细胞周期与细胞分裂

翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第13章细胞周期与细胞分裂第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第一节细胞周期一、细胞周期概述•一个细胞周期可以人为地划分为先后连续的4个时相，即G1期、S期、G2期和M期。•通常将含有这4个不同时相的细胞周期称为标准的细胞周期（standardcellcycle）第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社二、细胞周期中各不同时相及其主要事件•G1期:新生成的子代细胞立即进入一个细胞生长期，开始合成细胞生长所需要的各种蛋白质、糖类、脂质等，但不合成细胞核DNA。•S期:细胞立即开始合成DNA•G2期:检查DNA是否完成复制，细胞是否已生长到合适大小，环境因素是否利于细胞分裂等。•M期:有丝分裂或者减数分裂。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社在真核细胞中也发现多种监控机制，以调控周期各时相有序而适时地进行更迭，并使周期序列过程中后一个事件的开始依赖于前一个事件的完成，从而保证周期事件高度有序地完成。检验点不仅存在于G1期，也存在于其他时相，如G2期检验点、纺锤体组装检验点等。从分子水平看，检验点是作用于细胞周期转换时序的调控信号通路，其监控作用在于保证基因和基因组的稳定性，而不是细胞分裂的基本条件。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社三、细胞周期同步化•将整个细胞群体处于细胞周期的同一个时相；•人工选择同步化是指人为地将处于周期不同时相的细胞分离开来，从而获得不同时相的细胞群体。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社1．DNA合成阻断法•采用低毒或无毒的DNA合成抑制剂特异地抑制DNA合成，而不影响处于其他时相的细胞进行细胞周期运转，从而将被抑制的细胞抑制在DNA合成期的实验方法。•目前采用最多的DNA合成抑制剂为TdR或羟基脲（hydroxyurea，HU）。•采用两次DNA合成抑制剂处理，将细胞最终抑制在G1/S期交界处狭窄的时间区段。抑制剂去除后，细胞即可以进行同步细胞周期运转。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社2．分裂中期阻断法•某些药物，如秋水仙素、秋水酰胺和诺考达唑（nocodazole）等，可以抑制微管聚合，因而能有效地抑制细胞纺锤体的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社四、特殊的细胞周期（一）早期胚胎细胞的细胞周期•指受精卵在卵裂过程中的细胞周期。•最显著的特点是，卵细胞在成熟过程中已经积累了大量的物质基础，基本可以满足早期胚胎发育的物质需要，其细胞体积也显著增加；当受精以后，受精卵便开始迅速卵裂，卵裂球数量增加，但其总体积并不增加，因而，卵裂球体积将越分越小。•每次卵裂所持续的时间，与体细胞周期相比，周期时间大大缩短。•细胞周期的基本调控因子和监控机制与一般体细胞标准的细胞周期基本是一致的。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社（二）酵母细胞的细胞周期芽殖酵母的细胞周期裂殖酵母的细胞周期酵母细胞周期持续时间较短，大约为90min。细胞分裂过程细胞核核膜不解聚。与细胞核分裂直接相关的纺锤体不是在细胞质中，而是位于细胞核内。芽殖酵母和裂殖酵母之间的亲缘关系甚远，在细胞结构和生命过程方面也有明显差别。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社（三）植物细胞的细胞周期•植物细胞的细胞周期也含有G1期、S期、G2期和M期4个时相。两个突出特点：第一，高等植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常组装纺锤体。第二，植物细胞分裂是在成膜体指导下，以形成细胞板（中间板）的形式完成胞质分裂。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社（四）细菌的细胞周期•在一个细胞周期中每个DNA分子复制仅能完成一半，但DNA复制是在两个正在形成中的DNA分子上同时进行的。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第二节细胞分裂•一、有丝分裂第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社（一）有丝分裂各期的重要事件及其结构装置1．前期（1）染色体凝缩（chromatincondensation）•染色体凝缩是指由间期细长、弥漫样分布的线性染色质，经过进一步螺旋化、折叠和包装（packing）等过程，逐渐变短变粗，形成光镜下可辨的早期染色体结构。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社（2）细胞分裂极的确立和纺锤体的装配•中心体在G1期末开始复制，在S期完成复制，在G2期分离，半保留复制的中心粒进入子代中心体。细胞进入有丝分裂前期，复制并分离后的两个子中心体作为微管组织中心，开始放射状微管装配，中心体及其周围微管形成两个星体，这便是分裂极的确立和纺锤体装配的起始。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社2．前中期•标志性事件之一是核膜崩解。•核膜的崩解与核纤层的解体是相互偶联的事件。细胞分裂过程中核纤层的解体和重新组装与核纤层蛋白的磷酸化水平相关。核纤层蛋白的磷酸化与去磷酸化可能是有丝分裂过程中核纤层结构动态变化的调控因素。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社前中期标志性事件之二是完成纺锤体装配，形成有丝分裂器（mitoticapparatus）。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社高等动物细胞纺锤体的结构第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社前中期标志性事件之三是染色体整列（chromosomealignment）。由纺锤体极体发出的微管捕捉染色体动粒，形成染色体动粒微管，这是染色体整列的必要前提。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社应用免疫荧光技术和电镜技术显示动粒位置和结构第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社3.中期（metaphase）•主要标志是染色体整列完成并且所有染色体排列到赤道面上，纺锤体结构呈现典型的纺锤样。•牵拉（pull）假说•外推（push）假说第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社4.后期（anaphase）•标志性事件是中期整列的染色体其两条姐妹染色单体分离，分别向两极运动。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社细胞分裂后期Ａ和后期Ｂ产生染色体向极部运动第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社有丝分裂中后期转换第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社5.末期（telophase）•姐妹染色单体分离到达两极，有丝分裂即进入末期；•动粒微管消失，极微管继续加长，较多地分布于两组染色单体之间；•到达两极的染色单体开始去浓缩，在每一个染色单体的周围，伴随核纤层蛋白去磷酸化，核纤层与核膜重新组装，分别形成两个子代细胞核。•在核膜形成的过程中，核孔复合体同时在核膜上装配。随着染色单体的去浓缩，核仁也开始重新组装，RNA合成功能逐渐恢复。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社6.胞质分裂•在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟。随着细胞由后期向末期转化，分裂沟逐渐加深，直至两个子代细胞完全分开。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社中央纺锤体和星体微管作用于细胞皮层并诱导分裂沟形成第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社二、减数分裂真核生物减数分裂的3种类型第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社有丝分裂和减数分裂比较第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社（一）减数分裂前间期•减数分裂前间期的最大特点在于其S期持续时间较长，同时也发生一系列与减数分裂相关的特殊事件。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社（二）减数分裂过程1．减数分裂Ⅰ（1）前期Ⅰ•持续时间较长在高等生物，其时间可持续数周、数月、数年，甚至数十年。•要进行同源染色体配对和基因重组。根据细胞染色体形态变化，又可•以将前期Ⅰ人为地划分为细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期５个阶段。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社•细线期（leptotene，leptonema）：为前期Ⅰ的开始阶段。•首先发生染色质凝缩，染色质纤维逐渐螺旋化、折叠，包装成在显微镜下可以看到的细纤维样染色体结构。•在细纤维样染色体上，出现一系列大小不同的颗粒状结构，称为染色粒（chromomere）。•细线期还有一个明显的特点，即染色体端粒通过接触斑与核膜相连。由于很多细线染色体的端粒与核膜结合，使染色体装配成花束状，所以细线期又称花束期。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社•偶线期（zygotene，zygonema）：•主要发生同源染色体配对（pairing）；•配对以后，两条同源染色体紧密结合在一起所形成的复合结构，称为二价体（bivalent）。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社图13－27双线期二价染色体图解同源染色体配对的过程称为联会（synapsis）。在联会的部位形成一种特殊的复合结构，称为联会复合体（synaptonemalcomplex），与同源染色体联会和基因重组有关。在偶线期发生的另一个重要事件是合成在S期未合成的约0.3％的DNA第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社•粗线期（pachytene，pachynema）：•开始于同源染色体配对完成之后；•同源染色体仍紧密结合，并发生等位基因之间部分DNA片段的交换和重组，产生新的等位基因的组合；•此时在联会复合体部位的中间，出现重组节（combinationnodule）。•合成减数分裂期专有的组蛋白，并将体细胞类型的组蛋白部分或全部地置换下来。•在许多动物的卵母细胞发育过程中，粗线期还要•发生rDNA扩增。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社•双线期（diplotene，diplonema）：•重组阶段结束，同源染色体相互分离，仅留几处相互联系；•同源染色体的四分体结构变得清晰可见。同源染色体仍然相联系的部位称为交叉（chiasma）。•许多动物在双线期阶段，同源染色体或多或少地•要发生去凝集，RNA转录活跃。•灯刷染色体（lampbrushchromosome）。第13章细胞周期与细胞分裂翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生