細胞分裂與細胞分裂ppt課件

1、第十三章第十三章 細胞分裂與細胞周期細胞分裂與細胞周期 Cell Division and Cell CycleXiao Yong-qing 肖永清 中山大學中山醫(yī)學院生物教研室 細胞分裂 Cell Divsion 細胞分裂(cell division) 無絲分裂(amitosis) 少見 有絲分裂(mitosis) 主要發(fā)生在體細胞 減數(shù)分裂(meiosis) 生殖細胞成熟階段 無絲分裂是細胞增殖的特殊方式無絲分裂是細胞增殖的特殊方式 無絲分裂無絲分裂(amitosis)常見常見于低等動物。在動物上皮、結締組織和肌細胞、骨細胞中于低等動物。在動物上皮、結

2、締組織和肌細胞、骨細胞中也發(fā)現(xiàn)有。也發(fā)現(xiàn)有。細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 無絲分裂無絲分裂 簡要過程：核增大DNA復制，進入分裂后，染色質(zhì)不凝集，核堅持完好、拉長呈啞鈴狀，肌動蛋白絲組成的無絲分裂安裝將核斷開構成個核，胞質(zhì)也環(huán)狀縊縮，構成兩個子細胞。 不利于倍增的遺傳物質(zhì)等分給細胞 有絲分裂有絲分裂mitosis 是體細胞分裂的主要方式是體細胞分裂的主要方式細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 有絲分裂有絲分裂 細胞經(jīng)過有絲分裂器包括中心體和各種紡錘體微管構成的紡錘體，將復制的遺傳物質(zhì)準確地分到兩個子細胞，并伴隨胞質(zhì)分裂。這個過程保證了遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性。 有絲分裂過程的主要

3、事件： 核膜的崩解和重建； 染色質(zhì)凝聚構成染色體、染色質(zhì)的重新構成； 紡錘體的構成和染色體的運動； 細胞質(zhì)的分裂 分為前、中、后、末期，繼續(xù)時間約0.5-2小時 前期前期 (prophase) 染色質(zhì)凝集成染色體，核膜破裂、核染色質(zhì)凝集成染色體，核膜破裂、核仁減少解體，分裂極確定、紡錘體構成仁減少解體，分裂極確定、紡錘體構成細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 有絲分裂有絲分裂 前期前期 染色質(zhì)螺旋化并發(fā)生凝集 是進入前期的標志。 2條并列的染色單體由著絲粒相連，著絲粒兩外側有動粒，是微管的附著部位。細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 有絲分裂有絲分裂 前期前期 核仁中的DNA縮

4、回各自所屬的染色體， rRNA合成停頓，核仁中的蛋白質(zhì)和RNA分散在胞質(zhì)，核仁逐漸解體消逝。 核膜下的核纖層蛋白磷酸化核纖層解體核纖層蛋白A、B、C 核膜小泡-核纖層B，分散到胞質(zhì)中。 兩個中心體centrosomes，繼續(xù)移向兩極。 細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 有絲分裂有絲分裂 前期前期 每一中心體由一對中心粒centrioles 中心體是微管的組織中心之一，能發(fā)出大量微管，這些微管與中心體一同被稱為星體 (aster) 馬達蛋白以星體微管作為軌道，利用ATP水解能沿微管挪動，由此牽引兩個子中心體分別，分別移向細胞兩極 紡錘體 (spindle) 出現(xiàn)于前期末，由星體微管、動

5、粒微管、和重疊陳列的極間微管組成。細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 有絲分裂有絲分裂 前期前期極間微管動粒微管星體微管染色體中心粒 前期末，染色體凝集程度增高，在動粒微管牽拉下，染色體逐漸移向赤道面，即染色體列隊。 中期中期 (metaphase) 的主要標志是染色體高度凝縮，并非的主要標志是染色體高度凝縮，并非隨機陳列在赤道面上。從側面看，染色體陳列成線狀；隨機陳列在赤道面上。從側面看，染色體陳列成線狀；從極面看，染色體陳列成菊花狀從極面看，染色體陳列成菊花狀 細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 有絲分裂有絲分裂 中期中期 每個動?？山Y合數(shù)十根微管 紡錘體處于動力平衡形狀

6、染色體兩個動粒的微管長度相等 紡錘體赤道面直徑變小，兩極間隔增長 染色體最大程度凝集，使姐妹染色單體易于分別 后期后期(anaphase) 著絲粒分開，姐妹染色單體分別。并向著絲粒分開，姐妹染色單體分別。并向細胞兩級遷移。細胞兩級遷移。細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 有絲分裂有絲分裂 后期后期 著絲粒分裂，染色體分別成兩條染色單體，分別被動粒微管拉向兩極。 后期A，動粒微管不斷縮短，帶動染色體向兩極。 染色體兩臂的挪動常滯后于動粒，因此?？梢娦螤钌蟅形、J形或棒形的染色體 后期B，極間微管增長、彼此滑動，星體微管向外的作用力，均使兩極進一步分開 染色單體的向兩極的運動還與馬達蛋白的

7、作用有關 末期末期 (telophase) 子子代細胞核構成與胞質(zhì)代細胞核構成與胞質(zhì)分裂。分裂。細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 有絲分裂有絲分裂 末期末期 染色體簇集在紡錘體兩極；組蛋白H1去磷酸化，染色體開場解旋； RNA合成恢復，核仁重新構成 兩個子代核構成 分散的核膜小泡向染色體外表聚集、交融，在每條染色體周圍構成雙層核膜， 核孔重新組裝 核纖層蛋白去磷酸化，重新構成核纖層，并銜接于核膜上 高爾基體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)重新構成，胞質(zhì)分裂構成兩個子細胞 收縮環(huán)中的肌動蛋白和肌球蛋白組成的微絲束，經(jīng)過相互滑動使收縮環(huán)不斷縊縮，細胞膜內(nèi)陷構成分裂溝 (cleavage furrow) 分裂溝至

8、中體時，細胞斷裂，胞質(zhì)分裂完成 紡錘體的位置決議細胞的大小 胞質(zhì)分裂和核分裂并不一定同時完成細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 有絲分裂有絲分裂 胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂 胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂 后期或末期初，中部質(zhì)膜下方，出現(xiàn)由大量肌動蛋白和肌球蛋白聚集構成的環(huán)狀構造，即收縮環(huán)(contractile ring) 紡錘體解聚，殘存的微管、囊泡聚集于子代細胞核之間的細胞中部，稱為中體 有絲分裂的變異方式有絲分裂的變異方式 封鎖式有絲分裂封鎖式有絲分裂closed mitosis 在整個細胞分裂過在整個細胞分裂過程中，核膜堅持完好，紡錘體構成、染色體分別等活動程中，核膜堅持完好，紡錘體構成、染色體分別

9、等活動均發(fā)生在細胞核里。如均發(fā)生在細胞核里。如 許多單細胞生物：酵母、許多單細胞生物：酵母、 黏菌黏菌等等 開放式有絲分裂開放式有絲分裂(open mitosis) 如前所述如前所述細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 有絲分裂有絲分裂 減數(shù)分裂減數(shù)分裂meiosis發(fā)生于有性生殖細胞的成熟過程中，發(fā)生于有性生殖細胞的成熟過程中，DNA復制一次，細胞延續(xù)分裂兩次。其細胞遺傳物質(zhì)減復制一次，細胞延續(xù)分裂兩次。其細胞遺傳物質(zhì)減半，構成具有單倍體遺傳物質(zhì)的配子細胞半，構成具有單倍體遺傳物質(zhì)的配子細胞 生殖細胞在早期原始階段主要是經(jīng)過有絲分裂進展增殖生殖細胞在早期原始階段主要是經(jīng)過有絲分裂進展增

10、殖 減數(shù)分裂分為第一次減數(shù)分裂減數(shù)分裂減數(shù)分裂分為第一次減數(shù)分裂減數(shù)分裂 I 和第二次減和第二次減數(shù)分裂減數(shù)分裂數(shù)分裂減數(shù)分裂 II 。細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 減數(shù)分裂減數(shù)分裂 前期前期I (prophase I) 繼續(xù)時間長，不同種屬變化很大。此期繼續(xù)時間長，不同種屬變化很大。此期染色體凝集、同源染色體交換染色體凝集、同源染色體交換細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 減數(shù)分裂減數(shù)分裂I 前期前期I 細線期細線期(leptotene) 核增大，核核增大，核仁明顯，同源染色體配對、呈仁明顯，同源染色體配對、呈細線狀細線狀 偶線期偶線期(zygotene) 染色體端粒叢

11、染色體端粒叢集在核被膜一側的內(nèi)外表，使染集在核被膜一側的內(nèi)外表，使染色體看上去像一個花束；電鏡下色體看上去像一個花束；電鏡下可見同源染色體構成聯(lián)會復合體可見同源染色體構成聯(lián)會復合體(synaptonemal complex, SC)，呈，呈拉鏈狀拉鏈狀 SC的裝配最早發(fā)生于細線期，在偶線期完成。 SC 單體從胞質(zhì)進入胞核，與染色體結合 在姐妹染色單體之間、沿染色體全長，聚合成一條側生成分(lateral element) 的軸心 偶線期初，同源姐妹染色體單體接近，各自沿其側生成分的軸心垂直方向產(chǎn)生纖維細絲，構成SC中間區(qū) SC使同源染色體嚴密配對 SC的構成能夠還有DNA的參與 如今以為，SC

12、不是遺傳重組所必需的，而是作為一種支架，讓相互作用的染色單體完成交換細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 減數(shù)分裂減數(shù)分裂I 前期前期I 電鏡下可見許多直徑100nm左右的高電子密度小體，不規(guī)那么分布在SC 的中央，稱為重組小結(recombination nodule)，它含有一些酶安裝，促進遺傳重組 合成特有組蛋白 進展少量DNA合成，即 P-DNA，在交換過程中，在修復、銜接方面起作用 粗線期粗線期 (pachytene) 始于同源始于同源染色體聯(lián)會之后，染色體進一染色體聯(lián)會之后，染色體進一步濃集，同源染色體之間出現(xiàn)步濃集，同源染色體之間出現(xiàn)染色體片段的交換和重組染色體片段的交換和

13、重組細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 減數(shù)分裂減數(shù)分裂I 前期前期I SC 的側生部分和中間部分。的側生部分和中間部分。 側生部分的兩外側為同源染色體側生部分的兩外側為同源染色體DNA。 同源染色體經(jīng)過同源染色體經(jīng)過SC銜接，含有銜接，含有4條染色單體，稱四分體條染色單體，稱四分體(tetrad)，也稱二價體，也稱二價體(bivalent)。 中間部分中央電子密度密集中間部分中央電子密度密集 側生成分與中央部分以橫向的側生成分與中央部分以橫向的L-C細纖維絲相連細纖維絲相連除去染色體纖維后的SC 電鏡圖細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 減數(shù)分裂減數(shù)分裂I 前期前期I 每個染

14、色體至少有一個交叉。交叉結與重組小結在數(shù)量上相等 此過程中，二價體可呈現(xiàn)V、8、X、O等外形 雙線期雙線期 (diplotene) 始于始于SC解體。解體。細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 減數(shù)分裂減數(shù)分裂I 前期前期I 染色體繼續(xù)濃縮，與核膜脫離， SC消逝，同源染色體四分體構造非常明晰， 父源和母源的各一條染色單體之間，僅保管一些結合點，稱交叉(chiasmata)， 交叉的位置不斷向染色體兩端挪動，交叉數(shù)量也減少，直至消逝，這個過程成為交叉端化chiasma terminalization 雙線期是卵母細胞發(fā)生最漫長的一個時期，此期代謝活動非常頻繁。燈刷染色體，大量 RNA合成

15、。人卵細胞此期可停留幾十年 終變期終變期(diakinesis) 染色體繼續(xù)濃集，染色體繼續(xù)濃集， 同源染色體重組完成同源染色體重組完成 終變期末，交叉僅存于染色體端部或終變期末，交叉僅存于染色體端部或完全消逝完全消逝 四價體分散在核中，核膜、核仁逐漸四價體分散在核中，核膜、核仁逐漸消逝消逝 中心體開場移向兩極構成紡錘體中心體開場移向兩極構成紡錘體 紡錘體伸向核區(qū)，染色體向赤道面挪紡錘體伸向核區(qū)，染色體向赤道面挪動動細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion 減數(shù)分裂減數(shù)分裂I 前期前期I 中期中期I (metaphase I) 染色體陳列在赤道面上。動粒微管染色體陳列在赤道面上。動粒微管與姊

16、妹染色單體的一側相連與姊妹染色單體的一側相連 后期后期I (anaphase I)同源染色體分別，父源和母源的染色同源染色體分別，父源和母源的染色體隨機組合，被拉向兩極體隨機組合，被拉向兩極 末期末期I (telophase I) 染色體到達細胞兩極，胞質(zhì)分裂，染色體到達細胞兩極，胞質(zhì)分裂，構成兩個子細胞。構成兩個子細胞。 減數(shù)分裂減數(shù)分裂II 減數(shù)分裂減數(shù)分裂I完成后，新生子細胞經(jīng)過短暫的間期即進入完成后，新生子細胞經(jīng)過短暫的間期即進入減數(shù)分裂減數(shù)分裂II，過程與有絲分裂似，過程與有絲分裂似: 核膜崩解，染色體凝集，陳列在赤道面上，核膜崩解，染色體凝集，陳列在赤道面上， 動粒微管與姊妹染色單

17、體的兩側相連，姊妹染色單體分動粒微管與姊妹染色單體的兩側相連，姊妹染色單體分別，構成兩個染色體數(shù)目減半的子細胞。別，構成兩個染色體數(shù)目減半的子細胞。 脊椎動物的卵母細胞的減數(shù)分裂脊椎動物的卵母細胞的減數(shù)分裂II 停滯在中期停滯在中期II，只需，只需在卵受精后才干解除在卵受精后才干解除細胞分裂細胞分裂 Cell Divsion受精次級卵母細胞初級卵母細胞卵極體極體卵原細胞生長與分化有絲分裂幾個世代精原細胞生長減數(shù)分裂初級精母細胞次級精母細胞精細胞分化4個精細胞卵子發(fā)生精子發(fā)生脊椎動物配子構成過程：精子與卵子構成的比較脊椎動物配子構成過程：精子與卵子構成的比較細胞分裂細胞分裂 Cell Divsi

18、on細胞周期及其調(diào)控細胞周期及其調(diào)控 細胞周期細胞周期(the cell cycle)是指是指細胞從上一次有絲分裂終了細胞從上一次有絲分裂終了到下一次有絲分裂終了所閱到下一次有絲分裂終了所閱歷的過程。可分為：歷的過程。可分為： G1期期(gap phase I) S期期(synthesis phase) G2期期(gap phase II ) M期期(mitosis phase) G0期期 細胞暫時分開細胞周細胞暫時分開細胞周期。細胞轉(zhuǎn)化為期。細胞轉(zhuǎn)化為G0期期 多發(fā)多發(fā)生在生在G1期。期。 G0期期 細胞一旦細胞一旦得到信號，會前往細胞周期。得到信號，會前往細胞周期。 終末分化細胞終末分化細

19、胞 細胞周期各時相的動態(tài)變化與生物大分子的合成細胞周期各時相的動態(tài)變化與生物大分子的合成 細胞周期及其調(diào)控細胞周期及其調(diào)控 細胞周期細胞周期 G1期期 (gap phase I)是細胞生長和是細胞生長和DNA合成預備期。合成預備期。主要生化事件：主要生化事件： 大量合成大量合成RNA和蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì) 多種蛋白磷酸化多種蛋白磷酸化 如組蛋白。如組蛋白。 磷酸化的磷酸化的H1將促進將促進G1晚期染色體構造的晚期染色體構造的重排重排 膜轉(zhuǎn)運作用活潑膜轉(zhuǎn)運作用活潑 S期(synthesis phase) DNA合成期。 主要生化事件：細胞周期及其調(diào)控細胞周期及其調(diào)控 細胞周期細胞周期 DNA合成啟動

20、普通CG含量高的DNA先復制，AT含量高的序列后復制。 常染色質(zhì)復制在先，異染色質(zhì)復制 如 雌性哺乳動物凝縮的X后復制，呈常染色質(zhì)形狀的X先行復制 組蛋白合成的主要時期 組蛋白繼續(xù)磷酸化 中心粒復制完成 G2期 為有絲分裂作預備。主要生化事件：細胞周期及其調(diào)控細胞周期及其調(diào)控 細胞周期細胞周期 合成細胞進入M期所必需蛋白的mRNA，主要有 促有絲分裂因子(MPF) 合成微管蛋白 為M期組裝紡錘體預備資料 除了一部分與周期調(diào)控親密相關的蛋白外，細胞蛋白質(zhì)合成也幾乎全部停頓 0.3%的DNA復制 M期(mitosis phase) 細胞進展有絲分裂 細胞周期的調(diào)控細胞周期的調(diào)控 細胞周期及其調(diào)控細

21、胞周期及其調(diào)控 細胞周期的調(diào)控細胞周期的調(diào)控 細胞周期蛋白與細胞周期蛋白依賴激酶構成細胞周期細胞周期蛋白與細胞周期蛋白依賴激酶構成細胞周期調(diào)控的中心調(diào)控的中心 細胞周期蛋白細胞周期蛋白(cyclins) 其濃度隨細胞周期進程有規(guī)律其濃度隨細胞周期進程有規(guī)律地升降。地升降。 真核生物的真核生物的cyclin是一類功能類似的同源蛋白，由一是一類功能類似的同源蛋白，由一個相關基因家族編碼個相關基因家族編碼 均含有一段氨基酸組成的保守的細胞周期蛋白框，約均含有一段氨基酸組成的保守的細胞周期蛋白框，約有有100aa 組成，可與組成，可與Cdk cyclin依賴性激酶結合依賴性激酶結合 S期和期和M期的期

22、的cyclins 如如 cyclin A、 cyclin B還含有還含有破壞框特殊序列，為中期以后破壞框特殊序列，為中期以后cyclin A、 cyclin B的快的快速降解發(fā)揚作用速降解發(fā)揚作用 G1期期cyclins無破壞框，但可以經(jīng)過其無破壞框，但可以經(jīng)過其C末端的一段末端的一段PEST序列的介導發(fā)生降解序列的介導發(fā)生降解 細胞周期依賴性蛋白激酶細胞周期依賴性蛋白激酶cyclin-dependent kinase,Cdk為一類必需與為一類必需與cyclin結合后才具有激酶結合后才具有激酶活性的蛋白激酶，經(jīng)過磷酸化多種與細胞周期相關活性的蛋白激酶，經(jīng)過磷酸化多種與細胞周期相關的蛋白質(zhì)，的蛋

23、白質(zhì)，Cdk可在細胞周期調(diào)控中起關鍵作用。可在細胞周期調(diào)控中起關鍵作用。細胞周期及其調(diào)控細胞周期及其調(diào)控 細胞周期的調(diào)控細胞周期的調(diào)控現(xiàn)已被鑒定的Cdk為Cdk1-8因cyclin在細胞周期中不斷地被合成、降解，Cdk對蛋白質(zhì)磷酸化的作用也呈周期性變化。CdkCdk激酶的活性需求在cyclin及磷酸化雙重作用下才干被激活Cdk的活性遭到三個方面的調(diào)理 cyclin， Cdk抑制因子Cdk inhibitor, CKI的抑制造用。哺乳類CKI可分為CIP/KIP和INK4兩大家族。屬于CIP/KIP的有p21Cip/Waf1、p27Kip1、p57kip，屬于 INK4的有 p16INK4、p1

24、5INK4、p18INK4 Cdk本身一些特殊位點磷酸化或去磷酸化可調(diào)理Cdk的活化或失活。 因Cdk作用的時期不同，可分為，G1、G1/S、M期Cdk細胞周期及其調(diào)控細胞周期及其調(diào)控 細胞周期的調(diào)控細胞周期的調(diào)控 Cyclin-Cdk的調(diào)控作用的調(diào)控作用 Cyclin-Cdk是細胞周期調(diào)控體是細胞周期調(diào)控體系的中心，其周期性的構成及降解，引發(fā)了細胞周期系的中心，其周期性的構成及降解，引發(fā)了細胞周期進程中特定事件的出現(xiàn)，促成了進程中特定事件的出現(xiàn)，促成了G1期期S期、期、G2期期M期、分裂中期向期、分裂中期向后期后期 等關鍵過程不可逆的轉(zhuǎn)換。等關鍵過程不可逆的轉(zhuǎn)換。 G1期中期中Cyclin-Cdk復合物的作用：復合物的作用： S期中期中Cyclin-Cdk復合物的作用復合物的作用 G2期期M期中期中Cyclin-Cdk復合物的作用復合物的作用 M期中期中 cyclin-Cdk復合物的作用復合物的作用細胞周期及其調(diào)控細胞周期及其調(diào)控 細胞周期的調(diào)控細胞周期的調(diào)控 細胞周期檢測點監(jiān)控細胞的行為細