第十一章-细胞增殖及其调控.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十一章 细胞增殖及其调控机制,细胞周期与细胞分裂,细胞周期的调控,第一节 细胞周期与细胞分裂,细胞周期（,cell cycle,）,细胞分裂（,cell division,）,1.1 细胞周期（cell cycle）,细胞周期概述,细胞周期时间长短的测定,细胞周期同步化,细胞周期中各时期的特征,特异的细胞周期,细胞周期概述,细胞周期的概念（concept of cell cycle）：指,从一次细胞分裂结束开始，到下一次细胞分裂,结束所经历的整个过程。分为：物质积累期（间期或静止期）和细胞分裂期。,细胞周期时相组成,：G,1,S G,2,M,根据增殖状况，细胞的类型：,细胞周期长短的测定方法,标记有丝分裂百分数法,（,percentage labeled,mitosis,，,PLM,）,流式细胞分选仪测定法,(,Flow,Cytometry,),实时（,real time,）摄像技术,原理：是对测定细胞进行脉冲标记、定时取材、利用放射自显影技术显示标记细胞，通过统计标记有丝分裂细胞百分数的办法来测定细胞周期。,优点：可以测定细胞周期的总时间和各阶段的时间，结果明了易分析。,缺点：操作技术有一定的难度；具有一定的危险性；同位素的放射性逐渐衰减，误差较大。,标记有丝分裂百分数法（PLM),细胞周期各阶段的时间与PLM的关系,Ts,流式细胞分选仪测定法,(Flow Cytometry)：,流式细胞分选仪,是一种快速测定和分析流体中细胞或颗粒物各种参数的大型实验仪器。,缩时摄像技术：,可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。,细胞周期同步化,概念：细胞同步化是指在自然过程中发生的，或经人为处理造成的细胞周期的同步化。,类型：,自然同步化,人工同步化：选择同步化：有丝分裂选择法,细胞沉降分离法,诱导同步化：DNA合成阻断法,中期阻断法,自然同步化,概念：自然界存在的细胞周期同步过程，称为自然同,步化。,类型：多核体：粘菌、疟原虫。,水生动物的受精卵：海胆、海参、两栖类。,增殖抑制解除后细胞的同步分裂：真菌的休眠,孢子移入适宜环境后，一起发芽，同步分裂。,人工同步化,选择同步化,1）,有丝分裂选择法,：M期细胞与培养皿的附着性低，振荡脱,离器壁收集。,优点：操作简单，同步化程度高，细胞不受药物的伤害。,缺点：获得的细胞数量少。,2）,细胞沉降分离法,：,根据不同时期的细胞在体积和重量上存,在差别进行分离。,优点：可用于任何悬浮培养的细胞。,缺点：同步化程度低。,诱导同步化,1）,DNA合成阻断法,：,选用,DNA,合成的抑制剂，可逆地抑制,DNA,合成，而不影响其他时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在,S,期或,G/S,交界处。,5-,氟脱氧尿嘧啶、羟基脲、高浓度,ADR,、,GDR,和,TDR,，均可抑制,DNA,合成使细胞同步化。,在细胞处于对数生长期的培养基中加入过量,TDR,，,S,期细胞被抑制，其它细胞继续运转，最后停在,G,1,/S,交界处。移去,TDR,，洗涤细胞并加入新鲜培养液、细胞又开始分裂。当释放时间大于,T,S,时，所有细胞均脱离,S,期，再次加入过量,TDR,，细胞继续运转至,G,1,/S,交界处，被过量,TDR,抑制而停止。,优点：同步化程度高，适用于任何培养体系。可将几乎所有的细胞同步化。,缺点：产生非均衡生长，个别细胞体积增大。,2,）,中期阻断法,：利用破坏微管的药物将细胞阻断在中期，常用的药物有秋水仙素和秋水仙酰胺，后者毒性较少。,优点：无非均衡生长现象；缺点：可逆性较差。,细胞周期中各时期的特征,G,1,期：细胞表面有泡状物，染色质去凝集；蛋白质、糖类、脂质等开始合成。,S期：细胞表面光滑，小泡和微绒毛明显减少，DNA复制，中心体也在此期完成复制。,G,2,期：细胞表面许多微绒毛，合成一定数量的蛋白质和RNA。,M期：细胞分裂期，细胞呈球状，表面覆盖微绒毛。,特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细胞周期。,爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期,酵母细胞的细胞周期,植物细胞的细胞周期,细菌的细胞周期,特异的细胞周期,爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期,细胞在成熟过程已经积累了大量的物质，不需要临时合成物质。,G1,期、,G2,期非常短，以至于认为细胞周期只有,S,期和,M,期。,子细胞在,G1,期、,G2,期不生长，,越分裂体积越小,。,参与细胞周期的调控因子和调控机制和标准的细胞周期比较一致。,酵母细胞的细胞周期,酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似。,特点：细胞周期持续时间短；,封闭式细胞分裂，即细胞分裂时核膜不解聚；,纺锤体位于细胞核内；,在一定的环境下可以进行有性繁殖。,裂殖酵母细胞周期,芽殖酵母细胞周期,植物细胞的细胞周期,植物细胞周期的时相和动物细胞的标准细胞周期相似，都含有G,1,、G,2,、S、M期。,植物细胞没有中心体，但细胞分裂时可以正常组装纺锤体；,植物细胞的形态不发生变化，以形成中间板的形式进行胞质分裂。,植物细胞成膜体的形成,细菌的细胞周期,慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定相似之处。其,DNA,复制之前的准备时间与,G,1,期类似。分裂之前的准备时间与,G,2,期类似。再加上,S,期和,M,期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期。,细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最基本的,DNA,复制速度之间的矛盾。,1.2 细胞分裂（cell division）,参与细胞分裂的亚细胞结构,细胞分裂（,cell division,）,参与细胞分裂的亚细胞结构,中心体（,centrosome,）,动粒（,kinetochore,）,与着丝粒（,centromere,）,纺锤体（,splindle,）,中心体（centrosome）,中心体是动物细胞中的主要的微管组织中心。它由一对相互垂直的中心粒（centrioles）及其周围的基质构成。中心粒由微管构成，呈圆筒状结构，外围基质的主要成分是,微管蛋白。中心体和外围的微管合成为星体，星体参与纺锤体的装配。,中心体周期,（centrosome cycle）：G,1,期末复制；G,2,期移向细胞两极，并组织星体和纺锤体；细胞分裂结束，分布在两个子细胞中。,Centrosome cycle,动粒与着丝粒,着丝粒：是指染色体主缢痕部位的染色质，它把姊妹染色体单体连接在一起，并把染色体分成两个臂。,动粒：是位于着丝粒两侧由蛋白质构成的三层盘状或球状结构。和纺锤体相连，与染色体的向极移动有关。,动粒的结构,：内层（着丝粒染色质）,中层（细纤维横跨）,外层（微管）,纺锤体（spindle）,概念（,concept,）：,由微管和微管蛋白组成的参与染色体向极移动的纺锤式的结构。,结构组成,：动粒微管：一端和中心体相连，另一端和动粒相连。,极性微管：一端和中心体相连，另一端游离或者是相互搭桥。,装配,：微管在中心体周围的装配：,微管蛋白,中心体的分离：移动素类蛋白（,KRPs,）,胞质动力蛋白（,dynein,）,纺锤体的形态结构,纺锤体的装配,二、细胞分裂（cell division）,细胞分裂的类型,有丝分裂（,mitosis,）,减数分裂（,meiosis,）,细胞分裂分为无丝分裂（amitosis）、有丝分裂（mitosis）和减数分裂（meiosis）三种类型。,无丝分裂,（,amitosis,）又称为直接分裂（,direct division,），由雷马克（,R.Remark,）,1841,年首次发现于鸡胚血细胞。主要表现为细胞核伸长，从中部缢缩，然后细胞质分裂，期间不涉及纺锤体形成及染色体变化，因此称为无丝分裂。,（一）细胞分裂的类型,有丝分裂,（,mitosis,）又称为间接分裂（,indirect division,）,，由,W.Fleming,（,1882,）年首次发现于动物及,E.Strasburger,（,1880,）,年发现于植物。特点是有纺锤体的出现和染色体的变化，最终子染色体被平均分配到子细胞，这种分裂方式普遍见于高等动植物。,减数分裂,（,meiosis,）,是指染色体复制一次而细胞连续分裂两次的分裂方式，是高等动植物配子体形成的分裂方式。,（二）,有丝分裂,（mitosis）,有丝分裂保证了携带遗传信息的染色体一代代以相同的染色体数目传递下去，从而维持了遗传的稳定性。,有丝分裂的整个过程人为地划分成分裂间期和分裂期，其中包括,前期、前中期、中期、后期、末期、胞质分裂期,6个阶段,（图）,。,前中期,胞质分裂期,前期（prophase）,染色质凝缩：,H1,组蛋白的磷酸化诱导染色质由线形经过螺旋化，折叠和包装等过程形成,早期染色体结构,。,前期末,动粒,形成。,有丝分裂器开始装配，分裂极确定：,中心体,复制完成，,移 向两极,，参与,纺锤体,的装配。,核仁解体：核仁在前期末缩小并消失，,rDNA,缩回染色体的次縊痕处。,前期两个中心体向两极移动,概念：纺锤体（,spindle,）是由大量微管纵向排列组成的中间宽两极小的细胞器，形状象纺锤，因此称为,纺锤体,。动物细胞的纺锤体两端有星体（由中心粒构成的）称为有星纺锤体。植物细胞的纺锤体没有星体称无星纺锤体。,组成：纺锤体由极间丝（连续丝、极间微管）、着丝点丝（染色体牵丝）、星体丝和区间丝四种微管组成。,极间丝：,指一极与另一极相连的纺锤丝，但绝大多数极间 丝（连续丝）并非真正连续，而是来自两极的微管在赤道面彼此相搭，侧面结合。,着丝点丝,：是指一端由极部发出，另一端结合到着丝点上的微管，又称为动粒微管。,星体丝,：是指围绕中心粒向外辐射状发射的微管。,区间丝：,是指在后期和末期时连接已经分向两极的染色单体或子核之间的微管。,前中期（premetaphase）,前中期（premetaphase）,是指核膜破裂到染色体排列到赤道板之前的这段时间。,染色体凝集变粗，形成,X,形染色体,结构，染色体作旋转，震荡等剧烈运动。,核膜破裂，以小膜泡的形式分散在细胞质中；,核纤层蛋白的磷酸化使核纤层解聚成核纤层蛋白；,前期纺锤体形成,：细胞核周围的纺锤体侵入到细胞的中心区，部分纺锤体微管结合到染色体的动粒上。,中期（metaphase）,中期,是指染色体排列到赤道面上，到姊妹染色单体开始分向两极的一段时间，动物染色体呈辐射状排列。染色体两边的牵引力达到平衡。,主要特征,：形成典型的纺锤体（,spindle,）；,染色体排列在赤道板上。,染色体排列到赤道板上的机制,牵拉假说,：,染色体向赤道板方向运动，是由于动粒微管牵拉的结果。动粒微管越长，拉力越大，当来自两极的动粒微管的拉力相等时，染色体被稳定在赤道板上。,外推假说,：,染色体向赤道板方向的移动，是由于星体的排斥力将染色体外推的结果。染色体距离中心体越近，星体对染色体的外推力越强，当来自两极的推力达到平衡时，染色体被稳定在赤道板上。,正端,正端,后期（anaphase）,后期指姊妹染色单体分开并移向两极的过程，分为,后期A,和,后期B,两个过程。,末期（telophase）,染色体到达两极；,动粒微管消失，极性微管继续加长；,核膜、核仁和部分细胞器重新装配。,胞质分裂（cytokinisis）,有丝分裂的变异,不进行胞质分裂，形成二核或多核细胞；,染色体后期不开，或者进行核内有丝分裂，形成多倍体；,姐妹染色单体不分离，形成双份染色体；,细胞周期中缺少M期，核染色体反复加倍而不分开，形成多线染色体；,体细胞进行减数分裂，形成单倍体；,多极分裂，由纺锤体极部纵裂并转向，引起多极分裂。,三、减数分裂（,meiosis,）,减数分裂的概念与过程,减数分裂的意义,减数分裂的特点,配子的发生过程,（一）减数分裂的概念与过程,概念：减数分裂是细胞只进行一次,DNA,复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。,减数分裂的,过程,减数分裂,的过程,减数分裂间期,：,S期持续的时间比较长，并且DNA进行不完全复制，复制总量的99.7%99.9%。,减数分裂分裂期,：,减数分裂期,：前期、前中期、中期、后期、末期和胞质分裂期等6个阶段。,减数分裂期：前期、前中期、中期、后期、末期和胞质分裂期等6个阶段。,前期,（prophase）,前期,所发生的主要变化主是合成一定量的,RNA和蛋白质,，并进行,染色体配对,和,基因重组,。,根据细胞形态的变化分为：,细线期,、,偶线期,、,粗线期,、,双线期,、,终变期,5个阶段。,细线期（leptotene）,染色质凝集，显微镜下呈细丝状，分辨不出两条染色单体，细纤维状的染色体上分布有念珠状的,染色粒,。在这个时期，由于染色体细线交织在一起，偏向核的一方，所以又称为,凝线期（,synizesis,）,。,染色体端粒通过接触斑和核膜相连，而其它部分以半环状延伸到核基质中，对于接触斑位于细胞核一侧的物种来说形似花束，称为,花束期（,bouquet stage,）。,偶线期（zygotenen）,特征：,同源染色体配对，形成,联会复合体,（,synaptonemal,complex,，,SC,）。在光镜下可以看到两条结合在一起的染色体，称为,二价体,（,bivalent,）。每一对同源染色体都经过复制，含四个染色单体，所以又称为,四分体,。,合成偶线期,DNA,（,zygDNA,）。,利于联会发生的因素,：,边侧成份：蛋白质和DNA,中央区,重组节,LC纤维,利于联会的因素,染色体端部附着在核膜上；,合成的偶线期DNA分布在整个染色体表面，利于同源染色体准确配对；,形成的联会复合体位于同源染色体的空隙处；,联会受遗传因素的控制；,和微管有关，微管帮助染色体和核膜接触及染色体之间的接近。,粗线期（pachytene）,染色体进一步浓缩，变粗变短，结合紧密，在光镜下只在局部可以区分同源染色体。,重组节形成，染色体发生交换和重组。,合成一小部分未合成的,DNA,（,P-DNA,），保持染色体的完整性，防止断裂。,合成减数分裂期专用的组蛋白，并把体细胞类型的组蛋白部分或全部置换下来。,双线期（diplotene）,联会的同源染色体相互排斥、开始分离，但在交叉点,(,chiasma,）上还保持着联系。,染色体进一步缩短，在电镜下看不到联会复合体。,终变期（diakinesis）,交叉向端部移动，发生,端化,，二价体显著变短，并向核周边移动，在核内均匀散开，是观察染色体的良好时期。,核仁消失，核膜解体。,中心体复制完成，并开始移向两极。,减数分裂的过程,二、减数分裂的意义,有丝分裂确保世代间遗传的稳定性；,增加变异机会，确保生物的多样性，增强生物适应环境变化的能力；,减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。,遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，导致染色体数目减半；,S期持续时间较长,，进行部分DNA的复制；,同源染色体在减数分裂期,（MeiosisI）配对联会、基因重组；,减数分裂同源染色体配对排列在中期板上，第一次分裂时，同源染色体分开。,三、减数分裂的特点,减数分裂前S期与有丝分裂前S期长度比较,四、配子的发生过程,精子的形成过程,卵细胞的形成过程,第二节 细胞周期的调控,MPF,的发现及其作用,细胞周期运转的调控,细胞周期中的检验点(checkpoint),G,1,/S,检验点,：,start,点或,R,点，,控制细胞由静止状态的,G,1,进入,DNA,合成期，检查,DNA,是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？,S,期检验点,：,DNA,复制是否完成？,G,2,/M,检验点,：是决定细胞一分为二的控制点，检查,DNA,是否损伤？细胞体积是否足够大？,中,-,后期检验点,（纺锤体组装检验点）,一、MPF的发现及其作用,cdc基因,周期蛋白（cyclin）,不同类型的周期蛋白,激酶复合体,脊椎动物,芽殖酵母,Cyclin,CDK,Cyclin,CDK,G,1,-CDK,Cyclin D*,CDK4,、,6,Cln 3,CDK1(CDC28),G,1,/S-CDK,Cyclin E,CDK2,Cln 1,、,2,CDK1(CDC28),S-CDK,Cyclin A,CDK2,Clb 5,、,6,CDK1(CDC28),M-CDK,Cyclin B,CDK1(CDC2),Clb 1-4,CDK1(CDC28),周期蛋白的结构,不同的周期蛋白与不同的CDK结合，调节不同的CDK激酶的活性。,MPF的结构组成,二、细胞周期运转调控,G2/M,期转化与,CDK1,激酶的关键性调控作用,M,期周期蛋白与分裂中期向分裂后期转化,G1/S,期转化与,G1,期周期蛋白依赖性,CDK,激酶,（一）,G2/M期转化与CDK1激酶的关键性调控作用,周期蛋白在CDK1激酶活性调节中的作用,CDK1激酶活性的调控,（二）,M期周期蛋白与分裂中期向分裂后期转化,细胞周期运转到中期后，M期周期蛋白A和B降解，CDK1激酶活性丧失，蛋白去磷酸化，细胞周期由中期向后期转化。,（三）G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK激酶,G1期周期蛋白主要包括周期蛋白D、E和A。,cyclinD,CDK4,复合物：,Rb,蛋白,cyclinE,CDK2,复合物：,p107,E2F,cyclinA,CDK2,复合物：,DNA,复制因子,RF-A,