细胞分裂与细胞周期

细胞的有丝分 裂 (mitosis) 与 减 数 分 裂 (meiosis)
细胞周期及其调控
• 细胞的最终命运无外乎两种：细胞分裂和细胞死亡。 • 细胞分裂和细胞死亡都是细胞生命活动的基本特征。 • 成体生物仍然需要细胞增殖，以弥补代谢过程中的细胞损 失。 • 每天都有大量细胞衰老死亡，需要维持细胞数量动态平衡 和机体正常功能。
心粒和星体，其纺锤体称无星纺锤体。
图片来自http://www.wadsworth.org/
（二）前中期 核膜解体到染色体排列到赤道面(equatorial plane) 上。
（三）中期
染色体排列到赤道面上。
（四）后期
指妹妹染色体单体分开并移向两极的时期。分为后 期A、后期B两个过程。
后期 A
细胞周期的调控--- MPF:引擎分子
32KD——p34cdc2 ( cdk1 )
细胞周期依赖蛋白激酶 p34cdc2
MPF
62KD —— cyclin B 是一种在G2形成，促进M期启动的调控因子 使H1上与有丝分裂有关的特殊位点在 分裂的早中期发生磷酸化。
核纤层蛋白：磷酸化
分裂期
→ 去磷酸化
称 为 同 型 分 裂 （ homotypic division ） 或 均 等 分 裂
（equational division）。 为了描述方便将减数分裂分为几个期和亚期。
减数分裂
间期
称前减数分裂间期或前减数分裂期 (premeiosis)；分为G1 期、S期和G2期。 G2期是有丝分裂向减数分裂转化的关键时期。 减数分裂的S期时间较长，部分DNA（约0.3%左右）是在合 线期合成的。
后期 B
纺锤体的微管蛋白和马达分子
（五）末期 从子染色体到达两极，至形成两个新细胞为止的时期。包 括子细胞核的形成和胞质分裂两个方面。
子核的形成与胞质分裂
末期子核的形成包括染色体解聚，核仁出现和核膜 重新形成。 细胞核分裂与胞质分裂（ cytokinesis ）是相继发 生的两个分离的过程，如：
2、中期I
3、后期I 二价体的两条同源染色体分开，分别向两极移动。 4、末期I 5、减数分裂间期。 （二）减数分裂II 分为前、中、后、末四个四期，与有丝分裂相似。 一个精母细胞形成4个精子；一个卵母细胞形成一个卵 子及2-3个极体。
同源染色体重组
同源染色体重组
Minimum number of gamete types = 2n , In humans, n = 23
Cyclins家族
G1期Cyclins，包括CyclinC、D和E， 调节G1期细胞进入S期。
Cyclins表达量随细胞周期的转换而改变。
细胞周期蛋白依赖激酶（CDK）
主要在细胞周期调控中起作用的蛋白激酶，真核细胞
中主要有三种类型的周期蛋白依赖性的蛋白激酶。 目前发现的CDK在动物中有7种。各种CDK分子均含 有一段相似的激酶结构域，这一区域有一段保守序列， 即PSTAIRE，与周期蛋白的结合有关。
（bivalent）四分体（tetrad）。
3）粗线期：同源染色体的非姊妹染色单体间发生交换的 时期。 4）双线期：联会的同源染色体相互排斥、开始分离，交 叉开始端化(terminalization)。联会复合体消失。
5）终变期：二价体显著变短。交叉端化过程的进一步发
展，交叉数目减少，通常只有一至二个交叉。核仁此 时开始消失，核被膜解体。
地脱离细胞周期，丧失分裂能力，保持生理机能活
动的细胞，如神经、肌肉细胞、多形核白细胞等。
细胞周期
细胞从一次分裂结束到下一次 分裂完成所经历的过程，所需 的时间叫细胞周期。
①G1期(gap1)，指从有丝分裂完 成到期DNA复制之前的间隙时间；
②S期(synthesis phase)，指DNA 复制的时期；
• 机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等。
• 细胞增殖受到严密的调控机制所监控。
G0期细胞（暂不增殖的细胞）
死亡
继续增殖
永远不再增殖的细胞
休眠细胞为暂时脱离细胞周期，不进行增殖，但在 适当刺激下可重新进入细胞周期的细胞，如某些免 疫淋巴细胞，肝、肾细胞等，也称为 G0期细胞。
终端分化细胞也称为不分裂细胞，是指那些不可逆
尤以细胞骨架，重新组装的蛋白质 如阻止蛋白质合成,细胞不进入分裂 2.与核膜破裂、染色体密切相关的成熟促进因子在 此期合成。 此期DNA已加倍
染色质开始螺旋化，但程度轻
进程特点
ຫໍສະໝຸດ Baidu
对环境因素敏感，易受阻，但去因素可恢复
合成的蛋白质与分裂有关，如阻止，不分裂 形态 体积增大1倍
细胞周期检验点
主要检验点包括 G1/S检验点:在哺乳动物中称R点，控制G1进入DNA合成 期，相关的事件包括：DNA是否损伤？细胞外环境是否 适宜？细胞体积是否足够大？ S期检验点：DNA复制是否完成？
进程特点 一经进行，自动继续 遗传物质易受损(双链分离) 为分裂作准备，合成，复制DNA，应准确 如错误 形态： 细胞增大
G2期
概况： 时期:分裂之前
基本特点：进行诱发细胞进入分裂的 各种生化变化
时间：较短，约2-3 hr
特点：为分裂作准备 继续合成与分裂有关的物质
1.主要合成分裂有关的蛋白质
细胞周期检验点
G2/M检验点：是决定细胞一分为二的控制点，相关的事件 包括：DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？ 中-后期检验点（纺锤体组装检验点）：任何一个着丝点没 有正确连接到纺锤体上，都会引起细胞周期中断。
细胞周期的生化事件与检验点(checkpoint)
细胞周期的调控
细胞周期蛋白 Cyclin
MPF的活化及其活性的周期变化
1980s:
CDK 1983：cyclin 1988: MPF纯化
Cdk associates successively with different cyclins to trigger the different events of the cycle. Cdk activity is usually terminated by cyclin degradation.
S 期: 合成 DNA和组蛋白（Histones） G2 期: 合成少量的蛋白质 (RNA) M 期: 有丝分裂（mitosis）、减数分裂（meiosis） 和胞质分裂（cytokinesis）
细胞周期的胞内调控
Evidence from cell-fusion exp. For a replication block.
生长因子 grow factor; GF ，多肽类
通过与细胞膜上特异受体结合，经信号转导，激活 与细胞周期相关的蛋白表达变化来调节细胞周期 自分泌 来源
旁分泌
PDGF ( platelet-derived growth factor ) 血小板生长因子
细胞分裂与细胞周期
无丝分裂 有丝分裂 减数分裂
细胞分裂
细胞周期及其调控
无丝分裂
又称直接分裂，由Remark（1841）发现于鸡胚血细胞，
不涉及纺锤体形成及染色体变化 。
蛙红细胞无丝分裂图
有丝分裂
又称为间接分裂，由Fleming (1882)年首次发现
于动物，Strasburger(1880)发现于植物。
动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现。
用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出现什么现象？
减数分裂
染色体复制一次，细胞连续分裂两次。
连续两次分裂：
–通常减数分裂 I 分离的是同源染色体，称为异型分裂 （heterotypic division ）或减数分裂（reductional division）。 –减数分裂 II 分离的是姊妹染色体，类似于有丝分裂，
（一）前期
①染色质凝缩，②分裂极确立与纺锤体开始形成，③核仁 解体，④核膜消失。
S期中心粒完成复制，核膜解体时，中心粒到达两极，并
形成纺锤体。 纺锤体有三种微管结构：
– ①极体微管（polar mt）两极间的微管，在纺锤体中部重叠，重叠 部位合有分子马达 。 – ②着丝点微管（kinetochore mt），是从着丝点到另一极的微管； – ③星体微管（astral mt），由中心粒放射出来的微管。植物没有中
为了便于描述人为的划分为六个时期：
① 间期（interphase）；
② 前期(prophase)； ③ 前中期(premetaphase)； ④ 中期(metaphase)； ⑤ 后期(anaphase)；
⑥ 末期(telophase)。
间期
包括G1期、S期和G2期，主要进行DNA复制、中心
体复制、细胞体积增大等准备工作。
分裂结束后
DNA结合蛋白磷酸化。降低与 DNA的结合能力 染色体凝集
→
细胞周期中MPF的浓度变化
MPF的活性在细胞周期中波动很大, 在有丝分裂前急剧升高, 但在有丝 分裂后急剧下降直到零。
周期蛋白浓度在细胞周期中是浮动 的, 呈周期性变化。同样, MPF的活 性与周期蛋白一样在细胞周期中呈 现周期性变化
S期
概况 时期: DNA合成时期
基本特点:为分裂作准备,DNA复制
时间：约10 h左右
特点
(1)主要为DNA合成以及与DNA复制的相关酶类。 开始时，急剧形成DNA聚合酶 及4种脱氧核苷酸以后，合成DNA等 末期，DNA加倍 DNA复制是增殖的基础 完成DNA复制，才能入M期．
（2）DNA复制有严格的顺序性，GC含量高的复制早，AT含量高
周期蛋白A和B 分别在S期、G2 期和有丝分裂 早期起作用 周期蛋白D和E 在G1期表达。 Cyclin D非常关键 加入抗cyclin D 抗体,细胞不能进 入S期
哺乳动物细胞周期调控的模式图
（二）成熟促进因子（maturation promoting factor, MPF） 成熟促进因子是一种在G2期形成、能够促进M 期启动的调控因子。 成熟的爪蟾 卵母细胞的细胞质 注射 未成熟的爪蟾卵 母细胞 成熟的爪蟾母 卵细胞
分裂期
（一）减数分裂I 1、前期I：减数分裂的特殊过程。 分为5个时期： ①细线期（leptotene ）， ②偶线期（zygotene ）， ③粗线期（pachytene）， ④双线期（diplotene），
⑤终变期（diakinesis）。
1）细线期：染色体呈细线状，具有念珠状的染色粒。 2）偶线期：是同源染色体配对的时期。 联 会 复 合 体 (synaptonemal complex ， SC ） 二 价 体
EGF ( epidermal growtu factor ) 表皮生长因子
IL ( interleukin ) 白细胞介素
TGF ( transforming growth factor ) 转化生长因子
细胞周期的生化事件
G1 期: 合成细胞生长所需要的各种蛋白质（RNA）、糖类 和脂类等，但不合成DNA。
的复制较晚。失活的X染色体迟复制。
(3) S期的蛋白质合成 DNA复制过程中需不断合成蛋白质
如阻断蛋白质合成(加入抑制合成蛋白质药
物 如 嘌 岭 霉 素 ) 将 同 时 影 响 DNA 合 成 速 度 , 以至中止 组蛋白的合成与DNA合成也有关 如 抑 制 DNA 合 成 ( 加 入 抑 制 DNA 合 成 药 物 ， 如羟基脲、阿霉素)也出现组蛋白合成阻断 DNA复制中，DNA和组蛋白互为条件、相互制约
③G2期(gap2)，指DNA复制完成 到有丝分裂开始之前的一段时间；
④M期又称D期(mitosis or division)，细胞分裂开始到结束。
G1期
时期:有丝分裂后期,子细胞继续生长时期 时间:变化大,几小时--几天 特点： 细胞生长主要阶段 能对各种环境信号,综合、协调、作出反应 以确定是否进入S期 时间长度变异大：人体200多种细胞，周期时间不 同,主要在G1， 如：胚胎早期卵裂细胞 几乎测不到 淋巴细胞 数小时 神经元细胞 终生停在G1期 RNA大量合成，蛋白质明显上升。组蛋白的磷酸化 在G1 期开始增加。
细胞周期蛋白是一类随着细胞周期的变化呈周期 性出现与消失的蛋白质，可以分为A、B、C、D、E、 F、G、H等8大类，他们在细胞周期的不同阶相继表 达，与细胞中其他蛋白质结合后。参与细胞周期相
关活动的调节。
当用秋水仙素抑制细胞分裂时，Cyclin不降解。
分裂期Cyclins，包括CyclinA、B、G、 H等，调节G2期细胞进入M期；