生物细胞学课件文字版：第13章细胞周期与细胞分裂

1、第十三章细胞周期与细胞分裂 2012细胞增殖是生命的基本特征，种族繁衍、个体发育、机体修复等都离不开细胞增殖。 初生婴儿有1012个细胞，成人1014个，约200种类型； 成人体内每秒钟有数百万新细胞产生，以补偿衰老和死亡的细胞； 1个大肠杆菌若按20分钟分裂一次的速度保持下去，则两天即可超过地球的重量。研究细胞周期的意义：1、理论意义：认识细胞生长和细胞增殖规律；2、肿瘤治疗: 通过任何方法将细胞周期停滞在任何一点,即可抑制或杀死肿瘤细胞；3、普通疾病和遗传疾病治疗: 针对已知病因进行特殊治疗,即可达到治疗疾病的目的本章内容第一节 细胞周期第二节 细胞分裂第一节 细胞周期 2012一、细胞周

2、期（cell cycle） 1、定义：从一次细胞分裂结束开始，经过物质积累，直到下一次细胞分裂结束为止。2、细胞周期的划分：G1期、S期、G2期、M期G1期：决定了细胞周期时间长短；S期G2期 总时间相对恒定M期3、细胞增殖行为的分类：周期中细胞（cycling cell）：细胞持续分裂，如上皮组织的基底层细胞；静止期细胞（quiescent cell）： 又称G0期细胞。细胞暂时停止分裂，执行一定的生理功能。如结缔组织中的成纤维细胞。多发生于G1期 。终末分化细胞：终生不再分裂。二、细胞周期中各个不同时相及其主要事件1、G1期（1）起始：子细胞生成标志其开始，是一个细胞周期的第一阶段。（2）

3、事件： 合成细胞生长所需要的各种蛋白质、糖类、脂质等，但不合成DNA； 限制点（检验点、检测点； 酵母中称“起始点”） 定义： G1晚期中的一个基本事件，迈向S期的条件 影响限制点的因素： a、外在因素：营养供给、相关激素刺激； b、内在因素：细胞分裂周期基因（cdc基因） 产物的调控。2、S期DNA合成期（1）起始：开始合成DNA（2）事件： DNA半保留复制； 组蛋白合成； 新合成的DNA立即与组蛋白结合； 受到多种细胞周期调节因素的调控。3、G2期（1）起始： DNA复制完成后；（2）事件： DNA、结构物质和亚细胞结构完成必要准备； G2检测点检测DNA复制情况、细胞体积、环境因素等。

4、4、M期细胞分裂期形式：有丝分裂体细胞mitosis减数分裂生殖细胞meiosis结果：遗传物质平均分配到两个子细胞中去。三、细胞周期同步化细胞周期的测量脉冲标记法DNA复制流式细胞仪测定法流式细胞分选仪测定法流式细胞仪的工作原理利用流式细胞分选仪测定细胞周期细胞周期同步化细胞同步化(synchronization)是指在自然发生的、或经人为处理，使细胞群体的细胞周期一致。（1）自然同步化多核体：如：粘菌、疟原虫。某些水生动物的受精卵：如海胆、海参、两栖类。增殖抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠孢子移入适宜环境后，它们一起发芽，同步分裂。（2）人工同步化人为地将处于不同时期的细胞分离开来。振荡

5、 ？密度梯度离心药物诱导： DNA合成阻断法 分裂中期阻断法 条件依赖性突变株a、DNA合成阻断法药物：TdR(胸腺嘧啶脱氧核苷)和羟基脲（HU）原理：无/低毒DNA合成抑制剂，加入、洗脱两次，可以使细胞在G1/S交界处同步；优点：同步化效率高，几乎适合所有体外培养的细胞系。b、分裂中期阻断法药物：秋水仙素、秋水仙胺、nocodazole原理：微管合成抑制剂，将细胞阻断在分裂中期；优点：操作简便，效率高，缺点：毒性大c、条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用转移到限制条件下培养，细胞被同步化在某一特定时期。四、特殊的细胞周期1、早期胚胎细胞的细胞周期存在阶段：受精卵卵裂过程特点：卵裂球体积不

6、变，细胞数目增加； 卵裂时间大大短于体细胞周期时间； G1和G2期非常短； 细胞周期调控因子和调节机制与体细 胞基本一致。 2、植物细胞的细胞周期 同样含有G1、S、G2和M 四个时期； 不含有中心体； 以中间板进行胞质分裂。3、酵母细胞的细胞周期（自学）4、细菌的细胞周期（自学）第二节、有丝分裂（动物细胞）一、有丝分裂 G1 间期 S G2细胞周期 前期 中期 M期 后期 末期 胞质分裂期（一）有丝分裂重要事件及结构装置1、前期（prophase）主要事件：染色体凝缩（condensation）、分裂极确定、核仁解体、核膜消失。（1）染色质螺旋化、折叠和包装；（2）中心体的活动： 每个中心体

7、由两个相互垂直排列的中 心粒构成，在S期，每个中心粒端部外 侧新生一个中心粒，与旧中心粒垂直 排列。 在前期，两对中心粒分别移向细胞的两极。间期细胞一般包含一个中心体，由一对中心粒组成；中心体在G1末开始复制，S期复制完成，但不分离，G2期，两个中心体开始分离，移向细胞的两极，并参与纺锤体形成。 2、前中期prometaphase （前期末） （1）核膜消失：核纤层蛋白发生磷酸化，网络解组，导致核膜破碎。核纤层蛋白A和C成为可溶性，B附着在核膜碎片上，以小泡形式分散在细胞质中。 （2）纺锤体开始装配：星体微管向核内伸入，形成动粒微管和极微管。 （3）核仁解体：rRNA转录停止，核糖体亚单位转移

8、至细胞质基质，伸入核仁区的染色体NORs区螺旋化，核仁消失。由微管和微管结合蛋白组成，状如纺锤；包括动粒微管、极性微管和星体微管；中心体的分离：KRPs和细胞质动力蛋白共同作用的结果。染色体整列（chromosome alignment）染色体向赤道板运动的过程微管和动粒的结合 在前期，Mad蛋白和Bub蛋白位于染色体的动粒上，促使动粒敏化并与微管接触。微管一旦结合动粒，两种蛋白（Mad2、Bub1）随即消失。 未与微管结合的动粒会产生抑制信号，阻止下一阶段的出现。染色体整列牵拉（pull）假说和外推（push）假说： 3、中期（metaphase）主要事件：所有染色体排列到赤道板（equat

9、orial plate）染色体整列 / 染色体中板聚合（chromosome alignment / congression）4、后期（anaphase）主要事件：染色体着丝粒区纵向断裂，姊妹染色单体趋向两极。后期A和后期B两个阶段。着丝粒区域在在S期已经奠定了断裂分离的结构基础，在后期，细胞质中Ca2+浓度倍增，诱导该区域的联结蛋白解体而出现断裂分离。染色体分离染色单体分离并向细胞两极运动的机制后期A和后期B阶段假说：后期A ： 动粒微管的动粒端解聚造成微管变短； 染色单体逐渐拉向两极； 姊妹染色单体的聚集（补充）复制后的姊妹染色单体通过黏粒（cohesin）分子聚集在一起，直到染色体相互分

10、离。分裂期，破坏黏粒分子，姊妹染色分开。图 1122后期B，移动素类蛋白（KRPs）与极性微管重叠区结合并“搭桥”，通过向微管正极行走，促使极性微管相互滑动，两极之间距离变长。 胞质动力蛋白（dynein）在星体微管和细胞膜之间搭桥，并向星体微管负极移动，进一步将两极之间的距离拉长。5、末期（telophase）主要事件：染色单体到达两极，子核形成，核膜、核仁重新装配。6、胞质分裂（cytokinesis）主要事件：赤道板附近细胞表面下陷，形成环形的分裂沟（furrow）。分裂沟逐渐加深，直到两个子细胞完全分开。三、减数分裂（meiosis）412概述：定义：特殊形式的有丝分裂，发生于有性生殖

11、细胞形成过程中。 DNA复制一次，而细胞进行两次分裂，最终产生染色体组数目减半的配子。两次分裂称为减数分裂和减数分裂；基本特点：染色体组数目减半；发生遗传重组（一）减数分裂前间期 413（premeiotic interphase）特点：可以划分为G1、S、G2期； S期持续时间长，DNA仅复制总量的99.7%99.9%；L蛋白的阻止作用；细胞核大于体细胞核，染色质多凝集成异染色质不同物种中G2期长短不一。（二）减数分裂过程 前期 中期 后期 末期 胞质分裂期 间期无DNA的合成 前期 中期 后期 末期 胞质分裂期1、减数分裂期（meiosis ）（1）前期（prophase ）主要事件：染色

12、体配对和基因重组；特 点：持续时间长，可达数周/月/年；阶段划分： 细线期 偶线期 粗线期 双线期 终变期细线期（leptoenen）415前期的开始阶段，染色体凝集，但两条染色体臂不分离，呈单细线状；细线状染色体上出现颗粒状结构染色粒（chromomere）；端粒通过接触斑与核膜相连（有的物种中染色体状如花束）花束期。偶线期（zygotene）（配对期）联会（synapsis）：同源染色体配对（pairing），形成二价体（bivalent）；联会起始于端粒接触斑（或者几个点），并向其他部位延伸，形成联会复合体（synaptonemal complex,SC）；合成细线期未合成的约0.3%的

13、DNAzygDNA；此外，zygDNA转录生成zygRNA，与配对有关。粗线期（pachytene） 416起始于联会完成后；染色体进一步浓缩，与核膜保持接触；该时期可持续几天到几个星期；同源染色体间发生等位基因之间部分DNA片段的交换和重组，产生新的等位基因的组合；同源染色体间出现蛋白质结构重组结；合成一部分DNAPDNA，编码一些与DNA点切和修复有关的酶。合成减数分裂专有的组蛋白，部分/全部置换体细胞类型的组蛋白。卵母细胞中，还发生rRNA的转录依旧能见到核仁；FISH resolution双线期（diplotene）417重组结束，同源染色体开始分离，仅通过交叉（crossover）相互联系；染色体发生不同程度的去凝集，有的物种中形成巨大的灯刷染色体，进行活跃的转录；双线期在不同物种中持续时间长短不一（数月数十年）终变期（diakinesis）418染色体重新凝集，形成短棒状；交叉部位移向臂的端部端化（terminalization）；终变期的结束标志着前期的完成。（三）减数分裂过程的特殊结构及其变化 4191、性染色体的配对和分离XX染色体的配对、分离与常染色体相同；XY染色体：在中期也会排列在赤道板上，随后分别移向细胞的两极；XO染色体：在第一次减数分裂，X移向一极，结果产生1个含有X的细胞和1个不含X的细胞2、联会复合体和基因重组联会