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1、细胞分裂与细胞周期生物教研室生物教研室 刘佳刘佳 细细胞增殖胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)是是细细胞通胞通过过生生长长和和分分裂裂产产生子代生子代细细胞，增加胞，增加细细胞数目，并使子胞数目，并使子细细胞胞获获得与母得与母细细胞相同或者几乎相同的胞相同或者几乎相同的遗传遗传特性的特性的过过程。程。细胞分裂的意义 1.细胞分裂是细胞生命活动的重要特征之一,是生物繁育的基础。单细胞生物单细胞生物多细胞生物多细胞生物2.细胞分裂是生物体生长发育的基础细胞分裂是生物体生长发育的基础。初生婴儿体重约3000g，达1012个细胞。3.3.成体生物仍然
2、需要成体生物仍然需要细细胞生胞生长长分裂，取代衰老死亡分裂，取代衰老死亡的的细细胞。胞。4.4.机体机体创伤创伤愈合愈合时组织时组织再生、病理再生、病理组织组织修复等，都修复等，都要依要依赖细赖细胞分裂。胞分裂。对于生物个体而言，细胞增殖必须完全按照机体生命活动的需要来进行，表现出严格的时空顺序。细胞增殖过高细胞增殖过低第一节 细胞分裂细胞分裂：细胞分裂：是细胞周期中的重要阶段，细胞是细胞周期中的重要阶段，细胞进入增殖周期后，经过一定时间的准备，通进入增殖周期后，经过一定时间的准备，通过分裂的方式，将细胞的遗传物质及其它组过分裂的方式，将细胞的遗传物质及其它组分等量的分配到两个子细胞的过程。分
3、等量的分配到两个子细胞的过程。细胞分裂细胞分裂有丝分裂有丝分裂无丝分裂无丝分裂减数分裂减数分裂体细胞体细胞生殖细胞生殖细胞少见少见又称直接分裂，由又称直接分裂，由Remark（1841）发现于鸡胚血细胞，不涉及发现于鸡胚血细胞，不涉及染色体变化和纺锤体形成，没有核膜、核仁的消失和重建。染色体变化和纺锤体形成，没有核膜、核仁的消失和重建。优点：简单迅速，耗能少缺点：无法保证子细胞获得与亲代相同的遗传物质。无丝分裂常见于：常见于：低等生物低等生物纤毛虫纤毛虫高等生物的细胞高等生物的细胞上皮、结缔组织上皮、结缔组织受到创伤需要修复的细胞受到创伤需要修复的细胞肝炎时的肝细胞肝炎时的肝细胞细胞在特殊情况
4、下的“应急”反应？有丝分裂有丝分裂是真核细胞通过是真核细胞通过有丝分裂器有丝分裂器或或纺锤体纺锤体将遗传物质精确地均分到两个子将遗传物质精确地均分到两个子细胞中去，以保证细胞在增殖过程中保持细胞中去，以保证细胞在增殖过程中保持遗传稳定的分裂方式遗传稳定的分裂方式。有丝分裂前期前期中期中期后期后期末期末期（一）有丝分裂四个时期及主要事件前期：前期：染色质凝集成染色体染色质凝集成染色体分裂极确立分裂极确立中中心心粒粒的的复复制制周周期期分裂极的确定核膜解体，核仁消失核膜解体，核仁消失纺锤体的装配初步完成纺锤体的装配初步完成纺锤丝纺锤丝3类类 重叠微管：极区到赤重叠微管：极区到赤道部位，交错相连道部
5、位，交错相连动粒微管：极区和着动粒微管：极区和着丝点丝点星体微管星体微管中期：中期：核膜解体核膜解体所有着丝粒排列在赤道面所有着丝粒排列在赤道面染色体着丝粒排列到赤道板上染色体着丝粒排列到赤道板上形成了有丝分裂器（专一执行有丝分裂功能形成了有丝分裂器（专一执行有丝分裂功能的暂时性结构）的暂时性结构）1.中心粒中心粒2.纺锤体纺锤体3.染色体染色体后期：后期：姐妹染色单体分离姐妹染色单体分离移向两极移向两极赤道面上的姐妹染色单体分离，产生向极运动赤道面上的姐妹染色单体分离，产生向极运动两极的逐渐远离运动两极的逐渐远离运动姐妹染色单体分离，姐妹染色单体分离，向两极移动向两极移动两极远离两极远离末期
6、：末期：染色体到达两极染色体到达两极形成两个子细胞形成两个子细胞到达两极的到达两极的染色体染色体开始松解开始松解核膜核膜开始重新组装，子细胞核形成；开始重新组装，子细胞核形成；核仁核仁也开始也开始重新组装，重新组装，RNA合成功能逐渐恢复合成功能逐渐恢复细胞质细胞质分离，形成两个子细胞分离，形成两个子细胞胞质分裂胞质分裂 动动物物细细胞胞的的胞胞质质分分裂裂通通过过胞胞质质收收缩缩环环的的收收缩缩实实现现。收收缩缩环环大大量量平平行行排排列列的的肌肌动动蛋蛋白白、肌肌球球蛋蛋白白组组成成的的微丝微丝束。束。减数分裂：减数分裂：生殖细胞的分裂方式，即细胞生殖细胞的分裂方式，即细胞在在DNA复制的
7、基础上进行两次细胞有丝分裂，复制的基础上进行两次细胞有丝分裂，其细胞遗传物质的其细胞遗传物质的含量减少一倍含量减少一倍，形成仅具单，形成仅具单倍体遗传物质的配子细胞。倍体遗传物质的配子细胞。减数分裂减减数数分分裂裂前期前期中期中期后期后期减减数数分分裂裂末期末期前期前期中期中期后期后期末期末期细线期细线期偶线期偶线期粗线期粗线期 间间 期期双线期双线期终变期终变期减减数数分分裂裂同源染色体同源染色体分离分离姐妹染色体姐妹染色体分离分离减数分裂特点减数分裂特点遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，导致导致染色体数目减半染色体数目减半同源染色体在减数分裂期同源
8、染色体在减数分裂期I联会、联会、基因重组基因重组减数分裂前间期减数分裂前间期的的S期持续时间较长期持续时间较长减数分裂同源染色体配对排列在赤道板上减数分裂同源染色体配对排列在赤道板上,第一次第一次分裂时分裂时,同源染色体分开同源染色体分开同源染色体肤色白肤色深肤色黑肤色白有龅牙没龅牙存在基因重组时（一）减数分裂I1、前期、前期I 减数分裂的特殊过程主要减数分裂的特殊过程主要发生在前期发生在前期I，分，分5个时期：个时期：细线期，细线期，偶线期，偶线期，粗线期，粗线期，双线期，双线期，终变期。终变期。细线期细线期偶线期偶线期粗线期粗线期终变期终变期双线期双线期凝集凝集配对，联会配对，联会复合体复
9、合体重组重组交叉交叉纺锤体开纺锤体开始形成始形成核膜、核核膜、核仁消失仁消失双线期的交叉产生子细胞遗传多样性的两个主要机制：1.非同源染色体自非同源染色体自由组合由组合2n 2.粗线期开始的同源染色体间的交换重组粗线期开始的同源染色体间的交换重组分期分期主要主要变变化化特殊特殊结结构构前期前期I细线细线期期同源染色体开始配同源染色体开始配对对，染色，染色质质开始凝集开始凝集偶偶线线期期联联会会联联会复合体会复合体粗粗线线期期同源染色体同源染色体绞缠绞缠、DNA重重组组活活跃跃重重组组小小节节双双线线期期同源染色体交叉，同源染色体交叉，RNA合成活合成活跃跃交叉交叉终变终变期期同源染色体完成凝集
10、，核仁消失，同源染色体完成凝集，核仁消失，纺锤纺锤体形成体形成纺锤纺锤体体 中期中期I四分体构成赤道板四分体构成赤道板赤道板赤道板后期后期I同源染色体分离，非同源染色体自由同源染色体分离，非同源染色体自由组组合合末期末期I染色体不松解，核膜、核仁重新出染色体不松解，核膜、核仁重新出现现，形成子，形成子细细胞胞间间期期细细胞中胞中染色体数目减半，没有新的染色体形成染色体数目减半，没有新的染色体形成前期前期核膜、核仁消失，核膜、核仁消失，纺锤纺锤体形成体形成纺锤纺锤体体 中期中期染色体排列在赤道板上染色体排列在赤道板上后期后期姐妹染色姐妹染色单单体分离体分离末期末期染色体去凝集，核膜、核仁出染色体
11、去凝集，核膜、核仁出现现，胞，胞质质分离，形成子分离，形成子细细胞胞减数分裂各时期特点减数分裂各时期特点减数分裂的意义减数分裂的意义 1.保持保持亲代遗传特点亲代遗传特点 2.形成了联会复合体，使来自双亲的形成了联会复合体，使来自双亲的基因或基因或DNA片段得以重组和交换，使片段得以重组和交换，使后代在保持其基本遗传特征的基础上后代在保持其基本遗传特征的基础上不断出现新的不断出现新的变异变异减数分裂减数分裂减数分裂减数分裂有丝分裂有丝分裂 有有丝丝分裂分裂 减数分裂减数分裂发发生生对对象象体体细细胞胞生殖生殖细细胞胞分裂次数分裂次数12分裂分裂过过程前期程前期染色体无配染色体无配对对，交，交换
12、换和重和重组组前期前期：染色体有配：染色体有配对对，交交换换和和重重组组分分裂裂结结果果基因基因1.子子细细胞染色体数目胞染色体数目与有与有丝丝分裂前相同分裂前相同2.子代子代细细胞胞遗传遗传物物质质与与亲亲代相同代相同1.子子细细胞染色体数目是分胞染色体数目是分裂前一半裂前一半2.子代子代细细胞胞遗传遗传物物质质与与亲亲代代细细胞以及子代胞以及子代细细胞之胞之间间均不相同均不相同子子细细胞数胞数24分裂的意分裂的意义义确保确保遗传稳遗传稳定性定性既既获获得得稳稳定的定的遗传遗传特性，特性，又又增加了多增加了多样样性性比较：第二节第二节细胞周期细胞周期 一、概念一、概念 细胞从上次细胞从上次细
13、细胞分裂结束到下次胞分裂结束到下次细胞分裂结束所经细胞分裂结束所经历的规律性变化，历的规律性变化，叫叫细胞周期。细胞周期。（P279）分裂间期分裂间期分裂期分裂期G1期(gap1；DNA合成前期)S S期期(DNA(DNA合成期合成期)G2期(gap2；DNA合成后期)M M期期(细胞分裂期细胞分裂期)前期前期中期中期后期后期末期末期G0期 从增殖的角度来看，可将高等动物细胞分为三类：从增殖的角度来看，可将高等动物细胞分为三类：细胞类型细胞类型特点特点功能功能 举例举例连续不断分裂的细胞始终保持分裂活性；分化低，周期稳定创伤修复、组织再生 胚胎早期细胞，造血干细胞，表皮基底层细胞终末分化细胞高
14、度分化;丧失了分裂能力维持机体正常功能成熟红细胞，神经细胞，心肌细胞暂不增殖细胞较长时间停留在G0 期，暂时不增殖，但仍保持增殖能力；可返回G1期组织更新，补充损失成纤维细胞，肝、肾、胰实质细胞（P288）细胞周期时间的特点细胞周期时间的特点1.不同细胞的细胞周期时间差异很大不同细胞的细胞周期时间差异很大物种物种细胞类型细胞类型细胞周期细胞周期G1SG2+M人人结肠上皮细胞结肠上皮细胞259142直肠上皮细胞直肠上皮细胞4833105骨髓细胞骨髓细胞182124大鼠大鼠十二指肠隐窝细胞十二指肠隐窝细胞10.42.271.2肝肝细胞细胞47.528163.5小鼠小鼠十二指上皮肠细胞十二指上皮肠细
15、胞10.31.37.51.5皮肤表皮细胞皮肤表皮细胞1018711.822.182.G1和和S期持续时间较长，期持续时间较长，G2期较短，一般期较短，一般M期最短期最短3.S+G2+M 的时间变化较小，的时间变化较小，细胞周期时间长短主要细胞周期时间长短主要决定于决定于G1期期（G1期长短不同导致细胞增殖速度不同，期长短不同导致细胞增殖速度不同，如如G0期细胞）期细胞）u分裂速度较慢的细胞，分裂速度较慢的细胞，G1期期较长期期较长数天到数年数天到数年u有些快速分裂增殖的细胞缺乏有些快速分裂增殖的细胞缺乏G1期期u有些细胞停滞于有些细胞停滞于G1期期G0期细胞期细胞 G1期 与DNA合成启动相关
16、，开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂等S 期 DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构 G2期 合成一定数量的蛋白质和RNA分子，如：促有丝分裂因子，微管蛋白 M 期 M期中，遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。细胞周期各个时相主要事件细胞周期各个时相主要事件G1期，指从有丝期，指从有丝分裂完成到分裂完成到DNA复制之前的间隙复制之前的间隙时间。时间。S期，指期，指DNA复复制的时期。制的时期。G2期，指期，指DNA复制完成到有丝复制完成到有丝分裂开始之前的分裂开始之前的一段时间。一段时间。M期期，细胞分裂期，细胞分裂期细胞生长细胞生长DNA合成合成准备期准备期DNA合成期合成期RNA、蛋白质、蛋白质合成期合成期为分裂作准备为分裂作准备