细胞增殖与周期调控.pptx

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1、一、细胞周期一、细胞周期(cell cycle)(cell cycle)从一次细胞分裂结束到从一次细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所下一次细胞分裂结束所经历的过程，叫细胞周经历的过程，叫细胞周期。期。细胞周期最重要的功能是准确的复制染色体上的DNA并将两个拷贝精确的分配到两个子细胞中。第1页/共55页二、细胞周期中各个不同时相及其主要事二、细胞周期中各个不同时相及其主要事件件间期(interphase)G1期(gap1)，指从有丝分裂完成到期DNA复制之前的间隙时间。S期(synthesis phase)，指DNA复制的时期。G2期(gap2)，指DNA复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间。第

2、2页/共55页细胞周期不同时期的主要事件细胞周期不同时期的主要事件 G1G1期期：子代细胞的生成标志着：子代细胞的生成标志着G1G1期的开始。此时合期的开始。此时合成大量细胞生长所需要的各种蛋白质、糖类、脂类成大量细胞生长所需要的各种蛋白质、糖类、脂类等物质，但不合成等物质，但不合成DNADNA。在。在G1G1期的晚期有一个期的晚期有一个检验检验点点，监控着细胞是否进入，监控着细胞是否进入S S期。在芽殖酵母中叫做期。在芽殖酵母中叫做起始点起始点(start)(start)；在其他真核细胞中，限制点；在其他真核细胞中，限制点(restriction point,R(restriction po

3、int,R点点)；或检验点；或检验点(checkpoint)(checkpoint)。第3页/共55页Thecontrolofthecellcycle.Theessentialprocesses,suchasDNAreplicationandmitosisandcytokinesis,aretriggeredbyacentralcell-cyclecontrolsystem.Byanalogywithawashingmachine,thecontrolsystemisdrawnasanindicatorthatrotatesclockwise,triggeringessentialproces

4、seswhenitreachesspecificpointsontheouterdial.第4页/共55页S S期期，主要进行，主要进行DNADNA的复制与核小体组蛋白的合的复制与核小体组蛋白的合成，并组装成染色质结构。微管蛋白也开始合成。成，并组装成染色质结构。微管蛋白也开始合成。其其DNADNA复制的起始和复制过程受到多种细胞周期复制的起始和复制过程受到多种细胞周期调节因素的严密调控。调节因素的严密调控。G G2 2期：此时期：此时DNADNA含量已增加含量已增加1 1倍，细胞已做好了进倍，细胞已做好了进入入M M期的准备。但也有一个检验点，监控着期的准备。但也有一个检验点，监控着DNAD

5、NA是否完成了复制和损伤是否得到了修复。是否完成了复制和损伤是否得到了修复。M M期期，既要把一个细胞分成两个子细胞，又要将，既要把一个细胞分成两个子细胞，又要将两套染色体各分成一套分配到两个子细胞。两套染色体各分成一套分配到两个子细胞。第5页/共55页分裂期，又称M期(mitosis or division)，从开始到结束，可以分为前期、中期、后期和末期。各个时期都有非常显著的特征。G1期G2期第6页/共55页细胞的分类细胞的分类周周期期中中细细胞胞(cycling(cycling cell)cell)，持持续续分分裂裂的的细细胞胞，如如干干细细胞胞，表表皮皮生发层细胞、部分骨髓细胞。生发层

6、细胞、部分骨髓细胞。G G0 0期期细细胞胞(G(G0 0 cell)cell)，又又称称静静止止期期细细胞胞(quiescent(quiescent cell)cell)，暂暂时时退退出出细细胞胞周周期期，但但在在适适当当的的刺刺激激下下可可重重新新进进入入细细胞胞周周期期，如如淋淋巴巴细细胞胞、肝肝、肾肾细细胞胞和和结结缔缔组组织织的的成纤维细胞等。成纤维细胞等。终终 末末 分分 化化 细细 胞胞(terminally terminally differentiated differentiated cellscells)，指指不不可可逆逆地地脱脱离离细细胞胞周周期期，不不再再分分裂裂的的

7、细细胞胞，如如神神经经、肌肌肉肉、多多形形核核细胞等。细胞等。第7页/共55页三、细胞周期时间的测定三、细胞周期时间的测定同种细胞之间，细胞周期时间长短相似或相同；不同细胞种类之间，细胞周期时间长短差别很大。周期时间的主要差别在G1期，而S、G2和M期时间相对恒定。第8页/共55页（一）脉冲标记（一）脉冲标记DNADNA复制和细胞分裂指数观察测定复制和细胞分裂指数观察测定法：法：这种方法主要适用于细胞构成相对简单，细胞周这种方法主要适用于细胞构成相对简单，细胞周期时间相对较短，周期运转均匀的细胞群体。期时间相对较短，周期运转均匀的细胞群体。优点：可同时测定细胞周期总时间和各时相时间优点：可同时

8、测定细胞周期总时间和各时相时间缺点：要求有同位素室，细胞还须同步化。缺点：要求有同位素室，细胞还须同步化。（二）流式细胞仪测定法：（二）流式细胞仪测定法：这种方法依据细胞各时期这种方法依据细胞各时期DNADNA含量的特征及其变含量的特征及其变化来确定细胞周期时间。化来确定细胞周期时间。优点：可测定各种细胞的周期时间，测定快速，优点：可测定各种细胞的周期时间，测定快速，结果可靠。结果可靠。缺点：要求有流式细胞仪。缺点：要求有流式细胞仪。第9页/共55页四、细胞周期同步化四、细胞周期同步化(synchronization)(synchronization)细细胞胞周周期期同同步步化化指指在在自自然

9、然过过程程中中发发生生或或经经人人为为处处理理造造成成细细胞胞群群体体处处于于周周期期中中同同一一个个时时期期的的现现象象或或技技术。术。（一）自然同步化（一）自然同步化如：粘菌的多核体等。如：粘菌的多核体等。某些水生动物的受精卵：如海胆、海参、两栖类。某些水生动物的受精卵：如海胆、海参、两栖类。增增殖殖抑抑制制解解除除后后的的同同步步分分裂裂：如如真真菌菌的的休休眠眠孢孢子子移移入适宜环境后，它们一起发芽，同步分裂。入适宜环境后，它们一起发芽，同步分裂。第10页/共55页（二）人工同步化（二）人工同步化1 1、选择同步化、选择同步化1 1）有有丝丝分分裂裂选选择择法法：M M期期细细胞胞与与

10、培培养养皿皿的的附附着着性性低低，振振荡脱离器壁收集。荡脱离器壁收集。优点：操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害。优点：操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害。缺缺点点：获获得得的的细细胞胞数数量量较较少少（分分裂裂细细胞胞约约占占1%1%2%2%）。2 2）细胞沉降分离法：）细胞沉降分离法：M M期细胞体积大，可用离心分离。期细胞体积大，可用离心分离。优点：可用于任何悬浮培养的细胞。优点：可用于任何悬浮培养的细胞。缺点：同步化程度较低。缺点：同步化程度较低。第11页/共55页2 2、诱导同步化、诱导同步化1 1）DNADNA合合成成阻阻断断法法：选选用用DNADNA合合成成的的抑抑制制

11、剂剂，可可逆逆地地抑抑制制DNADNA合成。常用合成。常用TdR(TdR(胸腺嘧啶脱氧核苷胸腺嘧啶脱氧核苷)双阻断法：双阻断法：在在细细胞胞处处于于对对数数生生长长期期的的培培养养基基中中加加入入过过量量TdRTdR。S S期期细细胞胞被被抑抑制制，停停在在G G1 1/S/S交交界界处处。移移去去TdRTdR，释释放放时时间大于间大于T TS S时，再次加入过量时，再次加入过量TdRTdR。优点：同步化程度高优点：同步化程度高 缺点：产生非均衡生长，个别细胞体积增大。缺点：产生非均衡生长，个别细胞体积增大。2 2）中期阻断法）中期阻断法 用用秋秋水水仙仙素素、nocodazolenocoda

12、zole等等细细胞胞分分裂裂抑抑制制剂剂将将细细胞胞阻阻断断在中期。优点是无非均衡生长现象，缺点是可逆性较差。在中期。优点是无非均衡生长现象，缺点是可逆性较差。第12页/共55页正常培养细胞正常培养细胞2-3d2-3d；加入终浓度加入终浓度2mmol/L2mmol/L胸苷胸苷(TdR)(TdR)，继续培养，继续培养15-18h15-18h，诱导细胞停留在，诱导细胞停留在G1/SG1/S期边界；期边界；吸去培养液，洗吸去培养液，洗1-21-2次，用新鲜培养液培养次，用新鲜培养液培养10h10h；加入终浓度加入终浓度2mmol/L TdR 2mmol/L TdR，培养，培养18h18h；吸去培养液

13、，洗吸去培养液，洗1-21-2次，次，收集收集G1G1期细胞期细胞；在诱导的在诱导的G1G1期细胞中，加入新鲜的培养液，培养期细胞中，加入新鲜的培养液，培养3h3h，收集收集S S期细胞期细胞；在诱导的在诱导的G1G1期细胞中，加入新鲜的培养液，培养期细胞中，加入新鲜的培养液，培养8h8h，收集收集G2G2期细胞期细胞；在诱导的在诱导的G1G1期细胞中，加入期细胞中，加入nocodazole(nocodazole(终浓度终浓度600ng/ml)600ng/ml)的培养液，培养的培养液，培养12-14h12-14h，收集收集M M期细胞期细胞；G0G0期细胞可在细胞正常培养到期细胞可在细胞正常培

14、养到90%90%的覆盖率后，用的覆盖率后，用仅含仅含0.5%0.5%小牛血清的培养基饥饿小牛血清的培养基饥饿3d3d后获得。后获得。第13页/共55页五、特殊的细胞周期五、特殊的细胞周期1.1.早期胚胎细胞的细胞周期早期胚胎细胞的细胞周期 细胞分裂快，主要由细胞分裂快，主要由M M期与期与S S期两个时期组成。期两个时期组成。果蝇的受精卵在前果蝇的受精卵在前2h2h每发生一次卵裂仅每发生一次卵裂仅10min10min，12h12h内就可形成内就可形成5000050000个细胞；斑马鱼受精卵在前个细胞；斑马鱼受精卵在前3h3h每发生一次卵裂仅每发生一次卵裂仅15min15min，24h24h内就

15、可形成具有眼、内就可形成具有眼、耳和中枢神经系统及能见到肌肉收缩和心跳的脊椎耳和中枢神经系统及能见到肌肉收缩和心跳的脊椎动物雏形；鲢鱼在动物雏形；鲢鱼在2424左右，仅左右，仅20h20h就可孵化出苗。就可孵化出苗。第14页/共55页发育和增殖所需要的蛋白质、mRNA和其他营养物质已经在其卵子发生过程中预先被储存，细胞分裂没有体积的增加，只需将事先储存有大量卵质分配到不断增多的小细胞中。第15页/共55页2.2.酵母细胞的细胞周期酵母细胞的细胞周期 在细胞分裂时，细胞核膜不解聚，纺锤体位于在细胞分裂时，细胞核膜不解聚，纺锤体位于细胞核内，纺锤体的装配与细胞核内，纺锤体的装配与S S期期DNAD

16、NA复制同时进复制同时进行，而不是在行，而不是在DNADNA复制之后。复制之后。第16页/共55页芽殖酵母，不均等分裂。芽殖酵母，不均等分裂。第17页/共55页 裂殖酵母，均等分裂，长度增加，直径不变。第18页/共55页 3.3.植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期不含中心体，以形成中间板的形式进行胞质分裂。第19页/共55页4.4.细菌的细胞周期细菌的细胞周期 快速生长与慢速复制快速分裂与DNA的慢速复制问题的解决是在上一次细胞分裂结束时，DNA已经复制一半，细胞分裂后，立即进行新一轮的复制。第20页/共55页第二节 细胞分裂(cell division)第21页/共55页细胞分裂的类型细胞

17、分裂的类型无无 丝丝 分分 裂裂(amitosis)(amitosis)：又又 称称 直直 接接 分分 裂裂，由由RemarkRemark（18411841）发发现现于于鸡鸡胚胚血血细细胞胞，不不涉涉及及纺纺锤体形成及染色体变化锤体形成及染色体变化 。有有丝丝分分裂裂(mitosis)(mitosis)：又又称称为为间间接接分分裂裂，由由Fleming Fleming(1882)(1882)年年 首首 次次 发发 现现 于于 动动 物物，Strasburger(1880)Strasburger(1880)发发现现于于植植物物。染染色色体体复复制制一次，细胞分裂一次。一次，细胞分裂一次。减减数数

18、分分裂裂(meiosis(meiosis）：染染色色体体复复制制一一次次，细细胞胞连续分裂两次。连续分裂两次。第22页/共55页一、有丝分裂一、有丝分裂(mitosis)(mitosis)为了便于描述人为的划分为六个时期：为了便于描述人为的划分为六个时期：间期（间期（interphaseinterphase）；）；前期前期(prophase)(prophase)；前中期前中期(premetaphase)(premetaphase)；中期中期(metaphase)(metaphase)；后期后期(anaphase)(anaphase)；末期末期(telophase)(telophase)。其中间

19、期包括其中间期包括G G1 1期、期、S S期和期和G G2 2期，主要进行期，主要进行DNADNA复制、复制、中心体复制、细胞体积增大等准备工作。中心体复制、细胞体积增大等准备工作。第23页/共55页（一）前期浓缩素 condensin环状蛋白复合物(Cohesin)染色质凝缩(condensation)第24页/共55页星体微管开始装配星体微管开始装配第25页/共55页AssemblyofkinetochoreattheendofprophasevGolgi,ERetc.dispersetoformvesicles;kinetochoreassembly第26页/共55页动力蛋白 第27页

20、/共55页(二二)前中期前中期(prometaphase)(prometaphase)核仁解体，核膜破裂核膜解体到染色体排列到赤道面(equatorial plane)上。第28页/共55页纺锤体的装配纺锤体的装配极体微管（polar mt）两极间的微管，在纺锤体中部重叠，重叠部位结合有马达分子。动力微管（kinetochore mt），是从着丝点到另一极的微管；星体微管（astral mt），由中心粒放射出来的微管。植物没有中心粒和星体，其纺锤体称无星纺锤体。第29页/共55页(三)中期(Metaphase)染色体列队(chromosome alignment)或染色体中板聚合(congre

21、ssion)染色体排列到赤道面上第30页/共55页假说1：拉力使染色体列队假说2：推力使染色体列队第31页/共55页中期动粒微管的动态稳定 第32页/共55页（四）后期(anaphase)指妹妹染色体单体分开并移向两极的时期。分为后期A、后期B两个过程。第33页/共55页Anaphase A:separation of the sister chromatids.第34页/共55页后期动粒微管的缩短 第35页/共55页Anaphase B:separation of the poles.第36页/共55页1.驱动蛋白从负极走向正极使极微管向 相反方向滑去2.动力蛋白与两端的细胞端部结合，从正极

22、走向微管负极，朝细胞端部方向牵拉星体微管纺锤体变长的动力来源 第37页/共55页染色体向两极移动的假说第38页/共55页 从子染色体到达两从子染色体到达两极，至形成两个新细极，至形成两个新细胞为止的时期。涉及胞为止的时期。涉及子核的形成和胞质分子核的形成和胞质分裂两个方面。裂两个方面。（五）末期(telophase)第39页/共55页(六)胞质分裂(cytokinisis)胞质分裂开始时，大量的肌球蛋白在两个中心粒的中间处装配成微丝束并以肌球蛋白为动力，逐渐收缩，称为收缩环(contractile ring)。收缩环在细胞表面形成分裂沟。微管、小膜泡等物质聚集在分裂沟下方，构成一个环形 致密体

23、，称为中间体(midbody)。作用不清楚。开始于后期，在赤道板周围细胞膜下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟。结束于末期，分裂沟加深，至两个子代细胞完全分开。第40页/共55页 植植物物细细胞胞末末期期近近两两极极处处纺纺锤锤丝丝消消失失，中中间间微微管管保保留留，并并数数量量增增加加，形形成成成成膜膜体体。来来自自高高尔尔基基体体囊囊泡泡沿沿微微管管转转运运到到成成膜膜体体中中间间。融融合合形形成成细细胞胞板板(cell(cell plate)plate)，囊囊泡泡的的内内含含物物形形成成初初生生壁壁和和中中胶胶层层，囊泡膜形成质膜，融合留下的管道形成胞间连丝。囊泡膜形成质膜，融合留下的管道形成

24、胞间连丝。(七)植物细胞胞质分裂新细胞壁形成细胞板(cell plate)成膜体(phrag-moplast)第41页/共55页3.3.减数分裂减数分裂减数分裂是特殊的有丝分裂形式，仅发生于有性生殖细胞形成过程中的某个阶段。第42页/共55页(一)减数分裂(meiosis)时期减数分裂的 第一次分裂（间期）减数分裂的 第二次分裂 与有丝分裂相似细线期(leptotene)偶线期(zygotene)粗线期(pachytene)双线期(diplotene)终变期(diakinesis)前期 中期 后期 末期间期G1 S G2合成大部分DNA，而不是全部第43页/共55页(1)(1)细线期细线期(l

25、eptotene)(leptotene)染色质凝集，但两条染色体臂并不分离，呈单染色质凝集，但两条染色体臂并不分离，呈单线状；染色体上呈现颗粒样结构，称染色粒线状；染色体上呈现颗粒样结构，称染色粒(chromomere)(chromomere)；端粒通过接触斑与核膜相连，；端粒通过接触斑与核膜相连，其他部分以袢环状伸到核质中，又称花束期。其他部分以袢环状伸到核质中，又称花束期。第44页/共55页同源染色体配对，称为联会(synapsis)；两条同源染色体紧密结合在一起形成复合结构，称为二价体(bivalent)；二价体共含4条染色单体，称为四分体(tetrad)。合成在S期未合成的约0.3%的

26、DNA(zygDNA)。(2)偶线期(zygotene)第45页/共55页Transverse filement(横向纤维):两端的球形头和盘绕的中部(coiled coil)中央成分侧成分侧成分含有多种cohesin 蛋白成分第46页/共55页(3)(3)粗线期粗线期(pachytene)(pachytene)合成一小部分尚未合成一小部分尚未合成的合成的DNA(P-DNA)DNA(P-DNA)；在联会复合体部位；在联会复合体部位的中间，出现重组结的中间，出现重组结(recombination(recombination nodule)nodule)；合成减数；合成减数分裂期专有的组蛋白，分裂

27、期专有的组蛋白，并将体细胞型的组蛋并将体细胞型的组蛋白部分或全部置换下白部分或全部置换下来。在卵母细胞中，来。在卵母细胞中，还要发生还要发生rDNArDNA的扩的扩增。增。47 重组节中央成分侧成分第47页/共55页(4)(4)双线期双线期(diplotene)(diplotene)重组阶段结束，同源染色重组阶段结束，同源染色体相互分离，仅留几处交体相互分离，仅留几处交叉，四分体结构清晰可见。叉，四分体结构清晰可见。染色体发生部分去凝集，染色体发生部分去凝集，RNARNA转录活跃转录活跃(灯刷染色体灯刷染色体)。这一期持续较长，两栖类这一期持续较长，两栖类卵母细胞的双线期可持续卵母细胞的双线期

28、可持续近一年，而人的卵母细胞近一年，而人的卵母细胞双线期从胚胎期的第双线期从胚胎期的第5 5个月个月开始，短者可持续十几年，开始，短者可持续十几年，长者可达四五十年。长者可达四五十年。第48页/共55页(5)(5)终变期终变期(diakinesis)(diakinesis)染色体重新开始凝集，形成短棒状结构。核仁染色体重新开始凝集，形成短棒状结构。核仁消失，四分体均匀的分布在核中；交叉向端部消失，四分体均匀的分布在核中；交叉向端部移行，称端化移行，称端化(terminalization)(terminalization)；同源染色；同源染色体之间仅在端部和着丝粒处相互联结。体之间仅在端部和着丝粒处相互联结。第49页/共55页减数分裂第一次分裂的前期中同源染色体联会和去联会间期偶线期双线期和终变期细线期粗线期第50页/共55页(二二)减数分裂减数分裂期染色体在中期染色体在中期的排列与分离期的排列与分离第51页/共55页(三三)减数分减数分裂的意义裂的意义第52页/共55页卵细胞的形成精子的形成第53页/共55页第三节 细胞周期调控第54页/共55页感谢您的观看！第55页/共55页