第12章 細胞周期

第十二章

細胞增殖及其調(diào)控本章重點有絲分裂（染色體和各細胞器行為;細胞骨架的作用）減數(shù)分裂細胞增殖是生命的基本特征，種族的繁衍、個體的發(fā)育、機體的修復等都離不開細胞增殖。一個受精卵發(fā)育為初生嬰兒，細胞數(shù)目增至1012個，長至成年有1014個，而成人體內(nèi)每秒鐘仍有數(shù)百萬新細胞產(chǎn)生，以補償血細胞、小腸粘膜細胞和上皮細胞的衰老和死亡。細胞增殖是通過細胞周期（cellcycle）來實現(xiàn)的，而細胞周期的有序運行是通過相關基因的嚴格監(jiān)視和調(diào)控來保證的。第一節(jié)基本概念

細胞周期指由細胞分裂結束到下一次細胞分裂結束所經(jīng)歷的過程，所需的時間叫細胞周期時間?？煞譃樗膫€階段。①G1期(gap1)，指從有絲分裂完成到期DNA復制之前的間隙時間；②S期(synthesisphase)，指DNA復制的時期，合成的DNA；③G2期(gap2)，指DNA復制完成到有絲分裂開始之前的一段時間；④M期又稱D期(mitosisordivision)，細胞分裂開始到結束。Atypicalmammaliancellhasacellcycletimeof24hours,with12hrG1,6-8hrS,3-4hrG2,and1hrM從增殖的角度來看，可將高等動物的細胞分為三類：①連續(xù)分裂細胞，在細胞周期中連續(xù)運轉(zhuǎn)因而又稱為周期中細胞，如表皮生發(fā)層細胞、部分骨髓細胞。②休眠細胞暫不分裂，但在適當?shù)拇碳は驴芍匦逻M入細胞周期，稱G0期細胞，如淋巴細胞、肝、腎細胞等。③不分裂細胞，指不可逆地脫離細胞周期，不再分裂的細胞，又稱終末分化細胞，如神經(jīng)、肌肉、多形核細胞等等。G0期細胞和終末分化細胞的界限有時難以劃分，有的細胞過去人為屬于終末分化細胞，目前可能被認為是G0期細胞。G1期開始合成細胞生長所需要的各種蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)等，但不合成DNA。限制點（R）S期DNA合成期與細胞核結構如核骨架、核纖層、核被膜等密切相關。G2G2檢驗點要檢查DNA是否完成復制，DNA損傷是否得以修復，細胞是否已生長到合適大小，環(huán)境因素是否利于細胞分裂等。M分裂期：有絲分裂和減數(shù)分裂。三細胞周期長短測定(略）

四細胞周期同步化（略）五特殊的細胞周期1）早期胚胎的細胞周期G1期和G2期非常短，但基本細胞周期的調(diào)控因子和調(diào)節(jié)機制與一般體細胞基本一致。2）酵母細胞的細胞周期細胞周期短分裂過程為封閉式，細胞分裂時核膜不解體，紡錘體在核中。3）植物細胞周期不含中心體形成細胞板的形式進行細胞分裂4）細菌的細胞周期快分裂、慢復制第二節(jié)細胞分裂一、細胞分裂的類型無絲分裂(amitosis)：又稱直接分裂，由Remark（1841）發(fā)現(xiàn)于雞胚血細胞，不涉及紡錘體形成及染色體變化。有絲分裂(mitosis)：又稱為間接分裂，由Fleming(1882)年首次發(fā)現(xiàn)于動物，Strasburger(1880)發(fā)現(xiàn)于植物。減數(shù)分裂(meiosis）：染色體復制一次，細胞連續(xù)分裂兩次。二、有絲分裂為了便于描述人為的劃分為六個時期：間期（interphase）；前期(prophase)；前中期(premetaphase)；中期(metaphase)；后期(anaphase)；末期(telophase)。其中間期包括G1期、S期和G2期，主要進行DNA復制、中心體復制、細胞體積增大等準備工作。（一）前期

①染色質(zhì)凝縮，②分裂極確立與紡錘體開始形成，③核仁解體，④核膜消失。早在S期兩個中心粒已完成復制，在前期移向兩極，兩對中心粒之間形成紡錘體微管，當核膜解體時，兩對中心粒已到達兩極，并在兩者之間形成紡錘體，紡錘體微管包括：①著絲點微管（kinetochoremt）：由中心體發(fā)出，連接在著絲點上，負責將染色體牽引到紡錘體上，著絲點上具有馬達蛋白。②星體微管（astralmt）：由中心體向外放射出，末端結合有分子馬達，負責兩極的分離，同時確定紡錘體縱軸的方向。③極體微管（polarmt或overlapmt）：由中心體發(fā)出，在紡錘體中部重疊，重疊部位結合有分子馬達，負責將兩極推開。有兩類馬達蛋白參與染色體、分裂極的分離，一類是kinesin，另一類是dynein。植物沒有中心粒和星體，其紡錘體叫作無星紡錘體，分裂極的確定機理尚不明確。（二）前中期核膜解體到染色體排列到赤道面(equatorialplane)上。（三）中期

指從染色體排列到赤道面上，到姊妹染色單體開始分向兩極的一段時間，縱向觀動物染色體呈輻射狀排列。染色體兩邊的牽引力就像拔河一樣達到平衡。（四）后期

指姊妹染色單體分開并移向兩極的時期，當子染色體到達兩極后，標志這一時期結束。

后期A后期B（五）末期

末期是從子染色體到達兩極，至形成兩個新細胞為止的時期。末期涉及子核的形成和胞質(zhì)分裂兩個方面。1、子核的形成末期子核的形成，大體經(jīng)歷了與前期相反的過程，即染色體解聚縮，核仁出現(xiàn)和核膜重新形成。核仁由染色體上的核仁組織中心形成（NORs），幾個NORS共同組成一個大的核仁，因此核仁的數(shù)目通常比NORs的數(shù)目要少。前期核膜解體后，核纖層蛋白B與核膜殘余小泡結合，末期核纖層蛋白B去磷酸化，介導核膜的重新裝配。2、胞質(zhì)分裂雖然核分裂與胞質(zhì)分裂（cytokinesis）是相繼發(fā)生的，但屬于兩個分離的過程。動物細胞的胞質(zhì)分裂是以形成收縮環(huán)的方式完成的，收縮環(huán)在后期形成，由大量平行排列的肌動蛋白和結合在上面的myosinII等成分組成，胞質(zhì)收縮環(huán)工作原理和肌肉收縮時一樣的。動物胞質(zhì)分裂的另一特點是形成中間體。末期紡錘體開始瓦解消失，但在紡錘體的中部微管數(shù)量增加，其中摻雜有高電子密度物質(zhì)和囊狀物，這一結構稱為中間體。DividingMuscleMyoblast(primativemusclecell)(SEMx8,000)植物細胞末期近兩極處紡錘絲消失，中間微管保留，并數(shù)量增加，形成成膜體。來自高爾基體囊泡沿微管轉(zhuǎn)運到成膜體中間。融合形成細胞板(cellplate)，囊泡的內(nèi)含物形成初生壁和中膠層，囊泡膜形成質(zhì)膜，融合留下的管道形成胞間連絲。三有絲分裂直接相關的亞細胞結構1中心體

回憶中心體的結構和作用中心體與四射的微管合稱為星體中心體在G1期開始復制，S期完成復制但并不分開，G2期一對中心體開始分離。2動粒與著絲粒動粒：又稱為著絲點，是附著于著絲粒上的一種細胞器。S期時動粒蛋白復制，前期時組裝成動粒。動粒分為內(nèi)、中、外三層動粒捕捉紡錘體微管，沒有動粒的染色體不能與紡錘體微管發(fā)生有機聯(lián)系，也不能和其他染色體一起向兩極運動。3紡錘體紡錘體的組成有絲分裂中紡錘體各組成的作用四、有絲分裂中染色體運動的動力機制1染色體列隊牽拉假說和外推假說2染色體分離后期A和后期B兩階段假說。第三節(jié)減數(shù)分裂Meiosis由連續(xù)兩次分裂構成：通常減數(shù)分裂I分離的是同源染色體，所以稱為異型分裂（heterotypicdivision）或減數(shù)分裂（reductionaldivision）。減數(shù)分裂II分離的是姊妹染色體，類似于有絲分裂，所以稱為同型分裂（homotypicdivision）或均等分裂（equationaldivision）。為了描述方便將減數(shù)分裂分為幾個期和亞期。稱減數(shù)分裂前間期(premeiosis)。間期也可分為G1期、S期和G2期。G2期是有絲分裂向減數(shù)分裂轉(zhuǎn)化的關鍵時期。減數(shù)分裂的S期時間較長，部分DNA（約0.3%左右）是在偶線期合成的。一、間期二、分裂期（一）減數(shù)分裂I1、前期I減數(shù)分裂的特殊過程主要發(fā)生在前期I，通常分為5個時期：①細線期（leptotene），②偶線期（zygotene），③粗線期（pachytene），④雙線期（diplotene），⑤終變期（diakinesis）。1）細線期：染色體呈細線狀，具有念珠狀的染色粒。2）偶線期：是同源染色體配對的時期。概念：聯(lián)會復合體(synaptonemalcomplex，SC）二價體（bivalent）四分體（tetrad）。這一時期合成約0.3%左右的DNA，稱為Z-DNA。3）粗線期：同源染色體的非姊妹染色單體間發(fā)生交換的時期。重組結。合成P-DNA。合成專有組蛋白。rDNA擴增。4）雙線期：聯(lián)會的同源染色體相互排斥、開始分離，交叉開始端化。聯(lián)會復合體消失。形成燈刷染色體。SC由兩條同源染色體沿縱軸形成，外觀呈梯子狀。SC幫助交換的完成，SC上有重組節(jié)(recombinationnodules)，是交換發(fā)生的部位。SC主要由堿性蛋白質(zhì)和RNA組成，并含有少量DNA。SC形成偶線期，成熟于粗線期，消失于雙線期。在細線期或偶線線期加入DNA合成抑制劑，則抑制SC的形成。

聯(lián)會復合體synaptonemalcomplexChromosomerecombination1Chromosomerecombination2Minimumnumberofgametetypes=2n,Inhumans,n=23補充：植物細胞雙線期一般較短，許多動物卵細胞中雙線期停留的時間非常長。人的卵母細胞在五個月胎兒中已達雙線期，而一直到排卵都停在雙線期，排卵年齡大約在12-50歲之間。魚類、兩棲類、爬行類、鳥類以及無脊椎動物的昆蟲中，雙線期的二階體解螺旋而形成燈刷染色體，這一時期是卵黃積累的時期。5）終變期：二階體顯著變短。由于交叉端化過程的進一步發(fā)展，故交叉數(shù)目減少，通常只有一至二個交叉。核仁此時開始消失，核被膜解體。2、中期I3、后期I二價體的兩條同源染色體分開，分別向兩極移動。同源染色體隨機分向兩極，染色體重組，人類染色體重組概率有223個。4、末期I5、減數(shù)分裂間期。（二）減數(shù)分裂II可分為前、中、后、末四個四期，與有絲分裂相似。一個精母細胞形成4個精子；一個卵母細胞形成一個卵子及2-3個極體。2001年10月8日美國人Leland

Hartwell、英國人PaulNurse、Timothy

Hunt因?qū)毎芷谡{(diào)控機理的研究而榮獲諾貝爾生理醫(yī)學獎第四節(jié)細胞周期調(diào)控（自學）Ⅰ細胞周期調(diào)控的研究歷史（1）MPF的發(fā)現(xiàn)MPF,即成熟促進因子(maturation-promotingfactor),或細胞促分裂因子(mitosis-promotingfactor),或M期促進因子(Mphase-promotingfactor).Rao和Johnson(1970、1972、1974)將Hela細胞同步于不同階段，然后與M期細胞在滅活仙臺病毒介導下誘導細胞融合，發(fā)現(xiàn)與M期細胞融合的間期細胞產(chǎn)生了形態(tài)各異的染色體凝集,稱之為染色體超前凝集(prematurelycondensedchromosome，PCC)。G1期PCC為單線狀，因DNA未復制S期PCC為粉末狀，因DNA由多個部位開始復制G2期PCC為雙線染色體，說明DNA復制已完成人M期細胞與袋鼠（Ptk）G1、S、G2期細胞融合誘導PCC：

這意味著M期細胞具有某種促進間期細胞進行分裂的因子。不僅同類M期細胞可以誘導PCC，不同類的M期細胞也可以誘導PCC產(chǎn)生:而后，1971年Masui和Markert用非洲爪蟾做實驗，明確提出了MPF這一概念。非洲爪蟾卵細胞發(fā)育過程分為六個階段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ期。前四個時期為卵母細胞生成和生長階段。其中第Ⅳ期時細胞核較大，稱為生發(fā)泡(germinalvesicle,GV),此時細胞就停留在該時期，等待成熟。因此，在成熟卵細胞的細胞質(zhì)中必然有一種物質(zhì)，可以誘導卵母細胞成熟，稱之為成熟促進因子（MPF）。

進一步實驗表明：在成熟卵母細胞中，MPF已經(jīng)存在，只是處于非活性狀態(tài)，稱為前體MPF(preMPF)。非活性態(tài)的前體MPF通過翻譯后修飾，可以轉(zhuǎn)化為活性態(tài)的MPF。分離純化出MPF：直到1988年，Maller實驗室的Lohka等人才以非洲爪蟾為材料，分離得到了微克級的純化的MPF。證明其含有p32和p45兩種蛋白。二者結合后表現(xiàn)出蛋白激酶活性，可以使多種蛋白質(zhì)底物磷酸化。證明，M