细胞增殖与调控(实用)课件.ppt

1、第十章 细胞增殖与调控 细胞周期及其物质时相变化细胞周期及其物质时相变化 细胞分裂主要事件细胞分裂主要事件 细胞周期调控细胞周期调控 细胞增殖细胞增殖(cell proliferation)意义意义 细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一，是生物繁育的基础。一，是生物繁育的基础。单细胞生物单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。细胞增殖导致生物个体数量的增加。多细胞生物多细胞生物由一个单细胞由一个单细胞(受精卵受精卵)分裂发育而来，分裂发育而来，细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。成体成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡生物仍然需

2、要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞，维持个体细胞数量的相对平衡和机体的的细胞，维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。正常功能。机体机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都，都要依赖细胞增殖。要依赖细胞增殖。细胞从一次有丝分裂结束开始到下一次细胞从一次有丝分裂结束开始到下一次有丝分裂完成所经历的有序过程。其间细胞有丝分裂完成所经历的有序过程。其间细胞遗传物质和其他内含物分配给子细胞。遗传物质和其他内含物分配给子细胞。一、细胞周期概述一、细胞周期概述1 1、细胞周期、细胞周期（1）概念）概念第一节第一节 细胞周期及其主要物质时相变化细胞周期及其主要物质时相

3、变化又称又称有丝分裂期有丝分裂期(Mitosis)细胞沿着细胞沿着G1SG2MG1周期性周期性运转，在间期细胞体积增大运转，在间期细胞体积增大(生长生长)，在，在M 期细胞先是核分裂，接着胞质分裂，完成期细胞先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个细胞周期。一个细胞周期。（2）细胞周期时相组成）细胞周期时相组成间期（间期（interphase）:M期（期（M phase）:G1、S、G21 1）不同细胞的细胞周期时间差异很大。）不同细胞的细胞周期时间差异很大。2 2）S+G2+M 的时间变化较小，的时间变化较小，细胞周期时细胞周期时间长短主要差别在间长短主要差别在G1期期。3 3）有些分裂增殖的细胞

4、缺乏）有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期。期。（3）细胞周期时间）细胞周期时间细胞分裂后，某些细胞会离开细胞周期，去执行某种生物细胞分裂后，某些细胞会离开细胞周期，去执行某种生物学功能或进行细胞分化。当受到适当刺激后，会重返细胞学功能或进行细胞分化。当受到适当刺激后，会重返细胞周期，进行增殖。如结缔组织中的成纤维细胞，平时并不周期，进行增殖。如结缔组织中的成纤维细胞，平时并不分裂，当该组织部位伤害，则会马上返回细胞周期。周期分裂，当该组织部位伤害，则会马上返回细胞周期。周期中，中，细胞转化为细胞转化为Go期细胞多发生在期细胞多发生在G1期。期。G G0 0期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划分

5、，有的细胞过去期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划分，有的细胞过去认为属于终末分化细胞，目前可能被认为是认为属于终末分化细胞，目前可能被认为是G G0 0期细胞。期细胞。（4）根据增殖状况，细胞分三类）根据增殖状况，细胞分三类1）连续分裂细胞）连续分裂细胞(cycling cell)2）休眠细胞休眠细胞(Go细胞细胞)3）终末分化细胞）终末分化细胞分化程度很高，终生不再分裂。如大量的横纹肌细胞、血分化程度很高，终生不再分裂。如大量的横纹肌细胞、血液多型核白细胞等。液多型核白细胞等。2 2、细胞周期不同时相的主要物质变化、细胞周期不同时相的主要物质变化 G1G1期期 S S 期期 G2G2期期

6、M M 期期 G1 期期 与与DNA合成启动相关；合成启动相关；开始合成细胞生长所需要的多种开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、蛋白质、RNA、碳水化合物、脂等；碳水化合物、脂等；染色质去凝集。染色质去凝集。DNA复制与组蛋白合成同步，复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构。组成核小体串珠结构。S期期 DNA复制完成，在复制完成，在G2期合成期合成一定数量的蛋白质和一定数量的蛋白质和RNA分子。分子。G2期期 M期即细胞分裂期，真核细胞的期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂分裂(mitosis)和减数分裂和减数分裂(meiosis)。

7、遗遗传物质和细胞内其他物质分配给子细传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。胞。M期期细胞周期各时相的主要物质变化细胞周期各时相的主要物质变化G1期期S期期G2期期M期期合成mRNA、tRNA、rRNARNA合成继续进行合成RNA和对放线菌素D敏感RNA合成合成蛋白质蛋白质合成继续进行蛋白质合成继续进行，合成微管蛋白蛋白质合成减少组蛋白合成组蛋白继续合成，非组蛋白合成继续进行，转换速度较慢非组蛋白继续合成，转换速度增加非组蛋白继续合成，转换速度加快胸腺嘧啶激酶、胸腺嘧啶核苷酸激酶、脱氧胸腺嘧啶核苷酸合成酶等活性增高，胸苷激酶、脱氧胞苷酸脱氨酶等活性消失合成DNA的酶，活性高，合成RNA聚合酶；初期

8、阶段AT含量多；DNA合成在单个染色体上分段进行老的和新合成的DNA都进行转录染色体凝缩与分离，在体外染色质模板活力降低多核糖体的再形成多核糖体散开磷脂合成速度增加合成磷脂3 3、细胞周期同步化、细胞周期同步化 使某一细胞群体中处于不同时期的使某一细胞群体中处于不同时期的细胞处于细胞周期的同一个时期，称为细胞处于细胞周期的同一个时期，称为细胞周期同步化。细胞周期同步化。人工同步化人工同步化自然同步化自然同步化人工选择同步化人工选择同步化人工诱导同步化人工诱导同步化自然同步化自然同步化人工选择同步化人工选择同步化 自然界存在的细胞周期同步过程，称自然界存在的细胞周期同步过程，称为自然同步化。为自

9、然同步化。人为地将处于不同时期的细胞分离开人为地将处于不同时期的细胞分离开来，从而获得不同时期的细胞群体。来，从而获得不同时期的细胞群体。有丝分裂选择法有丝分裂选择法密度梯度离心法密度梯度离心法（1）有丝分裂选择法）有丝分裂选择法 处于对数生长期的单层培养细胞，细胞处于对数生长期的单层培养细胞，细胞分裂活跃，大量处于分裂期的细胞变圆，从分裂活跃，大量处于分裂期的细胞变圆，从培养瓶（皿）壁上隆起，与培养瓶（皿）壁培养瓶（皿）壁上隆起，与培养瓶（皿）壁附着力减弱。轻轻震荡，处于分裂期的细胞附着力减弱。轻轻震荡，处于分裂期的细胞即会从瓶（皿）壁上脱落，悬浮到培养液中，即会从瓶（皿）壁上脱落，悬浮到培

10、养液中，收集培养液，通过离心，即可获得一定数量收集培养液，通过离心，即可获得一定数量的分裂期细胞。的分裂期细胞。细胞未经任何药物处理，细胞细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。同步化效率高。分离的细胞数量少。分离的细胞数量少。优点优点缺点缺点（2）密度梯度离心法）密度梯度离心法根据不同时期的细胞在根据不同时期的细胞在体积和重量体积和重量上存在差别上存在差别进行分离。进行分离。方法简单省时，效率高，成本低。方法简单省时，效率高，成本低。对大多数种类的细胞并不适用。对大多数种类的细胞并不适用。优点优点缺点缺点人工诱导同步化人工诱导同步化 是指通过药物诱导，使细胞同步化是指通过药物诱导，使细胞同步

11、化在细胞周期中的某个特定时期。在细胞周期中的某个特定时期。（1）DNA合成阻断法合成阻断法 G1/S-TdR双阻断法双阻断法（2）分裂中期阻断法）分裂中期阻断法又称：药物诱导同步化又称：药物诱导同步化（1）DNA合成阻断法合成阻断法 G1/S-TdR双阻断法双阻断法 采用低毒或无毒的采用低毒或无毒的DNA合成抑制剂特异合成抑制剂特异抑制抑制DNA合成，而不影响处于其他时期的细合成，而不影响处于其他时期的细胞进行细胞周期运转，从而将被抑制的细胞胞进行细胞周期运转，从而将被抑制的细胞抑制在抑制在DNA合成期。合成期。目前采用最多的是目前采用最多的是DNA合成抑制剂合成抑制剂TdR和羟基脲（和羟基脲

12、（HU），），将细胞群将细胞群阻断于阻断于G1/S交界处交界处。同步化效率高，几乎适合于所有同步化效率高，几乎适合于所有体外培养的细胞体系。体外培养的细胞体系。优点优点缺点缺点诱导过程可造成细胞非均衡生长。诱导过程可造成细胞非均衡生长。（2）分裂中期阻断法）分裂中期阻断法 通过某些药物如通过某些药物如秋水酰素、秋水秋水酰素、秋水酰胺和酰胺和nocodale等抑制微管聚合来抑等抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。细胞分裂中期。优点优点操作简便，效率高。操作简便，效率高。缺点缺点这些药物的毒性相对较大。这些药物的毒性相对较大。指某些特殊的细

13、胞所具有的与标准的细指某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。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爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期 酵母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植物细胞的细胞周期 细菌的细胞周期细菌的细胞周期4 4、特异细胞周期、特异细胞周期 细胞分裂快，无细胞分裂快，无G1G1期期,G2G2期非常短，期非常短，S S期也短期也短 (所有复制子都激活所有复制子都激活),),以至认为以至认为仅含有仅含有S S期和期和M M期期。无需临时合成其它物质。无需临时合成其它物质。子细胞在子细胞在G1G1、G2G2期并不生长，越分裂体

14、积越小。期并不生长，越分裂体积越小。（1）爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期）爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期 细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的细胞周期基本是一致的。的细胞周期基本是一致的。酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时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。相和调控方面相似。酵母细胞周期明显特点酵母细胞周期明显特点:（2）酵母细胞的细胞周期）酵母细胞的细胞周期酵母细胞周期持续时间较短。酵母细胞周期持续时间较短。封闭式细胞分裂，即细胞分裂时核膜不封闭式细胞分裂，即细胞分裂时核膜不解聚。解聚。纺锤体位于细胞核内。纺锤体位于细胞核内。

15、在一定环境下，也进行有性繁殖。在一定环境下，也进行有性繁殖。植物细胞的细胞周期与动物细胞的标植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期非常相似，含有准细胞周期非常相似，含有G1期、期、S期、期、G2期和期和M期四个时期期四个时期。植物细胞植物细胞不含中心体，但在细胞分裂不含中心体，但在细胞分裂时可以正常组装纺锤体时可以正常组装纺锤体。植物细胞以形成植物细胞以形成中板的形式进行胞质中板的形式进行胞质分裂分裂。（3）植物细胞的细胞周期）植物细胞的细胞周期 慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周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。其期过程有一定相似之处。其DNA复制之复制之前的准备时

16、间与前的准备时间与G1期类似。分裂之前的期类似。分裂之前的准备时间与准备时间与G2期类似。再加上期类似。再加上S期和期和M期，期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期。细菌的细胞周期也基本具备四个时期。（4）细菌的细胞周期）细菌的细胞周期 细菌在快速生长情况下，如何协调快速细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最基本的分裂和最基本的DNA复制速度之间的矛复制速度之间的矛盾。盾。前期前期(prophase)前中期前中期(prometaphase)中期中期(metaphase)后期后期(anaphase)末期末期(telophase)一、有丝分裂一、有丝分裂(mitosis)第二节第二节 细胞分裂各

17、期主要事件细胞分裂各期主要事件前期（前期（prophaseprophase）染色质开始浓缩染色质开始浓缩(condensation)形成形成有丝分裂染色体有丝分裂染色体(mitotic chromosome）。）。细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体(mitotic spindle)开始装配。开始装配。Golgi体、体、ER等细胞器解体，形成小等细胞器解体，形成小的膜泡的膜泡。注意：注意：u分裂期中的染色体由两条染色单体分裂期中的染色体由两条染色单体(chromatid)构成。构成。u在前期末，染色体主缢痕部位形成一在前期末，染色体主缢痕部位形成一种蛋白复合物称为动粒种蛋白

18、复合物称为动粒(kinetochore)。间期动物细间期动物细胞含一个胞含一个MTOC，即中心体，在即中心体，在S期末，两个中心期末，两个中心粒在各自垂直的粒在各自垂直的方向复制出一个方向复制出一个中心粒，形成两中心粒，形成两个中心体。当前个中心体。当前期开始时，期开始时，2个个中心体移向细胞中心体移向细胞两极，并同时组两极，并同时组织微管生长，由织微管生长，由两极形成的微管通过微管结合蛋白在正极末端相连，两极形成的微管通过微管结合蛋白在正极末端相连，最后形成有丝分裂纺锤体。最后形成有丝分裂纺锤体。前中期前中期(prometaphase)prometaphase)核膜破裂成小的膜泡核膜破裂成小

19、的膜泡，这一过程是由核纤，这一过程是由核纤层蛋白中特异的层蛋白中特异的Ser残基磷酸化导致残基磷酸化导致核纤层核纤层解体解体。纺锤体微管与染色体的动粒结合纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住，捕捉住每个已复制染色体的两个动粒，朝相反方每个已复制染色体的两个动粒，朝相反方向，保证与两极的微管结合；纺锤体微管向，保证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成三种类型的微管捕捉住染色体后，形成三种类型的微管（星体微管星体微管、动粒微管、极性微管动粒微管、极性微管）。）。不断运动的不断运动的染色体开始移向赤道板染色体开始移向赤道板。细胞。细胞周期也由前中期逐渐向中期运转。周期也由前中期逐渐向中期

20、运转。星体微管星体微管动粒微管动粒微管极性微管极性微管前中期前中期(prometaphase)中期中期(metaphase)metaphase)所有所有染色体排列到赤道板染色体排列到赤道板(Metaphase Plate)上上，标志着细胞分裂已进入中期。，标志着细胞分裂已进入中期。着丝粒微管动态平衡形成的张力着丝粒微管动态平衡形成的张力确保染色体正确排列在赤道板上的机制：确保染色体正确排列在赤道板上的机制：中期中期(metaphase)后期后期(anaphase)anaphase)排列在赤道面上的排列在赤道面上的染色体的染色体的姊妹染色单体分离产生向极运姊妹染色单体分离产生向极运动（注意：姊妹

21、染色单体分离动（注意：姊妹染色单体分离成为独立染色体是从着丝粒处成为独立染色体是从着丝粒处分开）分开）。后期后期(anaphase)末期末期(telophase)telophase)染色单体到达两极染色单体到达两极，即进入末期，即进入末期（telophase）,到达两极的到达两极的染色单体染色单体开始去浓缩开始去浓缩。核膜开始重新组装核膜开始重新组装。Golgi体和体和ER重新形成并生长。重新形成并生长。核仁也开始重新组装核仁也开始重新组装，RNA合成功能合成功能逐渐恢复，有丝分裂结束。逐渐恢复，有丝分裂结束。末期末期(telophase)细胞内存在的一些CDK激酶抑制物（CDKI）可负调控C

22、DK激酶活性。Binds ALL CDKs对细胞周期正常运转起核心调控作用5、CDK激酶对细胞周期的调控zygDNA在偶线期转录活跃，转录的RNA称为zygRNA。CDK激酶结构域中有一小段PSTAIRE保守序列，与周期蛋白结合有关。请思考：减数分裂过程中：P21cip1还能与DNA聚合酶的辅助因子PCNA（proliferating cell nuclear antigen）结合，直接抑制DNA的合成。有丝分裂与减数分裂的比较 纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住每个已复制染色体的两个动粒，朝相反方向，保证与两极的微管结合；研究的同时，Hartwell还提出了checkpoint（细胞周期检

23、验点）的概念。MPF（mitosis-promoting factor，有丝分裂促进因子，为异源二聚体，是所有真核细胞有丝分裂起始的关键因子）1)细线期（leptotene stage）P21cip1抑制CDK和PCNA其余4种（APC2、APC4、APC5、APC8）仍待进一步证明。胞质分裂胞质分裂(Cytokinesis)1 1、动物细胞胞质分裂、动物细胞胞质分裂 开始于细胞分裂后期，在赤道板周围细胞表开始于细胞分裂后期，在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟(furrow)。分裂沟的位置与纺锤体极性微管分裂沟的位置与纺锤体极性微管和钙离子浓度升

24、高的变化有关。和钙离子浓度升高的变化有关。胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体处组装成微丝并相互组成微丝束，环在中体处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为绕细胞，称为收缩环收缩环（contractile ring)。收收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞子细胞。与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞质分裂是因为胞胞质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜在细胞内形成新的细胞膜和细胞壁而将细胞分开和细胞壁而将细胞分开。2 2、植物细胞胞质分裂、植物细胞胞质分裂 确保亲代

25、细胞染色体能均等确保亲代细胞染色体能均等分配给子细胞，使亲、子代细胞分配给子细胞，使亲、子代细胞保持遗传物质的稳定性。保持遗传物质的稳定性。有丝分裂的意义有丝分裂的意义1 1、减数分裂概念与过程、减数分裂概念与过程 减数分裂是细胞仅进行一次减数分裂是细胞仅进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，染色体数复制，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。目减半的一种特殊的有丝分裂。（1）概念）概念二、减数分裂二、减数分裂(Meiosis)分为分为细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期等五个阶段等五个阶段。A.A.减数分裂减数分裂I I 前期前期I I

26、 中期中期I I 后期后期I I 末期末期I I 减数分裂间期减数分裂间期B.B.减数分裂减数分裂 前期前期 中期中期 后期后期 末期末期 胞质分裂胞质分裂（2）减数分裂过程）减数分裂过程减数分裂前减数分裂前S S期与有丝分裂前期与有丝分裂前S S期长度比较期长度比较减数分裂前减数分裂前S期期有丝分裂前有丝分裂前S期期蝾螈蝾螈 10天天12小时小时小鼠小鼠 14小时小时5-6小时小时小麦小麦 12小时小时3.8小时小时酵母酵母 1.0小时小时0.5小时小时 染色质开始凝集染色质开始凝集，螺，螺旋成旋成细线状细线状的染色体，细的染色体，细线的局部可见到念珠状的线的局部可见到念珠状的染色粒染色粒。

27、细线期染色体虽。细线期染色体虽已复制，但已复制，但染色体仍呈单染色体仍呈单条线状，辨认不出两条染条线状，辨认不出两条染色单体色单体。A.减数分裂减数分裂 I前期前期I I：分为细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期等五个阶段分为细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期等五个阶段1)细线期（细线期（leptotene stage）来自父母双方的同源来自父母双方的同源染色体两两配对，形成染色体两两配对，形成联联会复合体会复合体（Synaptonemal Complex，SCSC）。）。同源染色同源染色体联会的结果，体联会的结果，染色体由染色体由单价体单价体（univalente）变为变为条二价体条二

28、价体（bivalents）。2)偶线期（偶线期（zygotene stage）偶线期的另一重要事件是合成在偶线期的另一重要事件是合成在S S期尚未合成的约期尚未合成的约0.3%0.3%的的DNADNA（称为偶线期称为偶线期DNADNA，即即zygDNAzygDNA）。）。zygDNAzygDNA在偶线期转录活跃，转录在偶线期转录活跃，转录的的RNARNA称为称为zygRNAzygRNA。zygDNAzygDNA转录被认为与同源染色体配对有关。转录被认为与同源染色体配对有关。联会复合体位于联会复合体位于2 2条同条同源染色体之间，沿纵轴方源染色体之间，沿纵轴方向形成，两侧为向形成，两侧为侧生成分

29、侧生成分（lateral element），），宽约宽约4040nmnm，电子密度很高。两电子密度很高。两侧生成分之间为侧生成分之间为中间区中间区（intermediate space），），宽约宽约100100nmnm，电镜下为明亮电镜下为明亮区。中间区的中央为区。中间区的中央为中央中央组分组分（central element）,宽约宽约3030nm,nm,为比较暗的区域。为比较暗的区域。SCSC的中间有球形或椭球形的中间有球形或椭球形重组节重组节，直径约，直径约9090nmnm，内内含多种酶含多种酶。侧生成分和中。侧生成分和中央组分之间有横向排列的央组分之间有横向排列的纤维，大致成直角相连

30、，纤维，大致成直角相连，称为称为L-C纤维纤维，长约长约60-70nm，L-C纤维之间距离为纤维之间距离为20-30nm，使使SC的结构象一架梯子，的结构象一架梯子，呈扁平带状。呈扁平带状。SC主要由组蛋白、非组蛋白和主要由组蛋白、非组蛋白和RNA组成，含有微量组成，含有微量DNA。染色体进一步缩短变粗染色体进一步缩短变粗形成形成四分体四分体（tetrad），），同源染色体中非姊妹染色同源染色体中非姊妹染色体单体之间多处发生体单体之间多处发生交叉交叉（chiasma），），结果使结果使同同源染色体间遗传物质发生源染色体间遗传物质发生交换交换重组，产生新的基因重组，产生新的基因组合。组合。3)粗

31、线期（粗线期（Pachytene stage 此期也合成一少此期也合成一少部分尚合成的部分尚合成的DNADNA，称，称为为P-DNA（大小约（大小约100-1000bp，用于编码一，用于编码一些与些与DNADNA切点和修复有切点和修复有关的酶类）。关的酶类）。染色体继续缩短变粗。染色体继续缩短变粗。4)双线期双线期(diplotene stage)四分体开始出现四分体开始出现端化端化（terminalization），二价体显著收缩二价体显著收缩变粗变粗，染色体螺旋化，染色体螺旋化达到最高程度，并向达到最高程度，并向核的四周边缘移动，核的四周边缘移动，在核内较均匀地分散在核内较均匀地分散开，同

32、源染色体进一开，同源染色体进一步相互排斥，步相互排斥，端化继端化继续进行续进行，核仁、核膜核仁、核膜开始消失开始消失。5)终变期终变期(diakinesis stage)时间短，时间短，DNADNA并不复制。有些生物无此期。并不复制。有些生物无此期。中期中期I I：后期后期I I：末期末期I I：减数分裂间期：减数分裂间期：染色体排列到赤道板染色体排列到赤道板(Metaphase Plate)上。上。二价体中的两条同源染色体由纺二价体中的两条同源染色体由纺锤体拉着移向细胞两极（注意着锤体拉着移向细胞两极（注意着丝粒不分裂），结果，同源染色丝粒不分裂），结果，同源染色体发生分离；非同源染色体发生

33、体发生分离；非同源染色体发生自由组合；染色体数目减半（但自由组合；染色体数目减半（但对对DNADNA而言，数目未减半）。而言，数目未减半）。染色体到达细胞两极并解螺旋化，染色体到达细胞两极并解螺旋化，核膜、核仁重现。形成两个子细胞。核膜、核仁重现。形成两个子细胞。后期后期I每一极只得到二价体中每一极只得到二价体中的一半，染色体数目由的一半，染色体数目由2n减为减为n，这时的每条染色体各含有这时的每条染色体各含有1个着丝个着丝粒及粒及2条条 姊妹染色单体。所以，就姊妹染色单体。所以，就染色体而言，经过第一次减数分裂染色体而言，经过第一次减数分裂发生了减半，但就发生了减半，但就DNA数目而言，数目

34、而言，则未减半。则未减半。（有丝分裂后期的每（有丝分裂后期的每条染色体，都只相当于一条染色单条染色体，都只相当于一条染色单体）体）A.会发生非同源染色体重新组合和部会发生非同源染色体重新组合和部分交换分交换B.会发生同源染色体重新组合和部分会发生同源染色体重新组合和部分交换交换C.非同源染色体重新组合，同时同源非同源染色体重新组合，同时同源染色体会发生部分交换染色体会发生部分交换D.同源染色体重新组合，同时非同源同源染色体重新组合，同时非同源染色体会发生部分交换染色体会发生部分交换请思考：请思考：减数分裂过程中：减数分裂过程中：过程与普通有丝分裂基本相同。过程与普通有丝分裂基本相同。染色体到达

35、细胞两极并解螺染色体到达细胞两极并解螺旋化，核膜形成，核仁出现。旋化，核膜形成，核仁出现。B.减数分裂减数分裂前期前期IIII：胞质分裂胞质分裂:末期末期IIII：后期后期IIII：中期中期IIII：时间短，有纺锤体形成。时间短，有纺锤体形成。染色体排列到赤道板上。染色体排列到赤道板上。着丝粒分裂着丝粒分裂，姊妹染色单体，姊妹染色单体彼此分离并开始移向细胞两彼此分离并开始移向细胞两极。极。最后经胞质分裂形成最后经胞质分裂形成4个子细个子细胞胞，完成减数分裂全过程。，完成减数分裂全过程。2、脊椎动物配子发生过程、脊椎动物配子发生过程3、减数分裂特点、减数分裂特点 遗传物质只复制一次，细胞连续分裂

36、两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。次，导致染色体数目减半。S期持续时间较长。期持续时间较长。同源染色体在减数分裂期同源染色体在减数分裂期I（Meiosis I）配对联会、基因重组。配对联会、基因重组。减数分裂同源染色体配对排列在中期赤减数分裂同源染色体配对排列在中期赤道板上，第一次分裂时，同源染色体分道板上，第一次分裂时，同源染色体分开，非同源染色体自由组合。开，非同源染色体自由组合。4、减数分裂的意义、减数分裂的意义 确保世代间确保世代间遗传的稳定性遗传的稳定性。增加变异增加变异机会，确保生物的机会，确保生物的多样性多样性，增强生物适应环境变化的能力。增强生物适应环

37、境变化的能力。减数分裂是生物减数分裂是生物有性生殖的基础有性生殖的基础，是，是生物遗传、生物进化和生物多样性的生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。重要基础保证。有丝分裂有丝分裂减数分裂减数分裂分裂次数分裂次数一次均等分裂一次均等分裂包括两次连续的细胞分裂，其包括两次连续的细胞分裂，其中一次为减数分裂，一次为均中一次为减数分裂，一次为均等分裂。等分裂。分裂结果分裂结果一个亲代细胞形成一个亲代细胞形成2个子代个子代细胞，子代细胞的染色体数细胞，子代细胞的染色体数目与亲代完全一样，保证了目与亲代完全一样，保证了亲子代细胞遗传物质的恒定亲子代细胞遗传物质的恒定性。性。一个细胞经分裂形成一个细

38、胞经分裂形成4个具有个具有不同遗传物质、染色体数目减不同遗传物质、染色体数目减半的子细胞，是产生遗传多样半的子细胞，是产生遗传多样性的基础之一。性的基础之一。同源染色体同源染色体是否联会是否联会每条染色体都是独立的，既每条染色体都是独立的，既不产生联会，也不发生交叉不产生联会，也不发生交叉互换。互换。前期前期I复杂，有同源染色体的复杂，有同源染色体的配对联会，有非姊妹染色单体配对联会，有非姊妹染色单体间的交叉和遗传物质的交换。间的交叉和遗传物质的交换。细胞分裂发细胞分裂发生对象生对象发生在体细胞中，形成的细发生在体细胞中，形成的细胞仍为体细胞。胞仍为体细胞。只限于生殖细胞中，形成的细只限于生殖

39、细胞中，形成的细胞为生殖细胞。胞为生殖细胞。有丝分裂与减数分裂的比较有丝分裂与减数分裂的比较有丝分裂和减数分裂的意义及其有丝分裂和减数分裂的意义及其主要区别。主要区别。思考题思考题 时相物质变化相对稳定，时相物质变化相对稳定，由此保证了细胞周期有条不由此保证了细胞周期有条不紊顺利进行，其原因何在？紊顺利进行，其原因何在？讨论讨论细胞周期各时相存在精细胞周期各时相存在精确控制确控制都 一、细胞周期检控点一、细胞周期检控点(checkpoint)（1）细胞周期检控点概念）细胞周期检控点概念细胞周期调控的一种机制。其作用主要细胞周期调控的一种机制。其作用主要是为了确保细胞周期的每一时相事件能是为了确

40、保细胞周期的每一时相事件能够有序、全部完成。够有序、全部完成。第三节第三节 细胞周期调控细胞周期调控（2）细胞周期检控点及其作用）细胞周期检控点及其作用G1/S检控点（又称检控点（又称G1期检控点）：期检控点）：酵母酵母Start动物细胞动物细胞Restriction PointG2/M检控点（又称检控点（又称G2期检验点）：期检验点）：M纺锤体组装检控纺锤体组装检控点：点：S期检控点：期检控点：二、有丝分裂促进因子（二、有丝分裂促进因子（MPF）1、MPF的发现的发现（1）细胞融合与超前凝缩染色体（）细胞融合与超前凝缩染色体（PCC）（Premature chromosomal conden

41、se）1970年年Johnson等，将等，将M期细胞分别与其期细胞分别与其他不同时期的间期细胞融合，他不同时期的间期细胞融合，发现发现间期细胞的间期细胞的染色体会提前发生形态各异凝集。该种染色体染色体会提前发生形态各异凝集。该种染色体称为称为PCC。提示：提示：M期细胞存在诱导期细胞存在诱导PCC的因子的因子人人M期细胞与袋鼠（期细胞与袋鼠（Ptk）G1、S、G2期细胞融合诱导期细胞融合诱导PCC：提示提示M期细期细胞存在诱导胞存在诱导PCC的因子。的因子。Ptk G2期细胞染色体凝集为双线状双线状Ptk G1期细胞染色体提前凝集为细细单线状单线状PtkS期细胞染色体凝集为粉末状粉末状（2）爪

42、蟾卵子成熟过程爪蟾卵子成熟过程Marker et al,1971IIIIII期卵母细胞期卵母细胞卵细胞卵细胞受精卵受精卵VVI期卵母细胞期卵母细胞卵细胞卵细胞卵细胞卵细胞卵细胞卵细胞期卵母细胞期卵母细胞期卵母细胞期卵母细胞芽殖芽殖酵母酵母细胞周期细胞周期 1）Leland Hartwell芽殖芽殖酵母酵母实验实验（3）酵母细胞周期基因研究酵母细胞周期基因研究研究的同时，研究的同时，Hartwell还还提出了提出了checkpoint（细胞周期检验点）的概念细胞周期检验点）的概念。意指当意指当DNA受到损伤时，细胞周期会停受到损伤时，细胞周期会停下来。下来。1960s Leland Hartwe

43、ll以芽殖以芽殖酵母酵母为为实验材料，利用阻断在不同细胞周期阶段实验材料，利用阻断在不同细胞周期阶段的温度敏感突变株，的温度敏感突变株，分离出了几十个与细分离出了几十个与细胞分裂有关的基因胞分裂有关的基因(cell division cycle gene，CDC)。如芽殖酵母的如芽殖酵母的cdc28基因，在基因，在G2/M转换点发挥重要的功能。转换点发挥重要的功能。裂殖酵母细胞周期裂殖酵母细胞周期 2）Paul Nurse 裂殖裂殖酵母酵母实验实验 1970s Paul Nurse等人以裂殖等人以裂殖酵母酵母为为实验材料，实验材料，同样发现了许多细胞周期调控同样发现了许多细胞周期调控基因基因。

44、裂殖裂殖酵母酵母cdc2、cdc25突变型在限突变型在限制温度下无法分裂。制温度下无法分裂。裂殖裂殖酵母酵母wee1突变型在限制温度突变型在限制温度下提早分裂。下提早分裂。cdc25和和wee1都发生突变的个体都发生突变的个体限制温度下会正常分裂。限制温度下会正常分裂。如：如：cdc2和和cdc28都编码一个都编码一个34KD的蛋白的蛋白激酶，促进细胞周期进行。而激酶，促进细胞周期进行。而wee1和和cdc25分别表现为抑制和促进分别表现为抑制和促进CDC2的活性。的活性。Cdc25 表达不足，细胞长得过长而不分裂；表达不足，细胞长得过长而不分裂；Wee1 表达不足，细胞很小就开始分裂了。表达

45、不足，细胞很小就开始分裂了。研究进一步发现：研究进一步发现：1983年，年，Timothy Hunt首次发现，海胆首次发现，海胆卵受精后，其卵受精后，其卵裂过程中有两种蛋白质的卵裂过程中有两种蛋白质的含量随细胞周期而出现显著变化含量随细胞周期而出现显著变化：它们在：它们在间期开始合成，间期开始合成，G2/M时达到高峰，时达到高峰，M结束结束后突然消失，在下一轮细胞周期的间期又后突然消失，在下一轮细胞周期的间期又重新合成，故命名为周期蛋白重新合成，故命名为周期蛋白(cyclin)。此后，在青蛙、爪蟾、海胆、果蝇和此后，在青蛙、爪蟾、海胆、果蝇和酵母酵母中均发现类似的情况，各类动物来源的细中均发现

46、类似的情况，各类动物来源的细胞周期蛋白胞周期蛋白mRNA均能诱导蛙卵的成熟。均能诱导蛙卵的成熟。（4）细胞周期蛋白的发现及其相关研究细胞周期蛋白的发现及其相关研究 1988年，年，M.J.Lohka 纯化了爪蟾的纯化了爪蟾的MPF，经鉴定由经鉴定由32KD和和45KD两种蛋白两种蛋白组成，二者结合可使多种蛋白质磷酸化。组成，二者结合可使多种蛋白质磷酸化。1990年，年，Paul Nurse进一步证明进一步证明P32实实际上是际上是CDC2的同源物，而的同源物，而P45是是cyclinB的同源物。的同源物。2001年年10月月8日美国人日美国人Leland Hartwell、英国人英国人Paul

47、 Nurse、Timothy Hunt因因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖尔生理医学奖。MPF是一种能使是一种能使多种底物蛋白磷酸化的多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶，是蛋白激酶，是M期中由期中由周期蛋白周期蛋白Cyclin和周期和周期蛋白依赖性激酶蛋白依赖性激酶CDK 形成的复合物。形成的复合物。p45MPF=CDK1（p34cdc2）+cyclinBp322、MPF的的生化实质生化实质 现认为，现认为，CDK-Cyclin是调控细胞周期各时相是调控细胞周期各时相事件精密有序运转的引擎。事件精密有序运转的引擎。CDK蛋白本身不具激酶蛋白本身不具激酶

48、活性，活性，它必须与周期蛋白（它必须与周期蛋白（Cyclin）结合才具有激）结合才具有激酶活性。酶活性。CDK蛋白为催化亚单位，蛋白为催化亚单位，Cyclin为激酶的为激酶的调节亚单位。不同的周期蛋白与不同的调节亚单位。不同的周期蛋白与不同的CDK蛋白结蛋白结合，构成不同的合，构成不同的CDK-Cyclin复合体。不同的复合体。不同的CDK-Cyclin复合体在细胞周期的不同时相表现不同的激复合体在细胞周期的不同时相表现不同的激酶活性。具细胞周期调控作用的酶活性。具细胞周期调控作用的CDK激酶（激酶（CDK-Cyclin复合体）可使某些下游蛋白质磷酸化，从而复合体）可使某些下游蛋白质磷酸化，从

49、而改变下游某些蛋白质的结构并启动其功能，进而实改变下游某些蛋白质的结构并启动其功能，进而实现细胞周期各时相事件精确调控。现细胞周期各时相事件精确调控。CDK激酶活性催激酶活性催化底物的磷酸化一般选择底物中某特定序列的某个化底物的磷酸化一般选择底物中某特定序列的某个Ser或或Thr残基磷酸化。残基磷酸化。CDK-Cyclin是调控细胞周期的引擎。不是调控细胞周期的引擎。不同的周期蛋白与不同的同的周期蛋白与不同的CDK结合，构成不同结合，构成不同的的CDK-Cyclin；不同的不同的CDK-Cyclin在不同的在不同的时相表现活性，影响不同的下游事件。时相表现活性，影响不同的下游事件。cyclin

50、（调节）调节）+CDK（具酶活性）具酶活性）MPFMPF（mitosis-promoting factor，有丝，有丝分裂促进因子，为异源二聚体，是所有分裂促进因子，为异源二聚体，是所有真核细胞有丝分裂起始的关键因子）真核细胞有丝分裂起始的关键因子）3、CDK激酶（激酶（CDK-Cyclin复合物复合物）的分子基础）的分子基础CDK激酶（激酶（CDK-Cyclin复合物复合物）酵母中有：酵母中有：Cln1、Cln2、Cln3、Clb1-Clb61）种类）种类（1）周期蛋白（）周期蛋白（Cyclin）u 已发现周期蛋白（已发现周期蛋白（Cyclin）数十种，）数十种，种类上具有多样性。种类上具有