细胞增殖2学习.pptx
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1、二、真核细胞的分裂细胞增殖方式:无丝分裂、有丝分裂、减数分裂1、细胞周期:进行连续分裂的细胞从上一次分裂结束到下一次分裂完成所经历的整个连续过程,称为细胞周期。包括间期和分裂期2、分裂间期:是细胞生长期,为分裂做物质准备,包括G1、S、G2三个时期。(一)无丝分裂:也叫直接分裂,最简单的分裂方式(二)有丝分裂:又称间接分裂,是多细胞生物体细胞增殖的最重要形式。细胞进行分裂时,由分裂间期复制加倍了的染色体经纺锤丝的作用平均分配到两个子细胞中,分裂产生的两个子细胞含有与亲代相等数目的染色体。第1页/共57页(3)G2期:也叫“有丝分裂准备期”,DNA合成终止,但是还有RNA和蛋白质的合成,微管蛋白
2、以及一些与细胞分裂有关的物质在此期大量合成。(2)S期:主要特征-DNA复制,也合成组蛋白和非组蛋白。组蛋白是在细胞质中合成,然后通过核孔进入核中,同所合成的DNA结合,参加染色体的构成。非组蛋白在间期各个时期都有合成。(1)G1期:是一个生长期。进行物质的合成,为进入期:是一个生长期。进行物质的合成,为进入S期期DNA合成作合成作准备,特别是合成准备,特别是合成DNA的前身物质、的前身物质、DNA聚合酶和合成聚合酶和合成DNA所必所必需的其他酶系,以及储备能量。此期最主要的是合成一定数量的需的其他酶系,以及储备能量。此期最主要的是合成一定数量的RNA和某些专一性的蛋白质。和某些专一性的蛋白质
3、。此外,在此期,线粒体、核糖体都增多了,内质网在更新扩此外,在此期,线粒体、核糖体都增多了,内质网在更新扩大,来自内质网的高尔基体、溶酶体等都增加了数目。动物细胞大,来自内质网的高尔基体、溶酶体等都增加了数目。动物细胞的的2 2个中心粒也彼此分离,并开始复制。个中心粒也彼此分离,并开始复制。第2页/共57页3、细胞分类:周期细胞:连续分裂的细胞,如植物根尖、茎尖的生长细胞。终端分化细胞:不分裂的细胞,即细胞永久地失去了分裂能力,而分化为具一定形态结构及生理功能的组织细胞,如神经细胞。G0期细胞:一般情况下保持静止状态,不进行分裂,一定刺激条(休眠期细胞)件下,可重新进入细胞周期。如肝细胞、淋巴
4、细胞。5、分裂期(M期):将分裂间期复制的DNA以染色体的形式平均分配到2个子细胞中去,使每个子细胞都得到一组与母细胞相同的遗传物质即基因。分裂期的全过程分为前期、中期、后期、末期。4、细胞周期的时间:哺乳动物的各种细胞周期的时间,除G1期变化很大,从二、三小时到几天外,其余各期都比较恒定:M期大多1h左右,G2期大多3h:S期大多7h左右。高等动物细胞周期最短的是受精卵。受精卵含有足够的分裂所需物质,所以早期的分裂只有DNA的复制而无细胞的生长,这时细胞周期很短,最短可不足8min,最长也不超过1h,其中S期和M期各占一半,而G1和G2全然没有了。第3页/共57页前期两个中心体向两极移动左,
5、前中期;右,中期第4页/共57页中期,右图显示与染色体联接的微管后期姊妹染色单体分离第5页/共57页(三)减数分裂:也叫成熟分裂,是高等生物生殖细胞成熟时特有的分裂方式,是特殊的有丝分裂。与有丝分裂的不同在于,染色质复制一次之后,要经过两次细胞分裂,结果子细胞所含的染色体数比亲代细胞减少了一半,故称为减数分裂。减数分裂的类型:合子减数分裂居间减数分裂配子减数分裂第6页/共57页(1)第一次分裂:减数分裂的一些重要过程主要发生在第一次分裂中,特别是前期。前期:时间较长,可长达数周、数年、甚至数十年,染色体也表现出相当复杂的形态变化,又分为五个时期细线期是减数分裂过程的开始时期。染色体已经进行了复
6、制,一条染色体应由两条染色单体组成。但一般看不出两条染色单体。此期中染色质开始凝缩,故又称凝缩期。偶线期是同源染色体配对的时期。(联会)进行减数分裂形成生殖细胞前要经过一个较长的生长期,称为减数分裂前间期,也包括G1、S、G2三个时期,但S期较长,G2期很短或没有。第7页/共57页粗线期染色体明显缩短变粗。联会的同源染色体紧密结合,同源染色体的非姊妹染色单体间发生局部交换。(四分体出现)双线期联会的两条同源染色体开始分离,但由于同源染色体之间的交换尚未完成,在交叉点上它们还保持连在一起,所以两条染色体并不完全分开。动物的卵母细胞可长时间处于双线期长达数周、数年。在人类中甚至可达十几年。哺乳动物
7、的卵母细胞在动物出生前后即停顿在双线期,性成熟后才发育成熟。如人卵在出生前的第五个月即到达双线期,一直保持到很多年后的性成熟后的排卵期。终变期一般核仁开始消失、核膜开始解体。在染色体区纺锤体微管变得清晰可见,染色体缩到最短,并疏散分布到四周近核膜处。中期核膜、核仁解体是进入中期的标志配对的同源染色体(二价体)排列于赤道面中,形成赤道板。这时二价体因长短的不同和交叉数目的多少和有无而呈不同形态,比如环状、棒状、C字型、十字型等。第8页/共57页后期二价体中两条同源染色体分开,分别向两极移动。但这时的每条染色体是由两条染色单体组成的。应当强调的是,二价体由哪条染色体移向哪一极完全是随机的。末期染色
8、体到达两极后开始末期过程。部分细胞进入末期后染色体解螺旋,核膜、核仁重现,通过胞质分裂形成两个子细胞。但也有的细胞只形成两个子核,不进行胞质分裂。减数分裂间期:在减数分裂和减数分裂之间的间期很短,且并不进行DNA合成。因而也不进行染色体的复制。在有些生物甚至没有这个间期,而由末期直接转为前期。(2)第二次分裂第二次减数分裂基本上与普通有丝分裂相同。前期时间较短。中期染色体排列于赤道面,两条染色单体的着丝点分别向着两极,形成赤道板。后期时两条染色单体分开,移向两极。末期时染色体解螺旋化形成核膜,出现核仁经过胞质分裂,完成减数分裂过程。第9页/共57页减数分裂模式图第10页/共57页有丝分裂与减数
9、分裂的比较:有丝分裂减数分裂形成体细胞分裂的方式形成生殖细胞分裂的方式分裂过程是一次细胞分裂分裂过程是两次连续的细胞分裂同源染色体不发生配对联会同源染色体配对、联会、交叉和交换,形成四分体染 色 体 数 目 不 减 半(2n2n)第 一 次 分 裂 染 色 体 数 目 减 半(2nn)分裂结果形成两个体细胞分裂结果形成四个生殖细胞第11页/共57页1970s Rao和Johnson发现与M期细胞(Hela)融合的间期细胞染色体发生凝缩,称为早熟凝集染色体(prematurely condensed chromosome,PCC)。G1期PCC为单线状,因DNA未复制。S期PCC为粉末状,因DN
10、A由多个部位开始复制。G2期PCC为双线染色体,说明DNA复制已完成。三、细胞周期调控甚至不同类的M期细胞也可诱导PCC产生,说明M期细胞具有促进间期细胞进行分裂的因子,即成熟促进因子(maturationpromotingfactor,MPF)。第12页/共57页研究发现MPF=CDC2+clyclinBCDC2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性,故名细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependentkinase,CDK)。CDC2又被称为CDK1,可将特定蛋白磷酸化,促进细胞周期运行,又称作细胞周期引擎。如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失;将H1磷酸化导致染色体的凝缩等。细
11、胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子CDKinhibitor,CKI对细胞周期起负调控作用,机理:CDK激酶的活性首先依赖于周期蛋白的积累,其含量达到一定值并与周期蛋白结合,同时在其他因素的调节下,渐表现出活性。第13页/共57页细胞周期蛋白cyclin特点:在细胞周期中呈周期性变化。含有一段约100个氨基酸的保守序列,称为周期蛋白框,介导周期蛋白与CDK结合。作用:激活CDK,引导CDK作用于不同底物。已知30余种,在脊椎动物中为A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。分为4类:G1型、G1/S型、S型、M型。第14页/共57页不同类型的CDK/cyclin复合体*包括D1-3,各
12、亚型cyclin D在不同细胞中的表达量不同,但具有相同的功效。vG1期,在生长因子的刺激下,cyclinD表达,并与CDK4、CDK6结合,使下游的蛋白质磷酸化,促进许多基因的转录,如编码cyclinE、A和CDK1的基因。vG1-S期,cyclinE与CDK2结合(SPF),促进细胞进入S期。CyclinE的抗体能使细胞停滞于G1期。v在G2-M期,cyclinA、cyclinB与CDK1结合(MPF),CDK1使底物蛋白磷酸化、如将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩,核纤层蛋白磷酸化使核膜解体。第15页/共57页五、细胞周期检验点(checkpoint)(checkpoint)细胞周期检验点
13、是细胞周期调控的一种机制,主要是确保周期每一时相事件的有序、全部完 成并与外界环境因素相联系细胞周期检验点及其作用 G1/S检验点:DNA是否损伤?细胞外环境是否适宜?细胞体积是否足够大?在酵母中称start点,在哺乳动物中称R点(restrictionpoint)。S期检验点:DNA复制是否完成?G2/M检验点:DNA是否损伤?细胞体积是否足够大?中-后期检验点:纺锤体组装检验点。第16页/共57页第17页/共57页三、细胞分化,简单说是在个体发育过程中细胞之间产生稳定差异的过程。任何个体都是由许多在形态和功能上不同的细胞组成的,它们分别构成组织、器官、系统。这些具有不同形态和功能的细胞是通
14、过分化过程形成的。细胞分化是现代生物学的基本问题之一。1细胞分化的原理(1)细胞核的全能性细胞分化能力的强弱称为发育潜能。在动物个体发育过程中,受精卵具有分化出各种组织和细胞,并建立一个完整个体的潜在能力,这种细胞称为全能细胞。高等动物除受精卵外,第一次卵裂后产生的两个细胞也具有全能性。在胚胎发育的囊胚细胞和原肠胚细胞,虽然具有分化出多种组织的可能,但却不能发育成完整的个体,这部分细胞叫做多能细胞。在动物长成后,成体中储存着保持增殖能力的细胞,它们产生的细胞后代有的可能分化为多种组织,有的可能只分化出一种细胞。只能分化出一种细胞的类型叫做单能细胞。第18页/共57页高等动物在个体发育中,产生了
15、体细胞和生殖细胞两个独立的细胞系,体细胞便失去了全能性。随着动物细胞分化程度提高,细胞分化潜能越来越窄,但动物体细胞全能性的丧失并不意味着遗传物质的丧失。对细胞核来说,高度分化的细胞,仍保留着物种的全套基因,因此高度分化的动物细胞其细胞核仍保持着全能性。蛙红细胞核移植后发育成蝌蚪第19页/共57页Dolly羊的诞生说明高度分化的哺乳动物体细胞核也具有发育全能性第20页/共57页高度分化的植物组织具有发育成完整植物的潜能,保持着发育的全能性。第21页/共57页干细胞(Stemcell)与细胞发育潜能干细胞是处于相对未分化状态,一直保持着分裂能力的细胞。胚胎干细胞(embryostemcell):
16、具有分化成多种细胞类型及构建组织的潜能造血干细胞第22页/共57页单能干细胞(monopotentialcell)小肠隐窝干细胞表皮基底层干细胞第23页/共57页(2)基因的选择表达细胞分化并非由于某些遗传物质丢失造成的,而是与基因选择表达有关。一般说来,体内各种细胞均含有物种的全部基因。但是在细胞中表示全部基因都在活动,在任何时间一种细胞的基因组只有一少部分基因在活动。单一序列基因进行表达的只占基因组中全部基因的5%-10%。这些表达的基因大致可细胞的编码基因分为两类:管家基因和奢侈基因。管家基因:是维持细胞生存必需的一类基因,在各类细胞中都处于活动状态。例如为核糖体蛋白、线粒体蛋白、糖酵解
17、酶编码的基因。奢侈基因:是在不同组织细胞中选择表达的基因,与分化细胞的特殊性状直接相关,这类基因的丧失对细胞生存没有直接影响。目前一般认为,细胞分化主要是奢侈基因中某些特定基因有选择地表达的结果。如血红蛋白基因、皮肤角蛋白基因等。这些奢侈基因的表达,合成了组织专一蛋白产物,例如表皮的角蛋白基因表达,指导合成了表皮细胞特有的角蛋白。像这种不同种类细胞的基因选择活动的现象称为基因的选择表达。第24页/共57页2 2细胞质、细胞核及外界环境对细胞分化的影响(1 1)细胞质在细胞分化中的决定作用 受精卵的分裂称卵裂。卵裂过程的每次分裂,从核物质的角度看都是均匀分配到子细胞中,但是细胞质中物质的分布是不
18、均匀的。也许正是因为胞质分裂时的不均等分配,在一定程度上决定了细胞的早期分化。(2 2)细胞核在细胞分化中的作用 细胞核是真核细胞遗传信息的贮存场所。因此,在细胞分化过程中,细胞核对于细胞分化也肯定有重要的影响,它可能通过控制细胞质的生理代谢活动从而控制分化。(3 3)外界环境对细胞分化的影响细胞分化一般不是单个细胞的孤立行为,它是在一定条件下发生的变化。在多细胞生物中,细胞群之间必然要发生相互作用关系,也只有这样才能形成形态正常和生命活动协调的生物个体。因此,细胞分化除了有细胞的内在决定因素外,细胞间的相互作用也是必不可少的。第25页/共57页细胞对邻近细胞的形态发生会产生影响,并决定其分化
19、方向。动物在一定的发育时期,一部分细胞影响相邻细胞分化方向的作用称为胚胎诱导。在胚胎形态发生过程中,胚胎诱导现象广泛存在。如眼的发生即是一个典型的例子。蛙胚发育到22天时,前脑两侧向外凸出,形成泡状结构,此结构称为视泡。视泡与覆盖在外面的外胚层上皮接触,诱导后者内陷形成晶状体。视泡内陷形成视杯,晶状体镶嵌在视杯口中。随后在视杯和晶状体的共同诱导下,覆盖在外面的表皮分化成角膜。如果毁去视泡晶状体就不能形成。如果将视泡切下,移植到胚胎的其他部位,该部位的外胚层就要内褶,并发展成为晶状体,而头部失去视泡后的外胚层不能发育成晶状体。在多细胞生物幼体发育过程中,环境中的激素作用能引发和促进细胞分化。第2
20、6页/共57页3癌细胞癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病。在个体正常发育过程中,细胞有控制地通过有丝分裂增殖,有秩序地发生分化,执行特定的功能。可是,有时部分细胞由于受到某种因素的作用则发生转化,不再进行终末分化,动物体内细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞(tumorcell),也称为癌细胞。形成的细胞群(组织肿块)称为肿瘤。具有转移能力的肿瘤称为恶性肿瘤(malignancy)。上皮组织的恶性肿瘤称癌。第27页/共57页细胞生长与分裂失去控制,具有无限增殖能力,成为“永生”细胞。具有扩散性癌细胞的细胞间粘着性下降,具有浸润性和扩散性,这是癌细胞的基本特征。(1)癌细胞的主要特征第
21、28页/共57页在分化程度上癌细胞低于良性肿瘤细胞,且失去了许多原组织细胞的结构和功能;接触抑制现象丧失;粘壁性下降;易于被凝集素凝集.第29页/共57页细胞间相互作用改变(识别改变;产生新的表面抗原)细胞骨架结构紊乱;对生长因子需要量降低等方面。正常细胞和癌细胞微管骨架的比较第30页/共57页(2)致癌因子及癌基因学说凡能引起细胞发生癌变的因子称为致癌因子。主要包括三类:化学致癌因子,物理致癌因子,病毒致癌因子。一些学者对细胞癌变的机理提出了“癌基因学说”:认为病毒对细胞的致癌作用是由于病毒基因组中的癌基因引起,而正常细胞中存在的癌基因是在早期进化过程中通过病毒感染而从病毒基因组中获得。如果
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