Download
1 / 96
960 likes | 1.09k Views
第十二章 细胞增殖及其调控. 细胞增殖的功能 ⒈细胞增殖是生物繁育的基础（增加个体数量，多细胞生物繁衍）。. ⒉ 维持机体细胞数量和功能的相对平衡 。（更新衰老、凋亡和受损的细胞）. 大剂量的 X 射线照射老鼠，老鼠几天内死亡。 （导致干细胞大量死亡，个体在细胞数量上特别是功能上受损。）. 细胞增殖是通过细胞周期来实现的，细胞周期的有序运行是通过相关基因的严格监视和调控来保证的。 细胞无限制增长对个体来说意味着癌症，个体无限制繁殖对地球来说意味着灾难。. 第一节 细胞周期概述 一、细胞周期
E N D
第十二章 细胞增殖及其调控 细胞增殖的功能 ⒈细胞增殖是生物繁育的基础（增加个体数量，多细胞生物繁衍）。
⒉维持机体细胞数量和功能的相对平衡。（更新衰老、凋亡和受损的细胞）⒉维持机体细胞数量和功能的相对平衡。（更新衰老、凋亡和受损的细胞）
大剂量的X射线照射老鼠，老鼠几天内死亡。 （导致干细胞大量死亡，个体在细胞数量上特别是功能上受损。）
细胞增殖是通过细胞周期来实现的，细胞周期的有序运行是通过相关基因的严格监视和调控来保证的。细胞增殖是通过细胞周期来实现的，细胞周期的有序运行是通过相关基因的严格监视和调控来保证的。 • 细胞无限制增长对个体来说意味着癌症，个体无限制繁殖对地球来说意味着灾难。
第一节 细胞周期概述 一、细胞周期 细胞周期指细胞从一次分裂结束开始，经过物质积累过程，至到下一次分裂结束为止，称为一个细胞周期。正常情况下，沿着G1→S→G2→M期运转。 细胞周期除了可受生物种类和细胞种类的影响外，还可受温度等周围环境条件的影响。
就高等生物体的细胞而言，细胞周期时间长短主要差别在G1期，而变化最大。S期、G2期和M期则相对稳定。就高等生物体的细胞而言，细胞周期时间长短主要差别在G1期，而变化最大。S期、G2期和M期则相对稳定。 标准的细胞周期
在胚胎发育过程中，细胞不但在机能上彼此分工，增殖行为也出现差异，根据细胞繁殖状况，可将机体内所有细胞相对地分为3类： ①周期中细胞（连续分裂细胞） 细胞周期连续运转。如部分骨骼造血细胞、小肠绒毛上皮腺窝细胞、表皮基底层细胞等。
②静止期细胞（G0期细胞、休眠细胞）； 暂时脱离细胞周期，不进行增殖，但在适当刺激下可重新进入细胞周期的细胞（周期中细胞转化为G0期细胞多发生在G1期）。如某些免疫淋巴细胞、肝、肾细胞及大部分骨骼干细胞等。 ③终末分化细胞。 分化程度很高，一旦生成后，则终生不再分裂。如神经、肌纤维细胞、血液多形核白细胞等。
细胞周期G0期 细胞分裂之后，某些细胞离开细胞周期。执行某种生物学功能或进行细胞分化；当受到某种适当的剌激后，它们会重返细胞周期，进行分裂增殖。
二、细胞周期中各个不同时期及主要事件 ⒈G1期（DNA合成前期） G1期合成细胞生长所需要的各种蛋白质、糖类、脂类等 ，但不合成DNA。 在G1期的晚期阶段有一个特定时期。通过这个特定时期，细胞分裂进入S期。在芽殖酵母中，这个特定时期被称为起始点。在其它真核细胞中叫检验点或限制点(R点)。 G1期时间变化较大的根本原因具有一个调节细胞增殖周期开和关的“阀门”，即限制点。
特点： • 大量合成物质 • 决定细胞周期时间 • 决定细胞的前途
起始点被认为是G1期晚期的一个基本事件。细胞只有在内在和外在因素共同作用下才能完成这一基本事件，进入S期。 外在因素很多，如各种生长因子、营养物质、射线等，可调控细胞周期进程。 内因主要是与cdc基因调控过程相关的因素有关。此种基因的有序表达，是受到一些控制点调控和监视的。cdc基因的产物是一些蛋白激酶、磷酸酶等。
细胞分裂周期基因（cdc）基因：细胞周期沿着G1→S→G2→M的顺序运转，不同时期出现不同的关键性事件，这是基因有序表达的结果，这种完成细胞周期中特定阶段所需要产物的编码基因，叫cdc基因。 限制点：是真核细胞细胞周期控制G1期进入S期的调节点，可以限制细胞通过周期，所以称其为限制点，简称R点。
检验点不仅存在于G1期，也存在于其他时期，如S期检验点、G2期检验点、纺锤体检验点等。这些特异的监控机制（检验点）可以监别细胞周期中的错误，并诱导产生特异的抑制因子，阻止细胞周期进一步运行。检验点不仅存在于G1期，也存在于其他时期，如S期检验点、G2期检验点、纺锤体检验点等。这些特异的监控机制（检验点）可以监别细胞周期中的错误，并诱导产生特异的抑制因子，阻止细胞周期进一步运行。
⒉S期 S期即DNA合成期。新的组蛋白也是在S期合成的。DNA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。 真核细胞新合成的DNA立即与组蛋白结合，共同组成核小体串珠结构。 ⒊G2期 细胞核内DNA的含量已经增加一倍。其它结构物质和相关的亚细胞结构也已进行了进入M期的准备。但细胞能否顺利地进入M期，要受到G2期检验点的控制。
细胞分裂间期有哪些主要特点？ 最明显的特征是进行DNA的复制，其次是进行RNA 和蛋白质的合成，为有丝分裂作准备。间期可分为G1期、S期、G2期。其中G1期最重要，G1期的限制点（R点）是控制细胞增殖的关键，决定了细胞的3种不同命运： ⒈继续增殖细胞，细胞通过R点，继续进行增殖，保持旺盛的增殖活性，分化程度低，周期时间较为恒定； ⒉暂不增殖细胞，细胞长时间停留在G1期，合成大量的特异性DNA和蛋白质，在结构和功能上发生分化。随后，代谢活性下降，处于G0期，但并没有丧失增殖能力，在适宜的条件下被激活成增殖状态； ⒊不再增殖细胞，细胞丧失了增殖能力，始终停留在G1期，结构和功能发生高度分化，直至衰老死亡。
细胞通过R点后，就加速合成DNA复制所必须的各种前体物质和酶，DNA解旋酶和NDA合成因子也急剧增加，为进入S期DNA复制作准备。 S期的主要特点是DNA复制和组蛋白、非组蛋白的合成，是整个细胞周期中最关键的阶段。G2期中加速合成RNA和蛋白质，其中最主要的是合成有丝分裂因子和微管蛋白等有丝分裂器的组分。另外，细胞成分如磷脂的合成增加并进行ATP的积累，为有丝分裂进行物质的准备。
⒋M期 M期即细胞分裂期。真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂和减数分裂（成熟分裂）。 三、细胞周期长短测定 ⒈脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法 ⒉流式细胞仪测定法
四、细胞周期同步化 细胞同步化是指自然的，或经人为选择或诱导产生的细胞周期同步化。前者称为自然同步化 ，后者称为人工同步化。 人工同步化是指人为地将处于不同时期的细胞分离开来，从而可获得不同时期的细胞群体。分为选择同步化和诱导同步化。 ㈠选择同步化 主要是有丝分裂选择法。经单层培养可获得一定数量的M期细胞。 另一个方法是密度梯度离心法。
什么是选择同步法？有哪些方法？ 选择同步法是用物理方法将处于细胞周期中同一阶段的细胞从非同步的群体中分离出来的方法。又分为: ⒈有丝分裂选择法:使单层培养于培养器皿中的细胞处于对数期增殖，此时细胞分裂活跃，分裂指数高，分裂细胞变圆、隆起，与培养器的粘着性降低。此时轻轻摇动，M期的细胞就脱离器皿壁而悬浮于培养液中。倾出培养液于40C保存。再加入370C新鲜培养液继续培养，经1-2小时，再如同上法收集M期的细胞。每1-2小时摇一次，收集一次，可获得一定数量的M期细胞。
此法的优点是不受药物影响，同步化程度高。缺点是分离的细胞少。 ⒉细胞沉降分离法: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。而细胞在某一离心力场中的沉降速度与其半径平方成正比，因此可用沉降法分离所处周期时相不同而大小不同的细胞。此法优点可适用任何系统，包括悬浮培养的细胞。缺点是同步化的程度有限，因同一时相的细胞大小并非都是一致的。
㈡诱导同步化 ⒈DNA合成阻断法：用DNA合成抑制剂可逆地抑制DNA合成而不影响其它各期细胞沿细胞周期运转，最终将细胞群体阻断在S期。TdR双阻断法最常用，细胞最终阻断于G1/S交界处。 应用过量的TdR阻断法进行细胞周期同步化
⒉中期阻断法 某些药物可抑制微管的聚合，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。同DNA合成阻断法相比，中期阻断法的非平衡生长的问题并不十分明显，因M期大分子合成基本停止。但此种阻断法的可逆性较差，阻断时间较长，获得的细胞中的一些细胞将不能完成正常的有丝分裂而出现异常分裂。常用的阻断药物是秋水仙素或秋水仙酰胺。
分裂中期阻断法 利用秋水仙素等药物，抑制有丝分裂器的形成，将细胞阻断在有丝分裂中期。 五、特殊的细胞周期 ⒈早期胚胎细胞的细胞周期 ⒉酵母细胞的细胞周期 ⒊植物细胞的细胞周期 ⒋细菌的细胞周期：快速分裂与慢速DNA复制
分裂间期 第二节 细胞分裂 一、有丝分裂 有丝分裂是一个核改组的连续过程，人为地分为6个时期。 ⒈前期 从染色质浓集成早期染色体到核膜破裂， 同一染色体中的两条染色单体互称姊妹染色单体。含两条染色单体的染色体叫二分体。在每条染色体上，都有一段特殊的DNA序列，称为着丝粒DNA。其所在部位称为着丝粒（主缢痕）。
中心体在间期也进行了复制。中心体与周围的微管一起被称为星体。细胞分裂开始，两个星体即逐渐向细胞的两极运动。中心体在间期也进行了复制。中心体与周围的微管一起被称为星体。细胞分裂开始，两个星体即逐渐向细胞的两极运动。 在动物细胞有丝分裂前期时，两对中心体连同其组装的星体沿核膜彼此远离，达到相对位置时决定了细胞分裂极，两极之间在靠近核膜处形成初步的纺锤体。 前期末，核纤层蛋白磷酸化，核纤层解组引起核膜破裂，纺锤体进入核区。 核仁逐渐缩小，消失。
①染色体组装：核膨大，染色质逐渐螺旋化，变短增粗，形成染色体。 此时，每一染色体由两条染色单体并列在一起，中间被着丝点相连。 ②核膜、核仁消失 A.核破裂——由于核纤层蛋白磷酸化使核纤层解聚的结果； B.内膜系统——被分解成小的囊泡。 ③中心粒分成两组，移向两极，形成纺锤体。 纺锤体的四种纤维 染色体丝（染色体纤维）——连接极和染色体着丝点 连续丝（连续纤维）——从一极伸到另一极 中间丝（中间纤维）——连接后、末期染色体的 星丝（星体纤维）——两极中心体放出的丝状结构 纺锤丝由微管组装起来
有丝分裂器：有丝分裂中产生的由微管及其结合蛋白所组成的星体和纺锤体。有丝分裂器：有丝分裂中产生的由微管及其结合蛋白所组成的星体和纺锤体。 星体：围绕中心粒向四周辐射的微管。 纺锤体：由大量微管纵向排列组成中间宽，两极缩小的纺锤状结构。 有丝分裂器功能：在维持染色体的平衡、运动、分配起着极为重要作用。 星体微管 中心粒 极微管 极微管（连续丝） 纺锤体微管 横桥 区间微管 着丝点 染色体微管 染色体微管 中心体
⒉前中期 ① 核膜破裂，标志着前中期的开始。染色体进一步凝集，变粗变短，形成明显的X形染色体结构。 ② 纺锤体的装配。 ⒊中期 所有染色体排列到赤道板上，纺锤体呈典型的纺锤样。此期是观察染色体形态，数目最佳时期。
①前期形成的染色体排列在细胞中央的赤道板处 此时，染色体很清晰，每个染色体由两条染色单 体构成，被着丝点连接； 染色体在细胞中部排列，着丝点位于同一平面上，此期是观察染色体形态，数目最佳时期。 秋水仙素 抑制微管聚合 纺锤体形成 进行 可获得大量有丝分裂中期细胞 染色体研究 ②纺锤体完全形成，并移向细胞中央。
染色体 确保遗传物质平均 分到两个子细胞中 纺锤体 有丝分裂器 中心体
⒋后期 后期开始，几乎所有的姊妹染色单体相互分离，此时每条染色单体为子代染色体。 ①着丝点纵裂，每条染色体的两条姐妹染色单体分开。此时，每条染色单体因具有一个独立的着丝点所以称为一条染色体，由一分子DNA组成。 ②在微管的作用下，两组染色体分别向两极移动，形成两组子染色体。此时，移向两极的两组染色体数目，形态完全相同。
微管作用过程 第一，动粒微管（染色体丝）正极不断解聚，染色体丝缩短，使染色体向极移动（后期A）。 第二，极微管（连续丝）的正极加速聚合，伸长微管相互滑动，使纺锤体两极之间距离加大（后期B）。 染色体分离异常，常发生于后期微管的解聚与聚合异常。
⒌末期 染色体平均地分到两极，即进入末期。核膜开始重新装配（在这个过程中，许多蛋白去磷酸化，包括H1组蛋白和核纤层蛋白的去磷酸化，导致核膜小囊泡在染色体表面上结合，最后形成核被膜）。染色体去螺旋化，分散在间期核中，核仁重新出现。 ①染色体解螺旋，逐渐变为细线； ②染色体逐渐分散，形成染色质； ③核膜、核仁再次出现，纺锤体消失，各自形成一个新细胞核。
⒍胞质分裂 开始于细胞分裂后期，完成于细胞分裂末期。 ①动物细胞 胞质分裂 开始时，在赤道板周围细胞表面下陷形成环状缢缩，称为分裂沟。分裂沟逐渐加深，直至两个子代细胞完全分开。 肌动蛋白和肌球蛋白参与了分裂沟的形成和整个胞质分裂过程。在分裂沟的下方，除肌动蛋白之外，还有微管、小膜泡等物质聚集，共同形成一个环状致密层，称为中间体。 胞质分裂机制，和肌肉收缩机制相似。
胞质分裂过程可以简单地归纳为4个步骤：即分裂沟位置的确立、肌动蛋白聚集和收缩环形成、收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。胞质分裂过程可以简单地归纳为4个步骤：即分裂沟位置的确立、肌动蛋白聚集和收缩环形成、收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。 胞质分裂过程
②植物细胞 植物细胞有细胞壁，其胞质分裂，新壁的形成与动物细胞不同。
有丝分裂过程 赤道板 核膜 核仁 染色质 动物细胞的有丝分裂 中心粒 间 期 前期 中期 收缩环造成的分裂沟 后期 末期
植物细胞的有丝分裂 间期 前期 中期 后期 末期 染色体向两极运动的机理： 微管解聚学说： 微管滑动学说：
