第七章细胞增殖及其调控
细胞的有丝分裂和细胞周期
细胞周期
分裂期（M期）
细胞周期示意图
细胞周期各阶段的事件
Hela 细胞增殖周期时相
细胞周期的时间 TC = TG1 + TS
+
TG2 + TM
适宜条件下一种细胞的周期时间相对稳定，不
同生物或组织的细胞TC差异较大，TS、TG2、TM变化
较小，主要是TG1的差异。
一、细胞周期各时相的动态变化
（一） G1期 与DNA合成启动相关，细胞物质代谢活跃，RNA和蛋白 质合成，细胞体积增大。存在细胞增殖的限制点
(restriction point, R点 )。
G1 早期----R点---- G1 晚期 R点为控制点，决定是否增殖。 如能通过，则增殖。
（四）抑素（chalone）
是由细胞自体产生的、终止细胞增殖的信号分 子，是一种热不稳定的可溶性、分泌型糖蛋白，在 细胞增殖的反馈性调节中起重要作用。 抑素不但具有严格的组织特异性，而且还有细 胞周期阶段的特异性。目前已经发现的抑素有20多 种，如肝细胞抑素、肾细胞抑素、红细胞抑素等。 并且有的抑素专门作用于G1期，防止细胞进行DNA 合成（如G1期表皮细胞抑素）；有的专门作用于G2 期，防止细胞进行分裂（如G2期表皮细胞抑素）。
2.密度梯度离心法： 不同时期细胞在重量和体积上差别显著，可 采用。如：裂殖酵母。 特点：简单省时、效率高、成本低。但对大多 数细胞不适用。
3.化学同步法：通过不同药物可获得不同时期同 步化细胞，但对细胞周期有干扰。 （1）DNA合成阻断法： 常用药物：氨甲蝶呤、胸苷。可使细胞同步于S期。
特点：效率高，几乎适于所有体外培养的细胞系。
细胞周期蛋白(cyclin)是一类随细胞周期的变化呈周期性的出现与消失的蛋白质。
细胞周期的调控和细胞增殖
细胞周期的调控和细胞增殖细胞周期是细胞生命周期中的一个重要阶段，通过严密调控确保细胞按照一定的顺序进行有序的DNA复制和细胞分裂。
细胞周期的调控主要包括细胞周期检查点、细胞周期调控因子及其调控网络的作用等方面。
一、细胞周期检查点细胞周期检查点是细胞在特定时期对其自身状态的监测点，主要有G1/S检查点、G2/M检查点和M检查点。
这些检查点的功能在于确保细胞在细胞周期的不同阶段保持稳定和正确的进行。
1. G1/S检查点G1/S检查点位于细胞周期的G1期和S期之间，主要监测细胞的DNA是否完整以及是否有足够的生物小分子供应，这是控制是否进入DNA复制的关键检查点。
如果细胞通过检查，则进入S期进行DNA 复制，否则进入G0期停滞。
2. G2/M检查点G2/M检查点位于细胞周期的G2期和M期之间，主要监测细胞DNA复制是否正确完成以及是否有DNA损伤。
只有当细胞通过这一检查点时，才能进入有丝分裂的M期。
3. M检查点M检查点位于细胞分裂的中期，主要监测染色体是否正确连接到纺锤体上，并确保该连接是稳定的。
只有当细胞通过这一检查点时，才能完成有丝分裂，将染色体均匀地分配给两个子细胞。
二、细胞周期调控因子及其调控网络细胞周期调控因子主要包括Cyclins和Cyclin-dependent kinases (CDKs)。
Cyclins与CDKs形成复合物，通过磷酸化作用来调控细胞周期的不同阶段。
1. CyclinsCyclins是调控细胞周期的关键调节蛋白，其数量在不同的细胞周期阶段发生变化。
不同类型的Cyclins与特定的CDKs形成复合物，起到调控细胞周期的作用。
2. CDKsCDKs是Cyclin-dependent kinases的缩写，是一类酶的家族。
它们与Cyclins结合形成复合物，通过磷酸化调控细胞周期的不同阶段。
CDKs活性的变化在细胞周期的不同阶段发生，由Cyclins的表达调控。
3. 细胞周期调控网络细胞周期调控网络是由各类细胞周期调控因子组成的复杂网络。
细胞生物学_14细胞增殖与其调控过程分析
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。
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。
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。
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。
细胞增殖及其调控
细胞增殖及其调控细胞依赖增殖维持其存在，繁衍后代。
细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一。
细胞增殖包含3个组成部分，即生长、DNA复制和细胞分裂，这些均体现在细胞周期进程中，因此细胞增殖是通过细胞周期实现的。
细胞增殖受到严密的调控机制所监控。
任何细胞，不管是简单的单细胞，还是高等生物体内的细胞，其增殖过程都必须遵循一定的规律。
细胞周期与细胞分裂(细胞周期、有丝分裂、减数分裂)细胞周期的调控（Cdk激酶和周期蛋白在细胞周期进程中的调控作用及其活性调节、细胞周期运转的调控、其他内在、外在因素在周期调控中的作用）细胞周期与细胞分裂细胞周期㈠细胞周期(cell cycle)概述细胞依靠增殖维持其存在，繁衍后代。
为了阐明细胞是如何繁殖的，应该考虑三个主要问题：①细胞如何复制它的内含物；②它们如何分配复制好的内含物并分裂为二；③它们如何协调好上述两个过程必需的所有机器，以保证诸如只有在复制完成后才进行细胞分裂。
细胞增殖受到严密的调控机制所监控。
任何细胞不管是简单的单细胞，还是高等生物体内的细胞，其增殖过程都必须遵循一定的规律。
细胞增殖过程中，任何一个关键步骤的错误，都有可能导致严重后果，甚至细胞死亡。
在高等生物中细胞增殖调控更为复杂。
它不仅要遵循细胞自身的增殖调控规律，同时还要遵守生物体整体调控机制的调节。
不然，不受约束而生成的细胞将被机体免疫系统所清除，或癌变，威胁整个生命。
由此可见，细胞增殖调控是整个生命活动的最基本保证。
细胞周期(cell cycle)是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的过程。
细胞周期有时也称为细胞生活周期(cell life cycle)或细胞繁殖周期(cell reproductive cycle)。
人们最初从细胞形态变化考虑，将细胞周期简单地划分为两个相互延续的时期，即细胞有丝分裂期(mitosis)和位于两次分裂期之间的分裂间期(inter phase)。
细胞增殖调控
非洲爪蟾卵细胞成熟过程（Ⅰ~Ⅵ）、受精和 第一次卵裂示意图（图14-2）
成熟卵细胞细胞质移植发现成熟促进因子 （ MPF ）的存在（图14-3）
周期蛋白含量随细胞周期的变化
部分周期蛋白分子结构特征（图14-4）
细胞周期蛋白的降解盒与降解途径
部分哺乳动物（A）和酵母细胞（B牙殖和C裂殖）周期 蛋白在细胞周期中的积累及其与CDK活性的关系（图14-5）
四、CDK和CDK抑制因子
• 周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase, CDK）：由周期蛋白结合并活化的调控 细胞周期进程的蛋白激酶。 CDK通过磷酸化其 底物而对细胞周期进行调控。
• CDK有多种：在人体中发现并命名的CDK包括 CDK1（Cdc2）~CDK13。不同的CDK在细胞 周期中起调节作用的时期不同。
• 某些CDK与cyclin的配对关系及执行的功能的时 期：见表14-1。
• CDK激酶结构域：各种CDK的CDK激酶结构域 保守程度有所不同，但其中有一小段序列则相当 保守，即PSTAIRE序列，与周期蛋白结合有关。
要高得多；在细胞中，提高cyclinE的表达，该
S
G2-M
芽殖酵母 Cln3- CDC28 Cln1/2- CDC28 Clb5/6- CDC28 Clb1-4 -CDC28
裂殖酵母 Cig1- CDC2
Cig2- CDC2
Cig2- CDC2 Cdc13- CDC2
脊椎动物 CycD- CDK4/6 CycE- CDK2 CycA- CDK2 CycA/B- CDK1
细胞增殖及其调控(共70张PPT)
胞质分裂
❖ 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。
Experimental demonstration of the importance of mecha- nical tension in metaphase checkpoint control.
后期
❖ 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
在G1期 ❖ 有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期
细胞分类
分类
连续分裂细胞（周期细胞）
暂不分裂细胞（G00期期细细胞胞））
终末分化细胞 ❖ 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。
细胞周期同步化
❖ 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。
人工诱导同步化
DNA合成阻断法 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。
是什么❖机制确保染色体正确排列在赤道板上？
细胞增殖与调控-（word）可编辑
一、填空题1.真核生物细胞周期分为：、、、期。
其中统称为细胞间期。
2.原核生物的细胞周期分为：、、。
3.有丝分裂期间出现的、、、及统称为有丝分裂器。
4.着丝粒微管一端，另一端在，作用是牵动染色体运动。
5.细胞分裂的方式有：、、。
6.有丝分裂的主要形态特征是出现。
7.在有丝分裂过程中要发生一系列的形态变化，其目的是。
8.细胞周期中各个时期的长短各有不同，但一般说来，期长，期短。
9.细胞成熟促进因子包括两类蛋白质：①；②。
10.MPF和SPF是两种控制细胞周期的不同促进因子，前者由p34cdc2与组成，后者由p34cdc2与组成。
11.在减数分裂的期可见到染色体交叉，但交换却发生在期。
12.减数分裂中的联会复合体起始于，成熟于，消失于。
13.在细胞同步化的培养中，秋水仙碱可将细胞阻止在M期，其机理是。
14.有多种方法诱导细胞同步化生长，如用阿拉伯糖苷胞嘧啶可使细胞停留在期，用氨基酸饥饿法（如缺少异亮氨酸）可使细胞停留在期，若用秋水仙碱或长春花碱处理，则停留在期，机理是抑制了的形成。
15.联会复合体出现于，消失于。
16.细线期的主要特征有：、、。
17.当在联会复合体结构中看到重组小结时，细胞分裂已进入到前期I的。
18.IPM（染色体凝集抑制因子）的作用是与结合，使染色体去凝集。
19.细菌的细胞周期最短的时间为 min，最长可达 min，这与环境有关。
20.中期阻断法是获得细胞同步化培养的一种方法，其原理是通过。
21.在细胞周期中，细胞骨架最明显的变化是。
22.Cdk是一种蛋白激酶，必须与结合后才具有活性。
23.Cdk是一种周期蛋白依赖性的蛋白激酶，可使靶蛋白的残基磷酸化。
24.在早熟染色体凝集实验中G1期的染色体呈现，G2期是，而S期是。
25.裂殖酵母细胞周期的引擎蛋白是蛋白。
二、判断题1.在细胞分裂的不同时期出现不同的染色状态的现象称为异染周期。
2.实验表明：核膜的解体和聚合与核纤层蛋白A、C的磷酸化、脱磷酸有关，磷酸化时解体，脱磷酸化时聚合。
细胞增殖和生长的信号转导机制及其调控
细胞增殖和生长的信号转导机制及其调控细胞增殖和生长是细胞生物学中常见的现象，是生命体系不断发展的必要条件。
在细胞分裂和生长过程中，涉及到复杂的信号转导通路和多种生物分子的参与调控。
本文将着重介绍细胞增殖和生长的信号转导机制及其调控，包括细胞周期、细胞凋亡、细胞信号转导通路及其调控等方面的内容。
一、细胞生长的信号转导机制在细胞生长中，细胞表面的受体接受到外界的刺激，从而产生了一系列的信号转导通路，促使细胞生长。
最初识别外部刺激的细胞表面受体主要有三种类型：G蛋白偶联受体（GPCRs）、酪氨酸激酶受体和离子通道受体。
GPCRs和酪氨酸激酶受体通过激活二磷酸腺苷（ADP）或三磷酸腺苷（ATP）来媒介细胞内的化学反应，从而激发细胞生长；而离子通道受体直接打开或关闭离子通道，导致电位变化，从而激活细胞内部的生化反应。
细胞上述的外部刺激可激发细胞内的分子机器，如丝氨酸蛋白激酶、蛋白激酶C、蛋白激酶A、蛋白激酶B等，这些分子通过直接催化特定蛋白质的磷酸化、激活细胞质或细胞核中的信号传递通路，继而调节细胞内部的生物化学反应，最终完成细胞的生长和增殖。
二、细胞周期和其调控细胞周期是一系列复杂而又协调的分子事件，由多个连续阶段组成，包括G1、S、G2和M等阶段。
在这一循环过程中，细胞生长、复制DNA、进行分裂孢子形成和分裂。
而细胞周期的关键在于负责其进程的蛋白激酶和细胞因子，在细胞周期进行到某个明确的时期才能够被激活，从而让细胞继续进入下一个特定的阶段。
细胞周期有许多的调控因素，分为内部调控和外部调控。
细胞周期内部调控的主要因素是细胞周期素（Cyclins）和Cyclin依赖性激酶（Cyclin-CDKs），进而调节细胞周期的进展。
而外部调控主要有细胞生长因子，如胰岛素样生长因子（IGF）和表皮生长因子（EGF）等，通过激发到细胞表面受体来促进细胞周期的进展。
此外还包括细胞外基质，细胞体积和紫外线等外界环境条件的影响。
细胞生物学细胞增殖与周期调控讲课文档
纺锤体（spindቤተ መጻሕፍቲ ባይዱe）
➢ 概念（concept）：由微管和微管蛋白组成的参与染色体向极移 动的纺锤式的结构。
➢ 结构组成：动粒微管：一端和中心体相连，另一端和动粒相连。
极性微管：一端和中心体相连，另一端游离或者是
相互搭桥。
➢ 装配：微管在中心体周围的装配： γ微管蛋白
中心体的分离：移动素类蛋白（KRPs）
3. 根据增殖状况，细胞的类型
① 周期中细胞（cycling cell）：是指在细胞周期中连续运转的细 胞，又称为连续分裂细胞或可育细胞，如表皮生发层细胞、部 分骨髓细胞。
② 静止期细胞（quiescent cell）：指的是暂时离开细胞周期，停止 细胞分裂，去执行一定的生物学功能，但在适当的刺激下可重新 进入细胞周期的细胞，又称为G0期细胞或休眠细胞，如淋巴细胞、 肝、肾细胞等。
核膜、核仁和部分 细胞器重新装配。
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6.胞质分裂（cytokinisis）
胞质分裂开始于细胞分裂的后期，完成于细胞分裂的 末期。
胞质分裂开始时，在赤道板周围细胞膜及相应的胞质开 始下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟(furrow)。分裂沟逐 渐加深，直至两个子代细胞完全分开。
胞质分裂可简单归纳为4个步骤：分裂沟位置确定、 肌动蛋白聚集和收缩环形成、收缩环收缩、收缩 环处细胞膜融合形成两个子细胞。
二、 细胞周期
1. 细胞周期的概念（concept of cell cycle）：指 从一次细胞分裂结束开始，到下一次细胞分裂 结束所经历的整个过程。分为：物质积累期（间期 或静止期）和细胞分裂期。
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2. 细胞周期时相组成：G1 S G2 M
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细胞增殖的名词解释
细胞增殖的名词解释细胞增殖的名词解释及其重要性细胞增殖是生物体生长和发育的基础过程之一，它是指细胞数量逐渐增多的过程。
细胞增殖不仅发生在多细胞生物体内各个器官和组织中，也在单细胞生物体繁殖和再生过程中起着关键作用。
细胞增殖的机制和调控极为复杂，它涉及到细胞周期、DNA复制、细胞分裂以及调控蛋白等一系列关键过程。
细胞增殖的机制主要通过细胞周期来进行调节。
细胞周期分为两个主要阶段：间期（Interphase）和分裂期（Mitosis）。
间期是指细胞生命周期中分裂期之间的时间段，它占据整个细胞周期中最长的时间。
间期又可细分为G1期、S期和G2期。
G1期是细胞的生长和功能发育期，细胞在此期间进行蛋白质合成和器官发育。
S期是DNA复制期，细胞在此期间复制其包含遗传信息的DNA分子。
G2期是前期准备期，细胞在此期间进行体积和细胞器增长，为细胞分裂做准备。
细胞分裂是细胞增殖的关键环节。
它包括有丝分裂和减数分裂两种形式。
有丝分裂是多细胞生物体进行细胞增殖的主要方式，它包括纺锤体形成、染色体分散、染色体对分、核分裂和细胞分裂等步骤。
减数分裂主要发生在生殖细胞中，目的是产生具有单倍基因组的细胞，如精子和卵子。
细胞分裂的过程受到多个调控蛋白的精细调节，其中包括细胞周期蛋白依赖激酶（CDK）和调控蛋白等。
细胞增殖在生物体的正常发育和生长过程中起着重要作用。
在多细胞生物体中，细胞增殖是各种器官和组织能够实现持续增长和功能发育的基础。
正常细胞增殖能够维持机体的生理平衡和修复受损组织。
然而，当细胞增殖发生异常时，会导致多种疾病的发生，如肿瘤、细胞增生性疾病和先天性畸形等。
因此，对细胞增殖的深入研究，有助于解决一系列与疾病相关的问题，包括癌症的治疗和组织再生的促进等。
在细胞增殖过程中，染色体的复制和分离是关键环节。
染色体是细胞内储存遗传信息的结构体，它包括DNA和相关蛋白的复合物。
染色体复制发生在S期，通过DNA复制过程，每个染色体的DNA分子从一个复制成为两个完全相同的复制体。
细胞增殖的调控机制及其与癌症的关系
细胞增殖的调控机制及其与癌症的关系概述一个成年人由数万亿个细胞组成，这些细胞不断增殖、更新，以维持身体正常功能。
细胞增殖一定程度上受调控，过度的细胞增殖可能导致癌症。
了解细胞增殖的调控机制及其与癌症的关系，对癌症的预防、诊断和治疗都有重要意义。
细胞增殖的调控机制细胞增殖可以分为两个阶段：有丝分裂和无丝分裂。
在有丝分裂中，细胞核分裂成两个细胞核。
在无丝分裂过程中，细胞核不会分裂，但是细胞质会增加，从而导致细胞的数量增加。
细胞增殖的调控是一个非常复杂的过程，包括许多分子、信号通路和细胞周期调控蛋白。
细胞周期调控蛋白具有非常重要的调控作用，它们能够促进或抑制细胞增殖，从而参与细胞周期的调节。
其中最为关键的分子是细胞周期蛋白和其配体细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）。
在细胞周期不同的阶段，CDK与不同的配体结合，从而促进或抑制细胞增殖。
此外，细胞周期调控蛋白还包括细胞周期抑制蛋白（CDKIs），它们通过抑制CDK的活性从而调节细胞增殖。
除了细胞周期调控蛋白，许多信号通路也能对细胞增殖进行调控。
比如，胞内信号分子WNT/β-catenin通路是一个重要的调控途径，通过激活β-catenin来促进细胞增殖，抑制蛋白素激活剂蛋白激酶（PKA）信号路径可抑制细胞增殖。
与癌症的关系癌症是指由于基因突变或遗传变异等原因导致细胞增殖过度、失控的一类疾病。
在正常情况下，细胞增殖是受调控的，但某些基因的突变，或者其他调控机制的失常，可能导致细胞无法停止增殖。
这些细胞不断分裂，形成肿瘤。
这些由于基因突变或遗传变异导致的异常细胞增殖和分化，可以是肿瘤的早期阶段。
正常细胞的增殖通常是有限和受到紧密的控制，但是在癌细胞中，细胞增殖的调控机制被破坏，使癌细胞能够无限制地增殖和扩散，形成恶性肿瘤。
癌症研究者已经发现，许多与细胞周期调控相关的基因在肿瘤中被突变或失活。
这些基因包括肿瘤抑制基因和肿瘤促进基因，它们可以通过不同的方式影响细胞周期的进程。
细胞增殖和分化的分子机制及其调控
细胞增殖和分化的分子机制及其调控细胞增殖和分化是组成生命体的基本单位——细胞发生的两个重要的生物学过程。
在生物学研究中，对细胞增殖和分化的研究是非常重要的，因为很多生理和病理状态都与增殖和分化有关。
本文将从分子机制和调控两个方面来探讨细胞增殖和分化的机理。
一、细胞增殖的分子机制细胞增殖的分子机制主要包括两个方面：DNA复制和细胞分裂。
DNA复制是细胞增殖的基础，所有生物体生长和发育都是以DNA复制为基础的。
DNA由四种成分——腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（C）和胞嘧啶（G）组成，这四种成分构成的序列就是基因。
在DNA复制过程中，DNA双链被解开，然后由DNA聚合酶复制出新的DNA双链，新的DNA双链与旧的DNA双链一模一样。
这样，一个原细胞就变成了两个完全相同的后代细胞。
当DNA复制完成后，细胞会进行分裂。
细胞分裂可以分为两个连续的过程：有丝分裂和减数分裂。
有丝分裂是指一份复制的DNA被分为两份，这两份DNA 分别位于两个细胞核内。
在有丝分裂中，细胞从一个生长期进入到第一次分裂期，然后再从第一次分裂期进入到第二次分裂期。
在第一次分裂期，细胞中的染色体准备好分成两个相等的部分。
在第二次分裂期，对于动物细胞，细胞逐渐形成两个新核；对于植物细胞，则会形成一个细胞板，之后形成两个新的细胞。
二、细胞分化的分子机制细胞分化是指已经形成的细胞，根据不同的功能需求，在遗传上或表型上出现差异，并从而分化成不同类型的细胞。
这个过程主要是由基因表达的差异和信号传递机制所调控的。
基因是控制细胞分化的决定因素之一，而基因的表达会受到内部和外部因素的调控。
在基因表达的控制中，转录因子是其中一个非常重要的家族。
转录因子是一类具有特殊序列的DNA结合蛋白，它能够与特定的基因区域结合并控制基因的转录增强或抑制。
此外，信号传递机制也是细胞分化的重要调控方式。
信号传递机制是指生物体内大量的生化分子通过化学信号传递机制完成细胞间通信的过程。
细胞增殖及其调控(共84张PPT)
• 囊泡膜形成新的质膜，两侧质膜来源于共同的 囊泡，膜间有连通的管道，形成胞间连丝。
植物细胞成膜体的形成
三、 减数分裂（Meiosis）
• 细胞增殖是生命的基本特征：种族繁衍、个体发 育、机体修复等离不开细胞增殖。
• 胚胎发育从1个受精卵增至1012细胞，成年1014;
• 成人每秒有数百万新细胞产生，补偿血细胞、小 肠粘膜细胞和上皮细胞的衰老和死亡。
• 细胞增殖是通过细胞周期(cell cycle)实现，细 胞周期的运行受相关基因严格监视和调控。
逆地抑制DNA合成，不影响其它时期细胞，最 从形态来看，SC形成偶线期，成熟于粗线期，并存在数天，消失于双线期。
2、S期：DNA合成期，主要事件是DNA合成，还合成组蛋白、DNA复制所需的酶 ②分裂极确定,纺锤体开始形成; 同源染色体发生配对，配对的过程又称联会(synapsis)。
终可将细胞群阻断在S期或G/S交界处。常用的 现在认为它与同源染色体间的交换有关。
• 植物双线期一般较短，但动物双线期停留的时间 长，人的卵母细胞在5个月胎儿已达双线期，直 到排卵都停在双线期。
• 在鱼类、两栖类、爬行类、鸟类以及昆虫中，双 线期的二价体解螺旋形成灯刷染色体。
• 1)细线期：
• 染色体已经复制，并开始凝缩，所以又称为凝 线期(synizesis)，但染色体呈细线状，光镜下 分辨不出两条染色单体。
• 在有些物种中表现为染色体细线一端在核膜的 一侧集中，另一端放射状伸出，形似花束，称 为花束期(bouquet stage)。
• 2)偶线期：
细胞增殖及其调控机制在生物学中的意义和应用
细胞增殖及其调控机制在生物学中的意义和应用细胞是构成生物体的基本单位，它们通过分裂来增殖。
细胞增殖是生命体的重要过程，对于生物体的生长、发育、修复损伤和繁殖至关重要。
然而，细胞增殖无法完全自主进行，需要经过复杂的调控机制来维持其稳定性和正常的功能表现。
本文将围绕细胞增殖及其调控机制在生物学中的意义和应用展开阐述。
1. 细胞增殖的意义细胞增殖是维持生命体的基础活动，它能够促进个体生长发育，维持器官和组织的正常结构和功能，以及完成生物体的修复和再生。
在人类身体中，细胞增殖相关的生理过程包括生殖、生长、组织修复和免疫反应等。
细胞增殖还是组成生物体的所有器官和组织的基础，从皮肤细胞到肌肉细胞，从血细胞到乳腺细胞，都需要不断地进行增殖来维持其正常的生理功能。
2. 细胞增殖的调控机制细胞增殖是一个复杂的过程，需要依赖多种信号通路和分子机制进行调控。
在这些信号通路和机制中，许多细胞增殖相关分子已经被研究并成功应用于临床医学中。
2.1 细胞周期细胞周期是细胞分裂过程的基础。
它由四个关键阶段组成：G1期（前期）、S期（DNA复制期）、G2期（后期）和M期（有丝分裂期）。
在每个细胞周期中，细胞必须完成复制DNA、准备分裂等明确任务才能顺利进入分裂阶段。
2.2 细胞增殖相关蛋白许多细胞增殖相关的蛋白已经被发现并成功地应用于实验室和临床医学中。
其中包括细胞周期蛋白、增殖细胞核抗原（PCNA）等。
这些蛋白在细胞增殖和分化中起着非常重要的作用。
2.3 组织因子和激素许多组织因子和激素对细胞增殖和分化也发挥着重要的作用。
例如，肿瘤坏死因子（TNF）和白细胞介素1beta（IL-1beta）等因子，它们能够直接促进细胞增殖和分化。
3. 细胞增殖调控机制的应用细胞增殖调控机制不仅在研究细胞增殖机制和生物学过程中非常重要，在临床医学中也有着非常重要的应用。
3.1 肿瘤治疗在治疗肿瘤的过程中，细胞增殖调控机制在控制癌细胞增殖方面发挥着重要的作用。
细胞信号通路与细胞增殖
细胞信号通路与细胞增殖细胞信号通路与细胞增殖是生物学中一个重要的研究领域，研究人员通过深入探究细胞内的信号传递过程和调控机制，揭示了细胞增殖的关键环节及其分子基础，这对于疾病治疗和生物学研究具有重要的意义。
一、细胞信号通路的概念和分类细胞信号通路是指细胞内外信息传递的途径和过程，通过一系列的信号传递分子和效应分子相互作用，实现对细胞功能的调控。
根据信号传递的途径和方式不同，细胞信号通路可以分为内源性信号通路和外源性信号通路。
1、内源性信号通路：内源性信号通路是指细胞内部分子之间的信号传递过程，包括细胞内通路和细胞间通路。
细胞内通路主要包括激活酶级联反应和离子通道通路，而细胞间通路则包括细胞间信号传递的直接接触和细胞外分子传递。
2、外源性信号通路：外源性信号通路是指细胞外界物质与细胞内部信号转导分子之间相互作用，进而激活或抑制细胞内信号传递过程。
外源性信号通路主要包括激素信号通路、神经递质信号通路和免疫应答信号通路等。
二、细胞增殖的调控机制细胞增殖是细胞增加数量和体积的过程，是细胞生命的基础功能。
细胞增殖的调控机制非常复杂，受多种信号通路的调控。
1、细胞周期：细胞周期是指细胞从一个倍体分裂到下一个倍体分裂的整个过程，包括有丝分裂和无丝分裂两个阶段。
细胞周期的调控主要依赖细胞周期蛋白激酶（CDKs）和细胞周期蛋白（Cyclins）等分子的相互作用。
2、细胞生长因子：细胞生长因子是指一类具有促进细胞增殖和增生的分子信号物质。
当体内外的因子刺激细胞受体，通过激活下游的信号通路，调控细胞周期进程和细胞增殖。
3、细胞凋亡：细胞凋亡是一种主动的、能够调控细胞数量和平衡的程序性细胞死亡方式。
在细胞增殖过程中，凋亡与增殖保持平衡，维持着组织和器官的正常结构和功能。
三、疾病与细胞增殖的关系细胞增殖的失控与许多疾病的发生和发展密切相关，如肿瘤、心血管疾病和免疫疾病等。
1、肿瘤发生：肿瘤是细胞增殖过程异常的结果之一，细胞信号通路的异常激活和对增殖调控机制的突变是肿瘤发生的重要原因。
资料：第七章 细胞周期调控机制
细胞周期循环的最主要的任务是将其基因组DNA在DNA合成期(S期)完整地复制成两份拷贝,而后在分裂期(M期)将这两份拷贝正确无误地分配给两个子代细胞.如果在这一过程中产生错误,又得不到及时纠正,那么将导致基因组的不稳定和变异.对单细胞生物,其后果是导致细胞增殖能力下降或细胞死亡;对多细胞生物则通常是引起肿瘤.在长期的进化过程中,细胞发展出了一套保证细胞周期中DNA复制和染色体分配质量的检查机制,通常称为细胞周期检验点(checkpoint).这是一类负反馈调节机制.当细胞周期进程中出现异常事件,如DNA损伤或DNA复制受阻时,这类调节机制就被激活,及时地中断细胞周期的运行.待细胞修复或排除了故障后,细胞周期才能恢复运转.根据“质量控制”的内容,可将细胞周期检查点分为三种:第一种负责查看DNA有无损伤,称为DNA损伤检查点;第二种负责DNA复制的进度,称为DNA复制检查点;第三类是管理染色体的正确分配与否,称为纺锤体组装检查点,因为染色体的分配主要依赖于纺锤体的作用.从检查点的工作方式来看,又可把检查点分为三个部分:第一个部分是探测器或传感器,它负责检查质量问题;第二个部分是信号传感器,它把“出了质量问题”的信号传递给第三部分———效应器,由效应器去中断细胞周期进程并开动修复机制.细胞周期的控制细胞周期调控是在各期的检验点上进行的.细胞周期中存在两个重要的检查点:一个位于G1/S交界处,在酵母菌中称为启动子,而在哺乳类动物细胞中称为限制点(R点),只要G1时相内的正调节因子累积达到一定程度,周期越过R 点,以后细胞就不再依赖于细胞外促生长因子而顺序完成整个细胞周期,可见R 点是影响细胞周期的最关键点;另一个位于G2/M交界处,它在染色体分开和细胞分裂前保证染色体均分的精确性.目前人们发现的细胞周期调控因子颇多,归纳起来可分三大类:周期素、周期素依赖性蛋白激酶、CDK抑制蛋白(CKIs).CDKs是细胞周期调控的中心环节,CDKs 的调节作用是通过使其底物(pRb及其相关蛋白p107、p130)的磷酸化来实现的;周期素是CDKs的正调节因子,能激活CDK活性;CKIs是负调节因子,可使CDK失活.下面主要从CDKs及其底物、周期素两方面阐述细胞周期调控因子在细胞周期调节中的作用.CDKs及其底物目前已发现的CDK有七种,分别命名为CDC2(CDK1)、CDK2～CDK7,它们在基因序列上的同源性超过40%.CDK的活性受细胞内外多种信号严密控制,活化的CDK包含催化亚单位(CDK)和一个正调亚单位(周期素),前者还需一个保守的Thr （苏氨酸）残基上的磷酸化和Tyr（酪氨酸）残基上的去磷酸化.CDK激活机制主要有:①CDK活化激酶(CDK-activated kinases,CAK)的作用.CAK自身也是CDK,它由一个催化亚单位CDK7/MO15和一个正调亚单位周期素H组成.CAK使CDK2的Thr161、CDK2的Thr160及CDK7的Thr170位点磷酸化而活化它们,CAK还能活化其他绝大多数CDK-周期素复合物.②周期素的扩增或过表达.③CKIs的突变、缺失或低表达.CDK失活机制有:Thr残基上的去磷酸化和Tyr残基上的磷酸化、与周期素s分离、同CKIs结合等途径.CDK被激活后,使其底物发生磷酸化.未磷酸化的pRb能够结合转录因子E2F,并抑制E2F启动S期相关基因的转录.磷酸化的pRb或pRb与某些转化蛋白如SV40的T抗原、腺病毒E1A蛋白、乳头瘤病毒E7蛋白结合,都能导致E2F的释放.游离的E2F与一种蛋白因子DP-1共同形成异源二聚体,能结合DNA的特定位点,正向激活S期相关基因转录,周期越过R点,细胞即从G1期进入S期.E2F分为五种类型.其中E2F1,E2F2,E2F3直接受pRb控制,E2F4和E 2F5主要受pRb相关蛋白p107、p130控制.p130和pRb在磷酸化调节方式上相同,但p130磷酸化的时间在pRb之前,因此认为p130的失活要早于pRb.目前,对p107了解尚少,但已知其和p130功能相似.周期素目前已发现的周期素有八种,分别命名为周期素A～H.根据细胞周期的时相,分为G1、G2、S和M时相以及作用尚未明确的周期素.周期素的过度表达可以激活CDK活性,造成细胞周期调节失控,导致肿瘤的形成,因此也称之为癌蛋白.G1时相周期素包括周期素C、D、E型,其中后两型是主要的.周期素D至少有D1、D2、D3三个亚型.目前周期素D1是研究的热点.周期素D1基因(又称CCND1、BCL-1、PRAD1或D11S128基因)编码的周期素D1由295个氨基酸组成.周期素D2基因(又称CCND2、vin-1基因)编码的周期素D2由290个氨基酸组成.周期素D3基因(又称CCND3基因)编码的周期素D3由292个氨基酸组成.三型周期素D氨基酸序列同源性达53.1%～63.5%,它们的C末端有一个富含脯氨酸(P)、谷氨酸(E)、天冬氨酸、丝氨酸(S)和苏氨酸(T)的残基序列,称之为PEST序列,与蛋白质的降解有关;它们的N末端有一个与某些转化蛋白如SV40的T抗原、腺病毒E1A蛋白、乳头瘤病毒E7蛋白共同的序列：亮氨酸Leu-X-半胱氨酸Cys-X-谷氨酸Glu,此序列同样可与pRb及pRb相关蛋白结合,随后在CDK4/CDK6的作用下,使pRb磷酸化,从而使细胞从G1时相进入S时相.一些生长因子(growth factors,GFs)可诱导它们的表达,一旦去除GFs,周期素D1的水平会迅速下降.因此,称它为生长因子感受器(growth factor sensors).在G1时相,给正常的成纤维细胞显微注射抗周期素D1抗体,能够阻止细胞进入S时相,但在接近G1/S交界处时则注射无效,这一结果表明周期素D1在G1的中晚期发挥着重要作用.周期素E在G1时相的表达晚于周期素D,在G1/S交界处达到高峰,进入S时相后逐渐下降,给细胞显微注射抗周期素E抗体,可阻止细胞进入S时相,因此被认为是调节G1/S时相转换的必需蛋白.细胞进入S时相后,周期素E降解,和它结合的CDK2被释放出来和周期素A结合.S时相周期素包括周期素A.它是周期素中最早被发现的,在G1时相晚期于周期素E之后表达,但直到S时相与CDK2结合后才被激活.给细胞显微注射抗周期素A抗体或反义周期素A能抑制细胞DNA的合成,表明周期素A在S时相有重要作用.另外,它在G2时相与M时相和CDC2(CDK1)结合,可能与有丝分裂有关.因此,周期素A也被称为M时相周期素.M时相周期素包括周期素A和B.周期素B又分为B1、B2、B3三种亚型, 它在S时相晚期和G2时相表达,且只和CDC2(CDK1)结合,在G2/M转换中发挥重要作用.其他周期素包括周期素F、G、H.它们的功能目前尚不完全清楚.对于所有的真核有机体,细胞周期的不同时相的相互协调是非常必要的.各时相要按正确的顺序进行;一个时相完成了,下一个时相才能开始.如果这种相互协调发生错误则会导致染色体的变异,染色体或染色体的一部分将丢失、重排或在两个子细胞之间不平等的分配.这种类型的染色体变异在癌细胞中经常可见.在生物和医学领域,理解如何控制细胞周期具有核心的作用.三位诺贝尔奖获得者在分子水平上认识了细胞周期中是如何从一时相转到下一时相.应用前景细胞周期调控机制将会在生物学、医学等诸多领域中得到广泛应用。
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8
⑶ 限制点 • 高等真核细胞，尤其是哺乳动物细胞中，
类似于芽殖酵母起始点的G1期晚期的一 个特定阶段。
⑷检验点：
是细胞周期研究领域中应用的术语。 是细胞周期进程中的监控机制，可以鉴 别细胞周期进程中的错误，并诱导产生 特异的抑制因子，阻止细胞周期进一步 运行。
9
⑸ G1期检验点：
22
MPF的结构组成及特性
◆是由两个不同的亚基组成的异质二聚体，是一种 蛋白激酶: ●催化亚基：p32cdc2 ▲是丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶 ▲其活性依赖于周期蛋白，故称为周期依赖 性蛋白激酶(cyclin-dependent protein kinases, CDKs); ●调节亚基：p45---周期蛋白(cyclin)。
◆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
功能物质周期蛋白.
15
7.2.3 细胞周期调控
7.2.3.1 蛋白激酶在细胞周期调控中的 作用的研究
染色体超前凝集（PCC）的发现
◆研究者：1970年，Colorado（科罗拉多）大 学的 Robert Johnson 和 Potu Rao
25
细胞周期蛋白的鉴定
◆1983年，Tim Hunt（美）报道，在海胆卵细 胞中存在两种特殊蛋白质，即周期蛋白。
3
4
标准细胞周期: 细胞周期时间的长短：
• 同种细胞，细胞周期时间长短相似或相同； • 不同细胞种类，细胞周期时间长短差别很大； • 高等生物体的细胞周期时间长短主要差别在G1
期。
5
多细胞生物体中的细胞类群
◆周期中细胞：持续分裂细胞
◆G0期细胞：又称静止期细胞。
是周期中细胞暂时脱离细胞周期,停止分裂 增殖,去执行一定的生物学功能,如某些免疫淋 巴细胞, 肝细胞,肾细胞等。
检测细胞的大小和环境状态，如果 条件合适，就会激发DNA复制，使细胞周 期进程向前移动。在一些真核生物中， G1期检验点是细胞周期的主要控制点， 它决定细胞能否分裂。
10
⑹由G1期向S期转换的影响因素：
①外在因素：营养供给和相关的激素刺激等。 ②内在因素：与cdc基因调控相关的因素。
⒉ S期——DNA合成期
23
MP
F的 结 构
24
p34cdc2 激酶及其与MPF的关系
◆cdc（cell division cycle）基因： ◆p34cdc2是cdc2基因的表达产物，具有蛋
白激酶活性。在裂殖酵母细胞周期调控 过程中起关键性调节作用，促进G2/M转 换。 ◆p34cdc2本身并没有激酶活性，只有当与 有关蛋白结合后，其激酶活性才能表现 出来。 ◆裂殖酵母细胞MPF中的p34cdc2与蛙MPF中 的p32cdc2是同源物，都具有激酶活性。
并排列在赤道板上。否则不能进行有丝分裂和胞质分 裂。
12
细胞周期运转规律
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细胞 周期 调控
的 研究
2001 年
诺贝尔 生理学 /医学 奖得主
14
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。
21
MPF的发现 ◆ 促 成 熟 因 子 (maturation-promoting
factor，MPF）,早期称为M-期促进因子(Mphase promoting factor, MPF)，是指M期 细胞中存在的促进细胞分裂的因子。 ◆1971年，科学家通过试验认为，在非洲爪 蟾成熟的卵细胞的细胞质中必然有一种物 质，可以诱导卵母细胞成熟，并明确提出 将其称为促成熟因子，即MPF。
• 合成活动：合成DNA和组蛋白并组装成核小体 结构。
• DNA合成受多种细胞周期调节因素的严密调控。
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◆G2期
• 合成活动： 合成着丝粒蛋白、细胞周期蛋白B和微管 蛋白等大量蛋白质。
• G2期检验点：控制细胞周期能否顺利进入进入M期。
◆ M期
• 细胞分裂活动： • M期检验点：检测所有的染色体是否都与纺锤体相连，
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◆研究方法： ⑴ G1期Hela细胞与S期细胞融合，结果发现G1
期细胞中的DNA开始复制； S期细胞与G2期细胞融 合，结果发现G2期细胞核中已经复制过的DNA没有 再复制。
结论：正在进行DNA复制的细胞的细胞质中含 有促进G1期细胞进行DNA复制的起始因子，而这种 起始因子对于已经进行了DNA复制的G2期细胞没有 作用。
• 连续分裂的细胞,从一次有丝分裂结 束后开始，经过物质累积过程，直到下 一次细胞分裂为止所经历的全过程，称 为一个细胞周期。
2
7.2.1 细胞周期时相
细胞周期时相 ◆G1期即从M期结束到S期开始前的一段间歇
期; ◆S期,即DNA合成期; ◆G2期, 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。
（周期中细胞）
信号刺激
G1
G0
◆终末分化细胞：
永久性失去了分裂能力的细胞。
6
细胞周期时相
7
7.2.2 细胞周期各时相 及其主要事件
⒈ G1期 ⑴ 合成活动： ⑵ 起始点:
• 最初指芽殖酵母细胞出芽的开始，事实是芽殖 酵母G1期晚期的一个特定阶段，控制着新一轮 细胞周期的运转。
• 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通过起始点，顺利 通过G1期，进入S期并合成DNA。
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⑵ M期细胞与处于细胞周期其他阶段的细 胞融合，结果发现与M期细胞融合的其他 间期细胞均发生了形态各异的染色体凝 集，称为染色体超前凝集（PCC）。 结论： M 期细胞中一定有一种能促 使染色体凝集的因子，称为细胞促分裂 因子。
18
G1期细胞与M期细胞融 合ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
19
S期细胞与M期细胞融合
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G2期细胞与M期细胞融 合
7.1 细胞增殖
• 细胞分裂之前，必须进行一定的物质准备。 物质准备和细胞分裂连续不断进行的结果 是细胞数量不断增加即细胞增殖。
• 细胞增殖是细胞生命活动的重要特征，是 生物繁育的基础。
• 细胞增殖受到严密的调控机制所监控，必 须遵循一定的规律。
1
7.2 细胞周期
• 经过物质准备之后，细胞开始进行 分裂，子代细胞形成之后，又将开始新 一轮的物质积累，准备下一轮的细胞分 裂，如此周而复始，细胞数目不断增加。 这种细胞物质积累与细胞分裂的循环过 程称为细胞周期。