细胞生长和增殖

1、 分裂方式：分裂方式：有丝分裂（有丝分裂（Mitosis)减数分裂（减数分裂（Meiosis) 初生婴儿有初生婴儿有1012个细胞，成个细胞，成人人1014个，约个，约200种类型。种类型。 成人体内每秒钟有数百万新成人体内每秒钟有数百万新细胞产生，以补偿衰老和死细胞产生，以补偿衰老和死亡的细胞。亡的细胞。第十二章第十二章 细胞的生长和增殖细胞的生长和增殖细胞增殖的三种形式细胞增殖的三种形式 :1、无丝分裂、无丝分裂(amitosis) 分裂过程中没有纺锤体和染色体的形成，分裂过程中没有纺锤体和染色体的形成，无纺锤丝的出现，故名无丝分裂。是低无纺锤丝的出现，故名无丝分裂。是低等动物（如细菌）增

2、殖的主要方式。等动物（如细菌）增殖的主要方式。（间期的细胞直接一分为二）（间期的细胞直接一分为二）核糖体 DNA细胞壁细胞膜子细胞遗传物质分配不均等子细胞遗传物质分配不均等 2 2、有丝分裂、有丝分裂(mitosis)(mitosis) 分裂过程中有纺锤体和染色体的形成，分裂过程中有纺锤体和染色体的形成，有纺有纺锤丝出现，故名有丝分裂。锤丝出现，故名有丝分裂。子细胞中遗传物质均子细胞中遗传物质均等分配。是真核细胞主要的增殖方式。等分配。是真核细胞主要的增殖方式。3 3 、减数分裂、减数分裂(meiosis)(meiosis) 有性生殖生物形成生殖细胞时的分裂分式。有性生殖生物形成生殖细胞时的分

3、裂分式。分裂过程中染色体复制一次，细胞连续分裂两次，分裂过程中染色体复制一次，细胞连续分裂两次，结果染色体数目减半结果染色体数目减半，故名减数分裂。，故名减数分裂。第一节第一节 细细 胞胞 增增 殖殖 方方 式式 一、细胞周期一、细胞周期 1.1.概念概念指连续分裂的细胞从亲指连续分裂的细胞从亲代细胞分裂结束开始代细胞分裂结束开始到子代细胞分裂结束到子代细胞分裂结束为止所经历的全过程为止所经历的全过程. .间期间期: G1期期 S期期 G2期期M期：前、中、后、末期：前、中、后、末期期2.2.细胞周期各时相的特点细胞周期各时相的特点0 G1 S G2 M G1 （ 时相）2C 4C（DNA含量

4、）细胞周期各时相细胞周期各时相DNADNA含量的变化含量的变化期（合成前期）期（合成前期） 早期：三种早期：三种RNARNA的合成，的合成，cAMPcAMP、cGMPcGMP及蛋白质与糖类的合成。及蛋白质与糖类的合成。 后期：后期： DNADNA聚合酶，胸苷激酶聚合酶，胸苷激酶等急剧合成，等急剧合成， H1H1组蛋白的磷组蛋白的磷酸化，酸化， 组蛋白、非组蛋白组蛋白、非组蛋白RNARNA的合成的合成 晚期：合成钙调素晚期：合成钙调素 S期：期：DNA复制，合成组蛋白复制，合成组蛋白和非组蛋白；和非组蛋白； G2期：加速合成期：加速合成RNA和蛋白和蛋白质质(微管蛋白、有丝分裂因子微管蛋白、有丝

5、分裂因子)。 M期（见后述）期（见后述）期细胞的增殖状态期细胞的增殖状态通过通过1 1期控制点的调节，期控制点的调节，1 1期细胞可有三种去期细胞可有三种去向向：分化死亡G0期的时间变化期的时间变化 影响影响1 1期细胞是否进入周期的因素很多，期细胞是否进入周期的因素很多，如各种生长因子、营养物质、射线、钙调素等，如各种生长因子、营养物质、射线、钙调素等，可调控细胞周期进程。可调控细胞周期进程。 控制点控制点(restriction point(restriction point，R)R)：G1G1期末对环期末对环境因素的敏感点，是调节细胞周期开和关的境因素的敏感点，是调节细胞周期开和关的”阀

6、阀门门”，控制着细胞周期的进程，也称限制点，控制着细胞周期的进程，也称限制点 。不再继续增殖不再继续增殖： 即失去增殖能力，而合成其功即失去增殖能力，而合成其功能性蛋白走向分化，能性蛋白走向分化， 又称不育细胞或终末又称不育细胞或终末分分化化细胞。如细胞。如角质细胞、角质细胞、红细胞、肌细胞、神经红细胞、肌细胞、神经元等。元等。持续增殖：持续增殖： 越过越过R R点，继续增殖。如点，继续增殖。如皮肤生发层皮肤生发层细胞，骨髓造血细胞等。细胞，骨髓造血细胞等。暂不增殖（暂不增殖（期）：期）：如如淋巴细胞、淋巴细胞、肝肾胰的细肝肾胰的细胞胞等。肝切除后开始分裂修复。等。肝切除后开始分裂修复。1 1

7、期细胞的三种去向：期细胞的三种去向：M 期期前期前期(prophase) :（1）染色质的浓缩）染色质的浓缩（2）分裂极的确定）分裂极的确定 (3)核膜、核仁的解体。核膜、核仁的解体。前中期前中期(premetaphase): (1)纺锤体的形成纺锤体的形成(2)染色体排列到赤道面染色体排列到赤道面上，形成赤道板上，形成赤道板 中心粒中心粒 S期以前期以前:中心粒为一对中心粒为一对S期期:中心粒两对。中心粒两对。G2期期:两对中心粒分开，两对中心粒分开，前期前期:两对中心粒移向细两对中心粒移向细胞的两极。胞的两极。 前中期：形成纺锤体。前中期：形成纺锤体。有丝分裂装置：星体有丝分裂装置：星体和

8、纺锤体。和纺锤体。 微管包括：着丝点微微管包括：着丝点微管、极微管、星体微管、极微管、星体微管。管。有丝分裂最主要有丝分裂最主要的特点是：形成的特点是：形成有丝分裂器有丝分裂器中期中期(metaphase) （1）所有染色体都以着丝）所有染色体都以着丝粒排列在赤道面上，粒排列在赤道面上， 形成形成完整的有丝分裂器。（完整的有丝分裂器。（2）染色体达到最高程度地螺旋染色体达到最高程度地螺旋.着丝粒：在主缢痕处，两条着丝粒：在主缢痕处，两条染色单体相互联系在一起染色单体相互联系在一起 的特殊部位，由重复顺序的的特殊部位，由重复顺序的DNA构成构成着丝点：是着丝粒外侧附加着丝点：是着丝粒外侧附加结构

9、，由蛋白质组成，结构，由蛋白质组成， 为为盘状的三层结构盘状的三层结构. 后期后期(anaphase) （1）着丝粒缢裂为二，标志）着丝粒缢裂为二，标志着后期的开始。着后期的开始。（2）染色体单体向两极移动）染色体单体向两极移动 5.末期末期(telophase) 与胞质分裂胞质分裂 （1）两组子染色体达到细胞）两组子染色体达到细胞两极，即进入末期。两极，即进入末期。（2）染色体解旋为染色质。）染色体解旋为染色质。（3）核纤层蛋白去磷酸化，）核纤层蛋白去磷酸化，核膜、核仁重现。核膜、核仁重现。（4）形成二个子细胞核，细）形成二个子细胞核，细胞膜中部凹陷，分隔成二个胞膜中部凹陷，分隔成二个子细胞

10、（微丝的参与）子细胞（微丝的参与） 后期后期(anaphase)(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段大致可以划分为连续的两个阶段: : 后期后期A A ，着丝点微管去装配变短，染色体，着丝点微管去装配变短，染色体产生两极运动产生两极运动 后期后期B B ，极微管长度增加，两极之间的距，极微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长，介导染色体向极运动。离逐渐拉长，介导染色体向极运动。 微管上的横桥为动力蛋白，具有微管上的横桥为动力蛋白，具有ATPATP酶的活酶的活性。性。有丝分裂开始的标志：染色质组装成染色体有丝分裂开始的标志：染色质组装成染色体试想一想，试想一想，46条染色条染色质（每条

11、染色体质（每条染色体DNA长度约长度约40000 m）绕）绕在一个很小的范围内在一个很小的范围内(细胞核直径约细胞核直径约30m），），如何平均分配？如何平均分配？染色体形成的意义染色体形成的意义完成遗传物质的平均分配完成遗传物质的平均分配只有绕成一个只有绕成一个个线团，才能个线团，才能平均分配。平均分配。三三. .减数分裂减数分裂: :概念：减数分概念：减数分裂是细胞仅进裂是细胞仅进行一次行一次DNADNA复复制，随后进行制，随后进行两次分裂，染两次分裂，染色体数目减半色体数目减半的一种特殊的的一种特殊的有丝分裂有丝分裂同源染色体：指分别来自父方和母方，同源染色体：指分别来自父方和母方，形状

12、和大小一般都相同的两条染色体。形状和大小一般都相同的两条染色体。 同源染色体同源染色体同源染色体同源染色体前期前期 细线期细线期染色体已经复制染色体已经复制联会：同源染色体配对联会：同源染色体配对 的过程叫联会。的过程叫联会。二价体：每对染色体形二价体：每对染色体形成一个二价体。成一个二价体。联会复合体联会复合体: :在联会的变化在联会的变化中，配对的同源染色体之中，配对的同源染色体之间形成一种蛋白质性的复间形成一种蛋白质性的复合结构，称为联会复合体。合结构，称为联会复合体。S期合成期合成99.7%DNA，Z-DNA：偶线期合成：偶线期合成0.3%的的DNA叫叫Z-DNA前期前期 偶线期偶线期

13、前期前期 粗线期粗线期四分体：四分体：配对的配对的同源同源染色体实际上含有四染色体实际上含有四个染色单体。个染色单体。姐妹染色单体：姐妹染色单体：一条染色体一条染色体的两条染色单体互称姐妹染的两条染色单体互称姐妹染色单体。色单体。非姐妹染色单体非姐妹染色单体：同源染色同源染色体的染色单体之间互称非姐体的染色单体之间互称非姐妹染色单体妹染色单体P-DNA：指粗线期发生指粗线期发生交换部位合成的少量交换部位合成的少量DNA。非姊妹染色单体之间出现非姊妹染色单体之间出现交叉交叉。粗线期粗线期双线期双线期: 联会复合体消失，同源染色体在某联会复合体消失，同源染色体在某些部位分离，但仍存在多处交叉。些部

14、位分离，但仍存在多处交叉。终变期终变期染色体高度凝集，染色体高度凝集，核膜、核仁消失，核膜、核仁消失，纺锤体开始形成，纺锤体开始形成，四分体均匀分布，四分体均匀分布，交叉端化交叉端化。 四分体排列在细胞中四分体排列在细胞中央的赤道板上，每条央的赤道板上，每条染色体的着丝点都附染色体的着丝点都附着在纺锤丝上。着在纺锤丝上。注意注意四分体的排列方式是四分体的排列方式是随机的随机的 非同源染色体自非同源染色体自由组合到达两极。由组合到达两极。同源染色体彼此分离，同源染色体彼此分离，并且在纺锤丝的牵引并且在纺锤丝的牵引下移向两极，结果细下移向两极，结果细胞的每一极只得到各胞的每一极只得到各对同源染色体

15、中的对同源染色体中的条。条。卵细胞的形成过程卵细胞的形成过程2.2.减数分裂特点减数分裂特点减数分裂减数分裂和减数分裂和减数分裂是连续进行的，是连续进行的，其间无间期或间期很短，不进行其间无间期或间期很短，不进行DNA和和染色体的复制。染色体的复制。 同源染色体配对、联会、基因重组同源染色体配对、联会、基因重组每条同源染色体的两条染色单体的着丝每条同源染色体的两条染色单体的着丝点在减数分裂点在减数分裂时不分开，直到减数分裂时不分开，直到减数分裂时才分离。时才分离。3.减数分裂的生物学意义减数分裂的生物学意义 1）是三大遗传学规律的基础是三大遗传学规律的基础 同源染色体分离同源染色体分离孟德尔分

16、离律孟德尔分离律 非同源染色体自由组合非同源染色体自由组合孟德尔自由组合律孟德尔自由组合律 同源染色体之间联会重组互换同源染色体之间联会重组互换连锁互换律连锁互换律2 2）保持遗传的稳定性）保持遗传的稳定性 精子（精子（n n）+ +卵子（卵子（n n）= =受精卵（受精卵（znzn）3 3）生物变异和进化的基础）生物变异和进化的基础 同源染色体之间重组、互换同源染色体之间重组、互换 非同源染色体之间自由组合非同源染色体之间自由组合练习练习1、已知某动物的体细胞内含2N条染色体，那么该动物经过减数分裂产生的生殖细胞中含有染色体多少条 （ ）A2N B4N CN D3N2、同源染色体分离发生在哪

17、个时期（ ）A中期B中期C后期 D末期3、染色体数目减半发生在哪个时期 （ ）A中期B中期C后期D末期1下列有关四分体的叙述，正确的是 （ ）A 每个四分体包含一对同源染色体的四个染色单体B 经过复制的同源染色体都能形成四分体C 基因互换现象发生在四分体时期D 四分体出现在减数第一次分裂前期练习练习2 在减数分裂过程中，含有与体细胞染色体数目相同，但不含同源染色体的时期是（）A减数第一次分裂后期 B减数第二次分裂后期C减数第二次分裂的间期 D减数第二次分裂前期练习练习思考题思考题 1.细胞周期的概念及每期特点细胞周期的概念及每期特点 2.有丝分裂、有丝分裂、减数分裂减数分裂各期特点各期特点 3

18、.G1期细胞有哪三种去向期细胞有哪三种去向 4. .减数分裂的意义何在？减数分裂的意义何在？ 5.5.MPF是如何控制细胞是如何控制细胞 G2/M过渡和过渡和M期进程期进程 6.6.区别下列名词区别下列名词 联会联会/ /同源染色体同源染色体 二价体二价体/ /四分体四分体 有丝分裂有丝分裂/ /减数分裂减数分裂 有丝分裂器有丝分裂器/ /收缩环收缩环第二节第二节 细胞周期的调控细胞周期的调控(Cell-Cycle Control)(Cell-Cycle Control) 细胞周期调控系统的主要作用细胞周期调控系统的主要作用 细胞周期检验点细胞周期检验点(checkpoint)(checkpo

19、int)一、一、 MPFMPF的发现及其组成的发现及其组成1.1970s Rao1.1970s Rao和和JohnsonJohnson发现与发现与M M期细胞期细胞(Hela)(Hela)融合融合的间期细胞染色体发生凝缩，称为的间期细胞染色体发生凝缩，称为早熟染色体凝早熟染色体凝集集 (prematurely condensed chromosome(prematurely condensed chromosome，PCCPCC) )。提示：提示：M M期可能存在一种诱导期可能存在一种诱导染色质凝集因子染色质凝集因子 2.19712.1971年年MasuiMasui等用孕酮处理未成熟的非洲爪蟾

20、等用孕酮处理未成熟的非洲爪蟾卵母细胞诱导其成熟卵母细胞诱导其成熟实验表明：成熟卵细胞质，含有卵母细胞成熟的因子，实验表明：成熟卵细胞质，含有卵母细胞成熟的因子，称做称做（ maturation promoting factormaturation promoting factor， MPF MPF ）。裂殖酵母裂殖酵母Fission yeastFission yeast芽殖酵母芽殖酵母budding yeastbudding yeast 3.1960s Leland 3.1960s Leland HartwellHartwell，1970s Paul Nurse 1970s Paul Nurs

21、e 建建立了酵母细胞分裂周期温度敏感突变株，分离了大立了酵母细胞分裂周期温度敏感突变株，分离了大量的量的cdccdc基因基因(cell division cycle gene,(cell division cycle gene,细胞分裂细胞分裂周期基因周期基因) )，裂殖酵母裂殖酵母cdc2cdc2和和芽殖酵母芽殖酵母cdc28cdc28都编码都编码一个一个34KD34KD的蛋白激酶，作用于细胞的蛋白激酶，作用于细胞G G1 1/S/S与与G G2 2M M的前进。的前进。4.1980s Timothy Hunt4.1980s Timothy Hunt发现海胆的卵裂过程中两种发现海胆的卵裂过程

22、中两种蛋白质的含量随细胞周期振荡，命名为蛋白质的含量随细胞周期振荡，命名为细胞周期蛋细胞周期蛋白白(cyclin A(cyclin A和和B)B)。后来发现将。后来发现将M M期周期蛋白期周期蛋白mRNAmRNA加入可使细胞进入加入可使细胞进入M M期，同时期，同时MPFMPF被激活。被激活。 MPF MPF的活性与周期蛋白一样呈现周期性变化的活性与周期蛋白一样呈现周期性变化 19881988年年LohkaLohka将将MPFMPF纯化。经鉴定纯化。经鉴定MPFMPF由由32KD32KD（cdc2cdc2基基因产物）因产物）和和45KD45KD（周期蛋白（周期蛋白B B）两种蛋白组成。两种蛋白

23、组成。p32p32与与p34p34cdc2cdc2是同源物，是一种丝氨酸是同源物，是一种丝氨酸/ /苏氨酸激酶苏氨酸激酶MPF=p34MPF=p34cdc2cdc2（催化亚基）（催化亚基）+clyclin B+clyclin B（调节亚基）（调节亚基）Leland H. HartwellLeland H. Hartwell R. Timothy (Tim) HuntR. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. NurseSir Paul M. Nurse 20012001年年1010月月8 8日美国人日美国人LelandLeland HartwellHartwell、英国

24、人、英国人Paul NursePaul Nurse、TimothyTimothy HuntHunt因对细胞周期调控机理因对细胞周期调控机理的研究而获的研究而获诺贝尔生理医学奖诺贝尔生理医学奖1.MPF1.MPF是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶；是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶； 由由Cyclin-CDK(Cyclin-dependent protein Cyclin-CDK(Cyclin-dependent protein kinase)kinase)形成的复合物。形成的复合物。MPF=MPF=CDK1CDK1（p34p34cdc2cdc2）+cyclinB+cyclinB二、二、MP

25、FMPF是细胞周期蛋白是细胞周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物2.CDK2.CDKCDC2CDC2又被称为又被称为CDK1 CDK1 (cyclin-dependent kinase(cyclin-dependent kinase，) ) ，可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行。可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行。如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失；如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失；将将H1H1磷酸化导致染色体的凝缩等。磷酸化导致染色体的凝缩等。3 3、细胞周期蛋白、细胞周期蛋白 cyclincyclin在中期当在中期当MPFMPF活性达到最高时，激活后期促进因子活性

26、达到最高时，激活后期促进因子APCAPC，将，将泛泛素素连接在连接在cyclinBcyclinB上，上，cyclinBcyclinB被蛋白酶体被蛋白酶体(proteasome)(proteasome)降解，降解，完成一个细胞周期。完成一个细胞周期。分裂期周期蛋白分裂期周期蛋白N N端有一段序列与其降解有关，称降解盒端有一段序列与其降解有关，称降解盒(destruction box)(destruction box)破坏框。破坏框。共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解，这是细胞内共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解，这是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径。短寿命蛋白和一些异

27、常蛋白降解的普遍途径。蛋白酶体是一个大型的蛋白酶，可将泛素化的蛋白质分解成短蛋白酶体是一个大型的蛋白酶，可将泛素化的蛋白质分解成短肽。肽。4. Cyclin-CDK4. Cyclin-CDK复合物的活化与功能复合物的活化与功能G G2 2/M/M控制点控制点M M期期CDKCDK的激活起始于分裂期的激活起始于分裂期cyclincyclin的积累。的积累。结合结合cyclin Bcyclin B的的CDK1CDK1被被Wee1Wee1将将Thr14Thr14和和Tyr15Tyr15磷酸化磷酸化而不具有活性，使而不具有活性，使CDK/cyclinCDK/cyclin不断积累。不断积累。在在M M期

28、，期，Wee1Wee1的活性下降，的活性下降，CDC25CDC25使使CDKCDK去磷酸化，去去磷酸化，去除了除了CDKCDK活化的障碍。活化的障碍。功能：启动细胞从功能：启动细胞从G2G2期进入期进入M M期的相关事件期的相关事件 CDK1CDK1使底物蛋白磷酸化、如将组蛋白使底物蛋白磷酸化、如将组蛋白H1H1磷酸化导致磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体。染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体。 CDK1CDK1的调节与活化的调节与活化; CAK=CDK1-Activiting Kinase; CAK=CDK1-Activiting Kinase降解G G1 1 /S/S期控制

29、点期控制点在生长因子的刺激下，在生长因子的刺激下，cyclin D cyclin D 表达，并与表达，并与 CDK4CDK4结合，使结合，使RbRb（视网膜瘤细胞基因）（视网膜瘤细胞基因） 磷酸磷酸化，化，Rb Rb 释放出释放出E2FE2F，促进，促进DNADNA复制。复制。细胞周期调控细胞周期调控三、细胞增殖的调节三、细胞增殖的调节一、环境因子一、环境因子 ( (一一) )生长因子的调节生长因子的调节 生长因子生长因子(growth factor)(growth factor)：刺激细胞生长增殖的：刺激细胞生长增殖的因子，多为多肽类物质。生长因子通过与特异性的因子，多为多肽类物质。生长因子通过与特异性的细胞膜受体结合而对细胞增殖活动进行调节作用。细胞膜受体结合而对细胞增殖活动