细胞生物学教学课件(精).ppt

细胞生物学教学课件 山西医科大学汾阳学院生物学教研室 张明亮编写 第十一章细胞的生长与增殖 第一节细胞增殖的意义第二节细胞增殖方式第三节细胞增殖周期第四节有丝分裂第五节生殖细胞的发生与减数分裂 第一节细胞增殖的意义 第一 生命不断地延续 繁衍 最主要的基础是依靠细胞的生长和繁殖 第二 生物机体的生长发育依赖细胞增殖 第三 补充生命活动过程中衰老死亡的细胞 第四 有机体创伤的修复依靠细胞增殖实现 第二节细胞增殖方式 细胞增殖的方式 无丝分裂 直接分裂 有丝分裂 间接分裂 减数分裂 细胞增殖 细胞通过分裂使细胞数目增加 并且使子细胞获得和母细胞相同遗传特性的过程 一 无丝分裂 直接分裂 细胞分裂过程中 没有出现细胞分裂器 由细胞核和细胞质直接分裂成两个子细胞 故又称直接分裂 过程 核先延长 从核中部向内凹陷 断裂成两个细胞核 整个细胞从中部缢裂成两个部分 形成两个子细胞 分裂快 时间短 耗能少 如高等动物迅速分裂的器官组织 如口腔上皮 创伤修复 病理性代偿 肝炎 肝癌等 特点 二 有丝分裂 间接分裂 有丝分裂 核分裂 胞质分裂 有丝分裂 其分裂过程包括核的分裂 染色体和纺锤体的形成以及核分裂之后随既而来的胞质分裂 有丝分裂的主要特征是 有丝分裂装置的产生 有丝分裂器 特点 有有丝分裂器 保证复制的遗传物质平均地分配给两个子细胞 并诱导胞质分裂 是真核生物体细胞增殖的主要方式 三 减数分裂 meiosis 它是有性生殖的生物体在配子发生过程中产生精子和卵子的一种特殊的有丝分裂 生殖是生命的特征之一 通过生殖 生命才得以延续 繁衍 并完成进化过程 它是染色体数目减半的有丝分裂DNA复制一次 细胞连续分裂两次 结果形成四个子细胞 染色体数目减半 第三节细胞增殖周期 一 细胞增殖周期的概念 细胞增殖周期 细胞周期 cellcycle 是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束开始 到下一次有丝分裂完成所经历的整个连续过程 细胞周期 间期 丝裂期 M期 DNA合成前期 G1期 DNA合成期 S期 DNA合成后期 G2期 前期中期后期末期 建立细胞增殖周期概念主要的细胞代谢基础是DNA含量的周期性变化 二 细胞周期的新概念 细胞周期室示意图 细胞周期中的细胞 三 细胞周期同步化 细胞周期同步化 是指自然的 或经人为选择或诱导获得大量同周期阶段的细胞 细胞周期同步化 选择同步化 诱导同步化 1 G1期 DNA合成前期 1 G1期细胞的生长 四 细胞增殖周期各时相的特点 正常的核质比值大致稳定在0 3 0 5之间 NP 0 3 细胞越过R点 分裂 NP 0 5 细胞经生长 等体积达到阈值 越过R点 分裂 G1期时间变化较大的根本原因具有一个调节细胞增殖周期开和关的 阀门 称为限制点 restrictionpoint R点 如RNA阈值成为细胞由G1A态进入G1B态的控制点 即R点 R点 G1期细胞对外界各种因素 如RNA 蛋白质 氨基酸 某些离子 温度 pH值 的敏感点 2 G1期的滞留 由于R点的限制作用 G1期有三种不同增殖状态 继续增殖细胞 始终保持旺盛的分裂活性 对外界环境信号敏感 分化程度低 周期时间稳定 如造血干细胞 睾丸精原细胞 消化道黏膜细胞 胚胎早期细胞 由于R点的限制作用 G1期有三种不同增殖状态 暂不增殖细胞 G1期合成具有特殊功能的RNA和蛋白质 使细胞结构和功能发生分化 一般情况下 不进行分裂 处于G0期 在适当条件下如组织受到损伤或淋巴细胞接受植物凝集素的刺激以后 可以恢复增殖状态 如肝 肾 胰的实质性细胞 结缔组织中的成纤维细胞 血液中的淋巴细胞等都属此类细胞 不再增殖细胞 结构和功能高度分化 丧失增殖能力 如多形性白细胞 角质细胞 神经元细胞 骨骼肌细胞 成熟红细胞等 这些细胞终身处于G0期 通过衰老 死亡 由于R点的限制作用 G1期有三种不同增殖状态 3 DNA复制的准备加速合成DNA复制所必须的各种前体物质及各种酶类 如胸腺嘧啶核苷激酶 脱氧胸腺嘧啶核苷酸合成酶 DNA聚合酶 各种脱氧核苷 DNA解旋酶 以及DNA合成启动因子 2 S期 DNA合成期 DNAsyntheticphase 1 DNA复制的启动 与S期激活因子有关 实验 S期和G1早期细胞融合 诱发G1细胞合成DNAG2期和G1期细胞融合 不能诱导G1细胞合成DNAG2期和S期细胞融合 S期细胞继续合成DNA 2 DNA复制的严格程序性控制 人体每个细胞中DNA总长度为2m 平均每条染色体DNA长度为40mm 一个复制子约为30um 每条染色体平均约有1200个复制子 复制速度为0 9 min 每个复制子完成复制需17分钟 哺乳类动物细胞的TS一般是6 8小时 3 DNA合成与组蛋白合成强度同步进行 实验 在S期的细胞中加入抑制蛋白质合成的药物 如嘌呤霉素 阻断蛋白质合成 就会使DNA合成速度明显减慢 以至于完全停止 3 G2期 gap2或DNApost synthetic 主要为有丝分裂期准备物质条件 1 合成一些与M期结构 功能有关的蛋白质 与核膜破裂 染色体凝聚相关的成熟促进因子 2 微管蛋白合成达高峰 3 合成有丝分裂的因子和骨架系统的蛋白质 4 中心粒逐渐长大 向两极移动 5 复制因子失活6 合成M期所需的物质和能源 4 M期 有丝分裂期 Mitotiephase 有丝分裂期是细胞周期中占时间最短的时期 但细胞形态结构变化很大 第四节有丝分裂 一 有丝分裂的过程二 有丝分裂的调控 1 前期 prophase 四大事件 一 有丝分裂的过程 染色质凝集 在染色体凝集因子的作用下 染色质逐渐螺旋化 变短增粗 形成染色体 每一染色体由两条染色单体并列在一起 此时 出现主缢痕 在主缢痕的着丝粒外侧 在晚期各形成一个成熟的动粒 确定分裂极 在S期 中心粒经复制成为两对 G2期时 两对中心粒彼此分开 前期时 两对中心粒移向两极 并组织形成纺锤丝和星体 确定了分裂极 核仁解体 随染色质的凝集 RNA 核仁解体 核膜解体 作为有丝分裂前期结束的标志 核膜解体与核纤层蛋白磷酸化有关 核纤层蛋白磷酸化为可溶状态 laminA 分散在细胞质中laminB 结合在核膜囊泡上laminC 分散在细胞质中 主要事件是有丝分裂器形成和染色体排列在赤道面上形成赤道板 2 中期 metaphase 有丝分裂器 染色体纺锤体星体 星体微管 围绕中心体向四周辐射的微管 极微管 连续丝 从一极伸到另一极染色体微管 动粒微管 染色体丝 连接极和染色体着丝点的微管区间微管 中间丝 连接后 末期染色单体间的微管 确保遗传物质平均分到两个子细胞中 功能 3 后期 anaphase 后期的特征 是着丝粒复制和染色体的运动 微管作用过程 第一 动粒微管 染色体丝 正极不断解聚 染色体丝缩短 使染色体向极移动 第二 区间微管组装延长 将染色体推至两极 4 末期 telophase 末期的主要特征 子细胞核重建和细胞质分裂 子细胞核重建 有丝分裂抑制因子被激活 染色体 染色质 纺锤丝消失 核仁重建 核纤层蛋白去磷酸化 组成核纤层 形成核膜 细胞质分裂 收缩环 在分裂末期的细胞质中 肌动蛋白组装成大量平行排列的微丝 它们在分裂沟的质膜下方 卷曲形成的环状结构 有丝分裂过程 间期 核膜 核仁 染色质 中心粒 前期 中期 后期 末期 赤道板 收缩环造成的分裂沟 动物细胞的有丝分裂 间期 前期 中期 后期 末期 植物细胞的有丝分裂 经过上述一次有丝分裂过程 细胞分裂一次 DNA复制一次 染色体同时也分裂一次 并且平均分到两个子细胞中 因此每个子细胞都含有与原来母细胞相同的染色体数 这样保证了有丝分裂产生的子细胞都保持了与母细胞相同的全套遗传物质 从而保证了机体所有细胞的染色体数 遗传物质 的恒定性 二 有丝分裂的调控 1 有丝分裂促进因子 maturationpromotingfactor MPF 是一种调节细胞有丝分裂的必需的蛋白质激酶 2 人类细胞的MPF是由两种蛋白质组成的复合体 分子量分别为34KU和56KU 又称P34和P56 3 P34在细胞周期中是连续合成的 含量相当稳定 4 P56在G1期开始合成 G2和M期交界时达到高水平 有丝分裂中期达到峰值 后期时骤然下降 P56调节细胞周期过程 1 在G1期合成与P34结合 不具生物活性的MPF前体物 特定氨基酸被磷酸化 2 G2期末P34蛋白的酪氨酸受磷酸酶的作用 去磷酸化 MFP产生活性 具有磷酸激酶的活性 3 MPF使染色质中的组蛋白H1 核纤层蛋白 微管蛋白 肌动蛋白以及核仁蛋白磷酸化 出现染色质凝集 核被膜崩解 微管形成 核仁消失 细胞变圆及贴附能力下降等特征 4 有丝分裂后期P56发生水解 P56骤然消失 MPF失活 诱发底物一系列去磷酸化 染色质去凝集 纺锤体消失 核被膜及核仁重建等 细胞从M期进入G1期 第五节生殖细胞的发生与减数分裂 减数分裂 是有性生殖的生物体在生殖细胞形成过程中产生的一种特殊形式的细胞分裂 生殖 无性生殖 不经过生殖细胞的结合 从母体直接产生出子代 只需一个亲本 有性生殖 必须有两种生殖细胞结合成一个细胞后 才能发育成新个体 一般情况下需要两个亲本参加 减数分裂概念 亲代先形成配子 雄配子 精子 雌配子 卵子 合子 受精卵 个体 有性生殖的后代 具有双亲的遗传物质 由于双亲遗传物质是不同的 所以子代就会表现出复杂的遗传现象 增加变异性 扩大了适应范围 特点是 细胞连续分裂两次 而染色体 DNA 只复制一次 结果形成的4个细胞中 染色体数目减少一半故称减数分裂 由于两次连续分裂发生在配子形成的成熟期 故又称成熟分裂 减数分裂 减数分裂 减数分裂 前期 中期 后期 末期 细线期偶线期粗线期双线期终变期 前期 中期 后期 末期 减数分裂的过程及生物学意义 间期 间期 和细胞的有丝分裂间期相似 细胞核中的染色体完成自我复制 每一条染色体经过自我复制成为两条姐妹染色单体 前期 此期比较复杂 减数分裂许多特有的过程都发生在此期 可分为以下几个阶段 细线期 leptotenestage a 染色体呈细线状 相互交织呈网状 染色质丝开始凝缩 b DNA复制已完成 每条染色体已形成双线 每条染色体由两条染色单体构成 但光镜下仍呈单线状 c 细胞核和核仁增大 1减数分裂 偶线期 zygotenestage 同源染色体发生配对 同源染色体 homologouschromosome 指大小形态结构相同 一条来自父方 一条来自母方的一对染色体 同源染色体配对的过程称联会 synapsis 在联会的过程中 配对的同源染色体之间侧面紧密相贴形成了一种蛋白质的复合物 称为联会复合体 synaptonemalcomplex 联会的结果 每对染色体形成一个二价体 如n对染色体的细胞中形成n个二价体 人形成23个二价体 粗线期 pachytonestage a 染色体进一步螺旋化 变粗变短 此时 每一条染色体可看到由两条染色单体构成 一个二价体由4条染色单体构成 叫四分体 tetrad 每条染色体的两条染色单体互称姐妹染色单体 sisterchromatid 同源染色体之间的染色单体 互称为非姐妹染色单体 non sisterchromatid b 非姐妹染色单体之间发生片段的交换 这种非姐妹染色单体之间发生的局部交换称为互换 a 染色体进一步螺旋化而缩短 b 同源染色体之间的联会复合体解体 同源染色体开始分离 同源染色体的非姐妹染色单体相互排斥趋向分离 使互换后的染色体之间出现交叉 chiasma 交叉的存在表明同源染色体的非姐妹染色单体的交换 非姐妹染色单体上往往有一点或多点发生交叉 交叉的存在表明该处已互换了片段 终变期 diakinesisstage a 染色体变得最短粗 双线期 dipleotenestage b 交叉渐移至两端非姐妹染色单体的交叉随时间的推移向末端移动 这种现象称为交叉端化 中期 a 各四分体排列在赤道板上 纺锤体形成 b 同源染色体的两着丝点朝向两极 与纺锤丝相连 后期 a 同源染色体分开 每个四分体形成两个二分体 分别移向两极 此时 每一极只获得同源染色体中的一条 每一条染色体由两条姐妹染色单体组成 c 核仁核膜消失 末期 a 二分体移到两极 解旋松展 呈细线状 b 核膜核仁出现 胞质分裂 形成两个子细胞 此时两个子细胞各具有n个二分体 人有23个二分体 间期 很短 不进行DNA复制 此时每条染色体上由两条染色单体构成 2 减数分裂 b 非同源染色体随机组合如人有23对染色体 非同源染色体移向两极有223种的组合方式 前期 中期 后期 末期 核膜核仁消失 每个细胞只有n个染色体 一个染色体由两个染色单体成 各染色体排列在细胞中央的赤道板上 形成纺锤体 着丝点纵裂 姐妹染色单体分开 并分别移向两极 形成两条染色体 染色体移到两极并解螺旋化 核膜核仁出现 胞质分裂 形成两个子细胞 每个细胞含有n条染色体 通过减数分裂 所形成的精细胞或卵的染色体数目由2n减为n a 减数分裂过程中 分裂后 同源染色体分别进入不同的生殖细胞中 b 非同源染色体随机进入同一个生殖细胞 如有两对同源染色体 可形成22 4种染色体组合的不同生殖细胞 人类23对染色体223 3388608种染色体组合各不相同的生殖细胞 如果包括互换 重组 通过减数分裂所形成的生殖细胞种类会更多 这正是有性生殖所表现出来的复杂遗传现象的细胞学基础 减数分裂过程 1 减数分裂I 间期