第九章 细胞增殖及其调控课件

第九章

细胞增殖及其调控

第一节细胞周期第二节细胞分裂第三节细胞周期的调控第九章细胞增殖及其调控细胞增殖细胞生长：蛋白质、糖类、脂质的合成

DNA复制细胞分裂：细胞一分为二，产生新的子代细胞细胞生长和细胞分裂是相互联系呈周期性进行的过程，这一过程就称为细胞增殖。第九章细胞增殖及其调控第一节细胞周期一、细胞周期概述二、细胞周期的时相三、细胞周期同步化第九章细胞增殖及其调控一、细胞周期概述细胞周期：是指从上一次细胞分裂结束开始，经过物质积累，到下一次细胞分裂结束为止所经历的过程。细胞周期划分：

分裂间期:G1期，S期，G2期

分裂期:M期细胞类群：根据增殖状况，分为三类①连续分裂细胞：又称周期性细胞，在细胞周期中连续运转。

②休眠细胞：又称G0期细胞，暂时脱离细胞周期，但在某些条件诱导下可重新进入细胞周期。③终末分化细胞：指永久性失去分裂能力的细胞。

第九章细胞增殖及其调控图10-1细胞周期第九章细胞增殖及其调控二、细胞周期的时相细胞周期中的各个阶段也称为时相。

G1期：即合成前期，主要合成细胞生长所需要的rRNA、多种蛋白质、脂质和糖类等，同时染色质去凝集。S期：DNA合成期，主要进行DNA合成，此外组蛋白与非组蛋白，与DNA合成有关的酶也在这一时期合成。G2期：DNA合成后期，主要合成与细胞分裂相关的蛋白，及大量的ATP。M期：即细胞分裂期，主要特点是染色体凝集，遗传物质和细胞内其他物质平均分配给子细胞。第九章细胞增殖及其调控三、细胞周期同步化

细胞同步化：是指在自然过程中发生或经人为处理后，使一个特定的细胞群中所有细胞都处于细胞周期的同一个时期的过程。

（一）自然同步化

（二）人工同步化第九章细胞增殖及其调控（一）自然同步化

多核体：如粘菌只进行核分裂，而不发生胞质分裂，形成多核体。某些水生动物的受精卵：许多水生动物可以一次产下多个卵，这些卵同时受精，则可同时进行卵裂。如海胆、海参、两栖类。粘菌第九章细胞增殖及其调控（二）人工同步化

选择同步化：是指用物理方法，将处于细胞周期中同一阶段的细胞，从非同步化的群体中分离出来。诱导同步化

：又叫化学同步化，是指利用化学药物诱导，使非同步化培养的细胞暂时阻断在细胞周期的某个阶段，最终使所有细胞达到同步化生长。第九章细胞增殖及其调控选择同步化

有丝分裂选择法：原理：根据细胞周期不同阶段，细胞生理变化设计。M期细胞与培养皿的附着性低，振荡脱离器壁收集。优点：同步化程度高，细胞不受药物伤害；缺点：分离的细胞数量少，操作繁琐，只适用于贴壁细胞。

密度梯度离心法：原理：根据不同时期的细胞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，简单省时；缺点：同步化程度较低。第九章细胞增殖及其调控诱导同步化

DNA合成阻断法原理：利用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成，而不影响其它时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在S期或G1/S交界处。

常采用TdR双阻断法：加入过量TdR，移去，再加入。优点：同步化程度高，适用于任何培养体系；缺点：诱导过程可造成细胞非均衡生长。

分裂中期阻断法：利用破坏微管聚合的药物，来抑制有丝分裂器的形成，将细胞阻断在有丝分裂中期。优点：操作简单，无非均衡生长；缺点：药物的毒性较大，可逆性较差。第九章细胞增殖及其调控图10-2细胞周期中不同时相G1/S第九章细胞增殖及其调控第二节细胞分裂

一、细胞分裂的类型二、有丝分裂三、减数分裂第九章细胞增殖及其调控一、细胞分裂的类型无丝分裂又称直接分裂，由R.Remark（1841）首次发现于鸡胚血细胞。有丝分裂又称间接分裂，由W.Fleming(1882)年首次发现于动物，E.Strasburger（1880）年发现于植物。减数分裂是指染色体复制一次而细胞连续分裂两次的分裂方式，是高等动植物配子形成的分裂方式。第九章细胞增殖及其调控二、有丝分裂有丝分裂间期：包括G1期、S期和G2期，主要进行DNA复制、中心体复制等准备工作。有丝分裂期是一个连续的过程，为了便于描述人为的划分为六个时期：前期(prophase)；前中期(premetaphase)；中期(metaphase)；后期(anaphase)；末期(telophase)；胞质分裂期(cytokinesis)第九章细胞增殖及其调控10-3中心体的复制过程第九章细胞增殖及其调控

特征：①染色质凝缩②分裂极确立与纺锤体开始形成③核仁解体④核膜消失。

核膜破裂成小的膜泡，是由核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体。图10-4有丝分裂前期（1）前期第九章细胞增殖及其调控

特征：纺锤体形成，染色体向赤道面移动。

纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体，向两极移动；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成三种类型的微管图10-5有丝分裂前中期（2）前中期第九章细胞增殖及其调控纺锤体微管①动粒微管（kinetochoremt）：由中心体发出，连接在动粒上，负责将染色体牵引到纺锤体上。②星体微管（astralmt）：由中心体向外放射出，末端结合有分子马达，负责两极的分离，同时确定纺锤体纵轴的方向。③极体微管（polarmt或overlapmt）：由中心体发出，在纺锤体中部重叠，重叠部位结合有分子马达，负责向两极推开。第九章细胞增殖及其调控图10-6三种纺锤体微管第九章细胞增殖及其调控第九章细胞增殖及其调控

特征：所有染色体排列到赤道板上。图10-7有丝分裂中期（3）中期第九章细胞增殖及其调控

特征：排在赤道板上的姐妹染色单体分离，向两极运动。

后期A：动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动；后期B：极性微管长度增加，两极之间的距离拉长。图10-8有丝分裂后期（4）后期第九章细胞增殖及其调控图10-9姐妹染色单体被分开的过程第九章细胞增殖及其调控第九章细胞增殖及其调控

特征:染色体解螺旋形成细丝,出现核仁和核膜。图10-10有丝分裂末期（5）末期第九章细胞增殖及其调控

特征：形成收缩环，收缩环收缩形成两个子细胞。

胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中间体处组装成微丝束，环绕细胞，称为收缩环。图10-11胞质分裂期（6）胞质分裂期第九章细胞增殖及其调控

胞质分裂过程第九章细胞增殖及其调控植物细胞的有丝分裂第九章细胞增殖及其调控第九章细胞增殖及其调控第九章细胞增殖及其调控三

减数分裂减数分裂是一种特殊的有丝分裂，是生殖细胞产生配子的过程。特点是DNA复制一次，而细胞连续分裂两次，形成四个单倍体的子细胞。（一）减数分裂过程（二）减数分裂过程中的遗传重组及其机理（三）减数分裂的生物学意义第九章细胞增殖及其调控一、减数分裂过程

1、间期细胞在进入减数分裂之前要经过一个较长的间期，称为前减数分裂间期。

2、分裂期

减数分裂I

减数分裂II

第九章细胞增殖及其调控减数分裂Ⅰ

前期Ⅰ中期Ⅰ主要特点是染色体排列在赤道面上

后期Ⅰ进入后期Ⅰ后，同源染色体在两极纺锤体的作用下分开,并逐渐移向两极。

末期Ⅰ

染色体到达两极后，解旋为细丝状、核膜重建、核仁形成，同时进行胞质分裂。

减数分裂间期

在减数分裂I和II之间的间期很短，不进行DNA的合成。第九章细胞增殖及其调控图10-12减数分裂Ⅰ过程第九章细胞增殖及其调控前期Ⅰ

减数分裂的特殊过程主要发生在前期I，分为5个时期：细线期：又称为凝线期，染色体呈细线状。偶线期：又称配对期，染色质进一步凝集，同源染色体发生配对，称为联会。粗线期：又称重组期，此时染色体变短，结合紧密，这一时期同源染色体的非姊妹染色单体之间发生交换重组。双线期：联会的同源染色体相互排斥、开始分离，但交叉点上还保持着联系。终变期：此期染色质又被包装压缩成染色体，是观察染色体的良好时期。

第九章细胞增殖及其调控图10-13前期I的染色体行为核仁第九章细胞增殖及其调控图10-14偶线期的染色体形态结构第九章细胞增殖及其调控图10-15双线期的染色体交叉第九章细胞增殖及其调控减数分裂Ⅱ

可分为前、中、后、末四个时期，与有丝分裂相似通过减数分裂一个精母细胞形成4个精子而一个卵母细胞形成一个卵子及2-3个极体。第九章细胞增殖及其调控图10-16性细胞配子发生过程精原细胞初级精母细胞精子细胞卵原细胞初级卵母细胞第九章细胞增殖及其调控（二）减数分裂过程中的遗传重组及其机理

在减数分裂过程中发生了两种方式的遗传重组∶同源染色体间的交换重组

染色体分离时的自由组合第九章细胞增殖及其调控同源染色体间的交换重组

联会与联会复合体（SC）联会是在减数分裂的偶线期两条同源染色体侧面紧密相帖并进行配对的现象。染色体联会伴随一种复杂结构的形成：联会复合体。

染色体重组---交换与交叉

同源染色体联会期间，同源染色体要发生断裂和重接，在此过程中发生同源染色体间的交换，随着双线期的进行，交叉开始远离着丝粒，向染色体臂的端部移动，称为交叉端化。交叉是交换的结果。

第九章细胞增殖及其调控图10-17联会复合体的结构第九章细胞增殖及其调控第九章细胞增殖及其调控图10-18同源染色体联会时的交换和交叉第九章细胞增殖及其调控染色体分离时的自由组合在减数分裂中期Ⅰ，同源染色体配对排列在赤道板上，染色体组在赤道板上排列是随机性的，这样就会有不同的自由组合方式。图10-19减数分裂中染色体组的自由组合重组第九章细胞增殖及其调控（三）减数分裂的生物学意义

减数分裂保证了有性生殖生物在世代交替中染色体数目的恒定。

减数分裂是遗传重组的原动力，增加了生物多样性。第九章细胞增殖及其调控图10-20有丝分裂与减数分裂的比较第九章细胞增殖及其调控第三节细胞周期的调控

一、细胞周期调控因素二、细胞周期运转的调控三、细胞周期的检验点第九章细胞增殖及其调控一、细胞周期的调控因子cdc基因细胞周期蛋白细胞周期蛋白依赖性激酶促成熟因子细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白第九章细胞增殖及其调控cdc基因在细胞周期调控中，有一类基因的表达具有细胞周期依赖性，其产物参与了细胞周期调控，这类基因称为细胞分裂周期基因（cdc)。Cdc2表达产物P34cdc2，是一种蛋白激酶，在G2/M交界处起调控作用。Cdc28表达产物P34cdc28，也是一种蛋白激酶，在G1/S及G2/M交界处起调控作用。第九章细胞增殖及其调控细胞周期蛋白（cyclin）

这类蛋白浓度随细胞周期的变化而变化。Cyclin可分为A、B、C、D、E、F、G、H等几大类，需要与CDK蛋白结合，参与细胞周期活动调节。Cyclin均含有一段保守的氨基酸序列，称为周期蛋白框，介导与CDK的结合。第九章细胞增殖及其调控第九章细胞增殖及其调控细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）它是一类可以与Cyclin结合，并表现出激酶活性的一类蛋白，统称为CDK激酶。包括CDK1~CDK8，CDK1即Cdc2表达产物P34cdc2各种CDK分子均含有类似的CDK激酶结构域，此结构域中一段序列很保守，与Cyclin的结合有关。CDK激酶是Cyclin与CDK蛋白形成的复合物，Cyclin是调节亚单位，CDK是催化亚单位。第九章细胞增殖及其调控促成熟因子（MPF）MPF是一种在G2期形成，能促进M期启动的调控因子。MPF是异二聚体，由催化亚基CDK1和调节亚基CyclinB构成。MPF=CDK1=p34cdc2+cyclinBMPF活化后表现出蛋白激酶活性，可以使多种蛋白底物磷酸化，促进细胞由G2期进入M期。第九章细胞增殖及其调控图10-21MPF结构示意图第九章细胞增殖及其调控图10-22MPF的功能第九章细胞增殖及其调控细胞周期蛋白依赖性激酶

抑制蛋白（CDKI）它是对C