《细胞增殖及其调控》PPT课件.ppt

第九章 细胞增殖及其调控,第一节 细胞周期 第二节 细胞分裂 第三节 细胞周期的调控,细胞生长和细胞分裂是相互联系呈周期性进行的过程，这一过程就称为细胞增殖。,第一节 细胞周期,一、细胞周期概述 二、细胞周期的时相 三、细胞周期同步化,一、细胞周期概述,细胞周期：是指从上一次细胞分裂结束开始，经过物质积累，到下一次细胞分裂结束为止所经历的过程。 细胞周期划分： 分裂间期: G1 期，S期，G2期 分裂期: M期 细胞类群：根据增殖状况，分为三类 连续分裂细胞：又称周期性细胞，在细胞周期中连续运转。 休眠细胞：又称G0期细胞，暂时脱离细胞周期，但在某 些条件诱导下可重新进入细胞周期。 终末分化细胞：指永久性失去分裂能力的细胞。,图10-1 细胞周期,二、细胞周期的时相,细胞周期中的各个阶段也称为时相。 G1期：即合成前期，主要合成细胞生长所需要的rRNA、多 种蛋白质、脂质和糖类等，同时染色质去凝集。 S 期：DNA合成期，主要进行DNA合成，此外组蛋白与非组 蛋白，与DNA合成有关的酶也在这一时期合成。 G2期：DNA合成后期，主要合成与细胞分裂相关的蛋白， 及大量的ATP。 M期：即细胞分裂期，主要特点是染色体凝集，遗传物质和 细胞内其他物质平均分配给子细胞。,三、细胞周期同步化,细胞同步化：是指在自然过程中发生或经人为处 理后，使一个特定的细胞群中所有细胞都处于细 胞周期的同一个时期的过程。 （一）自然同步化 （二）人工同步化,（一）自然同步化,多核体： 如粘菌只进行核分裂，而不发生胞质分裂，形成多核体。 某些水生动物的受精卵： 许多水生动物可以一次产下多个卵，这些卵同时受精， 则可同时进行卵裂。如海胆、海参、两栖类。,粘菌,（二）人工同步化,选择同步化 ：是指用物理方法，将处于细胞周期中同一阶段的细胞，从非同步化的群体中分离出来。 诱导同步化 ：又叫化学同步化，是指利用化学药物诱导，使非同步化培养的细胞暂时阻断在细胞周期的某个阶段，最终使所有细胞达到同步化生长。,选择同步化,有丝分裂选择法： 原理：根据细胞周期不同阶段，细胞生理变化设计。 M期细胞与培养皿的附着性低，振荡脱离器壁收集。 优点：同步化程度高，细胞不受药物伤害； 缺点：分离的细胞数量少，操作繁琐，只适用于贴壁细胞。 密度梯度离心法： 原理：根据不同时期的细胞体积和重量上存在差别进行分离。 优点：可用于任何悬浮培养的细胞，简单省时； 缺点：同步化程度较低。,诱导同步化, DNA合成阻断法 原理：利用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成，而 不影响其它时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在S期或G1/S交界处。 常采用TdR双阻断法：加入过量TdR，移去 ，再加入。 优点：同步化程度高，适用于任何培养体系； 缺点：诱导过程可造成细胞非均衡生长。 分裂中期阻断法：利用破坏微管聚合的药物，来抑制有丝分裂器的形成，将细胞阻断在有丝分裂中期 。 优点：操作简单，无非均衡生长； 缺点：药物的毒性较大，可逆性较差。,图10-2 细胞周期中不同时相,第二节 细胞分裂,一、细胞分裂的类型 二、有丝分裂 三、减数分裂,一、细胞分裂的类型,无丝分裂又称直接分裂，由R. Remark（1841）首次发现于鸡胚血细胞。 有丝分裂又称间接分裂，由W. Fleming (1882)年首次发现于动物 ，E. Strasburger（1880）年发现于植物。 减数分裂是指染色体复制一次而细胞连续分裂两次的分裂方式，是高等动植物配子形成的分裂方式。,二、有丝分裂,有丝分裂间期：包括G1期、S期和G2期，主要进行 DNA复制、中心体复制等准备工作。 有丝分裂期是一个连续的过程，为了便于描述人为的划分为六个时期： 前期(prophase)； 前中期(premetaphase)； 中期(metaphase)； 后期(anaphase)； 末期(telophase)； 胞质分裂期(cytokinesis),10-3 中心体的复制过程,特征：染色质凝缩 分裂极确立与纺锤体开始形成 核仁解体 核膜消失。 核膜破裂成小的膜泡，是由核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体。,图10-4 有丝分裂前期,（1）前期,特征：纺锤体形成，染色体向赤道面移动。 纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体，向两极移 动；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成三种类型的微管,图10-5 有丝分裂前中期,（2）前中期,纺锤体微管,动粒微管（kinetochore mt）：由中心体发出，连接在动粒上，负责将染色体牵引到纺锤体上。 星体微管（astral mt）：由中心体向外放射出，末端结合有分子马达，负责两极的分离，同时确定纺锤体纵轴的方向。 极体微管（polar mt或overlap mt）：由中心体发出，在纺锤体中部重叠，重叠部位结合有分子马达，负责向两极推开。,图10-6 三种纺锤体微管,特征：所有染色体排列到赤道板上。,图10-7 有丝分裂中期,（3）中期,特征：排在赤道板上的姐妹染色单体分离，向两极运动。 后期A：动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动； 后期B：极性微管长度增加，两极之间的距离拉长。,图10-8 有丝分裂后期,（4）后期,图10-9 姐妹染色单体被分开的过程, 特征:染色体解螺旋形成细丝,出现核仁和核膜。,图10-10 有丝分裂末期,（5）末期,特征：形成收缩环，收缩环收缩形成两个子细胞。 胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中间体处组装成微丝束，环绕细胞，称为收缩环。,图10-11 胞质分裂期,（6）胞质分裂期,胞质分裂过程,植物细胞的有丝分裂,三 减数分裂,减数分裂是一种特殊的有丝分裂，是生殖细胞产生配 子的过程。特点是DNA复制一次，而细胞连续分裂两次， 形成四个单倍体的子细胞。 （一）减数分裂过程 （二）减数分裂过程中的遗传重组及其机理 （三）减数分裂的生物学意义,一、减数分裂过程,1、间期 细胞在进入减数分裂之前要经过一个较长的间 期，称为前减数分裂间期。 2、分裂期 减数分裂I 减数分裂II,减数分裂,前期 中期 主要特点是染色体排列在赤道面上 后期 进入后期后，同源染色体在两极纺锤体的作用下分开, 并逐渐移向两极。 末期 染色体到达两极后，解旋为细丝状、核膜重建、核仁形成，同时进行胞质分裂。 减数分裂间期 在减数分裂I和II之间的间期很短，不进行DNA的合成 。,图10-12 减数分裂过程,前期,减数分裂的特殊过程主要发生在前期I，分为5个时期： 细线期：又称为凝线期，染色体呈细线状。 偶线期：又称配对期，染色质进一步凝集，同源染色体发生配对，称为联会。 粗线期：又称重组期，此时染色体变短，结合紧密，这一时期同源染色体的非姊妹染色单体之间发生交换重组。 双线期：联会的同源染色体相互排斥、开始分离，但交叉点上还保持着联系。 终变期：此期染色质又被包装压缩成染色体 ，是观察染色体的良好时期。,图10-13 前期I的染色体行为,核仁,图10-14 偶线期的染色体形态结构,图10-15 双线期的染色体交叉,减数分裂,可分为前、中、后、末四个时期，与有丝分裂相似通过减数分裂一个精母细胞形成4个精子而一个卵母细胞形成一个卵子及2-3个极体。,图10-16 性细胞配子发生过程,（二）减数分裂过程中的遗传重组及其机理,在减数分裂过程中发生了两种方式的遗传重组 同源染色体间的交换重组 染色体分离时的自由组合,同源染色体间的交换重组,联会与联会复合体（SC） 联会是在减数分裂的偶线期两条同源染色体侧面紧密相 帖并进行配对的现象。染色体联会伴随一种复杂结构的 形成：联会复合体 。 染色体重组-交换与交叉 同源染色体联会期间，同源染色体要发生断裂和重接， 在此过程中发生同源染色体间的交换，随着双线期的进 行，交叉开始远离着丝粒，向染色体臂的端部移动 ，称 为交叉端化。交叉是交换的结果。,图10-17 联会复合体的结构,图10-18 同源染色体联会时的交换和交叉,染色体分离时的自由组合,在减数分裂中期 ，同源染色体配对排列在赤道板上，染色体组在赤 道板上排列是随机性的，这样就会有不同的自由组合方式。,图10-19 减数分裂中染色体组的自由组合重组,（三）减数分裂的生物学意义,减数分裂保证了有性生殖生物在世代交替中染色体数目的恒定。 减数分裂是遗传重组的原动力，增加了生物多样性 。,图10-20 有丝分裂与减数分裂的比较,第三节 细胞周期的调控,一、细胞周期调控因素 二、细胞周期运转的调控 三、细胞周期的检验点,一、细胞周期的调控因子,cdc基因 细胞周期蛋白 细胞周期蛋白依赖性激酶 促成熟因子 细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白,cdc基因,在细胞周期调控中，有一类基因的表达具有细胞周期依赖性，其产物参与了细胞周期调控，这类基因称为细胞分裂周期基因（cdc)。 Cdc2表达产物P34cdc2， 是一种蛋白激酶，在G2/M交界处起调控作用。 Cdc28表达产物P34cdc28，也是一种蛋白激酶，在G1/S及G2/M交界处起调控作用。,细胞周期蛋白（cyclin）,这类蛋白浓度随细胞周期的变化而变化。 Cyclin可分为A、B、C、D、E、F、G、H等几大类，需要与CDK蛋白结合，参与细胞周期活动调节。 Cyclin均含有一段保守的氨基酸序列，称为周期蛋白框，介导与CDK的结合。,细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）,它是一类可以与Cyclin结合，并表现出激酶活性的一类蛋白，统称为CDK激酶。 包括CDK1 CDK8，CDK1即Cdc2表达产物P34cdc2 各种CDK分子均含有类似的CDK激酶结构域，此结构域中一段序列很保守，与Cyclin的结合有关。 CDK 激酶是Cyclin与CDK蛋白形成的复合物， Cyclin是调节亚单位， CDK是催化亚单位。,促成熟因子（MPF）,MPF是一种在G2期形成，能促进M期启动的调控因子。 MPF是异二聚体，由催化亚基CDK1和调节亚基CyclinB构成。MPF=CDK1=p34cdc2+cyclinB MPF活化后表现出蛋白激酶活性，可以使多种蛋白底物磷酸化，促进细胞由G2期进入M期。,图10-21 MPF结构示意图,图10-22 MPF的功能,细胞周期蛋白依赖性激酶 抑制蛋白（CDKI）,它是对CDK激酶活性起负调控的蛋白质。 CDKI在细胞周期的不同检验点与CDK结合或与CyclinCDK复合物结合，将细胞阻止在不同的检验点。 CDKI包括CIP/KIP家族和INK家族。,二、细胞周期运转的调控,G1/S转化的分子调节 G2/M转化的分子调节 分裂中期向后期转化的分子调节,图10-23 细胞周期运转的调控,三、细胞周期的检验点,细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制，主要是确保周期每一时相事件的有序、全部完成并与外界环境因素相联系。 G1检验点