细胞生物学：第11章1细胞增殖及其调控

1、1chapter 11cell proliferation and its regulation2细胞增殖的意义细胞增殖的意义细胞增殖细胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)是细胞生命活动的重要特征是细胞生命活动的重要特征之一之一, ,是生物繁育的基础。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。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，多细胞生物由一个单细胞即受精卵分裂发育而来， 细胞增殖细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。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

2、胞，成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞， 维维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。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。胞增殖。3outline11.1 cell cycle11.2 regulation of cell cycle411.1 cell cycles一、细胞周期一、细胞周期细胞周期细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束后开始生长到下次有丝分裂终止所经历结束后开始生长到下次有丝分裂终止所经历的全过程。在这一过

3、程中的全过程。在这一过程中, ,细胞的遗传物质细胞的遗传物质进行复制并均等地分配给两个子细胞。进行复制并均等地分配给两个子细胞。52001年诺贝尔生理学与医学奖年诺贝尔生理学与医学奖:利兰利兰哈特韦尔哈特韦尔发现了控制细胞周期的发现了控制细胞周期的基因，其中一种被称为基因，其中一种被称为“start” 的基的基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。决定性的作用。保罗保罗纳西纳西的贡献是发现了的贡献是发现了cdk。蒂莫西蒂莫西亨特亨特的贡献是发现了调节的贡献是发现了调节cdk的功能物质的功能物质cyclin.6phases of the cell cy

4、cle 7v 细胞周期时相及类型细胞周期时相及类型phases of the cell cycle 间期间期(interphase) g1期期(gap 1 phase),即从即从m期结束到期结束到s期开始前的期开始前的一段间歇期一段间歇期; s期期,即即dna合成期合成期(dna synthetic phase); g2期期(gap 2 phase), 即即dna合成后合成后(s期期)到有丝分到有丝分裂前的一个间歇期裂前的一个间歇期;m期期,即有丝分裂即有丝分裂期期(mitosis phase)。 不一定每种细胞都有四个时期，如胚胎细胞没有不一定每种细胞都有四个时期，如胚胎细胞没有g1期。期。

5、8可将高等动物的细胞分为三类： 连续分裂细胞，如表皮生发层、部分骨髓细胞。 休眠细胞，暂不分裂，但适当刺激下可重新进入细胞周期，称g0期细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。 不分裂细胞，不再分裂，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等。9二二 细胞周期各时细胞周期各时 相的合成活动相的合成活动g1期期 (gap1 phase)s 期期 (synthesis phase)g2 期期(gap 2 phase) m期期10g1g1期期与与dnadna合成启动相关，开始合成细胞生长所合成启动相关，开始合成细胞生长所 需要的多种蛋白质、需要的多种蛋白质、rnarna、碳水化合物、脂、碳水化合物、脂 等，同

6、时染色质去凝集。等，同时染色质去凝集。11s 期期 dnadna复制与组蛋白合成同复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构步，组成核小体串珠结构 12g2g2期期 dna dna复制完成，在复制完成，在g2g2期合成期合成一定数量的蛋白质和一定数量的蛋白质和rnarna分子分子13m 期期 m期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)(mitosis)和减数分裂和减数分裂(meiosis)(meiosis)。遗传物质和细胞内其他物质分配给子。遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。细胞。14 组成

7、：感受器、信号传导通路、效应器。 主要检验点： g1/s检验点：dna是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？在酵母中称start点，在哺乳动物中称r点(restriction point)。 s期检验点：dna复制是否完成？ g2/m检验点：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。细胞周期检验点（check point）15 细胞周期的时间长短与物种/细胞类型有关。g1期持续时间差异较大，m期最短,约0.54.5小时。 脉冲标记dna复制和细胞分裂指数观察测定法（plm）：用3htdr对测定细胞脉冲标记、定时取材，通过统计标记有丝分裂细胞百分数的办法

8、来测定细胞周期。三 细胞周期时间的测定16有关名词： tg1：g1期的持续时间 tg2：g2期的持续时间 ts：s期的持续时间 tm：m期的持续时间 tc：一个细胞周期的持续时间 plm：标记的有丝分裂细胞所占的比例tdr：胸腺嘧啶核苷，是dna的特异前体，能被s期细胞摄入，而掺进dna中。 17测定原理: 待测细胞经3h-tdr标记后，所有s期细胞均被标记。 s期细胞经g2期才进入m期，所以一段时间plm=0。 开始出现标记m期细胞时，表示处于s期最后阶段的细胞，已渡过g2期，所以从plm=0到出现plm的时间间隔为tg2。 s期细胞逐渐进入m期，plm上升，到达到最高点的时候说明来自处于s

9、最后阶段的细胞，已完成m，进入g1期。所以从开始出现plm到plm达到最高点（100%）的时间间隔就是tm。 当plm开始下降时，表明处于s期最初阶段的细胞也已进入m期，所以出现plm到plm又开始下降的一段时间等于ts。 从plm出现到下一次plm出现的时间间隔就等于tc，根据tc=tg1+ts+tg2+tm即可求出的tg1长度。18 （一）自然同步化 1、多核体：如：粘菌、疟原虫。 2、水生动物的受精卵：如海胆、两栖类。 3、增殖抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠孢子移入适宜环境后，同步分裂。四 细胞（周期）同步化19 1、选择同步化 1）有丝分裂选择法 优点：操作简单，同步化程度高，细胞

10、不受药物伤害。 缺点：获得的细胞数量较少（分裂细胞约占1%2%） 。 2）细胞沉降分离法(密度梯度离心法) 优点：省时，效率高，成本低。 缺点：同步化程度较低，且对大多数种类细胞不适用。（二）人工同步化202.2.诱导同步化诱导同步化dnadna合成阻断法合成阻断法 g1/s-tdr g1/s-tdr双阻断法：最终将细胞群阻双阻断法：最终将细胞群阻断于断于g1/sg1/s交界处。优点交界处。优点: :同步化效率高，几乎适合于所有同步化效率高，几乎适合于所有体外培养的细胞体系。缺点体外培养的细胞体系。缺点: :诱导过程可造成细胞非均衡诱导过程可造成细胞非均衡生长生长. .分裂中期阻断法：通过抑制

11、微管聚合来抑制细胞分裂器分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点: :操作简便，操作简便，效率高。缺点效率高。缺点: :这些药物的毒性相对较大这些药物的毒性相对较大. .21五五 特异的细胞周期特异的细胞周期-embryonic cell cycles 22爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期细胞分裂快细胞分裂快, ,无无g1g1期期, g2, g2期非常短期非常短,s,s期也短期也短( (所有复制所有复制子都激活子都激活), ), 以至认为仅含有以至认为仅含有s s期和期和m m期期无需临时合

12、成其它物质无需临时合成其它物质子细胞在子细胞在g1g1、g2g2期并不生长，越分裂体积越小期并不生长，越分裂体积越小 细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的 细胞周期基本是一致的细胞周期基本是一致的23酵母细胞的细胞周期酵母细胞的细胞周期酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似和调控方面相似酵母细胞周期明显特点酵母细胞周期明显特点: :首先，酵母细胞周期首先，酵母细胞周期持续时间较短；细胞分裂过程属于封闭式，持续时间较短；细胞分裂过程属于封闭式，即在细胞分裂时核膜不解聚；纺锤体位于细即在细胞

13、分裂时核膜不解聚；纺锤体位于细胞核内；在一定环境下，也进行有性繁殖胞核内；在一定环境下，也进行有性繁殖2425植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期非常相似，含有期非常相似，含有g1g1期、期、s s期、期、g2g2期和期和m m期四期四个时期。个时期。植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常组装纺锤体。常组装纺锤体。植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂26细菌的细胞周期细菌的细胞周期 慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程慢生长细

14、菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定相似之处。其有一定相似之处。其dnadna复制之前的准备时间与复制之前的准备时间与g1g1期类似。分裂之前的准备时间与期类似。分裂之前的准备时间与g2g2期类似。再期类似。再加上加上s s期和期和m m期，细菌的细胞周期也基本具备四个期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期时期 细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最 基本的基本的dnadna复制速度之间的矛盾复制速度之间的矛盾2711.2 细胞分裂 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 。 有丝分裂：又称

15、为间接分裂，由fleming (1882)和strasburger(1880)发现。 减数分裂：dna复制一次，细胞连续分裂两次。28stages of mitosis in an animal cell 29一、有丝分裂（一）有丝分裂过程 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)和胞质分裂。301.前期前期染色质凝缩，分裂极确立与纺锤体开始形成，核仁解体，核膜消失。31间期动物细胞含一个间期动物细胞含一个mtocmtoc，即，即中心体，在中心体，在s s期

16、末，两个中心粒在期末，两个中心粒在各自垂直的方向复制出一个中心各自垂直的方向复制出一个中心粒，形成两个中心体。当前期开粒，形成两个中心体。当前期开始时，始时，2 2个中心体移向细胞两极，个中心体移向细胞两极，并同时组织微管生长，由两极形并同时组织微管生长，由两极形成的微管通过微管结合蛋白在正成的微管通过微管结合蛋白在正 极末端相连，最后形成有丝分裂极末端相连，最后形成有丝分裂纺纺锤体锤体。322.前中期前中期从核膜解体到染色体排列到赤道面上。33前中期前中期(prometaphase(prometaphase) )核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层

17、蛋白中特异的中特异的serser残基磷酸化导致残基磷酸化导致核纤层解体核纤层解体纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体，纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体，每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保证与每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成三两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成三种类型的微管，一部分纺锤体微管的自由端最终结合到种类型的微管，一部分纺锤体微管的自由端最终结合到着丝点上着丝点上, ,形成动粒微管。形成动粒微管。 前中期的特征是染色体剧烈地活动前中期的特征是染色体剧烈地活动, ,个别染色体剧个别染色体剧烈

18、地旋转、振荡、徘徊于两极之间。烈地旋转、振荡、徘徊于两极之间。34纺锤体微管的类型纺锤体微管的类型353.3.中期中期(metaphase)(metaphase)主要特点是姐妹染色单体位于赤道板上主要特点是姐妹染色单体位于赤道板上, ,着丝粒分别被两端的着丝粒分别被两端的中心体发出的纤维连接中心体发出的纤维连接。（。（所有染色体排列到赤道板所有染色体排列到赤道板( (metaphase plate) )上）上）染色体进一步凝缩染色体进一步凝缩, ,并移到赤道附近并移到赤道附近, ,排列在赤道板排列在赤道板；姐妹染姐妹染色单体的着丝粒分别与一条或多条来自对面的纤维结合色单体的着丝粒分别与一条或多

19、条来自对面的纤维结合, , 成为成为被争夺的对象被争夺的对象36染色体排列到赤道面上。374.后期后期(anaphase)3839后期后期(anaphase)排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离产生向产生向极运动极运动 主要特点是主要特点是: :着丝粒分开着丝粒分开, ,染色单体移向两极。染色单体移向两极。 后期后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段，即大致可以划分为连续的两个阶段，即后期后期a和后期和后期b 后期后期a，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动动 后期后期b，极间微管长度增加，两极之

20、间的距离逐渐拉，极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉 长，介导染色体向极运动长，介导染色体向极运动40 anaphase a: separation of the sister chromatids.41 anaphase b: separation of the poles. 植物细胞有没有后期b ？425.5.末期末期(telophase(telophase) )43 （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。涉及子核的形成和胞质分裂两个方44末期末期(telophase(telophase) )染色单体到达两极，即进入了末期（染色单体到达两极，即进入了末期（telop

21、hasetelophase）, ,到达到达两极的染色单体开始去浓缩两极的染色单体开始去浓缩核膜开始重新组装核膜开始重新组装 golgi golgi体和体和erer重新形成并生长重新形成并生长核仁也开始重新组装，核仁也开始重新组装，rnarna合成功能逐渐恢复合成功能逐渐恢复, ,有丝分裂有丝分裂结束结束 主要特点是主要特点是: :染色体解螺旋形成细丝染色体解螺旋形成细丝, ,出现核仁和核膜。出现核仁和核膜。 456.6.胞质分裂胞质分裂动物细胞胞质分裂动物细胞胞质分裂胞质分裂胞质分裂(cytokinesis(cytokinesis) )开始于细胞分裂后期，在赤道板周围细胞表开始于细胞分裂后期，

22、在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为面下陷，形成环形缢缩，称为分裂分裂沟沟(furrow)(furrow)。分裂沟的位置与纺。分裂沟的位置与纺锤体和钙离子浓度的变化有关锤体和钙离子浓度的变化有关胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在分裂沟处组装成微丝并胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在分裂沟处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为相互组成微丝束，环绕细胞，称为收缩环收缩环（contractile ring)contractile ring)。收缩。收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞46分裂沟分裂沟收缩环收缩环47植物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞 质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和胞质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和胞 壁而将细胞分开壁而将细胞分开48（二）、（二）、染色体运动的动力染色体运动的动力机制机制 1、染色体列队机制、染色体列队机制 是什么机制确保染色体正是什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？确排列在赤道板上？ mad蛋白和蛋白和bub蛋白促使蛋白促使染色体被动力微管捕捉。染色体被动力微管捕捉。 牵拉假说和外推假说。牵拉假说和外推假说。495