細(xì)胞周期及細(xì)胞分裂

關(guān)于細(xì)胞周期及細(xì)胞分裂第1頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五2細(xì)胞增殖的意義◆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?！舳嗉?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)?！舫审w生物仍然需要細(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。第2頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五32001年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng):◆利蘭·哈特韋爾發(fā)現(xiàn)了控制細(xì)胞周期的基因，其中一種被稱為“START”的基因?qū)刂聘鱾€(gè)細(xì)胞周期的最初階段具有決定性的作用。◆保羅·納西的貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了CDK?！舻倌鳌ず嗵氐呢暙I(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)CDK的功能物質(zhì)CYCLIN.第3頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五4第一節(jié)細(xì)胞周期一、細(xì)胞周期概述細(xì)胞周期:是指連續(xù)分裂的細(xì)胞從一次有絲分裂結(jié)束后開始生長到下次有絲分裂終止所經(jīng)歷的全過程。在這一過程中,細(xì)胞的遺傳物質(zhì)進(jìn)行復(fù)制并均等地分配給兩個(gè)子細(xì)胞。

圖第4頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五5Phasesofthecellcycle第5頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五6可將高等動(dòng)物的細(xì)胞分為三類：①周期中細(xì)胞：連續(xù)分裂細(xì)胞，如表皮生發(fā)層、部分骨髓細(xì)胞。②靜止期細(xì)胞（又稱為休眠細(xì)胞）：暫不分裂，但適當(dāng)刺激下可重新進(jìn)入細(xì)胞周期，稱G0期細(xì)胞，如淋巴細(xì)胞、肝、腎細(xì)胞等。③終末分化細(xì)胞：不再分裂，又稱終端細(xì)胞，如神經(jīng)、肌肉、多形核細(xì)胞等。第6頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五7二、細(xì)胞周期中各時(shí)相及其主要事件◆G1期(Gap1phase)◆S期(synthesisphase)◆G2

期(Gap2phase)◆M期第7頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五8G1期◆開始合成細(xì)胞生長所需要的多種蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂等，同時(shí)染色質(zhì)開始去凝集。第8頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五9S期

◆

DNA復(fù)制與組蛋白合成同步，組成核小體串珠結(jié)構(gòu)

第9頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五10G2期◆DNA復(fù)制完成，在G2期合成少量的蛋白質(zhì)和RNA分子；細(xì)胞周期某些調(diào)控分子活化（CDK1）第10頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五11M期

◆

M期即細(xì)胞分裂期，真核細(xì)胞的細(xì)胞分裂主要包括兩種方式，即有絲分裂(mitosis)和減數(shù)分裂(meiosis)。遺傳物質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)其它物質(zhì)分配給子細(xì)胞。第11頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五12主要檢驗(yàn)點(diǎn)：◆G1/S檢驗(yàn)點(diǎn)：DNA是否損傷？細(xì)胞外環(huán)境是否適宜？細(xì)胞體積是否足夠大？在芽殖酵母中稱start點(diǎn)，在其它真核細(xì)胞中稱限制點(diǎn)(restrictionpoint，R點(diǎn))◆S/G2期檢驗(yàn)點(diǎn)：DNA復(fù)制是否完成？◆G2/M檢驗(yàn)點(diǎn)：DNA是否損傷？細(xì)胞體積是否足夠大？◆中-后期檢驗(yàn)點(diǎn)（紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)）：檢驗(yàn)紡錘體組裝是否完整細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)（checkpoint）第12頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五13（一）自然同步化1.多核體：如：粘菌、瘧原蟲。2.水生動(dòng)物的受精卵：如海膽、兩棲類。3.增殖抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠孢子移入適宜環(huán)境后，同步分裂。三、細(xì)胞（周期）同步化第13頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五141、選擇同步化1）有絲分裂選擇法優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，同步化程度高，細(xì)胞不受藥物傷害。缺點(diǎn)：獲得的細(xì)胞數(shù)量較少（分裂細(xì)胞約占1%～2%）。2）細(xì)胞沉降分離法(密度梯度離心法)優(yōu)點(diǎn)：省時(shí)，效率高，成本低。缺點(diǎn)：同步化程度較低，且對(duì)大多數(shù)種類細(xì)胞不適用。（二）人工同步化第14頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五152、誘導(dǎo)同步化1）DNA合成阻斷法─G1/S-TdR雙阻斷法：最終將細(xì)胞群阻斷于G1/S交界處。優(yōu)點(diǎn):同步化效率高，幾乎適合于所有體外培養(yǎng)的細(xì)胞體系。缺點(diǎn):誘導(dǎo)過程可造成細(xì)胞非均衡生長.2）分裂中期阻斷法：通過抑制微管聚合來抑制細(xì)胞分裂器的形成，將細(xì)胞阻斷在細(xì)胞分裂中期。優(yōu)點(diǎn):操作簡(jiǎn)便，效率高。缺點(diǎn):這些藥物的毒性相對(duì)較大.第15頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五16四、特殊的細(xì)胞周期

--Embryoniccellcycles

第16頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五17（一）爪蟾早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期●細(xì)胞分裂快,無G1期,G2期非常短,S期也短(所有復(fù)制子都激活),以至認(rèn)為僅含有S期和M期●無需臨時(shí)合成其它物質(zhì)●子細(xì)胞在G1、G2期并不生長，越分裂體積越小●細(xì)胞周期調(diào)控因子和調(diào)節(jié)機(jī)制與一般體細(xì)胞標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期基本是一致的第17頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五18(二）酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期圖●酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期與標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期在時(shí)相和調(diào)控方面相似●酵母細(xì)胞周期明顯特點(diǎn):首先，酵母細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間較短；細(xì)胞分裂過程屬于封閉式，即在細(xì)胞分裂時(shí)核膜不解聚；紡錘體位于細(xì)胞核內(nèi)；在一定環(huán)境下，也進(jìn)行有性繁殖第18頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五19第19頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五20（三）植物細(xì)胞的細(xì)胞周期●植物細(xì)胞的細(xì)胞周期與動(dòng)物細(xì)胞的標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞周期非常相似，含有G1期、S期、G2期和M期四個(gè)時(shí)期?！裰参锛?xì)胞不含中心體，但在細(xì)胞分裂時(shí)可以正常組裝紡錘體?！裰参锛?xì)胞以形成中間板的形式進(jìn)行胞質(zhì)分裂第20頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五21（四）細(xì)菌的細(xì)胞周期●慢生長細(xì)菌細(xì)胞周期過程與真核細(xì)胞周期過程有一定相似之處。其DNA復(fù)制之前的準(zhǔn)備時(shí)間與G1期類似。分裂之前的準(zhǔn)備時(shí)間與G2期類似。再加上S期和M期，細(xì)菌的細(xì)胞周期也基本具備四個(gè)時(shí)期●細(xì)菌在快速生長情況下，如何協(xié)調(diào)快速分裂和最基本的DNA復(fù)制速度之間的矛盾第21頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五22第二節(jié)

細(xì)胞分裂無絲分裂：又稱直接分裂，由Remark（1841）發(fā)現(xiàn)于雞胚血細(xì)胞，不涉及紡錘體形成及染色體變化。有絲分裂：又稱為間接分裂，由Fleming(1882)和Strasburger(1880)發(fā)現(xiàn)。減數(shù)分裂：DNA復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次。第22頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五23一、有絲分裂（一）有絲分裂過程為了便于描述人為的劃分為六個(gè)時(shí)期：前期、前中期、中期、后期、末期和胞質(zhì)分裂。第23頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五241.前期圖1圖2①染色質(zhì)凝縮，②分裂極確立與紡錘體開始形成第24頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五25

當(dāng)前期開始時(shí)，2個(gè)中心體移向細(xì)胞兩極，并同時(shí)組織微管生長，由兩極形成的微管通過微管結(jié)合蛋白在正極末端相連，最后形成有絲分裂紡錘體。第25頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五262.前中期①.核膜解體②完成紡錘體裝配第26頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五27前中期(prometaphase) ◆核膜破裂成小的膜泡，這一過程是由核纖層蛋白中特異的Ser殘基磷酸化導(dǎo)致核纖層解體 ◆紡錘體微管與染色體的動(dòng)粒結(jié)合，捕捉住染色體，每個(gè)已復(fù)制的染色體有兩個(gè)動(dòng)粒，朝相反方向，保證與兩極的微管結(jié)合；紡錘體微管捕捉住染色體后，形成三種類型的微管，一部分紡錘體微管的自由端最終結(jié)合到著絲點(diǎn)上,形成動(dòng)粒微管?！羟爸衅诘奶卣魇侨旧w劇烈地活動(dòng),個(gè)別染色體劇烈地旋轉(zhuǎn)、振蕩、徘徊于兩極之間。第27頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五283.中期●主要特點(diǎn)是姐妹染色單體位于赤道板上,著絲粒分別被兩端的中心體發(fā)出的纖維連接。（所有染色體排列到赤道板(MetaphasePlate)上）◆染色體進(jìn)一步凝縮,并移到赤道附近,排列在赤道板；姐妹染色單體的著絲粒分別與一條或多條來自對(duì)面的纖維結(jié)合,成為被爭(zhēng)奪的對(duì)象圖第28頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五29染色體排列到赤道面上。第29頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五30圖片來自/第30頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五31是什么機(jī)制確保染色體正確排列在赤道板上？

●

Mad蛋白和Bub蛋白促使染色體被動(dòng)力微管捕捉?！駹坷僬f和外推假說。圖第31頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五32第32頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五334.后期圖第33頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五34第34頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五35后期◆排列在赤道面上的染色體的姐妹染色單體分離產(chǎn)生向極運(yùn)動(dòng)●主要特點(diǎn)是:著絲粒分開,染色單體移向兩極。

◆后期(anaphase)可以劃分為連續(xù)的兩個(gè)階段，即后期A和后期B

·

后期A，動(dòng)粒微管去裝配變短，染色體產(chǎn)生兩極運(yùn)動(dòng)

·

后期B，極間微管長度增加，兩極之間的距離逐漸拉長，介導(dǎo)染色體向極運(yùn)動(dòng)第35頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五36

后期A：動(dòng)粒微管不斷解聚縮短,造成將染色體拉向兩極。

第36頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五37后期

B

:

極微管的

滑動(dòng)第37頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五385.末期(telophase)第38頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五39末期(telophase)◆染色單體到達(dá)兩極，即進(jìn)入了末期（telophase）,到達(dá)兩極的染色單體開始去濃縮◆核膜開始重新組裝◆Golgi體和ER重新形成并生長◆核仁也開始重新組裝，RNA合成功能逐漸恢復(fù),有絲分裂結(jié)束●主要特點(diǎn)是:染色體解螺旋形成細(xì)絲,出現(xiàn)核仁和核膜。

第39頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五406.胞質(zhì)分裂動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂◆胞質(zhì)分裂(cytokinesis)開始于細(xì)胞分裂后期，在赤道板周圍細(xì)胞表面下陷，形成環(huán)形縊縮，稱為分裂溝(furrow)。分裂溝的位置與紡錘體和鈣離子濃度的變化有關(guān) ◆胞質(zhì)分裂開始時(shí)，大量肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白在分裂溝處組裝成微絲并相互組成微絲束，環(huán)繞細(xì)胞，稱為收縮環(huán)（contractilering)。收縮環(huán)收縮、收縮環(huán)處細(xì)胞膜融合并形成兩個(gè)子細(xì)胞第40頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五41分裂溝收縮環(huán)第41頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五42植物細(xì)胞胞質(zhì)分裂 ◆與動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂不同的是，植物細(xì)胞胞質(zhì)分裂是因?yàn)樵诩?xì)胞內(nèi)形成新的細(xì)胞膜和胞壁而將細(xì)胞分開第42頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五43二、減數(shù)分裂圖

◆概念：減數(shù)分裂是細(xì)胞僅進(jìn)行一次DNA復(fù)制，隨后進(jìn)行兩次分裂，染色體數(shù)目減半的一種特殊的有絲分裂◆發(fā)生分裂的細(xì)胞生殖細(xì)胞進(jìn)行的產(chǎn)生配子的分裂過程，其結(jié)果是產(chǎn)生了染色體組數(shù)目減半的配子；◆連續(xù)的兩次分裂●第一次減數(shù)分裂●第二次減數(shù)分裂◆兩個(gè)基本特點(diǎn)●染色體組數(shù)目減半●發(fā)生遺傳重組第43頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五44MEIOSIS第44頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五45（一）減數(shù)分裂前間期◆與有絲分裂相比S期持續(xù)時(shí)間較長◆S期只復(fù)制其DNA總量的99.7℅~99.9℅第45頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五46（二）減數(shù)分裂過程1.減分I第一次減數(shù)分裂的兩個(gè)特點(diǎn)◆一對(duì)復(fù)制了的同源染色體分開，分別進(jìn)入兩個(gè)子細(xì)胞，同源染色體分開之前通常要發(fā)生交換重組。◆在染色體組中，同源染色體的分離是隨機(jī)的，同源染色體組要發(fā)生重組合。

圖第46頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五47減數(shù)分裂的染色體行為第47頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五48減分I過程（1）前期I●主要事件是完成同源染色體的配對(duì)，在此過程中要發(fā)生配對(duì)同源染色體間的分子重組●該期細(xì)分為細(xì)線期、偶線期、粗線期、雙線期、終變期等。圖1圖2第48頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五49StagesoftheprophaseofmeiosisIMicrographsillustratingthemorphologyofchromosomesofthelily.第49頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五50減數(shù)分裂的前期I第50頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五51◆細(xì)線期又稱凝集期或花束期

主要特點(diǎn)：

●染色體已加倍,并凝縮成細(xì)線狀,但看不到染色體的雙重性?！袢旧w端粒通過接觸斑與核膜相連第51頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五52◆偶線期(配對(duì)期)主要特點(diǎn)是：●聯(lián)會(huì)與聯(lián)會(huì)復(fù)合體▲聯(lián)會(huì)(synapsis)▲聯(lián)會(huì)復(fù)合體(synatonemalcomplex)●二價(jià)體與四分體●合成約0.3℅DNA(zygDNA)第52頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五53同源染色體配對(duì)（聯(lián)會(huì)）第53頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五54聯(lián)會(huì)復(fù)合體第54頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五55◆粗線期(重組期)主要特點(diǎn)：●持續(xù)時(shí)間長●同源染色體之間發(fā)生DNA片段的交換,產(chǎn)生重組的基因組合,可見重組節(jié)●合成小部分DNA（P-DNA）并編碼一些與DNA點(diǎn)切及修復(fù)有關(guān)的酶●合成減數(shù)分裂專有的組蛋白，并將體細(xì)胞類型的組蛋白全部置換。第55頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五56同源染色體間的交換重組第56頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五57◆雙線期(合成期)

主要特點(diǎn)：●同源染色體分開，明顯可見四分體；●出現(xiàn)交叉第57頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五58Abivalentchromosomeatthediplotenestage

Thebivalentchromosomeconsistsofpairedhomologouschromosomes.Sisterchromatidsofeachchromosomearejoinedatthecentromere.

第58頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五59◆終變期又稱再凝集期

主要特點(diǎn):●染色體變成緊密凝集狀態(tài)；●核仁消失,交叉出現(xiàn)端化,姐妹染色體借著著絲粒連接在一起。第59頁，共66頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)21分，星期五60（2）中期I

相似于有絲分裂與有絲分裂的不同：配對(duì)的同源染色體分別在赤道板的兩側(cè)（3）后期I相似于有絲分裂與有絲分裂的不同：配對(duì)的同源染色體分別向兩極移動(dòng)