解 CDK1失活失活 分离酶活化分离酶活化 染色单体到达两极，开始去浓缩； 动粒微管消失，极性微管继续加长； 核膜开始重新组装，形成两个子代细胞核； 核仁形成，RNA合成功能恢复。

10、5。末期。末期 (telophase) 开始于后期； 两极的星体微管在赤道板附近相互重合，刺激 细胞皮层，细胞表面缢缩，形成分裂沟分裂沟； 在分裂沟下方肌动蛋白、肌球蛋白、微管、小 膜泡等聚集，形成中间体中间体； 大量肌动蛋白和肌球蛋白在中间体处组装成微 丝和微丝环，成收缩环收缩环； 收缩环收缩，分裂沟加深，收缩环处细胞质膜 融合，形成两个子细胞。 6。胞质分裂。胞质分裂 (cytokinesis) 胞质分裂胞质分裂 分裂沟的形成分裂沟的形成 间期间期 M期期 有丝分裂有丝分裂 胞质分裂胞质分裂 DNA复制复制 G1 G2 S 细胞周期总结细胞周期总结 减数分裂减数分裂 I： 前期前期 I、前

11、中期、前中期 I、中期、中期 I、后期、后期 I、末期、末期 I、胞质分裂、胞质分裂 I 二、减数分裂二、减数分裂 减数分裂减数分裂 I 减数分裂减数分裂 II 前期前期 I：持续时间长，数周至数十年 （细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期） l 细线期（凝集期、花束期）：染色质凝集、折叠、螺旋化，未被复制的DNA片段将两条姐 妹染色单体紧密联系在一起；染色体端粒与核膜相连，染色 体臂向核内延伸呈花束状，两条染色单体不分离； l 偶线期（配对期）：同源染色体配对（联会），形成联会复合体，称二价体或四分体； 合成和转录未复制的zygDNA (0.3%)； 横向纤维横向纤维 l 粗线期：染色体进

12、一步浓缩、变粗短，联会复合体中出现与染色体重组有关的重组节， 姐妹染色单体DNA片段交换和重组；合成尚未复制的P-DNA；合成减数分裂专 有组蛋白；发生rDNA扩增； l 双线期：同源染色体分离，保留少数交叉(crossover)； 转录活跃，可见灯刷染色体；形 成卵细胞储备丰富的蛋白质和mRNA。 l 终变期：交叉向染色体端部移动。 中期中期 I： 核膜破裂，组装纺锤体，动粒微管与一条染色体的两个端粒相连，染色体排列在赤道上。 后期后期 I： 同源染色体分离，分别向两极移动，每条染色体仍含两条染色单体。每个子细胞得到不同的父 源与母源染色体的组合。 末期末期 I、胞质分裂、胞质分裂 I、减数

13、分裂间期：、减数分裂间期： 染色体到达两极，胞质分裂，形成两个子细胞，或直接进入减数分裂 II. 减数分裂减数分裂 II： 与有丝分裂过程相似，包括前、中、后、末、胞质分裂，形成4个子细胞（雄性为4个精子， 雌性为1个卵细胞和2个极体。 生殖细胞间遗传变异的产生生殖细胞间遗传变异的产生 1. 发生于有性生殖的生殖细胞形成过程中； 2. DNA复制一次，细胞分裂两次，每个生殖细胞的染色体减半； 3. 有同源染色体的配对和父源与母源染色体在生殖细胞中的随机分配； 4. 姐妹染色单体间的交换，增加变异机会，每个生殖细胞都不一样。 减数分裂的特征减数分裂的特征 第13章 细胞增殖是细胞生命活动的重要特

14、征之一。细胞增殖是生物繁殖和生长发育 的基础。细胞增殖是通过细胞周期来实现的。细胞周期是细胞生命活动的全过程。细 胞从一次分裂结束到下次分裂结束，即走完一个细胞周期。细胞种类繁多，各种细胞 之间的细胞周期长短差别很大。同种细胞的细胞周期时间长短，也随生理活动、营养 状况等变化而有所变化。细胞周期的时间长短可以通过多种方法测定。细胞周期还可 以通过某些方法实现同步化。最重要的人工细胞周期同步化方法包括DNA合成阻断法 和中期阻断法。 真核细胞的细胞周期一般可以分为四个时期，即G1期、S期、G2期和M期。 前三个时期合称为分裂间期，M期即分裂期。分裂间期是细胞分裂前重要的物质准备 和积累阶段，分裂期即为细胞分裂实施过程。根据细胞繁殖状况，可将机体内所有细 胞相对地分为三类，即周期中细胞、静止期细胞（G0期细胞）和终末分化细胞。周 期中细胞一直在进行细胞周期运转。静止期细胞为一些暂时离开细胞周期，去执行其 生理功能的细胞。静止期细胞在一定因素诱导下，可以很快返回细胞周期。体外培养 的细胞在营养物质短缺