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安辰整理细胞增殖和细胞周期细胞增殖和细胞周期细胞增殖cellproliferation增殖细胞通过分裂的方式在空间上不断增加群体数量,在时间上通过遗传延续后代,使细胞在自然界中得以进化和发展,即增加数量,延续后代第一节、细胞分裂celldivision
一、有丝分裂(M期)概念细胞通过有丝分裂器(纺锤体)将遗传物质精确地等分到两个子细胞中去,以保证细胞在增殖过程中保持遗传稳定
1、期进入分裂期,中心体一分为二,向两极移动,纺锤体形成核膨大、核膜、核仁消失,染色体开始形成1)染色质凝集成染色体即染色体变短、变粗,中间有着丝粒相连,外侧有动粒2)核膜破裂核仁消失核内膜下的核纤层纤维Pr磷酸化,降低为可溶性核纤层PrA、B、C(A与C为同一编码基因的不同加工产物,故为一个类型即A,A型只存在于细胞分化中,对细胞向特异性分化起作用,B型则存在于所有体细胞)核膜失去支撑,裂解成小泡的核膜与核纤层PrB相连,分散到细胞质中同时由于染色体凝集,核仁中的DNA分别参加到染色体的组装,核仁RNA、Pr分散到细胞质中,核消失3)、纺锤体的形成在分裂前期末出现一种纺锤样的细胞器,由星体微管、极间微管、动粒微管纵向排列组成星体微管在前期开始,细胞中的一对中心粒已复制为两对(中心粒具有微管组织中心的作用,即MTOC),每对中心粒周围出现放射状星体微管,由此构成两个星体,并位于核膜附近极间微管两对中心粒之间也有微管形成,这些微管由纺锤体的一极通向另一极,故称“极间微管”(也称重叠微管)极间微管的特点极间微管不连续,而是由来自两极的微管在纺锤体赤道面彼此重叠,侧面相连构成粒微管前期末,核膜破裂,纺锤体发出的微管进入核中,其A端附着在动粒上,即“动粒微管”微管的作用与原理星体微管,极间微管是通过远离中心粒的一端(A端)加入微管Pr聚体,使微管延长,从而推动中心粒移向细胞两极,而动粒微管则是靠近中心粒一端(D端)加入微管Pr二聚体来使微客延长染色体在纺锤体微管的牵引下,剧烈旋转运动,逐渐移向细胞中央赤道面上前期小结染色质凝集成染色体;核膜破裂和核仁消失;纺缍体的形成
2、中期染色体纵裂为二,即两条姐妹染色单体,并在着丝点处相连,此时染色体排列在细胞赤道面上
3、后期着丝粒一分为二,两条姐妹染色单体分开,并向细胞两极迁移
4、末期染色全解螺旋,变为染色质分散在胞质中的核膜小泡在核纤层PrB的聚合作用下,开始向染色体表面集聚,每条染色体周围的小泡重新聚合在一起形成新的核膜由于染色体解聚核仁组织者(DNA)开始形成新的核仁胞质分裂在细胞赤道面形成环形胞质分裂沟,并不断加深,最后完全断开,分裂成两个子细胞有丝分裂的机制
1、纺锤体是染色体分离和移动的主要动因,染色体移动取决纺锤体产生的四种作用力1)极间微管区域在动力Pr(微管Pr)的作用下,互相滑动对两极星体产生推动2)动粒微管(+)末端方向的组装和去组装,对染色体动粒产生拉力3)星体微管与细胞膜之间互相作用,使星体稳定在细胞的两极的作用力4)两条姐妹染色单体在着丝粒处和臂间的染色体粘着Pr形成的粘着力极间微管的拉力与着丝粒处染色体粘着Pr的粘着力处于平衡状态使染色体稳定在赤道面上
2、姐妹染色体分离染色体粘着Pr在染色体凝集和分离中起重要作粘着Pr的两端与DNA相连,Pr分子变构可使DNA螺旋化,如果S期不能合成粘着蛋白,M期染色体的凝集就不能完成,染色体就不能分开
3、动粒与微管的连接处是染色体向两极移动的作用点主要是驱动蛋白、动力Pr以及动力微管,动力微管的(+)末端组装和去组装,可牵动单体向细胞赤道面或两极运动染色体在分裂后期向两极的运动主要是动粒微管的动粒端部(+)去组装的结果动粒微管在染色体运动中,本身不能提供动力,但可作为转道,动力微管上的驱动蛋、动力Pr起作用驱动Pr→“+”末端动力Pr→“-”末端
4、微管动力Pr是染色体运动的动力细胞内的微管依功能分为间期微管和动力微管纺锤体微管主要是动力微管,这种微管的组装、去组装有一定的极性和方向,组装快的为(+)末端,慢的为(-)末端在末期telophase动粒微管消失、极性微管继续加长、核膜、核仁重新装配、染色体解聚、胞质分裂有丝分裂的异常情况
1、胞质不分裂形成多核
2、染色体不分开或核内复制形成多倍体
3、姐妹染色体单体不分离
4、染色体反复复制但不分离造成多倍巨大染色体
5、体细胞减数分裂形成单倍体细胞
6、出现多个中心体,形成多极核分裂
二、生殖C的减数分裂(Meiosis)
1、概念指有性生殖的生物在配子发生过程中DNA的、一次复制和两次核分裂,通过这一过程由双倍体C产生单倍体C
2、过程1)第一次减数分裂前期Ⅰ从形态上又分为五个时期
①细线期染色体细长如丝
②偶线期同源染色体联会配对同源染色体指一个细胞里形状、结构相同,一条来自父方、一条来母方,上面具有相同基因(等位基因)的一对染色体
③粗线期染色体浓缩变短、变粗,每条染色体由两条单体组成(二分体),中间有着弱丝点,非姊妹染色体发生片断交换;交换一定要发生在非姊妹染色体之间才有生物学意义
④双线期同源染色体之间互相排斥而趋于分开,只是在交叉部位仍连在一起
⑤终变期染色体浓缩变短、变粗螺旋化达到最高度,核膜、核仁开始消失,染色体开始向赤道移动,纺锤体开始形成中期Ⅰ染色体排列在赤道板上,纺锤体形成,同源染色体的着丝点逐渐远离,着丝点没分裂后期Ⅰ纺锤体收缩,两条同源染色体分开分别移向两极,同源染色体数目减半末期Ⅰ核膜、核仁重新形成,接着进行胞质分裂,成为两个子细胞,染色体解螺旋,又变成细丝状第一次减数分裂结束,由于同源染色体分到了两个子细胞,所以染色体数目减半,这是减数分裂的核心2)第二次减数分裂前期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ
3、两次减数分裂比较第一次减数分裂即23对同源染色体分别进入两个子C(数目减半)第二次减数分裂每个子C只有23条单体(实质上是有丝分裂)
4、减数分裂的生物学意义1)、遗传物质在数量上的恒定,保持了物种的相对稳定2)、减数分裂过程中,同源染色体的彼此分离,每个生殖C只能得到同源染色体的一条,这正是等位基因彼此分离的细胞学基础等位基因在同源Chr上位置相同、控制相同性状的一对基因,称“等位基因”3)、非同源Chr在减数分裂过程中随机组合,然后进入同一个生殖C,这一点正是非等位基因自由组合的细胞学基础4)、减数分裂过程中,姊妹Chr发生片段交换,这一点正是基因互换的细胞学基础
(一)配子的发生配子指单倍体的生殖细胞
一、精子的发生与形成
1、发生精子发生于雄性动物睾丸曲细精管的上皮C,在附睾中成熟,最后形成具有一定生殖功能的精C
2、形成精原C初初级精母细胞2个次级精母C(单倍体)产生4个精C精子二卵子的发生
1、发生卵子发生于卵巢的生发上皮成熟于卵巢
2、形成与精子形成过程相似即卵原C→初级卵母C双倍体→极体→次极卵母C因此,一个卵原C通过减数分裂后可产生一个卵C,三个极体,而一个精原C通减数分裂可产生4个精C极体指卵C在经过两次很不均等分裂(核分裂是均等的)产生四个大小悬殊的子细胞,其中大的是卵C,三个小的成为废物,固依附在卵子的动物极,故称“极体”,分为第一和第二极体动物极含原生质较多,卵裂较快,形成胚胎;植物极含卵黄多,分裂慢
3、卵子发生的特点1)卵原C的增殖是在胚胎期的卵巢中进行的,出生后的卵原C逐渐退化,仅有少量稳定下来,性成熟后,每月有一个成熟卵泡排放,所以人的一生大约只有400个左右的初级卵C得到发育2)女性初级卵母C的成熟分裂是在胚胎期3个月左右就已开始,5-6月后进入第一次减数分裂前期,出生前后才到终变期,以后即停止于此,直到卵前,第一次减数分裂才完成3)第二次减数分裂必须在精子的穿入的刺激下才能完成如果排出的卵子24小时中间不能与精子相遇而受精,那么即行退化细胞周期从上一次细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束的整个过程;物质积累期(间期或静止期)、细胞分裂期有丝分裂期
一、细胞周期分期间期G1DNA合成前期或准备期S DNA合成期G2DNA合成后期或有丝分裂准备期丝裂期(M期)前、中、后、末不同增殖状况细胞的类型静止期细胞(quiescentcell)、G0期细胞/暂不分裂细胞、淋巴细胞等、周期中细胞(cyclingcell)、连续分裂细胞/可育细胞、终末分化细胞
(一)、G1期细胞表面有泡状物,染色质去凝集;蛋白质、糖类、脂质等开始合成
1、主要特征
①、RNA及蛋白质合成,细胞体积显著增大,RNA聚合酶活性升高,三种RNA不断产生,蛋白质合成量迅速增加,主要是S期DNA复制的各种酶类
②、细胞一旦完成G1期,即能完成全部细胞周期
③、细胞中发生了多种蛋白质的磷酸化,主要是组蛋白、非组蛋白的磷酸化,从而促进G1晚期染色体结构成分的重排,G1期蛋白激酶的磷酸化大多发生于其丝酪氨酸部位
④、G1期细胞膜对物质的转运作用加强,保证了G1期中进行的大量生化合成有充足的原料
⑤、G1期中胆固醇合成迅速增加,如抑制胆固醇合成会抑制细胞进入S期
2、G1细胞的类型
①、增殖细胞群这类细胞属连续不断增殖细胞,代谢旺盛,有增殖能力,对药物反应敏感,如造血干细胞、皮肤表皮细胞、消化道粘膜细胞、骨髓细胞等
②、暂不增殖细胞群主要是G0细胞这类细胞长期停留在G1期早期(G0期),一般情况下不增殖,代谢不旺盛,但有增殖能力,对药物反应不敏感这类细胞当受到损伤和刺激后,需要补充时,又重新进入细胞周期,恢复增殖能,如成纤维细胞、平滑肌细胞、肝、肾、胰、前列腺、乳腺上皮、血管内皮细胞等这类细胞在G1期合成具有特殊功能的RNA、Pr,使细胞发生结构和功能分化,随后代谢活性降低,较长时间停留在G1期而不超过R点(G1细胞RNA合成含量阈值),这一时期也是G1早期,细胞几乎近处于“静息状态”
③、不育细胞群(终末分化细胞)代谢不旺盛,完全失去增殖能力,如角质细胞、人心肌细胞、N细胞,这类细胞长期处于G1期直至衰老死亡
3、G1期的分期
①、G1期早期(又称G0细胞)合成细胞在G1所特具的RNA和Pr、脂类等,因此主要是细胞生长期,细胞需要大量的RNA、Pr和脂类以及糖类,以形成大量的细胞器和其他细胞结构,使细胞体积、表面积、核质得以按比例增加G1期是细胞周期中时间变化最大的时期,从数小时到数年G0期细胞长期停留在G1期早期(G0期即细胞“静息状态”)的细胞称G0期细胞这类细胞执行其分泌功能Pr、酶、激素以及各类细胞因子的功能,如前所述“暂不增殖细胞群”即为G0期细胞
②、G1期晚期合成DNA复制所需要的若干前体物质,即获得DNA复制的必需的条件,如各种脱氧核苷酸、DNA聚合酶、解旋酶等
(二)S期主要特征
1、细胞表面光滑,小泡和微绒毛明显减少,中心体在此期完成复制
2、DNA复制是S期主要特征因此合成DNA所需的酶类如DNA聚合酶、DNA连接酶等含量和活性显著增高染色质复制通常是常染色质先复制,异染色质后复制,如人类女性细胞中钝化的X染色体复制发生于其他染色体复制完成以后
3、合成组蛋白和非组蛋白S期的主要特征组蛋白合成与DNA复制同步进行,细胞质中组蛋白大量增加,新合成的组蛋白迅速进入胞核,与已复制的DNA结合,组装成核小体,进而形成具有两条单体的染色体,当DNA复制在S期末完成,组蛋白mRNA也在短时间内降解
4、组蛋白持续磷酸化也发生于S期是继G1期丝氨酸磷酸化后,在S期H1上另外两个丝氨酸发生的磷酸化,而H2A的磷酸化则贯穿于整个细胞周期
(三)、G2期主要特征
1、细胞表面许多微绒毛,合成一定数量的蛋白质和RNA
2、此期大量合成RNA、ATP及一些与M期结构功能相关的蛋白质,如M期纺锤体微管形成的微管蛋白,在此期合成达到高峰
3、此期对药物反应敏感,故此期用药物治疗肿瘤有一定的效果总结整个周期,DNA得到一次复制,即染色体倍增(从分子水平看,也就是DNA在S期得到复制),为进入分裂期打下基础,DNA合成完毕,必须进行一系列组装过程,才能形成染色体复制后的DNA,平均分配到两个子细胞中去,即分裂期实际上是把已经复制好的DNA平均分配到两个细胞中去的过程
(四)、M期细胞分裂期,细胞呈球状,表面有微绒毛细胞周期分析方法:标记有丝分裂百分数法、流式细胞仪测定法成熟促进因子maturationpromotingfactor,MPF存在于M期细胞中能促进染色体凝聚和细胞分裂的物质MPF是由cyclin和CDC基因编码的依赖于cyclin的蛋白激酶cyclin-dependentkinase,CDK,CDK蛋白激酶以磷酸化的形式直接作用于细胞周期CDK抑制因子(CDK inhibitor,CKI)不同的周期蛋白与不同的CDK结合,调节不同的CDK激酶的活性注调节相关问题课件上未做详细说明,只在图片中提到可有G
1、G1/S的调节、S期的调节、G2/M期的调节、M期的调节,另外还涉及限制点/检验点的问题,有兴趣的同学请翻阅教材或查阅相关资料要点掌握概念细胞周期、减数分裂、周期素、MPF、CDK掌握有丝分裂的过程及其意义掌握减数分裂与有丝分裂的区别掌握细胞周期的分期及各期的主要形态熟悉细胞周期的调控机制有丝分裂垂体促性腺激素第一次减数分裂同源chr分离,数目减半第二次减裂着丝粒染色体分开变态-1-共4页。