中国海洋大学细胞生物学16细胞分裂课件

1、有丝分裂各期的免疫荧光照片,早前期,晚前期,前中期,中 期,早后期,后 期,末 期,有丝分裂小结,一、有丝分裂,第2节 真核细胞的分裂,核内有丝分裂(endomitosis) 体细胞减数分裂 多极分裂(培养癌细胞) 染色单体不发生分离的有丝分裂,特殊形式的有丝分裂,一、有丝分裂,第2节 真核细胞的分裂,第2节 真核细胞的分裂,染色质复制1次，细胞分裂2次 子细胞染色体数量减半,二、减数分裂(meiosis),性细胞成熟过程中的核分裂 成熟分裂,第2节 真核细胞的分裂,二、减数分裂,减数分裂,减数分裂,减数分裂：,第1次核分裂,第2次核分裂,（一）减数分裂,第2节 真核细胞的分裂,二、减数分裂,

2、减数分裂 II,第一次减数分裂各期的变化过程图解,早前期I,中期I,后期I,末期I,中前期I,晚前期I,前期I,细线期,偶线期,粗线期,双线期,终变期,(zygonema),(leptonema),(pachynema),(diplonema),(diakinesis),前期,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 染色体继续压缩，并连在核膜的固定板上 偶线期DNA的合成 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 同源染色体非姊妹染色单体间交叉交换 装配成了重组小结 合成了少量粗线期

3、DNA,联会复合体开始解体 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,染色体更加变粗、变短 交叉端化、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,第2节 真核细胞的分裂,二、减数分裂,第2节 真核细胞的分裂,二、减数分裂,减数分裂前期的分期及其所需时间图解,减数分裂前期I中染色体联会和去联会的时空变化图解,0,3,6,9,12,时间（天）,细线期,偶线期,粗线期,双线期 + 终变期,联会复合体结构模式图 (a) 联会复合体的电镜照片；(b) 联会复合体的模式图解 (自gerald，2002),第2节 真核细胞的分裂,二、减数分裂,同源染色体间联会复合

4、体结构模式图,同源染色体非姊妹染色单体间交叉、重组的模式图解,第2节 真核细胞的分裂,二、减数分裂,代与代之间的差异,（二）减数分裂,第2节 真核细胞的分裂,二、减数分裂,减数分裂II过程 的模式图解,减数分裂中染色体与纺锤体的结构关系示意图,第2节 真核细胞的分裂,二、减数分裂,高等动物精子(a)和卵子(b)形成过程图解,第2节 真核细胞的分裂,二、减数分裂,二倍体 生殖细胞,精(卵)原细胞,初级精(卵) 母细胞,次级精(卵)母细胞,单倍体 精细胞,精子,精子形成是一个十分高效的过程，成年男性伴随着每1次心跳即可产生1000多个精子!,植物细胞的减数分裂,第2节 真核细胞的分裂,二、减数分裂

5、,（三）减数分裂与有丝分裂的主要差别,减数分裂与有丝分裂过程的对比图解,第2节 真核细胞的分裂,二、减数分裂,(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2n2n, DNA量由4C2C；减数分裂是DNA复制1次，细胞分裂2次, 染色体数由2n1n，DNA量由4C变为1C. (3) 有丝分裂前，在S期进行DNA合成，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

6、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12小时。减数分裂进行的时间长, 可达数月甚至数年。,减数分裂与有丝分裂的主要区别,第2节 真核细胞的分裂,二、减数分裂,第三节 细胞周期及其调控,第十五章 细胞分裂与细胞周期,一、细胞周期(cell cycle),三、细胞周期的调控,二、细胞分裂的影响因素,一、细胞周期(cell cycle),第3节 细胞周期及其调控,细胞周期(cell cycle)：指细胞由一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的相同的时期和顺序变化(即G1SG2M)，是细胞周而复始地进行活动的生长、分裂循环。,细胞周期的时相图解,哺乳动物培养细胞的

7、细胞周期和各阶段持续时间图解,一、细胞周期,第3节 细胞周期及其调控,细胞周期,分裂期 间期,G1期 S 期 G2期,1. G1期,哺乳动物细胞在G1期中的一些主要的生理、生化变化,不稳定蛋白 (U蛋白),R: G1期的限制点(restriction point ),一、细胞周期,第3节 细胞周期及其调控,地鼠培养细胞在细胞周期个时期的外形变化,一、细胞周期,第3节 细胞周期及其调控,DNA复制 合成组蛋白 合成非组蛋白,2. S期,一、细胞周期,第3节 细胞周期及其调控,第3节 细胞周期及其调控,DNA含量加倍 合成某些特定蛋白质,3. G2期,可使核纤层蛋白磷酸化，导致核膜在前期末破裂；

8、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。,蛋白质激酶：G2期末被激活,一、细胞周期,细胞周期中DNA含量的变化,细胞周期示意图,Chromosome separation,不仅反映出细胞周期中DNA含量的变化，而且还反映出细胞处于不同细胞周期的相对数量。,流式细胞分选仪（FACS）,细胞融合实验,S期细胞内有促使合成DNA的物质,促使合成DNA的物质在G2期消失,开始合成DNA,不合成DNA,一、细胞周期,第3节 细胞周期及其调控,(a) M期细胞与G1期细胞杂交后，核膜解体、染色体凝缩成单线；,(b) M期细胞与S期细胞杂交后，核膜解体、染色体凝缩成碎片状；,(c)

9、 M期与G2期细胞杂交后，核膜解体、染色体凝缩成染色单体。,G1、G2、S期细胞与M细胞的杂交实验,M期细胞中有能使核变化的物质,一、细胞周期,第3节 细胞周期及其调控,G0期/G0态(G0 state)：有的细胞不进入下一周期而暂时退出了细胞周期，处于的一种拘留状态。,4. G0期,一、细胞周期,第3节 细胞周期及其调控,二、细胞分裂的影响因素,第3节 细胞周期及其调控,3. cAMP,4. 接触抑制 (contact inhibition),5. 激素,2. 抑素 (chalone),1. 细胞的大小,三、细胞周期的调控,细胞周期是在严格调控的前提下有条不紊地进行运转的！,细胞的增殖是通过

10、细胞周期来实现的：,120天,人RBC:,第3节 细胞周期及其调控,生,死,G1 CHECKPOINT,METAPHASE CHECKPOINT,G2 CHECKPOINT,细胞周期的检验点（控制点）,三、细胞周期的调控,(一)周期蛋白依赖性蛋白激酶 (cyclin-dependent kinase, CDK),主要成分,P32 ：P34cdc2的同源物,P45：P56cdc13的同源物,cdc基因的编码产物, cdc蛋白,第3节 细胞周期及其调控,cdc蛋白有如下共同特点：,(1) 含有一段类似的氨基酸序列； (2) 都可以与cyclin 结合，并将周期蛋白作为调节亚基单位,目前命名的有：C

11、DK1(cdc2), CDK2, CDK3, CDK4, , CDK8,(1) 与cyclin结合被或活化; (2) CDK催化cyclin-CDK复合物T-loop上Thr160161磷酸化，使酶激活; (3) 抑制磷狻化位点Thr14和Try15的磷酸化，与去磷酸化weel酶和脂酶CDC25分别实现，调节CDK的功能； (4) 通过泛素(ubiguitin)介导蛋白酶水解途径， 降解cyclin-CDK复合物中的cyclin，使CDK激酶活性消失； (5) CDKI结合活化形式的激酶形成cyclin-CDK-CDKI符合物， 也是使酶失活的途径。,CDK激酶通过下列途径激活或抑制：,在G1

12、/S之前：启动细胞分裂;,P34cdc2,在中/后期转换时：能激活连接在cdc蛋白上的酶，而使靶蛋白-cdc蛋白降解；,染色质凝缩 核膜解体 纺锤体形成等,促进G2/M的转换,三、细胞周期的调控,第3节 细胞周期及其调控,分裂期促进因子(M-phase promoting factor, MPF): 促使染色质的凝缩，CDK是MPF的催化亚基，但MPF的激活要受cyclin的调节!,细胞周期蛋白(cyclin)：在周期后期逐渐合成、 G2晚期达到高峰、至周期的中/后期突然消失的周期性存在的蛋白。,（二）细胞周期蛋白,cyclin和cdc2蛋白隶属同一家族：,三、细胞周期的调控,第3节 细胞周期

13、及其调控,细胞周期蛋白(cyclin)的种类及其特点,破坏盒(destruction box, RAALGNISN)：降解cyclin A、B； PEST序列：可能与G1期周期蛋白的不稳定性有关。,三、细胞周期的调控,第3节 细胞周期及其调控,据序列特点和生理功能, 可将周期蛋白分为三种:,100150个氨基酸的保守区,能与CDK结合,不同周期蛋白与cdc蛋白作用引起不同的反应,三、细胞周期的调控,第3节 细胞周期及其调控,MPF, M-phase-promoting factor; Maturation-promoting factor,MPF与周期蛋白在细胞周期中的作用图解,cdc2,MP

14、F,起始 激酶,G1期,G1期cyclin,S期,M期cyclin,中/后期,三、细胞周期的调控,第3节 细胞周期及其调控,诱导细胞发生有丝分裂,诱导细胞合成DNA,三、细胞周期的调控,第3节 细胞周期及其调控,周期蛋白依赖性激酶抑制因子CDKI是CDK的负性调控因子，它通过与周期蛋白对CDK的竞争性结合，拮抗周期蛋白的作用，从而调节细胞周期的进程。,CDKI作用示意图,三、细胞周期的调控,第3节 细胞周期及其调控,INK4 (Inhibitor of CDK4)： 包括p21、p27和p57.,目前已知的CDKI可划分为两大类：,特异性抑制CDK4-CyclinD1、CDK6-CyclinD

15、1的磷酸化激酶活性；,抑制大多数已知CDK-周期蛋白的磷酸化激酶活性，如CDK4-CyclinD1、CDK6-CyclinD1、CDK2-CyclinE、CDK2-CyclinA的蛋白激酶活性。,KIP (kinase inhibition protein)： 包括p15、p16、p18、p19.,（三）影响细胞周期调控的因素,1. 生长因子及其受体,各种生长因子受体结构图解,GF为多肽类物质，具有组织特异性,三、细胞周期的调控,第3节 细胞周期及其调控,生长因子的作用机制图解,三、细胞周期的调控,第3节 细胞周期及其调控,酪氨酸激酶性受体,生长因子和生长因子受体 蛋白质激酶 癌蛋白 转录因子

16、、信号传导器等,2. 癌基因和抑癌基因,在进化上高度保守,促进细胞的增殖和分化,(1) 癌基因,三、细胞周期的调控,第3节 细胞周期及其调控,表达产物：抑制癌细胞生长的作用,(2) 抑癌基因,三、细胞周期的调控,第3节 细胞周期及其调控,无活性的Rb蛋白,活性Rb蛋白,M,G2,G1,S,细胞周期中Rb蛋白活性的周期性变化的模式图解,三、细胞周期的调控,第3节 细胞周期及其调控,癌基因和抑癌基因相互配合 、协同作用，调节细胞周期的正常运转,母细胞,子细胞,三、细胞周期的调控,第3节 细胞周期及其调控,3. 细胞的信使系统,信号传递系统,(DG和IP3),三、细胞周期的调控,第3节 细胞周期及其调控,细胞周期的时相及其调控图解,M,第四节 细胞分裂的同步化,一、分选法： 1. 过滤 2. 膜淘洗 3. 蔗糖梯度离心 4. 离心淘洗法 二、化学同步化 1. 将培养液中减少某种细胞必需的营养成分 2. 使用某种化学物质将有丝分裂暂时阻滞在一定时期 三、物理同步化 1. 温度 2. 辐射 3. 有丝分裂