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第九章细胞增殖细胞增殖的意义细胞增殖(cellproliferation)是细胞生命活动的重要特征之一,是生物繁育的基础。☺单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。☺多细胞生物由一个单细胞(受精卵)分裂发育而来，细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。☺成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞，维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。☺机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要依赖细胞增殖。细胞增殖是通过细胞周期实现的，细胞周期是细胞生命活动的全过程。细胞周期概述有丝分裂减数分裂一、细胞周期概述细胞周期细胞周期同步化细胞周期各个不同时相主要事件概念：细胞的生命开始于母细胞的分裂，结束于子细胞的形成。但子细胞产生后，又开始新一轮的物质积累，准备下一轮的细胞分裂，如此周而复始。通常将细胞的这种物质积累与分裂的循环过程，称为细胞周期。细胞周期时相组成细胞周期时间根据增殖情况，细胞分为三类细胞周期细胞周期时相组成分期间期有丝分裂期（M期）合成前期（G1期）合成期（S期）合成后期（G2期）合成前期（G1期）细胞沿着G1→S→G2→M→G1周期性运转，在间期细胞体积增大(生长)，在M期细胞先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个细胞周期。细胞周期时间不同细胞的细胞周期时间差异很大S+G2+M的时间变化教小，细胞周期时间长短主要差别在G1期有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期细胞分类G0期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划分，有的细胞过去认为属于终末分化细胞，目前可能被认为是G0期细胞。分类连续分裂细胞（周期细胞）暂不分裂细胞（G0期细胞）终末分化细胞暂不分裂细胞（G0期细胞）细胞同步化是指在自然过程中发生或经人为处理造成的细胞周期同步化，前者称自然同步化，后者称为人工同步化。自然同步化：如有一种粘菌的变形体plasmodia，某些受精卵早期卵裂。人工同步化：利用细胞培养的方法，经各种理化因素处理，人工选择或人工诱导获得同步化生长的细胞。细胞周期同步化人工诱导同步化DNA合成阻断法选用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成，而不影响其他时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在S期或G/S交界处。5-氟脱氧尿嘧啶、羟基脲、阿糖胞苷、氨甲蝶呤、高浓度ADR等，均可抑制DNA合成使细胞同步化。优点是同步化程度高，适用于任何培养体系。可将几乎所有的细胞同步化。缺点是产生非均衡生长，个别细胞体积增大。分裂中期阻断法通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点是操作简便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对较大。人工选择同步化由于细胞处于不同时期，根据形态、体积和重量上的显著差异将其分离开来，从而获得不同时期的细胞群体。有丝分裂选择法：使单层培养的细胞处于对数增殖期，此时分裂活跃，分裂细胞变圆隆起，与培养皿的附着性低，此时轻轻振荡，M期细胞脱离器壁，悬浮于培养液中，收集培养液，再加入新鲜培养液，依法继续收集，则可获得一定数量的中期细胞。其优点是，操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害，缺点是获得的细胞数量较少。G1期S期G2期M期细胞周期不同时相主要事件G1期从上次细胞分裂结束到DNA开始合成之间的时期；为S期DNA合成作物质、能量准备；开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂等，同时染色质去凝集；具有限制点（R点）：指细胞在周期运行的过程中所具有的控制点，以调节细胞是继续沿周期运行，还是停止于某一阶段。S期DNA复制；组蛋白和非组蛋白合成；DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构；DNA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，如S期检验点；S期是细胞周期最重要的时期。G2期细胞进入M期的准备阶段；染色质螺旋化，产生凝集（成熟促进因子、有丝分裂因子）；合成与有丝分裂有关的特殊蛋白质，如微管蛋白；合成使核膜解体的可溶性因子；等R点：检验DNA复制时候完成，细胞时候已经生长到合适大小，环境因素时候利于细胞分裂。M期M期即细胞分裂期；包括核分裂和胞质分裂；真核细胞的细胞分裂包括三种方式，即有丝分裂、减数分裂和无丝分裂。M期也存在检验点。二、有丝分裂真核生物进行细胞分裂的主要方式；细胞分裂期的主要特征是出现纺锤丝，故称为有丝分裂；前期前中期中期后期末期胞质分裂有丝分裂全过程星体：指围绕在中心粒向外辐射状发射的微管。纺锤体：由大量微管纵向排列组成的中部宽阔，两极缩小的细胞器，形状似纺锤而得名。前期标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩形成有丝分裂染色体（这种染色体由两条染色单体构成）。第二个特征细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体开始装配。间期动物细胞含一个MTOC，即中心体，在S期末，两个中心粒在各自垂直的方向复制出一个中心粒，形成两个中心体。当前期开始时，2个中心体移向细胞两极，并同时组织微管生长，由两极形成的微管通过微管结合蛋白在正极末端相连，最后形成有丝分裂纺锤体。核仁解体、核膜消失，Golgi体、ER等细胞器解体，形成小的膜泡。在前期末，染色体主缢痕部位形成一种蛋白复合物称为动粒。核仁解体后，细胞即进入前中期；主要事件是纺锤体装配；纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成三种类型的微管（着丝点微管，星体微管，极体微管）。核膜破裂成小的膜泡，核纤层解体。不断运动的染色体开始移向赤道板。细胞周期也由前中期逐渐向中期运转。前中期所有染色体排列到赤道板上，标志着细胞分裂已进入中期.中期染色体结构典型，清晰可数，适合作分析。是什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？着丝粒微管动态平衡形成的张力中期MTbehaviorduringformationofthemetaphaseplate.Initially,MTfromoppositepolesaredifferentinlength.Experimentaldemonstrationoftheimportanceofmecha-nicaltensioninmetaphasecheckpointcontrol.排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离产生向极运动。后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段，即后期A和后期B。后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动。后期B，极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长，介导染色体向极运动。后期染色单体到达两极，即进入了末期（telophase）,到达两极的染色单体开始去浓缩。核膜开始重新组装。在赤道板的位置出现了一个细胞板，逐渐形成新的细胞壁。核仁也开始重新组装，Golgi体和ER重新形成并生长，RNA合成功能逐渐恢复,有丝分裂结束。末期动物细胞胞质分裂胞质分裂(cytokinesis)开始于细胞分裂后期，在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟。胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为收缩环。收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。植物细胞胞质分裂与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和细胞壁而将细胞分开。胞质分裂间期前期中期后期末期动植物细胞有丝分裂的不同点前期末期区别点纺锤体的形成方式子细胞形成方式植物两极直接发出纺锤丝，构成纺锤体细胞板向周围扩散形成细胞壁动物中心粒周围发出星射线，构成纺锤体细胞膜凹陷缢裂成两个子细胞三、减数分裂概念减数分裂是细胞仅进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。是生殖细胞成熟时的特有的分裂方式。特点细胞分裂两次，而DNA只复制一次；子细胞中染色体数目减半（2n→n）；子细胞与母细胞之间的遗传性具有较大差异。分期减数分裂第一次第二次前间期分裂期前期中期后期末期分裂期间期前期中期后期末期细线期偶线期粗线期双线期终变期S期特别长，如蝾螈的S期由原来的12小时增长到10天。前间期减数分裂Ⅰ期1、前期Ⅰ减数分裂第一次分裂的前期比有丝分裂的前期长得多，可长达数周、数年甚至数十年，而且染色体也表现出相当复杂的形态变化。根据细胞形态变化，可将前期Ⅰ分为细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期5个阶段。①细线期此期中染色体开始凝集，又称凝缩期；染色质开始凝缩成细丝状；核的体积变大，核仁也变大；染色体端部通过附着斑同核膜相连，从而使染色体在核中呈花束状，也称为花束期。②偶线期此期最主要的特征是同源染色体发生配对（联会），又称配对期；配对过程仅发生在同源染色体之间，两条同源染色体配对结合后的复合体称为二价体，也称四分体；在配对过程中两条同源染色体并未完全合并在一起，而是由一个约为150—200nm的空间隔开，此空间为蛋白质性的联会复合体；联会复合体是同源染色体配对和联会的结构基础。③粗线期染色体明显变粗变短；同源染色体非姊妹染色单体间发生DNA片断互换，光镜下可见交叉现象，产生新的等位基因组合。电镜下见重组节；交换导致同源染色体间遗传物质重组联会的染色体一些部位发生分离，联会复合体解体，姐妹染色体变得清晰可见,且在非姐妹染色体之间的某些部位上，可见相互间有接触点，称为交叉；同源染色体只靠称为交叉的部位联系在一起，交叉被认为粗线期交换发生的形态学证据；双线期可长达数周、数月、数年，在人中可长达几十年。④双线期染色体更加变短、变粗，交叉明显减少，交叉先从同源染色体中部逐渐消失，最后只在染色体端部保留交叉，交叉的这种端移过程称为端化。核内各二价体彼此分开，清晰可数。终变期结束时，核仁、核膜消失。⑤终变期2、中期Ⅰ主要进行纺锤体的装配；二价体排列在赤道面。同源染色体在纺锤体的作用下，相互分离向两极移动，移向两极的同源染色体均是含有两条染色单体的二倍体。到达每个极的染色体数量为细胞内染色体重数量的一半。因此，减数分裂中染色体数目减半发生在减数第一次分裂中。非同源染色体自由组合。3、后期Ⅰ两极各得到n条染色体，数目由2n→n。染色体到达两极后逐渐去凝集，核膜重新装配，形成两个子细胞核。4、末期Ⅰ细胞质开始分裂，形成两个间期细胞。间期子细胞没有G1、S、G2期，不进行DNA复制。间期持续时间较短，有的仅作短暂停留或者进入末期后不是完全恢复到间期阶段，而是立即准备进行第二次减数分裂。5、胞质分裂Ⅰ和减数分裂间期间期：染色体不复制。前期Ⅱ中期Ⅱ后期Ⅱ：着丝粒纵裂－2条相连的姐妹单体分开，形成2条染色体；末期Ⅱ减数分裂Ⅱ期减数分裂过程脊椎动物配子发生过程遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，导致染色体数目减半。前期I分为细线期，偶线期，粗线期，双线期，终变期等五个阶段；S期持续时间较长。同源染色体在减数分裂期I(MeiosisI)配对联会，形成联会复合体(SynaptonemalComplex,SC)，同源染色体间遗传物质重组,产生新的基因组合。减数分裂同源染色体配对排列在中期板上,第一次分列时,同源染色体分开。减数分裂的特点1、使生殖细胞染色体数目从2n→n，精卵结合后受精卵恢复2n。提供了两个亲体的遗传物质得以结合的机会，保证了亲代与子代之间染色体数目的相对恒定，为后代的性状遗传和正常发育提供了物质基础。2、同源染色体的分离和非同源染色体之间自由组合进入不同的配子，使后代个体表现出多样性。为生物变异提供了丰富的原材料，推动在自然选择作用下的生物进化。3、是遗传基本规律的细胞学基础。减数分裂的生物学意义有丝分裂与减数分裂比较比较有丝分裂减数分裂生长组织所有正在生长的组织有性繁殖组织联会与互换无有染色体分离姐妹染色单体分离减1：同源染色体分离减2：姐妹染色单体分离结果产生2个子细胞产生4个子细胞子细胞遗传成分相同不同子代与亲代染色体数相同亲代细胞的一半