细胞周期与细胞分裂2

➢ 细胞周期时间：
TC＝TG1+TS+TG2+TM；S+G2+M的时间变化较 小；细胞周期时间长短主要差别在G1期，M期最短 ，约0.5～4.5小时。
不同细胞的细胞周期时间差异很大：与物 种/细胞类型有关；
有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期；
细胞沿着G1 →S →G2 →M →G1周期性运转，在间 期细胞体积增大(生长)，在M期细胞先是核分裂，接着
动物细胞胞质分裂：
➢ 胞质分裂开始于细胞分裂后期，完成于细胞分 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（furrow）；
➢ 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（ contractile ring）。收缩环收缩、收缩环处细胞膜 融合并形成两个子细胞；
肝部分切除后/h
DNA和组蛋白合成的协同实验
掺入组蛋白中的3H标记的亮氨酸的量(ο) 掺入DNA中的14C标记的胸腺嘧啶的量()
从培养细胞中收集M期细胞的同步化方法
应用过量的TDR阻断法进行细胞周期同步化
四.特殊的细胞周期
特殊的细胞周期：指那些特殊的细胞所具有的 与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细胞周期。
酵母细胞的细胞周期：
➢ 酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相 和调控方面相似；
➢ 酵母细胞周期的明显特点： 酵母细胞周期持续时间较短； 封闭式细胞分裂，即细胞分裂时核膜不解聚
； 纺锤体位于细胞核内； 在一定环境下，也进行有性繁殖；
➢ 芽殖酵母和裂殖酵母的细胞周期：
植物细胞的细胞周期：
三.细胞周期同步化
细胞同步化（synchronization）：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。
➢ 自然同步化：
多核体：粘菌、疟原虫； 水生动物受精卵：海胆、两栖类； 增殖抑制解除后的同步分裂：真菌休眠孢 子；
果蝇胚胎的同步卵裂
➢ 人工同步化：
选择同步化； 1. 有丝分裂选择法：M期细胞与培养皿的附着性 低，振荡脱离器壁收集。
3. G2期：
➢ 检查基因组复制是否完成：否则会出现遗传差 错，若修复失败，则不启动分裂，而是走向分化或 凋亡；
➢ 其他的物质准备： 微管蛋白和微管相关蛋白的大量合成； 有丝分裂促进因子（MPF）的合成；该因子
促使核膜破裂，并使染色质凝聚； ➢ 中心粒开始移向两极，纺锤体开始组装；
4. M期：细胞进行有丝分裂和减数分裂;
一.有丝分裂
有丝分裂：
➢ 有丝/间接分裂（mitosis/indirect divi-sion ）是真核生物体细胞的主要增殖方式，保证每个子 细胞得到一套完整的染色体组、相应的细胞质成分 和细胞器；这一过程由有丝分裂器完成；
➢ 由Fleming（1882）和Strasburger（1880） 发现;
优点：操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害; 缺点：获得的细胞数量较少（分裂细胞约占1%～2%）;
2. 细胞沉降分离法：M期细胞体积大，可用离 心分离。
优点：可用于任何悬浮培养的细胞； 缺点：同步化程度较低。
诱导同步化； 1. DNA合成阻断法：可逆地抑制DNA合成。常用 TDR双阻断法： 在细胞处于对数生长期的培养基中加入过量TDR 。S期细胞被抑制，停在G1/S交界处。移去TDR， 释放时间大于TS时，再次加入过量TDR。
胞质分裂，完成一个细胞周期。
细胞增殖活动示意图
酵母细胞
早期蛙胚胎细胞 肠上皮细胞
人肝细胞
培养的哺乳动物成纤维细胞
细胞周期的时间长短与物种的细胞类型有关，如：小鼠十二
指肠上皮细胞的周期为10小时，人类胃上皮细胞24小时，骨髓 细胞18小时，培养的人成纤维细胞18小时，CHO细胞14小时 ，HeLa细胞21小时。
➢ 检验点不仅存在于G1期，也存在于其他时相， 如S期检验点、G2期检验点、纺锤体组装检验点等 。
➢ 从分子水平看，检验点是作用于细胞周期转换 时序的调控信号通路，其监控作用在于保证基因和 基因组的稳定性，而不是细胞分裂的基本条件。
间期DNA合成的动态变化(from Harber,1968)
S期内DNA合成的类型
苷激酶的合成；各种脱氧核苷酸的合成。
2. S期：
➢ DNA的复制： 顺序性: 早期合成GC含量较高的DNA序列（
常染色质）；兼性异染色质次之；晚期合成AT较 高的DNA序列（结构异染色质）；
类型：连续型和非连续型： ➢ 组蛋白和非组蛋白（染色质蛋白质）的合成; 染色质的组装； ➢ 中心粒的合成；
➢ 与动物细胞的标准细胞周期非常相似，含有G1 期、S期、G2期和M期四个时期；
➢ 植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正 常组装纺锤体；
➢ 植物细胞以形成细胞板的形式进行胞质分裂;
细菌的细胞周期：
➢ 慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程 有一定相似之处；
其DNA复制之前的准备时间与G1期类似；分 裂之前的准备时间与G2期类似；
(一).有丝分裂各期的重要事 件及其结构装置
5.末期
末期（telophase）：
➢ 到达两极的染色单体去浓缩，即解螺旋; ➢ 核仁也开始重新组装，RNA合成功能逐渐恢复 ； ➢ 核膜开始重新组装；
(一).有丝分裂各期的重要事 件及其结构装置
6.胞质分裂
胞质分裂（cytokinesis）：
➢ 动物细胞胞质分裂 ➢ 植物细胞胞质分裂
高等动物细胞有丝分裂过程
(一).有丝分裂各期的重要事 件及其结构装置
1.前期
前期（prophase）的主要特征：
➢ 染色质凝集： 染色质凝集实质为染色质的螺旋化，从一级 结构包装成四级结构的过程； 每条染色体由两条染色单体（chromatid）构 成，前期末主缢痕部位形成动粒（kineto-chore） ； ➢ 分裂极的确定：细胞骨架解聚，有丝分裂纺 锤体（mitotic spindle）开始装配； ➢ 核仁缩小消失及核膜崩解;
R Point / G1 Check Point
二.细胞周期中各个不同时 相及其主要事件
1. G1期：
➢ G1早期：细胞快速生长，大量合成各种RNA、 RNP和酶；组蛋白和非组蛋白合成；H1组蛋白的磷 酸化；
➢ 分裂决定：R点决定细胞进入S期，还是进入 G0期；决定是否完成G1/S的转换；
➢ 为S期准备必要的物质基础：DNA聚合酶、胸
(一).有丝分裂各期的重要事 件及其结构装置
2.前中期
前中期（prometaphase）的特征：
➢ 核膜崩解：核纤层蛋白中特异的Ser（丝）残 基磷酸化导致核纤层解体，核膜破裂成小的膜泡；
➢ 纺锤体的装配：纺锤体微管与染色体的动粒结 合；每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向 ，保证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色 体后，形成三种类型的微管；
细胞周期与细胞分裂2
第十三章 细胞周期与细胞分裂
➢ 细胞周期 ➢ 细胞分裂
➢ 细胞增殖的生物学意义：
细胞增殖（cell proliferation）是细胞生命活 动的重要特征之一, 是生物繁育的基础；
单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增 加；
多细胞生物由一个单细胞（受精卵）分裂发 育而来，细胞增殖是多细胞生物繁殖基础；
➢ 根据细胞合成DNA能力的不同，细胞分成三 个类群：
周期中细胞（cycling cell）； 静止期细胞（quiescent cell）（G0期细胞）：由于 R点作用，暂时脱离细胞周期不进行增殖（处于G1期），但 给予适当刺激后可重新进入细胞周期； 终末分化细胞（terminally differentiated cell）：不 可逆脱离细胞周期，丧失分裂能力。 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。
➢ 早期胚胎细胞的细胞周期 ➢ 酵母细胞的细胞周期 ➢ 植物细胞的细胞周期 ➢ 细菌的细胞周期
➢ 爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期： 细胞分裂快，无G1期, G2期非常短，S期也
短（所有复制子都激活）, 以至于认为仅含有S期 和M期；
无需临时合成其它物质； 子细胞在G1、G2期并不生长，卵裂球越分裂 体积越小； 细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞 标准的细胞周期基本是一致的；
成体生物仍需要细胞增殖，以取代衰老、死 亡的细胞，维持个体细胞数量的相对平衡和机体的 正常功能；
机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等 ，都要依赖细胞增殖；
第十三章 细胞周期与细胞分裂 第一节 细胞周期
一.细胞周期概述
➢ 细胞周期（cell cycle）：是细胞从一次分裂 结束开始生长，到再次分裂终了所经历的过程。
植物细胞胞质分裂：
➢ 植物胞质分裂的机制不同于动物，后期或末期 两极处微管消失，中间微管保留，并数量增加，形 成桶状的成膜体（phragmoplast）；
early prophase
late prophase
荧光染色显示染色体骨架(红色)和DNA(兰色)
Smc蛋白（A）及其黏连蛋白（Smc1/3）（B）、凝缩蛋 白（Smc2/4）（C）异二聚体的作用
加上S期和M期，细菌的细胞周期也基本具备 四个时期；
➢ 细菌在快速生长情况下，主要的变化在于如何 协调快速分裂和最基本的DNA复制速度之间的矛盾 ：分裂的同时开始复制。
非洲爪蟾体细胞周期和早期胚胎细胞周期比较
A：体细胞标准细胞周期 B：早期胚胎细胞周期
核迁移
纺锤体形成
DNA复制 出芽
纺锤体极体复制
➢ 染色体整列：不断运动的染色体开始移向赤道 板；细胞周期也由前中期逐渐向中期运转。
(一).有丝分裂各期的重要事 件及其结构装置
3.中期
中期（metaphase）：
➢ 主要标志：染色体整列完成；所有染色体排列 到赤道面（equatorial plate）上；纺锤体结构呈现 典型的纺锤样。
➢ 牵拉（pull）假说和外推（push）假说：着丝 粒微管动态平衡形成的张力确保染色体正确排列在 赤道板上；
G1
S
G2
M
Centrosome duplicated at S phase, and separate form mitotic spindle at the beginning of prophase
(一).有丝分裂各期的重要事 件及其结构装置
4.后期
后期（anaphase）：
➢ 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；
➢ 后期染色体分离和向极移动机制：后期A和后 期B假说：
后期A：动粒微管去装配变短，染色体产生 两极运动；
后期B：极间微管长度增加，两极之间的距离 逐渐拉长，介导染色体向极运动；
减数分裂
➢ 无丝分裂：
无丝/直接分裂（amitosis/direct division）是指处于间期的细胞核拉长呈哑铃形，中央 部分变细断开，细胞随之分裂成而个；
由R. Remak（1841）发现于鸡胚血细胞;
➢ 无丝分裂的特点：
不形成纺缍体，也不形成染色体； 遗传物质不一定平均分配到两个子细胞；
优点：同步化程度高； 缺点：产生非均衡生长，个别细胞体积增大。
2. 分裂中期阻断法：用秋水仙素等微管抑制剂 将细胞阻断在中期。
优点：便于观察染色体； 缺点：可逆性较差。
Restriction Point/Check Point (真核细胞)
Start Point (芽殖酵母)
➢ 在真核细胞中也发现多种监控机制，以调控周 期各时相有序而适时地进行更迭，并使周期序列过 程中后一个事件的开始依赖于前一个事件的完成， 从而保证周期事件高度有序地完成。
不同类型细胞的G1长短不同，是造成细胞周期差异的主要原 因。
G2 Check Point
Eucaryotic Cell Cycle
A typical mammalian cell has a cell cycle time of 24 hours, with 12h G1, 6-8h S, 3-4h G2, and 1h M
开始点
生长
芽殖酵母细胞周期
染色体分离 ;核分裂
胞质分裂
纺锤体极体复制 DNA复制 开始点
染色体凝集 纺锤体形成
染百度文库体分离 核分裂
胞质分裂
裂殖酵母细胞周期
慢生长
快生长
细菌的细胞周期
第十三章 细胞周期与细胞分裂 第二节 细胞分裂
原核细胞分裂：分裂方式简单，细胞周期短；
细胞分裂
无丝分裂
真核细胞分裂 有丝分裂