细胞的有丝分裂和细胞周期.ppt

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1、 细胞的有丝分裂和细胞周期细胞的有丝分裂和细胞周期(细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控)细胞增殖细胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)的意义：的意义：细细胞胞增增殖殖是是细细胞胞生生命命活活动动的的重重要要特特征征之之一一,是是生生物物繁育的基础繁育的基础。单细胞生物单细胞生物细胞增殖导致生物细胞增殖导致生物个体数量个体数量的增加。的增加。多多细细胞胞生生物物由由一一个个单单细细胞胞即即受受精精卵卵分分裂裂发发育育而而来来，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。成成体体生生物物仍仍然然需需要要细细胞胞增增殖殖，主主要要取取代

2、代衰衰老老死死亡亡的的细细胞胞，维维持持个个体体细细胞胞数数量量的的相相对对平平衡衡和和机机体体的的正正常常功能功能。机机体体创创伤伤愈愈合合、组组织织再再生生、病病理理组组织织修修复复等等，都都要要依赖细胞增殖。依赖细胞增殖。LOGO有丝分裂有丝分裂是高等是高等真核真核生物生物细胞增殖的主要方式细胞增殖的主要方式LOGO 特点特点:发生在发生在高等真核生物中，形成有丝分裂高等真核生物中，形成有丝分裂器，器，遗传物质均等分配遗传物质均等分配。（一）前期（一）前期(prophase)(prophase)（二）中期（二）中期(metaphase)(metaphase)（三）后期（三）后期(anap

3、hase)(anaphase)（四）末期（四）末期(telophase)(telophase)第一节第一节 细胞的有丝分裂细胞的有丝分裂LOGO 1.1.染色质凝集染色质凝集，逐步螺旋化形成染色体，逐步螺旋化形成染色体:（一）前期（一）前期LOGO 2.2.核膜破裂、核仁消失核膜破裂、核仁消失:核膜消失主要是核膜消失主要是核纤层蛋白磷酸化核纤层蛋白磷酸化继而核纤层继而核纤层解聚，导致核膜破裂；核仁消失是由于解聚，导致核膜破裂；核仁消失是由于核仁相随染核仁相随染色质发生凝集色质发生凝集。LOGO 3.3.分裂极的确定和有丝分裂器的形成分裂极的确定和有丝分裂器的形成:动物细胞中心体动物细胞中心体在

4、在S S期复制形成的二个中心体期复制形成的二个中心体逐渐移向细胞两极，移到两极形成有丝分裂器。逐渐移向细胞两极，移到两极形成有丝分裂器。LOGOLOGOLOGO 有丝分裂器有丝分裂器（mitotic apparatusmitotic apparatus）：有丝分裂中期时，由）：有丝分裂中期时，由染色体、中心粒、纺锤染色体、中心粒、纺锤体、星体体、星体形成的专门执行有丝分裂功能的暂时性细胞器。形成的专门执行有丝分裂功能的暂时性细胞器。星体星体是指中心体及其周围放射状分布的大量微管。（前期）是指中心体及其周围放射状分布的大量微管。（前期）纺锤体纺锤体是一种与细胞分裂和染色体运动直接相关的一种临时性

5、细胞器，主要由微管及是一种与细胞分裂和染色体运动直接相关的一种临时性细胞器，主要由微管及其结合蛋白构成。从前期向中期转化的重要事件之一是纺锤体的组装其结合蛋白构成。从前期向中期转化的重要事件之一是纺锤体的组装 有丝分裂器的组成有丝分裂器的组成纺锤体纺锤体星体星体纺锤体纺锤体星体星体LOGOLOGOLOGO（二）中期（二）中期(metaphase)(metaphase)染色体凝集程度最大排列在细胞中央形成染色体凝集程度最大排列在细胞中央形成 赤道板赤道板。LOGO LOGO 着丝粒纵裂，着丝粒纵裂，姐妹染色单体姐妹染色单体分开并分别向两极分开并分别向两极移动。移动。（三）后期（三）后期(anap

6、hase)(anaphase)LOGOLOGOLOGO 1.1.子细胞核的出现；子细胞核的出现；2.2.胞质分裂。胞质分裂。（四）末期四）末期(telophase)(telophase)LOGOLOGO动物细胞的胞质分裂动物细胞的胞质分裂:收缩环收缩环LOGO细胞质缢缩内陷分裂细胞质缢缩内陷分裂 LOGO植物细胞的胞质分裂植物细胞的胞质分裂:细胞板细胞板（成膜体）（成膜体）LOGO第二节第二节 细胞周期细胞周期 细胞周期（细胞周期（cell cyclecell cycle）：）：是指细胞从上一次是指细胞从上一次分裂结束开始分裂结束开始到下一次到下一次分裂结束为止分裂结束为止所经历的过程，包括所

7、经历的过程，包括分裂间期分裂间期和和分分裂期裂期。LOGO DNADNA合成前期合成前期（G G1 1期）期）间期间期 DNADNA合成期（合成期（S S期）期）DNADNA合成后期（合成后期（G G2 2期）期）细胞周期细胞周期 前期前期 分裂期（分裂期（M M期）期）中期中期 后期后期 末期末期LOGO细胞周期示意图细胞周期示意图细胞周期各阶段的事件细胞周期各阶段的事件LOGO HelaHela 细胞增殖周期时相细胞增殖周期时相LOGO 细胞周期的时间细胞周期的时间 T TC C=T TG1G1 +T TS S +T TG2G2 +T TM M 适宜条件下一种细胞的周期时间相对稳定，不适宜

8、条件下一种细胞的周期时间相对稳定，不同生物或组织的细胞同生物或组织的细胞T TC C差异较大，差异较大，T TS S、T TG2G2、T TM M变化变化较小较小，主要是主要是T TG1G1的差异的差异。LOGOLOGO 1.1.周期性细胞周期性细胞-可可不断增殖不断增殖。不在。不在G G1 1期停留，不期停留，不断进入细胞周期（周期中细胞）如骨髓干细胞、皮肤断进入细胞周期（周期中细胞）如骨髓干细胞、皮肤基底层细胞、精原细胞等。分化程度低。基底层细胞、精原细胞等。分化程度低。2.2.暂不增殖细胞暂不增殖细胞-G-G0 0细胞细胞。一般停在一般停在G G1 1期、不增期、不增殖，但保留能力，受到

9、刺激后恢复增殖。殖，但保留能力，受到刺激后恢复增殖。如：如：肝细胞、肝细胞、肾细胞、淋巴细胞肾细胞、淋巴细胞等。如：肝外伤或手术。如：等。如：肝外伤或手术。如：肿肿瘤细胞停在瘤细胞停在G G0 0期，对药物不敏感，是复发根源。期，对药物不敏感，是复发根源。3.3.终终端端分分化化细细胞胞-不不增增殖殖细细胞胞。终终身身停停留留G G1 1期期，失失去去增增殖殖能能力力，也也称称不不育育细细胞胞或或终终末末细细胞胞。如如神神经经细细胞、肌肉细胞、红细胞、角质细胞。高度分化胞、肌肉细胞、红细胞、角质细胞。高度分化。G G1 1期细胞的三种去向期细胞的三种去向LOGO 在胚胎发育在胚胎发育早期（卵裂

10、期）所有细胞均为周期性细胞早期（卵裂期）所有细胞均为周期性细胞。以后以后随着发育成熟，某些细胞进入随着发育成熟，某些细胞进入G G0 0期期，某些细胞分化后丧失，某些细胞分化后丧失分裂能力。分裂能力。到成体时，只有少数细胞处于增殖状态到成体时，只有少数细胞处于增殖状态，它们的，它们的增殖仅作为补充丢失的细胞（如造血系统中，红细胞、白细增殖仅作为补充丢失的细胞（如造血系统中，红细胞、白细胞不断死亡丢失，小肠上皮细胞不断由小肠绒毛顶端脱落，胞不断死亡丢失，小肠上皮细胞不断由小肠绒毛顶端脱落，表皮细胞不断死亡、磨损、脱落），或对外界刺激的反应表皮细胞不断死亡、磨损、脱落），或对外界刺激的反应（如（如

11、免疫淋巴细胞反应）。免疫淋巴细胞反应）。LOGO 许多生命过程例如胚胎发育许多生命过程例如胚胎发育、造血及上皮组织的更新造血及上皮组织的更新、组织再生组织再生、创伤愈合创伤愈合、免疫反应等都和免疫反应等都和细胞增殖的精确调细胞增殖的精确调控控有密切的关系。而有密切的关系。而肿瘤细胞是增殖失控细胞肿瘤细胞是增殖失控细胞，不断地增，不断地增殖，最终导致机体的死亡。因此，殖，最终导致机体的死亡。因此，细胞周期及其调节的研细胞周期及其调节的研究究不仅关系到阐明生物学中许多重要基础理论问题，还将不仅关系到阐明生物学中许多重要基础理论问题，还将关系到从根本上了解和征服肿瘤。关系到从根本上了解和征服肿瘤。L

12、OGO （一）一）G1期期 与与DNADNA合成启动相关合成启动相关，细胞物质代谢活跃，细胞物质代谢活跃，RNARNA和蛋白和蛋白质合成，质合成，细胞体积增大细胞体积增大。存在细胞增殖的限制点。存在细胞增殖的限制点(restriction point,R(restriction point,R点点 )。G1 早期早期-R点点-G1 晚期晚期 R点为控制点点为控制点，决定是否增殖。，决定是否增殖。如能通过，则增殖。如能通过，则增殖。一、细胞周期各时相的动态变化一、细胞周期各时相的动态变化LOGOG1期的限制点（期的限制点（R点）点）LOGO (二二)S)S期期 1.1.DNADNA合成合成(复制

13、复制)，DNADNA含量加倍含量加倍2n 4n2n 4n；2.2.组蛋白合成组蛋白合成、染色质组装染色质组装 3.3.部分部分RNARNA与蛋白的合成。与蛋白的合成。LOGO (三三)G)G2 2期期 1.合成分裂相关蛋白合成分裂相关蛋白微管蛋白、膜蛋白、微管蛋白、膜蛋白、染色质凝集因子（有丝分裂因子）染色质凝集因子（有丝分裂因子）。2.染色质开始螺旋化染色质开始螺旋化。3.继续为继续为M期准备物质和能量。期准备物质和能量。LOGO （四）（四）M M期期 主要包括两种方式，即主要包括两种方式，即有丝分裂有丝分裂(mitosis)(mitosis)和减和减数分裂数分裂(meiosis)(mei

14、osis)。遗传物质和细胞内其他物质分配。遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。给子细胞。LOGO 限制点（控制点）限制点（控制点）LOGO 二、细胞周期的调控二、细胞周期的调控人类人类M M期细胞期细胞与与袋鼠袋鼠G G1 1、和、和G G2 2期细胞融合期细胞融合诱导成熟染色体凝集诱导成熟染色体凝集LOGO间期卵母细胞间期卵母细胞被显微注射被显微注射不同细胞周期的细胞质不同细胞周期的细胞质后的反应后的反应LOGO（一）细胞周期调控蛋白（一）细胞周期调控蛋白细胞周期蛋白细胞周期蛋白(cyclincyclin)与细胞周期蛋白依赖激与细胞周期蛋白依赖激酶（酶（C Cdksdks）1.1.细胞周期

15、蛋白细胞周期蛋白(cyclincyclin)是一类随是一类随细胞周期的变化呈周期性的出现与细胞周期的变化呈周期性的出现与消失的消失的蛋白质蛋白质。出现具严格的顺序性，出现具严格的顺序性，与特定的与特定的C Cdkdk形成复形成复合体，使合体，使CdkCdk活化活化。cyclincyclin家族成员根据其序列家族成员根据其序列的相似及生理功能被分为不同类型，迄今已被鉴的相似及生理功能被分为不同类型，迄今已被鉴定出的有定出的有cyclinAcyclinA、B B、C C、D D、E E等。等。LOGO细胞周期蛋白细胞周期蛋白(cyclin)是一类随是一类随细胞周期的变化呈细胞周期的变化呈周期性的出

16、现与消失周期性的出现与消失的的蛋白质蛋白质。LOGO 2.2.细胞周期蛋白依赖激酶（细胞周期蛋白依赖激酶（C Cdkdks s）一组控制细胞周期各时相间转换的一组控制细胞周期各时相间转换的蛋白激酶蛋白激酶（可以使多种蛋白质磷酸化），其活性依赖于细胞（可以使多种蛋白质磷酸化），其活性依赖于细胞周期蛋白的调节周期蛋白的调节。与相应的。与相应的cyclincyclin结合形成结合形成cyclin-cyclin-C Cdkdk复合体，复合体，调节细胞从调节细胞从G G1 1 S S、G G2 2 M M和退出有丝和退出有丝分裂的各个进程。分裂的各个进程。CdksCdks和和cyclinscyclins

17、结合形成二聚体的结合形成二聚体的复合物，具有蛋白激酶活性。复合物，具有蛋白激酶活性。由催化亚基和调节亚由催化亚基和调节亚基组成，基组成，cyclincyclin为调节亚基，为调节亚基，CdkCdk为催化亚基为催化亚基。LOGO 成熟促进因子（成熟促进因子（maturation promoting maturation promoting factor,MPFfactor,MPF）是是有丝分裂调控的重要因子，在有丝分裂调控的重要因子，在G G2 2期形成、能促进期形成、能促进M M期启动的调期启动的调控因子。控因子。Cdk1Cdk1即即p34p34cdc2 cdc2(cell division(

18、cell division cycle,cdccycle,cdc)+cyclinBcyclinB Cdk1Cdk1（p34p34cdc2cdc2）为细胞周期蛋白依赖激酶，分子量为细胞周期蛋白依赖激酶，分子量343410103 3，cyclinBcyclinB为细胞周期蛋白为细胞周期蛋白B B。后来发现它们几乎存在于从酵母到人体所有的真核细胞后来发现它们几乎存在于从酵母到人体所有的真核细胞的分裂期细胞中，是调节细胞进入的分裂期细胞中，是调节细胞进入M M期的重要因子。期的重要因子。若若cyclinBcyclinB与与p34p34cdc2cdc2分离并解体分离并解体,将致使将致使MPFMPF激酶活

19、性失活激酶活性失活,由此可促进细胞从由此可促进细胞从M M期向期向G G1 1期转化。期转化。（二）（二）成熟促进因子成熟促进因子LOGO 1.MPF1.MPF活性的调节活性的调节 MPFMPF的活性存在于催化的活性存在于催化亚基亚基p34p34cdc2cdc2上，而这种活性的最直接调控是由调节上，而这种活性的最直接调控是由调节亚基亚基cyclinBcyclinB 的的周期性合成和降解控制的。周期性合成和降解控制的。p34p34cdc2cdc2的的蛋白水平在整个细胞周期蛋白水平在整个细胞周期中不变。中不变。p34p34cdc2cdc2必须与必须与cyclinBcyclinB结合后才有激酶活性，

20、而结合后才有激酶活性，而cyclinBcyclinB的的转录和合成转录和合成随细胞周期而变化随细胞周期而变化，在间期开始合成，在，在间期开始合成，在G G2 2/M/M达到高峰，使得达到高峰，使得p34p34cdc2cdc2 cyclinBcyclinB复合体的激酶活性在复合体的激酶活性在G G2 2/M/M达到峰值，诱导达到峰值，诱导M M期发生，期发生，M M期结束时，激酶期结束时，激酶活性突然丧失，细胞退出活性突然丧失，细胞退出M M期。期。LOGOLOGO 2.MPF2.MPF的功能的功能 1.1.催化催化组蛋白组蛋白H H1 1磷酸化磷酸化，参与有丝分裂的启动和染色质的，参与有丝分裂

21、的启动和染色质的凝集；凝集；2.2.催化催化核纤层蛋白核纤层蛋白磷酸化磷酸化，核纤层结构解体；，核纤层结构解体；3.3.使一些使一些原癌基因蛋白产物原癌基因蛋白产物发生发生磷酸化磷酸化，由此产生一系列，由此产生一系列深远的与细胞分裂有关的生物学效应；深远的与细胞分裂有关的生物学效应；4.4.作用于微管蛋白，控制着细胞周期中微管的动力学变化。作用于微管蛋白，控制着细胞周期中微管的动力学变化。LOGO细胞周期蛋白的调节细胞周期蛋白的调节(后期促进因子后期促进因子)LOGO 生长因子是细胞合成分泌到细胞外的一类蛋白因生长因子是细胞合成分泌到细胞外的一类蛋白因子，能与膜上专一受体结合，从而刺激、诱导细

22、胞子，能与膜上专一受体结合，从而刺激、诱导细胞增殖。增殖。血小板衍生生长因子、表皮生长因子、白细胞血小板衍生生长因子、表皮生长因子、白细胞介素、转化生长因子等。介素、转化生长因子等。生长因子是体内细胞分泌的，没有药物类的毒生长因子是体内细胞分泌的，没有药物类的毒性，因此在临床治疗各种疾病方面具有应用前景和性，因此在临床治疗各种疾病方面具有应用前景和实践意义。实践意义。（三）（三）生长因子（生长因子（growth factorgrowth factor）LOGO（四）抑素（四）抑素（chalonechalone）是由细胞自体产生的、终止细胞增殖的信号分是由细胞自体产生的、终止细胞增殖的信号分子，

23、是一种热不稳定的可溶性、分泌型糖蛋白，在子，是一种热不稳定的可溶性、分泌型糖蛋白，在细胞增殖的反馈性调节中起重要作用。细胞增殖的反馈性调节中起重要作用。抑素不但具有严格的组织特异性，而且还有细抑素不但具有严格的组织特异性，而且还有细胞周期阶段的胞周期阶段的特异性特异性。目前已经发现的抑素有。目前已经发现的抑素有2020多多种，如肝细胞抑素、肾细胞抑素、红细胞抑素等。种，如肝细胞抑素、肾细胞抑素、红细胞抑素等。并且有的抑素专门作用于并且有的抑素专门作用于G G1 1期，防止细胞进行期，防止细胞进行DNADNA合成（如合成（如G G1 1期表皮细胞抑素）；有的专门作用于期表皮细胞抑素）；有的专门作

24、用于G G2 2期，防止细胞进行分裂（如期，防止细胞进行分裂（如G G2 2期表皮细胞抑素）。期表皮细胞抑素）。LOGO三、细胞周期调控的遗传基础三、细胞周期调控的遗传基础（一）细胞分裂周期（一）细胞分裂周期(cell division cell division cycle,cycle,cdccdc)基因基因 真核生物基因组真核生物基因组中具有中具有cdccdc基因，基因，cdccdc基因基因是一类产物表达具是一类产物表达具细胞周期依赖性或直接参与了细胞周期调控的基因。细胞周期依赖性或直接参与了细胞周期调控的基因。酵母细胞分裂周期酵母细胞分裂周期cdc基因基因LOGO 原原癌癌基基因因（pr

25、oto-oncogeneproto-oncogene）存存在在于于正正常常细细胞胞基基因因组组中中，是是控控制制细细胞胞生生长长和和分分裂裂的的基基因因。编编码码多多种种类类型型的的蛋蛋白白质质，作作为细胞生长和分裂的调控因子。为细胞生长和分裂的调控因子。癌癌基基因因（V-V-oncogeneoncogene，V-V-onconc）是是指指一一些些逆逆转转录录病病毒毒基基因因组组所所具具有有的的、异异常常活活化化后后可可使使细细胞胞无无限限增增殖殖进进而而癌癌变变的的DNADNA序序列列。是是控控制制细细胞胞生生长长和和分分裂裂的的原原癌癌基基因因的的一一种种突突变变形形式式。编编码生长因子、

26、生长因子受体、细胞周期调控蛋白等。码生长因子、生长因子受体、细胞周期调控蛋白等。抑抑癌癌基基因因（anti-anti-oncogeneoncogene）是是指指正正常常细细胞胞中中含含有有的的抑抑制制细胞恶性增殖的基因细胞恶性增殖的基因。（二）原癌基因、癌基因和抑癌基因（二）原癌基因、癌基因和抑癌基因LOGO 癌细胞的基本特征：癌细胞的基本特征：1.1.细胞生长与分裂失去控制细胞生长与分裂失去控制 2.2.具有侵润性和扩散性具有侵润性和扩散性 3.3.细胞间相互作用改变细胞间相互作用改变 LOGO RbRb基因、基因、P53P53基因为常见的、重要的两种抑癌基基因为常见的、重要的两种抑癌基因。

27、因。RbRb基因：第一个被发现的抑癌基因（基因：第一个被发现的抑癌基因（19861986年）。年）。人的该基因定位于人的该基因定位于13q1413q14上，上，当当RbRb两个等位基因丢失两个等位基因丢失或失活时，则导致细胞癌变。或失活时，则导致细胞癌变。RbRb蛋白具有蛋白具有抑制细胞增抑制细胞增殖和促进分化殖和促进分化的功能，如将正常的的功能，如将正常的RbRb基因重组载体感基因重组载体感染视网膜母细胞瘤和骨肉瘤细胞株，不仅使这些细胞染视网膜母细胞瘤和骨肉瘤细胞株，不仅使这些细胞的增殖被抑制，而且也抑制其恶性表型。的增殖被抑制，而且也抑制其恶性表型。LOGOpRbpRb对细胞周期的运转作用

28、对细胞周期的运转作用(抑制抑制E2F转录因子转录因子)LOGO P53P53基因：人的该基因定位于基因：人的该基因定位于1717号染色体上，分子号染色体上，分子量为量为53KD53KD。是。是肿瘤抑制因子，可阻断细胞周期和诱导肿瘤抑制因子，可阻断细胞周期和诱导细胞凋亡。细胞凋亡。用基因枪把用基因枪把P53P53基因注入人的肺癌细胞，结基因注入人的肺癌细胞，结果发现：癌细胞生长变缓，恶性程度明显降低。果发现：癌细胞生长变缓，恶性程度明显降低。LOGO四、细胞周期同步化的研究方法四、细胞周期同步化的研究方法 细胞同步化：人为地将不同时期的细胞分离开细胞同步化：人为地将不同时期的细胞分离开 来，从而

29、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。1.1.有丝分裂摇落法有丝分裂摇落法：M M期细胞会变圆期细胞会变圆，与培养瓶壁附着力减弱。轻，与培养瓶壁附着力减弱。轻轻震荡，使其脱落悬浮到培养液，离心收集。轻震荡，使其脱落悬浮到培养液，离心收集。特点：简单、同步化效率高；细胞未受伤害，特点：简单、同步化效率高；细胞未受伤害，反映情况真实；但分离细胞数目少。反映情况真实；但分离细胞数目少。LOGO 2.2.密度梯度离心法密度梯度离心法：不同时期细胞在重量和体积上差别显著，可不同时期细胞在重量和体积上差别显著，可采用。如：裂殖酵母。采用。如：裂殖酵母。特点：简单省时、效率高、成本低。但对

30、大多特点：简单省时、效率高、成本低。但对大多 数细胞不适用。数细胞不适用。LOGO 3.3.化学同步法化学同步法：通过不同：通过不同药物药物可获得不同时期同可获得不同时期同 步化细胞，但对细胞周期有干扰。步化细胞，但对细胞周期有干扰。（1 1）DNADNA合成阻断法合成阻断法：常用药物：氨甲蝶呤、胸苷。可使细胞常用药物：氨甲蝶呤、胸苷。可使细胞同步于同步于S S期期。特点：效率高，几乎适于所有体外培养的细胞系。特点：效率高，几乎适于所有体外培养的细胞系。LOGO（2 2）中期阻断法中期阻断法：常用药物：常用药物：秋水仙素秋水仙素、长春花碱、秋水、长春花碱、秋水 仙胺等。仙胺等。作用：作用：抑制纺锤体微管的聚合抑制纺锤体微管的聚合。特点：操作简便，效率高。但药物特点：操作简便，效率高。但药物毒性毒性 大，若处理时间过长，不能恢复大，若处理时间过长，不能恢复 正常细胞周期正常细胞周期。LOGO 第四节第四节 细胞增殖异常引起的疾病细胞增殖异常引起的疾病人类细胞增殖异常性疾病人类细胞增殖异常性疾病:1.1.细胞增殖细胞增殖抑制抑制性疾病性疾病:血细胞血细胞增殖障碍增殖障碍贫血贫血；生殖生殖 细胞细胞障碍引起的障碍引起的不育不育；T T淋巴细胞淋巴细胞增殖抑制和凋亡增殖抑制和凋亡 引起的引起的艾滋病艾滋病。2.2.细胞增殖细胞增殖失控失控性疾病：性疾病：肿瘤肿瘤。LOGO