《細(xì)胞生物》課件細(xì)胞分裂與細(xì)胞周期一

1、 第十二章 細(xì)胞分裂與細(xì)胞周期 Cell Division and Cell Cycle細(xì)胞分裂概述細(xì)胞分裂（cell division）：是細(xì)胞生命活動的重要特征之一，是一個親代細(xì)胞形成兩個子代細(xì)胞的過程。通過細(xì)胞分裂，親代細(xì)胞的遺傳物質(zhì)和某些細(xì)胞組分可以相對均等地分配到兩個子代細(xì)胞中，有效地保證了生物遺傳的穩(wěn)定性。 受精卵分裂分化組織、器官新個體成體細(xì)胞分裂自我更新、創(chuàng)傷修復(fù)細(xì)胞分裂有三種方式：無絲分裂（amitosis）有絲分裂（mitosis）減數(shù)分裂（meiosis） 第一節(jié) 細(xì)胞分裂一、無絲分裂二、有絲分裂三、減數(shù)分裂一、有絲分裂有絲分裂：也稱間接分裂（indirect divis

2、ion），是高等真核生物細(xì)胞分裂的主要方式。在有絲分裂過程中，細(xì)胞核發(fā)生一系列復(fù)雜的變化（DNA復(fù)制、染色體組裝等），細(xì)胞通過形成有絲分裂器，將遺傳物質(zhì)平均分配到兩個子代細(xì)胞中，保證了細(xì)胞在遺傳上的穩(wěn)定性。 有絲分裂是一個連續(xù)的動態(tài)變化過程時間：0.52h。分期前期中期后期末期有絲分裂間期前期前期前中期中期后期后期末期(一) 前期前期（prophase）細(xì)胞變化的主要特征包括：染色質(zhì)凝集、分裂極確定、核仁縮小解體以及紡錘體形成。1.染色質(zhì)凝集前期以核內(nèi)松散的染色質(zhì)纖維螺旋化形成染色體為起始標(biāo)志2.分裂極確定中心體（centrosome）以星體（aster）為軌道，牽引兩個子中心體移向細(xì)胞兩極，

3、它們最后到達(dá)的位置將決定細(xì)胞分裂極。 中心粒 無定形基質(zhì) 中心體3.核仁消失、核膜破裂前期核膜的變化紡錘體(spindle)：是一種對細(xì)胞分裂及染色體分離有重要作用的臨時性細(xì)胞器，由星體微管、動粒微管和重疊微管縱向排列構(gòu)成呈紡錘樣外觀。4.紡錘體形成星體微管：排列于中心體周圍，在中心體向細(xì)胞兩極的移動中起主導(dǎo)作用 動粒微管：由紡錘體的一極發(fā)出，末端附著于染色體動粒上重疊微管：來自紡錘體兩極，彼此在紡錘體赤道面重疊、交叉的微管 染色體列隊：在細(xì)胞進(jìn)入前期末時，染色體高度凝集，分布無規(guī)律。隨著動粒微管正端不斷聚合和解聚的牽引作用，染色體發(fā)生劇烈震蕩和搖擺運動，逐漸移向細(xì)胞中央的赤道面。中期(met

4、aphase)的主要特點：染色體達(dá)到最大程度的凝集，并且非隨機地排列在細(xì)胞中央的赤道面上。此期適合對染色體進(jìn)行數(shù)目和結(jié)構(gòu)的分析。有絲分裂器(mitotic apparatus)組成：染色體、星體、中心粒及紡錘體作用：對于中期以后發(fā)生的染色體分離、染色體向兩極的移動及平均分配到子代細(xì)胞等活動有關(guān)鍵作用 (二)中期中期染色體與紡錘體超微結(jié)構(gòu)(三)后期后期(anaphase)細(xì)胞變化的主要特征：姐妹染色單體分離并移向細(xì)胞的兩極。后期A：動粒微管的微管蛋白發(fā)生去組裝，長度不斷縮短，帶動染色體的動粒向兩極移動 后期B：紡錘體拉長，兩極間的距離增加，染色體向兩極運動(四)末期1.子代細(xì)胞的核形成 在分裂末

5、期，染色體解聚、核仁重新形成、核膜重建，至此兩個子代細(xì)胞的核形成，核分裂完成。末期（telophase）細(xì)胞的主要特點：子代細(xì)胞的核重新形成，胞質(zhì)分裂。當(dāng)細(xì)胞分裂進(jìn)入后期末或末期初，細(xì)胞開始進(jìn)行胞質(zhì)分裂。在中部質(zhì)膜的下方，出現(xiàn)由肌動蛋白和肌球蛋白聚集形成的收縮環(huán)（contractile ring）。 紡錘體解體，聚集于細(xì)胞中部，形成中體。 構(gòu)成收縮環(huán)的肌動蛋白、肌球蛋白微絲束相互滑動，使收縮環(huán)縊縮，形成分裂溝。 分裂溝加深至中體，細(xì)胞發(fā)生斷裂，胞質(zhì)分裂完成。2.胞質(zhì)分裂肌動蛋白和肌球蛋白聚集形成的收縮環(huán)收縮環(huán)中體有絲分裂包括核分裂、胞質(zhì)分裂。有絲分裂的三個最重要的特征：染色質(zhì)凝集、紡錘體出現(xiàn)、

6、收縮環(huán)出現(xiàn)有絲分裂的分子基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化有絲分裂過程示意圖紡錘體產(chǎn)生的合力-決定染色體運動的方向1.重疊微管之間相互滑動對兩極星體產(chǎn)生的推力。2.動粒微管與染色體動粒之間的相互作用對染色體產(chǎn)生拉力。3.星體微管與細(xì)胞膜之間相互作用使星體穩(wěn)定在細(xì)胞兩極的作用力。4.兩條姐妹染色單體在著絲粒處形成的粘著力。染色體著絲粒分裂決定了姐妹染色單體分離，這是染色體向兩極運動的重要條件動粒與微管的連接處是染色體向兩極運動的重要作用點微管動力蛋白是染色體運動的動力染色體準(zhǔn)確等分機制三、減數(shù)分裂減數(shù)分裂：是一種特殊的有絲分裂，發(fā)生于有性生殖細(xì)胞的成熟過程中，DNA復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，子代細(xì)胞

7、中染色體數(shù)目比親代細(xì)胞減少一半。減數(shù)分裂分兩個過程：第一次減數(shù)分裂（meiosis）：完成染色體數(shù)目減半及遺傳 物質(zhì)的交換短暫間期：不發(fā)生DNA合成，無染色體復(fù)制第二次減數(shù)分裂（meiosis）：姐妹染色單體分離意義：保證有性生殖的生物上下代在染色體數(shù)目上的恒定奠定了生物變異及多樣性的基礎(chǔ)減數(shù)分裂過程示意圖(一)第一次減數(shù)分裂第一次減數(shù)分裂可分為：前期I、中期I、后期I、末期I。其中以前期細(xì)胞發(fā)生的生化和形態(tài)變化最為復(fù)雜。具體分為：細(xì)線期、偶線期、粗線期、雙線期、終變期。第一次減數(shù)分裂完成的主要標(biāo)志是：同源染色體分離1.前期主要特征：持續(xù)時間長，從數(shù)周到數(shù)十年不等胞核顯著增大染色質(zhì)凝集染色體配

8、對片段交換 細(xì)線期：同源染色體配對和染色質(zhì)凝集開始，仍呈單條細(xì)線狀。 偶線期：染色質(zhì)進(jìn)一步凝集，同源染色體聯(lián)會。聯(lián)會（synapsis）：指分別來自父母的、形態(tài)及大小相同的同源染色體相互靠近、配對。二價體（bivalent）：同源染色體完全配對后形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。因其共有四條染色單體，又被稱為四分體（tetrad）。聯(lián)會復(fù)合體（synaptonemal complex，SC）：在聯(lián)會的同源染色體之間，沿縱軸方向形成的一種特殊結(jié)構(gòu)。側(cè)生成分與中央成分之間由橫向排列的、被稱為L-C纖維的細(xì)絲相連。兩個側(cè)生成分DNA和蛋白質(zhì)（DNA拓?fù)涿浮⒔M蛋白等）一個中央成分非組蛋白聯(lián)會復(fù)合體形成的生物學(xué)意義：使兩

9、同源染色體之間的連接 變得更為牢固穩(wěn)定二價體中同源染色體的 緊密配對父源姐妹染色單體母源姐妹染色單體染色單體3染色單體1染色單體2染色單體34間期偶線期細(xì)線期粗線期雙線期及其后的終變期聯(lián)會復(fù)合體組裝聯(lián)會復(fù)合體去組裝聯(lián)會復(fù)合體的組裝起于第一次減數(shù)分裂前期的偶線期，在粗線期完成，雙線期解聚與染色體片段的重組直接相關(guān)的結(jié)構(gòu)重組小結(jié)（recombination nodule）：在SC中央新出現(xiàn)的一些橢圓形或球形、富含蛋白質(zhì)及酶的棒狀結(jié)構(gòu)。在此期可合成減數(shù)分裂特有的組蛋白，還可進(jìn)行少量的DNA合成。 粗線期：染色體進(jìn)一步凝集，同源染色體間出現(xiàn)染色體片段的交換及重組。 雙線期：SC逐漸消失，同源染色體發(fā)生

10、交叉。此期持續(xù)時間長，人卵母細(xì)胞的雙線期可持續(xù)50年之久。交叉（chiasma）：SC發(fā)生去組裝，逐漸趨于消失，緊密配對的同源染色體相互分離，僅在非姐妹染色單體之間的某些部位上殘留一些接觸點，稱為交叉。交叉端化（chiasma terminalization）：隨著雙線期的進(jìn)行，交叉逐漸遠(yuǎn)離著絲粒，向染色體臂的末端部推移，數(shù)目也由此減少，此現(xiàn)象稱為交叉端化。 終變期：同源染色體凝集成短棒狀；交叉端化繼續(xù)進(jìn)行；核仁消失，核膜解體，紡錘體形成；染色體開始移向赤道面。同源染色體向細(xì)胞中部匯集，最終排列于細(xì)胞的赤道面上。2.中期與有絲分裂不同的是：動粒位于一對姐妹染色單體的同一側(cè)，并與同側(cè)微管相連。減

11、數(shù)分裂中期I染色體（A）與有絲分裂中期染色體（B）動粒微觀連接方式比較3.后期同源染色體彼此分離并開始移向細(xì)胞的兩極非同源染色體之間以自由組合的方式進(jìn)入兩極4.末期兩個子代細(xì)胞形成，各含比親代細(xì)胞（2n）少一半的染色體（n），每條染色體著絲粒上連接有兩條染色單體。 (二)間期第一次減數(shù)分裂后出現(xiàn)短暫的間期，此時期不發(fā)生DNA合成，無染色體復(fù)制，細(xì)胞中染色體數(shù)目已經(jīng)減半。某些生物第一次減數(shù)分裂結(jié)束后，可以不經(jīng)過這一間期，直接進(jìn)入第二次減數(shù)分裂。(三)第二次減數(shù)分裂與有絲分裂過程相似，分為以下幾個時期：前期：染色體凝集，紡錘體形成；核仁、核膜消失。中期：染色體排列在赤道面上。后期：姐妹染色單體彼此

12、分離，并移向細(xì)胞兩極。末期和胞質(zhì)分裂：染色體去凝集，核仁和核膜重新出現(xiàn)；新的子代細(xì)胞形成，其染色體數(shù)目仍然為（n）。減數(shù)分裂與有絲分裂的比較有絲分裂減數(shù)分裂發(fā)生范圍體細(xì)胞生殖細(xì)胞分裂次數(shù)12分裂過程前期無染色體的配對、交換、重組有染色體的配對、交換、重組（前期）中期二分體排列于赤道面上，動粒微管與染色體的兩個動粒相連四分體排列于赤道面上，動粒微管只與染色體的一個動粒相連（中期 ）后期染色單體移向細(xì)胞兩極同源染色體分別移向細(xì)胞兩極（后期 ）末期染色體數(shù)目不變?nèi)旧w數(shù)目減半（末期 ）分裂結(jié)果子細(xì)胞染色體數(shù)目與分裂前相同，子細(xì)胞遺傳物質(zhì)與親代細(xì)胞相同子細(xì)胞染色體數(shù)目比分裂前少一半，子細(xì)胞遺傳物質(zhì)與親

13、代細(xì)胞及子細(xì)胞之間均不相同持續(xù)時間一般為 1-2h 較長，可為數(shù)月、數(shù)年、數(shù)十年一、無絲分裂無絲分裂：又稱直接分裂（direct division），是低等生物主要的增殖方式，也存在于高等動物細(xì)胞中。特點：分裂過程中細(xì)胞核膜不消失，無紡錘絲形成及染色體組裝，由親代細(xì)胞直接斷裂形成子代細(xì)胞。分裂過程：胞核拉長，高爾基體位移至中心體附近 胞核進(jìn)一步拉長并從中間斷裂 胞質(zhì)被一分為二 兩個子代細(xì)胞形成 高等動物細(xì)胞分布：創(chuàng)傷、癌變及衰老的細(xì)胞上皮組織、疏松結(jié)締組織、肌組織及肝臟等組織的細(xì)胞 第二節(jié) 細(xì)胞周期及其調(diào)控一、細(xì)胞周期概述二、細(xì)胞周期的主要變化三、細(xì)胞周期的調(diào)控四、細(xì)胞周期調(diào)控中癌基因和抑癌基

14、因的作用一、細(xì)胞周期概述細(xì)胞周期（cell cycle）：細(xì)胞從上次分裂結(jié)束到下次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的規(guī)律性變化稱為一個細(xì)胞周期。分裂期 (mitosis,M期)分裂間期(interphase)細(xì)胞周期 (cell cycle)核分裂質(zhì)分裂G1期(DNA合成前期)S 期 (DNA合成期)G2期(DNA合成后期)在高等生物中，一個細(xì)胞周期通常持續(xù)1232h，分裂期所需時間較短G1期是影響細(xì)胞周期時間的關(guān)鍵 典型的人的體細(xì)胞的細(xì)胞周期時間是24小時G1期約11小時S期約8小時G2期4小時M期1小時哺乳動物細(xì)胞周期時間表細(xì)胞類型 TC TG1 TS T G2+M結(jié)腸上皮細(xì)胞 25.0 9.0 14.0

15、2.0直腸上皮細(xì)胞 48.0 33.0 10.0 5.0胃上皮細(xì)胞 24.0 9.0 12.0 3.0骨髓細(xì)胞 18.0 2.0 12.0 4.0十二指腸隱窩細(xì)胞 10.4 2.2 7.0 1.2內(nèi)釉質(zhì)上皮細(xì)胞 27.3 16.0 8.0 3.3淋巴細(xì)胞 12.0 3.0 8.0 1.0肝細(xì)胞 47.5 28.0 16.0 3.5精原細(xì)胞 60.0 18.0 24.5 15.5+2.0小腸隱窩上皮 13.1 4.6 6.9 1.0+0.7十二指腸上皮細(xì)胞 10.3 1.3 7.5 1.5結(jié)腸上皮細(xì)胞 19.0 9.0 8.0 2.0皮膚上皮細(xì)胞 101.0 87.0 11.82 2.18乳腺上

16、皮 64.0 37.7 21.7 3+1.6人大鼠小鼠注：TC 細(xì)胞周期；TG1、TS、T G2+M 分別為G1、S期、G2/M期的時間。 二、細(xì)胞周期的主要變化主要特點：RNA的合成活躍：RNA聚合酶活性升高，產(chǎn)生rRNA、tRNA、mRNA蛋白質(zhì)合成活躍：合成DNA復(fù)制起始與延伸所需的酶類、G1期向S期轉(zhuǎn)換過程中起重要作用的一些蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的磷酸化：組蛋白、非組蛋白及某些蛋白激酶發(fā)生磷酸化細(xì)胞膜對物質(zhì)的轉(zhuǎn)運作用加強：對氨基酸、核苷酸、葡萄糖等小分子營養(yǎng)物質(zhì)攝入量增加，對一些可能參與G1期向S期轉(zhuǎn)變調(diào)控物質(zhì)的轉(zhuǎn)運也增加 (一)G1期是DNA復(fù)制的準(zhǔn)備期特點：進(jìn)行大量的DNA復(fù)制：早復(fù)制的多為GC含量較高的DNA序列，而晚復(fù)制的DNA序列AT含量較高；常染色質(zhì)的復(fù)制在先，異染色質(zhì)復(fù)制在后。合成組蛋白及非組蛋白：組蛋白的合成與DNA復(fù)制同步進(jìn)行，新合成的組蛋白迅速進(jìn)入胞核，與已復(fù)制的DNA結(jié)合，組裝成染色體組蛋白持續(xù)磷酸化 中心粒的復(fù)制：一對中心粒彼此發(fā)生分離，然后各自在其垂直方向形成一個子中心粒。 (二)S期完成DNA復(fù)制特點：染色體凝集及分離核膜、核仁破裂及重建紡錘體、收縮環(huán)形成繼胞核發(fā)生分裂形成兩個子核后，胞質(zhì)一分為二，細(xì)胞完成分裂特點：大量合成R