一细胞分裂和细胞周期

第四章细胞分裂和分化生命通过繁殖而延续， 繁殖 是生命最基本的特征之一。通过繁殖，生物的基本特征信息由父母传递给子代，这种信息传递称为 遗传 。一 细胞分裂和细胞周期n 1、细胞分裂的作用 一些单细胞生物，如眼虫和变形虫，一次细胞分裂可形成两个新生物体 多细胞生物，也是由一个细胞 受精卵或合子经过多次分裂和分化发育形成由受精卵或合子经过多次分裂和分化发育形成多细胞囊胚l 细胞分裂是细胞繁殖的一种形式n 细胞分裂的作用l 生物的生长也依赖于细胞分裂，细胞分裂还导致了多细胞生物的组织分化和生长发育 繁殖与生殖 无性繁殖 与 有性繁殖l 一个多细胞生物完全长大以后，仍然需要细胞分裂的过程。这种分裂生成的新细胞可用于替代不断衰老或死亡的细胞，维持细胞的新陈代谢，或者用于生物组织损伤的修复 例如，骨髓细胞可以不断再生出新的血细胞骨髓细胞不断再生出新的血细胞n 细胞分裂的作用2、细胞周期（ 1） 细胞周期的概念：指细胞从一次分裂结束到下一次分裂结束为止的全过程。典型的细胞周期可分为 间期 和 细胞分裂期间期包括 一个 DNA合成期 (S期）和 S期前后的间隙期 DNA合成前期 （ G1期）和 DNA合成后期 （ G2期）。细胞分裂期包括 核分裂 和 胞质分裂 两个主要过程。细胞周期各期示意图（ 2） 细胞周期的时间l 细胞周期的时期随不同细胞、不同条件而异。l 以大肠杆菌为例，培养在只含葡萄糖和无机盐环境里，细胞周期为 45分；如果培养基中加入氨基酸和其他有机物后，细胞周期就缩短为 20分。l 真核细胞的细胞周期比原核细胞长。l 如在适宜条件下草履虫一般为 6小时，而蚕豆根尖细胞为 19.3小时。间期时间总是长于分裂期（ M期）l 紫鸭跖草 根尖细胞周期约为 20h其中 分裂间期 17.5h（G1期 4h， S期 10.8h，G2期 2.7h）， M期 2.5h（前期 1.6h，中期 0.3h，后期及末期 0.6h）（ 3） 细胞周期的调控l 为了确保细胞分裂分化的有序进行，细胞内必须对细胞周期严格监控。近年来的研究获得了许多突破性的进展。 2001年的诺贝尔生理医学奖就给了在此方面研究中有突出贡献的三位科学家。l 细胞周期的调控关键在分裂间期的两个调控点 （ G1期进入 S期， G2期进入 M期），由 MPF 成熟促进因子对其进行调控。3、细胞分裂方式A、 直接分裂（无丝分裂）B、 有丝分裂（真核细胞分裂的普遍形式）C、 减数分裂4、有丝分裂过程（ 1）核分裂）核分裂间期间期 DNA合成前期 （ G1期期 ） 进行 RNA和各类蛋白质的合成 DNA合成期 （ S期期 ） 进行 DNA的合成复制、组蛋白的合成 DNA合成后期 （ G2 期期 ） 进行微管蛋白合成、 DNA合成结束，准备分裂 .分裂期（各期细胞特征） 前期 染色质高度螺旋化，逐渐缩短变粗形成染色体；核仁、核膜消失；纺锤丝开始出现。 中期 染色体排列在细胞中央的赤道板上，纺锤体明显。 后期 染色体从着丝点分开，移向两极。 末期 染色体到达两极，并开始解螺旋逐渐形成染色质；核仁、核膜出现，形成新的子核。（ 2）胞质分裂 成膜体出现 核分裂后期，在二子核间增加纺锤丝（微管组成），密集为一桶 状区域称成膜体。 细胞板形成 成膜体中的小泡（来自高尔基体）在赤道面聚集放出多糖物质， 构成 细胞板 ，分隔细胞质并逐步向四周延伸与母细胞侧壁相接，此时，细胞板就成了新壁的胞间层 的最初部分。在细胞板的两侧有小泡融合形成新的质膜。有丝分裂的特点和意义l特点 ： 染色体复制一次，细胞分裂一次，子细胞染色体数目与母细胞一样。l意义 ： 保持了细胞遗传的稳定性。5 减数分裂的过程第一次分裂（简称分裂第一次分裂（简称分裂 ）前期 细线期 染色质螺旋化缩短变粗形成细长、线状的染色体 偶线期 同源染色体配对、联会 粗线期 同源染色体交叉、互换 双线期 发生交叉互换的染色单体分开 终变期 染色体进一步缩短变粗，核仁、核膜消失，纺锤丝出现。中期 成对的同源染色体双双排列在赤道面上，形成纺锤体。后期 同源染色体分开并移向两极。末期 染色体到达两极，核仁、核膜重新出现，形成两个子核；赤道面形成细胞板，隔成两个子细胞，紧接发生第二次分裂。第二次分裂（简称分裂第二次分裂（简称分裂 ）过程与一般有丝分裂相同过程与一般有丝分裂相同前期 中期 后期 末期 黑麦花粉母细胞减数分裂减数分裂的特点和意义l特点 ： 染色体复制一次，细胞分裂二次，子细胞染色体数目为母细胞的一半 。l意义 ： 保持了物种的稳定性。二、细胞的分化l 细胞分化是指生物个体发育过程中，通过细胞分裂在细胞之间产生形态结构功能上稳定性差异的生命活动过程。在形态结构功能上有了稳定性差异的细胞，称之为分化细胞。l 细胞分裂是细胞分化的基础，而两者又是多细胞生物个体发育的基础，个体发育是通过细胞分裂、细胞分化和细胞死亡三种生命活动得以实现。而发育的本质有待于细胞分化的分子生物学原理的阐明。干细胞 (stem cell)：l 是一类增殖较慢但能自我维持增殖的细胞。这些细胞存在于各种组织的特定位置上，从这些细胞可以产生出另外一群具有有限的而分裂迅速的转移细胞群。 细胞的全能性l 细胞的全能性是一个有机体内每一个细胞均有同样的或基本相同的成套遗传物质，而且含有发育为完整有机体或分化为任何细胞所必须的全部基因，具有分化的潜能。这就是细胞全能性的基本含义。三、细胞衰老与细胞凋亡1、细胞衰老 (cell aging,cell senescence) l 在一个生物、细胞培养或微生物无性系的生命周期的开始时期中，细胞物质的形成超过了它的降解，而细胞就增殖和生长。l 许多类型细胞的生命周期的稍后时间，细胞物质的形成和降解是平衡，生长和增殖就停顿下来。最后，细胞物质的解裂或惰性的细胞物质形成成为细胞代谢的盛行方向。这细胞生命中的一个时期被认为是细胞的衰老。衰老细胞的一般特征是：l (1)原生质减少。细胞内原生质的含量也就相应地减少。l (2)水分减少。结果使细胞收缩，体积缩小，失去正常的形状。l (3)细胞核团缩。核结构模糊不清，染色加深。l (4)细胞核与细胞质的比率逐步减少，生长速度也逐渐降低，甚至有的细胞最后连核也消失，如哺乳动物的红细胞。l (5)色素生成。l 如猕猴神经细胞内脂褐素增加与动物年龄增长存在着平行关系。l (6)酶的活性变化。l 衰老细胞内酶的活性变化和含量增减，也可能与衰老有关。但要在活组织中测定失活的酶很困难。可仍有一些例子可以说明，如头发在年老时变灰白，可能与头发基部的黑色素细胞失去了酪氨酸酶的活性有关。l衰老细胞的特征，有的是普遍 共同存在，有的是个别细胞所特有。伴随着细胞衰老过程的某些变化可以用激素来减缓。然而还没有发现一种激素或激素的组合能真正阻止衰老细胞的基本退化，从而抗阻细胞衰老的进展。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2、细胞凋亡l 细胞凋亡是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。l 细胞凋亡与细胞坏死不同，细胞凋亡不是一件被动的过程，而是主动过程，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用。 细胞凋亡与坏死的区别l 虽然凋亡与坏死的最终结果极为相似，但它们的过程与表现却有很大差别。坏死（ necrosis