细胞周期及细胞分裂

细胞周期及细胞分裂第一页，共62页。2001年诺贝尔生理学与医学奖:◆利兰·哈特韦尔发现了控制细胞周期的基因，其中一种被称为“START”的基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。◆保罗·纳西的贡献是发现了CDK。◆蒂莫西·亨特的贡献是发现了调节CDK的功能物质CYCLIN.2第二页，共62页。第一节细胞周期一、细胞周期概述细胞周期: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的全过程。在这一过程中,细胞的遗传物质进行复制并均等地分配给两个子细胞。图3第三页，共62页。Phasesofthecellcycle4第四页，共62页。

可将高等动物的细胞分为三类：①周期中细胞：连续分裂细胞，如表皮生发层、部分骨髓细胞。②静止期细胞（又称为休眠细胞）：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。③终末分化细胞：不再分裂，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等。5第五页，共62页。二、细胞周期中各时相及其主要事件◆G1期(Gap1phase)◆S期(synthesisphase)◆G2

期(Gap2phase)◆M期6第六页，共62页。G1期◆开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、碳水化合物、脂等，同时染色质开始去凝集。7第七页，共62页。S期

◆

DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构

8第八页，共62页。G2期◆DNA复制完成，在G2期合成少量的蛋白质和RNA分子；细胞周期某些调控分子活化（CDK1）9第九页，共62页。M期

◆

M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(mitosis)和减数分裂(meiosis)。遗传物质和细胞内其它物质分配给子细胞。10第十页，共62页。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？在芽殖酵母中称start点，在其它真核细胞中称限制点(restrictionpoint，R点)◆S/G2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）：检验纺锤体组装是否完整细胞周期检验点（checkpoint）11第十一页，共62页。（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。三、细胞（周期）同步化12第十二页，共62页。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13第十三页，共62页。2、诱导同步化1）DNA合成阻断法─G1/S-TdR双阻断法：最终将细胞群阻断于G1/S交界处。优点:同步化效率高，几乎适合于所有体外培养的细胞体系。缺点:诱导过程可造成细胞非均衡生长.2）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:操作简便，效率高。缺点:这些药物的毒性相对较大.14第十四页，共62页。四、特殊的细胞周期

--Embryoniccellcycles

15第十五页，共62页。（一）爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期●细胞分裂快,无G1期,G2期非常短,S期也短(所有复制子都激活),以至认为仅含有S期和M期●无需临时合成其它物质●子细胞在G1、G2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基本是一致的16第十六页，共62页。(二）酵母细胞的细胞周期图●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●酵母细胞周期明显特点: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，即在细胞分裂时核膜不解聚；纺锤体位于细胞核内；在一定环境下，也进行有性繁殖17第十七页，共62页。18第十八页，共62页。（三）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期非常相似，含有G1期、S期、G2期和M期四个时期。●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。●植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂19第十九页，共62页。（四）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●细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最基本的DNA复制速度之间的矛盾20第二十页，共62页。第二节

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。21第二十一页，共62页。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、前中期、中期、后期、末期和胞质分裂。22第二十二页，共62页。1.前期图1图2①染色质凝缩，②分裂极确立与纺锤体开始形成23第二十三页，共62页。

当前期开始时，2个中心体移向细胞两极，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极末端相连，最后形成有丝分裂纺锤体。24第二十四页，共62页。2.前中期①.核膜解体②完成纺锤体装配25第二十五页，共62页。前中期(prometaphase) ◆核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中特异的Ser残基磷酸化导致核纤层解体 ◆纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体，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,形成动粒微管。◆前中期的特征是染色体剧烈地活动,个别染色体剧烈地旋转、振荡、徘徊于两极之间。26第二十六页，共62页。3.中期●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中心体发出的纤维连接。（所有染色体排列到赤道板(MetaphasePlate)上）◆染色体进一步凝缩,并移到赤道附近,排列在赤道板；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,成为被争夺的对象图27第二十七页，共62页。染色体排列到赤道面上。28第二十八页，共62页。图片来自29第二十九页，共62页。是什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？

●

Mad蛋白和Bub蛋白促使染色体被动力微管捕捉。●牵拉假说和外推假说。图30第三十页，共62页。31第三十一页，共62页。4.后期图32第三十二页，共62页。33第三十三页，共62页。后期◆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●主要特点是:着丝粒分开,染色单体移向两极。

◆后期(anaphase)可以划分为连续的两个阶段，即后期A和后期B

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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34第三十四页，共62页。

后期A：动粒微管不断解聚缩短,造成将染色体拉向两极。

35第三十五页，共62页。后期

B

:

极微管的

滑动36第三十六页，共62页。5.末期(telophase)37第三十七页，共62页。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浓缩◆核膜开始重新组装◆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●主要特点是:染色体解螺旋形成细丝,出现核仁和核膜。

38第三十八页，共62页。6.胞质分裂动物细胞胞质分裂◆胞质分裂(cytokinesis)开始于细胞分裂后期，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39第三十九页，共62页。分裂沟收缩环40第四十页，共62页。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41第四十一页，共62页。二、减数分裂图◆概念：减数分裂是细胞仅进行一次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◆发生分裂的细胞生殖细胞进行的产生配子的分裂过程，其结果是产生了染色体组数目减半的配子；◆连续的两次分裂●第一次减数分裂●第二次减数分裂◆两个基本特点●染色体组数目减半●发生遗传重组42第四十二页，共62页。MEIOSIS43第四十三页，共62页。（一）减数分裂前间期◆与有丝分裂相比S期持续时间较长◆S期只复制其DNA总量的99.7℅~99.9℅44第四十四页，共62页。（二）减数分裂过程1.减分I

第一次减数分裂的两个特点◆一对复制了的同源染色体分开，分别进入两个子细胞，同源染色体分开之前通常要发生交换重组。◆在染色体组中，同源染色体的分离是随机的，同源染色体组要发生重组合。图45第四十五页，共62页。减数分裂的染色体行为46第四十六页，共62页。

减分I过程（1）前期I●主要事件是完成同源染色体的配对，在此过程中要发生配对同源染色体间的分子重组●该期细分为细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期等。图1图247第四十七页，共62页。StagesoftheprophaseofmeiosisIMicrographsillustratingthemorphologyofchromosomesofthelily.48第四十八页，共62页。减数分裂的前期I49第四十九页，共62页。◆细线期又称凝集期或花束期主要特点：●染色体已加倍,并凝缩成细线状,但看不到染色体的双重性。●染色体端粒通过接触斑与核膜相连50第五十页，共62页。◆偶线期(配对期)主要特点是：●联会与联会复合体▲联会(synapsis)▲联会复合体(synatonemalcomplex)●二价体与四分体●合成约0.3℅DNA(zygDNA)51第五十一页，共62页。同源染色体配对（联会）52第五十二页，共62页。联会复合体53第五十三页，共62页。◆粗线期(重组期)主要特点：●持续时间长●同源染色体之间发生DNA片段的交换,产生重组的基因组合,可见重组节●合成小部分DNA（P-DNA）并编码一些与DNA点切及修复有关的酶●合成减数分裂专有的组蛋白，并将体细胞类型的组蛋白全部置换。54第五十四页，共62页。同源染色体间的交换重组55第五十五页，共62页。◆双线期(合成期)

主要特点：●同源染色体分开，明显可见四分体；●出现交叉56第五十六页，共62页。Abivalentchromosomeatthediplotene