第13章 细胞周期与细胞分裂-细胞生物学

1、 细胞增殖是生命的基本特征。 初生婴儿1012个细胞，成人1014个，约200种类型。 成人每秒钟有数百万新细胞产生。第一节 细胞周期概述细胞增殖和细细胞增殖和细胞周胞周期概念期概念细胞周期的M期Eucaryotic Cell Cycle A typical mammalian cell has a cell cycle time of 24 hours, with 12 hr G1, 6-8 hr S, 3-4 hr G2, and 1 hr M 细胞周期 分为： G1期(gap1)，分裂完成到DNA复制之前。 S期(synthesis phase)，DNA复制阶段。 G2期(gap2)，D

2、NA复制完成到分裂之前。 M期，又称D期，分裂开始到结束。 根据细胞周期可将高等动物细胞分为3类： 连续分裂细胞，细胞周期持续运转，又称周期中细胞，如表皮生发层、骨髓干细胞。 静止期细胞，暂不分裂，适当刺激下可重新进入细胞周期，又称G0期细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。 不分裂细胞，又称终端分化细胞，不再分裂，如神经、肌肉、血液多形核白细胞等。二、细胞周期中不同时相及其主要事件 G1期(gap1)：细胞生长，开始合成三大物质 S期(synthesis phase)：DNA和组蛋白合成 G2期(gap2)：G2期检验点 M期，又称D期：有丝分裂或减数分裂三、细胞周期时间的测定 G1期差异较大。

3、周期长短与物种/细胞类型有关。 测定方法：标记有丝分裂细胞百分率法（PLM），用3HTDR对测定细胞脉冲标记、定时取材，通过统计标记有丝分裂细胞百分数来测定细胞周期。50100TG20TMTsTcTG2 +1/2TMTPLM流式细胞仪测定法 测定方法：根据DNA含量在不同时相的变化测定细胞周期时间。 C-value:生物体的单倍体基因组所含DNA总量称为C值值。四、细胞周期同步化 （一）自然同步化 1. 多核体：粘菌、疟原虫。 2 .早期胚胎细胞：大多数无脊椎动物和个别脊椎动物 3. 卵细胞：如海胆、两栖类。（二）人工同步化 1. 选择同步化 1）有丝分裂选择法 优点：操作简单，同步化程度高，

4、细胞不受药物伤害。 缺点：获得的细胞数量较少（分裂细胞约占1%2%） 。 2）细胞沉降分离法 优点：可用于任何悬浮培养的细胞。 缺点：同步化程度较低。 2. 诱导同步化 1）DNA合成阻断法：用DNA合成抑制剂，可逆阻断细胞周期，然后释放。常用TdR双阻断法。 优点：同步化程度高； 缺点：产生非均衡生长，个别细胞体积增大。 2）中期阻断法 用秋水仙素等微管抑制剂将细胞阻断在中期。优点是便于观察染色体，缺点是可逆性较差。非洲爪蟾非洲爪蟾的卵细胞发育的卵细胞发育 非洲爪蟾的卵细胞较大，直径约非洲爪蟾的卵细胞较大，直径约 1-mm 其细胞质体积是普通人类细胞质的大约其细胞质体积是普通人类细胞质的大约

5、100,000 倍倍受精后，细胞分裂迅速发生（不伴随细胞生长）受精后，细胞分裂迅速发生（不伴随细胞生长） 第一次分裂第一次分裂:90 min 2nd 12th 分裂分裂:每次每次 30 min 七小时内产生七小时内产生 4096 个细胞个细胞 (没有没有 G1 和和 G2 期期)卵细胞生长，没有细胞分卵细胞生长，没有细胞分裂（数月）裂（数月）受精受精受精卵细胞分裂，不伴随细胞生受精卵细胞分裂，不伴随细胞生长（数小时）长（数小时）形成蚵蚪形成蚵蚪裂殖酵母和芽殖酵母的细胞周期裂殖酵母和芽殖酵母的细胞周期Start: 临界点；临界点；过了此点，细胞则不可逆过了此点，细胞则不可逆地进入下一轮细胞周期地

6、进入下一轮细胞周期裂殖酵母裂殖酵母芽殖酵母芽殖酵母植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期第二节 细胞分裂一、有丝分裂为了便于描述人为的划分为五个时期： 前期(prophase)；前中期(premetaphase)；中期(metaphase)；后期(anaphase)；末期(telophase)。间期包括G1期、S期和G2期，进行DNA、中心体复制，细胞体积增大等准备工作。（一）前期（一）前期染色质凝缩，分裂极确立与纺锤体开始形成，核仁解体，核膜消失。 S期中心粒已完成复制，核膜解体时，中心粒已到达两极，并形成纺锤体。 纺锤体的三种微管结构： 极体微管（polar mt）； 着丝点微管（kinet

7、ochore mt； 星体微管（astral mt）。（二）前中期（二）前中期从核膜解体到染色体排列到赤道面上。（三）中期（三）中期染色体排列到赤道面上。（四）后期（四）后期指妹妹染色体单体分开并移向两极的时期。分为后期A、后期B两个过程。 Anaphase A: separation of the sister chromatids. Anaphase B: separation of the poles. （五）末期 从子染色体到达两极，至形成两个新细胞为止的时期。涉及子核的形成和胞质分裂两个方面。 末期核纤肽B去磷酸化，介导核膜重新装配，同时染色体解聚缩，核仁出现和核膜重新形成。 核分裂

8、与胞质分裂是相继发生的，属于两个分离的过程。子核的形成与胞质分裂子核的形成与胞质分裂 动物的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现，收缩环由平行排列的肌动蛋白组成。用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出现什么现象？中 心 体 周 期中心体列队纺锤体纺锤体-有丝分裂器有丝分裂器(mitotic apparatus) 纺锤体的装配纺锤体的装配: 动力蛋白质的作用动力蛋白质的作用2 types: 驱动蛋白（驱动蛋白（Kinesin）:朝向朝向 + 端移动端移动动力蛋白（动力蛋白（Dynein）:朝向朝向 - 端移动端移动着丝粒和动粒前期末，动粒在着丝粒处组装动粒捕获微管过程ACBDEMad2 蛋白和Bub1

9、蛋白与动粒捕获纺锤体微管相关（P286）染色体列队牵拉和外推学说有丝分裂纺锤体分离酶粘结蛋白 染色体分离染色体分离-纺锤体微管运动机理 后期后期A，染色体运动的力主要是由动粒微管的去装配产生的拉力，染色体运动的力主要是由动粒微管的去装配产生的拉力 ,此时的染此时的染色体运动称为向极运动。色体运动称为向极运动。染色体向极运动的微管去聚合假说 在后期在后期B，染色体运动的力主要是由极微管的聚合产生的，此时的运动称为染色体，染色体运动的力主要是由极微管的聚合产生的，此时的运动称为染色体极分离运动极分离运动 正端取向动力蛋白正端取向动力蛋白:重叠微管之间的滑动重叠微管之间的滑动 负端取向动力蛋白：负端

10、取向动力蛋白：纺锤体两极被拉力拉的更远纺锤体两极被拉力拉的更远有丝分裂过程二、减数分裂 由连续两次分裂构成： 通常减数分裂I分离的是同源染色体，所以称为异型分裂（heterotypic division）或减数分裂（reductional division）。 减数分裂II分离的是姊妹染色体，类似于有丝分裂，所以称为同型分裂（homotypic division）或均等分裂（equational division）。 为了描述方便将减数分裂分为不同时期。MeiosisChromosome recombinationMinimum number of gamete types = 2n , In

11、 humans, n = 23一、间期 称 前 减 数 分 裂 间 期 或 前 减 数 分 裂 期(premeiosis)，也分为G1、S和G2期。 G2期是有丝分裂向减数分裂转化的关键时期。 S期时间较长，部分DNA（约0.3%左右）是在合线期合成的。二、分裂期 （一）减数分裂I 1. 前期I 通常分为5个时期：leptotene ，zygotene ，pachytene，diplotene，diakinesis。双线期联会复合体双线期联会复合体n联会复合体（synaptonemal complex,SC）-同源染色体配对联会形成的一种梯状结构，在电镜下可见其由三个平行的部分组成 。 n联会

12、(synapsis)-同源染色体配对称为联会，是在减数分裂的偶线期两条同源染色体侧面紧密相帖并进行配对的现象。 联会复合体 SC由两条同源染色体沿纵轴形成，外观呈梯子状。 SC帮助交换的完成，是交换发生的部位。 SC主要由碱性蛋白质和RNA组成，含有少量DNA。 SC形成合线期，成熟于粗线期，消失于双线期。在细线期/合线期加入DNA合成抑制剂，则抑制SC形成。 同源染色体联会时的交换和交叉 u 在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，随着双线期的进行，交叉开始远离着丝粒，并逐渐向染色体臂的端部移动，称为交叉端化(tenninalization)。 2 . 中期I 3 . 后期I：同源染色体随机分向两极，染色体重组，人类染色体重组概率有223个。 4 . 末期I 5 . 减数分裂间期。 （二）减数分裂II 可分为前、中、后、末四个四期，与有丝分裂相似。 一个精母细胞形成4个精子；一个卵母细胞形成一个卵子及2-3个极体。 减数分裂与有丝分裂的比较减数分裂与有丝分裂的比较减数分裂与有丝分裂的比较 共同点：减数分裂与有丝分裂的都是通过纺锤体同染色体的相互作用进行细胞的分裂。差异：有丝分裂是体细胞的分裂方式，减数分裂主要是细胞产 生配子的过程。有丝分裂是一次细胞周期, DNA复制一次, 分裂一次, 染色体由2n2n;减