.,細胞增殖和細胞周期,細胞生物教研室邵陽光,.,細胞生長和分裂也稱細胞增殖，是生命活動的重要特征。生長表現在細胞體積的增大。分裂表現在細胞數目的增多。,.,細胞完成生長和分裂的全過程稱為細胞增殖周期，簡稱細胞周期。細胞周期包括細胞分裂的物質準備和細胞分裂兩個相互連續的過程。,.,細胞增殖是生物繁育的基礎。成體生物通過細胞增殖來彌補生命活動過程中的細胞損失。細胞增殖受到嚴密的調控。,.,對細胞增殖和細胞周期的研究具有重要的理論與實踐意義。理論上，如組織和器官的形成。實踐上，腫瘤的治療。,.,第一節細胞分裂是細胞增殖主要方式,1.細胞分裂的概念一個細胞分裂成兩個子代細胞的過程。在真核細胞中通常包括細胞核分裂和緊隨其后的細胞質分裂。,.,.,2.細胞分裂的方式有絲分裂mitosis是體細胞分裂的主要方式無絲分裂amitosis是一種少見的細胞分裂方式減數分裂miosis是發生于生殖細胞成熟階段的細胞分裂方式,.,一、有絲分裂是體細胞分裂的主要方式,有絲分裂是體細胞分裂的主要方式，其特點是細胞通過紡錘體將遺傳物質精確地等分到兩個子細胞中去，以保證細胞在增殖的過程中保持遺傳穩定。有絲分裂可分為前期、中期、后期和末期四個過程。在有絲分裂前是分裂間期(interphase)，包括G1期、S期和G2期，主要進行DNA復制等準備工作。,.,動物細胞有絲分裂過程,.,植物細胞有絲分裂過程,.,(一)有絲分裂的過程,1.前期（prophase）（1）染色質凝集成染色體染色質凝集是細胞進入有絲分裂前期的標志。前期開始時，染色質開始濃縮，由原來的線性染色質，經過進一步螺旋化、折疊和包裝，形成光鏡下可辨的早期染色體結構。,.,早期染色體由兩條棒狀的染色單體并列而成，中間有著絲粒(centromere)相連。著絲粒的外側部附有動粒（kinetochore），動粒是染色體與紡錘體中的動粒微管相連的部位。,.,.,(2)核膜破裂和核仁消失核纖層纖維磷酸化，降解為可溶的核纖層蛋白。核膜失去核纖層的支持，裂解成小泡，分散到胞質中。由于染色體的凝集，核仁中的DNA分別參加到各自所屬的染色體的組裝中，核仁中的RNA和蛋白質分散在細胞質中。,.,(3)分裂極的確定和紡錘體的形成,中心體在間期也進行了復制。前期兩個中心體彼此分開，并分別向兩極移動。,.,中心體具有微管組織中心的作用，其周圍聚集大量的放射狀排列的微管，稱為星體。星體周圍微管可分為三種：極間微管，是兩個星體之間的微管，在赤道附近相互重疊，形成重疊區，重疊區微管之間有動力蛋白。重疊區微管的游離端加長，在動力蛋白的作用下相互滑動，可不斷把星體推向兩極。動粒微管，是從中心體發生并與染色體動粒相連的微管。動粒微管與染色體動粒相連處微管可縮短，將染色單體拉向兩極。,.,星體微管，位于星體周圍，其游離端伸向周圍胞質。由兩端星體、星體微管、極間微管和動粒微管組合形成的紡錘形結構稱為紡錘體或有絲分裂器。,.,.,組成：中心粒(一對)、無定形基質。周期變化：在間期（S期）完成復制，在前期移向兩極，參與形成紡錘體。功能：生成星體周圍微管。,中心體centrosome,.,中心體周期,.,中心體周期,.,2.中期（metaphase）,前期動畫,所有染色體排列在赤道板上，標志中期的開始。紡錘體呈典型的紡錘樣。位于染色體兩側的動粒微管長度相等，作用力均衡。,.,紡錘體,.,紡錘體和中期染色體,.,中期染色體,.,中期染色體,.,中期染色體,中期動畫,.,3.后期（anaphase）,標志：兩個染色單體完全分開，向兩極移動。當染色單體到達兩極，標志后期結束。,.,在后期A，動粒微管變短，兩個染色單體向兩極運動。在后期B，極間微管長度增加，紡錘體兩極之間的距離逐漸拉長。,后期動畫,后期可分為兩個連續的階段：后期A和后期B。,.,4.末期(telophase),染色單體到達紡錘體兩極即進入末期。主要標志是兩個子細胞核的形成和胞質分裂。主要形態學變化：（1）染色體的解聚和細胞核的重新形成染色單體開始去濃縮，在每個染色單體的周圍核膜開始重建，核孔復合體、Golgi體和ER重新形成。另外，核仁也重新形成。至此，有絲分裂的細胞核分裂過程已經完成。,.,（2）胞質分裂最后將細胞分成兩個子細胞,胞質分裂開始于細胞分裂的后期，完成于細胞分裂的末期。胞質分裂開始時，在赤道板周圍細胞膜及相應的胞質開始下陷，形成環形縊縮，稱為分裂溝(furrow)。分裂溝逐漸加深，直至兩個子代細胞完全分開。,.,胞質分裂溝,.,肌動蛋白和肌球蛋白參與了分裂溝的形成和整個胞質分裂過程。大量的肌動蛋白和肌球蛋白裝配形成微絲束，環繞細胞，稱為收縮環(contractilering)。收縮環收縮，分裂溝加深，直至兩個子細胞相互分離。,.,收縮環,.,收縮環,.,胞質分裂,.,胞質分裂(cytokinesis),胞質分裂可簡單歸納為4個步驟：分裂溝位置確定、肌動蛋白聚集和收縮環形成、收縮環收縮、收縮環處細胞膜融合形成兩個子細胞。,.,有絲分裂包括核分裂、胞質分裂。三個最重要的特征：染色質凝集紡錘體出現收縮環出現,有絲分裂全過程動畫,.,染色體準確等分機制,紡錘體產生的合力-決定染色體運動的方向1.極間微管重疊區微管之間相互滑動對兩極星體產生的推力。2.動粒微管與染色體動粒之間的相互作用對染色體產生拉力。3.星體微管與細胞膜之間相互作用使星體穩定在細胞兩極的作用力。4.兩條姐妹染色單體在著絲粒處形成的粘著力。姐妹染色單體分開是染色體向兩極運動的重要條件動粒與微管的連接處是染色體向兩極運動的重要作用點微管動力蛋白是染色體運動的動力,.,二、減數分裂,概念：減數分裂是細胞僅進行一次DNA復制，隨后進行兩次分裂，染色體數目減半的一種特殊的有絲分裂。減數分裂主要是生殖細胞的分裂方式。,.,減數分裂的意義：保證染色體數目穩定；物種適應環境變化不斷進化。通過受精作用，恢復二倍體。同源染色體間發生交換，使配子多樣化，增加了后代的適應性。,.,減數分裂特點,遺傳物質只復制一次，細胞連續分裂兩次，導致染色體數目減半S期持續時間較長減數分裂的第一次分裂主要標志是同源染色體的分開，第二次分裂是姐妹染色單體分開。同源染色體在減數分裂期I(MeiosisI)配對聯會、基因重組,.,(一)減數分裂I同源染色體分開,前期I-染色質凝集，同源染色體間片段交換細線期偶線期粗線期雙線期終變期中期I染色體排列在赤道面上后期I染色體分離向兩極運動末期I及間期染色體到達兩極,.,(二)減數分裂II,與有絲分裂過程類似不發生DNA復制子細胞中，有23條以單體為單位的染色體，DNA含量為n,.,.,.,三、無絲分裂,在低等動物中較常見，而在哺乳動物和人中少見。也進行DNA復制，但染色質不凝集。主要是細胞核拉長，中間變窄成核頸，最后形成啞鈴狀，核頸進一步變細，最后斷開形成兩個子核。細胞膜和細胞質在中間形成環狀縊縮，最后斷開形成兩個子細胞。無絲分裂不能將遺傳物質等分給子細胞。,.,第二節細胞周期為細胞有絲分裂所經歷的過程,一、細胞周期的概念,細胞周期，又稱細胞生命周期或細胞增殖周期，是指細胞從上一次有絲分裂結束到下一次有絲分裂結束所經歷的過程。,.,哺乳動物細胞標準的細胞周期包括G1期，S期，G2期，M期。細胞沿著G1SG2MG1周期性運轉，其中S期進行DNA的合成，又稱DNA合成期；M期即有絲分裂期。,（一）細胞周期時相組成,.,.,（二）細胞周期研究方法,細胞周期時間測定基本原理是選擇細胞周期中有變化規律的物質作標記，通過觀察這些標記物在細胞周期中的變化，間接計算細胞周期各時相的時間。（1）3H-TdR（胸腺嘧啶核苷）標記的有絲分裂標記法,.,流式細胞分選儀測定通常與細胞同步化方法相結合，監測細胞DNA含量在不同時間的變化，從而確定細胞周期時間的長短。,.,2.細胞同步化,概念：細胞周期同步化是指自然發生或人工造成的使細胞群體處于同一細胞周期時相的過程。(cellsynchronization),.,同步化方法：（1）選擇性細胞同步化如震蕩法（有絲分裂搖落法）收集M期細胞（2）化學法利用化學藥物，將細胞阻斷在細胞周期的某一時相，使細胞同步化。,.,.,（三）細胞在體內的增殖特性,根據增殖特點，細胞分三類：（1）Go期細胞(休眠細胞)一般情況下不增殖，當受到損傷后，又重新進入細胞周期，如肝細胞、血管內皮細胞等。（2）終末分化細胞完全失去了增殖能力，如成人心肌細胞、神經細胞等。（3）連續不斷分裂的細胞主要包括造血干細胞、皮膚的表皮細胞、消化道、陰道上皮等。,.,二、細胞周期各時相的細胞形態和分子事件,一是在G1期、S期和G2期發生DNA遺傳物質的復制和整個細胞結構組分的加倍，主要表現為分子水平上的變化；二是在M期發生的DNA遺傳物質精確地等分到兩個子細胞中，主要表現為形態學上的變化。,.,G1期是細胞生長和DNA合成準備期G1期分為G1早期和G1晚期，兩期之間有一個限制點，是細胞在G1期的重要調控點。G1期早期的主要內容是細胞生長，有的細胞會長期停留在此期