基础生物学细胞周期

（优选）基础生物学细胞周期当前第1页\共有65页\编于星期五\7点细胞的最终命运：细胞分裂和细胞死亡细胞分裂和细胞死亡都是细胞生命活动的基本特征细胞增殖是生物繁育的基础:单细胞、多细胞成体生物需要细胞增殖，以弥补代谢过程中的细胞损失

维持细胞数量动态平衡和机体正常功能 机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等细胞增殖受到严密的调控机制所监控

高等生物中，不仅要遵循细胞自身的增殖调控规律，同时还要遵守生物体整体调控机制的调节。 不受约束而生成的细胞：免疫系统清除或癌变当前第2页\共有65页\编于星期五\7点真核生物的细胞周期划分为连续的4个时期：G1期、S期、G2期和M期。这也称为一个标准细胞周期。分裂期（mitosis）细胞周期分裂间期(interphase)当前第3页\共有65页\编于星期五\7点细胞分裂周期细胞周期是高度有序地沿着G1SG2M运转。相对来说，M期最短，S期较长，G1期差别最大。当前第4页\共有65页\编于星期五\7点

不同细胞的细胞周期时间差异很大，主要差别在G1期

细胞类型细胞周期时间早期蛙胚胎细胞30分钟酵母菌细胞 1.5~3小时小肠上皮细胞 12小时细胞培养成纤维细胞 20小时人肝细胞 １年细菌20分钟当前第5页\共有65页\编于星期五\7点

周期中细胞—细胞持续分裂，细胞周期持续运转。如上皮组织的基底层细胞。

静止期细胞

—细胞暂时离开细胞周期，停止细胞分裂，去执行一定生物学功能。一旦得到信号指使，会快速返回细胞周期，分裂增殖。即G0期细胞。如结缔组织中的成纤维细胞

终未分化细胞—细胞分化程度很高，一旦生成后，终生不再分裂。如横纹肌细胞、多核型白细胞等当前第6页\共有65页\编于星期五\7点

1、G1期—DNA复制预备期

细胞特点：细胞生长、体积扩大、RNA和蛋白质、糖类、脂类合成旺盛，尤其是与DNA复制有关的酶明显增加；线粒体、叶绿体分裂增殖；中心粒分开、复制；内质网扩大、核糖体、高尔基体、溶酶体增多。但不合成DNA。一、分裂间期G1期:合成细胞生长所需要的各种蛋白质、RNA、糖类和脂类等，但不合成DNA。当前第7页\共有65页\编于星期五\7点

2、S期—DNA复制合成期

与DNA合成有关的酶和组蛋白含量达到最高，进入S期，立即开始复制合成DNA。DNA复制的起始和过程收到多种细胞周期调节因素的严密调控。是严格按半保留复制的方式进行的。S期:合成DNA和组蛋白（Histones）当前第8页\共有65页\编于星期五\7点

2、G2期—有丝分裂准备期

有新的RNA和蛋白质合成，特别是微管蛋白等与M期有关的物质大量合成。细胞核内DNA的含量已经增加一倍，由2n变成4n，即每个染色体含有4个拷贝的DNA。通过G2期，细胞能否进入M期，要受到G2期的检验点控制。G2期:合成少量的蛋白质(RNA)当前第9页\共有65页\编于星期五\7点当前第10页\共有65页\编于星期五\7点（一）过程1.前期：细胞核染色质开始浓缩，形成染色体结构。二、有丝分裂期

染色质染色体(Chromatin)是处于不同功能阶段的不同构型。核小体是染色质的基本结构单位。当前第11页\共有65页\编于星期五\7点核小体组蛋白碱性蛋白质5种，富含精氨酸、赖氨酸

DNA200bp当前第12页\共有65页\编于星期五\7点每条染色单体都含有一段特殊的DNA序列，称为着丝粒。在染色体着丝粒处装配一蛋白质复合体结构——动粒。中心体周围微管开始大量装配。核仁消失，细胞器解体。当前第13页\共有65页\编于星期五\7点

有丝分裂前期染色体变化当前第14页\共有65页\编于星期五\7点纺锤体当前第15页\共有65页\编于星期五\7点当前第16页\共有65页\编于星期五\7点前期 前中期中期后期末期胞质分裂期染色质开始浓缩，着丝粒处装配动粒，中心体周围微管大量装配核膜破裂，染色体进一步浓缩（X形），纺锤体装配，星体微管捕获染色体所有染色体排列到赤道板染色单体分离向两极运动，动粒微管变短，极性微管变长染色体到达两极并开始去浓缩动粒微管消失，极性微管继续增长，核膜重装配当前第17页\共有65页\编于星期五\7点当前第18页\共有65页\编于星期五\7点当前第19页\共有65页\编于星期五\7点当前第20页\共有65页\编于星期五\7点

6、胞质分裂——细胞核分裂之后，细胞质分裂过程。动物细胞的胞质分裂是以缢缩和起沟的方式完成的。植物细胞的胞质分裂则经过细胞板的形成。1）动物细胞的胞质分裂

有丝分裂后期赤道板形成分裂沟微丝构成收缩环当前第21页\共有65页\编于星期五\7点动物细胞胞质分裂时形成收缩环当前第22页\共有65页\编于星期五\7点当前第23页\共有65页\编于星期五\7点2）植物细胞的胞质分裂

细胞内形成新的细胞膜和细胞壁而将细胞分开植物细胞胞质分裂时形成细胞板当前第24页\共有65页\编于星期五\7点当前第25页\共有65页\编于星期五\7点

7、染色体运动机理

微管去聚合作用假说

纺锤体微管滑动假说

8、细胞器分配当前第26页\共有65页\编于星期五\7点三.细胞周期的控制：

细胞周期运转受细胞内外各种因素的精密调控。细胞内因是调控依据。CDK激酶对细胞周期起着核心调控作用。与各种CDKS沿周期活化，磷酸化有关。

1、细胞调控因子

周期蛋白依赖性蛋白激酶（CDK）:可以使特定蛋白质的丝氨酸和苏氨酸氨残基磷酸化。

周期蛋白（cyclin）：特殊的激活蛋白。能够同CDK结合，并有控制CDK使适当蛋白磷酸化的能力。分为有丝分裂周期蛋白，G1期周期蛋白当前第27页\共有65页\编于星期五\7点Cdk通过结合不同的周期蛋白来调控细胞周期中的不同事件Cdk活性的终止与周期蛋白的降解相关当前第28页\共有65页\编于星期五\7点当前第29页\共有65页\编于星期五\7点四.染色体（chromosome）

1、染色体的一般形态：由两条相同的姐妹染色单体构成，彼此以着丝粒相连。

根据着丝粒的位置，染色体分为4种类型：中着丝粒染色体：两臂长度基本相等。近中着丝粒染色体：端着丝粒染色体：近端着丝粒染色体：具有微小短臂当前第30页\共有65页\编于星期五\7点染色体各部主要结构着丝粒：是高度有序的整合结构次缢痕：核仁组织区：rRNA基因所在，与间期核仁形成有关。随体端粒：当前第31页\共有65页\编于星期五\7点2、染色体数目3、染色体组型4、染色体带5、性染色体和常染色体当前第32页\共有65页\编于星期五\7点5.2减数分裂

概念和意义概念：细胞分裂的特殊形式。二倍体细胞形成单倍体细胞，染色体数目的细胞分裂。意义：

生物进行有性生殖的基础确保世代间遗传的稳定性增加变异机会，生物进化与多样性的基础当前第33页\共有65页\编于星期五\7点

减数分裂—特殊形式的有丝分裂

过程：包括两次连续的分裂第一次减数分裂第二次减数分裂前期І中期І

后期І末期І染色体变化最明显，同源染色体联会，交叉互换前期П中期П

后期П末期П当前第34页\共有65页\编于星期五\7点当前第35页\共有65页\编于星期五\7点

特征：

1）减数分裂从2n细胞产生n细胞；

2）遗传物质复制一次，分裂两次，染色体数减半；

有丝分裂中，DNA复制一次，细胞分裂一次2n4n(S)2n

减数分裂中，DNA复制一次，细胞连续分裂两次2n4n2nn复制复制分裂分裂分裂当前第36页\共有65页\编于星期五\7点3）同源染色体在减数分裂期I(MeiosisI)配对联会、形成联会复合体，联会的同源染色体，发生交叉互换基因重组，产生遗传物质多样性4）第一次分裂时，同源染色体分开；第二次分裂时，姐妹染色单体分离。当前第37页\共有65页\编于星期五\7点同源染色体重组产生新的基因组合当前第38页\共有65页\编于星期五\7点个体正常发育过程中—细胞数目增加—有控制的细胞分裂细胞类型的增加—有序的细胞分化当前第39页\共有65页\编于星期五\7点

5.3细胞分化

(celldifferentiation)

概念:

从受精卵开始的个体发育过程中，后代细胞间在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异，形成不同类型细胞的过程为细胞分化。人成体有200多种细胞

细胞分化的关键在于特异性蛋白质的合成基因选择性表达（基因组保持相同）当前第40页\共有65页\编于星期五\7点细胞的形态与功能相适应1、形态结构发生差异细胞分化的特征当前第41页\共有65页\编于星期五\7点2、基因选择性表达—差别基因表达每个细胞均含有一套完整的遗传信息每种特定类型细胞只有一部分特定基因表达细胞分化和发育是基因选择性表达的结果基因组中可表达基因分成两类：

持家基因(house-keepinggenes)

：维持细胞生存所必需的、在各种细胞中都表达的基因。其产物对维持细胞基本生命活动是必需的

组织特异性基因（奢侈基因）

tissue-specificgenes(luxurygenes)

：不同细胞中专一性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的生理功能细胞分化是组织特异性基因在时间和空间上差异表达当前第42页\共有65页\编于星期五\7点3、分化细胞的表型保持稳定动物细胞发生分化后，遗传表型保持稳定，而且不可逆人血细胞的分化多能性干细胞T细胞B细胞嗜酸白细胞嗜碱白细胞中性白细胞巨噬细胞血小板红细胞当前第43页\共有65页\编于星期五\7点4、细胞决定：一细胞分化之前，就有了一个预先保证细胞怎样分化的方向，这一阶段为细胞决定（celldetermination）

1）受精卵具有分化出各种组织细胞的潜能并建成完整个体

2)细胞决定的稳定性和遗传性。3）在发生形态差异之前的一定时间，细胞分化命运已经确定果蝇成虫盘当前第44页\共有65页\编于星期五\7点全能性多能性单能性

细胞分化发育潜能:细胞分化能力的强弱称为发育潜能

当前第45页\共有65页\编于星期五\7点细胞全能性:细胞含有使后代细胞形成完整个体的潜能，称为全能性（totipotency）。有些细胞只能分化出一种细胞，这种发育潜能为细胞的单能性（monopotency）。细胞发育过程中细胞分化的潜能逐渐变小。

植物细胞具有全能性

受精卵当前第46页\共有65页\编于星期五\7点动物细胞核移植证明：细胞核具有发育全能性

克隆：clone，一种人工诱导的无性繁殖方式。当前第47页\共有65页\编于星期五\7点蛙皮肤细胞核移植发育成蝌蚪当前第48页\共有65页\编于星期五\7点人造血干细胞

分化产生8种类型血细胞仅具有分化成有限组织细胞类型的潜能多能性（pluripotency）

：动物细胞随着胚胎的发育，细胞逐渐丧失发育成个体的能力，仅具有分化成有限细胞类型及构建组织的潜能，成为多潜能性，这种细胞成为干细胞（stemcell）。当前第49页\共有65页\编于星期五\7点单能性（monopotency）仅能使后代细胞发育成为一种细胞的特性当前第50页\共有65页\编于星期五\7点细胞增殖能力减弱的现象称为细胞衰老，它与机体衰老有一定关系。细胞来源人胚肺成纤维细胞中年人成纤维细胞老年人成纤维细胞可增殖代数60-804030不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数

细胞的衰老与死亡当前第51页\共有65页\编于星期五\7点约100年前~1960年，细胞“不死性”学说（魏斯曼）1961年，Hayflick和Moorhead:人体细胞表现出明显的衰老、退化和死亡的过程： 人细胞最高分裂次数：60~80次；细胞的增殖能力与供体年龄有关、早老症细胞核而非细胞质决定了细胞衰老的表达物种寿命与培养细胞寿命间存在确定的相关关系

龟细胞最高分裂次数：90~125次；鸡细胞最高分裂次数：15~35次；当前第52页\共有65页\编于星期五\7点衰老细胞结构变化

细胞核随分裂次数增加而增大，核膜呈现内折，染色质固缩化内质网弥散性分散于核周胞质中，粗面内质网减少线粒体减少，体积膨胀膜流动性降低，膜内颗粒分布变化细胞骨架变化，信号传递系统变化当前第53页\共有65页\编于星期五\7点细胞衰老的分子机理

●氧化性损伤学说：该理论认为，代谢过程中产生的活性氧基团或分子（reactiveoxygenspecies，ROS）引发的氧化性损伤的积累，最终导致衰老。ROS主要有三种类型：◆O2-,即超氧自由基；◆OH-，即羟自由基◆H2O2ROS的作用：高度活性引发脂类、蛋白质和核酸分子的氧化性损伤，从而导致细胞结构的损伤乃至破坏。清除ROS，就可以延长寿命。●端粒与衰老◆有人发现端粒长度确实与衰老有着密切的关系

当前第54页\共有65页\编于星期五\7点细胞死亡——细胞凋亡与细胞坏死

细胞凋亡（apoptosis)，又称程序性细胞死亡细胞凋亡是多细胞生物在发育过程中，一种由基因控制的主动的细胞生理性自杀行为。细胞凋亡过程中，细胞膜反折，包裹断裂的染色质片段或细胞器，形成众多凋亡小体，凋亡小体为附近的细胞吞噬。整个过程中细胞膜保持完好，细胞内容物不泄露，不引起炎症。细胞坏死时，细胞膜发生渗漏，细胞内容物被释放到细胞外，导致炎症反应。细胞的衰老与死亡当前第55页\共有65页\编于星期五\7点凋亡小体当前第56页\共有65页\编于星期五\7点

a正常T细胞杂b凋亡细胞；c凋亡细胞(透射电镜)交瘤细胞；

当前第57页\共有65页\编于星期五\7点坏死细胞

凋亡细胞当前第58页\共有65页\编于星期五\7点发生凋亡的细胞：正常发育中多余细胞、无用细胞、突变细胞、有害细胞或衰老细胞。生物学意义：维