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1、细胞增殖及调控细胞五 细胞增殖细胞增殖(cellproliferation)是生命的基本是生命的基本特征，种族的繁衍、个体的发育、机体的修复等特征，种族的繁衍、个体的发育、机体的修复等都离不开细胞增殖都离不开细胞增殖。单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加,维维持物种的存在。持物种的存在。多细胞生物由一个单细胞多细胞生物由一个单细胞(受精卵受精卵)分裂发育而来，分裂发育而来，细胞增殖是多细胞生物繁殖基础细胞增殖是多细胞生物繁殖基础(1(1 10 1012 12 10 101414)成人体内每秒钟仍有数百万细胞更新，以补偿血细成人体内每秒钟仍有数百万细胞
2、更新，以补偿血细胞、小肠粘膜细胞和上皮细胞的衰老和死亡。另外胞、小肠粘膜细胞和上皮细胞的衰老和死亡。另外,机机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等都要依赖细胞体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等都要依赖细胞增殖。增殖。细胞增殖是通过细胞周期细胞增殖是通过细胞周期(cellcycle)来实现来实现的，细胞沿着的，细胞沿着G1SG2MG1周期性的运周期性的运转，在间期细胞体积增大转，在间期细胞体积增大(生长生长)，在，在M期细胞先期细胞先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个细胞周期。是核分裂，接着胞质分裂，完成一个细胞周期。而细胞周期的有序运行是通过相关基因的严格监而细胞周期的有序运行是通过相关基因的
3、严格监视和调控来保证的。视和调控来保证的。细胞无限制增长对个体来说意味着癌症，个细胞无限制增长对个体来说意味着癌症，个体无限制繁殖对地球来说意味着灾难。体无限制繁殖对地球来说意味着灾难。可见，严格的细胞增殖调控是整个生命活动可见，严格的细胞增殖调控是整个生命活动的最基本保证。的最基本保证。第一节第一节.细胞周期概述细胞周期概述一一.细胞周期细胞周期:细胞周期是指细胞从一次分裂结束开始，经过物质积细胞周期是指细胞从一次分裂结束开始，经过物质积累到下一次细胞分裂结束为止，所经历的一个有序过程。累到下一次细胞分裂结束为止，所经历的一个有序过程。其间细胞遗传物质和其它内含物分配给子细胞。其间细胞遗传物
4、质和其它内含物分配给子细胞。细胞分裂与细胞周期细胞分裂与细胞周期二二.细胞周期中各个不同时相及其主要事件细胞周期中各个不同时相及其主要事件:1.G1期期(gap1):指从有丝分裂完成到指从有丝分裂完成到DNA复制之复制之前的间隙时间，染色质去凝集，合成某些前的间隙时间，染色质去凝集，合成某些RNA及蛋白质，为及蛋白质，为DNA复制作准备。复制作准备。G1期存在期存在限制点限制点(Restrictionpoint,R点点)，也称，也称检验点检验点(Checkpoint)被认为是被认为是G1期晚期的一个基本事期晚期的一个基本事件。细胞只有在内因和外因共同作用下才能完成这一件。细胞只有在内因和外因共
5、同作用下才能完成这一基本事件基本事件,顺利通过顺利通过G1期期,进入进入S期并合成期并合成DNA。影响影响R点的外因主要包括营养供给和相关的激素点的外因主要包括营养供给和相关的激素刺激；内因主要是一些与细胞分裂周期基因刺激；内因主要是一些与细胞分裂周期基因(celldivisioncyclegene，cdc基因，其产物是一些蛋白基因，其产物是一些蛋白激酶、磷酸酶等激酶、磷酸酶等)调控过程相关的因素及调控过程相关的因素及DNA损伤。损伤。检查点不仅存在于检查点不仅存在于G G1 1期，也存在于期，也存在于S S期、期、G G2 2期及纺期及纺锤体装配检查点等。锤体装配检查点等。2.S期期(syn
6、thesisphase):指指DNA复制的时期复制的时期.进进 行行DNA和组蛋白合成，共同组成核小体串珠结和组蛋白合成，共同组成核小体串珠结 构。同时，细胞核结构构。同时，细胞核结构(核骨架、核纤层、核膜核骨架、核纤层、核膜 等等)开始调整。开始调整。S S期检验点检查期检验点检查DNADNA复制是否完成。复制是否完成。TheDNAreplicationcheckpoint:EntryintomitosisisblockedbyincompleteDNAreplicationTheexperimentsofDNAreplicationcheckpointinthemammaliancells
7、incultureweretreatedwithcaffeineandhydroxyurea.3.G2期期(gap2):指指DNA复制完成复制完成(双倍体双倍体四倍体四倍体)到有丝到有丝分裂开始之前的一段时间分裂开始之前的一段时间.合成某些合成某些RNA及蛋白质，其及蛋白质，其它结构物质和亚细胞结构也为细胞分裂进行了必要的准它结构物质和亚细胞结构也为细胞分裂进行了必要的准备。备。G2/M期检查点期检查点：DNA是否完全复制，是否完全复制，DNA是否有损是否有损伤；细胞大小是否合适；环境因素是否有利于细胞伤；细胞大小是否合适；环境因素是否有利于细胞 分裂。细胞能否顺利进入分裂。细胞能否顺利进入M
8、期，受期，受G2期检查点的控制。期检查点的控制。4.M期期(mitosis):又称又称D期期(division),指细胞分裂开始到结指细胞分裂开始到结束束.细胞浆移动，染色体分离。真核细胞的细胞分裂包细胞浆移动，染色体分离。真核细胞的细胞分裂包括括有丝分裂有丝分裂(mitosis)和和减数分裂减数分裂(meiosis)。中中-后期检验点：纺锤体组装检验点。后期检验点：纺锤体组装检验点。细胞周期检查点细胞周期检查点Someeukaryoticcellcycletimes 细胞周期的时间长短与物种的细胞类型有关，如：早期胚胎细细胞周期的时间长短与物种的细胞类型有关，如：早期胚胎细胞无胞无G1 和G
9、2，细胞周期最短；，细胞周期最短；小鼠十二指肠上皮细胞的周期为小鼠十二指肠上皮细胞的周期为1010小小时；人类胃上皮细胞时；人类胃上皮细胞2424小时；骨髓细胞小时；骨髓细胞1818小时；培养的人成纤维细小时；培养的人成纤维细胞胞1818小时；小时；HeLa细胞细胞2121小时。小时。不同细胞的细胞周期时间差异很大S+G2+M 的时间变化较小，细胞周期时间长短主要差别在G1期。三三.细胞分类细胞分类:根据增殖状况的不同，高等动物的细胞可分三类根据增殖状况的不同，高等动物的细胞可分三类:1.连续分裂细胞连续分裂细胞(周期中细胞周期中细胞cyclingcells):在细胞周期中连续分裂的细胞在细胞
10、周期中连续分裂的细胞,如表皮生发层细胞、如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞及干细胞。部分骨髓细胞及干细胞。2.G0期细胞期细胞(静止期细胞静止期细胞quiescentcells):暂不分裂的细胞暂不分裂的细胞,但在适当的刺激下可重新进入细胞但在适当的刺激下可重新进入细胞周期周期,也称休眠细胞也称休眠细胞,如淋巴细胞、肝、肾细胞等。如淋巴细胞、肝、肾细胞等。3.终末分化细胞终末分化细胞(TerminallyDifferentiatedcells):指不可逆地脱离细胞周期，高度特化，不再分裂的指不可逆地脱离细胞周期，高度特化，不再分裂的细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等。细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等
11、。四四.细胞周期同步化细胞周期同步化:细胞同步化细胞同步化(synchronization)是指在自然过程中是指在自然过程中发生或经人为处理造成的细胞周期同步化，前者称自发生或经人为处理造成的细胞周期同步化，前者称自然同步化，后者称为人工同步化。然同步化，后者称为人工同步化。1.1.自然同步化自然同步化:多核体多核体:如粘菌只进行核分裂如粘菌只进行核分裂,而不发生胞质分裂而不发生胞质分裂,形成多核体。形成多核体。数量众多的核处于同一细胞质中数量众多的核处于同一细胞质中,进行同步化分裂进行同步化分裂,细胞核可多达达细胞核可多达达108108个个,体积达体积达5-6cm5-6cm3 3。疟原虫也具
12、有类似的情况。疟原虫也具有类似的情况。某些水生动物的受精卵某些水生动物的受精卵:如海胆卵可以同时授精如海胆卵可以同时授精,最初的最初的3 3次细胞次细胞分裂是同步的分裂是同步的,再如大量海参卵受精后再如大量海参卵受精后,前前9 9次细胞分裂都是同步化次细胞分裂都是同步化进行的。进行的。增殖抑制解除后的同步分裂增殖抑制解除后的同步分裂:如真菌的休眠孢子移入适宜环境后如真菌的休眠孢子移入适宜环境后,它们一起发芽它们一起发芽,同步分裂。同步分裂。2.2.人工同步化人工同步化.人工选择同步化人工选择同步化:人为将处于不同时期的细胞分离出来人为将处于不同时期的细胞分离出来有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长
13、细胞。有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞。优点优点:是细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。是细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。缺点缺点:是分离的细胞数量少。是分离的细胞数量少。密密度度梯梯度度离离心心法法：根根据据不不同同时时期期的的细细胞胞在在体体积积和和重重量量上上存在差别进行分离（裂殖酵母）。存在差别进行分离（裂殖酵母）。优点优点:是方法是方法 简单省时，效率高，成本低。简单省时，效率高，成本低。缺点缺点:是对大多数种类的细胞并不适用。是对大多数种类的细胞并不适用。.药药物物诱诱导导法法:通通过过药药物物诱诱导导,使使细细胞胞同同步步在在细细胞胞周周期期的的某个时期某个时期分
14、裂中期阻断法分裂中期阻断法:采用药物采用药物(秋水仙素秋水仙素,秋水仙胺秋水仙胺)通过抑制微管聚合来通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点优点:操作简便，效率高，无非均衡生长现象操作简便，效率高，无非均衡生长现象 缺点缺点:药物的毒性相对较大，可逆性较差药物的毒性相对较大，可逆性较差3.3.条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用 将将与与细细胞胞周周期期调调控控有有关关的的条条件件依依赖赖性性突突变变株株转转移移到到限限定定条条件件下下培培养养，所所有有细细胞胞便便被被同同
15、步步化化在在细细胞胞周周期期中中某某一特定时期。一特定时期。第二节第二节.细胞分裂细胞分裂真核细胞的分裂方式有：真核细胞的分裂方式有：无丝分裂无丝分裂(amitosis)有丝分裂有丝分裂(mitosis)减数分裂减数分裂(meiosis)一一.无丝分裂无丝分裂(amitosis):无丝分裂是低等生物的主要增无丝分裂是低等生物的主要增殖形式殖形式,又被称为直接分裂又被称为直接分裂(directdivision)。特点：特点：1.无纺缍体无纺缍体,不形成染色体不形成染色体;2.分裂迅速分裂迅速,能量消耗能量消耗 少少;3.易造成遗传物质分配不均等。易造成遗传物质分配不均等。二二.有丝分裂有丝分裂(
16、mitosis):由核分裂由核分裂(karyokinesis)和胞质分裂和胞质分裂(cytokinesis)组成，它是一个连续的分裂过程。组成，它是一个连续的分裂过程。1.1.有丝分裂器有丝分裂器(mitoticapparatus):包括纺缍体、中心体包括纺缍体、中心体 纺缍体纺缍体(spindle)由微管构成由微管构成,包括以下四种纤维包括以下四种纤维:动动粒丝、连续丝、中间丝和星体丝粒丝、连续丝、中间丝和星体丝。2.2.有丝分裂器功能：有丝分裂器功能：有丝分裂器由中心体形成，是一个暂时性的细胞器，专门执行有丝分裂器由中心体形成，是一个暂时性的细胞器，专门执行有丝分裂功能，在有丝分裂功能，在
17、ATP提供能量下产生推拉力量，以确保两套遗提供能量下产生推拉力量，以确保两套遗传物质能均等地分配给两个子细胞。传物质能均等地分配给两个子细胞。3.3.有丝分裂分期：有丝分裂分期：间期间期(interphase)前期前期(prophase)前中期前中期(premetaphase)中期中期(metaphase)后期后期(anaphase)末期末期(telophase)其中间期包括其中间期包括G1期、期、S期和期和G2期，主要进行期，主要进行DNA复复制、中心体复制、细胞体积增大等准备工作。制、中心体复制、细胞体积增大等准备工作。.前期前期:染色质凝缩染色质凝缩(condensation),在前期末
18、在前期末,染色体主缢痕染色体主缢痕(primaryconstriction)部位形成一种蛋白复合物动粒部位形成一种蛋白复合物动粒(kinetochore);细胞骨架解聚细胞骨架解聚,分裂极确立分裂极确立,星体形成，两个星体逐渐向星体形成，两个星体逐渐向细胞的两极运动细胞的两极运动,有丝分裂纺锤体有丝分裂纺锤体(mitoticspindle)开开始装配、始装配、形成形成;核仁解体核仁解体,核膜消失核膜消失,Golgi体体,ER等细胞等细胞 器解体器解体,形成小的膜泡形成小的膜泡。S期中心粒已完成复制，在前期移向两极，两对中心期中心粒已完成复制，在前期移向两极，两对中心粒之间形成纺锤体微管，微管通
19、过微管结合蛋白在正极粒之间形成纺锤体微管，微管通过微管结合蛋白在正极末端相连，核膜解体时，中心粒已到达两极，并形成纺末端相连，核膜解体时，中心粒已到达两极，并形成纺锤体。锤体。纺锤体有三种微管结构：纺锤体有三种微管结构：极体微管极体微管(polarmt)两极间的微管两极间的微管,在纺锤体中部重叠在纺锤体中部重叠,重叠部位结合有分子马达重叠部位结合有分子马达 。着丝点微管着丝点微管(kinetochoremt),是从着丝点到另一极的微是从着丝点到另一极的微管；管；星体微管星体微管(astralmt),由中心粒放射出来的微管。植物没由中心粒放射出来的微管。植物没有中心粒和星体，其纺锤体称无星纺锤体
20、。有中心粒和星体，其纺锤体称无星纺锤体。.前中期前中期:核膜解体至染色体排列到赤道面核膜解体至染色体排列到赤道面(equatorialplane)上上u纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体每个已纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体每个已复制的染色体的两个动粒，朝相反方向，保证与两极的复制的染色体的两个动粒，朝相反方向，保证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成三种类型三种类型的微管的微管u不断运动的染色体开始移向赤道板，细胞周期也由前中不断运动的染色体开始移向赤道板，细胞周期也由前中期逐渐向中期运转。期逐渐向中期运转。u核膜破裂成小
21、的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中特异核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中特异的的Ser残基磷酸化导致残基磷酸化导致核纤层解体核纤层解体.中期中期 染色体排列到赤道面上。染色体排列到赤道面上。.后期后期 指妹妹染色体单体分开并移向两极的时期。分为后指妹妹染色体单体分开并移向两极的时期。分为后期期A、后期、后期B两个过程。两个过程。l排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离产生排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离产生向极运动向极运动l后后期期(anaphase)大大致致可可以以划划分分为为连连续续的的两两个个阶阶段段,即即后后期期A和和后期后期B后期后期A:动粒微管去装配变短动粒微管去
22、装配变短,染色体产生两极运动染色体产生两极运动 后期后期B:极性微管长度增加极性微管长度增加,两极之间的距离逐渐拉长两极之间的距离逐渐拉长,介导染色介导染色 体向极运动体向极运动分裂沟位置的确立分裂沟位置的确立收缩环形成收缩环形成收缩环收缩收缩环收缩收缩环处细胞膜融合收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞并形成两个子细胞AnaphaseA:Themovementofthechromosomestowardthepoles;KinetochoreMTdisaassenbleatbothendsduringanaphaseA.AnaphaseB:Thetwospindlepolesmovefarthe
23、rapart.BothpushingandpullingforcescontributetoanaphaseBTheeventsofAnaphase:BothanaphaseAandanaphaseBcontributetothemovementofchromosometowardthespindlepolesAnaphaseB:ThetwospindlepolesmovefartherapartMetaphaseLate anaphaseThe sliding of overlap MT at anaphaseAmodelexplainsthechromosomemovementinanap
24、haseTwo alternative models of how the kinetochore may generate a poleward force on its chromosome during anaphase A.末期末期 从子染色体到达两极从子染色体到达两极,至形成两个新细胞为止的时至形成两个新细胞为止的时期。涉及子核的形成和胞质分裂两个方面。期。涉及子核的形成和胞质分裂两个方面。动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现，动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现，收缩环由大量平行排列的肌动蛋白组成。收缩环由大量平行排列的肌动蛋白组成。用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出
25、现什么现象？用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出现什么现象？n染染色色单单体体到到达达两两极极，即即进进入入了了末末期期(telophase),到到达达两两极极的的染染色色单体开始去浓缩单体开始去浓缩n核膜开始重新组装核膜开始重新组装 nGolgi体和体和ER重新形成并生长重新形成并生长n核仁也开始重新组装，核仁也开始重新组装，RNA合成功能逐渐恢复合成功能逐渐恢复,有丝分裂结束有丝分裂结束三三.减数分裂减数分裂(meiosis):减数分裂减数分裂(meiosis)是有性生殖个体形成是有性生殖个体形成生殖细胞生殖细胞过程中发生的一种特殊分裂方式。经两次细胞分裂，而过程中发生的一种特殊分裂方式。
26、经两次细胞分裂，而DNADNA只复制一次，因此子细胞中染色体数目减半只复制一次，因此子细胞中染色体数目减半(2nn)。减数分裂1.间期间期:称前减数分裂间期或前减数分裂期称前减数分裂间期或前减数分裂期(premeiosis)。间期也可分为间期也可分为G1期、期、S期和期和G2期。期。G2期是有丝分裂向减数分裂转化的关键时期。期是有丝分裂向减数分裂转化的关键时期。减数分裂的减数分裂的S期时间较长，部分期时间较长，部分DNA(约约0.3%左右左右)是在合线期合成的。是在合线期合成的。2.减数分裂减数分裂I:I:前期前期I:I:减数分裂的特殊过程主要发生在前期减数分裂的特殊过程主要发生在前期I I，
27、通常分为，通常分为5 5个时期个时期:细线期细线期(leptotene);合线期合线期(zygotene);粗粗线期线期(pachytene);双线期双线期(diplotene);终变期终变期(diakinesis)细线期细线期:染色质呈细丝状染色质呈细丝状,(每条染色体已经过复制每条染色体已经过复制)染色体呈细线状，具有念珠状的染色粒。持续时间最长，占减数分裂周期的染色体呈细线状，具有念珠状的染色粒。持续时间最长，占减数分裂周期的40%。特点：染色质凝集，但两条染色单体不分离，在显微镜下看不到双线样染色体结构，而特点：染色质凝集，但两条染色单体不分离，在显微镜下看不到双线样染色体结构，而是呈
28、细的单线状是呈细的单线状;染色体端粒通过接触斑与核膜相连，而染色体的其它部分以袢状伸延染色体端粒通过接触斑与核膜相连，而染色体的其它部分以袢状伸延到核质中。花束期到核质中。花束期(bouquetstage)。偶线期偶线期(合线期合线期):同源染色体同源染色体(homologouschromosome)配对配对(pairing)联会联会(synapsis)偶偶线期发生的另一个重要事件是合成在线期发生的另一个重要事件是合成在S期未合成的约期未合成的约0.3%的的DNA(偶线期偶线期DNA,DNA,即即zygDNA)联会联会:细线期中两条同源染色体随机排列细线期中两条同源染色体随机排列,到了偶线期同
29、源染色体与核膜相连的到了偶线期同源染色体与核膜相连的部分移位在一起部分移位在一起,然后它们的侧面沿中轴紧密相贴进行配对然后它们的侧面沿中轴紧密相贴进行配对,形成四分体。形成四分体。联会复合体联会复合体:在联会部位在联会部位(紧密相贴处紧密相贴处)形成一种特殊结构形成一种特殊结构,沿同源染色体纵轴分沿同源染色体纵轴分布布,该结构由蛋白质构成该结构由蛋白质构成,可分为侧生组分和中央组分可分为侧生组分和中央组分,是一暂时性的结构。是一暂时性的结构。粗线期粗线期:染色体明显变粗变短染色体明显变粗变短;同源染色体的非姊妹染色同源染色体的非姊妹染色单体间发生单体间发生DNA的片断互换的片断互换(cross
30、ing-over),在光镜下在光镜下可看到交叉可看到交叉(chiasma)现象现象,可产生新可产生新的等位基因组合。的等位基因组合。同源染色体仍紧密结合同源染色体仍紧密结合,并发生等位基因之间部分并发生等位基因之间部分DNADNA片段的交换和重组，产生新的等位基因组合，片段的交换和重组，产生新的等位基因组合，出现出现重组重组节节，与，与DNADNA的重组有关。的重组有关。粗线期也合成一小部分粗线期也合成一小部分DNA,DNA,称为称为P-DNA,P-DNA,编码与编码与DNADNA点切和修复有关的酶类。点切和修复有关的酶类。粗线期的另一个重要的生化活动是，合成减数分裂期专有的组蛋白，并将体细胞
31、类型的组蛋白部分或全部地替粗线期的另一个重要的生化活动是，合成减数分裂期专有的组蛋白，并将体细胞类型的组蛋白部分或全部地替换下来。换下来。双线期双线期:同源染色体开始逐渐分开同源染色体开始逐渐分开,但仍有几处相连但仍有几处相连,联联会复合体消失。会复合体消失。联会的同源染色体相互排斥、联会的同源染色体相互排斥、开始分离，但在开始分离，但在交叉点交叉点(crossover,chiasma)上还保持着联系。上还保持着联系。在鱼类、两栖类、爬行类、鸟在鱼类、两栖类、爬行类、鸟类以及无脊椎动物的昆虫中，双线类以及无脊椎动物的昆虫中，双线期的二价体去凝集而形成灯刷染色期的二价体去凝集而形成灯刷染色体，这
32、一时期是卵黄积累的时期体，这一时期是卵黄积累的时期。终变期终变期:染色体进一步浓缩，交叉端化。染色体进一步浓缩，交叉端化。二价体显著变短，并向核周边移动，在核内均匀散开。所以是观察染色体的二价体显著变短，并向核周边移动，在核内均匀散开。所以是观察染色体的良好时期。交叉向染色体的端部移行良好时期。交叉向染色体的端部移行,故交叉数目减少，通常只有一至二个交叉。故交叉数目减少，通常只有一至二个交叉。终变期二价体的形状表现出多样性终变期二价体的形状表现出多样性,如如V V形、形、O O形等。形等。核仁此时开始消失，核被膜解体，但有的植物，如玉米，在终变期核仁仍然核仁此时开始消失，核被膜解体，但有的植物
33、，如玉米，在终变期核仁仍然很显著。很显著。中期中期 二价体排列在赤道面上二价体排列在赤道面上,染色体的形态因着丝粒位置染色体的形态因着丝粒位置不同而异不同而异后期后期 同源染色体在纺缍丝牵引下同源染色体在纺缍丝牵引下向两极移动向两极移动,非同源染色体自由非同源染色体自由组合组合末期末期 两极各得到两极各得到n n条染色体条染色体,数目数目由由2nn2nn染色体到达两极染色体到达两极,逐渐去凝集逐渐去凝集,在染色体周围在染色体周围,核膜重新装配核膜重新装配,细胞质已开始分裂细胞质已开始分裂,完全形成两完全形成两个间期子细胞个间期子细胞(具有间期细胞的基本结构特征具有间期细胞的基本结构特征,但但不
34、进行不进行DNADNA复制复制,也没有也没有G1,S和和G2期之分期之分).细胞进入末期后细胞进入末期后,不完全恢复到间期阶段不完全恢复到间期阶段,而而是立即准备进行第二次减数分裂是立即准备进行第二次减数分裂.3.间期间期:染色体不进行复制染色体不进行复制4.减数分裂减数分裂II:II:可分为前、中、后、末四个四期，与有丝分裂相似。可分为前、中、后、末四个四期，与有丝分裂相似。一个精母细胞形成一个精母细胞形成4 4个精子；一个卵母细胞形成一个卵子及个精子；一个卵母细胞形成一个卵子及2-32-3个极体。个极体。Minimum number of gamete types=2n,In humans
35、,n=235.减数分裂的生物学意义减数分裂的生物学意义:使有性生殖生物体的染色体数目世代保持恒定。使有性生殖生物体的染色体数目世代保持恒定。同源染色体配对、交换重组、非同源染色体自由组合形同源染色体配对、交换重组、非同源染色体自由组合形成了众多的由不同染色体组成的配子（成了众多的由不同染色体组成的配子（2 22323），增加了变），增加了变异性，扩大了后代的变异范围，增强了个体对环境的适异性，扩大了后代的变异范围，增强了个体对环境的适应性。应性。为遗传三大定律的细胞学基础。为遗传三大定律的细胞学基础。6.精子的发生精子的发生:精巢的曲细精管精巢的曲细精管上皮的精原细胞上皮的精原细胞初级精初级精
36、母细胞母细胞两个次级两个次级精母细胞精母细胞四个精四个精细胞细胞变变形形四个四个精子精子分化分化7.卵子的发生卵子的发生:卵巢生发上皮卵巢生发上皮的卵原细胞的卵原细胞初级卵初级卵母细胞母细胞次级卵母细胞次级卵母细胞 +第一极体第一极体卵细胞卵细胞 +3+3个第二极体个第二极体 分化分化第三节第三节.细胞周期的调控细胞周期的调控一一.MPF的发现及其作用的发现及其作用:Rao和和Johnson(1970、1972、1974)将将HeLa细胞同步于不同细胞同步于不同阶段阶段,然后与然后与M M期细胞混合期细胞混合,在灭活仙台病毒介导下在灭活仙台病毒介导下,诱导细胞融合诱导细胞融合,发现与发现与M
37、M期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的早熟凝集染色体期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的早熟凝集染色体(prematurelycondensedchromosome,PCC),这种现象叫早熟这种现象叫早熟染色体凝集染色体凝集(prematurechromosomecondensation)。M期细胞与期细胞与G1期细胞融合期细胞融合M期细胞与期细胞与S期细胞融合期细胞融合M期细胞与期细胞与G2期细胞融合期细胞融合 早熟凝集染色体的形成早熟凝集染色体的形成,提示提示M期细胞存在诱导染色期细胞存在诱导染色体凝集体凝集(PCC)的物质的物质,即即成熟促进因子成熟促进因子(maturationprom
38、otingfactor,MPF)。G1期期PCC为单线状，因为单线状，因DNA未复制。未复制。S期期PCC为粉末状，因为粉末状，因DNA由由多个部位开始复制。多个部位开始复制。G2期期PCC为双线染色体，为双线染色体，说明说明DNA复制已完成。复制已完成。非洲爪蟾卵细胞成熟过程、受精和第一次卵裂示意图非洲爪蟾卵细胞成熟过程、受精和第一次卵裂示意图1971年，年，Masui和和Markert明确提出了明确提出了MPF这一概念，非洲爪蟾卵母细胞成熟过程这一概念，非洲爪蟾卵母细胞成熟过程可以人为地划分为六个时期，第可以人为地划分为六个时期，第I至至IV期为各级生长卵母细胞，第期为各级生长卵母细胞，第
39、IV期卵母细胞在孕酮期卵母细胞在孕酮作用下向第作用下向第V，VI期转化，进而进行第期转化，进而进行第I第第II次成熟分裂。成熟卵母细胞受精后，很快便次成熟分裂。成熟卵母细胞受精后，很快便开始第一次卵裂。开始第一次卵裂。GV：Germinalvesicle，生发泡；，生发泡；GVBD：GVbrokendown,生生发泡破裂。发泡破裂。成熟卵细胞质移植发现成熟卵细胞质移植发现MPF的存在的存在注射实验表明：孕酮诱导卵母细胞成熟；成熟卵细胞质中，含有卵母细胞成熟的因子，注射实验表明：孕酮诱导卵母细胞成熟；成熟卵细胞质中，含有卵母细胞成熟的因子，称做称做MPF。进一步研究发现，在有蛋白质合成抑制剂存在
40、的情况下，孕酮不能诱导卵母细胞的成熟，进一步研究发现，在有蛋白质合成抑制剂存在的情况下，孕酮不能诱导卵母细胞的成熟，而成熟卵细胞的细胞质则不需要蛋白质合成。而成熟卵细胞的细胞质则不需要蛋白质合成。1988年，年，Maller实验室的实验室的Lohka等人发现：等人发现：MPF=p32+p45，具有蛋白激酶活性，可以使，具有蛋白激酶活性，可以使多种蛋白质底物磷酸化，从而证明，多种蛋白质底物磷酸化，从而证明，MPF是一种蛋白激酶。是一种蛋白激酶。二二.P34cdc2激酶的发现及其与激酶的发现及其与MPF的关系的关系:芽殖酵母细胞周期芽殖酵母细胞周期 1960sLelandHartwell以芽殖酵母
41、为实以芽殖酵母为实验材料，利用阻断在不同细胞周期阶段的验材料，利用阻断在不同细胞周期阶段的温度敏感突变株温度敏感突变株(在适宜的温度下和野生在适宜的温度下和野生型一样型一样),分离出了几十个与细胞分裂有关分离出了几十个与细胞分裂有关的基因的基因(celldivisioncyclegene,cdc)。如芽。如芽殖酵母的殖酵母的cdc28基因，在基因，在G2/M转换点发挥转换点发挥重要的功能。重要的功能。裂殖酵母细胞周期裂殖酵母细胞周期 1970sPaulNurse等人以裂殖酵母为实验等人以裂殖酵母为实验材料材料,同样发现了许多细胞周期调控基因同样发现了许多细胞周期调控基因,如如:裂殖酵母裂殖酵母
42、cdc2的突变型在限制的温度下无法的突变型在限制的温度下无法分裂分裂;导致细胞停留在导致细胞停留在G2/M交界处。交界处。进一步的研究发现进一步的研究发现cdc2和和cdc28都编码一个都编码一个34KD的蛋白激酶，二者为同源物其本身并不具备激的蛋白激酶，二者为同源物其本身并不具备激酶活性，只有当其与有关蛋白（酶活性，只有当其与有关蛋白（p56cdc13）结合后，才能表现出激酶活性，促进细胞周期的进行。）结合后，才能表现出激酶活性，促进细胞周期的进行。1983年年TimothyHunt首次发现海胆卵受精后首次发现海胆卵受精后,在其卵裂过程中两种蛋白质在其卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期剧烈
43、振荡的含量随细胞周期剧烈振荡,在每一轮间期开始合成在每一轮间期开始合成,G2/M时达到高峰时达到高峰,M结束结束后突然消失后突然消失,下轮间期又重新合成下轮间期又重新合成,故命名为故命名为周期蛋白周期蛋白(cyclin)。后来在青蛙、。后来在青蛙、爪蟾、海胆、果蝇和酵母中均发现类似的情况爪蟾、海胆、果蝇和酵母中均发现类似的情况,各类动物来源的细胞周期蛋白各类动物来源的细胞周期蛋白mRNA均能诱导蛙卵的成熟。均能诱导蛙卵的成熟。1988年年M.J.Lohka 纯化了爪蟾的纯化了爪蟾的MPF,经鉴定由经鉴定由32KD和和45KD两种蛋白两种蛋白组成组成,是一种丝氨酸是一种丝氨酸/苏氨酸激酶苏氨酸激
44、酶,二者结合可使多种蛋白质磷酸化。后来二者结合可使多种蛋白质磷酸化。后来,PaulNurse(1990)进一步的进一步的实验证明实验证明p32实际上是实际上是CDC2的同源物的同源物,而而P45是是cyclinB的同源物的同源物,序列分析表明序列分析表明cyclinB与与p56为同源物为同源物,从而将细胞周期三个从而将细胞周期三个领域的研究联系在一起领域的研究联系在一起 。最终发现。最终发现,MPF=Cdc2蛋白蛋白(催化亚单位催化亚单位)+clyclinB(调节亚单位调节亚单位)MPFp34/p56CyclinBp32？p34p45？p56？Cyclin B2001年年10月月8日美国人日美
45、国人LelandHartwell、英国人、英国人PaulNurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。TheNobelAssemblyatKarolinskaInstitutehasawardedtheNobelPrizeinPhysiologyorMedicinejointlytoLelandHartwell,TimHuntandPaulNursefortheirdiscoveriesofkeyregulatorsofthecellcycle.Usinggeneticandbiochemicalmetho
46、ds,theyidentifiedthemoleculesCDKandcyclinthatcontrolthecellcycleineukaryoticorganisms.Thesefundamentaldiscoverieshaveaprofoundimpactonmanyaspectsofbiologyandmedicine.CDKandcyclinarekeymoleculesthatcontrolandcoordinateDNA-synthesis,chromosomeseparationandcelldivision.CDKandcyclintogetherdrivethecellf
47、romonecellcyclephasetothenext.vTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2001三三.细胞周期蛋白细胞周期蛋白cyclin特点特点:在细胞周期中呈周期性变化在细胞周期中呈周期性变化,不同的周期蛋白均含有一段不同的周期蛋白均含有一段100个氨基酸的个氨基酸的保守序列保守序列,称为称为周期蛋白框周期蛋白框,介导周期蛋白与介导周期蛋白与CDK结合。结合。作用作用:激活激活CDK,组成不同的周期蛋白组成不同的周期蛋白-CDK复合体复合体,呈现不同的呈现不同的CDK激酶活性激酶活性,引导引导CDK作用于不同底物。作用于不同底物。M期期cycli
48、n的的N端含有端含有9个氨基酸的个氨基酸的RXXLGXIXN破坏框破坏框(destructionbox)序列序列,参与由泛素介导的参与由泛素介导的cyclinA和和cyclinB的降解的降解,破坏框后为一段约含破坏框后为一段约含40个氨基酸个氨基酸的富含赖氨酸的区域。的富含赖氨酸的区域。G1期期cyclin不含破坏框不含破坏框,但但C端含有与端含有与G1期期cyclin更新更新有关的有关的PEST序列序列.已知已知30余种余种,在脊椎动物中为在脊椎动物中为A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。等。分为分为4类类:G1型、型、G1/S型、型、S型、型、M型。型。Destruc
49、tionBoxinCyclins细胞周期细胞周期部分哺乳动物和酵母细胞周期蛋白在细胞周期中的积累部分哺乳动物和酵母细胞周期蛋白在细胞周期中的积累及其与及其与CDK激酶活性的关系激酶活性的关系Cyclin A，B，D，EClb1，Clb 2，Cln1，2 Cln5，6Cdc13，Cig1 Cig2细胞周期不同时相下细胞周期不同时相下cyclin与与CDK的表达情况的表达情况G1期期,在生长因子的刺激下在生长因子的刺激下,cyclinD表达表达,并与并与CDK4、CDK6结合结合,使下游的蛋白质如使下游的蛋白质如Rb磷酸化磷酸化,Rb释放出转释放出转录因子录因子E2F,促进许多基因的转录促进许多基
50、因的转录,如编码如编码cyclinE、A和和CDK1的基因。的基因。G1-S期期,cyclinE与与CDK2结合结合,促进细胞进入促进细胞进入S期。期。CyclinE的抗体能使细胞停滞于的抗体能使细胞停滞于G1期期。在在G2-M期期,cyclinA、cyclinB与与CDK1结合结合,CDK1使底使底物蛋白磷酸化、如将组蛋白物蛋白磷酸化、如将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩磷酸化导致染色体凝缩,核纤层蛋白磷酸化使核膜解体。核纤层蛋白磷酸化使核膜解体。不同类型的周期蛋白与周期蛋白激酶的配对关系及执行功能时期不同类型的周期蛋白与周期蛋白激酶的配对关系及执行功能时期CDC2与细胞周期蛋白结合才具有激酶