细胞分裂与细胞周期.ppt

细胞分裂与细胞周期 细胞分裂细胞周期及其调控 无丝分裂 有丝分裂 减数分裂 无丝分裂 又称直接分裂 由Remark 1841 发现于鸡胚血细胞 不涉及纺锤体形成及染色体变化 蛙红细胞无丝分裂图 有丝分裂 又称为间接分裂 由Fleming 1882 年首次发现于动物 Strasburger 1880 发现于植物 为了便于描述人为的划分为六个时期 间期 interphase 前期 prophase 前中期 premetaphase 中期 metaphase 后期 anaphase 末期 telophase 间期 包括G1期 S期和G2期 主要进行DNA复制 中心体复制 细胞体积增大等准备工作 一 前期 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 S期中心粒完成复制 核膜解体时 中心粒到达两极 并形成纺锤体 纺锤体有三种微管结构 极体微管 polarmt 两极间的微管 在纺锤体中部重叠 重叠部位合有分子马达 着丝点微管 kinetochoremt 是从着丝点到另一极的微管 星体微管 astralmt 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 图片来自http www wadsworth org 二 前中期核膜解体到染色体排列到赤道面 equatorialplane 上 三 中期染色体排列到赤道面上 四 后期指妹妹染色体单体分开并移向两极的时期 分为后期A 后期B两个过程 后期A 后期B 纺锤体的微管蛋白和马达分子 五 末期从子染色体到达两极 至形成两个新细胞为止的时期 包括子细胞核的形成和胞质分裂两个方面 末期子核的形成包括染色体解聚 核仁出现和核膜重新形成 细胞核分裂与胞质分裂 cytokinesis 是相继发生的两个分离的过程 如 子核的形成与胞质分裂 动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现 用细胞松弛素处理这一时期的细胞 会出现什么现象 减数分裂 染色体复制一次 细胞连续分裂两次 连续两次分裂 通常减数分裂I分离的是同源染色体 称为异型分裂 heterotypicdivision 或减数分裂 reductionaldivision 减数分裂II分离的是姊妹染色体 类似于有丝分裂 称为同型分裂 homotypicdivision 或均等分裂 equationaldivision 为了描述方便将减数分裂分为几个期和亚期 减数分裂 称前减数分裂间期或前减数分裂期 premeiosis 分为G1期 S期和G2期 G2期是有丝分裂向减数分裂转化的关键时期 减数分裂的S期时间较长 部分DNA 约0 3 左右 是在合线期合成的 间期 分裂期 一 减数分裂I1 前期I 减数分裂的特殊过程 分为5个时期 细线期 leptotene 偶线期 zygotene 粗线期 pachytene 双线期 diplotene 终变期 diakinesis 1 细线期 染色体呈细线状 具有念珠状的染色粒 2 偶线期 是同源染色体配对的时期 联会复合体 synaptonemalcomplex SC 二价体 bivalent 四分体 tetrad 3 粗线期 同源染色体的非姊妹染色单体间发生交换的时期 4 双线期 联会的同源染色体相互排斥 开始分离 交叉开始端化 terminalization 联会复合体消失 5 终变期 二价体显著变短 交叉端化过程的进一步发展 交叉数目减少 通常只有一至二个交叉 核仁此时开始消失 核被膜解体 2 中期I3 后期I二价体的两条同源染色体分开 分别向两极移动 4 末期I5 减数分裂间期 二 减数分裂II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4个精子 一个卵母细胞形成一个卵子及2 3个极体 同源染色体重组 同源染色体重组 Minimumnumberofgametetypes 2n Inhumans n 23 细胞的有丝分裂 mitosis 与减数分裂 meiosis 细胞周期及其调控 细胞的最终命运无外乎两种 细胞分裂和细胞死亡 细胞分裂和细胞死亡都是细胞生命活动的基本特征 成体生物仍然需要细胞增殖 以弥补代谢过程中的细胞损失 每天都有大量细胞衰老死亡 需要维持细胞数量动态平衡和机体正常功能 机体创伤愈合 组织再生 病理组织修复等 细胞增殖受到严密的调控机制所监控 G0期细胞 暂不增殖的细胞 永远不再增殖的细胞 死亡 继续增殖 休眠细胞为暂时脱离细胞周期 不进行增殖 但在适当刺激下可重新进入细胞周期的细胞 如某些免疫淋巴细胞 肝 肾细胞等 也称为G0期细胞 终端分化细胞也称为不分裂细胞 是指那些不可逆地脱离细胞周期 丧失分裂能力 保持生理机能活动的细胞 如神经 肌肉细胞 多形核白细胞等 细胞从一次分裂结束到下一次分裂完成所经历的过程 所需的时间叫细胞周期 G1期 gap1 指从有丝分裂完成到期DNA复制之前的间隙时间 S期 synthesisphase 指DNA复制的时期 G2期 gap2 指DNA复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间 M期又称D期 mitosisordivision 细胞分裂开始到结束 细胞周期 G1期 时期 有丝分裂后期 子细胞继续生长时期时间 变化大 几小时 几天特点 细胞生长主要阶段能对各种环境信号 综合 协调 作出反应以确定是否进入S期时间长度变异大 人体200多种细胞 周期时间不同 主要在G1 如 胚胎早期卵裂细胞几乎测不到淋巴细胞数小时神经元细胞终生停在G1期RNA大量合成 蛋白质明显上升 组蛋白的磷酸化在G1期开始增加 S期 概况时期 DNA合成时期基本特点 为分裂作准备 DNA复制时间 约10h左右 特点 1 主要为DNA合成以及与DNA复制的相关酶类 开始时 急剧形成DNA聚合酶及4种脱氧核苷酸以后 合成DNA等末期 DNA加倍DNA复制是增殖的基础完成DNA复制 才能入M期 2 DNA复制有严格的顺序性 GC含量高的复制早 AT含量高的复制较晚 失活的X染色体迟复制 3 S期的蛋白质合成DNA复制过程中需不断合成蛋白质如阻断蛋白质合成 加入抑制合成蛋白质药物如嘌岭霉素 将同时影响DNA合成速度 以至中止组蛋白的合成与DNA合成也有关如抑制DNA合成 加入抑制DNA合成药物 如羟基脲 阿霉素 也出现组蛋白合成阻断DNA复制中 DNA和组蛋白互为条件 相互制约 进程特点一经进行 自动继续遗传物质易受损 双链分离 为分裂作准备 合成 复制DNA 应准确如错误形态 细胞增大 G2期 概况 时期 分裂之前基本特点 进行诱发细胞进入分裂的各种生化变化时间 较短 约2 3hr 特点 为分裂作准备继续合成与分裂有关的物质1 主要合成分裂有关的蛋白质尤以细胞骨架 重新组装的蛋白质如阻止蛋白质合成 细胞不进入分裂2 与核膜破裂 染色体密切相关的成熟促进因子在此期合成 此期DNA已加倍染色质开始螺旋化 但程度轻 进程特点对环境因素敏感 易受阻 但去因素可恢复合成的蛋白质与分裂有关 如阻止 不分裂形态体积增大1倍 细胞周期检验点 主要检验点包括G1 S检验点 在哺乳动物中称R点 控制G1进入DNA合成期 相关的事件包括 DNA是否损伤 细胞外环境是否适宜 细胞体积是否足够大 S期检验点 DNA复制是否完成 G2 M检验点 是决定细胞一分为二的控制点 相关的事件包括 DNA是否损伤 细胞体积是否足够大 中 后期检验点 纺锤体组装检验点 任何一个着丝点没有正确连接到纺锤体上 都会引起细胞周期中断 细胞周期检验点 细胞周期的生化事件与检验点 checkpoint 细胞周期的调控 细胞周期蛋白是一类随着细胞周期的变化呈周期性出现与消失的蛋白质 可以分为A B C D E F G H等8大类 他们在细胞周期的不同阶相继表达 与细胞中其他蛋白质结合后 参与细胞周期相关活动的调节 当用秋水仙素抑制细胞分裂时 Cyclin不降解 细胞周期蛋白Cyclin G1期Cyclins 包括CyclinC D和E 调节G1期细胞进入S期 分裂期Cyclins 包括CyclinA B G H等 调节G2期细胞进入M期 Cyclins表达量随细胞周期的转换而改变 Cyclins家族 细胞周期蛋白依赖激酶 CDK 主要在细胞周期调控中起作用的蛋白激酶 真核细胞中主要有三种类型的周期蛋白依赖性的蛋白激酶 目前发现的CDK在动物中有7种 各种CDK分子均含有一段相似的激酶结构域 这一区域有一段保守序列 即PSTAIRE 与周期蛋白的结合有关 周期蛋白A和B分别在S期 G2期和有丝分裂早期起作用周期蛋白D和E在G1期表达 哺乳动物细胞周期调控的模式图 CyclinD非常关键 加入抗cyclinD抗体 细胞不能进入S期 二 成熟促进因子 maturationpromotingfactor MPF 成熟促进因子是一种在G2期形成 能够促进M期启动的调控因子 未成熟的爪蟾卵母细胞 成熟的爪蟾母卵细胞 成熟的爪蟾卵母细胞的细胞质 注射 细胞周期的调控 MPF 引擎分子 MPF 32KD p34cdc2 cdk1 细胞周期依赖蛋白激酶p34cdc2 62KD cyclinB 是一种在G2形成 促进M期启动的调控因子 使H1上与有丝分裂有关的特殊位点在分裂的早中期发生磷酸化 核纤层蛋白 磷酸化 去磷酸化分裂期分裂结束后 DNA结合蛋白磷酸化 降低与DNA的结合能力 染色体凝集 细胞周期中MPF的浓度变化MPF的活性在细胞周期中波动很大 在有丝分裂前急剧升高 但在有丝分裂后急剧下降直到零 周期蛋白浓度在细胞周期中是浮动的 呈周期性变化 同样 MPF的活性与周期蛋白一样在细胞周期中呈现周期性变化 MPF的活化及其活性的周期变化 1980s CDK1983 cyclin1988 MPF纯化 Cdkassociatessuccessivelywithdifferentcyclinstotriggerthedifferenteventsofthecycle Cdkactivityisusuallyterminatedbycyclindegradation 细胞周期的胞内调控 Evidencefromcell fusionexp Forareplicationblock 生长因子growfactor GF 多肽类 通过与细胞膜上特异受体结合 经信号转导 激活与细胞周期相关的蛋白表达变化来调节细胞周期 来源 自分泌 旁分泌 PDGF platelet derivedgrowthfactor 血小板生