细胞增殖与细胞周期

关于细胞增殖与细胞周期第1页，课件共98页，创作于2023年2月细胞分裂第2页，课件共98页，创作于2023年2月细胞分裂的类型

无丝分裂(amitosis)有丝分裂(mitosis)减数分裂(meiosis)第3页，课件共98页，创作于2023年2月无丝分裂又称直接分裂，由R.Remark（1841）首次发现于鸡胚血细胞。表现为细胞核伸长，从中部缢缩，然后细胞质分裂，其间不涉及纺锤体形成及染色体变化。无丝分裂可存在原核生物及高等动植物(植物的胚乳细胞、动物的胎膜，间充组织及肌肉细胞等)。第4页，课件共98页，创作于2023年2月无丝分裂第5页，课件共98页，创作于2023年2月有丝分裂

真核生物细胞分裂的基本形式,也称间接分裂。特点:1,出现由许多纺锤丝构成的纺锤体，

2,染色质集缩成棒状的染色体,

3,分裂中期形成临时性细胞结构：有丝分裂器

4,子染色体被平均分配到子细胞，

5,该分裂方式普遍见于高等动植物。

第6页，课件共98页，创作于2023年2月有丝分裂分期为了便于描述,人为地划分为六个时期：①间期（interphase）；②前期(prophase)；③前中期(premetaphase)；④中期(metaphase)；⑤后期(anaphase)；⑥末期(telophase)。

其中间期包括G1期、S期和G2期，主要进行DNA复制、中心体复制、细胞体积增大等准备工作。第7页，课件共98页，创作于2023年2月前期①染色质凝缩②分裂极确立与纺锤体开始形成:分裂极的确立即细胞分裂方向的确定，由纺锤体形成的方向决定，与中心粒（centriole）的活性有关③核仁解体④核膜消失第8页，课件共98页，创作于2023年2月第9页，课件共98页，创作于2023年2月Twocentrosomes,andtheirformingradialarraysofastralmicrotubules

separatingonthesurfaceofanearlyprophasenewtlungcellnucleus.第10页，课件共98页，创作于2023年2月中心粒与中心体中心粒在细胞周期中ＤＮＡ合成期（S期）已完成复制，在前期移向两极，两对中心粒之间形成纺锤体微管，核膜解体时，中心粒已到达两极，并形成纺锤体；中心粒由9组3联微管构成；两个相互垂直的中心粒构成中心体中心体（centrosome）周围是一些无定形或纤维形、高电子密度的物质，叫做外中心粒物质（PCM，pericentriolarmaterial）第11页，课件共98页，创作于2023年2月外中心粒物质中心体结构模型

第12页，课件共98页，创作于2023年2月前中期

核膜解体到染色体排列到赤道面(equatorialplane)上

第13页，课件共98页，创作于2023年2月中期

1.染色体排列到赤道面上；

2.纺锤体＋中心粒＋染色体－－有丝分裂器（临时性细胞结构）

第14页，课件共98页，创作于2023年2月有丝分裂器第15页，课件共98页，创作于2023年2月纺锤体微管纺锤体的三种微管结构：

–①极体微管（polarmt）两极间的微管，在纺锤体中部重叠，重叠部位结合有分子马达。

–②着丝点微管（kinetochoremt）:与染色质的着丝粒相连,是从着丝点到另一极的微管；

–③星体微管（astralmt），由中心粒放射出来的微管。第16页，课件共98页，创作于2023年2月纺锤体微管星体微管着丝点微管极体微管第17页，课件共98页，创作于2023年2月着丝粒(centromere)位于染色体主缢痕的染色质部位（大多数为异染色质）；染色体中的一部分特异的核苷酸顺序；DNA顺序是高度重复的,富含A—T碱基；其上有特异的着丝点蛋白与之相结合；有丝分裂中期以前,两条染色单体靠着丝粒相连,后期开始时,着丝粒的分离－－两条姐妹染色单体分开。第18页，课件共98页，创作于2023年2月着丝粒-动粒复合体纺锤丝微管束通过两个三层盘状结构,即动粒(Kinetochore)与着丝粒染色质相结合动粒内层紧贴着丝粒异染色质,外层主要与微管束相联由着丝粒和动粒共同组成的功能单位称着丝粒-动粒复合体(Centromere-kinetochorecomplex,CKC).第19页，课件共98页，创作于2023年2月着丝粒-动粒复合体结构

动粒结构域

中心结构域

配对结构域

卫星DNA染色单体１染色单体２马达蛋白

马达蛋白

动粒动粒第20页，课件共98页，创作于2023年2月后期

姊妹染色体单体分开并移向两极第21页，课件共98页，创作于2023年2月末期

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。第22页，课件共98页，创作于2023年2月末期子核的形成与胞质分裂

末期子核的形成，经历了染色体解聚缩，核仁出现和核膜重新形成。核分裂与胞质分裂（cytokinesis）是相继发生的，属于两个分离的过程.细胞的胞质分裂是通过胞质收缩环的收缩实现;收缩环处于细胞质的周边,由微丝(大量平行排列的肌动蛋白)组成.第23页，课件共98页，创作于2023年2月第24页，课件共98页，创作于2023年2月有丝分裂期细胞发生分裂障碍

有丝分裂期细胞发生分裂障碍有生理和病理两种情况:

病理状态下分裂障碍的细胞有可能触发有丝分裂危象(mitoticcatastrophe);有丝分裂危象是由异常的有丝分裂所导致的细胞死亡的一种形式，细胞可呈多倍体、非整倍体，可出现多核（奇数核）、巨核，胞浆移动障碍，额外的中心体及微核形成等.

生理状态的分裂障碍大多为胞质分裂滞后或无胞质分裂.如大多数昆虫的卵，核可进行多次分裂而无胞质分裂，某些藻类的多核细胞可长达数尺，以后胞质才分裂形成单核细胞。另外,许多真核生物的血细胞也有上述特点.第25页，课件共98页，创作于2023年2月减数分裂（Meiosis）特点：DNA复制一次，细胞连续分裂两次，形成单倍体的精子和卵子，通过受精作用又恢复二倍体分裂过程中同源染色体间发生交换，使配子的遗传多样化，增加了后代的适应性，是保证生物物种染色体数目稳定的机制，也是物种适应环境变化不断进化的机制。第26页，课件共98页，创作于2023年2月减数分裂前期I减数分裂的特殊过程主要发生在前期I该期人为划分为5个时期：①细线期（leptotene）②偶线期（zygotene）③粗线期（pachytene）④双线期（diplotene）⑤终变期（diakinesis）

第27页，课件共98页，创作于2023年2月细线期染色体呈细线状，持续时间最长，占减数分裂周期的40%。细线期虽然染色体已经复制，但光镜下分辨不出两条染色单体。第28页，课件共98页，创作于2023年2月偶线期同源染色体配对的时期，这种配对称为联会(synapsis)；这一时期同源染色体间形成联会复合体(synaptonemalcomplex，SC)；在光镜下可以看到两条结合在一起的染色体，称为二价体（bivalent）；每一对同源染色体都经过复制，含四个染色单体，所以又称为四分体（tetrad）。

第29页，课件共98页，创作于2023年2月偶线期图联会复合体联会复合体第30页，课件共98页，创作于2023年2月联会复合体（SC）

由两条同源染色体沿纵轴形成，外观呈梯子状；能够帮助交换的完成：粗线期SC上有重组节（与SC宽度相近，为电子致密球状小体），是交换发生（DNA重组）的部位；主要由碱性蛋白质和RNA组成，并含有少量DNA；形成于偶线期，成熟于粗线期，消失于双线期．第31页，课件共98页，创作于2023年2月联会复合体姐妹染色单体１和２（父本的）姐妹染色单体１和２（母本的）中央成分侧体第32页，课件共98页，创作于2023年2月粗线期染色体变短，结合紧密，光镜下只在局部可以区分同源染色体，同源染色体的非姊妹染色单体之间存在交叉（片断交换）；联会复合体上的重组节与DNA的重组有关。第33页，课件共98页，创作于2023年2月粗线期图第34页，课件共98页，创作于2023年2月双线期联会的同源染色体相互排斥、开始分离，但在交叉点(chiasma)上还保持着联系－交叉端化(terminalization)联会复合体开始消失

二价体（四分体）第35页，课件共98页，创作于2023年2月终变期二价体显著变短，并向核周边移动，在核内均匀散开；交叉端化过程发展－交叉数目减少，多只有一～二个交叉；核仁开始消失；核被膜解体。

第36页，课件共98页，创作于2023年2月减数分裂分期中期I后期I

–二价体的两条同源染色体分开，分别向两极移动

–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2的23次方个末期I减数分裂间期减数分裂II

分为前、中、后、末四个四期，与有丝分裂相似结果：一个精母细胞形成4个精子；一个卵母细胞形成１个卵子及2-3个极体。第37页，课件共98页，创作于2023年2月减数分裂模式图一第38页，课件共98页，创作于2023年2月减数分裂模式图二减数分裂前的细胞父本的母本的染色单体

联会第39页，课件共98页，创作于2023年2月减数分裂后ＤＮＡ重组模式第40页，课件共98页，创作于2023年2月Chromosomerecombination１

Minimumnumberofgametetypes=2n,Inhumans,n=23

第41页，课件共98页，创作于2023年2月Chromosomerecombination２

第42页，课件共98页，创作于2023年2月有丝分裂与减数分裂的比较

减数分裂前期有同源染色体配对（联会）；减数分裂遗传物质交换（非姐妹染色单体片段交换）；减数分裂中期后染色体独立分离，而有丝分裂则着丝点裂开后均衡分向两极；减数分裂完成后染色体数减半；分裂中期着丝点在赤道板排列有差异：减数分裂中同源染色体的着丝点分别排列于赤道板两侧，而有丝分裂时则整齐地排列在赤道板上第43页，课件共98页，创作于2023年2月细胞周期第44页，课件共98页，创作于2023年2月2001年诺贝尔生理医学奖获奖者（从左至右）LelandHartwell、TimHunt和PaulNurse。2001的诺贝尔生理医学奖授予了3位研究细胞周期并取得卓越成就的科学家第45页，课件共98页，创作于2023年2月概念及分期

概念：由细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的过程。分期：

G1期(gap1)，指从有丝分裂完成到DNA复制之前的间隙时间。

S期(synthesisphase)，指DNA复制的时期。

G2期(gap2)，指DNA复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间。

M期又称D期(mitosisordivision)，细胞分裂开始到结束。第46页，课件共98页，创作于2023年2月EucaryoticCellCycle

第47页，课件共98页，创作于2023年2月G1期细胞生长期，主要进行RNA和蛋白质的生物合成,为S期的DNA合成做准备,特别是合成DNA的前身物质、DNA聚合酶和合成DNA所必不可少的其他酶系,以及储备能量；整个细胞周期中时间变化最大，各种细胞的周期时间的不同，其主要差别在于G1期长短不一

第48页，课件共98页，创作于2023年2月S期从G1期进入S期是细胞增殖的关键时刻，与S期激活因子(SPF)有关；S期最主要的特征是DNA的合成，进行DNA分子的复制，且其合成与组蛋白合成强度同步；DNA复制具有严格的程序性控制通常只要DNA的合成一开始,细胞增殖活动就会进行下去,直到分成两个子细胞第49页，课件共98页，创作于2023年2月G2期

G2期又称“有丝分裂准备期”,主要为后面的M期做准备；DNA的合成已终止,仍有RNA和蛋白质的合成,但其合成量逐渐减少:1.微管蛋白的合成,为M期纺锤体微管的组装提供原料

2.M期促进因子(MPF)的活化第50页，课件共98页，创作于2023年2月M期细胞周期中占时最短有丝分裂期是一个连续的过程；细胞有极明显的形态变化：

1.染色质浓缩成染色体

2.有丝分裂器形成

3.S期复制的两套DNA分子均分到两个子细胞中第51页，课件共98页，创作于2023年2月细胞周期室－cellcyclecompartment除了DNA含量变化的因素外，决定细胞周期过程的因素还应考虑：RNA及染色质凝集程度等根据上述因素（物质条件）的不同，处于G1、S、G2期的细胞均可以分别处于增殖活性、静止或分化等状态；例如RNA及触发蛋白的含量可决定G1期细胞是否能由G1A态进入G1B态（增殖活性状态），即是否能继续进行增殖Zynkiewicz在上述理论的基础上提出：细胞周期室的概念．第52页，课件共98页，创作于2023年2月细胞周期室G1DG0G1AG1B第53页，课件共98页，创作于2023年2月细胞周期调控–---

cyclins-CDKs-CKIs系统第54页，课件共98页，创作于2023年2月细胞周期的调控因子

cyclin:细胞周期蛋白，CDK：周期蛋白依赖性激酶,cyclin与CDK结合形成激酶复合体,cyclin为调节亚基,CDK为催化亚基CKI：CDK激酶抑制物,CDK的负调节因子，可使CDK失活第55页，课件共98页，创作于2023年2月细胞周期蛋白(cyclin)第56页，课件共98页，创作于2023年2月种类:高等动物的cyclin分为A1A2B1B2B3CD1D2D3E1E2FGH特点：（1）均含有一段相当保守的氨基酸序列---周期蛋白框（Cyclinbox）,介导周期蛋白与CDK结合。不同的周期蛋白框识别不同的CDK，组成不同的周期蛋白－CDK复合体，表现出不同CDK激酶活性。（2）M周期蛋白的分子结构含有另一特点，在近N端含有一段有9个氨基酸组成的特殊序列，成为破坏框（destructionboxRXXLGX1X1N（x代表可变性氨基酸））参与泛素介导的周期蛋白A和周期蛋白B的降解。（3）G1周期蛋白分子中不含破坏框，但其C端含有一段特殊的PEST序列（Pro-Glu-Ser-Thr,与其稳定性有关）第57页，课件共98页，创作于2023年2月细胞周期蛋白的降解盒与降解途径

第58页，课件共98页，创作于2023年2月蛋白酶体(Proteasome)的结构示意图第59页，课件共98页，创作于2023年2月CDK（cyclin—dependentkinase）

第60页，课件共98页，创作于2023年2月种类:

cdc2(CDK1)，CDK2，CDK3，CDK4…CDK8特点:(1)在整个细胞周期里，CDK的量保持在一个稳定的水平，但在单独存在时没有酶活性；(2)CDK只有与周期蛋白结合后才能发挥蛋白激酶的功能;(3)由于周期蛋白的合成与降解，导致CDK蛋白激酶活性在细胞周期各个时相内的转换。

第61页，课件共98页，创作于2023年2月不同类型的周期蛋白

激酶复合体脊椎动物第62页，课件共98页，创作于2023年2月cyclin－CDK对细胞周期进程的调控作用第63页，课件共98页，创作于2023年2月生长因子刺激细胞G1期cyclinD表达，与CDK4、CDK6结合下游的蛋白质如Rb磷酸化磷酸化的Rb释放出转录因子E2F促进许多基因的转录，如编码cyclinE、A和CDK1的基因

（一）第64页，课件共98页，创作于2023年2月CyclinD与CDK结合使Rb释放结合的转录因子E2F

第65页，课件共98页，创作于2023年2月（二）G1-S期，cyclinE与CDK2结合，促进细胞通过G1/S限制点而进入S期；细胞内注射CyclinE抗体能使细胞停滞于G1期－细胞进入S期需要CyclinE的参与；将CyclinA的抗体注射到胞内－能抑制细胞的DNA合成－推测CyclinA为DNA复制所必需。第66页，课件共98页，创作于2023年2月（三）G2-M期，cyclinA、cyclinB与CDK1结合结合后CDK1可使底物蛋白磷酸化１．组蛋白H1磷酸化－染色体凝缩２．核纤层蛋白磷酸化－核膜解体等下游细胞周期事件

第67页，课件共98页，创作于2023年2月（四）Ｍ期中期，MPF活性达到最高通过一种未知的途径，激活后期促进因子APC泛素连接在cyclinB上cyclinB被蛋白酶体（proteasome）降解一个细胞周期完成第68页，课件共98页，创作于2023年2月Cyclin-dependentkinaseinhibitors，CKI

第69页，课件共98页，创作于2023年2月种类及特点①Ink4：如P16ink4a、P15ink4b、P18ink4c、P19ink4d，特异性抑制cdk4·cyclinD1、cdk6·cyclinD1复合物②Kip：包括P21cip1、P27kip1、P57kip2等，能抑制大多数CDK的激酶活性，P21cip1还能与DNA聚合酶δ的辅助因子PCNA（proliferatingcellnuclearantigen）结合，直接抑制DNA的合成第70页，课件共98页，创作于2023年2月P21cip1抑制CDK和PCNA(增殖细胞核抗原)DNA聚合酶δ的辅助因子

第71页，课件共98页，创作于2023年2月细胞周期调控–---细胞周期检验点

第72页，课件共98页，创作于2023年2月细胞要分裂，必须正确复制DNA和达到一定的体积(获得足够物质支持)；细胞周期的运行，是在一系列称为检验点（checkpoint）的严格检控下进行的；当DNA发生损伤，复制不完全或纺锤体形成不正常，细胞将不能通过检验点，而使周期被阻断;多种因素可以对检验点进行调控：例如作用于G1／S检验点的抑素(S因子)可阻止细胞进入S期；作用于G2／M检验点的抑素(M因子)可阻止G2期细胞进入M期第73页，课件共98页，创作于2023年2月检验点包括

1.G1/S检验点:在哺乳动物中称R点(restrictionpoint)，控制细胞由静止状态的G1进入DNA合成期，相关的事件包括：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？

2.S期检验点：DNA复制是否完成？

3.G2/M检验点：是决定细胞一分为二的控制点，相关的事件包括：DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？

4.中-后期检验点（纺锤体组装检验点）：任何一个着丝点没有正确连接到纺锤体上，都会抑制后期促进因子(APC)的活性，引起细胞周期中断。第74页，课件共98页，创作于2023年2月细胞周期四个主要的检验点

第75页，课件共98页，创作于2023年2月细胞的类型（根据是否有R点限制）继续增殖细胞：表皮生发层细胞、部分骨髓细胞暂不增殖细胞：但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。不再增殖细胞：指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等第76页，课件共98页，创作于2023年2月细胞周期的研究方法细胞同步化细胞周期调控研究方法3H-TdR掺入法标记有丝分裂百分率法第77页，课件共98页，创作于2023年2月细胞同步化(synchronization)处于细胞周期不同阶段的细胞,共同进入周期某一特定阶段的过程分类:自然同步化人工同步化:选择同步化诱导同步化两者的结合第78页，课件共98页，创作于2023年2月选择同步化有丝分裂选择法：M期细胞与培养皿的附着性低，振荡脱离器壁收集。–优点：操作简单，同步化程度高，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%）

第79页，课件共98页，创作于2023年2月诱导同步化

DNA合成阻断法：DNA合成抑制剂可逆地抑制S期细胞DNA合成----细胞同步于S期。中期阻断法秋水仙素等药物--抑制纺锤体微管的聚合----细胞阻断于有丝分裂中期。优点是无非均衡生长现象，缺点是可逆性较差。第80页，课件共98页，创作于2023年2月细胞周期调控研究方法免疫组化法:特异性抗体检测细胞周期调控相关蛋白的表达显微注射法:将需要研究的物质注入周期特定阶段的细胞,了解上述物质在周期调控中的作用细胞融合:了解与细胞周期某一特定活动相关的调节因素,在时间及亚细胞水平的定位第81页，课件共98页，创作于2023年2月标记有丝分裂百分率法（percentagelabeledmitoses，PLM）一种常用的测定细胞周期时间的方法；原理：对测定细胞进行脉冲标记、定时取材、利用放射自显影技术显示标记细胞，通过统计标记有丝分裂细胞百分数的办法来测定细胞周期。第82页，课件共98页，创作于2023年2月3H-TdR掺入法细胞用含3H-TdR的培养基培养,用放射自显影方法分析细胞中银粒量的多少及分布位置:1.推断细胞周期各时相的动态变化

2.研究同步化的S期细胞DNA合成的动

态过程第83页，课件共98页，创作于2023年2月细胞增殖(cellproliferation)概念:

细胞通过生长和分裂使细胞数目增加，使子细胞获得和母细胞相同遗传特性的过程．是细胞生命活动的基本特征之一．第84页，课件共98页，创作于2023年2月调节：cyclins-CDKs-CKIs系统环境因子遗传因子第85页，课件共98页，创作于2023年2月环境因子抑素环核苷酸信使系统S期激活因子(SPF)和Ｍ期促进因子(MPF)生长因子(多肽类物质)第86页，课件共98页，创作于2023年2月生长因子对细胞增殖的调节作用第87页，课件共98页，创作于2023年2月生长因子PDGFG0期向G1期EGF