基礎生物學細胞周期

基礎生物學細胞周期第一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

細胞物質積累與細胞分裂的循環(huán)過程，稱為細胞周期（cellcycle）細胞從一次分裂開始，到下一次細胞分裂開始所經歷的全過程，稱為一個細胞周期。是1953年Howard和Pek率先提出的。它構成了細胞學說的重要組成部分。

第五章細胞的分裂和分化由一個細胞產生多個細胞的過程稱為細胞分裂。5.1細胞分裂和細胞周期第二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五細胞的最終命運：細胞分裂和細胞死亡細胞分裂和細胞死亡都是細胞生命活動的基本特征細胞增殖是生物繁育的基礎:單細胞、多細胞成體生物需要細胞增殖，以彌補代謝過程中的細胞損失

維持細胞數(shù)量動態(tài)平衡和機體正常功能 機體創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理組織修復等細胞增殖受到嚴密的調控機制所監(jiān)控

高等生物中，不僅要遵循細胞自身的增殖調控規(guī)律，同時還要遵守生物體整體調控機制的調節(jié)。 不受約束而生成的細胞：免疫系統(tǒng)清除或癌變第三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

真核生物的細胞周期劃分為連續(xù)的4個時期：G1期、S期、G2期和M期。這也稱為一個標準細胞周期。分裂期（mitosis）細胞周期分裂間期(interphase)第四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五細胞分裂周期

細胞周期是高度有序地沿著G1SG2M運轉。相對來說，M期最短，S期較長，G1期差別最大。第五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

不同細胞的細胞周期時間差異很大，主要差別在G1期

細胞類型細胞周期時間早期蛙胚胎細胞30分鐘酵母菌細胞 1.5~3小時小腸上皮細胞 12小時細胞培養(yǎng)成纖維細胞 20小時人肝細胞 １年細菌20分鐘第六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

周期中細胞

—細胞持續(xù)分裂，細胞周期持續(xù)運轉。如上皮組織的基底層細胞。

靜止期細胞

—細胞暫時離開細胞周期，停止細胞分裂，去執(zhí)行一定生物學功能。一旦得到信號指使，會快速返回細胞周期，分裂增殖。即G0期細胞。如結締組織中的成纖維細胞

終未分化細胞

—

細胞分化程度很高，一旦生成后，終生不再分裂。如橫紋肌細胞、多核型白細胞等第七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

1、G1期—DNA復制預備期

細胞特點：細胞生長、體積擴大、RNA和蛋白質、糖類、脂類合成旺盛，尤其是與DNA復制有關的酶明顯增加；線粒體、葉綠體分裂增殖；中心粒分開、復制；內質網擴大、核糖體、高爾基體、溶酶體增多。但不合成DNA。一、分裂間期G1

期:合成細胞生長所需要的各種蛋白質、RNA、糖類和脂類等，但不合成DNA。第八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

2、S期—DNA復制合成期

與DNA合成有關的酶和組蛋白含量達到最高，進入S期，立即開始復制合成DNA。DNA復制的起始和過程收到多種細胞周期調節(jié)因素的嚴密調控。是嚴格按半保留復制的方式進行的。S期:合成DNA和組蛋白（Histones）第九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

2、G2期—有絲分裂準備期

有新的RNA和蛋白質合成，特別是微管蛋白等與M期有關的物質大量合成。細胞核內DNA的含量已經增加一倍，由2n變成4n，即每個染色體含有4個拷貝的DNA。通過G2期，細胞能否進入M期，要受到G2期的檢驗點控制。G2期:合成少量的蛋白質(RNA)第十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五（一）過程

1.前期：細胞核染色質開始濃縮，形成染色體結構。二、有絲分裂期

染色質染色體(Chromatin)

是處于不同功能階段的不同構型。核小體是染色質的基本結構單位。第十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五核小體組蛋白堿性蛋白質5種，富含精氨酸、賴氨酸

DNA200bp第十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

每條染色單體都含有一段特殊的DNA序列，稱為著絲粒。在染色體著絲粒處裝配一蛋白質復合體結構——

動粒。中心體周圍微管開始大量裝配。核仁消失，細胞器解體。第十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

有絲分裂前期染色體變化第十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五紡

錘

體第十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五前期 前中期中期后期末期胞質分裂期染色質開始濃縮，著絲粒處裝配動粒，中心體周圍微管大量裝配核膜破裂，染色體進一步濃縮（X形），紡錘體裝配，星體微管捕獲染色體所有染色體排列到赤道板染色單體分離向兩極運動，動粒微管變短，極性微管變長染色體到達兩極并開始去濃縮動粒微管消失，極性微管繼續(xù)增長，核膜重裝配第十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第二十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第二十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

6、胞質分裂——細胞核分裂之后，細胞質分裂過程。動物細胞的胞質分裂是以縊縮和起溝的方式完成的。植物細胞的胞質分裂則經過細胞板的形成。1）動物細胞的胞質分裂

有絲分裂后期赤道板形成分裂溝微絲構成收縮環(huán)第二十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五動物細胞胞質分裂時形成收縮環(huán)第二十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第二十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2）植物細胞的胞質分裂

細胞內形成新的細胞膜和細胞壁而將細胞分開植物細胞胞質分裂時形成細胞板第二十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第二十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

7、染色體運動機理

微管去聚合作用假說

紡錘體微管滑動假說

8、細胞器分配第二十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五三.細胞周期的控制：

細胞周期運轉受細胞內外各種因素的精密調控。細胞內因是調控依據(jù)。CDK激酶對細胞周期起著核心調控作用。與各種CDKS沿周期活化，磷酸化有關。

1、細胞調控因子

周期蛋白依賴性蛋白激酶（CDK）:可以使特定蛋白質的絲氨酸和蘇氨酸氨殘基磷酸化。

周期蛋白（cyclin）：特殊的激活蛋白。能夠同CDK結合，并有控制CDK使適當?shù)鞍琢姿峄哪芰?。分為有絲分裂周期蛋白，G1期周期蛋白第二十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五Cdk通過結合不同的周期蛋白來調控細胞周期中的不同事件Cdk活性的終止與周期蛋白的降解相關第二十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第三十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五四.染色體（chromosome）

1、染色體的一般形態(tài)：由兩條相同的姐妹染色單體構成，彼此以著絲粒相連。

根據(jù)著絲粒的位置，染色體分為4種類型：中著絲粒染色體：兩臂長度基本相等。近中著絲粒染色體：端著絲粒染色體：近端著絲粒染色體：具有微小短臂第三十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

染色體各部主要結構著絲粒：是高度有序的整合結構次縊痕：核仁組織區(qū)：rRNA基因所在，與間期核仁形成有關。隨體端粒：第三十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、染色體數(shù)目3、染色體組型4、染色體帶5、性染色體和常染色體第三十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五5.2減數(shù)分裂

概念和意義概念：細胞分裂的特殊形式。二倍體細胞形成單倍體細胞，染色體數(shù)目的細胞分裂。意義：

生物進行有性生殖的基礎確保世代間遺傳的穩(wěn)定性增加變異機會，生物進化與多樣性的基礎第三十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

減數(shù)分裂—

特殊形式的有絲分裂

過程：包括兩次連續(xù)的分裂第一次減數(shù)分裂

第二次減數(shù)分裂前期?中期?

后期?末期?

染色體變化最明顯，同源染色體聯(lián)會，交叉互換前期П中期П

后期П末期П第三十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第三十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

特征：

1）減數(shù)分裂從2n細胞產生n細胞；

2）遺傳物質復制一次，分裂兩次，染色體數(shù)減半；

有絲分裂中，DNA復制一次，細胞分裂一次

2n4n(S)2n

減數(shù)分裂中，DNA復制一次，細胞連續(xù)分裂兩次

2n4n2nn復制復制分裂分裂分裂第三十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五3）同源染色體在減數(shù)分裂期I(MeiosisI)配對聯(lián)會、形成聯(lián)會復合體，聯(lián)會的同源染色體，發(fā)生交叉互換基因重組，產生遺傳物質多樣性4）第一次分裂時，同源染色體分開；第二次分裂時，姐妹染色單體分離。第三十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五同源染色體重組產生新的基因組合第三十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五個體正常發(fā)育過程中—細胞數(shù)目增加—

有控制的細胞分裂細胞類型的增加—

有序的細胞分化第四十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

5.3細胞分化

(celldifferentiation)

概念:

從受精卵開始的個體發(fā)育過程中，后代細胞間在形態(tài)、結構和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異，形成不同類型細胞的過程為細胞分化。

人成體有200多種細胞

細胞分化的關鍵在于特異性蛋白質的合成基因選擇性表達（基因組保持相同）第四十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

細胞的形態(tài)與功能相適應1、形態(tài)結構發(fā)生差異

細胞分化的特征第四十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、基因選擇性表達—差別基因表達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(house-keepinggenes)

：維持細胞生存所必需的、在各種細胞中都表達的基因。其產物對維持細胞基本生命活動是必需的

組織特異性基因（奢侈基因）

tissue-specificgenes(luxurygenes)

：不同細胞中專一性表達的基因，其產物賦予各種類型細胞特異的形態(tài)結構特征與特異的生理功能細胞分化是組織特異性基因在時間和空間上差異表達第四十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五3、分化細胞的表型保持穩(wěn)定

動物細胞發(fā)生分化后，遺傳表型保持穩(wěn)定，而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

紅細胞第四十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五4、細胞決定：一細胞分化之前，就有了一個預先保證細胞怎樣分化的方向，這一階段為細胞決定（celldetermination）

1）受精卵具有分化出各種組織細胞的潛能并建成完整個體

2)細胞決定的穩(wěn)定性和遺傳性。3）在發(fā)生形態(tài)差異之前的一定時間，細胞分化命運已經確定果蠅成蟲盤第四十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

全能性多能性單能性

細胞分化發(fā)育潛能:細胞分化能力的強弱稱為發(fā)育潛能

第四十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五細胞全能性:細胞含有使后代細胞形成完整個體的潛能，稱為全能性（totipotency）。有些細胞只能分化出一種細胞，這種發(fā)育潛能為細胞的單能性（monopotency）。細胞發(fā)育過程中細胞分化的潛能逐漸變小。

植物細胞具有全能性

受精卵第四十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五動物細胞核移植證明：細胞核具有發(fā)育全能性

克隆：clone，一種人工誘導的無性繁殖方式。第四十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五蛙皮膚細胞核移植發(fā)育成蝌蚪第四十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五人造血干細胞

分化產生8種類型血細胞僅具有分化成有限組織細胞類型的潛能多能性（pluripotency）

：動物細胞隨著胚胎的發(fā)育，細胞逐漸喪失發(fā)育成個體的能力，僅具有分化成有限細胞類型及構建組織的潛能，成為多潛能性，這種細胞成為干細胞（stemcell）。第五十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五單能性（monopotency）

僅能使后代細胞發(fā)育成為一種細胞的特性第五十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五細胞增殖能力減弱的現(xiàn)象稱為細胞衰老，它與機體衰老有一定關系。細胞來源人胚肺成纖維細胞中年人成纖維細胞老年人成纖維細胞可增殖代數(shù)60-804030不同年齡來源的人成纖維細胞的增殖代數(shù)

細胞的衰老與死亡第五十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五約100年前~1960年，細胞“不死性”學說（魏斯曼）1961年，Hayflick和Moorhead:人體細胞表現(xiàn)出明顯的衰老、退化和死亡的過程： 人細胞最高分裂次數(shù)：60~80次；細胞的增殖能力與供體年齡有關、早老癥細胞核而非細胞質決定了細胞衰老的表達物種壽命與培養(yǎng)細胞壽命間存在確定的相關關系

龜細胞最高分裂次數(shù)：90~125次；雞細胞最高分裂次數(shù)：15~35次；第五十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五衰老細胞結構變化

細胞核隨分裂次數(shù)增加而增大，核膜呈現(xiàn)內折，染色質固縮化內質網彌散性分散于核周胞質中，粗面內質網減少線粒體減少，體積膨脹膜流動性降低，膜內顆粒分布變化細胞骨架變化，信號傳遞系統(tǒng)變化第五十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五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。ROS主要有三種類型：◆O2-,即超氧自由基；◆OH-，即羥自由基◆H2O2ROS的作用：高度活性引發(fā)脂類、蛋白質和核酸分子的氧化性損傷，從而導致細胞結構的損傷乃至破壞。清除ROS，就可以延長壽命。●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

第五十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五細胞死亡——

細胞凋亡與細胞壞死

細胞凋亡（apoptosis)，又稱程序性細胞死亡細胞凋亡是多細胞生物在發(fā)育過程中，一種由基因控制的主動的細胞生理性自殺行為。細胞凋亡過程中，細胞膜反折，包裹斷裂的染色質片段或細胞器，形成眾多凋亡小體，凋亡小體為附近的細胞吞噬。整個過程中細胞膜保持完好，細胞內容物不泄露，不引起炎癥。細胞壞死時，細胞膜發(fā)生滲漏，細胞內容物被釋放到細胞外，導致炎癥反應。

細胞的衰老與死亡第五十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五凋亡小體第五十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

a正常T細胞雜b凋亡細胞；c凋亡細胞(透射電鏡)

交瘤細胞；

第五十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五壞死細胞

凋亡細胞第五十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五發(fā)生凋亡的細胞：正常發(fā)育中多余細胞、無用細胞、突變細胞、有害細胞或衰老細胞。生物學意義：維持組織、器官細胞數(shù)目相對平衡，保證個體正常發(fā)育，更新耗損細胞。細胞凋亡的機制及其調控是非常復雜的 細胞凋亡的分子機制細胞凋亡與衰老的關系有待進一步研究第六十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五5.3脫離正常軌道的細胞