11第十一章細胞增殖及其調(diào)控

1、第十一章第十一章 細胞增殖及其調(diào)控細胞增殖及其調(diào)控細胞增殖（細胞增殖（cell proliferation）的意義）的意義細胞周期與細胞分裂細胞周期與細胞分裂細胞周期的調(diào)控細胞周期的調(diào)控（cell-cycle control）細胞增殖細胞增殖（cell proliferation）的意義的意義細胞增殖細胞增殖（cell proliferation）是細胞生命活動重要）是細胞生命活動重要 特征之一，是生物特征之一，是生物繁育繁育的基礎(chǔ)的基礎(chǔ)單細胞生物單細胞生物細胞增殖導(dǎo)致其細胞增殖導(dǎo)致其個體數(shù)量個體數(shù)量的增加的增加多細胞生物多細胞生物由單細胞（受精卵）分裂發(fā)育而來，是由單細胞（受精卵）分裂發(fā)育而

2、來，是 多細胞生物多細胞生物生長發(fā)育生長發(fā)育的基礎(chǔ)的基礎(chǔ)成體生物成體生物仍然需要細胞增殖，主要仍然需要細胞增殖，主要取代取代衰老死亡的衰老死亡的 細胞，維持個體細胞細胞，維持個體細胞數(shù)量數(shù)量和機體正常和機體正常功能功能機體機體創(chuàng)傷愈合創(chuàng)傷愈合、組織再生組織再生、病理、病理組織修復(fù)組織修復(fù)等，都要等，都要 依賴細胞增殖依賴細胞增殖第一節(jié)第一節(jié) 細胞周期與細胞分裂細胞周期與細胞分裂細胞周期（細胞周期（cell cycle）概述）概述有絲分裂（有絲分裂（mitosis）胞質(zhì)分裂（胞質(zhì)分裂（cytokinesis）減數(shù)分裂（減數(shù)分裂（meiosis） 第二節(jié)第二節(jié) 細胞周期的調(diào)控細胞周期的調(diào)控細胞周期

3、調(diào)控系統(tǒng)的主要作用細胞周期調(diào)控系統(tǒng)的主要作用細胞周期檢驗點細胞周期檢驗點（cell cycle checkpoint）mpf（成熟促進因子）（成熟促進因子）mpf的多樣性與細胞周期運轉(zhuǎn)的多樣性與細胞周期運轉(zhuǎn)細胞周期運轉(zhuǎn)的阻遏（負調(diào)控）細胞周期運轉(zhuǎn)的阻遏（負調(diào)控）一、細胞周期一、細胞周期（cell cycle）概述概述細胞周期細胞周期細胞周期中不同時相細胞周期中不同時相及其主要事件及其主要事件細胞周期長短的測定細胞周期長短的測定細胞周期同步化細胞周期同步化特異的細胞周期特異的細胞周期二、有二、有 絲絲 分分 裂裂（mitosis）前期前期（prophase）前中期前中期（prometaphase

4、）中期中期（metaphase）后期后期（anaphase） 末期末期（telophase）三、胞三、胞 質(zhì)質(zhì) 分分 裂裂（cytokinesis）動物細胞胞質(zhì)分裂動物細胞胞質(zhì)分裂植物細胞胞質(zhì)分裂植物細胞胞質(zhì)分裂四、減四、減 數(shù)數(shù) 分分 裂裂（meiosis）減數(shù)分裂概念與過程減數(shù)分裂概念與過程減數(shù)分裂的意義減數(shù)分裂的意義減數(shù)分裂的特點減數(shù)分裂的特點脊椎動物配子發(fā)生過程脊椎動物配子發(fā)生過程細細 胞胞 周周 期期概念概念細胞從一次細胞從一次有絲有絲分裂分裂結(jié)束結(jié)束到下一次有絲到下一次有絲分裂分裂完成完成所經(jīng)歷的一個所經(jīng)歷的一個有序有序過程。其間細胞過程。其間細胞遺傳遺傳物質(zhì)和其他物質(zhì)和其他內(nèi)含物

5、內(nèi)含物分配給分配給子細胞子細胞細胞周期時相組成細胞周期時相組成細胞周期時間細胞周期時間根據(jù)增殖狀況將細胞分為三類根據(jù)增殖狀況將細胞分為三類細胞周期時相組成細胞周期時相組成間期間期（interphase）：）：g1 phase，s phase，g2 phasem期期：有絲分裂期有絲分裂期（mitosis） 胞質(zhì)分裂期胞質(zhì)分裂期（cytokinesis） 細胞沿細胞沿g1sg2m周期性運轉(zhuǎn)，周期性運轉(zhuǎn)，間期間期細胞細胞體積體積 增大（增大（生長生長），），m期期細胞先細胞先核分裂核分裂，接著，接著胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂 完成一個完成一個細胞周期細胞周期細胞周期時間細胞周期時間不同不同細胞的細胞的細胞周期

6、細胞周期時間時間差異差異很大很大s + g2 + m 的時間的時間變化變化較小，細胞較小，細胞 周期時間周期時間長短長短主要差別在主要差別在g1期期有些有些分裂增殖細胞缺乏分裂增殖細胞缺乏g1和和g2期期根據(jù)增殖狀況將細胞分為三類根據(jù)增殖狀況將細胞分為三類連續(xù)分裂細胞連續(xù)分裂細胞（cycling cell）休眠細胞休眠細胞（g0期細胞）期細胞）終末分化細胞終末分化細胞 g0期細胞期細胞和和終末分化細胞終末分化細胞的的界限界限有時難以有時難以 劃分，有的細胞劃分，有的細胞過去過去認為屬終末分化細胞認為屬終末分化細胞 目前目前可能被認為是可能被認為是g0期細胞期細胞細胞周期中不同時相及其主要事件細

7、胞周期中不同時相及其主要事件 g1期期 s 期期 g2期期 m 期期 子細胞形成子細胞形成后開始，合成細胞后開始，合成細胞生長生長所需要的多種所需要的多種蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)、碳水化合物碳水化合物、脂脂等，不合成等，不合成dna，同時染色體，同時染色體去凝集去凝集s 期期 dna合成期合成期 dna復(fù)制與復(fù)制與組蛋白組蛋白合成合成同步同步 組成組成核小體核小體串珠結(jié)構(gòu)串珠結(jié)構(gòu)g2 期期 dna復(fù)制完成復(fù)制完成 合成合成一定數(shù)量一定數(shù)量蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)和和rnam 期期 m期期即即細胞分裂期細胞分裂期，真核真核細胞的細胞細胞的細胞分裂主要包括分裂主要包括兩種方式兩種方式： 有絲分裂有絲分裂（mitosis）

8、和）和減數(shù)分裂減數(shù)分裂（meiosis）遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)和細胞內(nèi)和細胞內(nèi)其他其他物質(zhì)分配給物質(zhì)分配給子細胞子細胞細胞周期長短的測定細胞周期長短的測定脈沖標(biāo)記脈沖標(biāo)記dna復(fù)制和細胞復(fù)制和細胞分裂指數(shù)分裂指數(shù)觀察測定法觀察測定法流式細胞儀流式細胞儀（flow cytometry）測定法）測定法縮時攝像技術(shù)縮時攝像技術(shù)：可以得到：可以得到準(zhǔn)確準(zhǔn)確的的細胞周期細胞周期時間時間 包括分裂包括分裂間期間期和和分裂期分裂期的準(zhǔn)確時間的準(zhǔn)確時間細胞周期同步化細胞周期同步化 自然同步化自然同步化 如某些如某些受精卵早期卵裂受精卵早期卵裂 人工選擇同步化人工選擇同步化 藥物誘導(dǎo)同步化藥物誘導(dǎo)同步化人工選擇同步化

9、人工選擇同步化震蕩分離選擇法震蕩分離選擇法：用于：用于單層貼壁單層貼壁生長細胞生長細胞 優(yōu)點優(yōu)點：細胞：細胞未經(jīng)藥物未經(jīng)藥物處理，同步化處理，同步化效率高效率高 缺點缺點：分離的細胞：分離的細胞數(shù)量少數(shù)量少密度梯度離心法密度梯度離心法：根據(jù)不同時期細胞：根據(jù)不同時期細胞體積體積 和和重量重量上存在差別進行上存在差別進行分離分離 優(yōu)點優(yōu)點：方法：方法簡單簡單省時，省時，效率高效率高，成本低成本低 缺點缺點：是對大：是對大多數(shù)多數(shù)種類細胞種類細胞不適用不適用藥物誘導(dǎo)同步化藥物誘導(dǎo)同步化dna合成阻斷法合成阻斷法g1/s tdr雙阻斷法雙阻斷法 最終將細胞群阻斷于最終將細胞群阻斷于g1/s交界處交界

10、處 優(yōu)點優(yōu)點：同步化：同步化效率高效率高，適合于，適合于體外培養(yǎng)體外培養(yǎng)細胞細胞 缺點缺點：誘導(dǎo)過程可造成細胞：誘導(dǎo)過程可造成細胞非均衡非均衡生長生長分裂中期阻斷法分裂中期阻斷法：通過抑制：通過抑制微管聚合微管聚合來抑制來抑制 細胞細胞分裂器分裂器的形成，將細胞阻斷在分裂的形成，將細胞阻斷在分裂中期中期 優(yōu)點優(yōu)點：是操作：是操作簡便簡便，效率高效率高 缺點缺點：藥物：藥物毒性毒性相對相對較大較大特異的細胞周期特異的細胞周期 特異的細胞周期特異的細胞周期是指那些是指那些特殊特殊細胞細胞 所具有的與所具有的與標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)細胞周期相比有著細胞周期相比有著鮮明鮮明 特點的特點的細胞周期細胞周期 爪蟾早期胚

11、胎細胞的細胞周期爪蟾早期胚胎細胞的細胞周期 酵母細胞的細胞周期酵母細胞的細胞周期 植物細胞的細胞周期植物細胞的細胞周期 細菌的細胞周期細菌的細胞周期蟾蟾早期胚胎細胞早期胚胎細胞的細胞周期的細胞周期細胞細胞分裂快分裂快，無無g1期，期，g2期和期和s期期短短無需無需臨時臨時合成合成其他物質(zhì)其他物質(zhì)子細胞子細胞在在g1、g2期期不生長不生長，越分裂，越分裂 體積體積越小越小酵母細胞的細胞周期酵母細胞的細胞周期細胞周期細胞周期持續(xù)持續(xù)時間時間較較短短封閉式封閉式分裂（分裂（核膜核膜不解聚）不解聚） 紡錘體紡錘體位于細胞位于細胞核內(nèi)核內(nèi) 植物細胞的細胞周期植物細胞的細胞周期植物細胞植物細胞不含不含中心

12、體中心體 可以正常組裝可以正常組裝紡錘體紡錘體以形成以形成細胞板細胞板的形式的形式 進行進行胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂細菌的細胞周期細菌的細胞周期慢生長慢生長：四個時期類似：四個時期類似真核真核生物生物 一般一般70分鐘分鐘分裂一次分裂一次 快生長快生長：35分鐘分鐘左右分裂一次左右分裂一次 快速快速分裂分裂和和dna復(fù)制復(fù)制之間的之間的矛盾矛盾前前 期期（prophase）標(biāo)志標(biāo)志前期前期開始開始的第一個特征是的第一個特征是染色質(zhì)染色質(zhì)開始開始濃縮濃縮 （condensation）形成）形成有絲分裂染色體有絲分裂染色體（mitotic chromosome）第二個特征第二個特征細胞骨架解聚細胞骨架解聚

13、，有絲分裂紡錘體有絲分裂紡錘體 （mitotic spindle）開始）開始裝配裝配golgi體、體、er等等細胞器解體細胞器解體，形成小的，形成小的膜泡膜泡 這種這種染色體染色體由由兩條染色單體兩條染色單體（chromatid）構(gòu)）構(gòu)成成 在在前期末前期末，染色體，染色體主縊痕主縊痕部位形成一種蛋白復(fù)部位形成一種蛋白復(fù) 合物稱為合物稱為動粒動粒（kinetochore） 間期動物細胞間期動物細胞含一個含一個mtoc，即，即中心體中心體，在，在 s期期末，兩個末，兩個中心粒中心粒在各自在各自垂直垂直的方向復(fù)制出一的方向復(fù)制出一 個中心粒，形成兩個個中心粒，形成兩個中心體中心體。當(dāng)前期開始時，兩

14、。當(dāng)前期開始時，兩 個個中心體移向細胞兩極中心體移向細胞兩極（中心體列隊中心體列隊），并組織），并組織 微管生長微管生長，微管通過，微管通過微管結(jié)合蛋白微管結(jié)合蛋白在正極在正極末端末端相相 連，最后形成連，最后形成有絲分裂紡錘體有絲分裂紡錘體前前 中中 期期（prometaphase）核纖層蛋白核纖層蛋白特異特異ser殘基殘基磷酸化磷酸化導(dǎo)致導(dǎo)致核纖層解體核纖層解體，核膜核膜 破裂破裂成小的成小的膜泡膜泡紡錘體微管紡錘體微管與染色體的與染色體的動粒動粒結(jié)合，結(jié)合，捕捉捕捉住住染色體染色體 每個已復(fù)制的染色體有每個已復(fù)制的染色體有兩個兩個動粒，朝動粒，朝相反相反方向，保證方向，保證 與兩極與兩極

15、微管微管結(jié)合，紡錘體微管捕捉住染色體后，形成結(jié)合，紡錘體微管捕捉住染色體后，形成 三種類型的微管三種類型的微管 染色體染色體開始開始移向移向赤道板赤道板，前中期前中期開始向開始向中期中期運轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)中中 期期（metaphase）染色體排列到染色體排列到赤道板赤道板（metaphase plate） 上，上，標(biāo)志標(biāo)志著細胞分裂已進入著細胞分裂已進入中期中期染色體列隊染色體列隊后后 期期（anaphase） 排列在排列在赤道板赤道板上染色體的姐妹上染色體的姐妹染色單體染色單體分離產(chǎn)生分離產(chǎn)生 向極運動向極運動后期后期（anaphase）可以劃分為）可以劃分為連續(xù)連續(xù)的的兩個階段兩個階段： 后期后期a

16、：動粒微管去裝配動粒微管去裝配變短，染色體產(chǎn)生變短，染色體產(chǎn)生向極運動向極運動 后期后期b：極微管極微管長度長度增加增加，兩極間，兩極間距離拉長距離拉長，介導(dǎo)染，介導(dǎo)染 色體色體向極運動向極運動末末 期期（telophase）染色單體到達兩極染色單體到達兩極，即進入，即進入末期末期（telophase） 到達兩極的染色單體開始到達兩極的染色單體開始去濃縮去濃縮核膜核膜開始重新開始重新組裝組裝 golgi體和體和er重新重新形成形成并并生長生長核仁核仁開始重新開始重新組裝組裝，rna合成合成功能功能逐漸逐漸恢復(fù)恢復(fù)動物細胞胞質(zhì)分裂動物細胞胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂（cytokinesis）開始于分

17、裂）開始于分裂后期后期 赤道板赤道板周圍細胞表面下陷，形成周圍細胞表面下陷，形成環(huán)形環(huán)形縊縮縊縮 稱稱分裂溝分裂溝（furrow）。分裂溝）。分裂溝位置位置與紡錘與紡錘 體體極微管極微管和和鈣離子鈣離子濃度變化有關(guān)濃度變化有關(guān) 大量大量肌動蛋白肌動蛋白和和肌球蛋白肌球蛋白組裝成組裝成微絲束微絲束， 環(huán)繞環(huán)繞細胞，稱為細胞，稱為收縮環(huán)收縮環(huán)（contractile ring） 收縮環(huán)收縮環(huán)收縮，收縮，膜融合膜融合形成兩個形成兩個子細胞子細胞植物細胞胞質(zhì)分裂植物細胞胞質(zhì)分裂與與動物細胞動物細胞胞質(zhì)分裂的胞質(zhì)分裂的區(qū)別區(qū)別：植物細胞植物細胞 胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂是在細胞內(nèi)形成新的是在細胞內(nèi)形成新的細胞膜

18、細胞膜和和 細胞壁細胞壁而將細胞而將細胞分開分開減數(shù)分裂概念與過程減數(shù)分裂概念與過程概念概念：減數(shù)分裂減數(shù)分裂是細胞僅進行是細胞僅進行一次一次dna復(fù)復(fù) 制，隨后進行制，隨后進行兩次兩次分裂，染色體分裂，染色體數(shù)目減半數(shù)目減半 的一種特殊的的一種特殊的有絲分裂有絲分裂減數(shù)分裂減數(shù)分裂過程過程減數(shù)分裂的意義減數(shù)分裂的意義確保世代間確保世代間遺傳遺傳的的穩(wěn)定性穩(wěn)定性增加增加變異變異機會，促進生物機會，促進生物多樣性多樣性 增強生物增強生物適應(yīng)適應(yīng)環(huán)境變化的環(huán)境變化的能力能力 是是生物進化生物進化的前提的前提 減數(shù)分裂的特點減數(shù)分裂的特點遺傳物質(zhì)復(fù)制遺傳物質(zhì)復(fù)制一次一次，細胞連續(xù)分裂，細胞連續(xù)分裂兩

19、次兩次，導(dǎo)致，導(dǎo)致 染色體染色體數(shù)目數(shù)目減半減半減數(shù)分裂前減數(shù)分裂前s期持續(xù)時間較長期持續(xù)時間較長同源染色體同源染色體在減數(shù)分裂在減數(shù)分裂前期前期i（meiosis i）聯(lián)會聯(lián)會 和和基因重組基因重組同源染色體同源染色體排列在中期板排列在中期板上，第一次分裂時，上，第一次分裂時， 同源染色體同源染色體分開分開減數(shù)分裂前減數(shù)分裂前s期與有絲分裂前期與有絲分裂前s期長度比較期長度比較前期前期i分為分為細線期細線期，偶線期偶線期，粗線期粗線期，雙線期雙線期 和和終變期終變期等等五個階段五個階段聯(lián)會復(fù)合體聯(lián)會復(fù)合體（synaptonemal complex，sc）同源染色體間基因重組，產(chǎn)生新的基因組合

20、同源染色體間基因重組，產(chǎn)生新的基因組合在適當(dāng)時候在適當(dāng)時候激活激活細胞周期各個時相的細胞周期各個時相的相關(guān)酶相關(guān)酶 和和蛋白蛋白，然后，然后自身失活自身失活（正調(diào)控正調(diào)控）確保確保完成完成某一個某一個時相時相的的事件事件（負調(diào)控負調(diào)控） 對對外界外界環(huán)境環(huán)境因子因子起起反應(yīng)反應(yīng)（如多細胞生物對增（如多細胞生物對增 殖殖信號信號的反應(yīng)）的反應(yīng)）一、細胞周期調(diào)控系統(tǒng)的主要作用一、細胞周期調(diào)控系統(tǒng)的主要作用二、細胞周期檢驗點二、細胞周期檢驗點（checkpoint） 細胞周期細胞周期檢驗點檢驗點是細胞周期是細胞周期調(diào)控調(diào)控的一種機的一種機 制，制，確保確保周期每一時相事件的周期每一時相事件的有序有序

21、、全部全部 完成并與外界完成并與外界環(huán)境環(huán)境因素相因素相聯(lián)系聯(lián)系 細胞周期檢驗點及其作用細胞周期檢驗點及其作用 g1期期檢驗點：檢驗點：酵母酵母start point 動物細胞動物細胞restriction point 三、三、m p f（成熟促進因子）（成熟促進因子）（maturation-promoting factor）mpf的發(fā)現(xiàn)及其生化實質(zhì)的發(fā)現(xiàn)及其生化實質(zhì)有絲分裂中有絲分裂中mpf的活化與功能的活化與功能mpf的發(fā)現(xiàn)及其生化實質(zhì)的發(fā)現(xiàn)及其生化實質(zhì)細胞融合與細胞融合與pcc（premature chromosomal condense） mpf的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)mpf是一種是一種蛋白激酶蛋白激酶，能使多種底物蛋白，能使多種底物蛋白磷酸化磷酸化 由由cyclin和和m期期cdk（cyclin dependent protein kinase） 形成的形成的復(fù)合物復(fù)合物：mpf = cdk1 ( p34cdc2 ) + cyclinb有絲分裂中有絲分裂中mpf的活化與功能的活化與功能 活化活化 隨隨cyclin濃度變化而變化濃度變化而變化 激酶與磷酸酶的調(diào)節(jié)激酶與