普通生物學：第5章 細胞周期和細胞分裂

第四節(jié)

細胞周期和細胞分裂細胞增殖的意義細胞生命活動的重要特征之一,是生物繁育的基礎。單細胞生物：導致生物個體數(shù)量的增加。多細胞生物：由一個單細胞（受精卵）分裂發(fā)育而來，多細胞生物繁殖基礎。成體生物：主要取代衰老死亡的細胞，維持個體細胞數(shù)量的相對平衡和機體的正常功能。機體創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理組織修復等。細胞是生物體生長、發(fā)育的基礎一、細胞周期二、細胞分裂三、細胞的分化、衰老與死亡四、癌細胞一、細胞周期（cellcycle

）★1、概述

連續(xù)分裂細胞從一次有絲分裂結束到下一次有絲分裂結束所經(jīng)歷的整個過程。不同細胞的細胞周期時間差異很大，主要差別在G1期

細胞周期時間不同細胞的細胞周期時間差異很大；S+G2+M時間變化較小，時間長短主要差別在G1期；有些分裂增殖的細胞缺乏G1、G2期。分化細胞周期2、各期主要事件★

G1期：與DNA合成啟動相關，合成相關的RNA/蛋白質(zhì)等。

S期：DNA/組蛋白大量合成。

G2期：為細胞分裂作準備，合成相關的蛋白質(zhì)。

M期：細胞核和細胞質(zhì)的分裂3、細胞周期調(diào)控LelandHartwellPaulNurseTimothyHunt“start”cdc28cdc2cyclin

2001年度諾貝爾生理學/醫(yī)學獎—發(fā)現(xiàn)“細胞周期的關鍵調(diào)節(jié)因子”CDK蛋白激酶

cyclin-dependentkinaseCDK與細胞周期素結合才具有激酶活性，故稱細胞周期素依賴性蛋白激酶作用：CDK可將特定蛋白磷酸化，促進細胞周期運行。在動物中已知7種CDK,CDK1-7細胞周期素cyclins是一類隨細胞周期變化呈現(xiàn)周期性出現(xiàn)和消失的蛋白質(zhì)。（含A、B、C、D、E、H等20多種亞型），表達時間不同，功能也多樣。特點：在細胞周期中呈現(xiàn)周期性變化。作用：能與CDK結合，激活CDK，間接調(diào)節(jié)細胞周期運行。3、細胞周期調(diào)控細胞周期檢驗點(CellCycleCheckpoint)Cyclin-Cdk復合物細胞周期運轉(zhuǎn)的阻遏（細胞周期運轉(zhuǎn)的負調(diào)控）細胞周期檢驗點:G1/S的轉(zhuǎn)化

在生長因子的刺激下，cyclinD表達，并與CDK4,CDK6結合，使下游的蛋白質(zhì)如Rb磷酸化，Rb釋放出轉(zhuǎn)錄因子E2F，促進許多基因的轉(zhuǎn)錄，如編碼cyclinE,cyclinA和CDK1的基因。細胞周期檢驗點:G2/M期轉(zhuǎn)化G2/M期的轉(zhuǎn)化和CDK1-cyclinB激酶密切相關。

CDK1-cyclinB激酶：

MPF=p34cdc2（或p34cdc28）+clyclinB。cdc2蛋白在細胞周期中含量穩(wěn)定，而CyclinB的含量呈周期性變化，故CDK1-cyclinB激酶活性呈周期性變化，在G2期晚期階段達到最大值并持續(xù)到M期的中期階段。CDK1-cyclinB激酶使底物蛋白磷酸化，從而啟動細胞從G2期進入M期的相關事件：如－如將組蛋白H1磷酸化導致染色體凝縮；－核纖層蛋白磷酸化使核膜解體；－p60c-src磷酸化，使細胞骨架重排（紡錘體裝配）；－核仁蛋白磷酸化，核仁解體。細胞周期檢驗點:M期由中期向后期轉(zhuǎn)化在中期當MPF活性達到最高時，激活后期促進因子(anaphasepromotingcomplex,APC)，APC介導cyclinA、CyclinB通過“泛素化途徑”選擇性地被降解，CDK1活性喪失，在前期被CDK1磷酸化的蛋白質(zhì)去磷酸化。泛素化途徑-蛋白質(zhì)降解過程泛素（ubiquitin，Ub）由76個氨基酸組成，高度保守，普遍存在于真核細胞，故名泛素。共價結合泛素的蛋白質(zhì)能被蛋白酶體識別和降解，這是細胞內(nèi)短壽命蛋白和一些異常蛋白降解的普遍途徑。3.2細胞周期運轉(zhuǎn)的阻遏

（細胞周期運轉(zhuǎn)的負調(diào)控）

細胞至少通過兩種機制阻遏細胞周期運轉(zhuǎn)：周期調(diào)控系統(tǒng)組分停止合成：如G0細胞，大部分Cyclin和Cdk都消失。CDK抑制物（CDKinhibitor,CDKI或CKI），阻止Cyclin-Cdk復合物的裝配或活性；DNA損傷和抑癌基因P53

抑癌基因（如p53、Rb）的表達產(chǎn)物對細胞周期起負控作用，是細胞周期正常運轉(zhuǎn)所必需的。如DNA損傷后會誘導P53蛋白的活化；活化的P53作為轉(zhuǎn)錄激活因子誘導P21的表達；P21抑制G1期CDK激酶活性。結果細胞將停留于G1Checkpoint，讓DNA修復或者誘導細胞凋亡。避免帶有受損DNA的細胞分裂，能抑制腫瘤的發(fā)生。二、細胞分裂（celldivision）生物的細胞分裂可分為三種無絲分裂有絲分裂減數(shù)分裂1、無絲分裂（amitosis）特點：不涉及染色體組裝；不涉及紡錘體形成；遺傳物質(zhì)分配不均等；分裂速度快；能量消耗少。過程：核仁拉長→核仁斷裂→核分裂→胞質(zhì)分裂→形成兩個子細胞2、有絲分裂（mitosis）★特點：是真核生物體細胞主要的分裂方式。染色體組裝；紡錘體形成；遺傳物質(zhì)分配均等；分裂速度慢；能量消耗多。（1）前期染色質(zhì)凝縮；

分裂極確立與紡錘體形成；

核仁解體；

核膜消失。（2）中期

染色體排列于赤道板；紡錘體微管與中心粒結合，形成有絲分裂器（3）后期姐妹染色單體分離，移向兩極。（4）末期染色單體到達兩極并去凝縮，重新出現(xiàn)染色質(zhì)絲和核仁；核膜重組裝；高爾基體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成。（5）胞質(zhì)分裂

有絲分裂后期赤道板形成分裂溝；微絲構成收縮環(huán)動物細胞的胞質(zhì)分裂植物細胞的胞質(zhì)分裂細胞內(nèi)形成新的細胞膜和細胞壁而將細胞分開有絲分裂（6）細菌細胞分裂—

二分裂3、減數(shù)分裂（meiosis）

細胞進行一次DNA復制，隨后進行兩次分裂，染色體數(shù)目減半的一種特殊的有絲分裂。體細胞(雙倍體2n)

生殖細胞(單倍體n)（1）減數(shù)分裂Ⅰ

前期Ⅰ細線期：染色質(zhì)開始形成染色體，偶線期：同源染色體聯(lián)會→二價體(四分體)粗線期：同源染色體片段交換重組雙線期：同源染色體分離，交叉端化終變期：紡錘體形成，核膜、核仁消失。

中期Ⅰ：成對的染色體（四分體）排列在細胞的赤道面上，一對染色體的動粒分別與來自兩極的動粒微管相連。后期Ⅰ：同源染色體分別移向兩極。非同源染色體自由組合。末期Ⅰ：染色體去凝集（或不明顯），形成兩個子細胞。第一次減數(shù)分裂后，染色體數(shù)目減少一半。（2）減數(shù)分裂Ⅱ前期Ⅱ：染色質(zhì)凝集成染色體；核仁消失；核膜破裂；紡錘體出現(xiàn)；染色體逐步移向細胞中央。中期Ⅱ：染色體排列在細胞中央。后期Ⅱ：染色單體（姐妹染色單體）分開，移向細胞兩極。末期Ⅱ：1、子細胞核的出現(xiàn)（染色體變成染色；核膜、核仁出現(xiàn)）

胞質(zhì)分裂（3）減數(shù)分裂和配子發(fā)生（4）減數(shù)分裂特點遺傳物質(zhì)只復制一次，細胞連續(xù)分裂兩次，導致染色體數(shù)目減半。僅存于生殖細胞。S期持續(xù)時間較長同源染色體在減數(shù)分裂期I配對聯(lián)會、基因重組，產(chǎn)生遺傳物質(zhì)多樣性。減數(shù)分裂同源染色體配對排列在中期板上,第一次分裂時,同源染色體分開。4、減數(shù)分裂與有絲分裂比較三、細胞的分化、衰老與死亡細胞在形態(tài)結構、生理功能和蛋白質(zhì)合成等方面發(fā)生穩(wěn)定差異的過程，多細胞有機體由不同類型細胞組成。細胞分化的本質(zhì)是基因組中基因的選擇性表達。人成體有200多種細胞

1.細胞分化細胞的形態(tài)與功能相適應形態(tài)結構發(fā)生差異（1）細胞分化的特征上皮細胞脂肪細胞平滑肌細胞心肌細胞神經(jīng)元細胞

每個細胞均含有一套完整的遺傳信息

每種特定類型細胞只有一部分特定基因表達

細胞分化和發(fā)育是基因選擇性表達的結果

基因組中可表達基因分成兩類持家基因：維持細胞生存所必需的、在各種細胞中都表達的基因組織特異性基因：不同細胞中專一性表達的基因差別基因選擇性表達動物細胞發(fā)生分化后，遺傳表型保持穩(wěn)定，且不可逆人血細胞的分化多能性干細胞T細胞

B細胞嗜酸白細胞嗜堿白細胞中性白細胞巨噬細胞血小板紅細胞表型保持穩(wěn)定細胞決定細胞從分化命運確定到出現(xiàn)特定形態(tài)的過程。在發(fā)生形態(tài)差異之前的一定時間，細胞分化命運已經(jīng)確定果蠅成蟲盤去（脫）分化與轉(zhuǎn)分化某些條件下，分化細胞基因表達模式發(fā)生可逆變化，又回到未分化狀態(tài)，如：植物的愈傷組織。細胞失去分化后，再分化成另一種細胞的現(xiàn)象。如：蠑螈肢體再生時，脫分化的肌細胞可生出軟骨。（2）細胞分化的發(fā)育潛能細胞分化能力的強弱稱為發(fā)育潛能

全能性

多能性

單能性

分化成熟的動物細胞已失去全能性。不可能發(fā)

育成為完整的動物個體。原因何在？

陸續(xù)出現(xiàn)一些探索動物細胞全能性喪失原因的實驗。

蛙皮膚細胞核移植發(fā)育成蝌蚪爪蟾體細胞克隆：腸上皮細胞核仍保持全能性以上實驗得出的結論：

囊胚階段的細胞乃至成熟的體細胞，其細胞核仍具有全能性——可能發(fā)育成完整個體。

細胞核保持著全套基因組。

看來，關鍵在于細胞質(zhì)。

細胞質(zhì)中有著決定細胞分化全能性的

物質(zhì)，稱為分化決定子。

2、細胞的衰老

衰老是人們永恒的議題，至今仍是一個迷。人體衰老時，身體各部分功能都發(fā)生衰老。身體的衰老是以細胞衰老為基礎的。實驗證明，細胞有著明顯的衰老過程。（1）衰老細胞結構變化細胞核隨分裂次數(shù)增加且增大，核膜呈現(xiàn)內(nèi)折，染色質(zhì)固縮化；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)彌散性分散于核周胞質(zhì)中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)減少；線粒體減少，體積膨脹；膜流動性降低，膜內(nèi)顆粒分布變化；細胞骨架變化，信號傳遞系統(tǒng)變化。（2）細胞衰老的分子機理氧化性損傷學說該理論認為，代謝過程中產(chǎn)生的活性氧基團或分子（reactiveoxygenspecies，ROS）引發(fā)的氧化性損傷的積累，最終導致衰老。

端粒與衰老有人發(fā)現(xiàn)端粒長度確實與衰老有著密切的關系。（3）細胞死亡

細胞壞死

機械損傷、毒物毒害質(zhì)膜、核膜破裂，胞質(zhì)溢出，周圍細胞炎癥。

細胞凋亡

細胞程序性化死亡。（4）細胞凋亡（apoptosis）☆又稱細胞程序化死亡，是一個主動的、由基因決定的自動結束細胞生命的過程，此過程受到嚴格的遺傳機制決定的程序性死亡。個體發(fā)育模式的需要；根據(jù)需要調(diào)節(jié)細胞數(shù)量；保持成體器官的正常體積；更新衰老耗損的細胞。2002年諾貝爾生理醫(yī)學獎【英】悉尼·布雷內(nèi)【英】約翰·蘇爾斯頓【美】羅伯特·霍維茨“程序性細胞死亡”前期Ⅰ

同源染色體重組中期Ⅰ，后期Ⅰ，末期Ⅰ減數(shù)分裂Ⅱback早衰癥是人體衰老中的一種病癥味覺喪失64％腎小球減少44％腎小球過濾率減少31％脊神經(jīng)元減少37％神經(jīng)傳導速度減慢10％腦供