細(xì)胞增殖與細(xì)胞周期

1、細(xì)胞增殖 和細(xì)胞周期,細(xì)胞生物教研室 邵陽光,細(xì)胞生長和分裂也稱細(xì)胞增殖，是 生命活動的重要特征。 生長表現(xiàn)在細(xì)胞體積的增大。 分裂表現(xiàn)在細(xì)胞數(shù)目的增多。,細(xì)胞完成生長和分裂的全過程稱為細(xì)胞增殖周期，簡稱細(xì)胞周期。 細(xì)胞周期包括細(xì)胞分裂的物質(zhì)準(zhǔn)備和細(xì)胞分裂兩個相互連續(xù)的過程。,細(xì)胞增殖是生物繁育的基礎(chǔ)。成體生物通過細(xì)胞增殖來彌補生命活動過程中的細(xì)胞損失。細(xì)胞增

2、殖受到嚴(yán)密的調(diào)控。,對細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期的研究具有重要的理論與實踐意義。 理論上，如組織和器官的形成。 實踐上，腫瘤的治療。,第一節(jié) 細(xì)胞分裂是細(xì)胞增殖主要方式,1.細(xì)胞分裂的概念 一個細(xì)胞分裂成兩個子代細(xì)胞的過程。在真核細(xì)胞中通常包括細(xì)胞核分裂和緊隨其后的細(xì)胞質(zhì)分裂。,2. 細(xì)胞分裂的方式 有絲分裂 mitosis 是體細(xì)胞分裂的主要方式無絲分裂 amitosis 是一種少見的細(xì)胞分裂方式

3、減數(shù)分裂 miosis 是發(fā)生于生殖細(xì)胞成熟階段的細(xì)胞分裂方式,一、有絲分裂是體細(xì)胞分裂的主要方式,有絲分裂是體細(xì)胞分裂的主要方式，其特點是細(xì)胞通過紡錘體將遺傳物質(zhì)精確地等分到兩個子細(xì)胞中去，以保證細(xì)胞在增殖的過程中保持遺傳穩(wěn)定。有絲分裂可分為前期、中期、后期和末期四個過程。在有絲分裂前是分裂間期(interphase) ，包括G1期、S期和G2期，主要進(jìn)行DNA復(fù)制等準(zhǔn)備工作。,動物細(xì)胞有絲分裂過程,植物細(xì)胞有絲分裂過程,(一)

4、 有絲分裂的過程,1.前期（prophase）（1）染色質(zhì)凝集成染色體染色質(zhì)凝集是細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂前期的標(biāo)志。前期開始時，染色質(zhì)開始濃縮，由原來的線性染色質(zhì)，經(jīng)過進(jìn)一步螺旋化、折疊和包裝，形成光鏡下可辨的早期染色體結(jié)構(gòu)。,早期染色體由兩條棒狀的染色單體并列而成，中間有著絲粒(centromere)相連。著絲粒的外側(cè)部附有動粒（kinetochore），動粒是染色體與紡錘體中的動粒微管相連的部位。,(2) 核膜破裂和核仁消失核纖

5、層纖維磷酸化，降解為可溶的核纖層蛋白。核膜失去核纖層的支持，裂解成小泡，分散到胞質(zhì)中。由于染色體的凝集，核仁中的DNA分別參加到各自所屬的染色體的組裝中，核仁中的RNA和蛋白質(zhì)分散在細(xì)胞質(zhì)中。,(3) 分裂極的確定和紡錘體的形成,中心體在間期也進(jìn)行了復(fù)制。前期兩個中心體彼此分開，并分別向兩極移動。,中心體具有微管組織中心的作用，其周圍聚集大量的放射狀排列的微管，稱為星體。星體周圍微管可分為三種：①極間微管，是兩個星體之間的微管，在赤道

6、附近相互重疊，形成重疊區(qū)，重疊區(qū)微管之間有動力蛋白。重疊區(qū)微管的游離端加長，在動力蛋白的作用下相互滑動，可不斷把星體推向兩極。②動粒微管，是從中心體發(fā)生并與染色體動粒相連的微管。動粒微管與染色體動粒相連處微管可縮短，將染色單體拉向兩極。,③星體微管，位于星體周圍，其游離端伸向周圍胞質(zhì)。由兩端星體、星體微管、極間微管和動粒微管組合形成的紡錘形結(jié)構(gòu)稱為紡錘體或有絲分裂器。,組成：中心粒(一對)、無定形基質(zhì)。 周期變化：在間期（S期）完

7、成復(fù)制，在前期移向兩極，參與形成紡錘體。功能：生成星體周圍微管。,中心體 centrosome,中心體周期,中心體周期,2.中期（ metaphase ）,前期動畫,所有染色體排列在赤道板上，標(biāo)志中期的開始。紡錘體呈典型的紡錘樣。位于染色體兩側(cè)的動粒微管長度相等，作用力均衡。,紡錘體,紡錘體和中期染色體,中期染色體,中期染色體,,中期染色體,中期動畫,3.后期（ anaphase ）,,標(biāo)志：兩個染色單體完全分開，向兩極移動。當(dāng)染

8、色單體到達(dá)兩極，標(biāo)志后期結(jié)束。,在后期A，動粒微管變短，兩個染色單體向兩極運動。在后期B，極間微管長度增加，紡錘體兩極之間的距離逐漸拉長。,后期動畫,后期可分為兩個連續(xù)的階段：后期A和后期B。,4.末期(telophase),染色單體到達(dá)紡錘體兩極即進(jìn)入末期。主要標(biāo)志是兩個子細(xì)胞核的形成和胞質(zhì)分裂。主要形態(tài)學(xué)變化：（1）染色體的解聚和細(xì)胞核的重新形成 染色單體開始去濃縮，在每個染色單體的周圍核膜開始重建，核孔復(fù)合體、Go

9、lgi體和ER重新形成。另外，核仁也重新形成。至此，有絲分裂的細(xì)胞核分裂過程已經(jīng)完成。,（2）胞質(zhì)分裂最后將細(xì)胞分成兩個子細(xì)胞,胞質(zhì)分裂開始于細(xì)胞分裂的后期，完成于細(xì)胞分裂的末期。胞質(zhì)分裂開始時，在赤道板周圍細(xì)胞膜及相應(yīng)的胞質(zhì)開始下陷，形成環(huán)形縊縮，稱為分裂溝(furrow)。分裂溝逐漸加深，直至兩個子代細(xì)胞完全分開。,胞質(zhì)分裂溝,,肌動蛋白和肌球蛋白參與了分裂溝的形成和整個胞質(zhì)分裂過程。大量的肌動蛋白和肌球蛋白裝配形成微絲束，環(huán)

10、繞細(xì)胞，稱為收縮環(huán)(contractile ring)。收縮環(huán)收縮，分裂溝加深，直至兩個子細(xì)胞相互分離。,,收縮環(huán),收縮環(huán),,胞質(zhì)分裂,胞質(zhì)分裂 (cytokinesis),胞質(zhì)分裂可簡單歸納為4個步驟：分裂溝位置確定、肌動蛋白聚集和收縮環(huán)形成、收縮環(huán)收縮、收縮環(huán)處細(xì)胞膜融合形成兩個子細(xì)胞。,,有絲分裂包括核分裂、胞質(zhì)分裂。三個最重要的特征：染色質(zhì)凝集紡錘體出現(xiàn)收縮環(huán)出現(xiàn),有絲分裂全過程動畫,染色體準(zhǔn)確等分機制,紡錘體產(chǎn)生的合力

11、--決定染色體運動的方向1.極間微管重疊區(qū)微管之間相互滑動對兩極星體產(chǎn)生的推力。2.動粒微管與染色體動粒之間的相互作用對染色體產(chǎn)生拉力。3.星體微管與細(xì)胞膜之間相互作用使星體穩(wěn)定在細(xì)胞兩極的作用力。4.兩條姐妹染色單體在著絲粒處形成的粘著力。姐妹染色單體分開是染色體向兩極運動的重要條件動粒與微管的連接處是染色體向兩極運動的重要作用點微管動力蛋白是染色體運動的動力,二、減數(shù)分裂,概念：減數(shù)分裂是細(xì)胞僅進(jìn)行一次DNA復(fù)制，隨

12、后進(jìn)行兩次分裂，染色體數(shù)目減半的一種特殊的有絲分裂。減數(shù)分裂主要是生殖細(xì)胞的分裂方式。,減數(shù)分裂的意義：保證染色體數(shù)目穩(wěn)定；物種適應(yīng)環(huán)境變化不斷進(jìn)化。通過受精作用，恢復(fù)二倍體。同源染色體間發(fā)生交換，使配子多樣化，增加了后代的適應(yīng)性。,減數(shù)分裂特點,遺傳物質(zhì)只復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，導(dǎo)致染色體數(shù)目減半S期持續(xù)時間較長減數(shù)分裂的第一次分裂主要標(biāo)志是同源染色體的分開，第二次分裂是姐妹染色單體分開。同源染色體在減數(shù)分裂期I(

13、MeiosisI)配對聯(lián)會、基因重組,(一)減數(shù)分裂I－－同源染色體分開,前期I--染色質(zhì)凝集，同源染色體間片段交換 細(xì)線期 偶線期 粗線期 雙線期 終變期中期I—染色體排列在赤道面上后期I—染色體分離向兩極運動末期I及間期—染色體到達(dá)兩極,(二)減數(shù)分裂II,與有絲分裂過程類似不發(fā)生DNA復(fù)制子細(xì)胞中，有23條以單體為單位的染色體，DNA含量為n,三、無絲

14、分裂,在低等動物中較常見，而在哺乳動物和人中少見。也進(jìn)行DNA復(fù)制，但染色質(zhì)不凝集。主要是細(xì)胞核拉長，中間變窄成核頸，最后形成啞鈴狀，核頸進(jìn)一步變細(xì)，最后斷開形成兩個子核。細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)在中間形成環(huán)狀縊縮，最后斷開形成兩個子細(xì)胞。無絲分裂不能將遺傳物質(zhì)等分給子細(xì)胞。,第二節(jié) 細(xì)胞周期為細(xì)胞 有絲分裂所經(jīng)歷的過程,一、細(xì)胞周期的概念,細(xì)胞周期，又稱細(xì)胞生命周期或細(xì)胞增殖周期，是指細(xì)胞從上一次有絲分裂結(jié)束到下一次有絲分裂結(jié)束所經(jīng)歷的

15、過程。,哺乳動物細(xì)胞標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期包括G1期，S期，G2期，M期。細(xì)胞沿著G1→S→ G2→M→G1周期性運轉(zhuǎn)，其中S期進(jìn)行DNA的合成，又稱DNA合成期； M期即有絲分裂期。,（一）細(xì)胞周期時相組成,（二）細(xì)胞周期研究方法,細(xì)胞周期時間測定 基本原理是選擇細(xì)胞周期中有變化規(guī)律的物質(zhì)作標(biāo)記，通過觀察這些標(biāo)記物在細(xì)胞周期中的變化，間接計算細(xì)胞周期各時相的時間。 （1） 3H-TdR（胸腺嘧啶核苷）標(biāo)記的有絲分裂標(biāo)記法,⑵ 流

16、式細(xì)胞分選儀測定 ●通常與細(xì)胞同步化方法相結(jié)合，監(jiān)測細(xì)胞DNA含量在不同時間的變化，從而確定細(xì)胞周期時間的長短。,2.細(xì)胞同步化,概念：細(xì)胞周期同步化是指自然發(fā)生或人工造成的使細(xì)胞群體處于同一細(xì)胞周期時相的過程。(cell synchronization),同步化方法：（1）選擇性細(xì)胞同步化如震蕩法（有絲分裂搖落法）收集M期細(xì)胞（2）化學(xué)法利用化學(xué)藥物，將細(xì)胞阻斷在細(xì)胞周期的某一時相，使細(xì)胞同步化。,（三）細(xì)胞在體內(nèi)的增殖特

17、性,根據(jù)增殖特點，細(xì)胞分三類：（1）Go期細(xì)胞 (休眠細(xì)胞) 一般情況下不增殖，當(dāng)受到損傷后，又重新進(jìn)入細(xì)胞周期，如肝細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等。（2）終末分化細(xì)胞 完全失去了增殖能力，如成人心肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等。（3）連續(xù)不斷分裂的細(xì)胞 主要包括造血干細(xì)胞、皮膚的表皮細(xì)胞、消化道、陰道上皮等。,二、細(xì)胞周期各時相的細(xì)胞形態(tài)和分子事件,一是在G1期、S期和G2期發(fā)生DNA遺傳物質(zhì)的復(fù)制和整個細(xì)胞結(jié)構(gòu)組分的加倍，

18、主要表現(xiàn)為分子水平上的變化；二是在M期發(fā)生的DNA遺傳物質(zhì)精確地等分到兩個子細(xì)胞中，主要表現(xiàn)為形態(tài)學(xué)上的變化。,㈠ G1期是細(xì)胞生長和DNA合成準(zhǔn)備期 G1期分為G1早期和G1晚期，兩期之間有一個限制點，是細(xì)胞在G1 期的重要調(diào)控點。 G1期早期的主要內(nèi)容是細(xì)胞生長，有的細(xì)胞會長期停留在此期，即成為G0期細(xì)胞。 G1晚期細(xì)胞主要的任務(wù)是為DNA復(fù)制作準(zhǔn)備。,㈡S期為DNA合成期DNA合成的啟動，S-CdK蛋白復(fù)合體是DN