第九章 細(xì)胞增殖及其調(diào)控課件

第九章

細(xì)胞增殖及其調(diào)控

第一節(jié)細(xì)胞周期第二節(jié)細(xì)胞分裂第三節(jié)細(xì)胞周期的調(diào)控第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞增殖細(xì)胞生長：蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)的合成

DNA復(fù)制細(xì)胞分裂：細(xì)胞一分為二，產(chǎn)生新的子代細(xì)胞細(xì)胞生長和細(xì)胞分裂是相互聯(lián)系呈周期性進(jìn)行的過程，這一過程就稱為細(xì)胞增殖。第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控第一節(jié)細(xì)胞周期一、細(xì)胞周期概述二、細(xì)胞周期的時相三、細(xì)胞周期同步化第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控一、細(xì)胞周期概述細(xì)胞周期：是指從上一次細(xì)胞分裂結(jié)束開始，經(jīng)過物質(zhì)積累，到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束為止所經(jīng)歷的過程。細(xì)胞周期劃分：

分裂間期:G1期，S期，G2期

分裂期:M期細(xì)胞類群：根據(jù)增殖狀況，分為三類①連續(xù)分裂細(xì)胞：又稱周期性細(xì)胞，在細(xì)胞周期中連續(xù)運轉(zhuǎn)。

②休眠細(xì)胞：又稱G0期細(xì)胞，暫時脫離細(xì)胞周期，但在某些條件誘導(dǎo)下可重新進(jìn)入細(xì)胞周期。③終末分化細(xì)胞：指永久性失去分裂能力的細(xì)胞。

第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控圖10-1細(xì)胞周期第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控二、細(xì)胞周期的時相細(xì)胞周期中的各個階段也稱為時相。

G1期：即合成前期，主要合成細(xì)胞生長所需要的rRNA、多種蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和糖類等，同時染色質(zhì)去凝集。S期：DNA合成期，主要進(jìn)行DNA合成，此外組蛋白與非組蛋白，與DNA合成有關(guān)的酶也在這一時期合成。G2期：DNA合成后期，主要合成與細(xì)胞分裂相關(guān)的蛋白，及大量的ATP。M期：即細(xì)胞分裂期，主要特點是染色體凝集，遺傳物質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)其他物質(zhì)平均分配給子細(xì)胞。第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控三、細(xì)胞周期同步化

細(xì)胞同步化：是指在自然過程中發(fā)生或經(jīng)人為處理后，使一個特定的細(xì)胞群中所有細(xì)胞都處于細(xì)胞周期的同一個時期的過程。

（一）自然同步化

（二）人工同步化第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控（一）自然同步化

多核體：如粘菌只進(jìn)行核分裂，而不發(fā)生胞質(zhì)分裂，形成多核體。某些水生動物的受精卵：許多水生動物可以一次產(chǎn)下多個卵，這些卵同時受精，則可同時進(jìn)行卵裂。如海膽、海參、兩棲類。粘菌第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控（二）人工同步化

選擇同步化：是指用物理方法，將處于細(xì)胞周期中同一階段的細(xì)胞，從非同步化的群體中分離出來。誘導(dǎo)同步化

：又叫化學(xué)同步化，是指利用化學(xué)藥物誘導(dǎo)，使非同步化培養(yǎng)的細(xì)胞暫時阻斷在細(xì)胞周期的某個階段，最終使所有細(xì)胞達(dá)到同步化生長。第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控選擇同步化

有絲分裂選擇法：原理：根據(jù)細(xì)胞周期不同階段，細(xì)胞生理變化設(shè)計。M期細(xì)胞與培養(yǎng)皿的附著性低，振蕩脫離器壁收集。優(yōu)點：同步化程度高，細(xì)胞不受藥物傷害；缺點：分離的細(xì)胞數(shù)量少，操作繁瑣，只適用于貼壁細(xì)胞。

密度梯度離心法：原理：根據(jù)不同時期的細(xì)胞體積和重量上存在差別進(jìn)行分離。優(yōu)點：可用于任何懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞，簡單省時；缺點：同步化程度較低。第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控誘導(dǎo)同步化

DNA合成阻斷法原理：利用DNA合成的抑制劑，可逆地抑制DNA合成，而不影響其它時期細(xì)胞的運轉(zhuǎn)，最終可將細(xì)胞群阻斷在S期或G1/S交界處。

常采用TdR雙阻斷法：加入過量TdR，移去，再加入。優(yōu)點：同步化程度高，適用于任何培養(yǎng)體系；缺點：誘導(dǎo)過程可造成細(xì)胞非均衡生長。

分裂中期阻斷法：利用破壞微管聚合的藥物，來抑制有絲分裂器的形成，將細(xì)胞阻斷在有絲分裂中期。優(yōu)點：操作簡單，無非均衡生長；缺點：藥物的毒性較大，可逆性較差。第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控圖10-2細(xì)胞周期中不同時相G1/S第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控第二節(jié)細(xì)胞分裂

一、細(xì)胞分裂的類型二、有絲分裂三、減數(shù)分裂第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控一、細(xì)胞分裂的類型無絲分裂又稱直接分裂，由R.Remark（1841）首次發(fā)現(xiàn)于雞胚血細(xì)胞。有絲分裂又稱間接分裂，由W.Fleming(1882)年首次發(fā)現(xiàn)于動物，E.Strasburger（1880）年發(fā)現(xiàn)于植物。減數(shù)分裂是指染色體復(fù)制一次而細(xì)胞連續(xù)分裂兩次的分裂方式，是高等動植物配子形成的分裂方式。第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控二、有絲分裂有絲分裂間期：包括G1期、S期和G2期，主要進(jìn)行DNA復(fù)制、中心體復(fù)制等準(zhǔn)備工作。有絲分裂期是一個連續(xù)的過程，為了便于描述人為的劃分為六個時期：前期(prophase)；前中期(premetaphase)；中期(metaphase)；后期(anaphase)；末期(telophase)；胞質(zhì)分裂期(cytokinesis)第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控10-3中心體的復(fù)制過程第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

特征：①染色質(zhì)凝縮②分裂極確立與紡錘體開始形成③核仁解體④核膜消失。

核膜破裂成小的膜泡，是由核纖層蛋白磷酸化導(dǎo)致核纖層解體。圖10-4有絲分裂前期（1）前期第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

特征：紡錘體形成，染色體向赤道面移動。

紡錘體微管與染色體的動粒結(jié)合，捕捉住染色體，向兩極移動；紡錘體微管捕捉住染色體后，形成三種類型的微管圖10-5有絲分裂前中期（2）前中期第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控紡錘體微管①動粒微管（kinetochoremt）：由中心體發(fā)出，連接在動粒上，負(fù)責(zé)將染色體牽引到紡錘體上。②星體微管（astralmt）：由中心體向外放射出，末端結(jié)合有分子馬達(dá)，負(fù)責(zé)兩極的分離，同時確定紡錘體縱軸的方向。③極體微管（polarmt或overlapmt）：由中心體發(fā)出，在紡錘體中部重疊，重疊部位結(jié)合有分子馬達(dá)，負(fù)責(zé)向兩極推開。第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控圖10-6三種紡錘體微管第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

特征：所有染色體排列到赤道板上。圖10-7有絲分裂中期（3）中期第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

特征：排在赤道板上的姐妹染色單體分離，向兩極運動。

后期A：動粒微管去裝配變短，染色體產(chǎn)生兩極運動；后期B：極性微管長度增加，兩極之間的距離拉長。圖10-8有絲分裂后期（4）后期第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控圖10-9姐妹染色單體被分開的過程第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

特征:染色體解螺旋形成細(xì)絲,出現(xiàn)核仁和核膜。圖10-10有絲分裂末期（5）末期第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

特征：形成收縮環(huán)，收縮環(huán)收縮形成兩個子細(xì)胞。

胞質(zhì)分裂開始時，大量肌動蛋白和肌球蛋白在中間體處組裝成微絲束，環(huán)繞細(xì)胞，稱為收縮環(huán)。圖10-11胞質(zhì)分裂期（6）胞質(zhì)分裂期第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

胞質(zhì)分裂過程第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控植物細(xì)胞的有絲分裂第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控三

減數(shù)分裂減數(shù)分裂是一種特殊的有絲分裂，是生殖細(xì)胞產(chǎn)生配子的過程。特點是DNA復(fù)制一次，而細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，形成四個單倍體的子細(xì)胞。（一）減數(shù)分裂過程（二）減數(shù)分裂過程中的遺傳重組及其機(jī)理（三）減數(shù)分裂的生物學(xué)意義第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控一、減數(shù)分裂過程

1、間期細(xì)胞在進(jìn)入減數(shù)分裂之前要經(jīng)過一個較長的間期，稱為前減數(shù)分裂間期。

2、分裂期

減數(shù)分裂I

減數(shù)分裂II

第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控減數(shù)分裂Ⅰ

前期Ⅰ中期Ⅰ主要特點是染色體排列在赤道面上

后期Ⅰ進(jìn)入后期Ⅰ后，同源染色體在兩極紡錘體的作用下分開,并逐漸移向兩極。

末期Ⅰ

染色體到達(dá)兩極后，解旋為細(xì)絲狀、核膜重建、核仁形成，同時進(jìn)行胞質(zhì)分裂。

減數(shù)分裂間期

在減數(shù)分裂I和II之間的間期很短，不進(jìn)行DNA的合成。第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控圖10-12減數(shù)分裂Ⅰ過程第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控前期Ⅰ

減數(shù)分裂的特殊過程主要發(fā)生在前期I，分為5個時期：細(xì)線期：又稱為凝線期，染色體呈細(xì)線狀。偶線期：又稱配對期，染色質(zhì)進(jìn)一步凝集，同源染色體發(fā)生配對，稱為聯(lián)會。粗線期：又稱重組期，此時染色體變短，結(jié)合緊密，這一時期同源染色體的非姊妹染色單體之間發(fā)生交換重組。雙線期：聯(lián)會的同源染色體相互排斥、開始分離，但交叉點上還保持著聯(lián)系。終變期：此期染色質(zhì)又被包裝壓縮成染色體，是觀察染色體的良好時期。

第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控圖10-13前期I的染色體行為核仁第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控圖10-14偶線期的染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控圖10-15雙線期的染色體交叉第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控減數(shù)分裂Ⅱ

可分為前、中、后、末四個時期，與有絲分裂相似通過減數(shù)分裂一個精母細(xì)胞形成4個精子而一個卵母細(xì)胞形成一個卵子及2-3個極體。第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控圖10-16性細(xì)胞配子發(fā)生過程精原細(xì)胞初級精母細(xì)胞精子細(xì)胞卵原細(xì)胞初級卵母細(xì)胞第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控（二）減數(shù)分裂過程中的遺傳重組及其機(jī)理

在減數(shù)分裂過程中發(fā)生了兩種方式的遺傳重組∶同源染色體間的交換重組

染色體分離時的自由組合第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控同源染色體間的交換重組

聯(lián)會與聯(lián)會復(fù)合體（SC）聯(lián)會是在減數(shù)分裂的偶線期兩條同源染色體側(cè)面緊密相帖并進(jìn)行配對的現(xiàn)象。染色體聯(lián)會伴隨一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的形成：聯(lián)會復(fù)合體。

染色體重組---交換與交叉

同源染色體聯(lián)會期間，同源染色體要發(fā)生斷裂和重接，在此過程中發(fā)生同源染色體間的交換，隨著雙線期的進(jìn)行，交叉開始遠(yuǎn)離著絲粒，向染色體臂的端部移動，稱為交叉端化。交叉是交換的結(jié)果。

第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控圖10-17聯(lián)會復(fù)合體的結(jié)構(gòu)第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控圖10-18同源染色體聯(lián)會時的交換和交叉第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控染色體分離時的自由組合在減數(shù)分裂中期Ⅰ，同源染色體配對排列在赤道板上，染色體組在赤道板上排列是隨機(jī)性的，這樣就會有不同的自由組合方式。圖10-19減數(shù)分裂中染色體組的自由組合重組第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控（三）減數(shù)分裂的生物學(xué)意義

減數(shù)分裂保證了有性生殖生物在世代交替中染色體數(shù)目的恒定。

減數(shù)分裂是遺傳重組的原動力，增加了生物多樣性。第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控圖10-20有絲分裂與減數(shù)分裂的比較第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控第三節(jié)細(xì)胞周期的調(diào)控

一、細(xì)胞周期調(diào)控因素二、細(xì)胞周期運轉(zhuǎn)的調(diào)控三、細(xì)胞周期的檢驗點第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控一、細(xì)胞周期的調(diào)控因子cdc基因細(xì)胞周期蛋白細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶促成熟因子細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控cdc基因在細(xì)胞周期調(diào)控中，有一類基因的表達(dá)具有細(xì)胞周期依賴性，其產(chǎn)物參與了細(xì)胞周期調(diào)控，這類基因稱為細(xì)胞分裂周期基因（cdc)。Cdc2表達(dá)產(chǎn)物P34cdc2，是一種蛋白激酶，在G2/M交界處起調(diào)控作用。Cdc28表達(dá)產(chǎn)物P34cdc28，也是一種蛋白激酶，在G1/S及G2/M交界處起調(diào)控作用。第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞周期蛋白（cyclin）

這類蛋白濃度隨細(xì)胞周期的變化而變化。Cyclin可分為A、B、C、D、E、F、G、H等幾大類，需要與CDK蛋白結(jié)合，參與細(xì)胞周期活動調(diào)節(jié)。Cyclin均含有一段保守的氨基酸序列，稱為周期蛋白框，介導(dǎo)與CDK的結(jié)合。第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（CDK）它是一類可以與Cyclin結(jié)合，并表現(xiàn)出激酶活性的一類蛋白，統(tǒng)稱為CDK激酶。包括CDK1~CDK8，CDK1即Cdc2表達(dá)產(chǎn)物P34cdc2各種CDK分子均含有類似的CDK激酶結(jié)構(gòu)域，此結(jié)構(gòu)域中一段序列很保守，與Cyclin的結(jié)合有關(guān)。CDK激酶是Cyclin與CDK蛋白形成的復(fù)合物，Cyclin是調(diào)節(jié)亞單位，CDK是催化亞單位。第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控促成熟因子（MPF）MPF是一種在G2期形成，能促進(jìn)M期啟動的調(diào)控因子。MPF是異二聚體，由催化亞基CDK1和調(diào)節(jié)亞基CyclinB構(gòu)成。MPF=CDK1=p34cdc2+cyclinBMPF活化后表現(xiàn)出蛋白激酶活性，可以使多種蛋白底物磷酸化，促進(jìn)細(xì)胞由G2期進(jìn)入M期。第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控圖10-21MPF結(jié)構(gòu)示意圖第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控圖10-22MPF的功能第九章細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶

抑制蛋白（CDKI）它是對C