1、第九章第九章 細胞增殖及其調控細胞增殖及其調控細胞增殖細胞增殖(cell proliferation)的意義的意義細胞增殖細胞增殖(cell proliferation) 是細胞生命活動的重要特征之一，是細胞生命活動的重要特征之一，是生物繁育的基礎。是生物繁育的基礎。1、單細胞生物細胞增殖導致生物、單細胞生物細胞增殖導致生物個體數量個體數量的增加。的增加。2、多細胞生物由、多細胞生物由一個單細胞（受精卵）一個單細胞（受精卵）分裂發育而來，分裂發育而來，所以細胞增殖是多細胞生物所以細胞增殖是多細胞生物繁殖繁殖基礎。基礎。3、成體生物通過細胞增殖來取代衰老死亡的細胞，維持、成體生物通過細胞增殖來取

2、代衰老死亡的細胞，維持個體細胞數量的個體細胞數量的相對平衡和機體的正常功能相對平衡和機體的正常功能。4、機體、機體創傷愈合、組織再生、病理組織修復創傷愈合、組織再生、病理組織修復等，都要依賴細等，都要依賴細胞增殖。胞增殖。 1、細胞分裂前、細胞分裂前的準備的準備 DNA復制復制 其他物質的其他物質的積累積累 數量上數量上的積累的積累 及時裝配成及時裝配成需要的結構需要的結構 修飾修飾到一定的分子到一定的分子結構和功能狀態結構和功能狀態 第一節第一節 細胞周期與細胞分裂細胞周期與細胞分裂一、細胞周期一、細胞周期(cell cycle) （一）細胞周期概述（一）細胞周期概述 2. 概念：概念： 細

3、胞物質積累與細胞分裂的循環過程細胞物質積累與細胞分裂的循環過程 3.細胞周期時相組成細胞周期時相組成 （1）間期）間期(interphase): G1 、S 、G2（2） M phase: 有絲分裂期有絲分裂期(Mitosis) （3）細胞沿著）細胞沿著G1SG2MG1周期性運轉，細胞在間周期性運轉，細胞在間期體積增大期體積增大(生長生長)，在，在 M 期，期， 先是核分裂先是核分裂胞質分裂胞質分裂完成完成一個細胞周期一個細胞周期減數分裂期減數分裂期(meiosis)細胞從細胞從一次分裂結束一次分裂結束到到下一次分裂完成下一次分裂完成所經歷的一個有序過程所經歷的一個有序過程 其間細胞遺傳物質和

4、其他內含物其間細胞遺傳物質和其他內含物分配給子細胞分配給子細胞。 4 4、細胞周期時間、細胞周期時間（3 3）有些分裂增殖的細胞）有些分裂增殖的細胞缺乏缺乏G1G1、G2G2期期（1）不同細胞的）不同細胞的細胞周期時間差異很大細胞周期時間差異很大：有的細胞增殖需幾十分鐘，有的需幾十小時乃至幾十年有的細胞增殖需幾十分鐘，有的需幾十小時乃至幾十年（2）S+G2+M 的時間變化較小的時間變化較小，細胞周期時間長短主要，細胞周期時間長短主要差差別在別在G1期。期。5、根據增殖狀況，細胞分三類、根據增殖狀況，細胞分三類 （1）連續分裂細胞連續分裂細胞(cycling cell)也叫周期中細胞：細胞周期持

5、續運轉也叫周期中細胞：細胞周期持續運轉（2）休眠細胞休眠細胞(Go細胞細胞)：也叫靜止期細胞（：也叫靜止期細胞（quiescent cell） 有些細胞暫時離開細胞周期有些細胞暫時離開細胞周期,停止細胞分裂停止細胞分裂,去執行一定的生物學功能去執行一定的生物學功能 （3）終末分化細胞：終末分化細胞：一旦生成，終生不再分裂一旦生成，終生不再分裂 （二）細胞周期中不同時（二）細胞周期中不同時相及其主要事件及其主要事件 時期時期 界定界定 事件事件 G1期期 子代細胞生成子代細胞生成標志著標志著G1期開始期開始 與與DNA合成啟動合成啟動相關相關開始合成細胞生長所需物質開始合成細胞生長所需物質染色質

6、去凝集染色質去凝集S期期 G1期后合成期后合成DNA的時期的時期 DNA復制與組蛋白合成同步復制與組蛋白合成同步組成核小體串珠結構組成核小體串珠結構 G2期期 DNA含量已含量已加倍加倍的時期的時期DNA復制完成復制完成，合成一定數量，合成一定數量的蛋白質和的蛋白質和RNA分子分子 M期期 真正開始真正開始分裂分裂的時期的時期 遺傳物質和細胞內其他遺傳物質和細胞內其他物質分配給子細胞物質分配給子細胞 （三）特異的細胞周期（三）特異的細胞周期1、概念：指、概念：指特殊的細胞所具有特殊的細胞所具有的，與標準細胞周期相比有鮮的，與標準細胞周期相比有鮮明特點的細胞周期明特點的細胞周期2、爪蟾早期胚胎細

7、胞的細胞周期、爪蟾早期胚胎細胞的細胞周期、涵義：主要指、涵義：主要指受精卵在卵裂過程中的細胞周期受精卵在卵裂過程中的細胞周期、特點：、特點：a、卵細胞在成熟過程中已經積累了大量物質基礎，、卵細胞在成熟過程中已經積累了大量物質基礎，基本可以滿足胚胎發育的需要，細胞體積劇增基本可以滿足胚胎發育的需要，細胞體積劇增b、細胞分裂快細胞分裂快,無無G1期期, G2期非常短期非常短,S期也短期也短, 以至認為僅含以至認為僅含有有S期和期和M期期c、無需臨時合成其它物質無需臨時合成其它物質d、子細胞在子細胞在G1、G2期并不生長期并不生長，越分裂體積越小，越分裂體積越小e、細胞周期調控因子和調節機制與一般體

8、細胞標準的細胞周、細胞周期調控因子和調節機制與一般體細胞標準的細胞周期基本一致期基本一致 3、酵母細胞的細胞周期、酵母細胞的細胞周期（3）紡錘體位于細胞核內紡錘體位于細胞核內；（1）酵母）酵母細胞周期持續時間較短細胞周期持續時間較短，大約，大約90分鐘分鐘（2）封閉式細胞分裂）封閉式細胞分裂 ，即，即細胞分裂時核膜不解聚細胞分裂時核膜不解聚；4 4、植物細胞的細胞周期、植物細胞的細胞周期（3 3）植物細胞以形成）植物細胞以形成中間板中間板的形式進行胞質分裂的形式進行胞質分裂由由GolgiGolgi、ERER的小泡、微管和多糖在中央形成成膜體的小泡、微管和多糖在中央形成成膜體（phragmopl

9、astphragmoplast）（1）植物細胞的細胞周期與動物細胞的標準細胞周期非）植物細胞的細胞周期與動物細胞的標準細胞周期非常相似，含有常相似，含有G1期、期、S期、期、G2期和期和M期四個時期期四個時期（2）植物細胞）植物細胞不含中心體不含中心體，但在細胞分裂時可以正常組裝，但在細胞分裂時可以正常組裝紡錘體紡錘體 二、有絲分裂二、有絲分裂(mitosis)(mitosis)1、前期、前期(prophase)（1）標志前期開始的第一個特征是：）標志前期開始的第一個特征是：染色質開始濃縮染色質開始濃縮 (condensation)形成形成有絲分裂染色體有絲分裂染色體(mitotic chro

10、mosome）（2）第二個特征：）第二個特征：細胞骨架解聚細胞骨架解聚，有絲分裂紡錘體（，有絲分裂紡錘體（mitotic spindle）開始）開始裝配裝配（3）Golgi體、體、ER等細胞器解體，形成小的膜泡等細胞器解體，形成小的膜泡（4）這種染色體由兩條）這種染色體由兩條染色單體染色單體(chromatid)構成構成（5）在前期末，形成）在前期末，形成動粒動粒(kinetochore)（6） 形成星體形成星體 星體：中心體及其周圍的微管星體：中心體及其周圍的微管一起被稱為星體一起被稱為星體 2 2、前中期、前中期(prometaphase(prometaphase) )（1）核膜破裂成小的

11、膜泡，）核膜破裂成小的膜泡，核纖層解體核纖層解體 （2）動粒微管動粒微管的形成的形成:需要兩種蛋白因子，需要兩種蛋白因子，Mad和和Bub，它們可以促進微管和動粒結合，當結合成功后，它們可以促進微管和動粒結合，當結合成功后，Mad和和Bub脫離動粒脫離動粒（3）三種類型的微管三種類型的微管 ：動粒微管、極性微管、星體微：動粒微管、極性微管、星體微管管（4）中心體的分離）中心體的分離移動素類蛋白移動素類蛋白(KRPs)；細胞質動力蛋白；細胞質動力蛋白3 3、中期、中期(metaphase)(metaphase)（1）所有）所有染色體排列到赤道板染色體排列到赤道板(Metaphase Plate)

12、上，上， 標標志著細胞分裂已進入中期志著細胞分裂已進入中期 （2）染色體排列機制）染色體排列機制 牽拉假說牽拉假說 微管的微管的牽拉牽拉 染色體向赤道染色體向赤道板方向運動板方向運動微管越長，拉力越大微管越長，拉力越大 拉力相等拉力相等 染色體穩定染色體穩定在赤道板上在赤道板上 兩極微管兩極微管 長度相當長度相當 外推假說外推假說 星體的排斥力星體的排斥力外推外推染色體染色體 染色體向赤道板染色體向赤道板方向運動方向運動 兩極的兩極的推力平衡推力平衡 染色體穩定染色體穩定在赤道板上在赤道板上 4、后期、后期(anaphase) （1）排列在赤道面上的染色體的）排列在赤道面上的染色體的姐妹染色單

13、體分離姐妹染色單體分離， 產生產生向極運動向極運動 （2）后期大致可以劃分為連續的兩個階段：）后期大致可以劃分為連續的兩個階段：后期后期A和和后期后期B后期后期A：動粒微管變短動粒微管變短，產生的力把，產生的力把染色體拉向兩極染色體拉向兩極 后期后期B：極性微管長度增加極性微管長度增加，兩極逐漸遠離兩極逐漸遠離 5 5、末期、末期(telophase(telophase) )（4 4）核仁也開始重新組裝，）核仁也開始重新組裝，RNARNA合成功能逐漸恢復合成功能逐漸恢復, ,有絲分裂結束有絲分裂結束 （1）染色單體到達兩極染色單體到達兩極，即進入了末期（，即進入了末期（telophase）,

14、到到達兩極的達兩極的染色單體開始去濃縮染色單體開始去濃縮（2）核膜開始重新組裝）核膜開始重新組裝（3）Golgi體和體和ER重新形成并生長重新形成并生長 有絲分裂過程簡要總結有絲分裂過程簡要總結 有絲分裂分五期，各期特征需明晰。有絲分裂分五期，各期特征需明晰。 前期染色質濃縮，紡錘體在前中期。前期染色質濃縮，紡錘體在前中期。 中期排列赤道板，后期單體兩分離。中期排列赤道板，后期單體兩分離。 末期單體到兩極，分裂完成進間期。末期單體到兩極，分裂完成進間期。三、胞質分裂三、胞質分裂(Cytokinesis)( (一）動物細胞胞質分裂一）動物細胞胞質分裂1、胞質分裂開始于、胞質分裂開始于細胞分裂后期

15、細胞分裂后期在胞質分裂開始時，大量肌動蛋白和肌球蛋白在中體處組裝成在胞質分裂開始時，大量肌動蛋白和肌球蛋白在中體處組裝成微絲微絲并互相組成微絲束，環繞細胞，稱為并互相組成微絲束，環繞細胞，稱為收縮環（收縮環（contractile ring） 2、收縮環收縮收縮環收縮，在赤道板周圍細胞表面，在赤道板周圍細胞表面下陷下陷，形成環形縊縮，形成環形縊縮，稱為稱為分裂溝（分裂溝（cleavage furrow）3、收縮環處、收縮環處細胞膜融合細胞膜融合并形成兩個子細胞并形成兩個子細胞 （二）植物細胞胞質分裂（二）植物細胞胞質分裂以形成以形成中間板中間板的形式進行胞質分裂。的形式進行胞質分裂。四、減數分

16、裂四、減數分裂(Meiosis)(一）減數分裂概念與過程一）減數分裂概念與過程 1、概念：減數分裂是細胞僅進行一次、概念：減數分裂是細胞僅進行一次DNA復制，隨后進復制，隨后進行兩次分裂，染色體數目減半的一種行兩次分裂，染色體數目減半的一種特殊的有絲分裂特殊的有絲分裂2、減數分裂過程、減數分裂過程 （二）減數分裂的意義（二）減數分裂的意義 1、確保世代間、確保世代間遺傳的穩定性遺傳的穩定性 2、增加變異機會增加變異機會，確保確保生物的生物的多樣性多樣性，增強增強生物生物適應適應環境變化環境變化的的能力能力 3、減數分裂是生物有性生殖的基礎，是生物遺傳、生物、減數分裂是生物有性生殖的基礎，是生物

17、遺傳、生物進化和生物多樣性的重要基礎保證進化和生物多樣性的重要基礎保證 （三）減數分裂特點（三）減數分裂特點 1、遺傳物質、遺傳物質只復制一次只復制一次，細胞，細胞連續分裂兩次連續分裂兩次，導致，導致染色體數目減半染色體數目減半2、S期期持續時間持續時間較長較長 3、同源染色體在減數分裂期、同源染色體在減數分裂期I(MeiosisI)配對聯會配對聯會、基因重組基因重組 4、減數分裂同源染色體配對、減數分裂同源染色體配對排列在赤道面排列在赤道面上上 第一次分裂時第一次分裂時,同源染色體分開同源染色體分開 第二節第二節 細胞周期的調控細胞周期的調控(Cell-Cycle Control)一、細胞周

18、期調控系統的主要作用一、細胞周期調控系統的主要作用 1、在適當時候激活細胞周期各個時相的相關酶和蛋白、在適當時候激活細胞周期各個時相的相關酶和蛋白 然后自身失活然后自身失活(正調控正調控)2、確保每一時相事件的全部完成、確保每一時相事件的全部完成(負調控負調控) 3、對外界環境因子起反應、對外界環境因子起反應(如多細胞生物對增殖信號的反應如多細胞生物對增殖信號的反應二、細胞周期檢驗點二、細胞周期檢驗點(checkpoint)（3）中）中/后轉換點：后轉換點：染色體是否與紡錘絲連接染色體是否與紡錘絲連接1、是細胞周期調控的一種機制，主要是確保周期每一時相事件、是細胞周期調控的一種機制，主要是確保

19、周期每一時相事件 有序、全部完成并與外界環境因素相聯系有序、全部完成并與外界環境因素相聯系。（1）G1/S轉換點；轉換點；細胞大小、養分、生長因子、細胞大小、養分、生長因子、DNA損傷損傷 （2）G2/M檢驗點；檢驗點；細胞大小、細胞大小、DNA復制復制 三、調控細胞周期的諸因子概述三、調控細胞周期的諸因子概述 1、MPF a、具體名稱為、具體名稱為卵細胞促成熟因子卵細胞促成熟因子（maturation-promoting factor），或），或細胞促分裂促進因子細胞促分裂促進因子（mitosis-promoting factor）或）或M期促進因子期促進因子（M phase-promoti

20、ng factor）。）。 b、功能：促進、功能：促進細胞成熟細胞成熟（分裂）（分裂） 2、p34cdc2 a、何為、何為cdc：cdc是在是在酵母中發現酵母中發現的，與細胞分裂和細胞周的，與細胞分裂和細胞周期調控有關的期調控有關的一類基因一類基因，即，即cdc（cell division cycle）基因）基因 b、何為、何為cdc2：根據：根據cdc基因發現的先后對各種基因發現的先后對各種cdc基因進行基因進行命名，如命名，如cdc2、cdc25等，等，cdc2是第一個被分離出來的是第一個被分離出來的cdc基因基因 c、何為、何為p34cdc2：是是cdc2基因的表達產物基因的表達產物，因

21、，因具有蛋白激酶活具有蛋白激酶活性性又被稱為又被稱為p34cdc2激酶。激酶。d、功能：促進、功能：促進G2/M期的轉換期的轉換 3、周期蛋白：誘導細胞進入、周期蛋白：誘導細胞進入M期所必需的一類蛋白質期所必需的一類蛋白質4、MPF、 p34cdc2和周期蛋白的關系：和周期蛋白的關系： MPF含有兩個亞單位，一個是含有兩個亞單位，一個是p34cdc2，另一個是周期蛋白，另一個是周期蛋白（周期蛋白（周期蛋白B）三、三、細胞周期運轉的調控細胞周期運轉的調控 （一）（一）G2/M期轉化與期轉化與CDK1 激酶的關鍵性調控作用激酶的關鍵性調控作用1、 CDK：CDC2蛋白（如：蛋白（如：P34cdc2

22、蛋白）與周期蛋白結合才蛋白）與周期蛋白結合才具有激酶的活性，被稱為具有激酶的活性，被稱為周期蛋白依賴性蛋白激酶（周期蛋白依賴性蛋白激酶（cyclin-depedent kinase）2、CDK1激酶，由激酶，由P34cdc2（或（或P34cdc28）蛋白和周期蛋白）蛋白和周期蛋白B結結合而成，合而成，即即MPF 2、CDK1激酶的活性首先激酶的活性首先依賴于周期蛋白依賴于周期蛋白B含量的積累含量的積累（因為（因為P34cdc2在細胞周期中的含量相對穩定在細胞周期中的含量相對穩定）；）；3、周期蛋白、周期蛋白B在在G1期的晚期開始積累期的晚期開始積累，通過，通過S期，其含量不斷增期，其含量不斷增

23、 加，加，到達到達G2期含量達到最大值期含量達到最大值； 4、隨著周期蛋白、隨著周期蛋白B含量達到一定的程度，含量達到一定的程度，CDK1活性達到最大值活性達到最大值 并一直維持到并一直維持到M期的中期階段期的中期階段 （1）周期蛋白與）周期蛋白與CDK結合是結合是CDK激酶活性表現的先決條件激酶活性表現的先決條件（2）周期蛋白與）周期蛋白與CDK結合形成復合體后，結合形成復合體后，wee1/mik1激酶和激酶和CAK激活酶催化激活酶催化CDK第第14位蘇氨酸（位蘇氨酸（Thr14)、第、第15位的酪氨位的酪氨酸酸(Tyr15)和第和第161位的蘇氨酸位的蘇氨酸(Thr161）磷酸化。）磷酸化

24、。（三個氨基酸（三個氨基酸的磷酸化）的磷酸化）（3）CDK在磷酸酶在磷酸酶cdc25c的催化的催化下，其中下，其中Thr14 、Tyr15去磷酸化去磷酸化，才能表現出激酶活性才能表現出激酶活性 （兩個氨基酸的去磷酸化兩個氨基酸的去磷酸化）（二）、（二）、CDK1的調節與活化的調節與活化 （三）（三）M期周期蛋白與分裂中期向后期轉化期周期蛋白與分裂中期向后期轉化 1、細胞周期運轉到、細胞周期運轉到分裂中期后分裂中期后，M期周期蛋白期周期蛋白A和和B將迅速將迅速降解，降解，周期蛋白與周期蛋白與CDK分離分離，在，在APC的作用下沿著的作用下沿著泛素泛素化路徑化路徑降解。降解。（1）、泛素對分裂中期向后期轉化的作用）、泛素對分裂中期向后期轉化的作用、泛素：泛素、泛素：泛素(ubiquitin)是一種存在于大多數真核細胞中是一種存在于大多數真核細胞中的小蛋白。它的