细胞增殖及其调控ppt课件

1、第九章第九章 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控 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 第三节第三节 细胞周期的调控细胞周期的调控细胞增殖细胞增殖细胞生长：蛋白质、糖类、脂质的合成细胞生长：蛋白质、糖类、脂质的合成 DNA复制复制细胞分裂：细胞一分为二，产生新的子代细胞细胞分裂：细胞一分为二，产生新的子代细胞细胞生长和细胞分裂是相互联络呈周期性进展的过程，细胞生长和细胞分裂是相互联络呈周期性进展的过程，这一过程就称为细胞增殖。这一过程就称为细胞增殖。第一节第一节 细胞周期细胞周期一、细胞周期概述一、细胞周期概述二、细胞周期的时相二、细胞周期的时相三、细胞周期同步化三、细胞

2、周期同步化一、细胞周期概述一、细胞周期概述v细胞周期：是指从上一次细胞分裂终了开场，经过物质积细胞周期：是指从上一次细胞分裂终了开场，经过物质积累，到下一次细胞分裂终了为止所阅历的过程。累，到下一次细胞分裂终了为止所阅历的过程。v细胞周期划分：细胞周期划分：v 分裂间期分裂间期: G1 期，期，S期，期，G2期期v 分裂期分裂期: M期期v细胞类群：根据增殖情况，分为三类细胞类群：根据增殖情况，分为三类v 延续分裂细胞：又称周期性细胞，在细胞周期中延续运延续分裂细胞：又称周期性细胞，在细胞周期中延续运转。转。 v 休眠细胞：又称休眠细胞：又称G0期细胞，暂时脱离细胞周期，但在某期细胞，暂时脱离

3、细胞周期，但在某v 些条件诱导下可重新进入细胞周期。些条件诱导下可重新进入细胞周期。v 终末分化细胞：指永久性失去分裂才干的细胞。终末分化细胞：指永久性失去分裂才干的细胞。 图图10-1 细胞周期细胞周期二、细胞周期的时相二、细胞周期的时相细胞周期中的各个阶段也称为时相。细胞周期中的各个阶段也称为时相。 G1期：即合成前期，主要合成细胞生长所需求的期：即合成前期，主要合成细胞生长所需求的rRNA、多、多 种蛋白质、脂质和糖类等，同时染色质去凝集。种蛋白质、脂质和糖类等，同时染色质去凝集。 S 期：期：DNA合成期，主要进展合成期，主要进展DNA合成，此外组蛋白与非组合成，此外组蛋白与非组 蛋白

4、，与蛋白，与DNA合成有关的酶也在这一时期合成。合成有关的酶也在这一时期合成。 G2期：期：DNA合成后期，主要合成与细胞分裂相关的蛋白，合成后期，主要合成与细胞分裂相关的蛋白， 及大量的及大量的ATP。 M期：即细胞分裂期，主要特点是染色体凝集，遗传物质和期：即细胞分裂期，主要特点是染色体凝集，遗传物质和 细胞内其他物质平均分配给子细胞。细胞内其他物质平均分配给子细胞。三、细胞周期同步化三、细胞周期同步化 细胞同步化：是指在自然过程中发生或经人为处细胞同步化：是指在自然过程中发生或经人为处理后，使一个特定的细胞群中一切细胞都处于细理后，使一个特定的细胞群中一切细胞都处于细胞周期的同一个时期的

5、过程。胞周期的同一个时期的过程。 一自然同步化一自然同步化 二人工同步化二人工同步化一自然同步化一自然同步化 v多核体：多核体：v 如粘菌只进展核分裂，而不发生胞质分裂，构成如粘菌只进展核分裂，而不发生胞质分裂，构成多核体。多核体。 v某些水生动物的受精卵：某些水生动物的受精卵：v 许多水生动物可以一次产下多个卵，这些卵同时许多水生动物可以一次产下多个卵，这些卵同时受精，受精， 那么可同时进展卵裂。如海胆、海参、两栖那么可同时进展卵裂。如海胆、海参、两栖类。类。粘菌二人工同步化二人工同步化 v选择同步化选择同步化 ：是指用物理方法，将处于细胞周期中同：是指用物理方法，将处于细胞周期中同一阶段的

6、细胞，从非同步化的群体中分别出来。一阶段的细胞，从非同步化的群体中分别出来。v诱导同步化诱导同步化 ：又叫化学同步化，是指利用化学药物诱：又叫化学同步化，是指利用化学药物诱导，使非同步化培育的细胞暂时阻断在细胞周期的某个导，使非同步化培育的细胞暂时阻断在细胞周期的某个阶段，最终使一切细胞到达同步化生长。阶段，最终使一切细胞到达同步化生长。选择同步化选择同步化 有丝分裂选择法：有丝分裂选择法： 原理：根据细胞周期不同阶段，细胞生理变化设计。原理：根据细胞周期不同阶段，细胞生理变化设计。 M M期细胞与培育皿的附着性低，振荡脱离器壁搜集。期细胞与培育皿的附着性低，振荡脱离器壁搜集。 优点：同步化程

7、度高，细胞不受药物损伤；优点：同步化程度高，细胞不受药物损伤； 缺陷：分别的细胞数量少，操作繁琐，只适用于贴壁细胞。缺陷：分别的细胞数量少，操作繁琐，只适用于贴壁细胞。密度梯度离心法：密度梯度离心法： 原理：根据不同时期的细胞体积和分量上存在差别进展分原理：根据不同时期的细胞体积和分量上存在差别进展分别。别。 优点：可用于任何悬浮培育的细胞，简单省时；优点：可用于任何悬浮培育的细胞，简单省时； 缺陷：同步化程度较低。缺陷：同步化程度较低。 诱导同步化诱导同步化 DNA DNA合成阻断法合成阻断法 原理：利用原理：利用DNADNA合成的抑制剂，可逆地抑制合成的抑制剂，可逆地抑制DNADNA合成，

8、而合成，而 不影响其它时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在不影响其它时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在S S期期或或G1/SG1/S交界处。交界处。 常采用常采用TdRTdR双阻断法：参与过量双阻断法：参与过量TdRTdR，移去，移去 ，再参与。，再参与。 优点：同步化程度高，适用于任何培育体系；优点：同步化程度高，适用于任何培育体系； 缺陷：诱导过程可呵斥细胞非平衡生长。缺陷：诱导过程可呵斥细胞非平衡生长。分裂中期阻断法：利用破坏微管聚合的药物，来抑制有丝分分裂中期阻断法：利用破坏微管聚合的药物，来抑制有丝分裂器的构成，将细胞阻断在有丝分裂中期裂器的构成，将细胞阻断在有丝分裂中期 。 优点

9、：操作简单，无非平衡生长；优点：操作简单，无非平衡生长； 缺陷：药物的毒性较大，可逆性较差。缺陷：药物的毒性较大，可逆性较差。图图10-2 细胞周期中不同时相细胞周期中不同时相 G1/S第二节第二节 细胞分裂细胞分裂 一、细胞分裂的类型一、细胞分裂的类型二、有丝分裂二、有丝分裂三、减数分裂三、减数分裂 一、细胞分裂的类型一、细胞分裂的类型v无丝分裂又称直接分裂，由无丝分裂又称直接分裂，由R. Remark1841初次发现于初次发现于鸡胚血细胞。鸡胚血细胞。v有丝分裂又称间接分裂，由有丝分裂又称间接分裂，由W. Fleming (1882)年初次发现于年初次发现于动物动物 ，E. Strasbu

10、rger1880年发现于植物。年发现于植物。 v减数分裂是指染色体复制一次而细胞延续分裂两次的分裂方减数分裂是指染色体复制一次而细胞延续分裂两次的分裂方式，是高等动植物配子构成的分裂方式。式，是高等动植物配子构成的分裂方式。 二、有丝分裂二、有丝分裂v有丝分裂间期：包括有丝分裂间期：包括G1期、期、S期和期和G2期，主要进展期，主要进展v DNA复制、中心体复制等预备任务。复制、中心体复制等预备任务。v有丝分裂期是一个延续的过程，为了便于描画人为的划有丝分裂期是一个延续的过程，为了便于描画人为的划分为六个时期：分为六个时期：v前期前期(prophase)；v前中期前中期(premetaphas

11、e)；v中期中期(metaphase)；v后期后期(anaphase)；v末期末期(telophase)；v胞质分裂期胞质分裂期(cytokinesis) 10-3 中心体的复制过程中心体的复制过程特征：染色质凝缩特征：染色质凝缩 分裂极确立与纺锤体开场构成分裂极确立与纺锤体开场构成 核仁解体核仁解体 核膜消逝。核膜消逝。核膜破裂成小的膜泡，是由核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体。核膜破裂成小的膜泡，是由核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体。图图10-4 有丝分裂前期有丝分裂前期 1前期前期特征：纺锤体构成，染色体向赤道面挪动。特征：纺锤体构成，染色体向赤道面挪动。纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染

12、色体，向两极移纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体，向两极移 动；纺锤体微管捕捉住染色体后，构成三种类型的微管动；纺锤体微管捕捉住染色体后，构成三种类型的微管图图10-5 有丝分裂前中期有丝分裂前中期2前中期前中期纺锤体微管纺锤体微管动粒微管动粒微管kinetochore mtkinetochore mt：由中心体发出，衔接在动粒：由中心体发出，衔接在动粒上，担任将染色体牵引到纺锤体上。上，担任将染色体牵引到纺锤体上。星体微管星体微管astral mtastral mt：由中心体向外放射出，末端结合：由中心体向外放射出，末端结合有分子马达，担任两极的分别，同时确定纺锤体纵轴的方向。有分子

13、马达，担任两极的分别，同时确定纺锤体纵轴的方向。极体微管极体微管polar mtpolar mt或或overlap mtoverlap mt：由中心体发出，在纺：由中心体发出，在纺锤体中部重叠，重叠部位结合有分子马达，担任向两极推开。锤体中部重叠，重叠部位结合有分子马达，担任向两极推开。图图10-6 三种纺锤体微管三种纺锤体微管特征：一切染色体陈列到赤道板上。特征：一切染色体陈列到赤道板上。图图10-7 有丝分裂中期有丝分裂中期3中期中期特征：排在赤道板上的姐妹染色单体分别，向两极运动。特征：排在赤道板上的姐妹染色单体分别，向两极运动。后期后期A：动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动；：动粒

14、微管去装配变短，染色体产生两极运动； 后期后期B：极性微管长度添加，两极之间的间隔拉长。：极性微管长度添加，两极之间的间隔拉长。图图10-8 有丝分裂后期有丝分裂后期4后期后期图图10-9 姐妹染色单体被分开的过程姐妹染色单体被分开的过程 特征特征:染色体解螺旋构成细丝染色体解螺旋构成细丝,出现核仁和核膜。出现核仁和核膜。图图10-10 有丝分裂末期有丝分裂末期5末期末期特征：构成收缩环，收缩环收缩构成两个子细胞。特征：构成收缩环，收缩环收缩构成两个子细胞。胞质分裂开场时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中间胞质分裂开场时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中间体处组装成微丝束，环绕细胞，称为收缩环。体处组装成

15、微丝束，环绕细胞，称为收缩环。图图10-11 胞质分裂期胞质分裂期6胞质分裂期胞质分裂期 胞质分裂过程 植植物物细细胞胞的的有有丝丝分分裂裂三三 减数分裂减数分裂 减数分裂是一种特殊的有丝分裂，是生殖细胞产生配减数分裂是一种特殊的有丝分裂，是生殖细胞产生配子的过程。特点是子的过程。特点是DNA复制一次，而细胞延续分裂两次，复制一次，而细胞延续分裂两次，构成四个单倍体的子细胞。构成四个单倍体的子细胞。 一减数分裂过程一减数分裂过程二减数分裂过程中的遗传重组及其机理二减数分裂过程中的遗传重组及其机理三减数分裂的生物学意义三减数分裂的生物学意义 一、减数分裂过程一、减数分裂过程 1 1、间期、间期

16、细胞在进入减数分裂之前要经过一个较长的间细胞在进入减数分裂之前要经过一个较长的间 期，称为前减数分裂间期。期，称为前减数分裂间期。 2 2、分裂期、分裂期 减数分裂减数分裂I I 减数分裂减数分裂II II 减数分裂减数分裂 v前期前期v中期中期v 主要特点是染色体陈列在赤道面上主要特点是染色体陈列在赤道面上 v后期后期v 进入后期进入后期后，同源染色体在两极纺锤体的作用下分后，同源染色体在两极纺锤体的作用下分开开, , v 并逐渐移向两极。并逐渐移向两极。 v末期末期 v 染色体到达两极后，解旋为细丝状、核膜重建、核仁染色体到达两极后，解旋为细丝状、核膜重建、核仁构成，同时进展胞质分裂。构成

17、，同时进展胞质分裂。 v减数分裂间期减数分裂间期 v 在减数分裂在减数分裂I I和和IIII之间的间期很短，不进展之间的间期很短，不进展DNADNA的合成的合成 。图图10-12 减数分裂减数分裂过程过程前期前期 减数分裂的特殊过程主要发生在前期I，分为5个时期：细线期：又称为凝线期，染色体呈细线状。偶线期：又称配对期，染色质进一步凝集，同源染色体发生配对，称为联会。粗线期：又称重组期，此时染色体变短，结合严密，这一时期同源染色体的非姊妹染色单体之间发生交换重组。双线期：联会的同源染色体相互排斥、开场分别，但交叉点上还坚持着联络。 终变期：此期染色质又被包装紧缩成染色体 ，是察看染色体的良好时

18、期。 图图10-13 前期前期I的染色体行为的染色体行为 核仁核仁图图10-14 偶线期的染色体形状构造偶线期的染色体形状构造图图10-15 双线期的染色体交叉双线期的染色体交叉 减数分裂减数分裂 可分为前、中、后、末四个时期，与有丝分裂可分为前、中、后、末四个时期，与有丝分裂类似经过减数分裂一个精母细胞构成类似经过减数分裂一个精母细胞构成4个精子而一个精子而一个卵母细胞构成一个卵子及个卵母细胞构成一个卵子及2-3个极体。个极体。图图10-16 性细胞配子发生过程性细胞配子发生过程精原细胞精原细胞初级精母细胞初级精母细胞精子细胞精子细胞卵原细胞卵原细胞初级卵母细胞初级卵母细胞二减数分裂过程中的

19、遗传重组及其机理二减数分裂过程中的遗传重组及其机理 在减数分裂过程中发生了两种方式的遗传重组在减数分裂过程中发生了两种方式的遗传重组同源染色体间的交换重组同源染色体间的交换重组 染色体分别时的自在组合染色体分别时的自在组合 同源染色体间的交换重组同源染色体间的交换重组 联会与联会复合体联会与联会复合体SC联会是在减数分裂的偶线期两条同源染色体侧面严密相联会是在减数分裂的偶线期两条同源染色体侧面严密相帖并进展配对的景象。染色体联会伴随一种复杂构造的帖并进展配对的景象。染色体联会伴随一种复杂构造的构成：联会复合体构成：联会复合体 。染色体重组染色体重组-交换与交叉交换与交叉 同源染色体联会期间，同

20、源染色体要发生断裂和重接，同源染色体联会期间，同源染色体要发生断裂和重接，在此过程中发生同源染色体间的交换，随着双线期的进在此过程中发生同源染色体间的交换，随着双线期的进行，交叉开场远离着丝粒，向染色体臂的端部挪动行，交叉开场远离着丝粒，向染色体臂的端部挪动 ，称，称为交叉端化。交叉是交换的结果。为交叉端化。交叉是交换的结果。 图图10-17 联会复合体的构造联会复合体的构造 图图10-18 同源染色体联会时的交换和交叉同源染色体联会时的交换和交叉 染色体分别时的自在组合染色体分别时的自在组合 在减数分裂中期在减数分裂中期 ，同源染色体配对陈列在赤道板上，染色体组在赤，同源染色体配对陈列在赤道

21、板上，染色体组在赤道板上陈列是随机性的，这样就会有不同的自在组合方式。道板上陈列是随机性的，这样就会有不同的自在组合方式。 图图10-19 减数分裂中染色体组的自在组合重组减数分裂中染色体组的自在组合重组 三减数分裂的生物学意义三减数分裂的生物学意义 v减数分裂保证了有性生殖生物在世代交替中减数分裂保证了有性生殖生物在世代交替中染色体数目的恒定。染色体数目的恒定。 v减数分裂是遗传重组的原动力，添加了生物减数分裂是遗传重组的原动力，添加了生物多样性多样性 。图图10-20 有丝分裂与减数分裂的比较有丝分裂与减数分裂的比较第三节第三节 细胞周期的调控细胞周期的调控 一、细胞周期调控要素一、细胞周

22、期调控要素二、细胞周期运转的调控二、细胞周期运转的调控三、细胞周期的检验点三、细胞周期的检验点一、细胞周期的调控因子一、细胞周期的调控因子vcdc基因基因v细胞周期蛋白细胞周期蛋白v细胞周期蛋白依赖性激酶细胞周期蛋白依赖性激酶v促成熟因子促成熟因子v细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白cdc基因基因v在细胞周期调控中，有一类基因的表达具有细胞周在细胞周期调控中，有一类基因的表达具有细胞周期依赖性，其产物参与了细胞周期调控，这类基因期依赖性，其产物参与了细胞周期调控，这类基因称为细胞分裂周期基因称为细胞分裂周期基因cdc)。vCdc2表达产物表达产物P34cdc2， 是一

23、种蛋白激酶，在是一种蛋白激酶，在G2/M交界处起调控作用。交界处起调控作用。vCdc28表达产物表达产物P34cdc28，也是一种蛋白激酶，也是一种蛋白激酶，在在G1/S及及G2/M交界处起调控作用。交界处起调控作用。细胞周期蛋白细胞周期蛋白cyclin v这类蛋白浓度随细胞周期的变化而变化。这类蛋白浓度随细胞周期的变化而变化。vCyclin可分为可分为A、B、C、D、E、F、G、H等几等几大类，需求与大类，需求与CDK蛋白结合，参与细胞周期活蛋白结合，参与细胞周期活动调理。动调理。vCyclin均含有一段保守的氨基酸序列，称为周均含有一段保守的氨基酸序列，称为周期蛋白框，介导与期蛋白框，介导

24、与CDK的结合。的结合。细胞周期蛋白依赖性激酶细胞周期蛋白依赖性激酶CDKv它是一类可以与它是一类可以与Cyclin结合，并表现出激酶活性的结合，并表现出激酶活性的一类蛋白，统称为一类蛋白，统称为CDK激酶。激酶。v包括包括CDK1 CDK8，CDK1即即Cdc2表达产物表达产物P34cdc2v各种各种CDK分子均含有类似的分子均含有类似的CDK激酶构造域，此构激酶构造域，此构造域中一段序列很保守，与造域中一段序列很保守，与Cyclin的结合有关。的结合有关。vCDK 激酶是激酶是Cyclin与与CDK蛋白构成的复合物，蛋白构成的复合物， Cyclin是调理亚单位，是调理亚单位， CDK是催化亚单位。是催化亚单位。促成熟因子促成熟因子MPFvMPF是一种在是一种在G2期构成，能促进期构成，能促进M期启动的调控期启动的调控因子。因子。vMPF是异二聚体，由催化亚基是异二聚体，由催化亚基CDK1和调理亚基和调理亚基CyclinB构成。构成。MPF=CDK1=p34cdc2+cyclin