第十二章细胞增殖及其调控

第十二章细胞增殖及其调控

细胞增殖：是细胞通过细胞周期，完成细胞分裂使细胞数量不断增加的生命现象。

第一节细胞周期概述

一、细胞周期

1.概念：从一次细胞分裂结束开始，经过物质积累过程，直到下一次细胞分裂结束为止，称为一个~~~。

2.细胞周期时间长短主要差别在G1期，S、G2、M期的总时间相对恒定。M期最为恒定，持续半个小时左右。

3.周期中细胞：有些细胞可能会持续分裂，即细胞周期持续运转。这些细胞称为~~~~。

4.静止期细胞或G0期细胞：有些细胞会暂时离开细胞周期，停止细胞分裂，去执行一定的生物学功能，这些细胞称为~~~。周期中细胞转化为G0期细胞多发生在G1期。

5.终未分化细胞：在机体内有一些细胞，由于分化程度高，一旦生成后，终生不再分裂。这些细胞称为~~~。

二、细胞周期中各个不同时相及主要事件

1.G1期

第一阶段。新生产的子代细胞立即进入一个细胞生长时期，开始合成细胞生长所需要的各种蛋白质、糖类、脂质、但不合成蛋白质。在G1期的晚期有一个特定时期。如果细胞继续走向分裂，则可以通过这个特定时期。成为起始点，限制点（R）或检验点。

影响G1向S转换的因素：外在因素：营养供给、相关的激素刺激。内在：与细胞分裂基因调控过程相关的因素。

2.S期

DNA、新的组蛋白合成期。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。

3.G2期

gG2期检验点主要检查DNA是否完成复制，DNA损伤是否得以修复，细胞是否已生长到合适大小，环境因素是否有利于细胞分裂等。

4.M期

细胞分裂。

三、细胞周期长短测定（看书）

(一)脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法

适用于细胞种类构成相对简单，细胞周期时间相对较短，周期运转均匀的细胞群体。

（二）流式细胞仪器测定法

四、细胞周期同步法

在自然过程中发生或经人为处理后，使一个特定的细胞群中所有的细胞都处于同一个细胞周期。

1.自然同步化：自然界存在的细胞周期同步过程

2.人为同步化

①人工选择同步化：人为地将处于不同时期的细胞分离开来，获得不同时相的细胞群体。

处于对数生长期的单层培养细胞，细胞分裂活跃，大量处于分裂期的细胞变圆，从培养瓶壁上隆起，与培养瓶壁的附着力减弱。轻轻震荡培养瓶，处于M期的细胞即会从瓶壁上脱落，悬浮到培养液中。收集培养液，通过离心，即可获得一定数量的分裂期细胞。将这些M期细胞重新悬浮于一定体积的培养液中，细胞开始同步分裂，同时进行细胞周期运转，由此获得不同时相的细胞。

②密度梯度离心法

3.通过药物诱导:①DNA合成阻断法：低毒或无毒的DNA合成抑制剂特异地抑制DNA合成，不影响处于其他时期的细胞进行细胞周期运转，将被抑制的细胞抑制在DNA合成期的实验方法。DNA合成抑制剂：TdR和羟基脲（HU）例子：P394

②分裂中期阻断法：秋水仙素、秋水仙胺可以抑制微管聚合，有效抑制细胞分裂器的形成。

4.条件依赖性突变株在同步化中的应用。

五、特殊的细胞周期

第二节细胞分裂

一、有丝分裂：前期、前中期、中期、后期、末期、胞质分裂（相对独立)

(一)过程

1.前期

细胞核染色质开始浓缩，逐渐变短、粗。早期的两条染色单体已经可以分辨。每条染色单体上，含有一段特殊的DNA序列，称为着丝粒DNA。两条染色单体的两个着丝粒对应排列。前

期的较晚时期，在着丝粒处组装动粒，动粒和着丝粒紧密相连。前期，在中心体的周围，微管开始大量组装。微管以中心体为核心向四周辐射，称为星体。细胞分裂开始启动，两个星体逐渐向细胞的两极运动，确立细胞分裂极。

2.前中期

核膜破裂、纺锤体形成、染色体向赤道面运动。核纤层解聚成核纤层蛋白。纺锤体是与细胞分裂和染色体运动直接相关的临时性细胞器，主要是由微管及其结合蛋白构成。动粒微管、极微管、辅助分子，共同组成前期纺锤体。

3.中期

所有染色体排列到赤道面上（染色体整列、或染色体中板聚合）。纺锤体呈现典型的纺锤样。

4.后期

染色体的两条染色单体互相分离，形成子代染色体，分别向两极运动。

后期分为：后期A：动粒微管变短，染色体逐渐向两极运动

后期B：极性微管长度增加、两极之间的距离逐渐拉长。

染色体向两极的运动依靠纺锤体微管的作用。秋水仙素、秋水仙胺处理，染色体的运动立即停止。染色单体与纺锤体微管的联系是染色单体运动所必需的。

5.末期

染色单体到达两极，染色体平均分配到两极，核膜重新组装，染色体去螺旋化，分散在间期核中，核仁重新出现。

6.胞质分裂：开始于细胞分裂后期，完成于分裂末期。

胞质分裂开始时，在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟。大量的肌动蛋白和肌球蛋白在中间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，分裂沟逐渐加深，细胞形状也由原来的圆形逐渐变为椭圆形、哑铃形，直到两个子细胞相互分离。（随胞质分裂，中间体一直持续到两个子细胞完全分离。分裂沟的定位与纺锤体的位置相关。）

可以简单归纳：①分裂沟位置的确立；②肌动蛋白聚集和收缩环形成；③收缩环收缩；④收缩环处细胞质膜融合并形成两个子细胞。

植物细胞：植物细胞有细胞壁，其胞质分裂，新避的形成与动物细胞不同，与膜体和细胞板有关。

(二)与有丝分裂直接相关的亚细胞结构

1.中心体

与微管组装和细胞分裂有关。每个高等动物间期细胞通常含有一个中心体。一般有一对中心粒（互相垂直）和其周围的无定形物质有关。中心粒为圆筒状。圆筒的壁由9组三联体微管构成。三联体微管的成分α、?微管蛋白。在间期细胞，微管围绕中心体组装，向四周辐射。中心体与放射的微管合成星体。

2.动粒与着丝粒

动粒：着丝点，附着于着丝粒。外侧主要用于纺锤体微管附着，内侧与着丝粒交织。每条中期染色体上含有2个动粒，分别位于着丝粒的两侧。

着丝粒：染色体主缢痕部位的染色质。着丝粒DNA主要由α卫星DNA构成。

3.纺锤体

（1）高等动物的纺锤体呈纺锤状，由为微管和微管结合蛋白组成。两端为星体。组成它的微管分为3种：①星体微管；②动粒微管：一端与中心体相连，一端与动粒相连。③极微管：一端与中心体相连，一端游离。

（2）组装：组装过程在书P409 图12-20

纺锤体组装首先涉及微管在中心体周围组装和已经完成复制的中心体分离。中心体分离时，负向运动的马达蛋白在来自姐妹中心体的微管之间搭桥，通过向负极运动，将被结合的微管牵拉在一起，组成纺锤体微管；中心体形成纺锤体的两极。（称为中心体整列）。正向运动的马达蛋白在纺锤体微管之间搭桥，借助向微管正极运动，将纺锤体拉长，中心体之间的距离逐渐扩大。当纺锤体拉长到一定成度后，负向运动的马达蛋白在细胞质膜和星体微管之间搭桥，借助负向运动，将星体向两极细胞质膜拉近，纺锤体进一步被拉长。【中心体的分离需要驱动蛋白相关蛋白（KRPs）和细胞质动力蛋白等马达蛋白的作用。KRPs主要是一些向微管负极运动的马达蛋白，细胞质动力蛋白是向微管正极运动的马达蛋白。】

（三）有丝分裂中染色体的动力 P408

1.染色体整列：启动染色体分离并向两个子细胞中平均分配的先决条件。

2.染色体分离

二减数分裂

主要特点：细胞仅进行一次DNA复制，随后进行两次细胞分裂。意义：有效的获得父母双方的遗传物质，保持后代的遗传性，增加更多的变异机会，确保生物的多样性，增强生物适应环境变化的能力。

（一）前减数分裂间期

特点：①S期持续时间较长，发生一系列与减数分裂相关的特殊事件。②细胞核大于体细胞核，染色质凝集成异染色质。③G2期时间变化大。

（二）减数分裂过程:两次分裂之间无DNA合成。

1.减数分裂Ⅰ：前期Ⅰ、前中期Ⅰ、中期Ⅰ、后期Ⅰ、末期Ⅰ、胞质分裂Ⅰ

（1）前期Ⅰ持续时间较长。进行染色体配对和基因重组，合成一定量的RNA和蛋白质。分为：①细线期（凝集期）：染色质凝集，染色质纤维逐渐折叠，螺旋化，变短变粗，包装成在显微镜下可以看到的细纤维样染色体结构。两条染色单体的臂不分离，染色体呈细的单线状，上面有染色粒。染色体端粒通过接触斑与核膜相连。

②偶线期（配对）：同源染色体配对。同源染色体紧密结合形成二价体。同源染色体配对，称为联会。每个二价体含有4条染色单体称为四分体。合成在S期未合成的约0.3%的DNA （偶线期DNA，即zygDNA）。

③粗线期（重组期）：开始于同源染色体配对之后。等位基因之间部分DNA片段交换重组，产生新的等位基因的组合。联会复合体部位的中间出现重组结。合成一小部分尚未合成的DNA，称为P-DNA。P-DNA编码一些与DNA点切和修复有关的酶。合成减数分裂期专有的组蛋白。发生染色体外rDNA扩增。

④双线期（合成期）：重组阶段结束，同源染色体相互分离，仅留几处相互联系。同源染色体或多或少发生去凝集，RNA转录活跃，核仁变大

⑤终变期（再凝集期）：染色体重新凝集，形成短棒状机构，核仁消失。

（2）中期Ⅰ纺锤体组装，核膜破裂标志着开始。每个四分体含有4个动粒。

（3）后期Ⅰ同源染色体彼此分离并向两极运动。达到每一极，数目减半。自由重组。、

（4）末期Ⅰ第一类型：染色体到达两极，去凝集，核被膜重新组装，形成两个子细胞核，细胞质分裂，完全形成两个间期子细胞。第二类:立即准备进入第二次减数分裂。

2.减数分裂Ⅱ

形成4个子细胞。雄性：4个大小相似，为精子细胞，发育为精子。雌性：第一次为不等分裂，产生一个大的次级卵母细胞和一个小的第一极体（很快死亡）。次级卵母细胞第二次分裂，不等分裂，产生一个卵细胞和第二极体（很快解体）。

第三节细胞周期的调控

一、MPF（卵细胞促成熟因子或细胞分裂促进因子或M期促进因子）

1.MPF：调控细胞由G2期向M期转换，功能是催化靶蛋白磷酸化，为细胞由间期进入分裂期做好准备。

2.早熟染色体凝集（PCC）：与M期细胞融合的间期细胞发生形态各异的染色体凝集。此种染色体为超前凝集染色体。G1期PCC为细单线状，S期PCC为粉末状，G2期为双线染色体状。

3.用孕酮诱导卵母细胞成熟，它需要进行一定程度的蛋白质合成。在有蛋白质合成抑制剂存在时，孕酮不能诱导卵母细胞成熟。成熟卵母细胞的细胞质诱导卵母细胞成熟不需要蛋白质合成。在有蛋白质合成抑制剂存在时，也可以诱导卵母细胞成熟。在成熟卵细胞中，MPF已存在，处于非活化状态，称为前体MPF。非活化的前体MPF通过翻译后修饰，可以转化为活化的MPF。

二、p34cdc2激酶

p34cdc28是一种蛋白激酶，在G2/M转换过程中，起着中心调节的作用，是p34cdc2同源物。

MPF含有两个亚单位，即cdc2和周期蛋白，二者结合，表现出蛋白激酶活性。Cdc2为催化亚单位，周期蛋白为调节亚单位。

三、周期蛋白

G1周期蛋白存在时间短。M期周期蛋白相对稳定。周期蛋白A在G1期的早期开始表达并逐渐积累，到达G1/S交界处，达到最大值并一直维持到G2/M期。周期蛋白B从G1期的晚期开始表达并逐渐积累，到G2期后期达到最大含量，维持到M期的中期，然后迅速降解。

四、CDK激酶和CDK激酶抑制物

CDK激酶=周期调节蛋白（cyclsm ，调节）+CDK（催化）。Cdc2激酶命名为CDK1。

五、细胞周期运转调控（书 P429）

CDK激酶对细胞周期起着核心调控作用。

（一）G2/M期转化与CDK1激酶的关键性调控作用。

CDK1激酶及MPF或p34cdc2激酶。CDK1激酶活性依赖于周期蛋白B含量的积累。周期蛋白B 一般在G1期晚期开始合成，通过S期，含量不断增加，到达G2期晚期，CDK1活性达到最大值并一直维持到M期的中期阶段。

（二）M期周期蛋白与分裂中期向后期转化

（三）G1/M期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK激酶。

1.与G1期周期蛋白结合的CDK激酶主要包括CDK2 CDK4 CDK6。周期蛋白D主要与CDK4 和CDK6结合并调节后者的活性，而周期蛋白E则与CDK2结合，呈现CDK2激酶活性。

2.周期蛋白E-CDK2激酶活性峰值时间为G1期晚期到S期的早期，它的激酶活性为S期启动必需。周期蛋白E-CDK2激酶是TGF?的主要靶物质。TGF?可以有效抑制周期蛋白E-CDK2激酶活性，将细胞抑制在G1期。

3.周期蛋白A可以与CDK2结合，形成周期蛋白A-CDK2激酶。周期蛋白A合成开始于G1/S 转化时期。进入S期后，周期蛋白A-CDK2激酶称为该时期主要的CDK激酶。

4.G1期周期蛋白的降解需要G1期CDK激酶活性的参与以及E2、E3。

5.Weel可以促使CDK1的Thrl4和Tyrl5磷酸化，抑制CDK1激酶活性，使S期G2期的CDK1激酶钝化。Cdc25c活性低，不能有效促使CDK1的Thrl4和Tyrl5去磷酸化，不能激活CDK1。在S期加入过量的cdc25c，即使DNA复制未完成，也可以促使由S期向G2和M的转化。

六、其他内在和外在因素在细胞周期调控中的作用

内：癌基因和抑癌基因

外：离子辐射、和化学物质作用、病毒感染、温度变化、pH变化

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