普通生物学：第5章 细胞周期和细胞分裂

第四节

细胞周期和细胞分裂细胞增殖的意义细胞生命活动的重要特征之一,是生物繁育的基础。单细胞生物：导致生物个体数量的增加。多细胞生物：由一个单细胞（受精卵）分裂发育而来，多细胞生物繁殖基础。成体生物：主要取代衰老死亡的细胞，维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等。细胞是生物体生长、发育的基础一、细胞周期二、细胞分裂三、细胞的分化、衰老与死亡四、癌细胞一、细胞周期（cellcycle

）★1、概述

连续分裂细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂结束所经历的整个过程。不同细胞的细胞周期时间差异很大，主要差别在G1期

细胞周期时间不同细胞的细胞周期时间差异很大；S+G2+M时间变化较小，时间长短主要差别在G1期；有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期。分化细胞周期2、各期主要事件★

G1期：与DNA合成启动相关，合成相关的RNA/蛋白质等。

S期：DNA/组蛋白大量合成。

G2期：为细胞分裂作准备，合成相关的蛋白质。

M期：细胞核和细胞质的分裂3、细胞周期调控LelandHartwellPaulNurseTimothyHunt“start”cdc28cdc2cyclin

2001年度诺贝尔生理学/医学奖—发现“细胞周期的关键调节因子”CDK蛋白激酶

cyclin-dependentkinaseCDK与细胞周期素结合才具有激酶活性，故称细胞周期素依赖性蛋白激酶作用：CDK可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行。在动物中已知7种CDK,CDK1-7细胞周期素cyclins是一类随细胞周期变化呈现周期性出现和消失的蛋白质。（含A、B、C、D、E、H等20多种亚型），表达时间不同，功能也多样。特点：在细胞周期中呈现周期性变化。作用：能与CDK结合，激活CDK，间接调节细胞周期运行。3、细胞周期调控细胞周期检验点(CellCycleCheckpoint)Cyclin-Cdk复合物细胞周期运转的阻遏（细胞周期运转的负调控）细胞周期检验点:G1/S的转化

在生长因子的刺激下，cyclinD表达，并与CDK4,CDK6结合，使下游的蛋白质如Rb磷酸化，Rb释放出转录因子E2F，促进许多基因的转录，如编码cyclinE,cyclinA和CDK1的基因。细胞周期检验点:G2/M期转化G2/M期的转化和CDK1-cyclinB激酶密切相关。

CDK1-cyclinB激酶：

MPF=p34cdc2（或p34cdc28）+clyclinB。cdc2蛋白在细胞周期中含量稳定，而CyclinB的含量呈周期性变化，故CDK1-cyclinB激酶活性呈周期性变化，在G2期晚期阶段达到最大值并持续到M期的中期阶段。CDK1-cyclinB激酶使底物蛋白磷酸化，从而启动细胞从G2期进入M期的相关事件：如－如将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩；－核纤层蛋白磷酸化使核膜解体；－p60c-src磷酸化，使细胞骨架重排（纺锤体装配）；－核仁蛋白磷酸化，核仁解体。细胞周期检验点:M期由中期向后期转化在中期当MPF活性达到最高时，激活后期促进因子(anaphasepromotingcomplex,APC)，APC介导cyclinA、CyclinB通过“泛素化途径”选择性地被降解，CDK1活性丧失，在前期被CDK1磷酸化的蛋白质去磷酸化。泛素化途径-蛋白质降解过程泛素（ubiquitin，Ub）由76个氨基酸组成，高度保守，普遍存在于真核细胞，故名泛素。共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解，这是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径。3.2细胞周期运转的阻遏

（细胞周期运转的负调控）

细胞至少通过两种机制阻遏细胞周期运转：周期调控系统组分停止合成：如G0细胞，大部分Cyclin和Cdk都消失。CDK抑制物（CDKinhibitor,CDKI或CKI），阻止Cyclin-Cdk复合物的装配或活性；DNA损伤和抑癌基因P53

抑癌基因（如p53、Rb）的表达产物对细胞周期起负控作用，是细胞周期正常运转所必需的。如DNA损伤后会诱导P53蛋白的活化；活化的P53作为转录激活因子诱导P21的表达；P21抑制G1期CDK激酶活性。结果细胞将停留于G1Checkpoint，让DNA修复或者诱导细胞凋亡。避免带有受损DNA的细胞分裂，能抑制肿瘤的发生。二、细胞分裂（celldivision）生物的细胞分裂可分为三种无丝分裂有丝分裂减数分裂1、无丝分裂（amitosis）特点：不涉及染色体组装；不涉及纺锤体形成；遗传物质分配不均等；分裂速度快；能量消耗少。过程：核仁拉长→核仁断裂→核分裂→胞质分裂→形成两个子细胞2、有丝分裂（mitosis）★特点：是真核生物体细胞主要的分裂方式。染色体组装；纺锤体形成；遗传物质分配均等；分裂速度慢；能量消耗多。（1）前期染色质凝缩；

分裂极确立与纺锤体形成；

核仁解体；

核膜消失。（2）中期

染色体排列于赤道板；纺锤体微管与中心粒结合，形成有丝分裂器（3）后期姐妹染色单体分离，移向两极。（4）末期染色单体到达两极并去凝缩，重新出现染色质丝和核仁；核膜重组装；高尔基体与内质网形成。（5）胞质分裂

有丝分裂后期赤道板形成分裂沟；微丝构成收缩环动物细胞的胞质分裂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有丝分裂（6）细菌细胞分裂—

二分裂3、减数分裂（meiosis）

细胞进行一次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。体细胞(双倍体2n)

生殖细胞(单倍体n)（1）减数分裂Ⅰ

前期Ⅰ细线期：染色质开始形成染色体，偶线期：同源染色体联会→二价体(四分体)粗线期：同源染色体片段交换重组双线期：同源染色体分离，交叉端化终变期：纺锤体形成，核膜、核仁消失。

中期Ⅰ：成对的染色体（四分体）排列在细胞的赤道面上，一对染色体的动粒分别与来自两极的动粒微管相连。后期Ⅰ：同源染色体分别移向两极。非同源染色体自由组合。末期Ⅰ：染色体去凝集（或不明显），形成两个子细胞。第一次减数分裂后，染色体数目减少一半。（2）减数分裂Ⅱ前期Ⅱ：染色质凝集成染色体；核仁消失；核膜破裂；纺锤体出现；染色体逐步移向细胞中央。中期Ⅱ：染色体排列在细胞中央。后期Ⅱ：染色单体（姐妹染色单体）分开，移向细胞两极。末期Ⅱ：1、子细胞核的出现（染色体变成染色；核膜、核仁出现）

胞质分裂（3）减数分裂和配子发生（4）减数分裂特点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。仅存于生殖细胞。S期持续时间较长同源染色体在减数分裂期I配对联会、基因重组，产生遗传物质多样性。减数分裂同源染色体配对排列在中期板上,第一次分裂时,同源染色体分开。4、减数分裂与有丝分裂比较三、细胞的分化、衰老与死亡细胞在形态结构、生理功能和蛋白质合成等方面发生稳定差异的过程，多细胞有机体由不同类型细胞组成。细胞分化的本质是基因组中基因的选择性表达。人成体有200多种细胞

1.细胞分化细胞的形态与功能相适应形态结构发生差异（1）细胞分化的特征上皮细胞脂肪细胞平滑肌细胞心肌细胞神经元细胞

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：维持细胞生存所必需的、在各种细胞中都表达的基因组织特异性基因：不同细胞中专一性表达的基因差别基因选择性表达动物细胞发生分化后，遗传表型保持稳定，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表型保持稳定细胞决定细胞从分化命运确定到出现特定形态的过程。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去（脱）分化与转分化某些条件下，分化细胞基因表达模式发生可逆变化，又回到未分化状态，如：植物的愈伤组织。细胞失去分化后，再分化成另一种细胞的现象。如：蝾螈肢体再生时，脱分化的肌细胞可生出软骨。（2）细胞分化的发育潜能细胞分化能力的强弱称为发育潜能

全能性

多能性

单能性

分化成熟的动物细胞已失去全能性。不可能发

育成为完整的动物个体。原因何在？

陆续出现一些探索动物细胞全能性丧失原因的实验。

蛙皮肤细胞核移植发育成蝌蚪爪蟾体细胞克隆：肠上皮细胞核仍保持全能性以上实验得出的结论：

囊胚阶段的细胞乃至成熟的体细胞，其细胞核仍具有全能性——可能发育成完整个体。

细胞核保持着全套基因组。

看来，关键在于细胞质。

细胞质中有着决定细胞分化全能性的

物质，称为分化决定子。

2、细胞的衰老

衰老是人们永恒的议题，至今仍是一个迷。人体衰老时，身体各部分功能都发生衰老。身体的衰老是以细胞衰老为基础的。实验证明，细胞有着明显的衰老过程。（1）衰老细胞结构变化细胞核随分裂次数增加且增大，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。（2）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。

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。（3）细胞死亡

细胞坏死

机械损伤、毒物毒害质膜、核膜破裂，胞质溢出，周围细胞炎症。

细胞凋亡

细胞程序性化死亡。（4）细胞凋亡（apoptosis）☆又称细胞程序化死亡，是一个主动的、由基因决定的自动结束细胞生命的过程，此过程受到严格的遗传机制决定的程序性死亡。个体发育模式的需要；根据需要调节细胞数量；保持成体器官的正常体积；更新衰老耗损的细胞。2002年诺贝尔生理医学奖【英】悉尼·布雷内【英】约翰·苏尔斯顿【美】罗伯特·霍维茨“程序性细胞死亡”前期Ⅰ

同源染色体重组中期Ⅰ，后期Ⅰ，末期Ⅰ减数分裂Ⅱback早衰症是人体衰老中的一种病症味觉丧失64％肾小球减少44％肾小球过滤率减少31％脊神经元减少37％神经传导速度减慢10％脑供