基礎(chǔ)生物學(xué)細(xì)胞周期

（優(yōu)選）基礎(chǔ)生物學(xué)細(xì)胞周期當(dāng)前第1頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)細(xì)胞的最終命運(yùn)：細(xì)胞分裂和細(xì)胞死亡細(xì)胞分裂和細(xì)胞死亡都是細(xì)胞生命活動(dòng)的基本特征細(xì)胞增殖是生物繁育的基礎(chǔ):單細(xì)胞、多細(xì)胞成體生物需要細(xì)胞增殖，以彌補(bǔ)代謝過程中的細(xì)胞損失

維持細(xì)胞數(shù)量動(dòng)態(tài)平衡和機(jī)體正常功能 機(jī)體創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理組織修復(fù)等細(xì)胞增殖受到嚴(yán)密的調(diào)控機(jī)制所監(jiān)控

高等生物中，不僅要遵循細(xì)胞自身的增殖調(diào)控規(guī)律，同時(shí)還要遵守生物體整體調(diào)控機(jī)制的調(diào)節(jié)。 不受約束而生成的細(xì)胞：免疫系統(tǒng)清除或癌變當(dāng)前第2頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)真核生物的細(xì)胞周期劃分為連續(xù)的4個(gè)時(shí)期：G1期、S期、G2期和M期。這也稱為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞周期。分裂期（mitosis）細(xì)胞周期分裂間期(interphase)當(dāng)前第3頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)細(xì)胞分裂周期細(xì)胞周期是高度有序地沿著G1SG2M運(yùn)轉(zhuǎn)。相對來說，M期最短，S期較長，G1期差別最大。當(dāng)前第4頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)

不同細(xì)胞的細(xì)胞周期時(shí)間差異很大，主要差別在G1期

細(xì)胞類型細(xì)胞周期時(shí)間早期蛙胚胎細(xì)胞30分鐘酵母菌細(xì)胞 1.5~3小時(shí)小腸上皮細(xì)胞 12小時(shí)細(xì)胞培養(yǎng)成纖維細(xì)胞 20小時(shí)人肝細(xì)胞 １年細(xì)菌20分鐘當(dāng)前第5頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)

周期中細(xì)胞—細(xì)胞持續(xù)分裂，細(xì)胞周期持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。如上皮組織的基底層細(xì)胞。

靜止期細(xì)胞

—細(xì)胞暫時(shí)離開細(xì)胞周期，停止細(xì)胞分裂，去執(zhí)行一定生物學(xué)功能。一旦得到信號(hào)指使，會(huì)快速返回細(xì)胞周期，分裂增殖。即G0期細(xì)胞。如結(jié)締組織中的成纖維細(xì)胞

終未分化細(xì)胞—細(xì)胞分化程度很高，一旦生成后，終生不再分裂。如橫紋肌細(xì)胞、多核型白細(xì)胞等當(dāng)前第6頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)

1、G1期—DNA復(fù)制預(yù)備期

細(xì)胞特點(diǎn)：細(xì)胞生長、體積擴(kuò)大、RNA和蛋白質(zhì)、糖類、脂類合成旺盛，尤其是與DNA復(fù)制有關(guān)的酶明顯增加；線粒體、葉綠體分裂增殖；中心粒分開、復(fù)制；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)大、核糖體、高爾基體、溶酶體增多。但不合成DNA。一、分裂間期G1期:合成細(xì)胞生長所需要的各種蛋白質(zhì)、RNA、糖類和脂類等，但不合成DNA。當(dāng)前第7頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)

2、S期—DNA復(fù)制合成期

與DNA合成有關(guān)的酶和組蛋白含量達(dá)到最高，進(jìn)入S期，立即開始復(fù)制合成DNA。DNA復(fù)制的起始和過程收到多種細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因素的嚴(yán)密調(diào)控。是嚴(yán)格按半保留復(fù)制的方式進(jìn)行的。S期:合成DNA和組蛋白（Histones）當(dāng)前第8頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)

2、G2期—有絲分裂準(zhǔn)備期

有新的RNA和蛋白質(zhì)合成，特別是微管蛋白等與M期有關(guān)的物質(zhì)大量合成。細(xì)胞核內(nèi)DNA的含量已經(jīng)增加一倍，由2n變成4n，即每個(gè)染色體含有4個(gè)拷貝的DNA。通過G2期，細(xì)胞能否進(jìn)入M期，要受到G2期的檢驗(yàn)點(diǎn)控制。G2期:合成少量的蛋白質(zhì)(RNA)當(dāng)前第9頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)當(dāng)前第10頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)（一）過程1.前期：細(xì)胞核染色質(zhì)開始濃縮，形成染色體結(jié)構(gòu)。二、有絲分裂期

染色質(zhì)染色體(Chromatin)是處于不同功能階段的不同構(gòu)型。核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。當(dāng)前第11頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)核小體組蛋白堿性蛋白質(zhì)5種，富含精氨酸、賴氨酸

DNA200bp當(dāng)前第12頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)每條染色單體都含有一段特殊的DNA序列，稱為著絲粒。在染色體著絲粒處裝配一蛋白質(zhì)復(fù)合體結(jié)構(gòu)——?jiǎng)恿！Ｖ行捏w周圍微管開始大量裝配。核仁消失，細(xì)胞器解體。當(dāng)前第13頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)

有絲分裂前期染色體變化當(dāng)前第14頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)紡錘體當(dāng)前第15頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)當(dāng)前第16頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)前期 前中期中期后期末期胞質(zhì)分裂期染色質(zhì)開始濃縮，著絲粒處裝配動(dòng)粒，中心體周圍微管大量裝配核膜破裂，染色體進(jìn)一步濃縮（X形），紡錘體裝配，星體微管捕獲染色體所有染色體排列到赤道板染色單體分離向兩極運(yùn)動(dòng)，動(dòng)粒微管變短，極性微管變長染色體到達(dá)兩極并開始去濃縮動(dòng)粒微管消失，極性微管繼續(xù)增長，核膜重裝配當(dāng)前第17頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)當(dāng)前第18頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)當(dāng)前第19頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)當(dāng)前第20頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)

6、胞質(zhì)分裂——細(xì)胞核分裂之后，細(xì)胞質(zhì)分裂過程。動(dòng)物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂是以縊縮和起溝的方式完成的。植物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂則經(jīng)過細(xì)胞板的形成。1）動(dòng)物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂

有絲分裂后期赤道板形成分裂溝微絲構(gòu)成收縮環(huán)當(dāng)前第21頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂時(shí)形成收縮環(huán)當(dāng)前第22頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)當(dāng)前第23頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)2）植物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂

細(xì)胞內(nèi)形成新的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁而將細(xì)胞分開植物細(xì)胞胞質(zhì)分裂時(shí)形成細(xì)胞板當(dāng)前第24頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)當(dāng)前第25頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)

7、染色體運(yùn)動(dòng)機(jī)理

微管去聚合作用假說

紡錘體微管滑動(dòng)假說

8、細(xì)胞器分配當(dāng)前第26頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)三.細(xì)胞周期的控制：

細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)受細(xì)胞內(nèi)外各種因素的精密調(diào)控。細(xì)胞內(nèi)因是調(diào)控依據(jù)。CDK激酶對細(xì)胞周期起著核心調(diào)控作用。與各種CDKS沿周期活化，磷酸化有關(guān)。

1、細(xì)胞調(diào)控因子

周期蛋白依賴性蛋白激酶（CDK）:可以使特定蛋白質(zhì)的絲氨酸和蘇氨酸氨殘基磷酸化。

周期蛋白（cyclin）：特殊的激活蛋白。能夠同CDK結(jié)合，并有控制CDK使適當(dāng)?shù)鞍琢姿峄哪芰?。分為有絲分裂周期蛋白，G1期周期蛋白當(dāng)前第27頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)Cdk通過結(jié)合不同的周期蛋白來調(diào)控細(xì)胞周期中的不同事件Cdk活性的終止與周期蛋白的降解相關(guān)當(dāng)前第28頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)當(dāng)前第29頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)四.染色體（chromosome）

1、染色體的一般形態(tài)：由兩條相同的姐妹染色單體構(gòu)成，彼此以著絲粒相連。

根據(jù)著絲粒的位置，染色體分為4種類型：中著絲粒染色體：兩臂長度基本相等。近中著絲粒染色體：端著絲粒染色體：近端著絲粒染色體：具有微小短臂當(dāng)前第30頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)染色體各部主要結(jié)構(gòu)著絲粒：是高度有序的整合結(jié)構(gòu)次縊痕：核仁組織區(qū)：rRNA基因所在，與間期核仁形成有關(guān)。隨體端粒：當(dāng)前第31頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)2、染色體數(shù)目3、染色體組型4、染色體帶5、性染色體和常染色體當(dāng)前第32頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)5.2減數(shù)分裂

概念和意義概念：細(xì)胞分裂的特殊形式。二倍體細(xì)胞形成單倍體細(xì)胞，染色體數(shù)目的細(xì)胞分裂。意義：

生物進(jìn)行有性生殖的基礎(chǔ)確保世代間遺傳的穩(wěn)定性增加變異機(jī)會(huì)，生物進(jìn)化與多樣性的基礎(chǔ)當(dāng)前第33頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)

減數(shù)分裂—特殊形式的有絲分裂

過程：包括兩次連續(xù)的分裂第一次減數(shù)分裂第二次減數(shù)分裂前期?中期?

后期?末期?染色體變化最明顯，同源染色體聯(lián)會(huì)，交叉互換前期П中期П

后期П末期П當(dāng)前第34頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)當(dāng)前第35頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)

特征：

1）減數(shù)分裂從2n細(xì)胞產(chǎn)生n細(xì)胞；

2）遺傳物質(zhì)復(fù)制一次，分裂兩次，染色體數(shù)減半；

有絲分裂中，DNA復(fù)制一次，細(xì)胞分裂一次2n4n(S)2n

減數(shù)分裂中，DNA復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次2n4n2nn復(fù)制復(fù)制分裂分裂分裂當(dāng)前第36頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)3）同源染色體在減數(shù)分裂期I(MeiosisI)配對聯(lián)會(huì)、形成聯(lián)會(huì)復(fù)合體，聯(lián)會(huì)的同源染色體，發(fā)生交叉互換基因重組，產(chǎn)生遺傳物質(zhì)多樣性4）第一次分裂時(shí)，同源染色體分開；第二次分裂時(shí)，姐妹染色單體分離。當(dāng)前第37頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)同源染色體重組產(chǎn)生新的基因組合當(dāng)前第38頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)個(gè)體正常發(fā)育過程中—細(xì)胞數(shù)目增加—有控制的細(xì)胞分裂細(xì)胞類型的增加—有序的細(xì)胞分化當(dāng)前第39頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)

5.3細(xì)胞分化

(celldifferentiation)

概念:

從受精卵開始的個(gè)體發(fā)育過程中，后代細(xì)胞間在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異，形成不同類型細(xì)胞的過程為細(xì)胞分化。人成體有200多種細(xì)胞

細(xì)胞分化的關(guān)鍵在于特異性蛋白質(zhì)的合成基因選擇性表達(dá)（基因組保持相同）當(dāng)前第40頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)細(xì)胞的形態(tài)與功能相適應(yīng)1、形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生差異細(xì)胞分化的特征當(dāng)前第41頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)2、基因選擇性表達(dá)—差別基因表達(dá)每個(gè)細(xì)胞均含有一套完整的遺傳信息每種特定類型細(xì)胞只有一部分特定基因表達(dá)細(xì)胞分化和發(fā)育是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果基因組中可表達(dá)基因分成兩類：

持家基因(house-keepinggenes)

：維持細(xì)胞生存所必需的、在各種細(xì)胞中都表達(dá)的基因。其產(chǎn)物對維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)是必需的

組織特異性基因（奢侈基因）

tissue-specificgenes(luxurygenes)

：不同細(xì)胞中專一性表達(dá)的基因，其產(chǎn)物賦予各種類型細(xì)胞特異的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征與特異的生理功能細(xì)胞分化是組織特異性基因在時(shí)間和空間上差異表達(dá)當(dāng)前第42頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)3、分化細(xì)胞的表型保持穩(wěn)定動(dòng)物細(xì)胞發(fā)生分化后，遺傳表型保持穩(wěn)定，而且不可逆人血細(xì)胞的分化多能性干細(xì)胞T細(xì)胞B細(xì)胞嗜酸白細(xì)胞嗜堿白細(xì)胞中性白細(xì)胞巨噬細(xì)胞血小板紅細(xì)胞當(dāng)前第43頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)4、細(xì)胞決定：一細(xì)胞分化之前，就有了一個(gè)預(yù)先保證細(xì)胞怎樣分化的方向，這一階段為細(xì)胞決定（celldetermination）

1）受精卵具有分化出各種組織細(xì)胞的潛能并建成完整個(gè)體

2)細(xì)胞決定的穩(wěn)定性和遺傳性。3）在發(fā)生形態(tài)差異之前的一定時(shí)間，細(xì)胞分化命運(yùn)已經(jīng)確定果蠅成蟲盤當(dāng)前第44頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)全能性多能性單能性

細(xì)胞分化發(fā)育潛能:細(xì)胞分化能力的強(qiáng)弱稱為發(fā)育潛能

當(dāng)前第45頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)細(xì)胞全能性:細(xì)胞含有使后代細(xì)胞形成完整個(gè)體的潛能，稱為全能性（totipotency）。有些細(xì)胞只能分化出一種細(xì)胞，這種發(fā)育潛能為細(xì)胞的單能性（monopotency）。細(xì)胞發(fā)育過程中細(xì)胞分化的潛能逐漸變小。

植物細(xì)胞具有全能性

受精卵當(dāng)前第46頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)動(dòng)物細(xì)胞核移植證明：細(xì)胞核具有發(fā)育全能性

克隆：clone，一種人工誘導(dǎo)的無性繁殖方式。當(dāng)前第47頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)蛙皮膚細(xì)胞核移植發(fā)育成蝌蚪當(dāng)前第48頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)人造血干細(xì)胞

分化產(chǎn)生8種類型血細(xì)胞僅具有分化成有限組織細(xì)胞類型的潛能多能性（pluripotency）

：動(dòng)物細(xì)胞隨著胚胎的發(fā)育，細(xì)胞逐漸喪失發(fā)育成個(gè)體的能力，僅具有分化成有限細(xì)胞類型及構(gòu)建組織的潛能，成為多潛能性，這種細(xì)胞成為干細(xì)胞（stemcell）。當(dāng)前第49頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)單能性（monopotency）僅能使后代細(xì)胞發(fā)育成為一種細(xì)胞的特性當(dāng)前第50頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)細(xì)胞增殖能力減弱的現(xiàn)象稱為細(xì)胞衰老，它與機(jī)體衰老有一定關(guān)系。細(xì)胞來源人胚肺成纖維細(xì)胞中年人成纖維細(xì)胞老年人成纖維細(xì)胞可增殖代數(shù)60-804030不同年齡來源的人成纖維細(xì)胞的增殖代數(shù)

細(xì)胞的衰老與死亡當(dāng)前第51頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)約100年前~1960年，細(xì)胞“不死性”學(xué)說（魏斯曼）1961年，Hayflick和Moorhead:人體細(xì)胞表現(xiàn)出明顯的衰老、退化和死亡的過程： 人細(xì)胞最高分裂次數(shù)：60~80次；細(xì)胞的增殖能力與供體年齡有關(guān)、早老癥細(xì)胞核而非細(xì)胞質(zhì)決定了細(xì)胞衰老的表達(dá)物種壽命與培養(yǎng)細(xì)胞壽命間存在確定的相關(guān)關(guān)系

龜細(xì)胞最高分裂次數(shù)：90~125次；雞細(xì)胞最高分裂次數(shù)：15~35次；當(dāng)前第52頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)衰老細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化

細(xì)胞核隨分裂次數(shù)增加而增大，核膜呈現(xiàn)內(nèi)折，染色質(zhì)固縮化內(nèi)質(zhì)網(wǎng)彌散性分散于核周胞質(zhì)中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)減少線粒體減少，體積膨脹膜流動(dòng)性降低，膜內(nèi)顆粒分布變化細(xì)胞骨架變化，信號(hào)傳遞系統(tǒng)變化當(dāng)前第53頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)細(xì)胞衰老的分子機(jī)理

●氧化性損傷學(xué)說：該理論認(rèn)為，代謝過程中產(chǎn)生的活性氧基團(tuán)或分子（reactiveoxygenspecies，ROS）引發(fā)的氧化性損傷的積累，最終導(dǎo)致衰老。ROS主要有三種類型：◆O2-,即超氧自由基；◆OH-，即羥自由基◆H2O2ROS的作用：高度活性引發(fā)脂類、蛋白質(zhì)和核酸分子的氧化性損傷，從而導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損傷乃至破壞。清除ROS，就可以延長壽命?！穸肆Ｅc衰老◆有人發(fā)現(xiàn)端粒長度確實(shí)與衰老有著密切的關(guān)系

當(dāng)前第54頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)細(xì)胞死亡——細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死

細(xì)胞凋亡（apoptosis)，又稱程序性細(xì)胞死亡細(xì)胞凋亡是多細(xì)胞生物在發(fā)育過程中，一種由基因控制的主動(dòng)的細(xì)胞生理性自殺行為。細(xì)胞凋亡過程中，細(xì)胞膜反折，包裹斷裂的染色質(zhì)片段或細(xì)胞器，形成眾多凋亡小體，凋亡小體為附近的細(xì)胞吞噬。整個(gè)過程中細(xì)胞膜保持完好，細(xì)胞內(nèi)容物不泄露，不引起炎癥。細(xì)胞壞死時(shí)，細(xì)胞膜發(fā)生滲漏，細(xì)胞內(nèi)容物被釋放到細(xì)胞外，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)。細(xì)胞的衰老與死亡當(dāng)前第55頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)凋亡小體當(dāng)前第56頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)

a正常T細(xì)胞雜b凋亡細(xì)胞；c凋亡細(xì)胞(透射電鏡)交瘤細(xì)胞；

當(dāng)前第57頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)壞死細(xì)胞

凋亡細(xì)胞當(dāng)前第58頁\共有65頁\編于星期五\7點(diǎn)發(fā)生凋亡的細(xì)胞：正常發(fā)育中多余細(xì)胞、無用細(xì)胞、突變細(xì)胞、有害細(xì)胞或衰老細(xì)胞。生物學(xué)意義：維