第九章 细胞周期与细胞增值

减数分裂过程：
减数分裂前间期
（G1，S，G2） 第一次减数分裂 减 数 分 裂 前期 中期 后期
细线期 偶线期 粗线期 双线期 终变期
减数分裂间期
（不进行DNA复制）
末期 前期
第二次减数分裂
中期 后期 末期
减数分裂过程
（一） 减数分裂 I 间期
同源染色体：大小形态相同、结构相似、一条 来自父亲一条来自母亲，上面载有等位基因的 一对染色体——同源染色体。
Cyclin D与CDK结合使Rb释放结合的转录因子E2F
生长因子的作用机理
细胞周期和其他的一些细胞生理过程就像多 米诺骨牌
负调控因子对细胞增值的影响 CKIs
CKI家族
INK 4家族
功能
抑制 CDK4/6的活性
家族成员 p15 p16 P18 P19
p21 p27
(INK4b) (INK4a) (INK4c) (INK4d) (Waf1, Cip1) (Cip2)
无增殖力细胞
死亡
G0期
暂不增殖细胞
1）继续增殖细胞: 始终保持旺盛的增殖活性，分化程度 低，细胞代谢水平高，对环境信号敏感。如造血干细胞。 2）暂不增殖细胞（G0期细胞）：这类细胞在G1期合 成具有特殊功能的RNA和蛋白质，使结构和功能发生 分化，长期停留在G1期而不越过R点，但这种细胞并 未失去增殖能力，在适当条件下可以恢复到增殖状态， 只是需要经过较长的恢复时间，才能越过R点进入S期。 这种分化细胞长期处于增殖的静止状态，因而叫…。 如肝、肾的实质细胞。
•
目前研究较多的Cyclin 有Cyclin A(A1 、 A2) 、 B(B1 、
B2、B3 )、D( D1 、D2 、D3 )、E(E1、E2)、H等； • 其表达水平随细胞周期而剧烈起伏；
• cyclin 与CDKs 结合,可激活CDKs。
不同类型的周期蛋白
激酶复合体 脊椎动物 芽殖酵母
Cyclin G1-CDK
3）永不增殖细胞: 无增殖能力的细胞，结构和功能高度分化， 如哺乳类的成熟红细胞，神经元细胞等。
S期
S期：从DNA合成开始到DNA合成结束的全过程，是细胞增殖 周期的关键阶段。 主要特点：进行DNA的复制、染色体组成（组蛋白和非组蛋 白）的合成。
S期活化因子：
为DNA合成时所需要的启动信号（ DNA合成诱导者）。 G1S交界时：S期活化因子开始合成。 S中期 ：S期活化因子含量最高。
★有丝分裂和减数分裂异同
• 相同点：
1.细胞核和细胞质的周期性变化是一致的； 2.分裂过程中都分为前中后末期； 3.形成有丝分裂器； 4.染色体的螺旋化与去螺旋化的循环;着丝粒的结构和 功能。
• 不同点：
1.Mi发生在所有的体细胞, Me只存在于生殖细胞; 2.Mi:一次均等分裂 ,DNA复制一次,其结果是两个子细 胞得到与亲代细胞同样的染色体(二倍体 )和等量的 DNA; Me一次减数分裂和一次均等分裂 ,DNA只复制一次 , 其结果产生的四个子细胞都是单倍体，含有亲代细 胞DNA量的一半.
主要事件
1. 2. 3. 4.
染色质的凝集； 细胞核被膜崩解； 核仁解体； 纺缍体形成。
中 期
主要事件 1. 染色体排列在赤道面上形成赤道板； 2. 有丝分裂器形成。
后 期
主要事件
1. 着丝粒分裂； 2. 姐妹染色单体分离。
末 期
主要事件
1. 子细胞核重建； 2. 细胞质分裂——收缩环。
三 .减数分裂
M期
染色质螺旋化变为染色体，并均匀分配到两个子细胞的过程。 同时伴有核的一系列变化和胞质分裂。
细 胞 周 期 检 验 点
细胞周期调控因子
正调控因子
CDKs(cyclin-dependent kinases) Cyclins
E2F
CKI(Cdk inhibitors)
负调控因子
Pocket protein
无丝分裂
细 胞 分 裂 的 方 式
(amitosis) 有丝分裂
(mitosis) 减数分裂 (meiosis)
高等真核生物细胞增殖的 最简单的一种，分裂过程中没 又叫成熟分裂，是有性生殖 主要方式，细胞分裂过程 有染色体的组装，没有纺锤体 个体形成生殖细胞的一种特 的形成，核仁首先分裂，向核 中形成临时性细胞器 ----有 有的分裂方式。其中在分裂 的两端移动，而后核的中部从 过程中，染色体复制一次， 丝分裂器，以确保复制好 一面或两面向内陷进，胞质分 而细胞连续分裂两次，子细 的遗传物质均等地分配给 裂，形成两个子细胞。 胞只含有母细胞染色体的1/2。 两个子细胞。
※概念 是指从上一次有丝分裂结束开始生长到下一次有丝分裂 结束所经历的过程，所需的时间则称细胞周期时间。
DNA合成前期（G1期）
间期 DNA合成期（S期） DNA合成后期（G2期） 前期
细 胞 周 期
分裂期（M期）
中期
后期
末期
一.细胞周期各时相的动态变化
G 1期
有丝分裂完成到DNA合成之前，此期合成大量RNA和 蛋白质。
一 . 无丝分裂
无丝分裂（直接分裂） ：
直接进行细胞核与细胞质的分裂方式。分裂 过程中既无染色体、纺锤体的形成，也无核 膜、核仁的解体。在低等生物中较为常见。
二 .有丝分裂
又称间接分裂，是高等真核生物细胞分裂的主要方式。
有丝分裂特点
有 丝 分 裂
核分裂
胞质分裂
有丝分裂的主要特征 是：有丝分裂装置的 产生——有丝分裂器
加入抗cyclin D的抗体 细胞不能进入S期
Cyclin E
G1
S
G1/S期 高
Cdk2
活性最
CDK activating
1、Wee/Mik - 14 、15-磷酸化 2、Cdc25c-14、15-去磷酸化 3、 CAK-16 磷酸化
inactivating phosphatase
cyclinB
G1期是细胞生长的主要阶段，在周期时间中占的比例最大。 G1期细胞能对多种环境信号进行综合，协调并作出反应，以确 定细胞是否进入S期。
G1期也是决定细胞增殖状态的关键阶段。
细胞周期时间的不同，主要差别在G1期的长短不一。
G1期的增殖状态
限制点（R点）：G1期对一些环境因素的敏感点，可限制正常细 胞通过周期。是控制细胞增殖的关键。
星体微管
中心粒
极微管 横桥 着丝粒
纺 锤 体 微 区间微管 管
染色体微管
极微管
染色体微管
有丝分裂过程
根据分裂细胞形态和结构的变化，可将连续的有丝 分裂过程人为地分为前中后末四个时期：
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
末 期
后
期
前 期
Cip/Kip家族 抑制 G1 期的 cyclin-CDK 复 合 物 以 及 cyclin BCDK1的活性
p57
(Kip2)
Pocket protein
•包括P107，P130Rb和Rb； •为CDKs下游效应物； •磷酸化后与E2F脱离。
精 卵 子 发 生
思考题




1、解释细胞周期、有丝分裂、减数分裂的概念。 2、什么是细胞周期？细胞周期各时期主要变化是 什么？ 3、细胞增殖有哪几种方式？各有什么特点？其意 义如何？ 4、细胞周期不同时相在形态上和生物化学上各有 何变化？ 5、细胞分裂间期有哪些主要特点？细胞有丝分裂 各时期发生的主要事件？
★有丝分裂器：(mitotic apparatus)
概念:是在有丝分裂中期由染色体(chromosome)、 中心体(centrosome)和纺锤体(spindle)共同组成的
临时性结构。
功能: 在维持染色体的平
衡、运动、分配中起着极 为重要作用。
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★纺锤体
(spindle)
是由大量微管纵向排列组成中间宽，两 极缩小的纺锤状结构。
姐妹染色单体 1和2的染色质 姐妹染色单体 3和4的染色质 轴体
前期I(细线期)
重组节 侧体
前期I(偶线期)
1.同源染色体配对——联会 2.二价体形成
联会复合体SC
前期I(粗线期)
1.二价体四分体 2.非姐妹染色单体之间 发生——交换。
同源染色体I的2 条姐妹染色单体 同源染色体II的2 条姐妹染色单体
Inhibitory phosphate Cdk-activating kinase
Positive feedback
activating phosphate
cdk1
Inactivity MPF
Cdk-inhibitory kinase
Inactivity MPF
active MPF
E2F
•至少有8种，即E2F1～8； •E2F1，2和3a为激活因子，可启动基因的转录； •E2F3b，4和5可与HDAC结合形成抑制复合物， 抑制基因的转录； •E2F6，7和8的功能目前还不清楚。
学习目的


明确细胞增殖的主要方式及意义； 掌握细胞周期的概念； 掌握有丝分裂和减数分裂各时相的变化； 掌握间期细胞各时相的生化事件及调节。
生命的基本特征之一 细胞分裂、生长的周期
细胞生长 细胞分裂
细胞周期
一切有机体建立的基础；
细胞生长、分裂
机体组织更新的需要；
机体对细胞增殖有精确的调节。
中期I （二） 减数分裂 II
后期I
末期I
间期
1.姐妹染色单体分离（二分体单分体） 2.非姐妹染色单体随机组合。
末期 II
后期 II
中期 II
前期 II
减数分裂的生物学意义
1 .维持了遗传物质的稳定（体细胞2n=46，生殖细胞 配子：精子和卵子 n=23，受精后受精卵为2n=46）
2 .是遗传学三大定律的细胞学基础（分离律、自由 组合律、连锁互换律） 3 .是遗传和变异的细胞学基础（同源染色体上的 非姐妹染色单体的交换；非同源染色体以及非同 源染色体之间的非姐妹染色单体的自由组合。）
3. Mi:DNA合成发生在S期,接着就进入G2期,丝裂期; Me:DNA合成发生在Me之前,时间较Mi长得多,接着 就进入丝裂期,G2期很短,甚至没有G2期。 4.第一次Me有同源染色体的配对,非姊妹染色体单体之 间发生交换;
Mi中每条染色体都是独立的,不会产生联会和交换.
5.Mi时间一般为1-2小时； Me是很长的过程,人类男性要持续24天,女性可持续 数年之久. 6.两者最基本的区别是:Mi的结果,遗传物质保持恒定 (仅在突变或染色体畸变时产生变化), 而Me的主要结 果之一是产生遗传的多样性。
同源染色体I 的着丝点
四分体
同源染色体 II的着丝点
前期I(双线期)
1.联会复合体消失。
前期I(终变期)
2.同源染色体某些部 分分离，出现交叉。
中期I
※交叉被认为是粗线期交换发生的细胞形态学证据。 ※随着双线期的进行，交叉开始远离着丝粒，逐渐向 染色体臂的端部移动，此现象称为交叉端化。
1.同源染色体分离（四分体二分体） 2.非同源染色体随机组合
G1/S-CDK S-CDK M-CDK
CDK CDK4 、6
CDK2 CDK2
Cyclin Cln 3
Cln 1、2 Clb 5、6
CDK CDK1(CDC28)
CDK1(CDC28) CDK1(CDC28) CDK1(CDC28)
Cyclin D*
Cyclin E Cyclin A Cyclin B
CDK1(CDC2) Clb 1-4
Cyclin A开始合成
Cyclin A cdk2
Cyclin C D E
出现晚，启动S期
Cyclin B在
降解
DNA开 始合成
G2末到高峰
降解
R点 ( restriction point )
G1
S
G2
Cyclin D Cdk4,5,6
M
Cyclin D非常关键
减数分裂：是有性生殖个体的生殖细胞在形成过程中所 进行的特殊分裂方式细胞连续分裂两次，DNA只复制 一次结果产生染色体数目减半的生殖细胞（配子：精子 或卵子）。
减数分裂的特点: 1.一次DNA复制和两次细 胞分裂； 2.子细胞与母细胞之间的 遗传性具有较大差异； 3.由1个母细胞形成4个子 细胞,染色体的数目减半。
S期结束：S期活化因子迅速消失。
DNA 变 化 曲 线
G 2期
从DNA复制完成到有丝分裂开始前的时期，为有丝分裂进行 物质条件和能量的准备（加速RNA和有丝分裂相关蛋白的合 成） 。并合成有丝分裂调控的重要因子——MPF（其成分为 P34cdc2和cyclin，它们能促使间期核膜破裂，并使染色质凝聚为 染色体。）
细胞周期调控因子对细胞增值的影响
正调控因子对细胞增值的影响
CDKs和Cyclins CDKs:
•
• • • •
目前公认的有9种； 属于丝氨酸/ 苏氨酸蛋白激酶家族； 蛋白总量在整个细胞周期进程中几乎稳定不变； 可在特定的细胞周期被激活，并磷酸化相应的底物； 其活性受Cyclins的调节。
Cyclins: