第十二章細胞增殖及其調控第一節細胞周期概述第二節細胞分裂第三節細胞周期的調控當前1頁，總共56頁。第一節細胞周期概述細胞增殖是細胞生命活動的重要特征之一，是生物生長發育和繁殖的基礎。細胞增殖受到嚴密的調控機制的監控，整個過程表現出嚴格的順序性和周期性。當前2頁，總共56頁。一、細胞周期(cellcycle)

從一次細胞分裂結束到下一次細胞分裂結束所經歷的過程，叫細胞周期。

細胞周期最重要的功能是準確的復制染色體上的DNA并將兩個拷貝精確的分配到兩個子細胞中。當前3頁，總共56頁。二、細胞周期中各個不同時相及其主要事件間期(interphase)G1期(gap1)，指從有絲分裂完成到期DNA復制之前的間隙時間。S期(synthesisphase)，指DNA復制的時期。G2期(gap2)，指DNA復制完成到有絲分裂開始之前的一段時間。當前4頁，總共56頁。細胞周期不同時期的主要事件

G1期：子代細胞的生成標志著G1期的開始。此時合成大量細胞生長所需要的各種蛋白質、糖類、脂類等物質，但不合成DNA。在G1期的晚期有一個檢驗點，監控著細胞是否進入S期。在芽殖酵母中叫做起始點(start)；在其他真核細胞中，限制點(restrictionpoint,R點)；或檢驗點(checkpoint)。當前5頁，總共56頁。Thecontrolofthecellcycle.

Theessentialprocesses,suchasDNAreplicationandmitosisandcytokinesis,aretriggeredbyacentralcell-cyclecontrolsystem.Byanalogywithawashingmachine,thecontrolsystemisdrawnasanindicatorthatrotatesclockwise,triggeringessentialprocesseswhenitreachesspecificpointsontheouterdial.當前6頁，總共56頁。S期，主要進行DNA的復制與核小體組蛋白的合成，并組裝成染色質結構。微管蛋白也開始合成。其DNA復制的起始和復制過程受到多種細胞周期調節因素的嚴密調控。G2期：此時DNA含量已增加1倍，細胞已做好了進入M期的準備。但也有一個檢驗點，監控著DNA是否完成了復制和損傷是否得到了修復。M期，既要把一個細胞分成兩個子細胞，又要將兩套染色體各分成一套分配到兩個子細胞。當前7頁，總共56頁。分裂期，又稱M期(mitosisordivision)，從開始到結束，可以分為前期、中期、后期和末期。各個時期都有非常顯著的特征。G1期G2期當前8頁，總共56頁。細胞的分類周期中細胞(cyclingcell)，持續分裂的細胞，如干細胞，表皮生發層細胞、部分骨髓細胞。G0期細胞(G0cell)，又稱靜止期細胞(quiescentcell)，暫時退出細胞周期，但在適當的刺激下可重新進入細胞周期，如淋巴細胞、肝、腎細胞和結締組織的成纖維細胞等。終末分化細胞(terminallydifferentiatedcells)，指不可逆地脫離細胞周期，不再分裂的細胞，如神經、肌肉、多形核細胞等。當前9頁，總共56頁。三、細胞周期時間的測定同種細胞之間，細胞周期時間長短相似或相同；不同細胞種類之間，細胞周期時間長短差別很大。周期時間的主要差別在G1期，而S、G2和M期時間相對恒定。當前10頁，總共56頁。（一）脈沖標記DNA復制和細胞分裂指數觀察測定法：這種方法主要適用于細胞構成相對簡單，細胞周期時間相對較短，周期運轉均勻的細胞群體。優點：可同時測定細胞周期總時間和各時相時間缺點：要求有同位素室，細胞還須同步化。（二）流式細胞儀測定法：這種方法依據細胞各時期DNA含量的特征及其變化來確定細胞周期時間。優點：可測定各種細胞的周期時間，測定快速，結果可靠。缺點：要求有流式細胞儀。當前11頁，總共56頁。四、細胞周期同步化(synchronization)

細胞周期同步化指在自然過程中發生或經人為處理造成細胞群體處于周期中同一個時期的現象或技術。（一）自然同步化如：粘菌的多核體等。某些水生動物的受精卵：如海膽、海參、兩棲類。增殖抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠孢子移入適宜環境后，它們一起發芽，同步分裂。當前12頁，總共56頁。（二）人工同步化1、選擇同步化1）有絲分裂選擇法：M期細胞與培養皿的附著性低，振蕩脫離器壁收集。優點：操作簡單，同步化程度高，細胞不受藥物傷害。缺點：獲得的細胞數量較少（分裂細胞約占1%～2%）。2）細胞沉降分離法：M期細胞體積大，可用離心分離。優點：可用于任何懸浮培養的細胞。缺點：同步化程度較低。當前13頁，總共56頁。2、誘導同步化1）DNA合成阻斷法：選用DNA合成的抑制劑，可逆地抑制DNA合成。常用TdR(胸腺嘧啶脫氧核苷)雙阻斷法：在細胞處于對數生長期的培養基中加入過量TdR。S期細胞被抑制，停在G1/S交界處。移去TdR，釋放時間大于TS時，再次加入過量TdR。優點：同步化程度高缺點：產生非均衡生長，個別細胞體積增大。2）中期阻斷法用秋水仙素、nocodazole等細胞分裂抑制劑將細胞阻斷在中期。優點是無非均衡生長現象，缺點是可逆性較差。當前14頁，總共56頁。正常培養細胞2-3d；加入終濃度2mmol/L胸苷(TdR)，繼續培養15-18h，誘導細胞停留在G1/S期邊界；吸去培養液，洗1-2次，用新鮮培養液培養10h；加入終濃度2mmol/LTdR，培養18h；吸去培養液，洗1-2次，收集G1期細胞；在誘導的G1期細胞中，加入新鮮的培養液，培養3h，收集S期細胞；在誘導的G1期細胞中，加入新鮮的培養液，培養8h，收集G2期細胞；在誘導的G1期細胞中，加入nocodazole(終濃度600ng/ml)的培養液，培養12-14h，收集M期細胞；G0期細胞可在細胞正常培養到90%的覆蓋率后，用僅含0.5%小牛血清的培養基饑餓3d后獲得。當前15頁，總共56頁。五、特殊的細胞周期1.早期胚胎細胞的細胞周期細胞分裂快，主要由M期與S期兩個時期組成。果蠅的受精卵在前2h每發生一次卵裂僅10min，12h內就可形成50000個細胞；斑馬魚受精卵在前3h每發生一次卵裂僅15min，24h內就可形成具有眼、耳和中樞神經系統及能見到肌肉收縮和心跳的脊椎動物雛形；鰱魚在24℃左右，僅20h就可孵化出苗。當前16頁，總共56頁。發育和增殖所需要的蛋白質、mRNA和其他營養物質已經在其卵子發生過程中預先被儲存，細胞分裂沒有體積的增加，只需將事先儲存有大量卵質分配到不斷增多的小細胞中。當前17頁，總共56頁。2.酵母細胞的細胞周期在細胞分裂時，細胞核膜不解聚，紡錘體位于細胞核內，紡錘體的裝配與S期DNA復制同時進行，而不是在DNA復制之后。當前18頁，總共56頁。芽殖酵母，不均等分裂。當前19頁，總共56頁。

裂殖酵母，均等分裂，長度增加，直徑不變。當前20頁，總共56頁。

3.植物細胞的細胞周期不含中心體，以形成中間板的形式進行胞質分裂。當前21頁，總共56頁。4.細菌的細胞周期快速生長與慢速復制快速分裂與DNA的慢速復制問題的解決是在上一次細胞分裂結束時，DNA已經復制一半，細胞分裂后，立即進行新一輪的復制。當前22頁，總共56頁。第二節細胞分裂

(celldivision)當前23頁，總共56頁。細胞分裂的類型無絲分裂(amitosis)：又稱直接分裂，由Remark（1841）發現于雞胚血細胞，不涉及紡錘體形成及染色體變化。有絲分裂(mitosis)：又稱為間接分裂，由Fleming(1882)年首次發現于動物，Strasburger(1880)發現于植物。染色體復制一次，細胞分裂一次。減數分裂(meiosis）：染色體復制一次，細胞連續分裂兩次。當前24頁，總共56頁。一、有絲分裂(mitosis)

為了便于描述人為的劃分為六個時期：間期（interphase）；前期(prophase)；前中期(premetaphase)；中期(metaphase)；后期(anaphase)；末期(telophase)。其中間期包括G1期、S期和G2期，主要進行DNA復制、中心體復制、細胞體積增大等準備工作。當前25頁，總共56頁。（一）前期濃縮素condensin環狀蛋白復合物(Cohesin)染色質凝縮(condensation)當前26頁，總共56頁。星體微管開始裝配當前27頁，總共56頁。AssemblyofkinetochoreattheendofprophaseGolgi,ERetc.dispersetoformvesicles;kinetochoreassembly當前28頁，總共56頁。動力蛋白當前29頁，總共56頁。(二)前中期(prometaphase)核仁解體，核膜破裂核膜解體到染色體排列到赤道面(equatorialplane)上。當前30頁，總共56頁。紡錘體的裝配極體微管（polarmt）兩極間的微管，在紡錘體中部重疊，重疊部位結合有馬達分子。動力微管（kinetochoremt），是從著絲點到另一極的微管；星體微管（astralmt），由中心粒放射出來的微管。植物沒有中心粒和星體，其紡錘體稱無星紡錘體。當前31頁，總共56頁。(三)中期(Metaphase)染色體列隊(chromosomealignment)或染色體中板聚合(congression)染色體排列到赤道面上當前32頁，總共56頁。假說1：拉力使染色體列隊假說2：推力使染色體列隊當前33頁，總共56頁。中期動粒微管的動態穩定當前34頁，總共56頁。（四）后期(anaphase)指妹妹染色體單體分開并移向兩極的時期。分為后期A、后期B兩個過程。當前35頁，總共56頁。AnaphaseA:separationofthesisterchromatids.當前36頁，總共56頁。后期動粒微管的縮短當前37頁，總共56頁。AnaphaseB:separationofthepoles.當前38頁，總共56頁。1.驅動蛋白從負極走向正極使極微管向相反方向滑去2.動力蛋白與兩端的細胞端部結合，從正極走向微管負極，朝細胞端部方向牽拉星體微管紡錘體變長的動力來源

當前39頁，總共56頁。染色體向兩極移動的假說當前40頁，總共56頁。

從子染色體到達兩極，至形成兩個新細胞為止的時期。涉及子核的形成和胞質分裂兩個方面。（五）末期(telophase)當前41頁，總共56頁。(六)胞質分裂(cytokinisis)胞質分裂開始時，大量的肌球蛋白在兩個中心粒的中間處裝配成微絲束并以肌球蛋白為動力，逐漸收縮，稱為收縮環(contractilering)。收縮環在細胞表面形成分裂溝。微管、小膜泡等物質聚集在分裂溝下方，構成一個環形致密體，稱為中間體(midbody)。作用不清楚。開始于后期，在赤道板周圍細胞膜下陷，形成環形縊縮，稱為分裂溝。結束于末期，分裂溝加深，至兩個子代細胞完全分開。當前42頁，總共56頁。

植物細胞末期近兩極處紡錘絲消失，中間微管保留，并數量增加，形成成膜體。來自高爾基體囊泡沿微管轉運到成膜體中間。融合形成細胞板(cellplate)，囊泡的內含物形成初生壁和中膠層，囊泡膜形成質膜，融合留下的管道形成胞間連絲。(七)植物細胞胞質分裂－新細胞壁形成細胞板(cellplate)成膜體(phrag-moplast)當前43頁，總共56頁。3.減數分裂減數分裂是特殊的有絲分裂形式，僅發生于有性生殖細胞形成過程中的某個階段。當前44頁，總共56頁。(一)減數分裂(meiosis)時期減數分裂的第一次分裂

（間期）

減數分裂的第二次分裂

與有絲分裂相似細線期(leptotene)偶線期(zygotene)粗線期(pachytene)雙線期(diplotene)終變期(diakinesis)前期中期后期末期間期G1SG2合成大部分DNA，而不是全部當前45頁，總共56頁。(1)細線期(leptotene)

染色質凝集，但兩條染色體臂并不分離，呈單線狀；染色體上呈現顆粒樣結構，稱染色粒(chromomere)；端粒通過接觸斑與核膜相連，其他部分以袢環狀伸到核質中，又稱花束期。當前46頁，總共56頁。同源染色體配對，稱為聯會(synapsis)；兩條同源染色體緊密結合在一起形成復合結構，稱為二價體(bivalent)；二價體共含4條染色單體，稱為四分體(tetrad)。合成在S期未合成的約0.3%的DNA(zygDNA)。(2)偶線期(zygotene)當前47頁，總共56頁。Transversefilement(橫向纖維):兩端的球形頭和盤繞的中部(coiledcoil)中央成分側成分側成分含有多種cohes