13.第十三章-细胞周期与细胞分裂幻灯片

第十三章细胞周期与细胞分裂

细胞周期细胞分裂细胞增殖(cellproliferation)的意义◆细胞增殖(cellproliferation)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(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。第一节细胞周期

细胞周期概述

细胞周期中各时期的特征

细胞周期同步化

特殊的细胞周期一、细胞周期概述◆细胞周期（cellcycle）：指从一次细胞分裂结束开始，经过物质准备，直到下一次细胞分裂结束所经历的整个过程。细胞周期可分为分裂间期和分裂期。分裂间期：细胞增殖的物质准备和积累阶段。分裂期：细胞增殖的实施过程。细胞周期时相组成：G1SG2M标准的细胞周期：含有以上四个不同时相的细胞周期。1、细胞周期的时相组成同种细胞间，周期时间长短相似或相同；不同种类细胞间，周期长短差别很大。2、细胞周期的长短S+G2+M的时间变化较小，细胞周期时间长短差别在G1期。部分细胞的细胞周期没有G1、G2期。根据增殖状况，细胞可分为以下三种类型：①周期中细胞（cyclingcell）：细胞周期持续运转，细胞可能会持续分裂。例如上皮组织的基底层细胞。②静止期细胞（quiescentcell）：暂时脱离细胞周期，停止细胞分裂，但仍然活跃地进行代谢活动，执行特定的生物学功能。在适当的刺激下，可重新返回细胞周期，分裂增殖，又称为G0期细胞，例如结缔组织中的成纤维细胞、肝细胞。③终末分化细胞：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，又称终端分化细胞，例如神经、肌肉、多形核细胞等。3、细胞的类型二、细胞周期中各不同时相及其主要事件G1期：染色质去凝集；蛋白质、糖类、脂质等开始合成，不合成细胞核DNA。S期：DNA复制，中心体也在此期完成复制。G2期：合成一定数量的蛋白质和RNA。M期：细胞分裂期。G1期

合成细胞生长所需要的多种蛋白质（重要蛋白质包括：G1周期蛋白，钙调素及有关DNA合成的酶系等）、RNA、碳水化合物、脂质等；但不合成DNA。若G1期的蛋白质及RNA合成受阻，则细胞不能进入S期。

G1期的细胞较小，染色质去凝集，核仁重新生成。

G1/S检验点：检查DNA是否损伤？营养物质和生长素是否能满足需要？细胞体积是否足够大？在酵母中称起始点（start），在哺乳动物中称限制点(restrictionpoint)。S期：

主要生化事件是DNA合成复制，其次还有组蛋白、非组蛋白和RNA的合成，并伴随有中心体的复制，核小体结构组装。

S期的细胞较G1期有所增大，细胞核内的染色质比较松散，集缩程度不够紧密。S期检验点：DNA在复制过程中是否受到损伤？DNA复制是否完成？G2期

大量合成G2周期蛋白、微管蛋白RNA、ATP、脂类、糖类等，是细胞积蓄营养物质和能量的时期，为细胞分裂做准备。G2期细胞体积比较大，且在整个G2期还在不断增长，染色质凝集致密。

G2/M检验点：

DNA复制是否完成？细胞分裂为二所需要的物质、能量、酶是否足够？

第一节细胞周期例如：蛋白质激酶可使核纤层蛋白磷酸化，导致核膜在前期末破裂；也可催化H1组蛋白高度磷酸化，引起染色质在临近有丝分裂时开始凝缩。M期

即细胞分裂期，细胞内生化合成活动都减弱，如：RNA合成停止，蛋白质合成减少（此期仍有少量非组蛋白合成）。

真核细胞的细胞分裂包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)和减数分裂(meiosis)。涉及：

染色体的形成

纺锤体装配

核膜和核仁解体

染色体运动

细胞质分裂，子细胞形成

中后期检验点：纺锤体组装检验点，染色体是否与纺锤体相连。

G1/S检验点：起始点（start）或限制点（R点）、检验点，控制细胞由G1进入DNA合成期。检查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在复制过程中是否受到损伤？DNA复制是否完成？

G2/M检验点：DNA复制是否完成？细胞分裂为二所需要的物质、能量、酶是否足够？

中-后期检验点：纺锤体组装检验点，染色体是否与纺锤体相连。

细胞周期中的检验点细胞周期检验点及其主要事件细胞同步化(synchronization)：是指在自然过程中发生或经人为处理造成的一个细胞群体按同一时相进行生长和分裂。意义：得到一定量细胞周期一致的细胞，便于生理生化测定。类型：

▲自然同步化▲诱导同步化▲选择同步化DNA合成阻断法中期阻断法有丝分裂选择法细胞沉降分离法三、细胞周期同步化▲自然同步化

1）多核体：如：粘菌、疟原虫、果蝇。

2）某些水生动物的受精卵：如海胆、海参、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，它们一起发芽，同步分裂。Multiplemitoticspindlesatmetaphaseinafruitfly(Drosophilamelanogaster)embryo.Theembryoiscoenocytic,I.e.manynucleiinthesamecell.Themicrotubulesarerevealedwitharedfluorescentdyewhichreactswithmicrotubules.TheDNAisrevealedwithyellowfluorescingdye.Notethemagnification.Thenextslidealsoshowstheembryoatmuchlowermagnification.果蝇自然同步化

1）诱导同步化

①DNA合成阻断法：选用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成。常用TdR双阻断法，将细胞停在G1/S交界处：

优点：同步化程度高

缺点：产生非均衡生长，个别细胞体积增大。

②中期阻断法：用秋水仙素等细胞分裂抑制剂将细胞阻断在中期。

优点：无非均衡生长现象，

缺点：可逆性较差。

▲人工同步化应用过量的TdR阻断法进行细胞周期同步化2）选择同步化

①有丝分裂选择法：M期细胞与培养皿的附着性低，振荡脱离器壁收集。

优点：操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害。

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：依不同时期的细胞在体积和重量的差异，用离心分离的方法分离。

优点：方法简单，省时，效率高，成本低。

缺点：适应范围太小(裂生酵母)。

▲人工同步化从培养细胞中收集M期细胞的同步化方法特殊的细胞周期：特殊的细胞所具有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细胞周期。◆爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期◆酵母细胞的细胞周期◆植物细胞的细胞周期◆细菌的细胞周期四、特殊的细胞周期卵细胞在成熟过程已经积累了大量的物质，不需要临时合成物质。

G1期、G2期非常短，以至于认为细胞周期只有S期和M期。子细胞在G1期、G2期不生长，越分裂体积越小。参与细胞周期的调控因子和调控机制与标准的细胞周期比较一致。1、爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期2、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和调控方面相似。特点：细胞周期持续时间短（90min）；

封闭式细胞分裂，即细胞分裂时核膜不解聚；

纺锤体位于细胞核内；在一定的环境下可以进行有性繁殖。裂殖酵母细胞周期

裂殖酵母，均等分裂，仅长度增加芽殖酵母，出芽方式芽殖酵母细胞周期

3、植物细胞的细胞周期植物细胞周期的时相和动物细胞的标准细胞周期相似，都含有G1、S、G2、M期。高等植物细胞没有中心体，但细胞分裂时可以正常组装纺锤体；植物细胞分裂是以形成细胞板（中间板）的形式完成胞质分裂。植物细胞成膜体的形成

植物细胞的有丝分裂慢生长细菌：细胞周期与真核细胞周期有一定相似之处。其DNA复制之前的准备时间与G1期类似。分裂之前的准备时间与G2期类似。再加上S期和M期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期。快速生长情况下，细菌需要协调快速分裂和最基本的DNA复制速度之间的矛盾。4、细菌的细胞周期细菌的细胞周期第二节细胞分裂（celldivision）

细胞分裂的类型

有丝分裂（mitosis）

减数分裂（meiosis）

细胞分裂分为无丝分裂（amitosis）、有丝分裂（mitosis）和减数分裂（meiosis）三种类型。

无丝分裂（amitosis）又称为直接分裂（directdivision），由雷马克（R.Remark）1841年首次发现于鸡胚血细胞。主要表现为细胞核伸长，从中部缢缩，然后细胞质分裂，期间不涉及纺锤体形成及染色体变化，因此称为无丝分裂。（一）细胞分裂的类型

有丝分裂（mitosis）又称为间接分裂（indirectdivision），由W.Fleming（1882）年首次发现于动物及E.Strasburger（1880）年发现于植物。特点是有纺锤体的出现和染色体的变化，最终子染色体被平均分配到子细胞，这种分裂方式普遍见于高等动植物。

减数分裂（meiosis）是指染色体复制一次而细胞连续分裂两次的分裂方式，是高等动植物配子体形成的分裂方式。（二）有丝分裂（mitosis）

有丝分裂保证了携带遗传信息的染色体一代代以相同的染色体数目传递下去，从而维持了遗传的稳定性。有丝分裂的整个过程人为地划分成分裂间期和分裂期，其中包括前期、前中期、中期、后期、末期、胞质分裂期6个阶段。前中期

胞质分裂期前期（prophase）

染色质凝缩：H1组蛋白的磷酸化诱导染色质由线形经过螺旋化，折叠和包装等过程形成早期染色体结构。前期末动粒形成。

有丝分裂器开始装配，分裂极确定：中心体复制完成，移向两极，参与纺锤体的装配。

核仁解体：核仁在前期末缩小并消失，rDNA缩回染色体的次縊痕处。前期两个中心体向两极移动

纺锤体（spindle）是由大量微管纵向排列组成的中间宽两极小的细胞器，形状象纺锤。动物细胞的纺锤体两端有星体（由中心粒构成的）称为有星纺锤体。植物细胞的纺锤体没有星体称无星纺锤体。组成：纺锤体由极间微管、染色体动粒微管、星体微管排列组成。极间微管：指一极与另一极相连的纺锤丝，但绝大多数极间丝（连续丝）并非真正连续，而是来自两极的微管在赤道面彼此相搭，侧面结合。动粒微管：是指一端由极部发出，另一端结合到着丝点上的微管。

星体微管：是指围绕中心粒向外辐射状发射的微管。前中期（premetaphase）前中期（premetaphase）是指核膜破裂到染色体排列到赤道板之前的这段时间。

染色体凝集变粗，形成X形染色体结构，染色体作旋转，震荡等剧烈运动。

核膜破裂，以小膜泡的形式分散在细胞质中；核纤层蛋白的磷酸化使核纤层解聚成核纤层蛋白；

前期纺锤体形成：细胞核周围的纺锤体侵入到细胞的中心区，部分纺锤体微管结合到染色体的动粒上。中期（metaphase）中期是指染色体排列到赤道面上，到姊妹染色单体开始分向两极的一段时间，动物染色体呈辐射状排列。染色体两边的牵引力达到平衡。

主要特征：形成典型的纺锤体（spindle）；染色体排列在赤道板上。

染色体排列到赤道板上的机制牵拉假说：染色体向赤道板方向运动，是由于动粒微管牵拉的结果。动粒微管越长，拉力越大，当来自两极的动粒微管的拉力相等时，染色体被稳定在赤道板上。外推假说：染色体向赤道板方向的移动，是由于星体的排斥力将染色体外推的结果。染色体距离中心体越近，星体对染色体的外推力越强，当来自两极的推力达到平衡时，染色体被稳定在赤道板上。正端后期（anaphase）后期指姊妹染色单体分开并移向两极的过程，分为后期A和后期B两个过程。末期（telophase）染色体到达两极；动粒微管消失，极性微管继续加长；核膜、核仁和部分细胞器重新装配。胞质分裂（cytokinisis）有丝分裂的变异①不进行胞质分裂，形成二核或多核细胞；②染色体后期不分开，或者进行核内有丝分裂，形成多倍体；③姐妹染色单体不分离，形成双份染色体；④细胞周期中缺少M期，核染色体反复加倍而不分开，形成

多线染色体；⑤体细胞进行减数分裂，形成单倍体；⑥多极分裂，由纺锤体极部纵裂并转向，引起多极分裂。三、减数分裂（meiosis

）

减数分裂的概念与过程

减数分裂的意义

减数分裂的特点

配子的发生过程（一）减数分裂的概念与过程

减数分裂是细胞只进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。减数分裂的过程减数分裂的过程减数分裂间期：S期持续的时间比较长，并且DNA进行不完全复制，复制总量的99.7%—99.9%。减数分裂分裂期：减数分裂期Ⅰ：前期Ⅰ、前中期Ⅰ、中期Ⅰ、后期Ⅰ、末期Ⅰ和胞质分裂期Ⅰ等6个阶段。减数分裂期Ⅱ：前期Ⅱ、前中期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ和胞质分裂期Ⅱ等6个阶段。前期Ⅰ（prophaseⅠ）

前期Ⅰ所发生的主要变化主要是合成一定量的RNA和蛋白质，并进行染色体配对和基因重组。根据细胞形态的变化分为：细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期5个阶段。细线期（leptotene）

染色质凝集，显微镜下呈细丝状，分辨不出两条染色单体，细纤维状的染色体上分布有念珠状的染色粒。在这个时期，由于染色体细线交织在一起，偏向核的一方，所以又称为凝线期（synizesis）。染色体端粒通过接触斑和核膜相连，而其它部分以半环状延伸到核基质中，对于接触斑位于细胞核一侧的物种来说形似花束，称为花束期（bouquetstage）。

偶线期（zygotenen）

特征：①同源染色体配对，形成联会复合体（synaptonemal

complex，SC）。在光镜下可以看到两条结合在一起的染色体，称为二价体（bivalent）。每一对同源染色体都经过复制，含四个染色单体，所以又称为四分体。②合成偶线期DNA（zygDNA）。

利于联会发生的因素：边侧成份：蛋白质和DNA中央区重组节L—C纤维利于联会的因素①染色体端部附着在核膜上；②合成的偶线期DNA分布在整个染色体表面，利于同源染色体准确配对；③形成的联会复合体位于同源染色体的空隙处；④联会受遗传因素的控制；⑤和微管有关，微管帮助染色体和核膜接触及染色体之间的接近。粗线期（pachytene）

染色体进一步浓缩，变粗变短，结合紧密，在光镜下只在局部可以区分同源染色体。重组节形成，染色体发生交换和重组。

合成一小部分未合成的DNA（P-DNA），保持染色体的完整性，防止断裂。

合成减数分裂期专用