第十章細胞生長、分化和細胞周期1

1、Medical Genetics Department, WHU主講：羅大極主講：羅大極 副教授副教授醫(yī)學遺傳學系醫(yī)學遺傳學系Medical Genetics Department, WHUDr. Luo DajiMedical Genetics Department, WHUDr. Luo DajiMedical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 細胞增殖細胞增殖是有機體生命活動的重要特征，是通是有機體生命活動的重要特征，是通過細胞的生長和分裂使細胞數(shù)目增加的過程。過細胞的生長和分裂使細胞數(shù)目增加的過程。生物學意義：生物學意義：1. 細胞增殖是一切生物

2、機體建立的基礎。細胞增殖是一切生物機體建立的基礎。2. 通過細胞增殖產(chǎn)生新的細胞，補充生命活動過通過細胞增殖產(chǎn)生新的細胞，補充生命活動過程中衰老或損傷的細胞。程中衰老或損傷的細胞。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 一一、 無絲分裂無絲分裂 (amitosis) 無絲分裂無絲分裂是最早發(fā)現(xiàn)的一種細胞分裂方式，早在是最早發(fā)現(xiàn)的一種細胞分裂方式，早在1841年年德德馬克馬克(R.Remak)于于雞胚血球細胞雞胚血球細胞中發(fā)現(xiàn)。中發(fā)現(xiàn)。在無絲分裂中，在無絲分裂中，核仁、核膜都不消失，沒有染色體的出現(xiàn)，在細胞質(zhì)中也不核仁、核膜都不消失，沒有染色體的

3、出現(xiàn)，在細胞質(zhì)中也不形成形成紡錘體。紡錘體。但進行無絲分裂的細胞但進行無絲分裂的細胞，染色質(zhì)也染色質(zhì)也要進行復制要進行復制，且，且細胞要細胞要增大；當增大；當細胞核體積增大一倍時，細胞就發(fā)生細胞核體積增大一倍時，細胞就發(fā)生分分裂；至于裂；至于核中的遺傳物質(zhì)核中的遺傳物質(zhì)DNA時如何分配到子細胞時如何分配到子細胞中，中，還有還有待進一步研究待進一步研究。第一節(jié) 細胞分裂Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 無絲分裂是最簡單的分裂方式。過去認為無絲分裂主要無絲分裂是最簡單的分裂方式。過去認為無絲分裂主要見于低等生物和高等生物體內(nèi)的衰老或病態(tài)細胞中

4、，但后來見于低等生物和高等生物體內(nèi)的衰老或病態(tài)細胞中，但后來發(fā)現(xiàn)在動物和植物的正常組織中也比較普遍地存在。發(fā)現(xiàn)在動物和植物的正常組織中也比較普遍地存在。無絲分無絲分裂裂在在高等生物高等生物中主要是中主要是高度分化的細胞高度分化的細胞，在動物的上皮組織，在動物的上皮組織、疏松結(jié)締組織、肌肉組織和肝組織中；在植物各器官的表、疏松結(jié)締組織、肌肉組織和肝組織中；在植物各器官的表皮、生長點和胚乳等細胞中，都有無絲分裂現(xiàn)象。皮、生長點和胚乳等細胞中，都有無絲分裂現(xiàn)象。蛙成熟紅細胞的無絲分裂蛙成熟紅細胞的無絲分裂棉花胚乳細胞的無絲分裂棉花胚乳細胞的無絲分裂Medical Genetics Departmen

5、t, WHUDr. Luo Daji二、二、 有絲分裂有絲分裂 (mitosis) 高等真核生物細胞分裂的主要方式。在有絲分裂的高等真核生物細胞分裂的主要方式。在有絲分裂的過程中，當細胞核發(fā)生一系列復雜的變化后，細胞通過過程中，當細胞核發(fā)生一系列復雜的變化后，細胞通過形成形成有絲分裂器有絲分裂器(中心粒，星體和紡錘體等中心粒，星體和紡錘體等)，將遺傳物質(zhì)，將遺傳物質(zhì)平均分配到兩個子細胞中，從而保證了細胞在遺傳上的平均分配到兩個子細胞中，從而保證了細胞在遺傳上的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji有絲分裂期有絲分裂期(M)Med

6、ical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji細胞的有絲分裂過程細胞的有絲分裂過程l分裂間期分裂間期l分裂期分裂期G1期期S期期G2期期前期前期中期中期后期后期末期末期Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 間期間期：在光學顯微鏡下，只看到均勻一致的細胞：在光學顯微鏡下，只看到均勻一致的細胞核及許多的絲狀核及許多的絲狀染色質(zhì)染色質(zhì)。實質(zhì)上。實質(zhì)上間期的核間期的核是處于是處于高高度活躍的生理生化代謝階段度活躍的生理生化代謝階段，為細胞分裂準備條件。，為細胞分裂準備條件。 高等植物有絲分裂主要發(fā)生在高等植物有絲分

7、裂主要發(fā)生在根尖根尖、莖生長點莖生長點、幼幼葉葉等部位的分生組織。根尖取材容易，操作和鑒定等部位的分生組織。根尖取材容易，操作和鑒定方便，故一般采用根尖作為觀察有絲分裂的材料。方便，故一般采用根尖作為觀察有絲分裂的材料。 Medical Genetics Department, WHUDr. Luo DajiG1期期-DNA復制前期，主復制前期，主要進行要進行RNA合成和蛋白質(zhì)合合成和蛋白質(zhì)合成，為染色體復制做準備。成，為染色體復制做準備。S期期 -DNA復制期，完成復制期，完成DNA復制。復制。G2期期-DNA復制后期，主復制后期，主要進行要進行RNA合成和蛋白質(zhì)合合成和蛋白質(zhì)合成，為紡錘絲

8、的形成做準備。成，為紡錘絲的形成做準備。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji(一一)有絲分裂前期有絲分裂前期 1. 染色體形成染色體形成 H1組蛋白磷酸化誘導染色質(zhì)凝集，逐步螺旋化轉(zhuǎn)變成組蛋白磷酸化誘導染色質(zhì)凝集，逐步螺旋化轉(zhuǎn)變成染色體。染色體。 2. 核仁、核膜消失核仁、核膜消失 核仁消失是由于核仁相隨染色質(zhì)發(fā)生凝集；核膜消失主核仁消失是由于核仁相隨染色質(zhì)發(fā)生凝集；核膜消失主要是核纖層蛋白磷酸化繼而核纖層解聚，導致核膜破裂。要是核纖層蛋白磷酸化繼而核纖層解聚，導致核膜破裂。Medical Genetics Department, WHUDr

9、. Luo Daji3. 有絲分裂器的初步形成有絲分裂器的初步形成 動物細胞中心體在動物細胞中心體在S期復制形成二對中心體逐漸移向細期復制形成二對中心體逐漸移向細胞兩極，移到兩極后同時組織紡錘體和星體。胞兩極，移到兩極后同時組織紡錘體和星體。4. 染色體染色體向赤道面的運動向赤道面的運動 染色體的主縊痕處形成著絲粒染色體的主縊痕處形成著絲粒，著絲粒周圍有蛋白質(zhì)性質(zhì)的盤，著絲粒周圍有蛋白質(zhì)性質(zhì)的盤狀結(jié)構(gòu)叫狀結(jié)構(gòu)叫著絲點著絲點( (動粒動粒) )，其上有，其上有微管附著，與染色體移動有關。微管附著，與染色體移動有關。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo D

10、aji(二二)有絲分裂中期有絲分裂中期 染色體達到最大程度的凝集并排列在細胞中央的赤道染色體達到最大程度的凝集并排列在細胞中央的赤道面上，構(gòu)成赤道板。面上，構(gòu)成赤道板。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 有絲分裂器有絲分裂器 (mitotic apparatus) 有絲分裂器有絲分裂器指分裂期的染色體、紡錘體，中心體和星體等指分裂期的染色體、紡錘體，中心體和星體等參與細胞分裂的細胞器的總稱；是從中心粒形成的各種微管參與細胞分裂的細胞器的總稱；是從中心粒形成的各種微管, 包包括動粒微管、極性微管、星體微管等，功能是將攜帶遺傳物質(zhì)括動粒微管、極

11、性微管、星體微管等，功能是將攜帶遺傳物質(zhì)的染色體均等分配到兩個子細胞。的染色體均等分配到兩個子細胞。 星體星體(星絲星絲)是指圍繞中心體向外輻射狀發(fā)射的微管。是指圍繞中心體向外輻射狀發(fā)射的微管。 紡錘體紡錘體(紡錘絲紡錘絲)是一種與細胞分裂和染色體運動直接相關的是一種與細胞分裂和染色體運動直接相關的一種臨時性細胞器，主要由微管及其結(jié)合蛋白構(gòu)成。一種臨時性細胞器，主要由微管及其結(jié)合蛋白構(gòu)成。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji(三三)有絲分裂后期有絲分裂后期 著絲粒著絲?？v裂縱裂，姐妹染色單體姐妹染色單體分開并分別向兩極移動。分開并分別向兩極移

12、動。 Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 染色體的向極運動是由紡錘體微管的兩個獨立染色體的向極運動是由紡錘體微管的兩個獨立運動（后期運動（后期A和后期和后期B）過程完成的。）過程完成的。 后期后期A是染色體向極靠近；是染色體向極靠近； 后期后期B是紡錘體兩極拉開。是紡錘體兩極拉開。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji(四四)有絲分裂有絲分裂末期末期 1 1 子細胞核的出現(xiàn)子細胞核的出現(xiàn) 2 2 胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂 Medical Genetics Department, WHUDr. Luo

13、 Daji細胞類型紡錘體中央?yún)^(qū)域胞質(zhì)分裂結(jié)構(gòu)動物細胞中體收縮環(huán)植物細胞成膜體細胞板Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji有絲分裂前期有絲分裂前期中期中期后期后期末期末期馬蛔蟲橫切面馬蛔蟲橫切面40XMedical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 是是生物在性細胞成熟時配子形成過程中發(fā)生的生物在性細胞成熟時配子形成過程中發(fā)生的一種特殊的有絲分裂一種特殊的有絲分裂. .它包括連續(xù)兩次的細胞分裂階它包括連續(xù)兩次的細胞分裂階段段: :第第一次分裂為染色體數(shù)目的一次分裂為染色體數(shù)目的減數(shù)分減數(shù)分裂裂；第第二次分裂

14、為染色體數(shù)目的二次分裂為染色體數(shù)目的等數(shù)分裂等數(shù)分裂。 在在減數(shù)分裂的整個過程中，減數(shù)分裂的整個過程中，同源染色體同源染色體之間發(fā)之間發(fā)生生聯(lián)會聯(lián)會、交換交換、分離分離，非同源染色體非同源染色體之間進行之間進行自由自由組組合合。最最終分裂為染色體數(shù)目減半的的四個子細終分裂為染色體數(shù)目減半的的四個子細胞胞, ,進而進而 發(fā)發(fā)育為雌性或雄性配育為雌性或雄性配子子(n) 。由于不同雌雄配由于不同雌雄配子染色體的重新組合，產(chǎn)生了大量的遺傳變異，有子染色體的重新組合，產(chǎn)生了大量的遺傳變異，有利于生物的適應和進化。利于生物的適應和進化。 三、減數(shù)分裂三、減數(shù)分裂 (meiosis)Medical Gene

15、tics Department, WHUDr. Luo Daji 前間期（前間期（DNA復制）復制） 細線期細線期 偶線期偶線期 前期前期 粗線期粗線期 雙線期雙線期 分裂分裂 中期中期 終變期終變期 減數(shù)分裂減數(shù)分裂 后期后期 末期末期 間期（間期（DNA不復制）不復制） 前期前期 分裂分裂 中期中期 后期后期 末期末期 Medical Genetics Department, WHUDr. Luo DajiMedical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji蝗蟲精巢橫切蝗蟲精巢橫切 40X蝗蟲精巢橫切蝗蟲精巢橫切 400XMedical Genetics

16、 Department, WHUDr. Luo Daji前期前期可分為：可分為：1）細線期細線期：2）偶線期偶線期：3）粗線期粗線期：4）雙線期雙線期：5）終變期終變期：第一次分裂第一次分裂Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji1）細線期細線期：核內(nèi)染色體呈細長線狀，互相纏繞，難以辨別：核內(nèi)染色體呈細長線狀，互相纏繞，難以辨別成雙的染色體。成雙的染色體。 第一次分裂第一次分裂Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 2）偶線期偶線期：同源染色體相互縱向靠攏配對，稱為：同源染色體相互縱向靠攏配對，稱

17、為聯(lián)會聯(lián)會。這。這樣聯(lián)會了的一對同源染色體，稱為二價體。偶線期所表現(xiàn)的樣聯(lián)會了的一對同源染色體，稱為二價體。偶線期所表現(xiàn)的這一特征的時間很短，一般難以觀察到。這一特征的時間很短，一般難以觀察到。 1956年年Moses用電鏡觀察喇蛄精母細胞時發(fā)現(xiàn)了用電鏡觀察喇蛄精母細胞時發(fā)現(xiàn)了聯(lián)會復聯(lián)會復合體合體。聯(lián)會復合體是同源染色體之間在減數(shù)分裂前期聯(lián)會時。聯(lián)會復合體是同源染色體之間在減數(shù)分裂前期聯(lián)會時所形成的一種臨時性結(jié)構(gòu)。所形成的一種臨時性結(jié)構(gòu)。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 同源染色體的配對同源染色體的配對是減數(shù)分裂的核心問題。由于有是減數(shù)分

18、裂的核心問題。由于有了聯(lián)會配對，才可能有同源染色體之間的遺傳物質(zhì)的重組了聯(lián)會配對，才可能有同源染色體之間的遺傳物質(zhì)的重組和同源染色體的準確分開。和同源染色體的準確分開。 Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji3）粗線期粗線期：配對后的染色體逐漸縮短變粗，含有兩條姐妹：配對后的染色體逐漸縮短變粗，含有兩條姐妹染色單體，這樣一個染色單體，這樣一個二價體二價體包含了四條染色單體，故又稱為包含了四條染色單體，故又稱為四分體四分體。在此期間各同源染色體的。在此期間各同源染色體的非姐妹染色單體間可能發(fā)非姐妹染色單體間可能發(fā)生片段交換生片段交換。 Medic

19、al Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 配對以后兩條同源染色體緊密結(jié)合在一起所形成的復合配對以后兩條同源染色體緊密結(jié)合在一起所形成的復合結(jié)構(gòu)稱為結(jié)構(gòu)稱為二價體二價體。由于每個二價體由兩條染色體構(gòu)成，共含。由于每個二價體由兩條染色體構(gòu)成，共含有四條染色單體，因而又稱為有四條染色單體，因而又稱為四分體四分體。 Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji4）雙線期雙線期：各對同源染色體開始分開，由于在粗線期非姐：各對同源染色體開始分開，由于在粗線期非姐妹染色單體之間發(fā)生了交換，因而同源染色體在一定區(qū)段間妹染色單體之

20、間發(fā)生了交換，因而同源染色體在一定區(qū)段間出現(xiàn)交叉，出現(xiàn)交叉，此期可清楚地觀察到交叉現(xiàn)象此期可清楚地觀察到交叉現(xiàn)象。 Medical Genetics Department, WHUDr. Luo DajiMedical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 5）終變期終變期：染色體更為濃縮粗短，交叉結(jié)向二價體的兩端：染色體更為濃縮粗短，交叉結(jié)向二價體的兩端移動，核仁和核膜開始消失。此時各二價體分散在核內(nèi)，移動，核仁和核膜開始消失。此時各二價體分散在核內(nèi)，適適于計數(shù)染色體的數(shù)目于計數(shù)染色體的數(shù)目。 Medical Genetics Department, WH

21、UDr. Luo Daji中期中期：配對的染色體排列在赤道面上，：配對的染色體排列在赤道面上，同源染色體同源染色體的著的著絲粒與細胞兩端的紡錘絲相連。如果制備的細胞是從極面絲粒與細胞兩端的紡錘絲相連。如果制備的細胞是從極面壓成的標本，則可看到同源染色體排列成環(huán)形。壓成的標本，則可看到同源染色體排列成環(huán)形。 Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji后期后期：同源染色體在紡錘絲的牽引作用下，分別向細胞兩：同源染色體在紡錘絲的牽引作用下，分別向細胞兩極移動。每個染色體有一著絲粒，帶著兩個染色單體。每一極移動。每個染色體有一著絲粒，帶著兩個染色單體。每一極得到極得到n條染色體，染色體數(shù)已減半。條染色體，染色體數(shù)已減半。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji末期末期：染色體移到兩極后聚集在一起，并逐步解旋而恢復：染色體移到兩極后聚集在一起，并逐步解旋而恢復到染色質(zhì)狀態(tài)。隨后核仁、核膜重新出現(xiàn)，進行胞質(zhì)分裂而到染色質(zhì)狀態(tài)。隨后核仁、核膜重新出現(xiàn)，進行胞質(zhì)分裂而形成兩個子細胞。形成兩個子細胞。 Medical Genetics Department,