细胞的有丝分裂和细胞周期.ppt

细胞的有丝分裂和细胞周期 (细胞增殖及其调控),细胞增殖(cell proliferation)的意义：,细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一,是生物繁育的基础。 单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。 多细胞生物由一个单细胞即受精卵分裂发育而来， 细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。 成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞，维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。 机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要依赖细胞增殖。,有丝分裂是高等真核生物细胞增殖的主要方式,特点:发生在高等真核生物中，形成有丝分裂器，遗传物质均等分配。 （一）前期(prophase) （二）中期(metaphase) （三）后期(anaphase) （四）末期(telophase),第一节 细胞的有丝分裂,1.染色质凝集，逐步螺旋化形成染色体:,（一）前期,2.核膜破裂、核仁消失: 核膜消失主要是核纤层蛋白磷酸化继而核纤层解聚，导致核膜破裂；核仁消失是由于核仁相随染色质发生凝集。,3.分裂极的确定和有丝分裂器的形成: 动物细胞中心体在S期复制形成的二个中心体逐渐移向细胞两极，移到两极形成有丝分裂器。,,LOGO,,LOGO,有丝分裂器（mitotic apparatus）：有丝分裂中期时，由染色体、中心粒、纺锤体、星体形成的专门执行有丝分裂功能的暂时性细胞器。 星体是指中心体及其周围放射状分布的大量微管。（前期） 纺锤体是一种与细胞分裂和染色体运动直接相关的一种临时性细胞器，主要由微管及其结合蛋白构成。从前期向中期转化的重要事件之一是纺锤体的组装,有丝分裂器的组成,纺锤体,星体,纺锤体,星体,,LOGO,（二）中期(metaphase),染色体凝集程度最大排列在细胞中央形成 赤道板。,着丝粒纵裂，姐妹染色单体分开并分别向两极移动。,（三）后期(anaphase),1.子细胞核的出现； 2.胞质分裂。,（四）末期(telophase),,LOGO,动物细胞的胞质分裂:收缩环,细胞质缢缩内陷分裂,植物细胞的胞质分裂:细胞板,（成膜体）,第二节 细胞周期,细胞周期（cell cycle）： 是指细胞从上一次分裂结束开始到下一次分裂结束为止所经历的过程，包括分裂间期和分裂期。,DNA合成前期（G1期） 间期 DNA合成期（S期） DNA合成后期（G2期） 细胞周期 前期 分裂期（M期） 中期 后期 末期,细胞周期示意图,细胞周期各阶段的事件,Hela 细胞增殖周期时相,细胞周期的时间,TC = TG1 + TS + TG2 + TM 适宜条件下一种细胞的周期时间相对稳定，不同生物或组织的细胞TC差异较大，TS、TG2、TM变化较小，主要是TG1的差异。,,LOGO,1.周期性细胞-可不断增殖。不在G1期停留，不断进入细胞周期（周期中细胞）如骨髓干细胞、皮肤基底层细胞、精原细胞等。分化程度低。 2.暂不增殖细胞-G0细胞。一般停在G1期、不增殖，但保留能力，受到刺激后恢复增殖。如：肝细胞、肾细胞、淋巴细胞等。如：肝外伤或手术。如： 肿瘤细胞停在G0期，对药物不敏感，是复发根源。 3.终端分化细胞-不增殖细胞。终身停留G1期，失去增殖能力，也称不育细胞或终末细胞。如神经细胞、肌肉细胞、红细胞、角质细胞。高度分化。,G1期细胞的三种去向,在胚胎发育早期（卵裂期）所有细胞均为周期性细胞。以后随着发育成熟，某些细胞进入G0期，某些细胞分化后丧失分裂能力。到成体时，只有少数细胞处于增殖状态，它们的增殖仅作为补充丢失的细胞（如造血系统中，红细胞、白细胞不断死亡丢失，小肠上皮细胞不断由小肠绒毛顶端脱落，表皮细胞不断死亡、磨损、脱落），或对外界刺激的反应（如免疫淋巴细胞反应）。,许多生命过程例如胚胎发育、造血及上皮组织的更新、组织再生、创伤愈合、免疫反应等都和细胞增殖的精确调控有密切的关系。而肿瘤细胞是增殖失控细胞，不断地增殖，最终导致机体的死亡。因此，细胞周期及其调节的研究不仅关系到阐明生物学中许多重要基础理论问题，还将关系到从根本上了解和征服肿瘤。,（一） G1期 与DNA合成启动相关，细胞物质代谢活跃，RNA和蛋白质合成，细胞体积增大。存在细胞增殖的限制点(restriction point, R点 )。 G1 早期-R点- G1 晚期 R点为控制点，决定是否增殖。 如能通过，则增殖。,一、细胞周期各时相的动态变化,,LOGO,G1期的限制点（R点）,(二) S期 1.DNA合成(复制)，DNA含量加倍2n 4n； 2.组蛋白合成、染色质组装 3.部分RNA与蛋白的合成。,(三) G2期 1.合成分裂相关蛋白微管蛋白、膜蛋白、 染色质凝集因子（有丝分裂因子）。 2.染色质开始螺旋化。 3.继续为M期准备物质和能量。,（四） M期 主要包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)和减数分裂(meiosis)。遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。,限制点（控制点）,二、细胞周期的调控,人类M期细胞与袋鼠G1、和G2期细胞融合诱导成熟染色体凝集,间期卵母细胞被显微注射不同细胞周期的细胞质后的反应,（一）细胞周期调控蛋白,细胞周期蛋白(cyclin)与细胞周期蛋白依赖激酶（Cdks） 1.细胞周期蛋白(cyclin) 是一类随细胞周期的变化呈周期性的出现与消失的蛋白质。 出现具严格的顺序性，与特定的Cdk形成复合体，使Cdk活化。cyclin家族成员根据其序列的相似及生理功能被分为不同类型，迄今已被鉴定出的有cyclinA、B、C、D、E等。,细胞周期蛋白(cyclin)是一类随细胞周期的变化呈周期性的出现与消失的蛋白质。,2.细胞周期蛋白依赖激酶（Cdks） 一组控制细胞周期各时相间转换的蛋白激酶（可以使多种蛋白质磷酸化），其活性依赖于细胞周期蛋白的调节。与相应的cyclin结合形成cyclin-Cdk复合体，调节细胞从G1 S、G2 M和退出有丝分裂的各个进程。Cdks和cyclins结合形成二聚体的复合物，具有蛋白激酶活性。由催化亚基和调节亚基组成，cyclin为调节亚基，Cdk为催化亚基。,成熟促进因子（maturation promoting factor,MPF）是有丝分裂调控的重要因子，在G2期形成、能促进M期启动的调控因子。 Cdk1即p34cdc2 (cell division cycle,cdc) + cyclinB Cdk1（p34cdc2）为细胞周期蛋白依赖激酶，分子量34103， cyclinB为细胞周期蛋白B。 后来发现它们几乎存在于从酵母到人体所有的真核细胞的分裂期细胞中，是调节细胞进入M期的重要因子。 若cyclinB与p34cdc2分离并解体,将致使MPF激酶活性失活,由此可促进细胞从M期向G1期转化。,（二）成熟促进因子,1.MPF活性的调节 MPF的活性存在于催化亚基p34cdc2上，而这种活性的最直接调控是由调节亚基cyclinB 的周期性合成和降解控制的。p34cdc2的蛋白水平在整个细胞周期中不变。p34cdc2必须与cyclinB结合后才有激酶活性，而cyclinB的转录和合成随细胞周期而变化，在间期开始合成，在G2/M达到高峰，使得p34cdc2 cyclinB复合体的激酶活性在G2/M达到峰值，诱导M期发生，M期结束时，激酶活性突然丧失，细胞退出M期。,2.MPF的功能 1.催化组蛋白H1磷酸化，参与有丝分裂的启动和染色质的凝集； 2.催化核纤层蛋白磷酸化，核纤层结构解体； 3.使一些原癌基因蛋白产物发生磷酸化，由此产生一系列深远的与细胞分裂有关的生物学效应； 4.作用于微管蛋白，控制着细胞周期中微管的动力学变化。,细胞周期蛋白的调节,(后期促进因子),生长因子是细胞合成分泌到细胞外的一类蛋白因子，能与膜上专一受体结合，从而刺激、诱导细胞增殖。 血小板衍生生长因子、表皮生长因子、白细胞介素、转化生长因子等。 生长因子是体内细胞分泌的，没有药物类的毒性，因此在临床治疗各种疾病方面具有应用前景和实践意义。,（三）生长因子（growth factor）,（四）抑素（chalone）,是由细胞自体产生的、终止细胞增殖的信号分子，是一种热不稳定的可溶性、分泌型糖蛋白，在细胞增殖的反馈性调节中起重要作用。 抑素不但具有严格的组织特异性，而且还有细胞周期阶段的特异性。目前已经发现的抑素有20多种，如肝细胞抑素、肾细胞抑素、红细胞抑素等。并且有的抑素专门作用于G1期，防止细胞进行DNA合成（如G1期表皮细胞抑素）；有的专门作用于G2期，防止细胞进行分裂（如G2期表皮细胞抑素）。,三、细胞周期调控的遗传基础,（一）细胞分裂周期(cell division cycle,cdc)基因 真核生物基因组中具有cdc基因，cdc基因是一类产物表达具细胞周期依赖性或直接参与了细胞周期调控的基因。,酵母细胞分裂周期cdc基因,原癌基因（proto-oncogene）存在于正常细胞基因组中，是控制细胞生长和分裂的基因。编码多种类型的蛋白质，作为细胞生长和分裂的调控因子。 癌基因（V-oncogene，V-onc）是指一些逆转录病毒基因组所具有的、异常活化后可使细胞无限增殖进而癌变的DNA序列。是控制细胞生长和分裂的原癌基因的一种突变形式。编码生长因子、生长因子受体、细胞周期调控蛋白等。 抑癌基因（anti-oncogene）是指正常细胞中含有的抑制细胞恶性增殖的基因。,（二）原癌基因、癌基因和抑癌基因,癌细胞的基本特征： 1.细胞生长与分裂失去控制 2.具有侵润性和扩散性 3.细胞间相互作用改变,Rb基因、P53基因为常见的、重要的两种抑癌基因。 Rb基因：第一个被发现的抑癌基因（1986年）。人的该基因定位于13q14上，当Rb两个等位基因丢失或失活时，则导致细胞癌变。Rb蛋白具有抑制细胞增殖和促进分化的功能，如将正常的Rb基因重组载体感染视网膜母细胞瘤和骨肉瘤细胞株，不仅使这些细胞的增殖被抑制，而且也抑制其恶性表型。,pRb对细胞周期的运转作用,(抑制E2F转录因子),P53基因：人的该基因定位于17号染色体上，分子量为53KD。是肿瘤抑制因子，可阻断细胞周期和诱导细胞凋亡。用基因枪把P53基因注入人的肺癌细胞，结果发现：癌细胞生长变缓，恶性程度明显降低。,四、细胞周期同步化的研究方法,细胞同步化：人为地将不同时期的细胞分离开 来，从而获得不同时期的细胞群体。 1.有丝分裂摇落法： M期细胞会变圆，与培养瓶壁附着力减弱。轻轻震荡，使其脱落悬浮到培养液，离心收集。 特点：简单、同步化效率高；细胞未受伤害， 反映情况真实；但分离细胞数目少。,2.密度梯度离心法： 不同时期细胞在重量和体积上差别显著，可采用。如：裂殖酵母。 特点：简单省时、效率高、成本低。但对大多 数细胞不适用。,3.化学同步法：通过不同药物可获得不同时期同 步化细胞，但对细胞周期有干扰。 （1）DNA合