细胞的分裂和细胞周期

细胞的分裂和细胞周期第一页，共九十九页，2022年，8月28日

学习目的与要求掌握细胞分裂的定义及主要方式。掌握有丝分裂的过程及各期特点。掌握第一次减数分裂各阶段的特征。掌握细胞周期、细胞周期蛋白、细胞周期蛋白依赖激酶的概念。掌握细胞周期蛋白与细胞周期蛋白依赖激酶的复合物对细胞周期的调控作用。了解细胞周期异常与疾病的关系。CellDivisionandCellCycle第二页，共九十九页，2022年，8月28日细胞分裂概述细胞分裂（celldivision）：是细胞生命活动的重要特征之一，是一个亲代细胞形成两个子代细胞的过程。通过细胞分裂，亲代细胞的遗传物质和某些细胞组分可以相对均等地分配到两个子代细胞中，有效地保证了生物遗传的稳定性。受精卵分裂分化组织、器官新个体成体细胞分裂自我更新、创伤修复CellDivisionandCellCycle第三页，共九十九页，2022年，8月28日

细胞周期（cellcycle）：细胞从一次有丝分裂结束开始，到下一次有丝分裂结束为止所经历的全过程。第四页，共九十九页，2022年，8月28日第一节细胞分裂细胞增殖的方式无丝分裂（直接分裂）有丝分裂（间接分裂）减数分裂第五页，共九十九页，2022年，8月28日一、有丝分裂有丝分裂：也称间接分裂（indirectdivision），是高等真核生物细胞分裂的主要方式。在有丝分裂过程中，细胞核发生一系列复杂的变化（DNA复制、染色体组装等），细胞通过形成有丝分裂器，将遗传物质平均分配到两个子代细胞中，保证了细胞在遗传上的稳定性。有丝分裂是一个连续的动态变化过程时间：0.5－2h。CellDivisionandCellCycle第六页，共九十九页，2022年，8月28日有丝分裂Mitosis前期中期后期末期间期

Interphase

cellcycle一.有丝分裂mitosis（间接分裂）第七页，共九十九页，2022年，8月28日一、有丝分裂分期前期中期后期末期CellDivisionandCellCycle第八页，共九十九页，2022年，8月28日前期（一）分裂前期核内染色质开始凝集1)染色质凝集2)分裂极确定3)核仁缩小解体，核膜解体。4)纺锤体形成。第九页，共九十九页，2022年，8月28日1）染色质凝集：逐渐凝集成棒状或杆状的染色体，包含两条由着丝粒连接的染色单体，着丝粒两侧附着的是多种蛋白质组成的复合结构，即动粒：第十页，共九十九页，2022年，8月28日前期2）分裂极确定已经完成复制的两个中心体开始沿核膜外围分别向细胞的两极移动。中心体是细胞的微管组织中心之一，其周围放射状分布着大量微管，被合称为星体。第十一页，共九十九页，2022年，8月28日3)核仁缩小解体，核膜解体在前期末，因核纤层蛋白发生磷酸化，致使核纤层降解，随之核膜破裂，形成许多断片及小泡，分散于胞质中。第十二页，共九十九页，2022年，8月28日前期核膜的变化CellDivisionandCellCycle第十三页，共九十九页，2022年，8月28日4)纺锤体形成

出现于前期末，对细胞分裂及染色体分离有重要作用的临时性细胞器。由星体微管、动粒微管(kinetochoremicrotubule)和重叠微管纵向排列构成纺锤样。第十四页，共九十九页，2022年，8月28日星体微管：围绕中心粒向四周辐射的微管。起主导作用，逐渐构成其他类型的纺锤体微管。动粒微管：极→染色体动粒重叠微管（极间微管）：极→极

第十五页，共九十九页，2022年，8月28日中心粒星体微管中心体极间微管横桥动粒微管动粒第十六页，共九十九页，2022年，8月28日极微管CellDivisionandCellCycle第十七页，共九十九页，2022年，8月28日赤道板

进入前期末时

,随着动粒微管不断的牵引，染色体发生剧烈地震荡和摇摆运动．逐渐移向细胞中央的赤道面，此即染色体列队。第十八页，共九十九页，2022年，8月28日赤道板中期（二）分裂中期的细胞赤道面上排列着高度凝集的染色体由染色体、星体、中心粒及纺锤体所组成的结构被称为有丝分裂器(mitoticapparatus)。染色体高度凝集特别适合于进行染色体数目、结构等细胞遗传学的研究。第十九页，共九十九页，2022年，8月28日后期（三）分裂后期完成姐妹染色单体分离

主要特征是染色体两姐妹染色单体分离并移向细胞的两极。第二十页，共九十九页，2022年，8月28日后期A：动粒微管的微管蛋白发生去组装，长度不断缩短，

带动染色体的动粒向两极移动。后期B：纺锤体拉长，两极间的距离增加，染色体向两极运动。CellDivisionandCellCycle第二十一页，共九十九页，2022年，8月28日（四）分裂末期的细胞核重新组装并完成核分裂特点是:子代细胞的核形成与胞质分裂。染色体上的组蛋白H1发生去磷酸化，开始解旋，细长的染色质纤维重新出现，RNA合成恢复，核仁重新形成。核纤层蛋白去磷酸化，核膜重建。第二十二页，共九十九页，2022年，8月28日contractilering缢缩环

后期末或末期初，在中部质膜的下方，出现了由大量肌动蛋白和肌球蛋白聚集形成的环状结构，即收缩环。残存的微管及一些囊泡聚集于细胞中部，所形成的环型致密层称为中体。第二十三页，共九十九页，2022年，8月28日

通过核分裂及胞质分裂两个过程，借助于细胞骨架的重排，有丝分裂的细胞实现了染色体及胞质在子代细胞中的均等分配。蛋白质磷酸化与去磷酸化是有丝分裂中染色质凝集与去凝集、核膜解聚与重建等变化产生的分子基础。第二十四页，共九十九页，2022年，8月28日封闭式有丝分裂：许多单细胞生物，如酵母、粘菌等，在其细胞分裂整个过程中，细胞核膜均保持完整，纺锤体形成及染色体分离均发生于核膜内，纺锤体两极附着在核膜上。而在大多数植物和动物中，细胞进行的是一种开放式有丝分裂。第二十五页，共九十九页，2022年，8月28日间期核膜核仁染色质中心粒前期中期后期末期赤道板收缩环造成的分裂沟动物细胞的有丝分裂有丝分裂过程第二十六页，共九十九页，2022年，8月28日间期前期中期后期末期植物细胞的有丝分裂第二十七页，共九十九页，2022年，8月28日第二十八页，共九十九页，2022年，8月28日第二十九页，共九十九页，2022年，8月28日二.减数分裂meiosis

减数分裂：是有性生殖个体的生殖细胞在形成过程中所进行的特殊分裂方式。细胞连续分裂两次，DNA只复制一次，结果产生染色体数目减半的生殖细胞（配子：精子或卵子）。第三十页，共九十九页，2022年，8月28日1.保持遗传性状的相对稳定。

2n(46)→n(23)2.是遗传三大规律的细胞学基础。3.是人类复杂的遗传和变异的基础之一。配子种类：223＝8388608受精卵种类：223×223＝70368744177664减数分裂的生物学意义第三十一页，共九十九页，2022年，8月28日减数分裂第一次减数分裂第二次减数分裂前期中期后期末期前期中期后期末期细线期偶线期粗线期双线期终变期短暂间期第三十二页，共九十九页，2022年，8月28日(一)第一次减数分裂进程中细胞内发生复杂的生化和形态变化1.前期I主要特征：持续时间长，从数周到数十年不等；胞核显著增大；染色质凝集；染色体配对；片段交换。第三十三页，共九十九页，2022年，8月28日(一)第一次减数分裂进程中细胞内发生复杂的生化和形态变化1、前期I（1）细线期：也称为染色质凝集期。特点：在间期已经完成复制的染色质开始凝集和同源染色体配对。

第三十四页，共九十九页，2022年，8月28日前期I(细线期)

光镜下染色体仍呈单条细线状，染色单体的臂未完全分离，可能与染色体上某些DNA片段的复制尚未完成有关。第三十五页，共九十九页，2022年，8月28日（2）偶线期特点：同源染色体配对----联会(synapsis)，二价体形成。因其共有四条染色单体，又被称为四分体。第三十六页，共九十九页，2022年，8月28日

大小形态相同、结构相似、一条来自父亲一条来自母亲，上面载有等位基因的一对染色体(2n).同源染色体Homologouschromosome：第三十七页，共九十九页，2022年，8月28日

联会复合体的成分主要为蛋白质。还包括DNA、RNA等。侧生组分中央成分重组节姐妹染色单体1,2姐妹染色单体3,4第三十八页，共九十九页，2022年，8月28日

联会复合体是同源染色体配对过程中细胞临时生成的特殊结构，其装配最早发生于细线期，在偶线期完成。偶线期细胞中存在0.3％的DNA合成，称为Z-DNA，如抑制其合成，联会复合体的组装将受到阻止。联会复合体的意义：对于稳定二价体中同源染色体紧密的配对有关。第三十九页，共九十九页，2022年，8月28日

染色体进一步的凝集而缩短、变粗.（3）粗线期

联会复合体中央新出现一些椭圆形或球形，富含蛋白质及酶的重组小结，与染色体片段的重组直接相关。第四十页，共九十九页，2022年，8月28日

粗线期细胞不仅能合成减数分裂特有的组蛋白;

同时也可进行少量的DNA合成，该期所合成的DNA称为P-DNA，可在交换过程中DNA链的修复、连接等方面发挥作用。第四十一页，共九十九页，2022年，8月28日

联会复合体发生去组装，逐渐趋于消失。

紧密配对的同源染色体相互分离，仅在非姐妹染色单体之间的某些部位上，残留一些接触点，称为交叉(chiasma)。（4）双线期第四十二页，共九十九页，2022年，8月28日

交叉被认为是粗线期同源染色体交换的形态学证据。一般每个染色体至少有一个交叉，染色体较长，交叉也较多。人类平均每对染色体的交叉数为2～3个。交叉的分布与重组小结有关。重组小结与染色体交换的发生有关。第四十三页，共九十九页，2022年，8月28日

随着双线期的进行，交叉将逐渐远离着丝粒，称为交叉端化。二价体可呈现V、8、X、0等形状，这是此期的判断标志。在某些生物中，持续时间长是该期细胞的另一特点。人卵母细胞的双线期就可持续50年之久。第四十四页，共九十九页，2022年，8月28日同源染色体I的2条姐妹染色单体同源染色体II的2条姐妹染色单体同源染色体I的着丝点同源染色体II的着丝点

四分体结构显得非常清晰，较易被观察到：第四十五页，共九十九页，2022年，8月28日（5）终变期染色体高度凝集；交叉端化继续进行；核仁核膜消失第四十六页，共九十九页，2022年，8月28日间期前期I(细线期)前期I(偶线期)1.同源染色体联会2.二价体形成前期I(粗线期)前期I(双线期)1.联会复合体消失2.交叉端化3.四分体结构清晰前期I(终变期)第一次减数分裂第四十七页，共九十九页，2022年，8月28日2、中期I1）二价体（四分体）排列在细胞中央，形成赤道板。2）一侧纺锤体动粒微管只连接于同侧的动粒上。第四十八页，共九十九页，2022年，8月28日减数分裂中期Ⅰ染色体（A）与有丝分裂中期染色体（B）动粒微管连接方式比较CellDivisionandCellCycle第四十九页，共九十九页，2022年，8月28日3、后期I1）同源染色体分离。（四分体二分体）2）非同源染色体随机组合第五十页，共九十九页，2022年，8月28日4、末期I染色体解旋；核仁核膜重新出现；胞质分裂，子代细胞各含比亲代细胞(2n)少一半的染色体(n)。第五十一页，共九十九页，2022年，8月28日中期

I后期

I末期

I间期第五十二页，共九十九页，2022年，8月28日第一次减数分裂后出现短暂的间期，此时期不发生DNA合成，无染色体复制，细胞中染色体数目已经减半。某些生物第一次减数分裂结束后，可以不经过这一间期，直接进入第二次减数分裂。CellDivisionandCellCycle（二）第一次减数分裂后出现短暂的间期第五十三页，共九十九页，2022年，8月28日（三）第二次减数分裂与有丝分裂过程相似前期II中期II后期II1）姐妹染色单体分离（二分体单分体）2）非姐妹染色单体随机组合。末期II第五十四页，共九十九页，2022年，8月28日间期前期I(细线期)前期I(偶线期)前期I(粗线期)前期I(双线期)前期I(终变期)中期I后期I末期I间期前期II中期II后期II末期II第五十五页，共九十九页，2022年，8月28日第五十六页，共九十九页，2022年，8月28日第五十七页，共九十九页，2022年，8月28日减数分裂与有丝分裂的比较有丝分裂减数分裂发生范围体细胞生殖细胞分裂次数12分裂过程前期无染色体的配对、交换、重组有染色体的配对、交换、重组（前期Ⅰ）中期二分体排列于赤道面上，动粒微管与染色体的两个动粒相连四分体排列于赤道面上，动粒微管只与染色体的一个动粒相连（中期Ⅰ）后期染色单体移向细胞两极同源染色体分别移向细胞两极（后期Ⅰ）末期染色体数目不变染色体数目减半（末期Ⅰ）分裂结果子细胞染色体数目与分裂前相同，子细胞遗传物质与亲代细胞相同子细胞染色体数目比分裂前少一半，子细胞遗传物质与亲代细胞及子细胞之间均不相同持续时间一般为1-2h

较长，可为数月、数年、数十年CellDivisionandCellCycle第五十八页，共九十九页，2022年，8月28日三.无丝分裂amitosis（直接分裂）

无丝分裂：直接进行细胞核与细胞质的分裂方式。分裂过程中既无染色体、纺锤体的形成，也无核膜、核仁的解体。第五十九页，共九十九页，2022年，8月28日

无丝分裂在低等生物中较为常见。在高等生物的创伤、癌变及衰老的细胞中可观察到无丝分裂,在正常的上皮组织：疏松结缔组织、肌组织及肝脏等的细胞均可进行无丝分裂。第六十页，共九十九页，2022年，8月28日一、细胞周期的概念二、细胞周期的主要变化三、细胞周期的调控四、细胞周期调控中癌基因和抑癌基因的作用CellDivisionandCellCycle第二节细胞周期及其调控第六十一页，共九十九页，2022年，8月28日第二节细胞周期及其调控一.细胞周期的基本概念细胞从一次有丝分裂结束开始，到下一次有丝分裂结束为止所经历的全过程。第六十二页，共九十九页，2022年，8月28日间期分裂期S

期:G2

期:G1

期:前期中期后期末期第六十三页，共九十九页，2022年，8月28日G0期细胞周期中的细胞G1期G2期S期M期

在机体的不同发育阶段和不同种类的细胞中细胞周期持续时间差别很大。在高等生物中，一个细胞周期通常持续12～32h，分裂期所需时间较短。第六十四页，共九十九页，2022年，8月28日增殖周期中的细胞G1期G2期S期M期死亡无增殖力细胞G0期暂不增殖细胞

间期，尤其是G1期，是影响细胞周期时间的关键，G1期的时间长度与某些特殊的mRNA及蛋白质的积累相关。第六十五页，共九十九页，2022年，8月28日典型的人的体细胞的细胞周期时间是24小时G1期约11小时S期约8小时G2期4小时M期1小时CellDivisionandCellCycle第六十六页，共九十九页，2022年，8月28日哺乳动物细胞周期时间表细胞类型TCTG1TSTG2+M结肠上皮细胞25.09.014.02.0直肠上皮细胞48.033.010.05.0胃上皮细胞24.09.012.03.0骨髓细胞18.02.012.04.0十二指肠隐窝细胞10.42.27.01.2内釉质上皮细胞27.316.08.03.3淋巴细胞12.03.08.01.0肝细胞47.528.016.03.5精原细胞60.018.024.515.5+2.0小肠隐窝上皮13.14.66.91.0+0.7十二指肠上皮细胞10.31.37.51.5结肠上皮细胞19.09.08.02.0皮肤上皮细胞101.087.011.822.18乳腺上皮64.037.721.73+1.6人大鼠小鼠注：TC为细胞周期；TG1、TS、TG2+M分别为G1、S期、G2/M期的时间。

CellDivisionandCellCycle第六十七页，共九十九页，2022年，8月28日二.细胞周期的主要变化G1:

从有丝分裂完成到DNA合成之前。（一）G1期是DNA复制的准备期第六十八页，共九十九页，2022年，8月28日主要特点：细胞中进行着活跃的RNA及蛋白质合成（酶类、钙调蛋白、细胞周期蛋白等），细胞体积显著增大。

在G1期与S期之间有一个限制点（R点），G1期细胞一旦通过此点，便能完成随后的细胞周期进程。第六十九页，共九十九页，2022年，8月28日G1期另一个较为突出的特点：细胞中发生了多种蛋白质的磷酸化，如组蛋白、非组蛋白及某些蛋白激酶的磷酸化。

G1期细胞膜对物质的转运作用加强（营养物质、调控物质）。第七十页，共九十九页，2022年，8月28日S期：从DNA合成开始到DNA合成结束的全过程，是细胞增殖周期的关键阶段。特点：

DNA复制、组蛋白和非组蛋白的合成。通常，早复制的多为GC含量较高的DNA序列。而晚复制的DNA序列AT含量较高。（二）S期中完成DNA复制第七十一页，共九十九页，2022年，8月28日

常染色质的复制在先，异染色质复制在后。组蛋白的合成与DNA复制是同步进行、相互依存的。新合成的组蛋白迅速进入胞核，与已复制的DNA结合，组装成核小体。中心粒的复制完成于S期。第七十二页，共九十九页，2022年，8月28日G2期:从DNA复制完成到有丝分裂开始前的时期。此期细胞中大量合成RNA、ATP及一些与M期结构功能相关的蛋白质，如微管蛋白。另外，对核膜破裂、染色体凝集有重要作用的成熟促进因子也是在G2期合成的。（三）G2期是细胞分裂的准备期第七十三页，共九十九页，2022年，8月28日

染色质螺旋化变为染色体，并均匀分配到两个子细胞的过程。同时伴有核的一系列变化和胞质分裂。（四）M期中细胞进行分裂第七十四页，共九十九页，2022年，8月28日（一）细胞周期蛋白与细胞周期蛋白依赖激酶构成细胞周期调控系统的核心三、细胞周期的调控细胞周期蛋白细胞周期蛋白依赖激酶细胞周期调控系统的核心

第七十五页，共九十九页，2022年，8月28日1、细胞周期蛋白（1）定义细胞周期蛋白(cyclin)是真核细胞中的一类蛋白质，它们能随细胞周期进程周期性地出现及消失。真核生物的细胞周期蛋白，由一个相关基因家族编码。种类多达数十种，哺乳动物的周期蛋白包括cyclinA～H几大类。第七十六页，共九十九页，2022年，8月28日⑵种类哺乳动物：cyclinA～H。G1期周期蛋白：cyclinC、D、E

；

G1/S周期蛋白：cyclinD；

S期周期蛋白：cyclinA；

M期周期蛋白：cyclinB。酵母：Cln、Clb、Cig。CellDivisionandCellCycle第七十七页，共九十九页，2022年，8月28日cyclinC、D、E，其表达仅限于G1期，又称G1期蛋白。

cyclinA又称S期周期蛋白。

cyclinB的表达开始于S期，在G2／M时达到高峰，随着M期的结束而被降解、消失。第七十八页，共九十九页，2022年，8月28日（3）分子特点a.细胞周期蛋白框：不同的周期蛋白在分子结构上存在共同的特点，均含有一段由100个左右氨基酸残基组成的保守序列，介导cyclin与周期蛋白依赖性激酶形成复合物，参与细胞周期的调节。b.破坏框：S期及M期cyclin分子近N端存在的一段由9个氨基酸残基构成的特殊序列，可在中期以后cyclinA、B的快速降解中发挥作用。c.PEST序列：G1期cyclin分子结构不具破坏框，但C末端存在一段PEST序列，可介导其发生降解。CellDivisionandCellCycle第七十九页，共九十九页，2022年，8月28日CellDivisionandCellCycle第八十页，共九十九页，2022年，8月28日2、细胞周期蛋白依赖性激酶Cdk

为一类必须与细胞周期蛋白结合后才具有激酶活性的蛋白激酶。现已被鉴定的有Cdkl～8。通过结合特定的周期蛋白，使相应的蛋白质磷酸化，由此引发或控制细胞周期的一些主要事件。第八十一页，共九十九页，2022年，8月28日

细胞周期中一些主要的Cdk与cyclin的结合关系及作用特点Cdk类型结合的cyclin主要作用时期作用特点Cdk1cyclinAG2促进G2期向M期转换cyclinBG2

、M磷酸化多种与有丝分裂相关的蛋白，促进G2期向M期转换Cdk2cyclinAS能启动S期的DNA的复制，并阻止已复制的DNA再发生复制cyclinEG1晚期使晚G1期细胞跨越限制点向S期发生转换Cdk3?G1Cdk4cyclinD(D1\D2\D3)G1中、晚期使晚G1期细胞跨越限制点向S期发生转换Cdk5?G0？

Cdk6cyclinD(D1\D2\D3)G1中、晚期使晚G1期细胞跨越限制点向S期发生转换CellDivisionandCellCycle第八十二页，共九十九页，2022年，8月28日3.cyclin-Cdk的调控作用cyclin-Cdk复合物是细胞周期调控体系的核心，其周期性的形成及降解，引发了细胞周期进程中特定事件的出现，并促成了G1期向S期、G2期向M期、中期向后期等关键过程不可逆的转换。CellDivisionandCellCycle第八十三页，共九十九页，2022年，8月28日3.cyclin-Cdk的调控作用CellDivisionandCellCycle第八十四页，共九十九页，2022年，8月28日3、cyclin-Cdk的调控作用（1）G1期中cyclin-Cdk复合物的作用：使G1晚期的细胞跨越限制点，向S期发生转换。（2）S期中cyclin-Cdk复合物的作用：启动DNA的复制，并阻止已复制的DNA再发生复制。第八十五页，共九十九页，2022年，8月28日（3）G2/M期转换中cyclin-Cdk复合物的作用：该复合物又被称为成熟促进因子(maturationpromotingfactor，MPF)，能促进M期启动的调控因子。（4）M期中cyclin-Cdk复合物的作用：

MPF与染色体的凝集直接相关；使核纤层蛋白磷酸化，核膜解体。第八十六页，共九十九页，2022年，8月28日

（二）细胞周期检测点监控细胞周期的运行细胞中存在着一系列监控系统，可对细胞周期发生的重要事件及出现的故障加以检测。故障修复后，才允许细胞周期进一步运行，该监控系统即为检测点(checkpoint)。第八十七页，共九十九页，2022年，8月28日G11、未复制DNA检测点2、纺锤体组装检测点3、染色体分离检测点4、DNA损伤检测点M4G2S12344第八十八页，共九十九页，2022年，8月28日(二)细胞周期检测点监控细胞周期的运行CellDivisionandCellCycle第八十九页，共九十九页，2022年，8月28日检测点类型作用特点与作用相关的主要蛋白质未复制DNA检测点监控DNA复制，决定细胞是否进入M期ATR、Chl1、Cdc25、cyclinA/B-Cdk1纺锤体组装检测点监控纺锤体组装，决定细胞是否进入后期Mad2、APC、securin染色体分离检测点监控后期末子代染色体在细胞中的位置，决定细胞是否进入末期及发生胞质分裂Tem1、Cdc14、M期cyclinDNA损伤检测点监控