細胞增殖與周期調控PPT課件

1、一、細胞周期一、細胞周期(cell cycle)(cell cycle) 從一次細胞分裂結束到從一次細胞分裂結束到下一次細胞分裂結束所下一次細胞分裂結束所經歷的過程，叫細胞周經歷的過程，叫細胞周期。期。 細胞周期最重要的功能是準確的復制染色體上的DNA并將兩個拷貝精確的分配到兩個子細胞中。第1頁/共55頁二、細胞周期中各個不同時相及其主要事二、細胞周期中各個不同時相及其主要事件件間期(interphase)G1期(gap1)，指從有絲分裂完成到期DNA復制之前的間隙時間。S期(synthesis phase)，指DNA復制的時期。G2期(gap2)，指DNA復制完成到有絲分裂開始之前的一段時間

2、。第2頁/共55頁細胞周期不同時期的主要事件細胞周期不同時期的主要事件 G1G1期期：子代細胞的生成標志著：子代細胞的生成標志著G1G1期的開始。此時合期的開始。此時合成大量細胞生長所需要的各種蛋白質、糖類、脂類成大量細胞生長所需要的各種蛋白質、糖類、脂類等物質，但不合成等物質，但不合成DNADNA。在。在G1G1期的晚期有一個期的晚期有一個檢驗檢驗點點，監(jiān)控著細胞是否進入，監(jiān)控著細胞是否進入S S期。在芽殖酵母中叫做期。在芽殖酵母中叫做起始點起始點(start)(start)；在其他真核細胞中，限制點；在其他真核細胞中，限制點(restriction point,R(restriction

3、point,R點點) )；或檢驗點；或檢驗點(checkpoint)(checkpoint)。第3頁/共55頁The control of the cell cycle. The essential processes, such as DNA replication and mitosis and cytokinesis, are triggered by a central cell-cycle control system. By analogy with a washing machine, the control system is drawn as an indicator tha

4、t rotates clockwise, triggering essential processes when it reaches specific points on the outer dial. 第4頁/共55頁 S S期期，主要進行，主要進行DNADNA的復制與核小體組蛋白的合的復制與核小體組蛋白的合成，并組裝成染色質結構。微管蛋白也開始合成，并組裝成染色質結構。微管蛋白也開始合成。其成。其DNADNA復制的起始和復制過程受到多種細胞復制的起始和復制過程受到多種細胞周期調節(jié)因素的嚴密調控。周期調節(jié)因素的嚴密調控。 G G2 2期：此時期：此時DNADNA含量已增加含量已增加1 1倍

5、，細胞已做好了倍，細胞已做好了進入進入M M期的準備。但也有一個檢驗點，監(jiān)控著期的準備。但也有一個檢驗點，監(jiān)控著DNADNA是否完成了復制和損傷是否得到了修復。是否完成了復制和損傷是否得到了修復。 M M期期，既要把一個細胞分成兩個子細胞，又要將，既要把一個細胞分成兩個子細胞，又要將兩套染色體各分成一套分配到兩個子細胞。兩套染色體各分成一套分配到兩個子細胞。第5頁/共55頁分裂期，又稱M期(mitosis or division)，從開始到結束，可以分為前期、中期、后期和末期。各個時期都有非常顯著的特征。G1期G2期第6頁/共55頁細胞的分類細胞的分類周期中細胞周期中細胞(cycling ce

6、ll)(cycling cell)，持，持續(xù)分裂的細胞，如干細胞，表皮續(xù)分裂的細胞，如干細胞，表皮生發(fā)層細胞、部分骨髓細胞。生發(fā)層細胞、部分骨髓細胞。G G0 0期細胞期細胞(G(G0 0 cell) cell)，又稱靜止期，又稱靜止期細胞細胞(quiescent cell)(quiescent cell)，暫時，暫時退出細胞周期，但在適當的刺激退出細胞周期，但在適當的刺激下可重新進入細胞周期，如淋巴下可重新進入細胞周期，如淋巴細胞、肝、腎細胞和結締組織的細胞、肝、腎細胞和結締組織的成纖維細胞等。成纖維細胞等。終 末 分 化 細 胞終 末 分 化 細 胞 ( ( t e r m i n a l

7、 l y t e r m i n a l l y differentiated cellsdifferentiated cells) )，指不，指不可逆地脫離細胞周期，不再分裂可逆地脫離細胞周期，不再分裂的細胞，如神經、肌肉、多形核的細胞，如神經、肌肉、多形核細胞等。細胞等。第7頁/共55頁三、細胞周期時間的測定三、細胞周期時間的測定同種細胞之間，細胞周期時間長短相似或相同；不同細胞種類之間，細胞周期時間長短差別很大。周期時間的主要差別在G1期，而S、G2和M期時間相對恒定。第8頁/共55頁（一）脈沖標記（一）脈沖標記DNADNA復制和細胞分裂指數觀察測定復制和細胞分裂指數觀察測定法：法： 這

8、種方法主要適用于細胞構成相對簡單，細胞周這種方法主要適用于細胞構成相對簡單，細胞周期時間相對較短，周期運轉均勻的細胞群體。期時間相對較短，周期運轉均勻的細胞群體。 優(yōu)點：可同時測定細胞周期總時間和各時相時間優(yōu)點：可同時測定細胞周期總時間和各時相時間 缺點：要求有同位素室，細胞還須同步化。缺點：要求有同位素室，細胞還須同步化。 （二）流式細胞儀測定法：（二）流式細胞儀測定法： 這種方法依據細胞各時期這種方法依據細胞各時期DNADNA含量的特征及其變含量的特征及其變化來確定細胞周期時間?；瘉泶_定細胞周期時間。 優(yōu)點：可測定各種細胞的周期時間，測定快速，優(yōu)點：可測定各種細胞的周期時間，測定快速，結果

9、可靠。結果可靠。 缺點：要求有流式細胞儀。缺點：要求有流式細胞儀。第9頁/共55頁四、細胞周期同步化四、細胞周期同步化(synchronization)(synchronization) 細胞周期同步化指在自然過程中發(fā)生或經人為處細胞周期同步化指在自然過程中發(fā)生或經人為處理造成細胞群體處于周期中同一個時期的現象或技理造成細胞群體處于周期中同一個時期的現象或技術。術。（一）自然同步化（一）自然同步化 如：粘菌的多核體等。如：粘菌的多核體等。 某些水生動物的受精卵：如海膽、海參、兩棲類。某些水生動物的受精卵：如海膽、海參、兩棲類。 增殖抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠孢子移增殖抑制解除后的同步分

10、裂：如真菌的休眠孢子移入適宜環(huán)境后，它們一起發(fā)芽，同步分裂。入適宜環(huán)境后，它們一起發(fā)芽，同步分裂。第10頁/共55頁（二）人工同步化（二）人工同步化1 1、選擇同步化、選擇同步化1 1）有絲分裂選擇法：）有絲分裂選擇法：M M期細胞與培養(yǎng)皿的附著性低，振期細胞與培養(yǎng)皿的附著性低，振蕩脫離器壁收集。蕩脫離器壁收集。 優(yōu)點：操作簡單，同步化程度高，細胞不受藥物傷優(yōu)點：操作簡單，同步化程度高，細胞不受藥物傷害。害。 缺點：獲得的細胞數量較少（分裂細胞約占缺點：獲得的細胞數量較少（分裂細胞約占1%1%2%2%） 。2 2）細胞沉降分離法：）細胞沉降分離法： M M期細胞體積大，可用離心分離。期細胞體積

11、大，可用離心分離。 優(yōu)點：可用于任何懸浮培養(yǎng)的細胞。優(yōu)點：可用于任何懸浮培養(yǎng)的細胞。 缺點：同步化程度較低。缺點：同步化程度較低。第11頁/共55頁2 2、誘導同步化、誘導同步化1 1）DNADNA合成阻斷法：選用合成阻斷法：選用DNADNA合成的抑制劑，可逆地抑制合成的抑制劑，可逆地抑制DNADNA合成。常用合成。常用TdR(TdR(胸腺嘧啶脫氧核苷胸腺嘧啶脫氧核苷) )雙阻斷法：雙阻斷法： 在細胞處于對數生長期的培養(yǎng)基中加入過量在細胞處于對數生長期的培養(yǎng)基中加入過量TdRTdR。S S期細胞被抑制，停在期細胞被抑制，停在G G1 1/S/S交界處。移去交界處。移去TdRTdR，釋放時，釋放

12、時間大于間大于T TS S時，再次加入過量時，再次加入過量TdRTdR。 優(yōu)點：同步化程度高優(yōu)點：同步化程度高 缺點：產生非均衡生長，個別細胞體積增大。缺點：產生非均衡生長，個別細胞體積增大。2 2）中期阻斷法）中期阻斷法 用秋水仙素、用秋水仙素、nocodazolenocodazole等細胞分裂抑制劑將細胞阻等細胞分裂抑制劑將細胞阻斷在中期。優(yōu)點是無非均衡生長現象，缺點是可逆性較斷在中期。優(yōu)點是無非均衡生長現象，缺點是可逆性較差。差。第12頁/共55頁 正常培養(yǎng)細胞正常培養(yǎng)細胞2-3d2-3d； 加入終濃度加入終濃度2mmol/L2mmol/L胸苷胸苷(TdR) (TdR) ，繼續(xù)培養(yǎng)，繼續(xù)

13、培養(yǎng)15-18h15-18h，誘導細胞停留在誘導細胞停留在G1/SG1/S期邊界；期邊界； 吸去培養(yǎng)液，洗吸去培養(yǎng)液，洗1-21-2次，用新鮮培養(yǎng)液培養(yǎng)次，用新鮮培養(yǎng)液培養(yǎng)10h10h； 加入終濃度加入終濃度2mmol/L TdR 2mmol/L TdR ，培養(yǎng)，培養(yǎng)18h18h； 吸去培養(yǎng)液，洗吸去培養(yǎng)液，洗1-21-2次，次，收集收集G1G1期細胞期細胞； 在誘導的在誘導的G1G1期細胞中，加入新鮮的培養(yǎng)液，培養(yǎng)期細胞中，加入新鮮的培養(yǎng)液，培養(yǎng)3h3h，收集收集S S期細胞期細胞； 在誘導的在誘導的G1G1期細胞中，加入新鮮的培養(yǎng)液，培養(yǎng)期細胞中，加入新鮮的培養(yǎng)液，培養(yǎng)8h8h，收集收集G

14、2G2期細胞期細胞； 在誘導的在誘導的G1G1期細胞中，加入期細胞中，加入nocodazole(nocodazole(終濃度終濃度600ng/ml)600ng/ml)的培養(yǎng)液，培養(yǎng)的培養(yǎng)液，培養(yǎng)12-14h12-14h，收集收集M M期細胞期細胞； G0G0期細胞可在細胞正常培養(yǎng)到期細胞可在細胞正常培養(yǎng)到90%90%的覆蓋率后，用的覆蓋率后，用僅含僅含0.5%0.5%小牛血清的培養(yǎng)基饑餓小牛血清的培養(yǎng)基饑餓3d3d后獲得。后獲得。第13頁/共55頁五、特殊的細胞周期五、特殊的細胞周期1.1.早期胚胎細胞的細胞周期早期胚胎細胞的細胞周期 細胞分裂快，主要由細胞分裂快，主要由M M期與期與S S期

15、兩個時期組成。期兩個時期組成。 果蠅的受精卵在前果蠅的受精卵在前2h2h每發(fā)生一次卵裂僅每發(fā)生一次卵裂僅10min10min，12h12h內就可形成內就可形成5000050000個細胞；斑馬魚受精卵在前個細胞；斑馬魚受精卵在前3h3h每發(fā)生一次卵裂僅每發(fā)生一次卵裂僅15min15min，24h24h內就可形成具有內就可形成具有眼、耳和中樞神經系統(tǒng)及能見到肌肉收縮和心跳的眼、耳和中樞神經系統(tǒng)及能見到肌肉收縮和心跳的脊椎動物雛形；鰱魚在脊椎動物雛形；鰱魚在2424左右，僅左右，僅20h20h就可孵化就可孵化出苗。出苗。第14頁/共55頁發(fā)育和增殖所需要的蛋白質、mRNA和其他營養(yǎng)物質已經在其卵子發(fā)

16、生過程中預先被儲存，細胞分裂沒有體積的增加，只需將事先儲存有大量卵質分配到不斷增多的小細胞中。第15頁/共55頁2.2.酵母細胞的細胞周期酵母細胞的細胞周期 在細胞分裂時，細胞核膜不解聚，紡錘體位于在細胞分裂時，細胞核膜不解聚，紡錘體位于細胞核內，紡錘體的裝配與細胞核內，紡錘體的裝配與S S期期DNADNA復制同時進復制同時進行，而不是在行，而不是在DNADNA復制之后。復制之后。第16頁/共55頁芽殖酵母，不均等分裂。芽殖酵母，不均等分裂。第17頁/共55頁 裂殖酵母，均等分裂，長度增加，直徑不變。第18頁/共55頁 3.3.植物細胞的細胞周期植物細胞的細胞周期不含中心體，以形成中間板的形式

17、進行胞質分裂。第19頁/共55頁4.4.細菌的細胞周期細菌的細胞周期 快速生長與慢速復制快速分裂與DNA的慢速復制問題的解決是在上一次細胞分裂結束時，DNA已經復制一半，細胞分裂后，立即進行新一輪的復制。第20頁/共55頁第二節(jié) 細胞分裂(cell division)第21頁/共55頁細胞分裂的類型細胞分裂的類型 無絲分裂無絲分裂(amitosis)(amitosis)：又稱直接分裂，由：又稱直接分裂，由RemarkRemark（18411841）發(fā)現于雞胚血細胞，不涉及紡）發(fā)現于雞胚血細胞，不涉及紡錘體形成及染色體變化錘體形成及染色體變化 。 有絲分裂有絲分裂(mitosis) (mitos

18、is) ：又稱為間接分裂，由：又稱為間接分裂，由F l e m i n g ( 1 8 8 2 )F l e m i n g ( 1 8 8 2 ) 年 首 次 發(fā) 現 于 動 物 ，年 首 次 發(fā) 現 于 動 物 ，Strasburger(1880)Strasburger(1880)發(fā)現于植物。染色體復制發(fā)現于植物。染色體復制一次，細胞分裂一次。一次，細胞分裂一次。 減數分裂減數分裂(meiosis(meiosis）：染色體復制一次，細胞）：染色體復制一次，細胞連續(xù)分裂兩次。連續(xù)分裂兩次。第22頁/共55頁一、有絲分裂一、有絲分裂(mitosis)(mitosis) 為了便于描述人為的劃分為

19、六個時期：為了便于描述人為的劃分為六個時期：間期（間期（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)。 其中間期包括其中間期包括G G1 1期、期、S S期和期和G G2 2期，主要進行期，主要進行DNADNA復制、復制、中心體復制、細胞體積增大等準備工作。中心體復制、細胞體積增大等準備工作。第23頁/共55頁（一）前

20、期濃縮素 condensin環(huán)狀蛋白復合物(Cohesin )染色質凝縮(condensation)第24頁/共55頁星體微管開始裝配星體微管開始裝配第25頁/共55頁Assembly of kinetochore at the end of prophasevGolgi, ER etc. disperse to form vesicles; kinetochore assembly第26頁/共55頁動力蛋白 第27頁/共55頁( (二二) )前中期前中期(prometaphase)(prometaphase)核仁解體，核膜破裂核膜解體到染色體排列到赤道面(equatorial plane)

21、上。第28頁/共55頁紡錘體的裝配紡錘體的裝配極體微管（polar mt）兩極間的微管，在紡錘體中部重疊，重疊部位結合有馬達分子。動力微管（kinetochore mt），是從著絲點到另一極的微管；星體微管（astral mt），由中心粒放射出來的微管。植物沒有中心粒和星體，其紡錘體稱無星紡錘體。第29頁/共55頁(三)中期( Metaphase)染色體列隊(chromosome alignment)或染色體中板聚合(congression)染色體排列到赤道面上第30頁/共55頁假說1：拉力使染色體列隊假說2：推力使染色體列隊第31頁/共55頁中期動粒微管的動態(tài)穩(wěn)定 第32頁/共55頁（四）后

22、期(anaphase)指妹妹染色體單體分開并移向兩極的時期。分為后期A、后期B兩個過程。第33頁/共55頁 Anaphase A: separation of the sister chromatids.第34頁/共55頁后期動粒微管的縮短 第35頁/共55頁 Anaphase B: separation of the poles. 第36頁/共55頁1. 驅動蛋白從負極走向正極使極微管向 相反方向滑去2. 動力蛋白與兩端的細胞端部結合，從正極走向微管負極，朝細胞端部方向牽拉星體微管紡錘體變長的動力來源 第37頁/共55頁染色體向兩極移動的假說第38頁/共55頁 從子染色體到達兩從子染色體到達

23、兩極，至形成兩個新細極，至形成兩個新細胞為止的時期。涉及胞為止的時期。涉及子核的形成和胞質分子核的形成和胞質分裂兩個方面。裂兩個方面。（五）末期(telophase)第39頁/共55頁(六)胞質分裂(cytokinisis)胞質分裂開始時，大量的肌球蛋白在兩個中心粒的中間處裝配成微絲束并以肌球蛋白為動力，逐漸收縮，稱為收縮環(huán)(contractile ring)。收縮環(huán)在細胞表面形成分裂溝。微管、小膜泡等物質聚集在分裂溝下方，構成一個環(huán)形 致密體，稱為中間體(midbody)。作用不清楚。開始于后期，在赤道板周圍細胞膜下陷，形成環(huán)形縊縮，稱為分裂溝。結束于末期，分裂溝加深，至兩個子代細胞完全分開

24、。第40頁/共55頁 植物細胞末期近兩極處紡錘絲消失，中間微管植物細胞末期近兩極處紡錘絲消失，中間微管保留，并數量增加，形成成膜體。來自高爾基體囊保留，并數量增加，形成成膜體。來自高爾基體囊泡 沿 微管轉運 到 成 膜 體 中 間 。 融 合 形 成 細 胞 板泡 沿 微管轉運 到 成 膜 體 中 間 。 融 合 形 成 細 胞 板(cell plate)(cell plate)，囊泡的內含物形成初生壁和中膠層，囊泡的內含物形成初生壁和中膠層，囊泡膜形成質膜，融合留下的管道形成胞間連絲。囊泡膜形成質膜，融合留下的管道形成胞間連絲。(七)植物細胞胞質分裂新細胞壁形成細胞板(cell plate)

25、成膜體 (phrag- moplast)第41頁/共55頁3.3.減數分裂減數分裂減數分裂是特殊的有絲分裂形式，僅發(fā)生于有性生殖細胞形成過程中的某個階段。 第42頁/共55頁(一)減數分裂(meiosis)時期減數分裂的 第一次分裂 （間期） 減數分裂的 第二次分裂 與有絲分裂相似細線期(leptotene) 偶線期(zygotene) 粗線期(pachytene) 雙線期(diplotene) 終變期(diakinesis)前期 中期 后期 末期間期G1 S G2合成大部分DNA，而不是全部第43頁/共55頁(1)(1)細線期細線期(leptotene)(leptotene) 染色質凝集，但

26、兩條染色體臂并不分離，呈單染色質凝集，但兩條染色體臂并不分離，呈單線狀；染色體上呈現顆粒樣結構，稱染色粒線狀；染色體上呈現顆粒樣結構，稱染色粒(chromomere)(chromomere)；端粒通過接觸斑與核膜相連，；端粒通過接觸斑與核膜相連，其他部分以袢環(huán)狀伸到核質中，又稱花束期。其他部分以袢環(huán)狀伸到核質中，又稱花束期。第44頁/共55頁同源染色體配對，稱為聯會(synapsis)；兩條同源染色體緊密結合在一起形成復合結構，稱為二價體(bivalent)；二價體共含4條染色單體，稱為四分體(tetrad)。合成在S期未合成的約0.3%的DNA(zygDNA)。(2)偶線期(zygotene)第45頁/共55頁Transverse filement(橫向纖維):兩端的球形頭和盤繞的中部 (coiled coil)中央成分側成分側成分含有多種cohesin 蛋白成分第46頁/共55頁(3)(3)粗線期粗線期(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)；在聯會復合體部位的在聯會復合體部位的中間，出現