初中生物竞赛辅导 细胞 第八章 细胞增殖及其调控

1、竞赛辅导 细胞第八章 细胞增殖及其调控 细胞繁殖是细胞生命的一个基本特征。单细胞生物以此来繁衍后代，延续各族。而多细胞生物是依赖它才能完成个体发育，它是细胞分化的基础，即组织、器官、系统形成的基础。第一节 有丝分裂 细胞繁殖具有周期性，并通过细胞周期实现。在细胞周期中发生细胞的增殖，分化、衰亡、癌变（或其它病谈）等生物学现象。而这些现象正是当今生物的重大理论问题，因此为人们所重视。一、细胞周期的发现 细胞周期是指亲代细胞分裂结束到子代细胞分裂结束所经历的过程。 细胞周期的发现是50年代细胞学的重大发现之一。1953所，Howard和Pelc以蚕豆根端细胞为材料，第一次用32P磷酸盐标记了根端细

2、胞的DNA，并通过放射自显影的研究，发现32P不是有丝分裂期，而是在间期的一段时间掺入，通过实验，提出了完整的细胞周期概念，它包括以下时期： DNA合成前期，也就是在DNA合成前期有一个间隙时间，所以称为G1期； DNA合成期，称为S期； DNA合成后期或称G2期；细胞有丝分裂期，称为M期。二、细胞周期和细胞类群 真核生物细胞延续时间是随细胞种类而异，但在同类细胞中的差别，虽受环境条件的影响，其间差别仍极小。下表是几种细胞细胞周期的时间分配情况。时间(h) 时期细胞类型G1期S期G2期M期整个周期蚕豆根尖细胞9.133.52.018小成纤维细胞9.19.92.30.722人宫颈癌细胞（Hela

3、细胞）8.064.51.520 根据细胞周期中DNA合成和分裂的能力，可将构成高等生物组织的细胞分为三个类群： 连续分裂的细胞群体，这类细胞如骨髓干细胞，小肠腺窝上皮细胞，上皮基底层细胞，指数生长的培养细胞等等。 永久失掉了细胞分裂能力，即不进行分裂的细胞群，称为终止细胞，如哺乳动物成熟的红细胞、多形性白血细胞等，也有人把神经细胞、肌肉细胞归为此类； 暂时分裂休止的细胞群，也叫做静止细胞群。细胞离开细胞周期，不能合成DNA并且停止细胞分裂，这类细胞称G0期细胞。G0期细胞在一定条件下重新进入细胞周期。如用植物凝集素PHA可刺激体外培养的淋巴细胞复幼，进入母细胞状态，细胞进行分裂增殖。此外，如部

4、分肝的切除再生，手破了以后伤口的愈合，以及异丙基肾上腺素刺激的唾液腺细胞的增殖等等。在大多数情况下，静止细胞在分裂前通过S期。但在一些情况下，休止期在G2期，耳廓细胞可直接进入有丝分裂。三、有丝分裂过程各时相的动态变化 细胞周期分为间期和分裂期，在间期通过G1、S和G2各期，各种大分子物质加倍，到M期时，在一个短暂的时间中，染色质凝缩形成染色体，细胞分裂形成两个细胞。在此过程中MPF（促成熟因子）激活，诱导了有关蛋白质的磷酸化级联反应及有关的形态学变化。分裂后蛋白质产生去磷酸化。有丝分裂是一个核改组的连续过程，根据形态学特征，人为地分为前期、早中期、中期、后期及末期。如图81所示。图81 动物

5、细胞有丝分裂示意图细胞质 质膜 核仁着丝点 核膜染色体中心体着丝粒微管极微管着丝粒微管中心体 质膜极微管着丝点着丝点微管极微管纺缍体极染色体核膜纺缍体极染色体极纺缍丝染色体极微管纺缍体极核膜着丝点丝极纺缍丝染色体 中体极微管 微管核膜核膜缢缩中心体前期（prophase）早中期（prometaphase）中期（metaphase）后期（anaphase）末期（telophase）胞质分裂（cytokinesis） 1间期（1）G1期DNA合成前期 从测定各种细胞的增殖周期得知，G1期持续时间变化很大，人们称这G1期的易变性。多数类型的细胞G1相当长，这可能与细胞在此时期增加质量有关。一般地讲细

6、胞分裂后子细胞在这一时期逐渐增加体积。但各类细胞G1期时长短也有很大的不同。 G1期的易变性反映在这一时期生化事件的复杂性。首先，细胞分裂一结束，子细胞一旦形成，rRNA、mRNA、tRNA的合成加快，导致结构蛋白和酶蛋白的形成。这些酶控制着用于形成子细胞新成分的代谢活动。G1期的后阶段至S期，与DNA合成有关的一些酶活性增高，包括胸腺嘧啶激酶、胸腺嘧啶核甘酸激酶，脱氧胸腺嘧啶核甘酸合成酶等。其中DNA聚合酶活性急剧增高。最后在这个时期细胞的趋向有三种可能性，一些细胞进入S期，细胞分裂，即进入增殖周期；一些细胞离开细胞周期，处于休止期，有人称之为G0期细胞，在一定条件刺激下又会重返增殖周期；一

7、些细胞向分化方向发展，形成形态结构功能专一性越来越明显，而分裂能力趋向减弱。因此有人提出在G1存在一个限制点，简称R点。实验表明细胞内cAMP增多，细胞密度增加等因素，可阻止G1期向S期过渡。用放线菌素D抑制DNA合成，也能够延缓G1期进入S期。用嘌呤霉素抵制蛋白质合成也是如此。 细胞增殖的控制点位于G1为一般人所接受。在G1期转化过程中发生以下许多生化事件。细胞增大，rRNA含量的积累，三种RNA聚合酶活性增高。细胞内离子浓度和小分子量营养物质跨膜转运。K+流入细胞是细胞增殖的前提。而质膜上胆固醇的增加，种种生长因子受体出现和一定蛋白（如CHaras的P21蛋白）的插入与细胞增殖有关。等等。

8、（2）S期DNA复制期 哺乳动物细胞的S期一般为68小时。主要生物化学事件是DNA的合成及有关的组蛋白合成并形成核小体。每一条染色体复制成两个染色单体，DNA含量增加一倍。 真核生物特别是哺乳动物DNA的复制具有三个特点： 每个DNA链分成许多复制单位即复制子，每个复制子有一个复制起始点，从这点开始双向复制，向两端延伸。邻近的复制子的复制彼此相互融合。 DNA复制存在着时间顺序，S期不同阶段复制的DNA顺序碱基组成是不同的，初期阶段GC含量多，到后期阶段变成AT含量多。也就是常染色质先复制异染色质后复制。在不同的染色体上，DNA开始复制的时间不同，一个最好的例子是雌性细胞钝化的X染色体在其它染

9、色体都被复制以后才开始复制。但是，在每一个染色体中都能观察到一个可重复的时间顺序。这是哺乳动物细胞的一个普遍现象，但其意义沿不清楚。 DNA的合成和组蛋白的合成几乎是偶联的。当G1期转向S期时，组蛋白mRNA转录形成，它不仅形成组蛋白八聚体，构成核小体核心，而且也起到DNA复制的延长因子的作用，没有组蛋白的形成，DNA合成就会停止，同样DNA合成一旦被羟基脲和阿拉伯糖胞苷抑制，则组蛋白的合成也受到抑制。 S期的DNA复制仅仅在主缢痕部位的着丝粒处还未完成，在有丝分裂前中期，中期还连接着姐妹染色单体。（3）G2期DNA合成后期 各种细胞的G2期稍有不同，有较长G2细胞系，也有较短G2期细胞系，前

10、者可长17.5小时，短者可为1小时，此外还有停止在G2的细胞，有人称之为G2-0期细胞。 在此期间，基因表达是必需的，否则不能进入有丝分裂，所以有人实验指明，RNA转录的抑制剂放线菌素，蛋白质合成的抑制剂如嘌呤霉素，环已亚胺都能抑制G2期进入有丝分裂期。 细胞在此期间，合成染色体凝集因子或称之为有丝分裂因子和有丝分裂器成分，如微丝、微管蛋白的合成和ATP能量的积累，细胞膜成分如磷脂的合成增加。所以这实际上是有丝分裂的准备期。2M期（分裂期）（1）前期（prophase） 染色质的凝集标志前期开始的第一个特征是染色质不断浓集，实质上是染色质的螺旋化、折叠和包装过程。此时出现纺缍体的线状纤维，有丝

11、分裂因此而得名。随着前期的发展，染色体纤维进一步缩短、变粗，已经能看到每条染色体包含2条染色单体的成双结构，每条单体由1条DNA分子所组成。此时出现主缢痕，主缢痕处染色体有一特化部位叫着丝粒，为重复序列DNA，每一拷贝包含约有300bp。在主缢痕的着丝粒外染色体有一特化部位叫成熟的动粒（着丝点），是有丝分裂时纺缍体微管附着于染色体的部位。 关于染色体凝集的原因和机制，据科学家的研究，发现细胞周期过程中存在有丝分裂的因子和有丝分裂抑制物。用细胞融合的方法可在形态学上观察到染色质凝集与去凝集的过程。当M期细胞与G1期细胞融合，M期细胞引起G1期细胞的染色体提早凝集，这种染色体称为早熟凝集染色体（简

12、称PCC），G1期的PCC染色体为一条很长的染色单体。如果处于G2期的，则PCC由两条染色单体组成，但是S期的细胞参加融合，则PCC凝集成细小的片断，这称为“粉末化”效应。上述现象说明在M期存在着一种染色质凝集因子，存在于G2期到M期的过度阶段，是一种对热不稳定，对Ca2+敏感的蛋白质。 分裂极的确定 分裂极决定细胞分裂的方向，和细胞分化也有一定关系。但目前尚不清楚确定分裂极的关键因素。 在动物细胞中看到中心粒形成，中心粒的分离与确定两极有关，但支配中心粒形成和分离的机制仍然不清楚。在植物细胞中无中心粒，也能形成纺缍体，这种纺缍体的确定也是一个未知数。 中心粒的结构通常是一对互相成直角的圆筒状

13、小体，直径0.25m，长度不定，位于邻近核膜的胞质中。筒壁为9组大约30度倾斜排列的三联体微管组成，从横断面看象一只风车。在一对中心粒的周围是一团透明的电子密度高的中心粒周围物质，这一复合物称为中心体。中心粒要经过复杂的发育周期才达到成熟并具有微管组织中心（MTOC）的作用。G1期细胞有一对互相垂直的中心粒，到S期时，两个中心粒稍有分离，在距母中心粒的一定距离处，与其垂直的方向复制出一个子中心粒。G2晚期到M期早期，子中心粒不断长大，逐渐分离移到两极的两对中心粒形成晕，并组织纺缍体及星体。到M期末期，每个子细胞各获得一对中心粒一个母中心粒和一个子中心粒。 核膜解体、核仁消失 核仁的解体是在有丝

14、分裂前期的后半阶段发生的事件，当染色质在凝集因子的作用下，逐渐凝聚形成染色体时，核仁中的一些成分凝聚在染色体上，也有一部分物质转到细胞质中。核膜的解体是前期结束的标志。在低等真核生物的有丝分裂原始类型常可看到核膜不被破坏的情况，在植物细胞有丝分裂时核膜解体比较晚，常留有痕迹。实际上和大多数动物细胞一样在M期消失。 关于在前期纺缍体微管蛋白的组装与去组装问题见第三章。（2）早中期（prometaphase） 核膜一崩解，则细胞进入早中期。此时核周围的纺缍体侵入细胞中心区。一部分纺缍体微管自由端最终结合到动粒上，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

15、间。纺缍体试图“捕获”染色体，一侧纺缍体微管自由端“捕获”住一条染色体的一侧的动粒，接着另一侧的纺缍体的自由端“捕获”了该染色体另一侧的动粒，这一过程是随机的。此时有丝分裂器已基本形成，有丝分裂器是指在分裂间期出现的纺缍体、中心粒、中心粒、星体及染色体等组成的结构单位。 动粒微管作用到染色体动粒上的力和微管长度成正比，故距离一极近的染色体，其另一侧微管的作用力大，将其拉向中部。最后，两侧相反方向的力量达到平衡，使染色体排列在中期赤道板上。动粒和纺缍体微管的自由端结合后，使动粒微管的两端都变得稳定，而连贯微管则不稳定。（3）中期（metaphase） 染色体排列在赤道板上，细胞即进入中期。这时动

16、粒微管作用于染色体上的力量将持平。若用微束激光打断一侧动粒微管，则染色体被拉到相反的一侧。不同的生物细胞组成纺缍体微管数目不等，如酵母可少到16根，培养的动物细胞中，每一动粒上可以连接345条微管。 微管的延长是微管蛋白二聚体的组装大于去组装的结果，中心粒端为D端，是微管的组织核心，为负端，D端的远端为A端，为微管蛋白二聚体加入和延长的一端，为正端。由G2期末到中期之前，星体和纺缍体微管均靠A端的延长，马达分子力的作用来推动中心粒分向两极。到中期时纺缍体微管侵入核区，一部分微管端部与染色体的动粒相附着，A端掩埋于动粒中，微管的延长主要靠D端加入微管蛋白二聚体。（4）后期（anaphase） 排

17、列在中期赤道板上的染色体，其姐妹染色单体靠配对结构域联系在一起。后期开始，几乎所有的姐妹染色单体同时分离，此时每条染色单体称为染色体。此种分裂动力并非来自与两极相连的动粒纤维的张力。因为在用秋水仙素处理，破坏微管的情况下，两条单体也可分开。一些实验证明，可能来自胞质内的Ca2+的信号作用，用含有荧光的Ca2+指示剂染料连续监视活细胞，发现到后期时细胞内Ca2+增强10倍。注射微量Ca2+于中期细胞内可诱导后期早熟，两极有膜囊小泡的积累，其中有丰富的Ca2+，与纺缍体相邻接有许多小囊泡，可能小囊泡Ca2+的释放，诱导后期的发生。 着丝粒部位的分离，立即打破力的平衡，动粒受到不断缩短的动粒微管的牵

18、引而产生染色体的向极移动。动粒在前，两臂拖后。染色体向极移动的速度很慢，约为每分钟0.20.5m。染色体在后期的移动是同步的。（5）末期（telophase） 后期结束，染色体平均地分 到纺缍体的两极，围绕每一组染色体重组新的核膜，形成两个间期核。在前期时许多蛋白磷酸化，H1组蛋白磷酸化诱导了染色体凝集，核纤层蛋白在多个位点的磷酸化导致核纤层的崩解，继而核被膜崩解为小膜囊泡。中期向后期的突然转换，启动了许多蛋白的去磷酸化，包括H1组蛋白和核纤层蛋白的去磷酸化，不久核膜小囊泡在染色体表面上相结合，并融合形成核膜，最后形成完整的核被膜。在此过程中，核孔组装到核膜上，去磷酸化的核纤层蛋白重新组成核纤

19、层。核重组装后，染色质去螺旋化，高度分散在间期核中，RNA合成恢复。核仁重新出现，这与染色体次缢痕处的核仁组织有关。 （6）胞质分裂 高等动植物，一般的情况每次有丝分裂都发生细胞的分裂和分离，称为胞质分裂。动物细胞的胞质分裂是以缢缩和起沟的方式完成的。缢缩的动力被认为细胞质周缘有一个微丝组成的“收缩环”，它的紧缩使细胞产生缢束。然后在缢束处起沟使细胞一分为二。此为实验所支持，细胞松驰素B处理，微丝破坏，缢束消失，使细胞又成圆球状；当撤去细胞松驰素B，则又呈缢束状。 植物细胞的胞质分裂是从细胞板的形成开始。当两组子染色体分别接近两极时（晚后期或早末期），两极的纺缍丝消失，而连续丝的中间部分和中间

20、丝保留，在子核间的赤道面密集膨大成桶状结构，称为成膜体。在成膜体形成的同时，由高尔基体及内质网分离出现的小泡汇集到赤道面上与成膜体的微管融合为细胞板。小泡间有内质网穿过，将来形成胞间连丝。小泡内的果胶质形成新壁的胞间层。小泡的膜融合为两侧的质膜。胞间层两侧又不断添加壁物质而成初生壁。上述过程是从赤道面的中央开始的。最初细胞板如悬浮两子核间的圆盘状构造，渐作离心式扩展，直至与母细胞侧壁接触。成膜体在此过程中先随细胞板的延伸而向四周扩散，而后逐渐消失。至此，母细胞已完全分为两个子细胞。第二节 减数分裂 有性生殖是生物在长期进化历史中较无性生殖更为进步的一种繁殖方式。雌雄配子的融合，把不同遗传背景的

21、父母双方的遗传物质混在一起，其结果即稳定了遗传性，又添加了诸多新的变异，大大增强生物对千变万化的环境的适应能力。然而如果没有一种机制使精卵细胞染色体数目减少一半，则精卵融合将使染色体数倍增下去，细胞体积也将随之不断膨胀，细胞将不能适应环境而遭淘汰。事实上，染色体2n的体细胞通过一种特殊的有丝分裂方式产生出染色体数为n的精卵，精卵融合后又恢复2n。减数分裂是一次DNA复制，两次细胞分裂，结果染色体数减少一半。一、减数分裂前间期 机体细胞如精原细胞在进行减数分裂之前首先经过一次或几次区别于一般的细胞间期，称为减数分裂前间期。什么原因决定这种有丝分裂向减数分裂的转变尚不十分清楚，但这种转变和减数分裂

22、前的间期活动有密切关系。减数分裂前间期也分为G1、S、G2期。不同的是S期特别长，如蝾螈的S期由原来的12小时增长到10天。此种现象在其它动植物种类中也很普遍。此种延长并非由于复制叉的运动减慢，而是由于每单位长度DNA复制单位的启动数量减少所致。如许多动物的性染色体的DNA复制总是在S期之末，而在减数分裂前间期的S期中，变为早S期复制。另一令人瞩目的现象是在百合中，减数分裂前S期只合成全部染色体DNA的99.7%，其余的0.3%在偶线期合成。二、减数分裂过程 由减数分裂前G2期细胞进入两次有序的细胞2细胞分裂。第一次减数分裂可分为前期、中期、后期、末期。第二次减数分裂可分为前期、中期、后期、末

23、期。两次分裂之间的分裂间期或长或短，但无DNA合成。1第一次减数分裂（1）前期 变化最为复杂，呈现许多减数分裂的特征形态变化，时间长，可达几周，几月，甚至几年，几十年。 细线期亦称凝集期，染色质凝集。细线期染色体虽已复制，但染色体仍呈单条细线，看不到成双的结构。细线的两端通过接触斑和核被膜相连，有的物种染色线集中一端呈花束状向外放散，故又称花束期。染色线上有许多粒状结构，类似念珠，称之为染色粒，有人推测相当于复制单位，或相当于一个基因，但均难成立。此期核体积增大。偶线期又称配对期。此期在光镜下有时可见染色体已经成双。一对同源染色体一条来自父方，另一条来自母方。在减数分裂前间期，和减数分裂前期的

24、细线期时，一对同源染色体在核中随机分布，有时有相当的距离。到偶线期时，同源染色体与核被膜相连的端部移位到一起，两条同源染色体侧面紧密相互进行配对，此现象称联会。同源染色体之间的识别，以及使两条染色体移位到一起的力的来源尚不十分清楚。此种配对是专一性的。联会也可同时发生在分散的几个点上。这时期有残余的0.3%的DNA合成，称为Z-DNA。有人认为这种Z-DNA合成可能和配对机制有关。联会部位形成一种特殊结构，沿同源染色体纵轴分布，宽0.150.2m，光镜下可显示这一空间，称为联会复合体，简称SC，在电镜下可显示其复杂结构，这一结构参与了配对和重组机制，如图82所示。在细线期或偶线期加入DNA合成

25、抑制剂，抑制Z-DNA的合成，则同源染色体SC的组装受到抑制。由于一对同源染色体中一条染色体是由2条染色单体所组成，故每一配对的结构中共有4条紧密结合在一起的染色单体，称为四分体。由染色体水平来考称之为二价体，因每对是由2条同源染色体组成。如图83所示。 粗线期染色单体着丝粒交叉交叉图83 蝾螈精母细胞双线期阶段一个2价体的照片（上）和照片的图解（下）4条染色单体很明显，可见有一个交叉，着丝粒位置，2个姐妹着丝粒并排存在图82 典型的SC结构图解显示侧生及中央组分，包括重组节，双显示长的梯状复合物的一小段重组节侧生组成中央部分姐妹染色单体1和2（父本的）100nm姐妹染色单体3和4（母本的）称

26、重组期。这一阶段开始于同源染色体配对完成之后。染色体明显变粗变短，结合紧密，同源染色体之间发生DNA的片段交换，产生新的等位基因的组合，为球形、椭球形或棒状，直径90nm的片段交 换，内含蛋白质，结构尚不清楚。它是一种含有多种酶的“重组机器”，横跨100nm的SC宽度，将父母的单体DNA局部区域结合在一起，通过它发生活跃的重组过程。在此时期可检测出有DNA和组蛋白的合成。DNA合成发生在许多染色体上，有的种类是在编码rDNA的染色体上，称为rDNA的扩增。以后在前期中进行活跃的rDNA的合成。这时期合成一些减数分裂特异的组蛋白，可能在重组机制中起作用，DNA的合成主要用于DNA链修补、连接，称

27、为p-DNA。前两阶段时间短，通常只有几小时；相反，重组阶段可以经几天，几月，甚至更长。到此阶段同源染色体紧密配对，一直保持与核被膜的接触。粗线期核仁大，含有大量的RNA。 双线期 又称合成期。重组阶段一结束，同源染色体便分开，但有几点相连，这时第一次看到四分体。SC消失，染色体与核被膜脱离接触。同源染色体之间的接触点称之为交叉，这是从形态学角度提出粗线期阶段同源染色体之间发生了交换的证据。此种交叉的数量与部位，在同一种类的不同细胞中也有所不同，每一四分体上至少有一个交叉。 在合成期染色体或多或少地去凝集，RNA合成活跃，贮存于卵中，有些种类RNA合成限于此时期。爬行类=鸟类、两栖类卵细胞形成

28、灯刷染色体，上有许多伸出的袢，mRNA和rRNA合成活跃，核仁明显变大、增多，可达上千个。两栖类卵此期可达1年，人类胚胎卵巢中的卵母细胞5个月可达这一阶段，出生后经儿童期，性成熟，直到排卵之前，此期可维持50年之久。每月有一枚卵成熟，打破此促阻抑进入减数分裂其余阶段。 终变期 又称再凝集期。合成期结束，染色体变成紧密凝集状态，这一过渡标志着减数分裂前期的最后阶段出现。大多数种类核仁消失，四分体较均匀地分布在核中，随着发展，交叉向染色体臂的端部移行，称之为端化，最后四分体只靠端部交叉使其结合在一起，姐妹染色体借着丝粒连接在一起。终变期的完成标志着减数分裂前期的结束，其结果发生了染色体的重组；合成

29、了为配子所需要的，或胚胎早期发育所需要的全部或大部分RNA、蛋白质及糖类物质，染色体凝集成短棒状。 当前期即将结束时，像有丝分裂一样，中心粒已经加倍（如有的话），向两极迁移，形成纺缍体。（2）中期 核被膜的破裂为前期向中期转化的标志。纺缍体侵入 核区，分散于核中的四分体开始向纺缍体中部移动。不同于有丝分裂的是：四分体上有4个动粒，一侧纺缍体只和两侧的两个动粒相连。最后染色体排列在赤道面上称之为中期。（3）后期 同源染色体对的分离和向极运动的开始，标志着后期的起点。纺缍丝分别牵拉同源染色体向两极移动。后期完成时染色体趋向两极，每极接受单倍体数量的染色体。由于每条染色体极含有2条染色单体，因而每极

30、DNA含量仍是2C。不同的同源染色体对分向两极时相互间是独立的，因而父方、母方来源的染色体随机组合，有利于减数分裂产物的基因组变异。如人有23对染色体，父母双方有223的组合方式。由于还有父母染色体的重组混合，因而除了同卵孪生之外，几乎不可能得到遗传上相同的后代。（4）末期及间期 在自然界中，末期和间期的类型有二：一种是没有明显可见的染色体去凝集，另一类型是完全逆转到间期核的状态，后者染色体去凝集，核被膜形成围绕两极的染色质。然而大多数种类，末期和间期是在第一次及第二次减数分裂期之间的短暂停顿，在所知的生物中末期未见有DNA的合成。2第二次分裂 与有丝分裂过程基本相同，可分为前、中、后、末期。

31、如在末期及间期染色质已经去凝集，则前期染色质重新凝集。中期染色体形成致密的短棒状，排列在赤道面上，每条染色体上的动粒分别和两个不同极的纺缍丝相连。后期两染色体拉向两极，其结果每极含有1C量的DNA，相当于进入减数分裂期的原G2期细胞DNA含量的1/4，末期重新组成核被膜，染色质去凝集，形成4个单倍体细胞。 所形成的4个核，最终的命运有所不同。雄性动物形成的4个核为胞质所包围，分化成有功能的雄配子精子。雌性动物减数分裂所形成的4个子细胞中，由于卵的胞质不均匀的分裂，在卵的一侧形成胞质极少的小细胞，无功能，称之为极体。胞质集中于一个大的卵细胞中，发育成有功能的配子。X、Y染色体为性染色体，大多数动

32、物雌性细胞为XX，雄性动物为XY或XO。X、Y染色体配对时有部分结合和重组。后期X、Y染色体分别移向两极。后期时，X、Y染色单体分别分配到子细胞中。动物细胞的减数分裂过程见图84所示。图84 减数分裂过程图解细线期、偶线期、粗线期阶段两单体间裂隙实际看不到，引现的圆圈内结构为局部放大，箭头所指处配对在发展，双线期可见四分体凝集（细线期） a配对（合线期） b重组（粗线期） c转录（双线期） d再凝集（双线期） e第一次减数分裂中期 f第一次减数分裂后期 g第一次减数分裂未期 h第二次减数分裂前期 i第二次减数分裂中期 j第二次减数分裂后期 k第二次减数分裂未期 l第三节 细胞周期的调控 在真核

33、生物中，基因线性的排列在染色质，按一定时空程序选择性地被激活，使细胞显示出周期的活动。这样既要强调细胞的重要性、基因的主导作用、也要强调环境及细胞质对核的调节作用。基因激活后在细胞质里合成蛋白质，细胞质中的基因产物可以反馈，反过来启动细胞核内下一步基因的表达，一个基因群带动第二个基因群，紧接第二、第四、依次类推，完成细胞周期。图85 高等真核细胞周期调控系统RBDephosphorylationCyclinDs+CDK2 CDK4 CDK5RBPhosphorylationCyclinE+CDK2CyclinA+CDK2CyclinB/A+CDK2 细胞周期调节控制是一复杂的过程。近年来这方面

34、的研究取得了很大的进展。许多有价值的资料来自对酵母的研究。在酵母的条件突变侏中，发现一类基因与细胞周期调节密切相关，称为细胞分裂周期基因，它们控制着细胞周期的启动及各时相的转换。其中以cdc2基因最重要，该基因是唯一在两个控制占G1S、G2M均起作用的cdc基因，它编码分子量为34kD的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。P34cdc2激酶的活化是细胞分裂增殖信号，它具有启动DNA复制和诱发有丝分裂的双重作用，在细胞周期调节中起重要作用。如图85所示。一、细胞周期的调控因子P34cdc2激酶1P34cdc2激酶的发现70年代初，Masui等从蛙卵中发现一种能促进细胞成熟和分裂的因子，称为成熟促进因子（简称

35、MPF）。同时Nurse等（1976）发现和建立了cdc2酵母突变株，cdc2基因的编码产物即P34cdc2激酶，后确定两者为同一成分。现发现P34cdc2激酶广泛地存在于从酵母到人的从种生物中，形成了一个庞大的家族。不同生物种族，其结构虽有差异，但具有很高的同源性。2P34cdc2激酶的生物学功能P34cdc2激酶对DNA复制和有丝分裂的诱发是必需的，在G1-S和G2-M两个控制点起中心调节作用。（1）启动DNA复制非洲爪蟾卵的提取物在体外能诱发DNA复制，但若将提取物中的P34cdc2激酶移走，则丧失了诱发DNA复制的能力，说明P34cdc2激酶具有启动DNA复制的作用。但DNA复制的引发

36、是一复杂的过程，P34cdc2激酶在其中的作用还没有完全搞清楚，可能通过以下环节起作用： 对RNA聚合酶的调节作用 细胞由G1-S的移行需要RNA聚合酶指导下的基因转录，P34cdc2激酶可作用于RNA聚合酶对其进行磷酸化修饰调节，P34cdc2激酶可通过促进RNA聚合酶指导下的基因转录从而启动DNA复制。 对SV40T抗原样蛋白的调节作用 把纯化的T抗原注入到静止期细胞核中，可诱导DNA复制，T抗原带有使静止期细胞进入细胞周期的必要信息。细胞内存在SV40T抗原样蛋白，并认为它是控制细胞增殖的主要成份。很多研究表明，T抗原如果不被磷酸化则无诱发DNA复制的作用，而体外实验均证明T抗原是P34

37、cdc2激酶的底物。P34cdc2激酶可能以细胞内T抗原样蛋白作为中间调节，以启动DNA复制。 对P53蛋白的调节作用 P53是一种抗癌蛋白，有抑制细胞生长的作用，但突变的P53则具有转化作用。P34cdc2激酶可磷酸化野生型P53，磷酸化的P53与SV40T抗原样蛋白的结合能力降低，使之抑制的能力减弱。此外，还可使突变型的P53磷酸化，使之稳定性增加，有利于其发挥促增殖转化作用。 对高迁移率非组蛋白的DNA结合功能的影响 高迁移率非组蛋白（HMG）是一类丰富的核蛋白，可影响染色体功能和DNA复制。HMG1是其中一个亚类，为DNA结合蛋白，结合到DNA的AT丰富区。在增殖细胞中HMG1是P34cdc2激酶的有效底物，磷酸化部位是53位苏氨酸残基，该部位正是DNA结合的部位，它被磷酸化后则与DNA的结合能力下降。虽然HMG1与DNA结合后所发挥的作用不清楚，但是P34cdc2激酶对DNA结合的亲和力的影响可能是其启动DNA复制的机制之一。 对核蛋白的调节作用 核仁蛋白是一种分子量为92KD的核蛋白，在核蛋白体RNA的合成和成熟过程中起作用，它可直接作用于染色体，也可通过RNA聚合酶调节rRNA基因的转录增加。此外，另一种核蛋白NP