細(xì)胞的生物的學(xué)第十二章細(xì)胞的增殖及其調(diào)控課程預(yù)習(xí)

第十二章細(xì)胞增殖及其調(diào)控一、細(xì)胞周期概述（一）細(xì)胞周期細(xì)胞周期是指細(xì)胞從一次有絲分裂結(jié)束到下一次有絲分完成所經(jīng)歷的一個(gè)有序過(guò)程。其間細(xì)胞遺傳物質(zhì)和其他內(nèi)含物分配給子細(xì)胞。細(xì)胞周期時(shí)相組成：間期 ：期、期、期；有絲分裂期:期；胞質(zhì)分裂期 i細(xì)胞沿著ffff周期性運(yùn)轉(zhuǎn)，在問(wèn)期細(xì)胞體積增大生長(zhǎng)、在期細(xì)胞先是核分裂，接著胞質(zhì)分裂，完成一個(gè)細(xì)胞周期。細(xì)胞周期時(shí)間：不同細(xì)胞的細(xì)胞周期時(shí)間差異很大， 的時(shí)間變化較小,細(xì)胞周期時(shí)間長(zhǎng)短主要差別在期。根據(jù)增殖狀況，細(xì)胞分類三類：連續(xù)分裂細(xì)胞 、休眠細(xì)胞細(xì)胞和終末分化細(xì)胞。連續(xù)分裂細(xì)胞這類細(xì)胞始終保持旺盛的增殖活性，不停地通過(guò)期及細(xì)胞周期各時(shí)期，完成細(xì)胞分裂，稱為增殖細(xì)胞。這類細(xì)胞代謝水平高，對(duì)環(huán)境信號(hào)敏感，分化程度都比較低，如：胚胎早期的細(xì)胞、造血干細(xì)胞、上皮基底細(xì)胞，它們對(duì)機(jī)體的建立和組織的更新起了十分重要的作用。休眠細(xì)胞這類細(xì)胞可長(zhǎng)期停留在早期而不越過(guò)點(diǎn)，處于增殖靜止?fàn)顟B(tài)。它們合成具有特殊功能的 和蛋白質(zhì)，使細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生分化，但這類細(xì)胞并未喪失增殖能力，在一定條件下可以恢復(fù)其增殖狀態(tài)，但需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的恢復(fù)時(shí)間。通常把這類細(xì)胞稱為期細(xì)胞。如：肝、腎的實(shí)質(zhì)細(xì)胞、血液中的淋巴細(xì)胞都屬于這類細(xì)胞。它們通常處于狀態(tài)，當(dāng)組織受到損傷或激素的刺激時(shí)可重新進(jìn)入細(xì)胞增殖周期。細(xì)胞遺傳學(xué)中常用 植物凝集素來(lái)刺激處于狀態(tài)的淋巴細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期，從而獲得大量分裂期細(xì)胞來(lái)制備染色體。終（末3分）化細(xì)胞這類細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生高度分化，已經(jīng)喪失增殖能力，終生處于期，直到衰老死亡。如：人的紅細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞等。二細(xì)胞周期中各個(gè)不同時(shí)期及其主要事件期 合成前期。從細(xì)胞分裂完成到合成開始前的階段。是合成前的準(zhǔn)備時(shí)期，也是細(xì)胞生長(zhǎng)的主要階段。早期由于細(xì)胞大量合成和進(jìn)行核糖體組裝，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)蛋白和酶的形成，這些酶控制著用于形成新細(xì)胞成分的代謝活動(dòng)。進(jìn)入后期,則主要合成復(fù)制所需的前體物質(zhì)和酶類，如脫氧核苷酸及胸苷激酶等。這一時(shí)期細(xì)胞體積增大，核仁增大。含量是 n期合成期。從 合成開始到 合成結(jié)束的全過(guò)程，一般是?小時(shí)。期是進(jìn)行復(fù)制的階段，使體細(xì)胞的含量由增加到。主要特點(diǎn)是進(jìn)行 復(fù)制及合成與 復(fù)制相關(guān)的酶和組蛋白：如：胸苷激酶、胸苷酸合成酶、 聚合酶等。同時(shí)還合成組蛋白。期 合成后期。從合成結(jié)束到有絲分裂期開始之前的階段，是細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂前的準(zhǔn)備時(shí)期。主要特點(diǎn)是有絲分裂促進(jìn)因子 ，的活化和微管蛋白等有絲分裂器組分的合成，為進(jìn)入期作準(zhǔn)備。人體細(xì)胞的期一般要經(jīng)歷?小時(shí)。期有絲分裂期。有絲分裂是遺傳傳物質(zhì)已經(jīng)復(fù)制完備的母細(xì)胞，進(jìn)一步將染色質(zhì)加工、包裝成染色體，并把它們均等地分配給成兩個(gè)子細(xì)胞的過(guò)程。（三）細(xì)胞周期長(zhǎng)短測(cè)定細(xì)胞周期的測(cè)定方法有：脈沖標(biāo)記 復(fù)制和細(xì)胞分裂指數(shù)觀察測(cè)定法。流（式2細(xì)）胞儀分選測(cè)定法。四（）細(xì)胞周期同步化自然同步化：如有一種粘菌的變形體 ，某些受精卵早期卵裂。人工選擇同步化：合成阻斷法；分裂中期阻斷法；條件依賴性突變株在細(xì)胞周期同步化中的應(yīng)用。（五）特殊的細(xì)胞周期特異的細(xì)胞周期是指那些特殊的細(xì)胞所具有的與標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期相比有著鮮明特點(diǎn)的細(xì)胞周期。例如早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期、酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期、植物細(xì)胞的細(xì)胞周期、細(xì)菌的細(xì)胞周期。二、細(xì)胞分裂一）（有絲分裂．有1絲分裂過(guò)程根據(jù)該過(guò)程出現(xiàn)的形態(tài)學(xué)特征，可劃分為前期、中期、后期和末期四個(gè)時(shí)期。前期 h這一時(shí)期的主要表現(xiàn)是染色體的凝集，分裂極的確定的和核膜、核仁的解體。前中期 這指由核膜解體到染色體排列到赤道面這一階段。中期 。染色體最大程度地壓縮，呈現(xiàn)出典型的中期染色體形態(tài)特征。人后期 h染色體的著絲粒發(fā)生斷裂，姐妹染色單體在紡錘絲的牽引下分別移向兩極。末期 。染色體到達(dá)細(xì)胞兩極，即進(jìn)入未期。此時(shí)染色體開始解旋伸展變?yōu)榧?xì)絲，最后恢復(fù)成染色質(zhì)狀態(tài)。同時(shí)，核纖層蛋白去磷酸化，子細(xì)胞核膜重建。染色質(zhì)上的核仁組織區(qū)也進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，進(jìn)行核糖體亞單位的裝配，核仁重新出現(xiàn)。細(xì)胞質(zhì)分裂 。動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂：兩個(gè)子細(xì)胞核形成后，細(xì)胞膜從中部凹陷形成分裂溝，繼而細(xì)胞質(zhì)分割成兩部分，形成兩個(gè)子細(xì)胞。新形成的兩個(gè)子細(xì)胞進(jìn)入新的細(xì)胞周期。動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng)植動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂：與動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂不同的是，植物細(xì)胞胞質(zhì)分裂是因?yàn)樵诩?xì)胞內(nèi)形成新的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁而將細(xì)胞分開。動(dòng)動(dòng)動(dòng)動(dòng)．動(dòng)與2有絲分裂直接相關(guān)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)動(dòng)中心體 是一種與微管裝配和細(xì)胞分裂密切相關(guān)的細(xì)胞器。中心體的組成：中心粒周圍的無(wú)定型物質(zhì)。中心粒組成：中心粒呈圓筒狀結(jié)構(gòu)，圓筒的壁由9組三聯(lián)微管構(gòu)成。中心體與四射的微管合稱為星體。當(dāng)細(xì)胞走向分裂時(shí)，星體參與裝配紡錘體。中心體或中心粒周期 。 。中心粒的復(fù)制：①期末到期復(fù)制；②晚期到期，子中心粒長(zhǎng)大并逐漸分離；③有絲分裂前期分離成為一個(gè)生長(zhǎng)輻射狀微管的核心。動(dòng)動(dòng)粒 ，又稱著絲點(diǎn)。動(dòng)粒外側(cè)主要用于紡錘體微管附著,內(nèi)側(cè)與著絲粒相互交織。細(xì)胞進(jìn)入期后，動(dòng)粒再次復(fù)制。動(dòng)粒在細(xì)胞分裂過(guò)程中起到相當(dāng)重要的作用：染色體依靠動(dòng)粒捕捉由紡錘體極體發(fā)出的微管。沒有動(dòng)粒的染色體不能與紡錘體微管發(fā)生有機(jī)聯(lián)系，也不能和其他染色體一起向兩極運(yùn)動(dòng)。用藥物 處理細(xì)胞，可以使動(dòng)粒與染色體脫離，等到分裂期，動(dòng)粒則單獨(dú)向兩極移動(dòng)。紡錘體 。主要由微管和微管結(jié)合蛋白組成，兩端為星體，紡錘體的微管分為三種類型，即動(dòng)粒微管、極性微管和星體微管。動(dòng)粒微管的一端與中心體相連，另一端與動(dòng)粒相連。極性微管的一端與中心體相連，而另一端游離。有絲分裂器 ：由中心體、紡錘體和染色體和共同組成的暫時(shí)性結(jié)構(gòu)。它是在細(xì)胞分裂過(guò)程中專門執(zhí)行有絲分裂功能的結(jié)構(gòu)，在維持染色體的平衡、運(yùn)動(dòng)以及均等分配過(guò)程中起著極為重要的作用。．有3絲分裂過(guò)程中染色體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力機(jī)制染（色1體）列隊(duì)。牽拉1假）說(shuō)：認(rèn)為染色體向赤道板的運(yùn)動(dòng)，是由于動(dòng)粒微管的牽拉，動(dòng)粒微管越長(zhǎng)，拉力越大，當(dāng)兩極動(dòng)粒微管拉力相等時(shí)，染色體便穩(wěn)定在赤道板上。外2推）假說(shuō)：認(rèn)為染色體向赤道方面的運(yùn)動(dòng)，是由于二個(gè)星體的排斥將染色體外推的結(jié)果，染色體距中心體越近，星體的推力越強(qiáng)，當(dāng)來(lái)自兩極推力達(dá)到平均時(shí)，染色體被穩(wěn)定在赤道板上。染（色2體）分離機(jī)制。后期：動(dòng)粒微管逐漸變短，將染色體移向兩極。動(dòng)粒微管的縮短，是由于動(dòng)粒端微管蛋白解聚造成的，蛋白解聚又是由于 蛋白拖著動(dòng)粒盤向著極部運(yùn)動(dòng)引起的。后期：極性微管不斷增長(zhǎng)，使兩極間距離逐漸拉長(zhǎng)。在后期，蛋白與來(lái)自一端的極性微管結(jié)合，同時(shí)與來(lái)自另一端的極性微管搭橋，當(dāng)?shù)鞍讕еB接的微管沿著另一根微管向著正極運(yùn)動(dòng)時(shí)，可使兩根微管之間產(chǎn)生相互滑動(dòng)，由此使兩極間的距離逐漸變長(zhǎng)。二減數(shù)分裂．減1數(shù)分裂概念減數(shù)分裂是細(xì)胞僅進(jìn)行一次 復(fù)制，隨后進(jìn)行兩次分裂，染色體數(shù)目減半的一種特殊的有絲分裂。用以形成配子。．減2數(shù)分裂過(guò)程減數(shù)分裂I前期I減數(shù)分裂的特殊過(guò)程主要發(fā)生在前期，通常人為劃分為個(gè)時(shí)期：①細(xì)線期 、②合線期 、③粗線期 、④雙線期 、⑤終變期 。必須注意的是這個(gè)階段本身是連續(xù)的，它們之間并沒有截然的界限。中期I核仁消失，核被膜解體，標(biāo)志進(jìn)入中期，中期的主要特點(diǎn)是染色體排列在赤道面上。每個(gè)二價(jià)體有4個(gè)著絲粒、姊妹染色單位的著絲粒定向于紡錘體的同一極，故稱聯(lián)合定向 。后期I二價(jià)體中的兩條同源染色體分開，分別向兩極移動(dòng)。由于相互分離的是同源染色體，所以染色體數(shù)目減半。但每個(gè)子細(xì)胞的 含量仍為C同源染色體隨機(jī)分向兩極，使母本和父本染色體重所組合，產(chǎn)生基因組的變異。末期I染色體到達(dá)兩極后，解旋為細(xì)絲狀、核膜重建、核仁形成，同時(shí)進(jìn)行胞質(zhì)分裂。減數(shù)分裂間期。在減數(shù)分裂和II之間的問(wèn)期很短，不進(jìn)行 的合成,有些生物沒有問(wèn)期，而由末期直接轉(zhuǎn)為前期II。減數(shù)分裂II?？煞譃榍?、中、后、末四個(gè)四期，與有絲分裂相似。通過(guò)減數(shù)分裂一個(gè)精母細(xì)胞形成個(gè)精子。而一個(gè)卵母細(xì)胞形成一個(gè)卵子及?個(gè)極體。．減3數(shù)分裂特點(diǎn)和意義。減數(shù)分裂特點(diǎn)：①遺傳物質(zhì)只復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，導(dǎo)致染色體數(shù)目減半；②期持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；③同源染色體在減數(shù)分裂期配對(duì)聯(lián)會(huì)、基因重組；④減數(shù)分裂同源染色體配對(duì)排列在中期板上，第一次分列時(shí)，同源染色體分開。減數(shù)分裂的意義：①確保世代間遺傳的穩(wěn)定性；②增加變異機(jī)會(huì)，確保生物的多樣性，增強(qiáng)生物適應(yīng)環(huán)境變化的能力；③減數(shù)分裂是生物有性生殖的基礎(chǔ),是生物遺傳、生物進(jìn)化和生物多樣性的重要基礎(chǔ)保證。三、細(xì)胞周期的調(diào)控的發(fā)現(xiàn)及其作用年， 和將細(xì)胞同步化在細(xì)胞周期中的不同階段，然后將期細(xì)胞與其他問(wèn)期細(xì)胞在仙臺(tái)病毒介導(dǎo)下融合，并繼續(xù)培養(yǎng)一定時(shí)間。他們發(fā)現(xiàn)，與期細(xì)胞融合的間期細(xì)胞發(fā)生了形態(tài)各異的染色體凝集，稱之為早熟染色體凝集C不同時(shí)相的見其細(xì)胞與期細(xì)胞融合，產(chǎn)生的：形態(tài)各異。年，和 用非洲爪蟾卵做實(shí)驗(yàn)，明確提出了這一概念；年， 實(shí)驗(yàn)室分離出毫克級(jí)的純化 ，并證明其主要含 和兩種蛋白，它們結(jié)合后表現(xiàn)出蛋白激酶活性。激酶的發(fā)現(xiàn)及其與 的關(guān)系與此同時(shí)，科學(xué)家通過(guò)對(duì)裂殖酵母和芽殖酵母的突變體分析，發(fā)現(xiàn)了一種激酶，并證明 跟中的是同源物。的化學(xué)成分被證實(shí)含有兩個(gè)亞單位，即 蛋白和周期蛋白，當(dāng)二者結(jié)合之后，表現(xiàn)出蛋白激酶活性。三()周期蛋白周期蛋白是一個(gè)家族，各個(gè)周期蛋白間具有一些共同的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如它們含有一段相當(dāng)保守的氨基酸序列約 個(gè)氨基酸)稱為周期蛋白框，該框介導(dǎo)周期蛋白與 激酶結(jié)合。各個(gè)周期蛋白也有其特性：在細(xì)胞周期時(shí)相表達(dá)不同，其結(jié)構(gòu)上也具有不同特性。期周期蛋白分子中不含有破壞框，但其端含有一段特殊的 序列，該序列可能對(duì)期周期蛋白的降解起促進(jìn)作用。不同的周期蛋白在細(xì)胞周期中表達(dá)的時(shí)期不同，并與不同的 激酶結(jié)合，調(diào)節(jié)不同的 激酶活性。四激酶和 激酶抑制物激酶是一個(gè)家族，其成員有 即、 、 、 、 、、 、 、 。這個(gè)家族的成員含有兩方面的共同特點(diǎn)：它們含有一段類似的 激酶結(jié)構(gòu)域 ，在該結(jié)構(gòu)域中有一段保守序列，即 區(qū)域；該四序2列）可與周期蛋白框結(jié)合，并將周期蛋白作為其調(diào)節(jié)亞單位，進(jìn)而表現(xiàn)出蛋白激酶活性。激酶抑制物 ， ：除了周期蛋白和修飾性因子對(duì) 激酶活性進(jìn)行調(diào)控外，細(xì)胞內(nèi)還存在一些對(duì) 激酶活性起負(fù)性調(diào)控的蛋白。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種對(duì) 激酶起負(fù)性調(diào)控的 ，分別歸為 家族和家族。 家族成員主要包括 、和， 等； 家族成員主要包括1 1和等，為此家族的典型代表， 主要抑制 ，和 激酶活性。五四）細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)控.以 為例來(lái)看激酶在細(xì)胞周期中視如何被激活并執(zhí)行調(diào)控功能:蛋白本身不具有蛋白激酶活性。當(dāng)周期蛋白/含量積累到一定值時(shí)，二者相互結(jié)合形成復(fù)合體，但不表現(xiàn)出激酶活性。在/和激酶的催化下 、 、 磷酸化,形成高度磷酸化的周期蛋白 復(fù)合體，但仍不具備激酶活性。在磷酸酶 的催化下， 和 去磷酸化， 激酶活性才能表現(xiàn)出來(lái)。 位點(diǎn)保持磷酸化狀態(tài)是 激酶活性表現(xiàn)所必需的。活化后， 使底物蛋白磷酸化，如將組蛋白 磷酸化導(dǎo)致染色體凝縮，核纖層蛋白磷酸化使核膜解體等下游細(xì)胞周期事件。分裂中期過(guò)后，周期蛋白降解， 失去活性。.細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的主要作用在（適1當(dāng)）時(shí)候激活細(xì)胞周期各個(gè)時(shí)相的相關(guān)酶和蛋白，然后自身失活（正調(diào)控）。確（保2每）一時(shí)相事件的全部完成（負(fù)調(diào)控）。對(duì)（外3界）環(huán)境因子起反應(yīng)（如多細(xì)胞生物對(duì)增殖信號(hào)的反應(yīng)）。.細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)細(xì)胞分裂檢驗(yàn)點(diǎn)是對(duì)細(xì)胞周期進(jìn)行監(jiān)控的重要機(jī)制，其功能是檢查細(xì)胞在前一階段是否完成了應(yīng)該完成的任務(wù)，是否可以進(jìn)入下一階段，如果不能，則細(xì)胞被停止在該檢驗(yàn)點(diǎn)。細(xì)胞周期三個(gè)主要的檢驗(yàn)點(diǎn)有/檢驗(yàn)點(diǎn)、期檢驗(yàn)點(diǎn)和/檢驗(yàn)點(diǎn)。它們的功能分別是：/檢驗(yàn)點(diǎn)：控制細(xì)胞由靜止?fàn)顟B(tài)的進(jìn)入合成期，檢驗(yàn)項(xiàng)目主要有細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)狀況、細(xì)胞是否足夠大、細(xì)胞所處激素等環(huán)境刺激、胞內(nèi)如各種蛋白激酶、磷酸酶等是否已經(jīng)開始合成或是否足夠等。期檢驗(yàn)點(diǎn)：檢查 復(fù)