细胞增殖和细胞周期修改.ppt

第十三章 细胞分裂与细胞周期,细胞增殖概述：,细胞增殖(cell proliferation)是细胞生命活动的重要特征之一； 细胞通过增殖在空间上不断增加群体的数量，在时间上通过遗传延续后代，使细胞在自然界中得以进化和发展； 细胞增殖是以细胞遗传物质DNA的复制和细胞分裂为基本事件，通过细胞周期的方式实现；,细胞分裂,细胞分裂(cell division)是细胞增殖周期的重要阶段。 生物界中，细胞分裂分为三类。 有丝分裂(mitosis) ：也称间接分裂，是体细胞分裂的主要方式；有丝分裂持续时间比较恒定，约0.5-2小时。 无丝分裂(amitosis)：也称直接分裂，是一种少见的细胞分裂方式。 减数分裂(miosis):也称成熟分裂，是发生于生殖细胞成熟阶段的细胞分裂方式。,无丝分裂,无丝分裂（amitosis):又称直接分裂，是最早被发现的一种细胞分裂方式，是由亲代细胞直接断裂形成子代细胞的过程 ； 无丝分裂过程：细胞和细胞核体积增大，核内DNA复制；细胞直接断裂形成子细胞；两个子细胞所获得的遗传物质和胞质成分不一定均等； 无丝分裂是低等生物的主要增殖方式；优点是分裂快、能量消耗少，适应外界环境变化； 高等生物的创伤、癌变及衰老的细胞可观察到无私分裂；动物的多种正常组织，如:上皮组织、疏松结缔组织、肌肉组织及肝脏等的细胞均可进行无丝分裂； 无丝分裂与有丝分裂可相互转化；,有丝分裂(mitosis),有丝分裂过程中发生的主要事件：,细胞膜的崩解和重建； 染色质凝聚形成染色体和染色质的重新形成； 纺锤体的形成和染色体的运动； 细胞质的分裂；,分裂前期(prophase)：,分裂前期：是指细胞从间期进入有丝分裂期时，核膜消失，染色质凝集成染色体、纺锤体形成； 染色质凝集成染色体： 间期核染色质纤维凝集变粗变短是细胞进入有丝分 裂前期的标志； 两条短棒状的染色单体间靠着丝粒，着丝粒两边附着有动粒（是由多种蛋白质组成的一种复合结构）；,分裂前期(prophase)：,核膜破裂和核仁消失： 核纤层磷酸化，核膜裂解成小泡与核纤层蛋白B相连，分散到胞质中； 核仁中的DNA参与到染色体的组装中； 核仁中的RNA和蛋白质分散在细胞质中；,分裂前期(prophase)：,纺锤体形成： 在间期已完成复制的两组中心体彼此分开，并分别向细胞的两极运动（中心体是由中心粒和无定形基质组成）； 中心体具有微管组织中心的作用，其周围聚集大量的成放射状排列微管，称为星体； 星体周围微管可分为三种：极间微管、动粒微管、星体微管； 纺锤体：又称有丝分裂器，是由两端星体、星体微管、极间微管、动粒微管组合形成； 染色体中的动粒与纺锤体中的动粒微管相连；,前期(prophase),分裂中期(metaphase)：,分裂中期：主要标志是染色体排列在细胞的赤道面上；,分裂后期(anaphase)：,分裂后期主要标志是姐妹染色单体分开并向细胞两极迁移； 赤道面的染色体在着丝粒处分离成两条染色单体，分别被动粒微管拉向两极；,染色体到达两极,我 们,染色体到达两级,分裂末期(telophase)：,分裂末期：主要标志是两个子细胞核的形成和胞质分裂； 染色体的解聚和细胞核的重新形成； 胞质分裂最后将细胞分成两个子细胞；,有丝分裂的异常情况,胞质不分裂形成多核； 染色体不分开或核内复制形成多倍体； 姐妹染色体单体不分离； 染色体反复复制但不分离造成多倍巨大染色体； 体细胞减数分裂形成单倍体细胞； 出现多个中心体，形成多极核分裂；,减数分裂（Meiosis）,减速分裂：DNA复制一次，而细胞连续分裂两次，形成单倍体的配子细胞； 减速分裂对于维持生物体世代间遗传的稳定性有重要意义，有性生殖生物配子的染色体数目为n,受精后，受精卵的染色体恢复到2n; 减速分裂构成了生物变异及多样性的基础：减速分裂过程中发生遗传物质交换、重组及自由组合，使生殖细胞体现遗传多样性； 减数分裂I：同源染色体通过联会进行片段交换，完成染色体数目减半及遗传物质的交换；减数分裂II与有丝分裂相似：染色单体分开；,减数分裂I:,减数分裂I（第一次减数分裂）：同源染色体分开； 第一次减数分裂可分为前期I、中期I、后期I、末期I；,前期I:,前期I:主要事件是染色质的凝集和同源染色体的片段交换； 前期I可分为：细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期；,前期I:,细线期特点:同源染色体配对，染色质开始凝集，光镜下呈细线状； 偶线期特点:同源染色体间形成联会结构（即联会复合体，SC),又可称四分体（SC由四条染色单体组成）； 粗线期：染色体进一步浓集，DNA重组活跃，又可称重组期；,前期I:联会复合体,联会复合体（SC)：是同源染色体配对过程中细胞临时生成的特殊结构，其装配最早发生在细线期，在偶线期完成； 联会复合体电镜下结构：侧生成分：宽约20-40nm,位于复合体两侧，电子密度较高，其外侧为同源染色体DNA;中央成分：两侧生成分之间电子密度较低的区域，宽约100nm；连接细丝：侧生成分与中央成分之间由L-C纤维横向排列的细丝相连； 联会复合体组成成分：主要为蛋白质，还包括DNA、RNA等； 联会复合体的意义：对于稳定二价体中同源染色体紧密配对有重要意义；,前期I:,双线期特点：同源染色体的交叉和RNA合成活跃； SC结构消失，大部分片段分开，仅保留一些连接点，称为交叉；平均每对同源染色体有2-3个交叉； 交叉端化：指同源染色体产生交叉的位置随时间的推移不断向染色体两端移动，最后消失； 交叉端化的过程就是同源染色体完成重组和交换的过程； 终变期：同源染色体重组完成，染色质继续浓集变粗变短，同源染色体以四分体的形式存在于细胞内，核膜、核仁消失，纺锤体形成；,中期I:与有丝分裂中期相似，不同之处在于动粒位于一对姐妹染色单体的同一侧； 后期I：同源染色体重组后，达到两极的染色体各为23对染色体，每对由两条姐妹单体组成； 末期I及间期：染色体到达细胞两极，染色体保持凝集状态，胞质分裂，形成两个子细胞；,减数分裂I:,减数分裂I,联会复合体 (SC),减数分裂II:细胞核将含有以单体为单位的染色体； 减数分裂II与体细胞有丝分裂相似； 减数分裂II可分为前期II、中期II、后期II和末期II;,减数分裂II:,减数分裂与有丝分裂的比较,减数分裂与有丝分裂中期的比较,减数分裂的意义,通过两次减数分裂，亲代细胞把全套的单拷贝遗传物质传递给子细胞； 亲代细胞通过联会复合体，可使同源染色体基因或DNA重组和交换，在遗传的基础上保持变异；,细胞周期：,细胞周期：又称细胞生命周期或细胞增殖周期，是指细胞从上一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂结束所经历的过程，可分为G1、S、G2、M期；,细胞周期：,G1期 (gap1 phase) ：指DNA合成期之前与前一个细胞周期的M期之间的间隙期； G1期是细胞生长发育的阶段，细胞内有大量的RNA和蛋白质合成； S期（DNA synthesis phase):是DNA在细胞周期中功能最活跃的时期，DNA复制、转录、翻译都在该期进行；,细胞周期：,G2期 (gap2 phase) ：指DNA合成期之后与M期之间的间隙期； 开始新的RNA和蛋白质合成，为细胞进入M期所准备； M期:又称有丝分裂期，指细胞在DNA合成后，将复制的遗传物质即染色体等分到两个子细胞的过程；,DNA合成前期,DNA合成期,DNA合成后期,有丝分裂期,细胞在体内的增殖特性：,细胞增殖周期在机体内受到严格调节控制； 胚胎早期的细胞快速增殖和分化，产生大量不同种类的细胞（分化与增殖间呈负调控）；,细胞在体内的增殖特性：,根据细胞增殖特点，成体细胞可分为三类： 长期停留在G0期的细胞：一般不增殖，当受到损伤等刺激后，重新进入细胞周期，恢复增殖能力，以补充失去的细胞；如成纤维细胞、平滑肌细胞、血管内皮细胞、以及肝、肾、胰腺、前列腺和乳腺上皮细胞等； 终末分化细胞：完全失去了增殖能力，如成人心肌细胞、神经细胞等； 连续不断分裂的细胞：包括造血干细胞、皮肤的表皮细胞、消化道、阴道上皮等；,细胞周期分析方法,标记有丝分裂百分数法（percentage labeled mitoses，PLM）,流式细胞仪测定法 (Flow Cytometry),细胞周期调控,细胞周期中细胞的生化与形态结构等方面的变化以及相邻时相间的转换，均是在细胞本身及环境因素的严格控制下有序进行的； 细胞周期中存在四个关卡：G1晚期的限制点；G1-S转折的DNA损伤关卡；G2-M转折的DNA损伤关卡；细胞离开M期进入G1期的有丝分裂中期关卡（或称纺锤体组装关卡）； G1晚期的限制点：监控G1期细胞大小及环境中是否有生长因子；当细胞生长到足够大，并且成功完成DNA复制准备工作，才不依赖生长因子，可以通过关卡； G1-S转折的DNA损伤关卡：监控DNA是否损伤； G2-M转折的DNA损伤关卡：监控DNA是否损伤及DNA是否已正确、完全地复制； 有丝分裂中期关卡：监控姐妹染色体是否已稳定地附着在纺锤体上； DNA损伤关卡与DNA损伤后细胞周期停滞有关，使细胞停滞在G1期或G2期；,细胞周期调控蛋白质：,周期蛋白（cyclin) 周期蛋白依赖性激酶（cyclin-depend kinase,Cdk); 周期蛋白-周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CKI); RB及E2F-DP1转录因子； 调节Cdk磷酸化和去磷酸化的蛋白激酶及磷酸酶； 泛素(ubiquitin)和使蛋白质泛素化(ubiquitination)的酶；,细胞蛋白和周期蛋白依赖性激酶：,周期蛋白是20世纪80年代由Hunt等发现的一类含量随不同细胞周期时期升高和降低的蛋白质，可分为A、B、D、E等； 细胞周期蛋白的结构：含有保守的100多个氨基酸残基的周期蛋白盒，是与Cdk结合的部位； 周期蛋白与相应的Cdk结合成异二聚体，其中周期蛋白是调节亚基，Cdk是催化亚基； 周期蛋白B和Cdk1的复合物又称为成熟促进因子(mature-promoting factor,MPF)； Cdk是组成型表达的核内丝-苏氨酸蛋白激酶，单独存在无活性，与相应的周期蛋白结合后变构，并被磷酸化和去磷酸化调控才能在活性和失活状态间转换； 有活性的Cdk复合物能磷酸化底物蛋白质，如RB蛋白、转录因子、组蛋白、细胞结构蛋白等； Cdk复合物的活性还受CKI抑制；,MPF的结构,