細(xì)胞的有絲分裂和細(xì)胞周期講義

1、細(xì)胞的有絲分裂和細(xì)胞周期講義細(xì)胞增殖(cell proliferation)的意義：細(xì)胞增殖是細(xì)胞生命活動(dòng)的重要特征之一,是生物繁育的基礎(chǔ)。 單細(xì)胞生物細(xì)胞增殖導(dǎo)致生物個(gè)體數(shù)量的增加。 多細(xì)胞生物由一個(gè)單細(xì)胞即受精卵分裂發(fā)育而來， 細(xì)胞增殖是多細(xì)胞生物繁殖基礎(chǔ)。 仍然需要細(xì)胞增殖，主要取代衰老死亡的細(xì)胞，維持個(gè)體細(xì)胞數(shù)量的相對(duì)平衡和機(jī)體的正常功能。 機(jī)體創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理組織修復(fù)等，都要依賴細(xì)胞增殖。有絲分裂是高等真核生物細(xì)胞增殖的主要方式 特點(diǎn):發(fā)生在高等真核生物中，形成有絲分裂器，遺傳物質(zhì)均等分配。（一）前期(prophase) （二）中期(metaphase) （三）后期(anap

2、hase) （四）末期(telophase)第一節(jié) 細(xì)胞的有絲分裂 1.染色質(zhì)凝集，逐步螺旋化形成染色體:（一）前期 2.核膜破裂、核仁消失: 核膜消失主要是核纖層蛋白磷酸化繼而核纖層解聚，導(dǎo)致核膜破裂；核仁消失是由于核仁相隨染色質(zhì)發(fā)生凝集。 3.分裂極的確定和有絲分裂器的形成: 動(dòng)物細(xì)胞中心體在S期復(fù)制形成的二個(gè)中心體逐漸移向細(xì)胞兩極，移到兩極形成有絲分裂器。 有絲分裂器（mitotic apparatus）：有絲分裂中期時(shí)，由染色體、中心粒、紡錘體、星體形成的專門執(zhí)行有絲分裂功能的暫時(shí)性細(xì)胞器。 星體是指中心體及其周圍放射狀分布的大量微管。（前期） 紡錘體是一種與細(xì)胞分裂和染色體運(yùn)動(dòng)直接相

3、關(guān)的一種臨時(shí)性細(xì)胞器，主要由微管及其結(jié)合蛋白構(gòu)成。從前期向中期轉(zhuǎn)化的重要事件之一是紡錘體的組裝 有絲分裂器的組成紡錘體星體紡錘體星體（二）中期(metaphase) 染色體凝集程度最大排列在細(xì)胞中央形成 赤道板。 著絲?？v裂，姐妹染色單體分開并分別向兩極移動(dòng)。 （三）后期(anaphase) 1.子細(xì)胞核的出現(xiàn)； 2.胞質(zhì)分裂。 （四）末期(telophase)動(dòng)物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂:收縮環(huán)細(xì)胞質(zhì)縊縮內(nèi)陷分裂 植物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂:細(xì)胞板（成膜體）第二節(jié) 細(xì)胞周期 細(xì)胞周期（cell cycle）： 是指細(xì)胞從上一次分裂結(jié)束開始到下一次分裂結(jié)束為止所經(jīng)歷的過程，包括分裂間期和分裂期。 DNA合成前期

4、（G1期） 間期 DNA合成期（S期） DNA合成后期（G2期） 細(xì)胞周期 前期 分裂期（M期） 中期 后期 末期細(xì)胞周期示意圖細(xì)胞周期各階段的事件 Hela 細(xì)胞增殖周期時(shí)相 細(xì)胞周期的時(shí)間 TC = TG1 + TS + TG2 + TM 適宜條件下一種細(xì)胞的周期時(shí)間相對(duì)穩(wěn)定，不同生物或組織的細(xì)胞TC差異較大，TS、TG2、TM變化較小，主要是TG1的差異。 1.周期性細(xì)胞-可不斷增殖。不在G1期停留，不斷進(jìn)入細(xì)胞周期（周期中細(xì)胞）如骨髓干細(xì)胞、皮膚基底層細(xì)胞、精原細(xì)胞等。分化程度低。2.暫不增殖細(xì)胞-G0細(xì)胞。一般停在G1期、不增殖，但保留能力，受到刺激后恢復(fù)增殖。如：肝細(xì)胞、腎細(xì)胞、淋

5、巴細(xì)胞等。如：肝外傷或手術(shù)。如： 腫瘤細(xì)胞停在G0期，對(duì)藥物不敏感，是復(fù)發(fā)根源。 3.終端分化細(xì)胞-不增殖細(xì)胞。終身停留G1期，失去增殖能力，也稱不育細(xì)胞或終末細(xì)胞。如神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、紅細(xì)胞、角質(zhì)細(xì)胞。高度分化。G1期細(xì)胞的三種去向 在胚胎發(fā)育早期（卵裂期）所有細(xì)胞均為周期性細(xì)胞。以后隨著發(fā)育成熟，某些細(xì)胞進(jìn)入G0期，某些細(xì)胞分化后喪失分裂能力。到成體時(shí)，只有少數(shù)細(xì)胞處于增殖狀態(tài)，它們的增殖僅作為補(bǔ)充丟失的細(xì)胞（如造血系統(tǒng)中，紅細(xì)胞、白細(xì)胞不斷死亡丟失，小腸上皮細(xì)胞不斷由小腸絨毛頂端脫落，表皮細(xì)胞不斷死亡、磨損、脫落），或?qū)ν饨绱碳さ姆磻?yīng)（如免疫淋巴細(xì)胞反應(yīng)）。 許多生命過程例如胚胎發(fā)育、

6、造血及上皮組織的更新、組織再生、創(chuàng)傷愈合、免疫反應(yīng)等都和細(xì)胞增殖的精確調(diào)控有密切的關(guān)系。而腫瘤細(xì)胞是增殖失控細(xì)胞，不斷地增殖，最終導(dǎo)致機(jī)體的死亡。因此，細(xì)胞周期及其調(diào)節(jié)的研究不僅關(guān)系到闡明生物學(xué)中許多重要基礎(chǔ)理論問題，還將關(guān)系到從根本上了解和征服腫瘤。 （一） G1期 與DNA合成啟動(dòng)相關(guān)，細(xì)胞物質(zhì)代謝活躍，RNA和蛋白質(zhì)合成，細(xì)胞體積增大。存在細(xì)胞增殖的限制點(diǎn)(restriction point, R點(diǎn) )。 G1 早期-R點(diǎn)- G1 晚期 R點(diǎn)為控制點(diǎn)，決定是否增殖。 如能通過，則增殖。 一、細(xì)胞周期各時(shí)相的動(dòng)態(tài)變化G1期的限制點(diǎn)（R點(diǎn)） (二) S期 1.DNA合成(復(fù)制)，DNA含量加

7、倍2n 4n； 2.組蛋白合成、染色質(zhì)組裝 3.部分RNA與蛋白的合成。 (三) G2期 1.合成分裂相關(guān)蛋白微管蛋白、膜蛋白、 染色質(zhì)凝集因子（有絲分裂因子）。 2.染色質(zhì)開始螺旋化。 3.繼續(xù)為M期準(zhǔn)備物質(zhì)和能量。 （四） M期 主要包括兩種方式，即有絲分裂(mitosis)和減數(shù)分裂(meiosis)。遺傳物質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)其他物質(zhì)分配給子細(xì)胞。 限制點(diǎn)（控制點(diǎn)） 二、細(xì)胞周期的調(diào)控人類M期細(xì)胞與袋鼠G1、和G2期細(xì)胞融合誘導(dǎo)成熟染色體凝集間期卵母細(xì)胞被顯微注射不同細(xì)胞周期的細(xì)胞質(zhì)后的反應(yīng)（一）細(xì)胞周期調(diào)控蛋白細(xì)胞周期蛋白(cyclin)與細(xì)胞周期蛋白依賴激酶（Cdks）1.細(xì)胞周期蛋白(cy

8、clin)是一類隨細(xì)胞周期的變化呈周期性的出現(xiàn)與消失的蛋白質(zhì)。出現(xiàn)具嚴(yán)格的順序性，與特定的Cdk形成復(fù)合體，使Cdk活化。cyclin家族成員根據(jù)其序列的相似及生理功能被分為不同類型，迄今已被鑒定出的有cyclinA、B、C、D、E等。細(xì)胞周期蛋白(cyclin)是一類隨細(xì)胞周期的變化呈周期性的出現(xiàn)與消失的蛋白質(zhì)。 2.細(xì)胞周期蛋白依賴激酶（Cdks） 一組控制細(xì)胞周期各時(shí)相間轉(zhuǎn)換的蛋白激酶（可以使多種蛋白質(zhì)磷酸化），其活性依賴于細(xì)胞周期蛋白的調(diào)節(jié)。與相應(yīng)的cyclin結(jié)合形成cyclin-Cdk復(fù)合體，調(diào)節(jié)細(xì)胞從G1 S、G2 M和退出有絲分裂的各個(gè)進(jìn)程。Cdks和cyclins結(jié)合形成二聚

9、體的復(fù)合物，具有蛋白激酶活性。由催化亞基和調(diào)節(jié)亞基組成，cyclin為調(diào)節(jié)亞基，Cdk為催化亞基。 成熟促進(jìn)因子（maturation promoting factor,MPF）是有絲分裂調(diào)控的重要因子，在G2期形成、能促進(jìn)M期啟動(dòng)的調(diào)控因子。 Cdk1即p34cdc2 (cell division cycle,cdc) + cyclinB Cdk1（p34cdc2）為細(xì)胞周期蛋白依賴激酶，分子量34103， cyclinB為細(xì)胞周期蛋白B。后來發(fā)現(xiàn)它們幾乎存在于從酵母到人體所有的真核細(xì)胞的分裂期細(xì)胞中，是調(diào)節(jié)細(xì)胞進(jìn)入M期的重要因子。 若cyclinB與p34cdc2分離并解體,將致使MPF激

10、酶活性失活,由此可促進(jìn)細(xì)胞從M期向G1期轉(zhuǎn)化。 （二）成熟促進(jìn)因子 1.MPF活性的調(diào)節(jié) MPF的活性存在于催化亞基p34cdc2上，而這種活性的最直接調(diào)控是由調(diào)節(jié)亞基cyclinB 的周期性合成和降解控制的。p34cdc2的蛋白水平在整個(gè)細(xì)胞周期中不變。p34cdc2必須與cyclinB結(jié)合后才有激酶活性，而cyclinB的轉(zhuǎn)錄和合成隨細(xì)胞周期而變化，在間期開始合成，在G2/M達(dá)到高峰，使得p34cdc2 cyclinB復(fù)合體的激酶活性在G2/M達(dá)到峰值，誘導(dǎo)M期發(fā)生，M期結(jié)束時(shí)，激酶活性突然喪失，細(xì)胞退出M期。 2.MPF的功能 1.催化組蛋白H1磷酸化，參與有絲分裂的啟動(dòng)和染色質(zhì)的凝集；

11、 2.催化核纖層蛋白磷酸化，核纖層結(jié)構(gòu)解體； 3.使一些原癌基因蛋白產(chǎn)物發(fā)生磷酸化，由此產(chǎn)生一系列深遠(yuǎn)的與細(xì)胞分裂有關(guān)的生物學(xué)效應(yīng)； 4.作用于微管蛋白，控制著細(xì)胞周期中微管的動(dòng)力學(xué)變化。 細(xì)胞周期蛋白的調(diào)節(jié)(后期促進(jìn)因子) 生長因子是細(xì)胞合成分泌到細(xì)胞外的一類蛋白因子，能與膜上專一受體結(jié)合，從而刺激、誘導(dǎo)細(xì)胞增殖。血小板衍生生長因子、表皮生長因子、白細(xì)胞介素、轉(zhuǎn)化生長因子等。生長因子是體內(nèi)細(xì)胞分泌的，沒有藥物類的毒性，因此在臨床治療各種疾病方面具有應(yīng)用前景和實(shí)踐意義。（三）生長因子（growth factor）（四）抑素（chalone） 是由細(xì)胞自體產(chǎn)生的、終止細(xì)胞增殖的信號(hào)分子，是一種熱

12、不穩(wěn)定的可溶性、分泌型糖蛋白，在細(xì)胞增殖的反饋性調(diào)節(jié)中起重要作用。 抑素不但具有嚴(yán)格的組織特異性，而且還有細(xì)胞周期階段的特異性。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的抑素有20多種，如肝細(xì)胞抑素、腎細(xì)胞抑素、紅細(xì)胞抑素等。并且有的抑素專門作用于G1期，防止細(xì)胞進(jìn)行DNA合成（如G1期表皮細(xì)胞抑素）；有的專門作用于G2期，防止細(xì)胞進(jìn)行分裂（如G2期表皮細(xì)胞抑素）。三、細(xì)胞周期調(diào)控的遺傳基礎(chǔ)（一）細(xì)胞分裂周期(cell division cycle,cdc)基因 真核生物基因組中具有cdc基因，cdc基因是一類產(chǎn)物表達(dá)具細(xì)胞周期依賴性或直接參與了細(xì)胞周期調(diào)控的基因。酵母細(xì)胞分裂周期cdc基因 原癌基因（proto-onc

13、ogene）存在于正常細(xì)胞基因組中，是控制細(xì)胞生長和分裂的基因。編碼多種類型的蛋白質(zhì)，作為細(xì)胞生長和分裂的調(diào)控因子。癌基因（V-oncogene，V-onc）是指一些逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組所具有的、異?；罨罂墒辜?xì)胞無限增殖進(jìn)而癌變的DNA序列。是控制細(xì)胞生長和分裂的原癌基因的一種突變形式。編碼生長因子、生長因子受體、細(xì)胞周期調(diào)控蛋白等。 抑癌基因（anti-oncogene）是指正常細(xì)胞中含有的抑制細(xì)胞惡性增殖的基因。（二）原癌基因、癌基因和抑癌基因 癌細(xì)胞的基本特征： 1.細(xì)胞生長與分裂失去控制 2.具有侵潤性和擴(kuò)散性 3.細(xì)胞間相互作用改變 Rb基因、P53基因?yàn)槌Ｒ姷?、重要的兩種抑癌基因。

14、Rb基因：第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的抑癌基因（1986年）。人的該基因定位于13q14上，當(dāng)Rb兩個(gè)等位基因丟失或失活時(shí)，則導(dǎo)致細(xì)胞癌變。Rb蛋白具有抑制細(xì)胞增殖和促進(jìn)分化的功能，如將正常的Rb基因重組載體感染視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤和骨肉瘤細(xì)胞株，不僅使這些細(xì)胞的增殖被抑制，而且也抑制其惡性表型。 pRb對(duì)細(xì)胞周期的運(yùn)轉(zhuǎn)作用(抑制E2F轉(zhuǎn)錄因子) P53基因：人的該基因定位于17號(hào)染色體上，分子量為53KD。是腫瘤抑制因子，可阻斷細(xì)胞周期和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。用基因槍把P53基因注入人的肺癌細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：癌細(xì)胞生長變緩，惡性程度明顯降低。四、細(xì)胞周期同步化的研究方法 細(xì)胞同步化：人為地將不同時(shí)期的細(xì)胞分離開 來，從而獲得不同時(shí)期的細(xì)胞群體。 1.有絲分裂搖落法： M期細(xì)胞會(huì)變圓，與培養(yǎng)瓶壁附著力減弱。輕輕震蕩，使其脫落懸浮到培養(yǎng)液，離心收集。 特點(diǎn)：簡單、同步化效率高；細(xì)胞未受傷害， 反映情況真實(shí)；但分離細(xì)胞數(shù)目少。 2.密度梯度離心法： 不同時(shí)期細(xì)胞在重量和體積上差別顯著，