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第十二章 细胞的生长和增殖

第十二章 细胞的生长和增殖. 分裂方式： 有丝分裂（ Mitosis) 减数分裂（ Meiosis) 初生婴儿有 10 12 个细胞，成人 10 14 个，约 200 种类型。 成人体内每秒钟有数百万新细胞产生，以补偿衰老和死亡的细胞。. 核糖体 DNA 细胞壁 细胞膜. 细胞增殖的三种形式 :. 1 、无丝分裂 (amitosis). （间期的细胞直接一分为二）. 分裂过程中没有纺锤体和染色体的形成，无纺锤丝的出现，故名无丝分裂。是低等动物（如细菌）增殖的主要方式。. 子细胞遗传物质分配不均等. 2 、有丝分裂 (mitosis)

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第十二章 细胞的生长和增殖

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Presentation Transcript

  1. 第十二章 细胞的生长和增殖 • 分裂方式： 有丝分裂（Mitosis) 减数分裂（Meiosis) • 初生婴儿有1012个细胞，成人1014个，约200种类型。 • 成人体内每秒钟有数百万新细胞产生，以补偿衰老和死亡的细胞。

  2. 核糖体 DNA 细胞壁 细胞膜 细胞增殖的三种形式 : • 1、无丝分裂(amitosis) （间期的细胞直接一分为二） 分裂过程中没有纺锤体和染色体的形成，无纺锤丝的出现，故名无丝分裂。是低等动物（如细菌）增殖的主要方式。 子细胞遗传物质分配不均等

  3. 2、有丝分裂(mitosis) 分裂过程中有纺锤体和染色体的形成，有纺锤丝出现，故名有丝分裂。子细胞中遗传物质均等分配。是真核细胞主要的增殖方式。 3 、减数分裂(meiosis) 有性生殖生物形成生殖细胞时的分裂分式。分裂过程中染色体复制一次，细胞连续分裂两次，结果染色体数目减半，故名减数分裂。

  4. 第一节 细 胞 增 殖 方 式 • 一、细胞周期 • 1.概念 指连续分裂的细胞从亲代细胞分裂结束开始到子代细胞分裂结束为止所经历的全过程. 间期: G1期 S期 G2期 M期：前、中、后、末期

  5. 4C （DNA含量） 2C 0 G1 S G2 M G1（ 时相） 2.细胞周期各时相的特点 细胞周期各时相DNA含量的变化

  6. Ｇ１期（ＤＮＡ合成前期） • 早期：三种RNA的合成，cAMP、cGMP及蛋白质与糖类的合成。 • 后期： DNA聚合酶，胸苷激酶等急剧合成， H1组蛋白的磷酸化， 组蛋白、非组蛋白RNA的合成 • 晚期：合成钙调素 • S期：DNA复制，合成组蛋白和非组蛋白； • G2期：加速合成RNA和蛋白质(微管蛋白、有丝分裂因子)。 • M期（见后述）

  7. 分化 死亡 G0 Ｇ１期细胞的增殖状态 通过Ｇ1期控制点的调节，Ｇ1期细胞可有三种去向：

  8. Ｇ１期的时间变化 控制点(restriction point，R)：G1期末对环境因素的敏感点，是调节细胞周期开和关的”阀门”，控制着细胞周期的进程，也称限制点 。 影响Ｇ1期细胞是否进入周期的因素很多，如各种生长因子、营养物质、射线、钙调素等，可调控细胞周期进程。

  9. Ｇ1期细胞的三种去向： 不再继续增殖： 即失去增殖能力，而合成其功能性蛋白走向分化， 又称不育细胞或终末分化细胞。如角质细胞、红细胞、肌细胞、神经元等。 持续增殖： 越过R点，继续增殖。如皮肤生发层细胞，骨髓造血细胞等。 暂不增殖（Ｇ０期）：如淋巴细胞、肝肾胰的细胞等。肝切除后开始分裂修复。

  10. M 期前期(prophase) :（1）染色质的浓缩（2）分裂极的确定(3)核膜、核仁的解体。前中期(premetaphase): (1)纺锤体的形成(2)染色体排列到赤道面上，形成赤道板

  11. 中心粒S期以前:中心粒为一对S期:中心粒两对。G2期:两对中心粒分开，前期:两对中心粒移向细胞的两极。 前中期：形成纺锤体。 有丝分裂最主要的特点是：形成有丝分裂器 有丝分裂装置：星体和纺锤体。微管包括：着丝点微管、极微管、星体微管。

  12. 中期(metaphase) （1）所有染色体都以着丝粒排列在赤道面上， 形成完整的有丝分裂器。（2）染色体达到最高程度地螺旋.着丝粒：在主缢痕处，两条染色单体相互联系在一起 的特殊部位，由重复顺序的DNA构成着丝点：是着丝粒外侧附加结构，由蛋白质组成， 为盘状的三层结构.

  13. 后期(anaphase) （1）着丝粒缢裂为二，标志着后期的开始。（2）染色体单体向两极移动5.末期(telophase)与胞质分裂（1）两组子染色体达到细胞两极，即进入末期。（2）染色体解旋为染色质。（3）核纤层蛋白去磷酸化，核膜、核仁重现。（4）形成二个子细胞核，细胞膜中部凹陷，分隔成二个子细胞（微丝的参与）

  14. 后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段:·后期A ，着丝点微管去装配变短，染色体产生两极运动·后期B ，极微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长，介导染色体向极运动。 微管上的横桥为动力蛋白，具有ATP酶的活性。 有丝分裂开始的标志：染色质组装成染色体

  15. 染色体形成的意义——完成遗传物质的平均分配染色体形成的意义——完成遗传物质的平均分配 试想一想，46条染色质（每条染色体DNA长度约40000 µm）绕在一个很小的范围内(细胞核直径约30µm），如何平均分配？ 只有绕成一个个线团，才能平均分配。

  16. 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

  17. 同源染色体 同源染色体 前期Ⅰ 细线期 染色体已经复制 同源染色体：指分别来自父方和母方，形状和大小一般都相同的两条染色体。

  18. 联会：同源染色体配对 的过程叫联会。二价体：每对染色体形成一个二价体。 联会复合体:在联会的变化中，配对的同源染色体之间形成一种蛋白质性的复合结构，称为联会复合体。 前期Ⅰ 偶线期 • S期合成99.7%DNA， • Z-DNA：偶线期合成0.3%的DNA叫Z-DNA

  19. 姐妹染色单体：一条染色体的两条染色单体互称姐妹染色单体。姐妹染色单体：一条染色体的两条染色单体互称姐妹染色单体。 非姐妹染色单体：同源染色体的染色单体之间互称非姐妹染色单体 非姊妹染色单体之间出现交叉。 前期Ⅰ 粗线期 四分体：配对的同源染色体实际上含有四个染色单体。 P-DNA：指粗线期发生交换部位合成的少量DNA。

  20. 粗线期

  21. 双线期:联会复合体消失，同源染色体在某些部位分离，但仍存在多处交叉。双线期:联会复合体消失，同源染色体在某些部位分离，但仍存在多处交叉。

  22. 终变期染色体高度凝集，核膜、核仁消失，纺锤体开始形成，四分体均匀分布，交叉端化。终变期染色体高度凝集，核膜、核仁消失，纺锤体开始形成，四分体均匀分布，交叉端化。

  23. 同源染色体彼此分离，并且在纺锤丝的牵引下移向两极，结果细胞的每一极只得到各对同源染色体中的１条。同源染色体彼此分离，并且在纺锤丝的牵引下移向两极，结果细胞的每一极只得到各对同源染色体中的１条。 四分体排列在细胞中央的赤道板上，每条染色体的着丝点都附着在纺锤丝上。注意四分体的排列方式是随机的 非同源染色体自由组合到达两极。

  24. 卵细胞的形成过程

  25. 2.减数分裂特点 ◆减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ是连续进行的，其间无间期或间期很短，不进行DNA和染色体的复制。 ◆同源染色体配对、联会、基因重组 ◆每条同源染色体的两条染色单体的着丝点在减数分裂Ⅰ时不分开，直到减数分裂Ⅱ时才分离。

  26. 3.减数分裂的生物学意义 • 1）是三大遗传学规律的基础 • 同源染色体分离——孟德尔分离律 • 非同源染色体自由组合——孟德尔自由组合律 • 同源染色体之间联会重组互换——连锁互换律 2）保持遗传的稳定性 • 精子（n）+卵子（n）=受精卵（zn） 3）生物变异和进化的基础 • 同源染色体之间重组、互换 • 非同源染色体之间自由组合

  27. 练习 1、已知某动物的体细胞内含2N条染色体，那么该动物经过减数分裂产生的生殖细胞中含有染色体多少条 （ ） A．2N B．4N C．N D．3N 2、同源染色体分离发生在哪个时期（ ） A．中期ⅠB．中期ⅡC．后期Ⅰ D．末期Ⅰ 3、染色体数目减半发生在哪个时期 （ ） A．中期ⅠB．中期ⅡC．后期ⅠD．末期Ⅰ

  28. 练习 1．下列有关四分体的叙述，正确的是 （ ） A．   每个四分体包含一对同源染色体的四个染色单体 B．   经过复制的同源染色体都能形成四分体 C．   基因互换现象发生在四分体时期 D．  四分体出现在减数第一次分裂前期

  29. 练习 2 在减数分裂过程中，含有与体细胞染色体数目相同，但不含同源染色体的时期是（） A．减数第一次分裂后期 B．减数第二次分裂后期 C．减数第二次分裂的间期 D．减数第二次分裂前期

  30. 思考题 • 1.细胞周期的概念及每期特点 • 2.有丝分裂、减数分裂各期特点 • 3.G1期细胞有哪三种去向 • 4.减数分裂的意义何在？ • 5.MPF是如何控制细胞 G2/M过渡和M期进程 • 6.区别下列名词 • 联会/同源染色体 二价体/四分体 有丝分裂/减数分裂 有丝分裂器/收缩环

  31. 第二节 细胞周期的调控(Cell-Cycle Control)细胞周期调控系统的主要作用

  32. 细胞周期检验点(checkpoint)

  33. 一、 MPF的发现及其组成 1.1970s Rao和Johnson发现与M期细胞(Hela)融合的间期细胞染色体发生凝缩，称为早熟染色体凝集 (prematurely condensed chromosome，PCC)。 提示：M期可能存在一种诱导染色质凝集因子

  34. 2.1971年Masui等用孕酮处理未成熟的非洲爪蟾卵母细胞诱导其成熟2.1971年Masui等用孕酮处理未成熟的非洲爪蟾卵母细胞诱导其成熟

  35. 实验表明：成熟卵细胞质，含有卵母细胞成熟的因子，称做（ maturation promoting factor， MPF ）。

  36. 3.1960s LelandHartwell，1970s Paul Nurse 建立了酵母细胞分裂周期温度敏感突变株，分离了大量的cdc基因(cell division cycle gene,细胞分裂周期基因)，裂殖酵母cdc2和芽殖酵母cdc28都编码一个34KD的蛋白激酶，作用于细胞G1/S与G2M的前进。 裂殖酵母　Fission yeast 芽殖酵母　budding yeast

  37. 4.1980s Timothy Hunt发现海胆的卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期振荡，命名为细胞周期蛋白(cyclin A和B)。后来发现将M期周期蛋白mRNA加入可使细胞进入M期，同时MPF被激活。　　 MPF的活性与周期蛋白一样呈现周期性变化

  38. ●1988年Lohka将MPF纯化。经鉴定MPF由32KD（cdc2基因产物）和45KD（周期蛋白B）两种蛋白组成。●1988年Lohka将MPF纯化。经鉴定MPF由32KD（cdc2基因产物）和45KD（周期蛋白B）两种蛋白组成。 p32与p34cdc2是同源物，是一种丝氨酸/苏氨酸激酶 ●MPF=p34cdc2（催化亚基）+clyclin B（调节亚基）

  39. 2001年10月8日美国人LelandHartwell、英国人Paul Nurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖 Leland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse

  40. 二、MPF是细胞周期蛋白-CDK复合物 1.MPF是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶； 由Cyclin-CDK(Cyclin-dependent protein kinase)形成的复合物。 MPF=CDK1（p34cdc2）+cyclinB

  41. 2.CDK ●CDC2又被称为CDK1 (cyclin-dependent kinase，)，可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行。 • 如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失； • 将H1磷酸化导致染色体的凝缩等。

  42. 3、细胞周期蛋白 cyclin ●在中期当MPF活性达到最高时，激活后期促进因子APC，将泛素连接在cyclinB上，cyclinB被蛋白酶体(proteasome)降解，完成一个细胞周期。　 分裂期周期蛋白N端有一段序列与其降解有关，称降解盒(destruction box)［破坏框］。 • 共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解，这是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径。 • 蛋白酶体是一个大型的蛋白酶，可将泛素化的蛋白质分解成短肽。

  43. 4. Cyclin-CDK复合物的活化与功能 G2/M控制点 ●M期CDK的激活起始于分裂期cyclin的积累。　 ●结合cyclin B的CDK1被Wee1将Thr14和Tyr15磷酸化而不具有活性，使CDK/cyclin不断积累。　 ●在M期，Wee1的活性下降，CDC25使CDK去磷酸化，去除了CDK活化的障碍。 ◆功能：启动细胞从G2期进入M期的相关事件 CDK1使底物蛋白磷酸化、如将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体。

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