第十章 细胞分裂与细胞周期(连小华).ppt

第十章 细胞分裂与细胞周期,(cell division and cell cycle),第一节 细胞分裂第二节 细胞周期及其进程第三节 细胞周期调控第四节 细胞周期与医学的关系,内容,第一节 细胞分裂 细胞的分裂是细胞的基本特征之一，没有细胞的分裂，就没有生物的生长、发育、遗传和进化 真核细胞的分裂方式可分为；无丝分裂(amitosis)、有丝分裂(mitosis)、减数分裂(meiosis)一、无丝分裂（amitosis） 是最早发现的一种细胞分裂方式，1841年R.Remark在研究鸡胚红细胞时发现，后来发现，广泛存在于生物体组织细胞中 无丝分裂过程中间期的细胞核拉长成哑铃状，中央部分变细断开，细胞随之分裂成两个 无丝分裂不形成纺锤丝，也不形成染色体，因此分裂后遗传物质不一定平均分配给两个子细胞二、 有丝分裂（mitosis） 是真核细胞体细胞最基本的分裂方式 其特征是分裂时期染色质形成丝状或带状的染色体，并形成由纺锤丝组成的纺锤体 其结果是将染色质等量地分配到两个子细胞，使亲代和子代细胞具有相等的遗传物质，以保证遗传性状的稳定性。

有丝分裂,纺锤体,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认为地划分为前期、前中期、中期、后期、末期及胞质分裂6个时期有丝分裂,有丝分裂,,（一）前期（prophase）主要事件：染色质凝集、分裂极确定、核仁缩小并解体1.染色质凝集成染色体,已复制的染色质纤维开始螺旋化，逐渐凝集成具有棒状或杆状的染色体因染色质上的核仁组织中心组装到了染色体中，导致rRNA合成停止，核仁逐渐分解最终消失凝缩蛋白(condensin ）:　 由5种亚基组成的蛋白复合体，与染色体凝集的发生相关Smc分子呈卷曲螺旋结构，头部末端具ATP酶活性结构域，凝缩蛋白中的一个Smc分子穿越DNA螺旋结构，与另一Smc分子在尾部末端相连，形成的二聚体呈现V形，三种非Smc蛋白将两个Smc分子头部连接在一起，整个凝缩蛋白复合体形成一种环状结构凝缩蛋白,2.分裂极确定,在前期，伴随着染色质的凝集，原分布于细胞同一侧的两个中心体开始沿核膜外围分别向细胞两极移动，它们最后所到达的位置将决定细胞分裂极 中心体的极向移动需要多种马达蛋白的参与 马达蛋白与中心体的极向移动,主要特征：核膜的崩裂，纺锤体的形成，染色体向　　　　　　　赤道面运动。

二）前中期（prometaphase）,１.核膜破裂、核仁消失 核纤层磷酸化降解－核膜消失,与核纤层蛋白磷酸化有关核纤层蛋白磷酸化使核纤层解体，核膜因此破裂，形成许多断片及小泡，分布于胞质中２.纺锤体(spindle) 　在前期末出现的临时性细胞器 纺锤体,由两端星体，包括极间微管、动粒微管和星体微管组合形成纺锤样结构３.染色体向赤道面的运动 核膜破裂后，游离于细胞质中的染色体不断振动，捕捉纺锤体微管，如果一条染色体两侧的姊妹着丝粒分别与两极来的微管相连，两侧的纺锤丝对染色体产生拉力，两侧拉力达到平衡时，染色体就排列在赤道面上染色体向赤道面的运动,主要特征：　 染色体达到最大的凝集，排列在赤道板上，小的在内侧，大的在外侧三）中期（metaphase ）,主要特征：　　由于两条染色单体在主缢痕处分开，打断了中期纺锤丝力量的平衡，染色单体开始向两极移动姐妹染色单体分离的原因主要与其彼此间的连接骤然消失相关，而动粒微管的张力对其的影响不大四）后期（anaphase ）,后期,分离染色单体的极向运动需依靠纺锤体微管的牵引完成，包括两个独立但又相互重叠的过程，即后期A与后期B后期A发生于染色体极向运动的起始阶段，与动粒微管相关，当动粒微管正端的微管蛋白发生去组装时，其长度将不断地缩短，由此带动染色体的动粒向两极移动。

后期B通过使纺锤体拉长，细胞两极间的距离增大，促使染色体发生极向运动后期Ａ与后期Ｂ,（五）末期（telophase）,,主要特点：　　随着后期末染色体移动到两极，染色体被平均分配，此时染色体上的组蛋白H1发生去磷酸化，高度凝聚的染色体解旋，染色质纤维重新出现，RNA合成恢复，核仁重新形成　　分散在胞质中的核膜小泡与染色体表面相连，并相互融合，形成双层核膜，并重新与内质网相连　　核孔复合体在核膜上重新组装，去磷酸化的核纤层蛋白又结合形成核纤层，并连接于核膜上，至此两个子细胞核形成，核分裂完成 末期,（六）胞质分裂（ cytokinesis）,当细胞分裂末期，在中部质膜的下方，出现大量由肌动蛋白、肌球蛋白Ⅱ等形成的收缩环　　收缩环中的肌动蛋白、肌球蛋白纤维相互滑动使收缩环不断缢缩，直径减小，与其相连的细胞膜逐渐内陷，形成分裂沟　　随着分裂沟不断加深，细胞形状随之变为椭圆形、哑铃形，当分裂沟加深至一定程度时，细胞在此发生断裂收缩环,三、减数分裂,减数分裂发生于有性生殖的配子成熟过程中，又被称为成熟分裂，其主要特征是DNA只复制一次，细胞连续分裂两次，所产生的子细胞中染色体数目比亲代细胞减少一半。

减数分裂对于维持生物世代间遗传的稳定性有重要意义经减数分裂，有性生殖生物配子中的染色体数目减半，由2n变为n经受精，配子融合形成的受精卵中染色体数又恢复为2n，由此保证了有性生殖的生物上下代在染色体数目上的恒定精子与卵细胞结合,减数分裂,减数分裂的特殊过程主要发生在第一次减数分裂，特别是它的前期，即前期I前期I持续时间长，细胞变化复杂，胞核显著增大，减数分裂所特有的过程如染色体配对、交换等均发生于此期根据细胞形态变化的特点可将前期Ⅰ细分为五个不同阶段一）第一次减数分裂,1.前期I　可细分为五个亚期：　细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期　细线期（lepotene stage）染色质开始凝集，核及核仁体积增大　偶线期（zygotene stage）同源染色体配对，形成联会复合体在减数分裂的前期I的偶线期出现在联会的同源染色体之间的一种特殊结构　 在电镜下显示为三个平行的部分：侧生成分位于复合体两侧，电子密度较高；两侧生成分之间，为中央成分；侧生成分与中央成分之间由横向排列的纤维相连联会复合体（synaptonemal complex， SC）,联会复合体,联会复合体由多种蛋白质组成在哺乳动物中，联会复合体侧生成分主要由Scp2、Scp3等蛋白构成。

联会复合体是同源染色体配对过程中细胞临时生成的特殊结构，其装配最早发生于偶线期，在粗线期完成，双线期解聚，与同源染色体间的配对过程密切相关联会复合体组装,粗线期（pachytene stage）　　主要事件是同源染色体片断的交换和重组其发生可能与重组节的作用有关　　在粗线期，细胞中也存在DNA的合成，叫做P-DNA，它与交换中DNA链的修复、连接有关同源染色体片断的交换和重组,双线期（diplotene stage）　 主要事件是同源染色体相互分开，但在非姊妹染色单体之间的某些部位上，可见其相互间有接触点，称为交叉，交叉是交换的结果，随着双线期的进行，交叉向染色体的端部移动，交叉的数目也因此减少，此现象称为交叉端化　 女性在其胚胎发育时期，其卵母细胞就已经发育至双线期，此期持续时间可长达50年之久终变期（diakinesis　stage） 主要事件是同源染色体在其端部靠交叉结合在一起，并进一步凝集，核仁消失，核膜破裂，纺锤体形成，染色体开始移向赤道面上2.中期 I 同源染色体排列到赤道面上，形成赤道板，与有丝分裂不同是，虽然此时每一染色体有两个动粒，但与它们相连的动粒微管均位于纺锤体的同一侧面。

3.后期I　　同源染色体分离并向两极移动，在移动的过程中，非同源染色体之间可发生自由组合4.末期I　　染色体去凝集，核仁、核膜重现，胞质分裂，形成两个子细胞，每个子细胞中，含有母细胞一半的染色体数目二）第二次减数分裂(meosis),第二次减数分裂与有丝分裂类似，可分为前期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ、胞质分裂几个时期在第二次减数分裂结束时，一个亲代细胞共形成4个子细胞，各子细胞中染色体数目与分裂前相比，均减少了一半，子细胞间在染色体组成及组合上也存在差异减数分裂与有丝分裂比较,第二节 细胞周期及其进程,,,一、细胞周期（cell cycle）的概念　 细胞周期是指细胞从一次细胞分裂结束开始生长到下一次分裂终了所经历的过程 细胞周期包括： G1期：M期与DNA合成开始之间的阶段； S期： 从DNA合成开始，到核DNA含量倍增核染色体复制的完成结束； G2期：S期到有丝分裂开始； M期： 由核分裂和胞质分裂组成细胞周期,二、细胞周期各时相点的动态变化 （一）G1期 　　G1期是细胞DNA复制的准备期RNA大量合成，包括mRNA、tRNA、rRNA；一些重要的结构蛋白及酶蛋白大量形成，如RNA聚合酶、DNA合成酶等；脱氧核苷酸浓度增加，为DNA合成做好准备。

　　G1期专一的蛋白质——触发蛋白（trigger protein）的积累帮助细胞通过R点（restriction point）进入S期G1期之末是细胞周期的一个关键时刻，细胞一旦通过这点，就可以进入下面几个时期，G0期细胞不能通过这一点G1期之末是细胞周期的一个关键时刻，细胞一旦通过就可以进入S期G0期细胞（暂不增殖细胞）： 在一般情况下不分裂，受到一定刺激后，可进入细胞周期，开始分裂G0期细胞,（二）S期 S期是DNA及与DNA合成有关的组蛋白和非组蛋白的合成时期 DNA聚合酶和RNA聚合酶都很活跃，S期DNA复制不同步，较早期GC合成较多，晚期AT合成较多常染色质复制较早，异染色质复制较晚，复制以多个复制子进行 中心粒在S期完成复制三）G2期 G2期为细胞分裂做准备，新的RNA和蛋白质合成，MPF、MF微管蛋白在此期合成，H1组蛋白磷酸化使染色质凝集四）M期           M期为细胞分裂期，H1组蛋白进一步磷酸化蛋白质合成显著降低，RNA合成被完全抑制一些酶，如拓扑异构酶活性增加，参与有丝分裂时细胞形态结构的建成和改组。

细胞周期各时相的生物化学变化,第三节 细胞周期的调控,细胞周期的进程是高度有序及不可逆的，受到细胞内外多种因素严格的调节、控制一、细胞周期重要的调节因子,（一）细胞周期蛋白(cyclin),,1.细胞周期蛋白的概念 是指随细胞周期的变化呈周期性的出现与消失，控制细胞周期运行的一组蛋白质细胞周期蛋白,G1期周期蛋白：cyclinDG1/S周期蛋白：cyclinES期周期蛋白： cyclinA 存在于所有真核细胞中 M期周期蛋白：cyclinB,2.细胞周期蛋白类型,细胞周期蛋白类型,细胞周期蛋白框： aa组成保守，由100个左右aa残基组成介导周 期蛋白与周期蛋白依赖性激酶形成复合物破坏框: 由9个aa残基构成，介导cyclinA、B的快速降解 PEST序列：介导cyclin发生降解3.细胞周期蛋白的结构,细胞周期蛋白的结构,（二）周期蛋白依赖性激酶 (cyclin dependent kinase ,Cdk),1.周期蛋白依赖性激酶的概念 为一类能被细胞周期蛋白激活、调节细胞周期活动的激酶周期蛋白依赖性激酶,2.周期蛋白依赖性激酶的活化,无活性的Cdk分子中含有一弯曲的T环结构，将Cdk的袋状催化活性部位入口封闭，阻止了蛋白底物对活性位点的附着。

Cdk与cyclin结合使T环结构位移、缩回，Cdk底物附着位点由此转向其袋状催化活性部位分布，Cdk具有了部分活性 Cdk将完全激活还需 T环上的特定位点发生磷酸化。