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

掌握：细胞周期的概念、基本理论；细胞周期各时相的主要事件，主要的限制点；有丝分裂、减数分裂的过程、机制及意义；细胞周期检验点、调控系统及其主要作用。熟悉：细胞周期同步化的方法；细胞周期调控因子。了解：测定细胞周期各长短的方法。2细胞增殖(cellproliferation)的意义◆细胞增殖(cellproliferation)是细胞生命活动的重要特征之一,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种细胞类型。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。3第十三章细胞周期与细胞分裂第一节细胞周期第二节细胞分裂4第一节

细胞周期概述细胞周期概述细胞周期中不同时相及其主要事件三.细胞周期同步化四.特殊的细胞周期5一、细胞周期概述◆细胞周期（cellcycle）：指从一次细胞分裂结束开始，到下一次细胞分裂结束所经历的整个过程。分为：分裂间期(interphase):G1，S，G2细胞分裂期(Mphase):有丝分裂期(Mitosis),。◆细胞周期时相组成：G1SG2M细胞周期时间长短取决于G1期。6细胞类型

细胞周期时间

早期的蛙胚细胞

30分钟酵母细胞

1.5～3小时

肠表皮细胞

～12小时

培养的哺乳动物成纤维细胞

～20小时

人的肝细胞

～1年

7图13-18◆根据增殖状况，细胞可分为以下类型：①周期中细胞（cyclingcell）：在细胞周期中连续运转的细胞，又称为连续分裂细胞或可育细胞;②静止期细胞（quiescentcell）：暂时离开细胞周期，停止细胞分裂，去执行一定的生物学功能，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期的细胞，又称为G0期细胞或休眠细胞;③终末分化细胞：指不可逆地脱离细胞周期，丧失分裂能力，保持生理机能活动的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等。9图13-210二、细胞周期中不同时相及其主要事件G1期：与DNA合成启动相关，rRNA、蛋白质、糖类、脂质等开始合成;染色质去凝集.晚G1期有一检验点。S期：DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构，S期DNA合成不同步；中心体也在此期完成复制。G2期：合成ATP、蛋白质和RNA。G2期检验点。M期：细胞分裂期。真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)和减数分裂(meiosis)。11细胞周期中的检验点细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制,主要是确保周期每一时相事件的有序、全部完成并与外界环境因素相联系。G1/S检验点：start点(酵母)或R点(动物)，控制细胞由静止状态的G1进入DNA合成期，检查DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？G2/M检验点：是决定细胞一分为二的控制点，检查DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？中-后期检验点（纺锤体组装检验点）：检查染色体是否完全分离。12三、细胞周期长短的测定

同种细胞间周期时间长短相似或相同；不同种类细胞间，周期长短差别很大。S+G2+M的时间变化较小，细胞周期时间长短差别在G1期。部分细胞的细胞周期没有G1、G2期。13细胞类型

细胞周期时间

早期的蛙胚细胞

30分钟酵母细胞

1.5～3小时

肠表皮细胞

～12小时

培养的哺乳动物成纤维细胞

～20小时

人的肝细胞

～1年

14细胞周期长短测定◆脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法◆流式细胞仪测定法(FlowCytometry)◆缩时摄像技术， 可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。15三、

细胞周期同步化概念：细胞同步化是指在自然过程中发生的，或经人为处理造成的细胞周期的同步化。类型：自然同步化

人工同步化：选择同步化：有丝分裂选择法细胞沉降分离法诱导同步化：DNA合成阻断法中期阻断法16人工同步化选择同步化1）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，细胞不受药物的伤害。—缺点：获得的细胞数量少。2）细胞沉降分离法：根据不同时期的细胞在体积和重量上存在差别进行分离。—优点：可用于任何悬浮培养的细胞。—缺点：同步化程度低。17诱导同步化1）DNA合成阻断法：选用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成，而不影响其他时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在S期或G/S交界处。5-氟脱氧尿嘧啶、羟基脲、高浓度ADR、GDR和TDR，均可抑制DNA合成使细胞同步化。优点：同步化程度高，适用于任何培养体系。可将几乎所有的细胞同步化。缺点：产生非均衡生长，个别细胞体积增大。

182）中期阻断法：利用破坏微管的药物将细胞阻断在中期，常用的药物有秋水仙素和秋水仙酰胺，后者毒性较少。优点：无非均衡生长现象；缺点：可逆性较差。19

特殊的细胞周期是指那些特殊的细胞所具有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细胞周期。◆早期胚胎细胞的细胞周期◆酵母细胞的细胞周期◆植物细胞的细胞周期◆细菌的细胞周期四、特殊的细胞周期20爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期

细胞在成熟过程已经积累了大量的物质，不需要临时合成物质。G1期、G2期非常短，以至于认为细胞周期只有S期和M期。子细胞在G1期、G2期不生长，越分裂体积越小。参与细胞周期的调控因子和调控机制和标准的细胞周期比较一致。2122酵母细胞的细胞周期酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似。特点：细胞周期持续时间短；

封闭式细胞分裂，即细胞分裂时核膜不解聚；

纺锤体位于细胞核内；在一定的环境下可以进行有性繁殖。23裂殖酵母细胞周期（图13-6）

24芽殖酵母细胞周期

图13-525植物细胞的细胞周期

植物细胞周期的时相和动物细胞的标准细胞周期相似，都含有G1、G2、S、M期。植物细胞没有中心体，但细胞分裂时可以正常组装纺锤体；植物细胞的形态不发生变化，以形成中间板的形式进行胞质分裂。26植物细胞成膜体的形成

后期或末期两极处微管消失，中间微管保留，并数量增加，形成桶状的成膜体(phragmoplast)。高尔基体的囊泡沿微管转运到成膜体中间，融合形成细胞板。27细菌的细胞周期慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定相似之处。其DNA复制之前的准备时间与G1期类似。分裂之前的准备时间与G2期类似。再加上S期和M期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期。细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最基本的DNA复制速度之间的矛盾？

第一次DNA复制起始之后立即开始新一轮的DNA复制起始，使两个DNA分子同时复制，细胞分裂后，形成两个各含DNA复制完成一半路程的子细胞。28图13-829第二节细胞分裂一、有丝分裂（mitosis）又称为间接分裂，特点是有纺锤体的出现和染色体的变化，最终子染色体被平均分配到子细胞。有丝分裂保证了遗传的连续性和稳定性。掌握:有丝分裂的过程及特点、染色体运动的动力机制（一）有丝分裂的过程

（二）参与细胞分裂的亚细胞结构30前中期

胞质分裂期（一）有丝分裂的过程分为前期、前中期、中期、后期、末期、胞质分裂期6个时期。3132前期（prophase）

染色质凝缩：H1组蛋白的磷酸化诱导染色质由线形经过螺旋化、折叠和包装等过程形成早期染色体结构。前期末动粒形成。

有丝分裂器开始装配，分裂极确定，中心体复制完成，移向两极，参与纺锤体的装配。

核仁解体：核仁在前期末缩小并消失，rDNA缩回染色体的次缢痕处。33前期两个中心体向两极移动

34前中期（premetaphase）前中期是指核膜破裂到染色体排列到赤道板之前的这段时间。核膜破裂，以小膜泡的形式分散在细胞质中；

染色体凝集变粗，形成X形染色体结构。前期纺锤体形成：细胞核周围的纺锤体侵入到细胞的中心区，部分纺锤体微管结合到染色体的动粒上。

3536纺锤体（spindle）：组成：两种类型的微管：动粒微管、极性微管。有星纺锤体：动物细胞的纺锤体两端有星体（由中心粒构成的）。无星纺锤体：植物细胞的纺锤体没有星体。

3738中期（metaphase）中期是指染色体排列到赤道面上，到染色单体开始分向两极的一段时间，动物染色体呈辐射状排列。染色体两边的牵引力达到平衡。

主要特征：形成典型的纺锤（spindle）；染色体排列在赤道板上。

染色体排列到赤道板上的机制3940有丝分裂过程中染色体运动的动力机制牵拉假说：染色体向赤道板方向运动，是由于动粒微管牵拉的结果。动粒微管越长，拉力越大，当来自两极的动粒微管的拉力相等时，染色体被稳定在赤道板上。外推假说：染色体向赤道板方向的移动，是由于星体的排斥力将染色体外推的结果。染色体距离中心体越近，星体对染色体的外推力越强，当来自两极的推力达到平衡时，染色体被稳定在赤道板上。41

.

MTbehaviorduringformationofthemetaphaseplate.Initially,MTfromoppositepolesaredifferentinlength.Experimentaldemonstrationoftheimportanceofmecha-nicaltensioninmetaphasecheckpointcontrol.42Mad1和bub2Waitsignal“等待信号”43后期（anaphase）后期指染色单体分开并移向两极的过程，分为后期A和后期B两个过程。44后期A染色体分离

45后期A假说(微管去聚合假说)染色体着丝点微管在着丝点处去组装而缩短，在分子马达的作用下染色体向两极移动.46后期B两极延伸47后期B假说(纺锤体微管滑动假说)极微管长度加长,极微管间产生滑动，两极之间的距离逐渐拉长，介导染色体向极运动484950末期（telophase）

染色体到达两极；动粒微管消失，极性微管继续加长；核膜、核仁和部分细胞器重新装配。51动物细胞胞质分裂（cytokinisis）分裂沟52收缩环用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出现什么现象？53植物细胞胞质分裂 ◆与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和细胞壁而将细胞分开。(高尔基体小泡)54（二）参与细胞分裂的亚细胞结构

中心体（centrosome）动粒（kinetochore）与着丝粒（centromere）纺锤体（splindle）55中心体（centrosome）中心体是动物细胞中的主要的微管组织中心。它由中心粒（centrioles）及其周围的基质构成。中心体和外围的微管合成为星体。中心体周期（centrosomecycle）：S期复制；G2期移向细胞两极，并组织星体和纺锤体；细胞分裂结束，分布在两个子细胞中。

5657动粒与着丝粒

着丝粒：是指染色体主缢痕部位的染色质，它把姊妹染色体单体连接在一起，并把染色体分成两个臂。动粒：是位于着丝粒两侧由蛋白质构成的三层盘状或球状结构。和纺锤体相连，与染色体的向极移动有关。化学本质：蛋白质动粒的结构：内层（着丝粒染色质）中层（细纤维横跨）外层（微管）：动粒蛋白E5859纺锤体（spindle）

概念：由微管和微管蛋白组成的参与染色体向极移动的纺锤式结构。结构组成：动粒微管：一端和中心体相连，另一端和动粒相连极性微管：一端和中心体相连，另一端游离或者相 互搭桥。装配：微管在中心体周围的装配：γ微管蛋白中心体的分离：驱动蛋白相关蛋白蛋白（KRPs）

胞质动力蛋白（dynein）6061有丝分裂的变异①不进行胞质分裂，形成二核或多核细胞；②染色体后期不开，或者进行核内有丝分裂，形成多倍体；③姐妹染色单体不分离，形成双份染色体；④细胞周期中缺少M期，核染色体反复加倍而不分开，形成多线染色体；⑤体细胞进行减数分裂，形成单倍体；⑥多极分裂，由纺锤体极部纵裂并转向，引起多极分裂。62二、减数分裂（meiosis）

减数分裂的概念与过程

减数分裂的特点63（一）减数分裂的概念与过程

概念：减数分裂是细胞只进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。是高等动植物配子体形成的分裂方式。减数分裂的过程64减数分裂的过程减数分裂间期：S期持续的时间比较长，并且DNA进行不完全复制，复制总量的99.7%—99.9%。减数分裂分裂期：减数分裂期Ⅰ：前期Ⅰ(细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期)、前中期Ⅰ、中期Ⅰ、后期Ⅰ、末期Ⅰ和胞质分裂期Ⅰ等6个阶段。（染色体减数）减数分裂期Ⅱ：前期Ⅱ、前中期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ和胞质分裂期Ⅱ等6个阶段。65真核生物减数分裂的3种类型图13-2366减数分裂期Ⅰ前期Ⅰ（prophaseⅠ）前期Ⅰ所发生的主要变化主是合成一定量的RNA和蛋白质，并进行染色体配对和基因重组。根据细胞形态的变化分为：细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期5个阶段。67减数分裂期Ⅰ特点①一对同源染色体分开，分别进入两个子细胞，同源染色体分开之前通常要发生交换和重组。②在染色体组中，同源染色体的分离是随机的，也就是说染色体组要发生重组合。68细线期偶线期粗线期双线期终变期中期Ⅰ联会复合体四分体69细线期（leptotene）

染色质凝集，显微镜下呈单细丝状，分辨不出两条染色单体，细纤维状的染色体上分布有念珠状的染色粒。在这个时期，由于染色体细线交织在一起，偏向核的一方，所以又称为凝线期（synizesis）。染色体端粒通过接触斑和核膜相连，而其它部分以半环状延伸到核基质中，对于接触斑位于细胞核一侧的物种来说形似花束，称为花束期（bouquetstage）。70偶线期（zygotenen）

特征：①同源染色体配对，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。②合成偶线期DNA（zygDNA）。71边侧成份：蛋白质和DNA中央区重组节L—C纤维72粗线期（pachytene）

染色体进一步浓缩，变粗变短，结合紧密，在光镜下只在局部可以区分同源染色体。重组节形成，同源染色体的非姊妹染色单体发生交换和重组。合成一小部分未合成的DNA（P-DNA），修复交换断头,保持染色体的完整性，防止断裂。合成减数分裂期专用的组蛋白，并把体细胞类型的组蛋白部分或全部置换下来。73双线期（diplotene）

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。四分体清晰可见。可见同源染色体的接触处的交叉。染色体进一步缩短，在电镜下看不到联会复合体。联会复合体消失。74终变期（diakinesis）

交叉向端部移动，发生端化，二价体显著变短，并向核周边移动，在核内均匀散开，是观察染色体的良好时期。核仁消失，核膜解体。中心体复制完成，并开始移向两极。7576联会复合体(synaptonemalcomplex，SC)

（１）SC由两条同源染色体沿纵轴形成，外观呈梯子状。（２）SC帮助交换的完成，SC上有重组节

(recombinationnodules)，是非姊妹染色单体交换发生的部位。（３）SC主要由碱性蛋白质和RNA组成，并含有少量

DNA。（４）SC形成于偶线期，成熟于粗线期，消失于双线期。在细线期或偶线期加入DNA合成抑制剂，则抑制SC

的形成。

7778减数分裂期Ⅰ中期I：１条同源染色体有两个动粒。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223个。末期I减数分裂间期。中期Ⅰ80减数分裂II可分为前、中、后、末四个四期，与有丝分裂相似（姊妹染色单体分离）。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。81减数分裂与有丝分裂的比较P292表13-182减数分裂有丝分裂83染色体交换（同源染色体的部分交换）

84染色体重组（染色体分离时的自由组合）Minimumnumberofgametetypes=2n,Inhumans,n=2385（二）减数分裂的意义◆确保世代间遗传的稳定性；◆增加变异机会，确保生物的多样性，增强生物适应环境变化的能力；◆减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。86(1)减数分裂主要是发生在生殖细胞产生的某个阶段；

(2)遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，导致染色体数目减半；(3)S期持续时间较长，进行大部分DNA的复制,少量DNA没有复制；

(4)同源染色体在减数分裂期Ⅰ（MeiosisI）配对联会、

基因重组,产生遗传多样性

；减数分裂同源染色体配对排列在赤道板上，第一次分裂时，同源染色体分开。(5)减数分裂时间较长（二）减数分裂的特点87（四）配子的发生过程88一、细胞周期中的检验点细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制,主要是确保周期每一时相事件的有序、全部完成并与外界环境因素相联系。G1/S检验点：start点(酵母)或R点(动物)，控制细胞由静止状态的G1进入DNA合成期，检查DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？G2/M检验点：是决定细胞一分为二的控制点，检查DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？中-后期检验点