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第十一章细胞增殖及其调控细胞增殖(cellproliferation)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。第一节细胞周期与细胞分裂细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束后开始生长到下次有丝分裂终止所经历的全过程。在这一过程中,细胞的遗传物质进行复制并均等地分配给两个子细胞。细胞周期2001年诺贝尔生理学/医学奖得主2001年诺贝尔生理学与医学奖:◆利兰·哈特韦尔发现了控制细胞周期的基因，其中一种被称为“START”的基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。◆保罗·纳西的贡献是发现了CDK。◆蒂莫西·亨特的贡献是发现了调节CDK的功能物质CYCLIN.细胞周期时相及类型细胞周期的时相◆G1期(Gap1phase),即从M期结束到S期开始前的一段间歇期;◆S期,即DNA合成期(DNAsyntheticphase);◆G2期(Gap2phase),即DNA合成后(S期)到有丝分裂前的一个间歇期;◆M期,即有丝分裂期(mitosisphase)。不一定每种细胞都有四个时期，如胚胎细胞没有G1期。胚细胞周期细胞周期时相细胞周期和细胞类群◆持续分裂细胞◆终端分化细胞永久性失去了分裂能力的细胞。◆G0细胞又称休眠细胞。暂时脱离细胞周期,不进行增殖,也叫静止细胞群,如某些免疫淋巴细胞,肝,肾细胞等。细胞周期的研究方法细胞同步化(synchronization)培养物中的所有细胞都处于细胞周期的相同阶段，称为细胞的同步化。选择同步法(selectionsynchrony)●有丝分裂选择法：根据细胞在细胞周期的不同阶段的生理变化设计的一种方法。●细胞沉降分离法：用于悬浮培养的细胞。由于细胞在其周期过程中,体积逐渐增大,所以处于细胞周期不同阶段的细胞体积不同。诱导同步法(inductionsynchrony)DNA合成阻断技术(thymidineblocktechnique)：高浓度的胸腺嘧啶能够阻断DNA合成所需的核苷酸的合成,因此将细胞群体培养在具有高浓度的胸腺嘧啶的培养液，可获得同步化的细胞。中期阻断法:某些药物，如秋水仙素可抑制微管的聚合,因而抑制有丝分裂器的形成,将细胞阻断在有丝分裂的中期。条件突变(conditionalmutants)在正常条件下，细胞表现出正常功能，但在某些条件下，功能出现异常，表现出突变的表型，将此类突变体称为条件突变体。利用条件突变体可研究细胞周期中的重要事件，发现细胞周期基因。例如温度敏感突变使细胞对于某种温度敏感，这样可用正常温度培养细胞而用突变温度来研究突变的事件。细胞周期各时相的合成活动◆G1期(Gap1phase)◆S期(synthesisphase)◆G2期(Gap2phase)◆M期G1期:此期主要合成rRNA、蛋白质、脂类和碳水化合物。在G1期的后期,DNA合成酶的活性大大增加。S期:除了DNA合成外,同时还会合成组蛋白,DNA复制所需的酶都在这一时期合成。DNA的合成和组蛋白的合成在时间上是同步的G2期:是DNA合成的后期。在这一时期,主要是大量合成ATP、RNA、蛋白质,包括微管蛋白和成熟促进因子MPF(maturationpromotingfactor)等，为有丝分裂作准备。M期:从细胞分裂开始到结束所经历的过程,也就是从染色体的凝缩、分离到平均分配到两个子细胞为止。分裂后,S期合成的DNA减半。这一期的特点是RNA合成停止,蛋白质合成减少,以及染色体高度螺旋化。有丝分裂◆有丝分裂是指整个细胞分裂,包括核分裂和胞质分裂两个过程。◆核分裂主要是通过纺锤丝的形成和运动，以及染色体的形成，把在S期已经复制好了的DNA平均分配到两个子细胞，以保证遗传的连续性和稳定性。由于这一时期的主要特征出现纺锤丝，故称为有丝分裂。动物细胞有丝分裂各阶段◆前期(prophase)前期发生的主要事件有四个:染色体的凝集、分裂极的确定、核仁的消失和核膜的解体。G2期的主要特征前期的主要特征◆早中期(prometaphase)●在此时期,核周围的纺锤体侵入细胞核的中心区,一部分纺锤体微管的自由端最终结合到着丝点上,形成动粒微管。●前中期的特征是染色体剧烈地活动,个别染色体剧烈地旋转、振荡、徘徊于两极之间。早中期的主要特征◆中期(metaphase)●染色体进一步凝缩,并移到赤道附近,排列在赤道板●姐妹染色单体的着丝粒分别与一条或多条来自对面的纤维结合,成为被争夺的对象●该期主要特点是姐妹染色单体位于赤道板上,着丝粒分别被两端的中心体发出的纤维连接中期的主要特征◆后期(anaphase)●染色体在纺锤体纤维的作用下拉向两极,进而造成着丝粒分开,染色单体进一步移向两极,几乎所有的姐妹染色单体都同时分裂,此时每条染色单体称为染色体。●这一时期的主要特点是:着丝粒分开,染色单体移向两极。后期的主要特征◆末期(telophase)●后期结束,染色单体平均分配到纺锤体的两极,核膜片段重新包围两组染色体,形成完整的核膜,并在两极重新形成●该期的主要特点是:染色体解螺旋形成细丝,出现核仁和核膜。末期的主要特征动物细胞的胞质分裂植物细胞的胞质分裂核膜的解体与重建有丝分裂的机理纺锤体微管类型及形成◆纺锤体又称为有丝分裂器●Kinetochoremicrotubules●Polarmicrotubules●Astralmicrotubules◆中心粒●中心粒确定分裂极●形成纺锤体纺锤体微管的类型中心粒的复制周期中心体的复制与细胞分裂的关系染色体分离的两个阶段：后期A与后期B◆染色体分离的力●拉力：由动粒微管去装配产生●推力：由极微管的聚合所产生◆后期可分为两个阶段∶●后期A●后期B◆力产生的机制：◆后期A，微管去聚合假说◆后期B，纺锤体微管滑动假说后期A与后期B纺锤体微管运动机理◆微管去聚合作用假说●该假说的特点是∶动粒微管不断解聚缩短,造成将染色体拉向两极。●该模型的可能机理是∶微管的正端插入动粒的外层,微管蛋白分子与动粒蛋白分子有亲和性,微管蛋白在此端去组装。在动粒中,ATP分子水解可以提供能量,驱动微管上的马达分子向极部移动,拉动染色体向极移动。后期A:微管去聚合假说染色体向极运动的微管去聚合假说◆纺锤体微管滑动假说这种假说认为∶极-极分离是由极微管的两种不同类型的变化引起的。●首先,极微管在+端添加微管二聚体进行聚合延长，使两极的极微管产生重叠的带(overlapzone)。●第二，极微管产生滑动，产生将两极分开的力。●微管间的横桥能够提供机械-化学的活动。横桥上有较高的ATP酶活性,推测是一种分子马达。纺锤体微管滑动假说胞质分裂的机制胞质分裂的机理可用肌球蛋白与肌动蛋白之间的滑动模型来说明。收缩环是由一束肌动蛋白组成，肌动蛋白之间有肌球蛋白Ⅱ的存在减数分裂(meiosis)◆发生分裂的细胞生殖细胞进行的产生配子的分裂过程，其结果是产生了染色体组数目减半的配子；◆连续的两次分裂：●第一次减数分裂●第二次减数分裂◆两个基本特点：●染色体组数目减半●发生遗传重组减数分裂减数分裂I第一次减数分裂的两个特点◆一对复制了的同源染色体分开，分别进入两个子细胞，同源染色体分开之前通常要发生交换重组。◆在染色体组中，同源染色体的分离是随机的，同源染色体组要发生重组合。减数分裂的染色体行为前期I的5个阶段减数分裂I前期I●主要事件是完成同源染色体的配对，在此过程中要发生配对同源染色体间的分子重组●该期细分为细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期等。StagesoftheprophaseofmeiosisIMicrographsillustratingthemorphologyofchromosomesofthelily.减数分裂的前期I◆细线期(leptotenestage,leptonema)又称凝集期(condensationstage)此期主要特点：●染色体已加倍,并凝缩成细线状,但看不到染色体的双重性。◆偶线期(zygotenestage,zygonema)又称配对期(Pairingstage)，此期的主要特点是：●联会与联会复合体▲联会(synapsis)▲联会复合体(synatonemalcomplex)●二价体与四分体▲二价体（bivalent)▲四分体(tetrad)同源染色体配对（联会）联会复合体◆粗线期(pachytenestage,pachynema)又称重组期(recominationstage)，主要特点：●同源染色体之间发生DNA片段的交换,产生重组的基因组合●持续时间长●可见重组节（Recombinationnoduble)◆双线期(diplotenestage)又称合成期(synthesisstage)，主要特点：●同源染色体分开，明显可见四分体；●出现交叉AbivalentchromosomeatthediplotenestageThebivalentchromosomeconsistsofpairedhomologouschromosomes.Sisterchromatidsofeachchromosomearejoinedatthecentromere.◆终变期(diakinesis)又称再凝集期(recondensationstage)。此期的主要特点:●染色体变成紧密凝集状态；●大多数核仁消失,交叉出现端化,姐妹染色体借着着丝粒连接在一起。中期I◆核被膜的破裂是前期Ⅰ向中期Ⅰ转化的标志。纺锤体侵入核区,分散于核中的四分体开始向四分体的中部移动。◆与有丝分裂不同的是,四分体上有四个着丝点,一侧纺锤体只和同侧的两个着丝点相连。最后染色体排列在赤道板上。后期I◆同源染色体分开,发生数量的减半,而且,染色体移向两极是随机的。◆由于每条染色体仍含有两条染色单体,因而每个极仍含有两套染色体。◆不同的同源染色体对向两极的移动是随机的、独立的、父方、母方来源的染色体要发生随机组合,有利于减数分裂产物的基因组变异。末期I及间期◆在自然界中,末期Ⅰ和间期的类型有二,一种是没有明显可见的染色体去凝集,另一种是完全逆转到间期核的状态。◆大多数种类,末期Ⅰ和间期是在第一次及第二次减数分裂期之间的短暂停顿,在所知的生物中,未见有DNA的合成。减数分裂II第二次减数分裂分为前期II、中期II、后期II、末期II，最后形成4个单倍体细胞。减数分裂I和减数分裂II减数分裂的遗传重组在减数分裂过程中发生了两种方式的遗传重组∶◆同源染色体的部分交换（基因重组）◆染色体分离时的自由组合（染色体组重组）。同源染色体间的交换重组联会与联会复合体◆联会复合体(synaptonemalcomplex,SC)的形成◆重组节(recombinationnodules)●重组节是同源染色体配对联会复合体中的球形、椭圆型或棒状的结节,直径为90nm,内含蛋白质,结构不清楚。●它是一种含有多种酶的重组机器,横跨100nm的SC宽度,将父母的单体DNA,局部区域结合在一起,通过它发生活跃的重组过程。重组节◆染色体重组---交换与交叉●在同源染色体联会期间，同源染色体要发生断裂和重接，在此过程中发生同源染色体间的交换，在显微镜下可见到交叉（chiasma）。●交叉(crossover)是交换的结果。染色体的交换与交叉同源染色体联会时的交换和交叉ChromosomesegregationinmeiosisIAtmetaphaseI,thekinetochoresofsisterchromatidsareeitherfusedoradjacenttooneanother.Microtubulesfromthesamepoleofthespindlethereforeattachtothek