细胞的生长和增殖

卵细胞的形成过程
2.减数分裂特点
◆减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ是连续进行的，
其间无间期或间期很短，不进行 DNA 和
染色体的复制。
◆同源染色体配对、联会、基因重组
◆每条同源染色体的两条染色单体的着丝
点在减数分裂Ⅰ时不分开，直到减数分裂
Ⅱ时才分离。
3.减数分裂的生物学意义
• 1）是三大遗传学规律的基础 • 同源染色体分离——孟德尔分离律 • 非同源染色体自由组合——孟德尔自由组合律 • 同源染色体之间联会重组互换——连锁互换律 2）保持遗传的稳定性 • 精子（n）+卵子（n）=受精卵（zn） 3）生物变异和进化的基础 • 同源染色体之间重组、互换 • 非同源染色体之间自由组合
细胞周期调控
三、细胞增殖的调节
一、环境因子 (一)生长因子的调节 生长因子(growth factor)：刺激细胞生长增殖的 因子，多为多肽类物质。生长因子通过与特异性的 细胞膜受体结合而对细胞增殖活动进行调节作用。
思考题
• • • • • • • 1.细胞周期的概念及每期特点 2.有丝分裂、减数分裂各期特点 3.G1期细胞有哪三种去向 4.减数分裂的意义何在？ 5.MPF是如何控制细胞 G2/M过渡和M期进程 6.区别下列名词 联会/同源染色体 二价体/四分体 有丝分裂/减数分裂 有丝分裂器/收缩环
第二节 细胞周期的调控(Cell-Cycle Control)
盘状的三层结构.
后期(anaphase) （1）着丝粒缢裂为二，标志 着后期的开始。 （2）染色体单体向两极移动
5.末期(telophase) 与胞质分裂 （1）两组子染色体达到细胞 两极，即进入末期。 （2）染色体解旋为染色质。 （3）核纤层蛋白去磷酸化， 核膜、核仁重现。 （4）形成二个子细胞核，细 胞膜中部凹陷，分隔成二个 子细胞（微丝的参与）
姐妹染色单体：一条染色体 的两条染色单体互称姐妹染 色单体。 非姐妹染色单体：同源染色 体的染色单体之间互称非姐 妹染色单体
前期Ⅰ 粗线期
四分体：配对的同源 染色体实际上含有四 个染色单体。
非姊妹染色单体之间出现 交叉。 P-DNA：指粗线期发生 交换部位合成的少量 DNA。
粗线期
双线期: 联会复合体消失，同源染色体在某 些部位分离，但仍存在多处交叉。
终变期 染色体高度凝集， 核膜、核仁消失， 纺锤体开始形成， 四分体均匀分布， 交叉端化。
Hale Waihona Puke Baidu
四分体排列在细胞中 央的赤道板上，每条 染色体的着丝点都附 着在纺锤丝上。注意 四分体的排列方式是 随机的
同源染色体彼此分离， 并且在纺锤丝的牵引 下移向两极，结果细 胞的每一极只得到各 对同源染色体中的１ 条。 非同源染色体自 由组合到达两极。
第十二章 细胞的生长和增殖
• 分裂方式： 有丝分裂（Mitosis) 减数分裂（Meiosis) • 初生婴儿有1012个细胞，成 人1014个，约200种类型。
– 成人体内每秒钟有数百万新 细胞产生，以补偿衰老和死 亡的细胞。
细胞增殖的三种形式 :
1、无丝分裂(amitosis)（间期的细胞直接一分为二）
分裂过程中没有纺锤体和染色体的形成， 无纺锤丝的出现，故名无丝分裂。是低 等动物（如细菌）增殖的主要方式。
核糖体 DNA 细胞壁 细胞膜
子细胞遗传物质分配不均等
2、有丝分裂(mitosis) 分裂过程中有纺锤体和染色体的形成，有纺 锤丝出现，故名有丝分裂。子细胞中遗传物质均 等分配。是真核细胞主要的增殖方式。
M期
前期(prophase) : （1）染色质的浓缩 （2）分裂极的确定 (3)核膜、核仁的解体。 前中期(premetaphase): (1)纺锤体的形成 (2)染色体排列到赤道面 上，形成赤道板
中心粒 S期以前:中心粒为一对 S期:中心粒两对。 G2期:两对中心粒分开， 前期:两对中心粒移向细 胞的两极。 前中期：形成纺锤体。
裂殖酵母
Fission yeast 芽殖酵母
budding yeast
4.1980s Timothy Hunt 发现海胆的卵裂过程中两种 蛋白质的含量随细胞周期振荡，命名为细胞周期蛋 白 (cyclin A 和 B) 。后来发现将 M 期周期蛋白 mRNA 加入可使细胞进入M期，同时MPF被激活。
后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段: · 后期A ，着丝点微管去装配变短，染色体 产生两极运动 · 后期B ，极微管长度增加，两极之间的距 离逐渐拉长，介导染色体向极运动。 微管上的横桥为动力蛋白，具有ATP酶的活 性。
有丝分裂开始的标志：染色质组装成染色体
染色体形成的意义——完成遗传物质的平均分配
3 、减数分裂(meiosis)
有性生殖生物形成生殖细胞时的分裂分式。
分裂过程中染色体复制一次，细胞连续分裂两次，
结果染色体数目减半，故名减数分裂。
第一节 细 胞 增 殖 方 式
• 一、细胞周期
• 1.概念
指连续分裂的细胞从亲 代细胞分裂结束开始 到子代细胞分裂结束 为止所经历的全过程 . 间期: G1期 S期 G2期 M期：前、中、后、末 期
有丝分裂最主要 的特点是：形成 有丝分裂器
有丝分裂装置：星体 和纺锤体。 微管包括：着丝点微 管、极微管、星体微 管。
中期(metaphase) （1）所有染色体都以着丝 粒排列在赤道面上， 形成 完整的有丝分裂器。（2） 染色体达到最高程度地螺旋 . 着丝粒：在主缢痕处，两条 染色单体相互联系在一起 的特殊部位，由重复顺序的 DNA构成 着丝点：是着丝粒外侧附加 结构，由蛋白质组成， 为
Ｇ1期细胞的三种去向：
不再继续增殖： 即失去增殖能力，而合成其功 能性蛋白走向分化， 又称不育细胞或终末分 化细胞。如角质细胞、红细胞、肌细胞、神经 元等。
持续增殖： 越过R点，继续增殖。如皮肤生发层 细胞，骨髓造血细胞等。 暂不增殖（Ｇ０期）：如淋巴细胞、肝肾胰的细 胞等。肝切除后开始分裂修复。
同源染色体
同源染色体
前期Ⅰ 细线期
染色体已经复制 同源染色体：指分别来自父方和母方， 形状和大小一般都相同的两条染色体。
联会：同源染色体配对 的过程叫联会。 二价体：每对染色体形 成一个二价体。
前期Ⅰ 偶线期
联会复合体:在联会的变化 中，配对的同源染色体之 间形成一种蛋白质性的复 合结构，称为联会复合体。 •S期合成99.7%DNA， •Z-DNA：偶线期合成 0.3%的DNA叫Z-DNA
2.细胞周期各时相的特点
4C
2C
0
G1
S
G2
M
G1
（ 时相）
细胞周期各时相DNA含量的变化
•
•
• • • •
Ｇ１期（ＤＮＡ合成前期） 早期：三种RNA的合成，cAMP、 cGMP及蛋白质与糖类的合成。 后期： DNA聚合酶，胸苷激酶 等急剧合成， H1组蛋白的磷 酸化， 组蛋白、非组蛋白RNA 的合成 晚期：合成钙调素 S期：DNA复制，合成组蛋白 和非组蛋白； G2期：加速合成RNA和蛋白 质(微管蛋白、有丝分裂因子)。 M期（见后述）
细胞周期调控系统的主要作用
细胞周期检验点(checkpoint)
1.1970s 一、 Rao和Johnson 发现与M期细胞(Hela)融合 MPF的发现及其组成
的间期细胞染色体发生凝缩，称为早熟染色体凝
集 (prematurely condensed chromosome，PCC)。
提示：M期可能存在一种诱导染色质凝集因子
Ｇ１期细胞的增殖状态
通过Ｇ1期控制点的调节，Ｇ1期细胞可有三种去 向：
分化
死亡
G0
Ｇ１期的时间变化
控制点(restriction point，R)：G1期末对环 境因素的敏感点，是调节细胞周期开和关的”阀 门”，控制着细胞周期的进程，也称限制点 。
影响Ｇ1期细胞是否进入周期的因素很多， 如各种生长因子、营养物质、射线、钙调素等， 可调控细胞周期进程。
●CDC2又被称为CDK1 (cyclin-dependent kinase，) ， 2.CDK
可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行。
–如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失； –将H1磷酸化导致染色体的凝缩等。
3、细胞周期蛋白 cyclin
●在中期当MPF活性达到最高时，激活后期促进因子APC，将泛 素连接在cyclinB上，cyclinB被蛋白酶体(proteasome)降解， 完成一个细胞周期。
练习
1．下列有关四分体的叙述，正确的是 （ ） A． 每个四分体包含一对同源染色体的四个 染色单体 B． 经过复制的同源染色体都能形成四分体 C． 基因互换现象发生在四分体时期 D． 四分体出现在减数第一次分裂前期
练习
2 在减数分裂过程中，含有与体细胞染色体数 目相同，但不含同源染色体的时期是（） A．减数第一次分裂后期 B．减数第二次 分裂后期 C．减数第二次分裂的间期 D．减数第 二次分裂前期
分裂期周期蛋白N端有一段序列与其降解有关，称降解盒 (destruction box)［破坏框］。
–共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解，这是细胞内
短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径。
–蛋白酶体是一个大型的蛋白酶，可将泛素化的蛋白质分解成短 肽。
G2/M控制点 ●M期CDK的激活起始于分裂期cyclin的积累。 ●结合cyclin B的CDK1被Wee1将Thr14和Tyr15磷酸化 而不具有活性，使CDK/cyclin不断积累。 ●在M期，Wee1的活性下降，CDC25使CDK去磷酸化，去 除了CDK活化的障碍。
Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周期调控机理 的研究而获诺贝尔生理医学奖
Leland H. Hartwell
R. Timothy (Tim) Hunt
Sir Paul M. Nurse
二、MPF是细胞周期蛋白-CDK复合物
1.MPF是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶； 由 Cyclin-CDK(Cyclin-dependent protein kinase)形成的复合物。 MPF=CDK1（p34cdc2）+cyclinB
试想一想，46条染色 质（每条染色体DNA 长度约40000 µ m）绕 在一个很小的范围内 (细胞核直径约30µ m）， 如何平均分配？
只有绕成一个 个线团，才能 平均分配。
三.减数分裂: 概念：减数分 裂是细胞仅进 行一次DNA复 制，随后进行 两次分裂，染 色体数目减半 的一种特殊的 有丝分裂
MPF的活性与周期蛋白一样呈现周期性变化
●1988年Lohka将MPF纯化。经鉴定MPF由32KD（cdc2基
因产物）和45KD（周期蛋白B）两种蛋白组成。
p32与p34cdc2是同源物，是一种丝氨酸/苏氨酸激酶
●MPF=p34cdc2（催化亚基）+clyclin B（调节亚基）
2001年10月8日美国人Leland Hartwell、英国人
2.1971年Masui等用孕酮处理未成熟的非洲爪蟾 卵母细胞诱导其成熟
实验表明：成熟卵细胞质，含有卵母细胞成熟的因子， 称做（ maturation promoting factor， MPF ）。
3.1960s Leland Hartwell ， 1970s Paul Nurse 建 立了酵母细胞分裂周期温度敏感突变株，分离了大 量的cdc基因(cell division cycle gene,细胞分裂 周期基因 ) ，裂殖酵母 cdc2 和芽殖酵母 cdc28 都编码 一个 34KD的蛋白激酶，作用于细胞 G1/S 与 G2M的前进。
4. Cyclin-CDK复合物的活化与功能
◆功能：启动细胞从G2期进入M期的相关事件 CDK1使底物蛋白磷酸化、如将组蛋白H1磷酸化导致 染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体。
降解
CDK1的调节与活化;
CAK=CDK1-Activiting Kinase
●G1 /S期控制点 在生长因子的刺激下，cyclin D 表达，并与 CDK4结合，使Rb（视网膜瘤细胞基因） 磷酸 化，Rb 释放出E2F，促进DNA复制。
练习
1、已知某动物的体细胞内含2N条染色体，那 么该动物经过减数分裂产生的生殖细胞中含 有染色体多少条 （ ） A．2N B．4N C ．N D．3N 2、同源染色体分离发生在哪个时期（ ） A．中期ⅠB．中期ⅡC．后期Ⅰ D．末期Ⅰ
3、染色体数目减半发生在哪个时期 （
）
A．中期ⅠB．中期ⅡC．后期ⅠD．末期Ⅰ