第十二章-细胞增殖及其调控(沈婷)

第十二章

细胞增殖及其调控细胞增殖是生命的基本特征，种族的繁衍、个体的发育、机体的修复等都离不开细胞增殖。一个受精卵发育为初生婴儿，细胞数目增至1012个，长至成年有1014个，而成人体内每秒钟仍有数百万新细胞产生，以补偿血细胞、小肠粘膜细胞和上皮细胞的衰老和死亡。细胞增殖是通过细胞周期（cellcycle）来实现的，而细胞周期的有序运行是通过相关基因的严格监视和调控来保证的。细胞无限制增长对个体来说意味着癌症，个体无限制繁殖对地球来说意味着灾难。一个大肠杆菌若按20分钟分裂一次，并保持这一速度，则两天即可超过地球的重量。第一节细胞周期概述第二节细胞分裂第三节细胞周期的调控细胞增殖(cellproliferation)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。

LelandH.HartwellR.Timothy(Tim)HuntPaulM.Nurse

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2001在控制细胞循环的研究中做出重要发现，他们确认了控制包括植物、动物和人类真核细胞在内的主要分子。第一节细胞周期概述1细胞周期（cellcycle）

细胞周期概述细胞周期各时期的特征细胞周期的测定细胞周期同步化以上四项都是重点特异的细胞周期一、细胞周期1．概述◆概念：指细胞由一次分裂结束到下一次分裂结束所经历一个有序的过程，是细胞进行物质积累与分裂的循环过程。◆周期时相组成：

分裂间期（interphase）和分裂期（Mphase）。分裂间期是细胞分裂前重要的物质准备和积累阶段，分裂期则是细胞增殖的实施过程。◆划分四个时期：

G1→S→G2→M，前三个时期合称分裂间期。S期进行DNA合成。标准的细胞周期：可划分为四个阶段标准的细胞周期：包括G1、S、G2和M期。◆细胞周期时间不同细胞的细胞周期时间差异很大。食管上皮细胞的Gl期长达103h，而十二指肠上皮细胞的Gl期仅为6h。S+G2+M的时间变化较小，细胞周期时间长短主要差别在G1期有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期◆根据增殖状况，细胞分类三类周期中细胞：也称持续分裂细胞。具有持续分裂能力的细胞，如造血细胞，上皮基底层细胞，植物分生组织细胞等。终端分化细胞：永久性失去了分裂能力不可逆地脱离了细胞周期，但保持了生理活性机能。高度特化，如哺乳动物的红细胞、神经细胞、多形性白细胞、肌细胞等。G0期细胞：也称静止期细胞。暂时脱离细胞周期。一旦得到信号指使，会快速返回细胞周期重新进行细胞分裂。如肝细胞。G0期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划分。二、细胞周期中各个不同时相及其主要事件间期(interphase)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。

G1期：子代细胞的生成标志着G1期的开始。与DNA合成启动相关，开始合成大量细胞生长所需要的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂类等，但不合成DNA同时染色质去凝集。在G1期的晚期有一个检验点，监控着细胞是否进入S期。在芽殖酵母中叫做起始点(start)；在其他真核细胞中称为限制点(restrictionpoint,R点)或检验点(checkpoint)。S期，主要进行DNA的复制与核小体组蛋白的合成以及DNA复制所需的酶，并组装成染色质结构。微管蛋白也开始合成。其DNA复制的起始和复制过程受到多种细胞周期调节因素的严密调控。G2期：在G2期合成一定数量的蛋白质和RNA分子，此时DNA含量已增加1倍，细胞已做好了进入M期的准备。但也有一个检验点（G2期检验点），监控着DNA是否完成了复制和损伤是否得到了修复。分裂期，又称M期(mitosisordivision)，既要把一个细胞分成两个子细胞，又要将两套染色体各分成一套分配到两个子细胞。从开始到结束，可以分为前期、中期、后期和末期。各个时期都有非常显著的特征。G1期G2期G1期：有丝分裂完成到ＤＮＡ复制之前的间隙时期。S期：ＤＮＡ复制的时期。G2期：ＤＮＡ复制完成到有丝分裂开始之前的一段时期。M期：细胞分裂开始到结束的这段时期。G０期：有些处在细胞周期中的细胞会暂时脱离细胞周期停止细胞分裂而进入静止状态，当条件适宜时又可重新返回细胞周期进行细胞分裂，这种细胞成为G０期细胞，这个时期成为G０期。细胞周期中的细胞转变成G０期细胞多发生在G1期。三、细胞周期时间的测定同种细胞之间，细胞周期时间长短相似或相同；不同细胞种类之间，细胞周期时间长短差别很大。周期时间的主要差别在G1期，而S、G2和M期时间相对恒定。（一）脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法：这种方法主要适用于细胞构成相对简单，细胞周期时间相对较短，周期运转均匀的细胞群体。优点：可同时测定细胞周期总时间和各时相时间缺点：要求有同位素室，细胞还须同步化。

脉冲标记有丝分裂百分数法：对测定细胞进行脉冲标记、定时取材、利用放射自显影技术显示标记细胞，通过统计标记有丝分裂细胞百分数的办法来测定细胞周期。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。通常使用的是3H或者14C标记的TDR。测定原理（图13-2）：

①待测细胞经3H-TDR标记后，所有S期细胞均被标记。②S期细胞经G2期才进入M期，所以一段时间内PLM=0。③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。④S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最后阶段的细胞，已完成M，进入G1期。所以从开始出现M到PLM达到最高点（≈100%）的时间间隔就是TM。⑤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。⑥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。脉冲标记有丝分裂百分数法（二）流式细胞仪测定法：这种方法依据细胞各时期DNA含量的特征及其变化来确定细胞周期时间。优点：可测定各种细胞的周期时间，测定快速，结果可靠。缺点：要求有流式细胞仪。概念：细胞同步化是指在自然过程中发生的，或经人为处理造成的整个细胞群体处于细胞周期的同一时期。类型：自然同步化人工同步化：选择同步化：细胞沉降分离法诱导同步化：DNA合成阻断法中期阻断法四、细胞周期同步化(synchronization)的方法（一）自然同步化如：粘菌的多核体等。某些水生动物的受精卵：如海胆、海参、两栖类。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。（二）人工同步化1、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）密度梯度离心法：M期细胞体积大，可用离心分离。优点：可用于任何悬浮培养的细胞。缺点：同步化程度较低。2、诱导同步化1）DNA合成阻断法：DNA合成阻断法：选用DNA合成抑制剂可逆地抑制DNA合成而不影响其他期细胞沿周期运转，最终可将细胞群体阻断在S期。高浓度TdR对S期细胞的毒性较小，阻断效果较好，因此成为较常使用的S期阻断剂。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。原理：向对数增殖期的培养细胞的培液中加入TdR，使细胞阻于S期和G1-S期交界处。

移去TdR，洗涤细胞。当释放时间大于ts时，所有细胞均脱离S期，这时再给予第二次TdR阻断。

细胞群体再经过G2+M+G1的时间，则细胞阻断于G1-S交界处的一个狭窄的区段中（tG1+tG2+tm＞ts）。2）中期阻断法用秋水仙素、nocodazole等细胞分裂抑制剂将细胞阻断在中期。优点是无非均衡生长现象，缺点是可逆性较差。过程：正常培养细胞2-3d；

◆加入终浓度2mmol/L胸苷(TdR)，继续培养15-18h，诱导细胞停留在G1/S期边界；

◆吸去培养液，洗1-2次，用新鲜培养液培养10h；

◆加入终浓度2mmol/LTdR，培养18h；

◆吸去培养液，洗1-2次，收集G1期细胞；◆在诱导的G1期细胞中，加入新鲜的培养液，培养3h，收集S期细胞；◆在诱导的G1期细胞中，加入新鲜的培养液，培养8h，收集G2期细胞；◆在诱导的G1期细胞中，加入nocodazole(终浓度600ng/ml)的培养液，培养12-14h，收集M期细胞；◆G0期细胞可在细胞正常培养到90%的覆盖率后，用仅含0.5%小牛血清的培养基饥饿3d后获得。五、特殊的细胞周期特殊的细胞周期是指那些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。1.早期胚胎细胞的细胞周期细胞分裂快，主要由M期与S期两个时期组成。特点见P395果蝇的受精卵在前2h每发生一次卵裂仅10min，12h内就可形成50000个细胞；斑马鱼受精卵在前3h每发生一次卵裂仅15min，24h内就可形成具有眼、耳和中枢神经系统及能见到肌肉收缩和心跳的脊椎动物雏形；鲢鱼在24℃左右，仅20h就可孵化出苗。发育和增殖所需要的蛋白质、mRNA和其他营养物质已经在其卵子发生过程中预先被储存，细胞分裂没有体积的增加，只需将事先储存有大量卵质分配到不断增多的小细胞中。2.酵母细胞的细胞周期特点：在细胞分裂时，细胞核膜不解聚，纺锤体位于细胞核内，纺锤体的装配与S期DNA复制同时进行，而不是在DNA复制之后。芽殖酵母，不均等分裂。

裂殖酵母，均等分裂，长度增加，直径不变。

3.植物细胞的细胞周期不含中心体，但能形成纺锤体；以形成中间板的形式进行胞质分裂。4.细菌的细胞周期快速生长与慢速复制。快速分裂与DNA的慢速复制问题的解决是在上一次细胞分裂结束时，DNA已经复制一半，细胞分裂后，立即进行新一轮的复制。第二节细胞分裂(celldivision)细胞分裂分为3种类型:◆无丝分裂(amitosis)：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(mitosis)：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。染色体复制一次，细胞分裂一次。◆减数分裂(meiosis）：染色体复制一次，细胞连续分裂两次。（１）.参与细胞分裂的亚细胞结构动粒（kinetochore）与着丝粒（centromere）中心体（centrosome）纺锤体（splindle）（１）.参与细胞分裂的亚细胞结构动粒（kinetochore）与着丝粒（centromere）中心体（centrosome）纺锤体（splindle）Ⅰ、动粒与着丝粒着丝点（动粒）结构域(kinetochoredomain)：介导染色单体的分离 内板(innerplate)：与中央结构域相连 中间间隙(middlespace),innerzone 外板(outerplate)：外侧纤维冠(fibrouscorona)中央结构域(centraldomain)：由物种特异性DNA组成配对结构域(pairingdomain)：由蛋白组成，介导染色单体的连接内部着丝粒蛋白INCENP(innercentromereprotein)染色单体连接蛋白clips(chromatidlinkingproteins)

着丝粒结构示意图着丝点（动粒）结构域

(kinetochoredomain)：介导染色单体的分离内板(innerplate)中间间隙(middlespace)外板(outerplate)外侧纤维冠(fibrouscorona)中央结构域:由物种特异性DNA组成配对结构域:介导染色单体的连接Ⅱ、中心体中心体是动物细胞中的主要的微管组织中心。中心体由一对相互垂直的中心粒（centrioles）及其周围的基质构成。中心粒由九组三联体微管构成，呈圆筒状结构，外围基质的主要成分是γ微管蛋白。有丝分裂中，中心体调节微管的装配与去装配，介导纺锤体的形成和染色体的运动。中心体和外围的微管合成为星体（在间期和前期，微管蛋白围绕中心体装配如同星光向四周辐射因而称星体），星体参与纺锤体的装配。概念：由微管和微管蛋白组成的参与染色体向极移动的纺锤式的结构。

结构组成：两极（星体）＋纺锤丝

动粒微管（染色体丝）：一端和中心体相连，另一端和动粒相连。

极性微管（连续丝）：一端和中心体相连，另一端游离或者是相互搭桥。

装配：γ微管蛋白在中心体的周围装配Ⅲ、纺锤体（spindle）纺锤体丝极间丝（连续丝）：指一极与另一极相连的纺锤丝，但绝大多数极间丝并非真正连续，而是来自两极的微管在赤道面彼此相搭，侧面结合。

着丝点丝（染色体丝）：是指一端由极部发出，另一端结合到着丝点上的微管，又称为动粒微管。

星体丝：是指围绕中心粒向外辐射状发射的微管。

区间丝：是指在后期和末期时连接已经分向两极的染色单体或子核之间的微管。纺锤体的形态结构一、有丝分裂(mitosis)1.有丝分裂过程前期(prophase)前中期(prometaphase)中期(metaphase)后期(anaphase)

末期(telophase)胞质分裂（cytokinesis）①、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

②、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；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。前中期(prometaphase)-核膜破裂成小的膜泡-纺锤体微管与染色体的动粒结合-不断运动的染色体开始移向赤道板中期(metaphase)所有染色体排列到赤道板(MetaphasePlate)上，标志着细胞分裂已进入中期

是什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？

动粒微管动态平衡形成的张力

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。染色体列队的机制染色体列队总结前期和前中期：染色体的着丝点上存在Ｍａｄ和Ｂｕｂ两种蛋白，它们促使染色体被纺锤体微管捕获。中期：在星体的斥力和微管的拉力作用下，染色体排列在赤道板上。染色体列队是中期向后期转化的关键过程，是遗传物质平均分配给后代的必要条件。后期(anaphase)

排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离产生向极运动后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段，即后期A和后期B·后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动

·后期B，极性微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长，介导染色体向两极运动后期可以分为两个方面：①后期A，指染色体向两极移动的过程。这是因为染色体着丝点微管在着丝点处去组装而缩短，在分子马达的作用下染色体向两极移动，体外实验证明即使在不存在ATP的情况下，染色体着丝点也有连接到正在去组装的微管上的能力，使染色体发生移动。②后期B，指两极间距离拉大的过程。这是因为一方面极体微管延长，结合在极体微管重叠部分的马达蛋白提供动力，推动两极分离，另一方面星体微管去组装而缩短，结合在星体微管正极的马达蛋白牵引两极距离加大。可见染色体的分离是在微管与分子马达的共同作用下实现的。后期A，B是用药物鉴定出来的，如紫杉酚（taxol）能结合在微管的(+)端，抑制微管(+)端去组装，从而抑制后期A。动物中通常先发生后期A，再后期B，但也有些只发生后期A，还有的后期A、B同时发生。植物细胞没有后期B。末期(telophase)-染色单体到达两极，即进入了末期（telophase）,到达两极的染色单体开始去凝缩-核膜开始重新组装-子核形成,胞质分裂-Golgi体和ER重新形成并生长

-核仁也开始重新组装，RNA合成功能逐渐恢复,有丝分裂结束

胞质分裂(Cytokinesis)动物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂动物细胞胞质分裂-胞质分裂(cytokinesis)始于细胞分裂后期，在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟(furrow)。分裂沟的位置与纺锤体极性微管和钙离子浓度升高的变化有关 -胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中间体处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为收缩环（contractilering)。收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。分裂沟动物细胞的收缩环植物细胞形成细胞板三、减数分裂概念：减数分裂是一种特殊形式的有丝分裂，仅发生于有性生殖细胞形成过程的某个阶段。细胞仅进行一次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.两次分裂分别称为减数分裂期︱和减数分裂期‖.

特点：◆遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，导致染色体数目减半◆S期持续时间较长◆同源染色体在减数分裂期I(MeiosisI)配对联会、基因重组◆减数分裂同源染色体配对排列在中期板上,第一次分列时,同源染色体分开减数分裂(meiosis)时期减数分裂的第一次分裂

（间期）

减数分裂的第二次分裂

与有丝分裂相似细线期(leptotene)偶线期(zygotene)粗线期(pachytene)双线期(diplotene)终变期(diakinesis)前期中期后期末期间期G1SG2合成大部分DNA，而不是全部

（一）减数分裂前间期有丝分裂细胞在进入减数分裂之前要经过一个较长的间期，称减数分裂前间期（premeioticinterphase）或减数分裂前期（premeiosis）。间期也可分为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，称为合线期DNA（zyg-DNA）；粗线期也合成一部分DNA，称为粗线期DNA（P-DNA）。这些DNA的合成可能与联会复合体的形成有关。（二）减数分裂过程1、减数分裂I（1）前期I减数分裂的特殊过程主要发生在前期I，通常分为5个时期：①细线期（leptotene）：染色体呈细线状，具有念珠状的染色粒。持续时间最长，占减数分裂周期的40%。细线期虽然染色体已经复制，但光镜下分辨不出两条染色单体。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），在有些物种中表现为染色体细线一端在核膜的一侧集中，另一端放射状伸出，形似花束，称为花束期(bouquetstage)。偶线期（zygotenen）持续时间较长，占有丝分裂周期的20%。亦称合线期。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）。联会（synapsis）：指在减数分裂中同源染色体相互配对的现象。一般发生在减数第一次分裂前期的偶线期，而唾腺染色体，在体细胞中也可发生联会。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。③粗线期（pachytene）：持续时间长达数天，此时染色体变短，结合紧密，在光镜下只在局部可以区分同源染色体，这一时期同源染色体的非姊妹染色单体之间发生交换的时期。在果蝇粗线期SC上具有与SC宽度相近的电子致密球状小体，称为重组节，与DNA的重组有关。

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的组蛋白，并把体细胞类型的组蛋白部分或全部置换下来。④双线期（diplotene）：联会复合体消失。联会的同源染色体相互排斥、开始分离，但在交叉点（chiasma）上还保持着联系。双线期染色体进一步缩短，在电镜下已看不到联会复合体。交叉的数目和位置在每个二价体上并非是固定的，而随着时间推移，向端部移动，这种移动现象称为端化(terminalization)，端化过程一直进行到中期。补充：植物细胞双线期一般较短，许多动物卵细胞中双线期停留的时间非常长。人的卵母细胞在五个月胎儿中已达双线期，而一直到排卵都停在双线期，排卵年龄大约在12-50岁之间。成熟的卵细胞直到受精后，才迅速完成两次分裂，形成单倍体的卵核。鱼类、两栖类、爬行类、鸟类以及无脊椎动物的昆虫中，双线期的二价体解螺旋而形成灯刷染色体，这一时期是卵黄积累的时期。终变期（diakinesis）交叉向端部移动，发生端化，二价体显著变短，并向核周边移动，在核内均匀散开，是观察染色体的良好时期。核仁消失，核膜解体。但有的植物，如玉米，在终变期核仁仍然很显著。中心体复制完成，并开始移向两极。终变期由于交叉端化过程的进一步发展，故交叉数目减少，通常只有一至二个交叉，二价体的形状表现出多样性，如V形或O形。细线期合线期粗线期双线期终变期中期I前期I细线期偶线期粗线期双线期终变期(zygonema)(leptonema)(pachynema)(diplonema)(diakinesis)染色质开始凝缩，成细丝状(二分体)染色体线上出现许多颗粒状染色粒核的体积增大，核仁也变大染色体在核中呈花束状

同源染色体发生联会（四分体）染色体进一步压缩，并连在核膜的固定板上形成联会复合体染色体继续缩短变粗，同源染色体配对完成同源染色体间的非姊妹染色单体间发生交叉交换装配成了重组小结同源染色体只靠一些交叉部位连在一起姊妹染色体清晰可见部分去凝集，RNA转录活跃持续时间最长染色体更加变粗、变短交叉通过端化而数量减少，各二价体彼此分开核仁、核膜消失在染色体区纺锤体微管清晰可见（2）中期I：-----核仁消失，核被膜解体，标志进入中期I。-----主要特点：染色体排列在赤道面上。每个二价体有4个着丝粒、姊妹染色单体的着丝粒定向于纺锤体的同一极，故称联合定向（co-orientation）。（3）后期I二价体的两条同源染色体分开，分别向两极移动。由于相互分离的是同源染色体，所以染色体数目减半。但每个子细胞的DNA含量仍为2C。同源染色体随机分向两极，使母本和父本染色体重新组合，产生基因组的变异。如人类染色体是23对，染色体组合的方式有223个（不包括交换），因此除同卵孪生外，几乎不可能得到遗传上等同的后代。（4）末期I染色体到达两极后，解旋为细丝状、核膜重建、核仁形成，同时进行胞质分裂。（5）减数分裂间期：在减数分裂I和II之间的间期很短，不进行DNA的合成，有些生物没有间期，而由末期I直接转为前期II。2．减数分裂期Ⅱ

减数第一次分裂结束后，紧接着开始减数第二次分裂。过程同有丝分裂一样。减数第二次分裂实现姊妹染色单体的分离。生殖细胞经减数分裂形成4个子细胞。雄性动物产生4个有功能的精子；雌性之产生1个有功能的卵子和3个极体。减数分裂的意义◆确保世代间遗传的稳定性；◆增加变异机会，确保生物的多样性，增强生物适应环境变化的能力。◆减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。减数分裂与有丝分裂的主要区别(1)有丝分裂是体细胞的分裂方式，而减数分裂仅限于生殖细胞。(2)有丝分裂是DNA复制1次细胞分裂1次，染色体数由2n→2n；减数分裂是DNA复制1次，细胞分裂2次，染色体数由2n→1n。(3)有丝分裂前，在S期进行DNA合成，然后经过G2期进入有丝分裂期；减数分裂前DNA的合成时间长(减数分裂前DNA合成)，合成后立即进入减数分裂，G2期很短或没有。(4)有丝分裂时每1条染色体独立活动，遗传物质不变；减数分裂中染色体要发生联会、交叉和交换等，产生了遗传物质的多样性。(5)有丝分裂进行的时间短,一般为1~2小时。减数分裂进行的时间长,可达数月甚至数年。第三节细胞周期的调控

(Cell-CycleControl)◆在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶和蛋白,然后自身失活(正调控)◆确保每一时相事件的全部完成(负调控)

◆对外界环境因子起反应(如多细胞生物对增殖信号的反应)一、细胞周期调控系统的主要作用二、细胞周期检验点(checkpoint)

◆细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制,主要是确保周期每一时相事件的有序、全部完成并与外界环境因素相联系。 G1期检验点：酵母——Start；动物细胞—RestrictionPoint细胞周期中4个主要的检验点哺乳动物细胞周期的控制

哺乳动物细胞周期的限制点（restrictionpoint）哺乳动物细胞体外培养时，需要添加多肽生长因子促进细胞的分裂；如果缺少生长因子,就会被阻止在G0阶段,一旦在培养基中添加了生长因子,这些细胞在14～16小时后通过细胞周期限制点；细胞一旦通过了G1期的某一点（限制点）,这些细胞就能够进入S期并完成其后的细胞周期过程；-由此推测,哺乳动物细胞周期的限制点相当于酵母的START点。

G1/S检验点：Start点或R点，控制细胞由静止状态的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复制是否完成？

G2/M检验点：决定细胞一分为二的控制点,检查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）三、MPF的发现及其作用

MPF（卵细胞促成熟因子，matuation-promotingfactor；细胞促分裂因子，mitosis-promotingfactor；M期促进因子，M-phase-promotingfactor）。Johnson和Rao(1970)将Hela细胞同步于不同阶段，然后与M期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞融合，发现与M期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的早熟凝集染色体(prematurelycondensedchromosome，PCC)。G1期PCC为单线状，因DNA未复制；S期PCC为粉末状，因DNA由多个部位开始复制；G2期PCC为双线染色体，说明DNA复制已完成。注射实验表明：孕酮诱导卵母细胞成熟；成熟卵细胞质中，含有卵母细胞成熟的因子，称做MPF人M期细胞与袋鼠（Ptk）G1、S、G2期细胞融合诱导PCC：提示M期细胞存在诱导PCC的因子；不同形态的PCC不仅同类M期细胞可以诱导PCC，不同类的M期细胞也可以诱导PCC产生，如人和蟾蜍的细胞融合时同样有这种效果，这就意味着M期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子，即成熟促进因子(maturationpromotingfactor，MPF)。早在1960s，YoshioMasui发现成熟蛙卵的提取物能促进未成熟卵的胚胞破裂(GerminalVesicleBreakdown，GVBD)，后来Sunkara将不同时期Hela细胞的提取液注射到蛙卵母细胞中，发现G1和S期的抽取物不能诱导GVBD，而G2和M期的则具有促进胚胞破裂的功能，它将这种诱导物质称为有丝分裂因子(MF)。后来在CHO细胞，酵母和粘菌中也提取出相同性质的MF。这类物质被统称为MPF。

1988年Maller实验室从非洲爪蟾卵中纯化出MPF，证明主要含p32和p45两种蛋白，表现出激酶活性。四、P34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系1960sL.Hartwell以芽殖酵母为实验材料，利用阻断在不同细胞周期阶段的温度敏感突变株（在适宜的温度下和野生型一样），分离出了几十个与细胞分裂有关的基因(celldivisioncyclegene，CDC)，如芽殖酵母的cdc28基因，在G2/M转换点发挥重要的功能。Hartwell还通过研究酵母菌细胞对放射线的感受性，提出了checkpoint（细胞周期检验点）的概念，意指当DNA受到损伤时，细胞周期会停下来。以P.Nurse为代表的另一批酵母生物学家研究不同温度下培养的裂殖酵母细胞，也分离出数十种温度敏感的突变体。这些不同的突变体在限定温度下，会滞留在细胞周期的某个阶段。这些与细胞分裂和周期调控有关的基因被称为cdc(celldivisioncycle)基因，根据被发现的先后顺序被命名。

cdc2是第一个被分离出来的cdc基因，表达34kDa的蛋白，称p34cdc2。进一步研究发现其具有激酶活性，可以使许多蛋白磷酸化，在裂殖酵母的周期调控中起重要作用。芽殖酵母中的一个关键cdc基因是cdc28，是第二个被分离出来的cdc基因，编码34kDa的蛋白，具有激酶活性。p34cdc28是

p34cdc2的同原物，调控细胞周期，特别是G2/M期转变。但研究者很快发现，p34cdc28或p34cdc2单独并不具有激酶活性，需要同相关蛋白结合后才具有活性（如p34cdc2和蛋白p56cdc13结合）。之后，J.Maller和P.Nurse实验室立即合作，很快证明爪蟾卵中的p32与p34cdc2是同原物。与此同时，T.Hunt实验室等以海胆卵为材料研究细胞周期调控，发现一类与细胞分裂有关的蛋白，称为周期蛋白(cyclin)。然后J.Maller和T.Hun