細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期

11章細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期細(xì)胞的生長和增殖是細(xì)胞生命活動(dòng)的根本特征之一，也是生物體漸漸生長發(fā)育成熟的根底。細(xì)胞增殖是個(gè)極其簡單的生命活動(dòng)過程。低等的單細(xì)胞生物是通過細(xì)胞分裂形成的個(gè)體,而大多數(shù)的多細(xì)胞生物則是由一個(gè)受精卵細(xì)胞經(jīng)過屢次細(xì)胞分裂和細(xì)胞分化過程漸漸形成一個(gè)的個(gè)體。細(xì)胞周期是通過細(xì)胞的生長、分裂和分化使細(xì)胞數(shù)目增加的過程。不同的細(xì)胞都有其各自的細(xì)胞周期，但是大多分為 G1、S、G2和M4個(gè)時(shí)期。有些細(xì)胞會(huì)臨時(shí)離開生長周期,進(jìn)入休眠狀態(tài)，這個(gè)時(shí)期稱G0期，而這些細(xì)胞稱為G0期細(xì)胞。細(xì)胞周期細(xì)胞周期在細(xì)胞的生長、分裂及分化過程中扮演著極其重要的角色，細(xì)胞周期假設(shè)失控，很可能伴隨著腫瘤的發(fā)生或者細(xì)胞的凋亡。細(xì)胞周期的概念細(xì)胞周期(cellcycle)是指持續(xù)分裂細(xì)胞從產(chǎn)生的細(xì)胞開頭生長到再次分裂形成子細(xì)胞完畢所經(jīng)受的過程，分為 G1、S、G2和M4個(gè)時(shí)期。(圖11-1)細(xì)胞周期時(shí)相細(xì)胞周期各個(gè)時(shí)相功能的不同，緣于生化反響合成物質(zhì)的不同。依據(jù)生化反響合成物質(zhì)的不同，分為以下四個(gè)期：G1期〔FirstGap〕又稱DNA合成前期，是從有絲分裂完成到DNA復(fù)制前的一段時(shí)期，此期長短因細(xì)胞而異。在G1期，細(xì)胞開頭合成DNA復(fù)制rRNAG1期后期，DNA合成酶活性大大增加。G1S期需要S〔11-2〕。11-21〔Bolsover2023〕G1期細(xì)胞與S期細(xì)胞進(jìn)展融合試驗(yàn)后，G1期細(xì)胞的核也隨之進(jìn)入S期，說明在S期細(xì)胞內(nèi)有誘導(dǎo)細(xì)胞由G1期進(jìn)入S期的激活因子誘導(dǎo)。S期〔DNAsynthesisphase〕又稱DNA合成期，是細(xì)胞周期的關(guān)鍵時(shí)刻。DNA經(jīng)過復(fù)制而含量增加一倍，使體細(xì)胞成為4倍體，每條染色質(zhì)絲都轉(zhuǎn)變?yōu)橛芍z點(diǎn)相連接的兩條染色質(zhì)絲。并且覺察，DNA復(fù)制按肯定時(shí)間挨次進(jìn)展，一般為常染色質(zhì)先復(fù)制，兼性染色質(zhì)次之，構(gòu)造異染色質(zhì)最終復(fù)制。與此同時(shí)，還合成組蛋白與非組蛋白、DNA復(fù)制所需要的酶，以及完成中心粒的復(fù)制。S期一般需幾個(gè)小時(shí)。G2期(SecondGap)又稱DNA合成后期，為分裂期做最終預(yù)備。這一時(shí)期，中心粒已復(fù)制完畢，形成兩個(gè)中心體，主要是大量合成RNA、ATP和微管蛋白等。G21～1.5小時(shí)。G2M期需要促成熟因子〔M-phasepromotingfactor,orMPF〕誘導(dǎo)?！?1-3〕圖11-3 細(xì)胞融合試驗(yàn)2〔自Bolsover2023〕G2M期細(xì)胞進(jìn)展融合試驗(yàn)后，G2期細(xì)胞的核發(fā)生了M期細(xì)胞核內(nèi)染色體的變化，說明在M期細(xì)胞內(nèi)有誘導(dǎo)細(xì)胞由G2M期的促成熟因子誘導(dǎo)。M期〔Mitosis〕又稱分裂期，依據(jù)染色質(zhì)變化特點(diǎn)人為地分為前期、中期、后期、末期。主要變化包括核解體、紡錘體形成、染色單體分別，DNARNA合成停頓，蛋白質(zhì)合成削減。具體的分裂過程，后面將進(jìn)一步介紹。細(xì)胞周期調(diào)控細(xì)胞周期蛋白〔cyclin〕〔細(xì)胞周期蛋白依靠性激酶，CDKs〕結(jié)合，并調(diào)整它們的酶活性，從而幫助推動(dòng)和協(xié)調(diào)細(xì)胞周期的進(jìn)展。細(xì)胞周期蛋白的覺察第一次鑒定到細(xì)胞周期蛋白是在海膽的早期胚胎細(xì)胞中。1983年TimothyHunt首次覺察海膽卵細(xì)胞受精后，在卵裂過程中兩種蛋白的含量隨細(xì)胞周期而變化，在間期開頭合成，G2/M期到達(dá)頂峰，M期完畢后消逝，下個(gè)細(xì)胞周期又重合成，故命名細(xì)胞周期蛋白(cyclin)。后來在青蛙、爪蟾、果蠅和酵母中均覺察類似的狀況。細(xì)胞周期蛋白種類及功能目前從芽殖酵母、裂殖酵母和各類動(dòng)物中分別出的周期蛋白有30余種，在酵母中為Cln1、Cln2、Cln3、Clb1～Clb6，在高等動(dòng)A1、A2、B1、B2、B3、C、D1、D2、D3、E1、E2、F、G、HG1型、G1/S型S型和M4類〔1〕。1不同類型的周期蛋白高等動(dòng)物芽殖酵母激酶復(fù)合體CyclinCDKCyclinCDKG1-CDKG1/S-CDKS-CDKCyclinD*CyclinECyclinACDK4、6CDK2CDK2Cln3Cln1、2Clb5、6CDK1(CDC28)CDK1(CDC28)CDK1(CDC28)M-CDKCyclinBCDK1(CDC2)Clb1-4CDK1(CDC28)*D1-3cyclinD，在不同細(xì)胞中的表達(dá)量不同，但具有一樣的成效從上表可以看出，不同的周期蛋白在細(xì)胞周期中表達(dá)的時(shí)間不同，并與不同的CDK結(jié)合，調(diào)整不同CDK激酶活性。各種周期蛋白均含有一段保守氨基酸序列—周期蛋白框〔cyclinbox〕，介導(dǎo)周期蛋白與CDK結(jié)合。除此之外，不同周期蛋白又有其各自特性，如M期周期蛋白分子的近N9個(gè)氨基酸組成的特別序列——破壞框〔destructionbox〕，其作用是參與泛素A和B的降解。周期蛋白依靠性激酶〔cyclin-dependentkinase〕MPF的覺察細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂期會(huì)發(fā)生一系列形態(tài)構(gòu)造的變化，除了染色體的變化外，還包括核膜崩解、核仁消逝，以及內(nèi)膜系統(tǒng)、細(xì)胞骨架等一系列細(xì)胞器的轉(zhuǎn)變。這些細(xì)胞構(gòu)造是如何變化的？上世紀(jì)60年月開頭，人們開頭了各種試驗(yàn)來爭論引起細(xì)胞周期細(xì)胞形態(tài)變化的緣由。細(xì)胞融合試驗(yàn)說明細(xì)胞是否進(jìn)入下一個(gè)細(xì)胞周期時(shí)相是受到細(xì)胞質(zhì)中很多因子的掌握的。(圖11-4)同理，假設(shè)將處于M期細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)注入到間期細(xì)胞，間期細(xì)胞也會(huì)進(jìn)入分裂期?！矆D11-5〕這個(gè)試驗(yàn)也說明白分裂細(xì)胞中具有某種導(dǎo)致細(xì)胞進(jìn)入M期的M期促進(jìn)因子〔M-phasepromotingfactor,orMPF〕，后改為促成熟因子〔maturationpromotingfactor〕。11-4細(xì)胞融合試驗(yàn)顯示胞質(zhì)內(nèi)含物如何調(diào)整細(xì)胞核的轉(zhuǎn)變〔自Bolsover2023〕11-5將分裂期細(xì)胞的胞質(zhì)注入間期細(xì)胞內(nèi)導(dǎo)致間期細(xì)胞進(jìn)入分裂期〔自Bolsover2023〕11.2.2.1MPF的作用1988年純化了MPF，并鑒定到MPF是由兩個(gè)蛋白質(zhì)組成的復(fù)合體，一個(gè)具有催化作用被稱為細(xì)胞周期蛋白依靠性激酶〔cyclin-dependentkinase1，Cdk1)，別一個(gè)具有調(diào)整作用被稱為細(xì)胞周期蛋白(cyclin)。激活的CDK1磷酸化使靶蛋白構(gòu)象轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生相應(yīng)的生理效應(yīng)，如將核纖層蛋白磷酸化導(dǎo)致核纖層解體、核膜消逝，將H1磷酸化導(dǎo)致染色體的凝縮等等。這些效應(yīng)的最終結(jié)果是細(xì)胞周期的不斷運(yùn)行。因此，CDK激酶和其調(diào)整因子又被稱作細(xì)胞周期引擎。在細(xì)胞間期，細(xì)胞周期蛋白B含量很少，CDK1的磷酸化作用大大減弱，這也保證了在間期細(xì)胞中CDK完全處于非活化狀態(tài)。與此同時(shí)CDK1被其他蛋白激酶磷酸1415位的酪氨酸殘基末端加上兩個(gè)磷酸分子〔11-6〕。這兩個(gè)氨基酸位于CDK1ATP結(jié)合位點(diǎn)，磷酸化后可以阻擋ATP結(jié)合。進(jìn)入分裂期，細(xì)胞周期蛋白B含量漸漸增加，CDK1與細(xì)胞周期蛋白B結(jié)合后的復(fù)合體也增加，但是此時(shí)的蛋白復(fù)合體由于磷酸分子的結(jié)合并不具有活性。在G2/M期交界處，另外一個(gè)酶Cdc25使磷酸移開，活性位點(diǎn)暴露出來，MPF活化后可以使其他蛋白磷酸化。分裂期完畢，細(xì)胞周期蛋白B降解，CDK1活性消逝。11-6Cdk1B的磷酸化對細(xì)胞周期的作用〔Bolsover2023〕細(xì)胞周期的檢驗(yàn)點(diǎn)細(xì)胞周期是高度有組織的時(shí)序調(diào)控過程，受到DNA損傷檢驗(yàn)點(diǎn)、DNA復(fù)制檢驗(yàn)點(diǎn)和分裂檢驗(yàn)點(diǎn)等細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)的準(zhǔn)確調(diào)控。細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)的作用主要是調(diào)整細(xì)胞周期的時(shí)序轉(zhuǎn)換，以確保DNA的復(fù)制、染色體的分別等細(xì)胞重要生命活動(dòng)的高度準(zhǔn)確性，并對 DNA損傷、DNA復(fù)制受阻、紡錘體組裝和染色體分別特別等細(xì)胞損傷準(zhǔn)時(shí)做出反響，以防止突變和遺傳不穩(wěn)定的發(fā)生。細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)的功能缺陷，將導(dǎo)致細(xì)胞基因組的不穩(wěn)定，與細(xì)胞癌變及遺傳疾病的發(fā)生親熱相關(guān)。因此細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)對于維持細(xì)胞遺傳信息的穩(wěn)定性和完整性以及防止細(xì)胞癌變和遺傳疾病的發(fā)生起著至關(guān)重要的作用。DNA損傷檢驗(yàn)點(diǎn)DNA損傷檢驗(yàn)點(diǎn)〔DNAdamagecheckpoint〕位于G1/S轉(zhuǎn)換期，在哺乳動(dòng)物中稱為限制點(diǎn)或R點(diǎn)，這一時(shí)期打算著細(xì)胞是否進(jìn)入細(xì)胞周G1/S轉(zhuǎn)換的還有細(xì)胞大小、生長因子、藥物及DNA損傷狀況等多種機(jī)制，但目前爭論較為清楚的是DNA損傷檢驗(yàn)點(diǎn)。DNA因各種物理、化學(xué)等因素發(fā)生損傷后會(huì)激活DNA損傷檢驗(yàn)點(diǎn)機(jī)制，從而阻擋DNA連續(xù)復(fù)制，進(jìn)入DNADNA損傷格外嚴(yán)峻，則激活細(xì)胞凋亡途徑，阻擋DNA損傷的細(xì)胞進(jìn)展復(fù)制，從而保證細(xì)胞復(fù)制的準(zhǔn)確性。有些細(xì)胞臨時(shí)不通過R點(diǎn)，而是離開細(xì)胞周期，處于臨時(shí)靜息的狀態(tài)，我們稱這個(gè)時(shí)期為G0期，而這一時(shí)期的細(xì)胞就叫G0期細(xì)胞〔圖11-1〕。G0期細(xì)胞在受到某些分裂原的刺激后，還可以回到細(xì)胞周期，連續(xù)進(jìn)展分裂。肝細(xì)胞就屬于 G0期細(xì)胞，正常狀況下處于靜息狀態(tài)，如肝切除手術(shù)后，剩余肝細(xì)胞就會(huì)進(jìn)入細(xì)胞周期，不斷進(jìn)展分裂，直到肝臟全部恢復(fù)。DNA復(fù)制檢驗(yàn)點(diǎn)DNA復(fù)制檢驗(yàn)點(diǎn)〔DNAreplicationcheckpoint〕處于G2M期之前，主要是檢測DNA復(fù)制的完整性。假設(shè)復(fù)制消滅了缺失或重復(fù)，此檢驗(yàn)點(diǎn)將激活，使CDK1保持磷酸化狀態(tài)，阻擋細(xì)胞進(jìn)入MDNA如損傷格外嚴(yán)峻，則激活細(xì)胞凋亡途徑，進(jìn)入凋亡程序。假設(shè)條件全部適宜，則細(xì)胞將會(huì)進(jìn)入到M期。分裂檢驗(yàn)點(diǎn)分裂檢驗(yàn)點(diǎn)〔mitoticcheckpoint〕又稱紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)〔spindleorganizationcheckpoint〕,主要檢測染色體動(dòng)粒纖維飽和度和張力大小，保證中期染色體在排列整齊前不會(huì)啟動(dòng)染色單體分別和MMPF是否失活，以保證染色體安排和細(xì)胞分裂的準(zhǔn)確性。醫(yī)學(xué)應(yīng)用1 p53基因與癌癥治療癌癥是一種基因病，是人體細(xì)胞在外界環(huán)境作用下，內(nèi)在癌基因激活和抑癌基因失活造成的。癌癥已經(jīng)成為嚴(yán)峻威逼人類安康和生命的殺手。目前腫瘤的主要治療手段是手術(shù)、放療和化療，治療過程苦痛，很多癌癥患者仍舊難以得到根本治愈。人們越來越關(guān)注通過 “治本”的方法來提高腫瘤的治愈率。p53p53熱療打擊的癌細(xì)胞，起更大的殺傷作用。目前爭論覺察，很多腫瘤的發(fā)生都會(huì)伴隨著p53基因失活，通過人為方式補(bǔ)償p53基因缺失來抑制腫瘤成為人們探討的方法之一。p53腺病毒注射液〔商品名今又生〕，經(jīng)過5年困難的臨床試驗(yàn)，充分證明對治療頭頸鱗癌是安全有效的。202310月16日，國家食品藥品監(jiān)視治理局批準(zhǔn)重組人p53腺病毒注射液藥證書，意味著世界上第一個(gè)癌癥基因治療藥物在中國誕生，同時(shí)也標(biāo)志著我國基因治療癌癥臨床和基因藥物產(chǎn)業(yè)化方面都走在世界前列。p53基因治療腫瘤為人類制服癌癥帶來了的期望和曙光。細(xì)胞分裂通過鏡下觀看，我們很簡潔就區(qū)分出細(xì)胞周期中兩個(gè)不同的時(shí)期。間期占了細(xì)胞周期的大約 90%，期間主要進(jìn)展物質(zhì)合成，如DNA的復(fù)制、與細(xì)胞分裂相關(guān)的酶和蛋白質(zhì)的合成等，然而細(xì)胞內(nèi)可見的形態(tài)變化卻很小。當(dāng)間期一完畢，細(xì)胞進(jìn)入分裂期，這個(gè)時(shí)期很短暫，但卻伴隨著細(xì)胞形態(tài)上明顯的的變化。而對于有絲分裂來說，細(xì)胞分裂主要是指染色體的行為變化。無絲分裂R．雷馬克于1841年在觀看雞胚的血細(xì)胞的分裂過程中看到了無絲分裂。其典型過程是核仁首先伸長，在中間縊縮分開，隨后核也伸長并在中部從一面或兩面對內(nèi)凹進(jìn)橫縊，使核變成腎形或啞鈴型，然后斷開一分為二，同時(shí)細(xì)胞也在中部縊縮分成兩個(gè)子細(xì)胞。由于在分裂過程中不形成由紡錘絲構(gòu)成的紡錘體，不發(fā)生由染色質(zhì)濃縮成染色體的變化，故名，亦稱直接分裂。很多人在各種動(dòng)植物細(xì)胞中都觀看到過無絲分裂現(xiàn)象。但關(guān)于無絲分裂的生物學(xué)意義存在兩種不同意見：很多人認(rèn)為它是在病變或退化細(xì)胞中有時(shí)消滅的特別分裂方式；有些人認(rèn)為它是存在于正常組織中的一種細(xì)胞分裂方式。這種分裂方式常消滅于高度分化成熟的組織中，如蛙的紅細(xì)胞的分裂，在某些植物的胚胚乳細(xì)胞的分裂等。無絲分裂具有獨(dú)特的優(yōu)越性，比方耗能少、分裂快速、分裂時(shí)細(xì)胞核保持正常的生理功能，以及在不利條件下仍可進(jìn)展細(xì)胞分裂等。但由于無絲分裂沒有紡錘體的形成，分裂時(shí)遺傳物質(zhì)不肯定能平均安排給子細(xì)胞，可能會(huì)導(dǎo)致遺傳的不穩(wěn)定性等問題。11-711-7原核細(xì)胞的分裂過程〔自WilliamK.Purves2023〕11.3.2有絲分裂〔mitosis〕一個(gè)細(xì)胞經(jīng)過有絲分裂產(chǎn)生兩個(gè)子細(xì)胞，每個(gè)子細(xì)胞中包含了與親代細(xì)胞一樣的一套染色體。通常，我們依據(jù)染色體的形態(tài)變化人為地將有絲分裂分為五個(gè)時(shí)期，前期、前中期、中期、后期和末期〔圖11-8〕。人類的一個(gè)基因組包含了2330億對堿基組成。人類細(xì)胞內(nèi)包含了46條染色體，其中來自父母雙方的各23條。我們把細(xì)胞內(nèi)含有兩個(gè)基因組染色體的個(gè)體稱為二倍體〔diploid〕。11-8細(xì)胞有絲分裂過程〔自Bolsover2023〕11.3.2.1前期(Prophase)11-8細(xì)胞有絲分裂過程〔自Bolsover2023〕11.3.2.1前期(Prophase)：染色單體消滅，紡錘體形成當(dāng)細(xì)胞由G2期開頭向M期轉(zhuǎn)變時(shí)，位于核邊緣的中心體開頭向紡錘體的兩端移動(dòng)，從而確立了細(xì)胞的兩極，并向細(xì)胞中心發(fā)出M〔這說明在間期里DNA已經(jīng)進(jìn)展了復(fù)制。染色質(zhì)的分散也降低了DNA分子被破壞的時(shí)機(jī)。每條染色體的中心都具有一個(gè)富含衛(wèi)星DNA的狹窄構(gòu)造稱為著絲?！瞔entromere〕，著絲粒中心有兩個(gè)與紡錘絲相連的三層構(gòu)造，稱為動(dòng)?！瞔onstriction〕，每個(gè)動(dòng)粒位于一個(gè)染色單體上，參與染色體的運(yùn)動(dòng)。染色體與紡錘絲及兩極的中心體一起共同構(gòu)成一個(gè)紡錘樣的構(gòu)造，稱為紡錘體〔mitoticspindle〕。一個(gè)紡錘體中包含兩種微管構(gòu)造：極微管和動(dòng)粒微管。極微管由很多圍繞中心體的微管蛋白組成，中心體周邊的，也稱星射線，長的微管能到達(dá)細(xì)胞赤道板。動(dòng)粒微管直接與染色體上的動(dòng)粒相連，參與染色體運(yùn)動(dòng)。〔圖11-9〕隨著染色體的分散，核仁漸漸消逝。最終，核膜完全崩解，核仁完全消逝，標(biāo)志著前期的完畢。圖11-10 圖11-10 間期細(xì)胞〔自WilliamK.Purves2023〕S期，DNA和中心粒進(jìn)展了復(fù)制圖11-11 前期細(xì)胞〔自WilliamK.Purves2023〕中心粒向兩極移動(dòng)形成細(xì)胞的極，同時(shí)染色質(zhì)開頭凝集形成染色體11.3.2.2前中期(Prometaphase)隨著核膜的消逝，前中期開頭。核膜的組成成分散落在胞質(zhì)中，直到再次形成子代細(xì)胞的細(xì)胞核。由中心體發(fā)出的微管隨機(jī)組裝，動(dòng)粒微管與染色體動(dòng)粒隨機(jī)連接，并帶動(dòng)染色體隨機(jī)移動(dòng)。由于染色單體兩側(cè)隨機(jī)連接的動(dòng)粒微管數(shù)量不同，所以染色體處于一種不平衡狀態(tài)。因此，最初時(shí)紡錘體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，染色體也反復(fù)在細(xì)胞兩級與赤道板間做來回運(yùn)動(dòng)。最終，當(dāng)染色,標(biāo)志前中期完畢〔圖11-12〕11-12前中期細(xì)胞〔自WilliamK.Purves2023〕11.3.2.311-12前中期細(xì)胞〔自WilliamK.Purves2023〕11.3.2.3中期〔Metaphase〕當(dāng)染色體的著絲粒全部位于赤道板上，我們說細(xì)胞進(jìn)入了中期。中期染色體到達(dá)最大凝集，從形態(tài)和大小上觀看都是最典型的，同時(shí)能夠清楚地看到染色單體通過微管與細(xì)胞的某一極相連(11-13)。11-14中期染色體分別的分子機(jī)制〔自WilliamK.Purves2023〕中期末，染色單體隨機(jī)分開向兩極移動(dòng)。染色單體分別是由于連接姐妹染色單體的分散蛋白〔cohesin〕被一個(gè)特別的蛋白質(zhì)—separase水解。在此之前，separase始終存在，但是因securin亞基受到抑制，而沒有表現(xiàn)出活性。當(dāng)染色單體與紡錘體連接時(shí)，securin被水解，separase就可以催化分散蛋白cohesin分別使染色單體向兩極移動(dòng)。假設(shè)此時(shí)securin亞基被抑制，就會(huì)阻擋姐妹染色單體分別，而使細(xì)胞停留在有絲分裂的中期〔11-14〕。11.3.2.4后期〔Anaphase〕目前認(rèn)為與染色體移動(dòng)的緣由可能有兩個(gè)：第一，位于動(dòng)粒處的蛋白質(zhì)執(zhí)行著“分子馬達(dá)”的作用，這些蛋白質(zhì)被稱作胞質(zhì)動(dòng)力蛋白〔cytoplasmicdynein〕，能夠水解ATP形成ADP，同時(shí)釋放能量使染色體沿著微管向細(xì)胞兩極移動(dòng)。這些馬達(dá)蛋白為染色75%的動(dòng)力。其次，動(dòng)粒微管不斷縮短，牽引著染色體向兩極移動(dòng)，這為染色體的運(yùn)動(dòng)供給了另外25%的動(dòng)力。在后期，由于兩極的極微管向?qū)γ娌粩嘌娱L，致使紡錘體的兩極漸漸遠(yuǎn)離，細(xì)胞兩極間距離隨之增大。同時(shí)染色體也在紡錘絲牽引下向兩極移動(dòng)，每一極會(huì)得到一套染色體。染色體移動(dòng)的速度很慢，大約是每分鐘1微米，從中期分裂開頭移動(dòng)至到達(dá)細(xì)胞兩極大約要花10-60分鐘不等的時(shí)間。這個(gè)速度相當(dāng)于一個(gè)人花九百萬年穿越美國。而這么慢的速度可能與確保染色體的準(zhǔn)確分別有關(guān)。11-15后期細(xì)胞〔WilliamK.Purves2023〕11.3.2.5末期〔telophase〕：細(xì)胞核的重現(xiàn)從染色體移動(dòng)到細(xì)胞兩極不再移動(dòng)開頭，細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂的末期。此時(shí)細(xì)胞兩極各具有一套帶有一樣遺傳物質(zhì)的染色體，染色體開頭解螺旋形成染色質(zhì)，核膜、核仁再將消滅，這標(biāo)志著末期的完畢，細(xì)胞進(jìn)入下一個(gè)間期〔圖 11-16〕。11-16末期細(xì)胞〔自WilliamK.Purves2023〕有絲分裂的準(zhǔn)確程度是令人贊美的。通過有絲分裂，一個(gè)細(xì)胞核形成了兩個(gè)與親代細(xì)胞具有完全一樣遺傳物質(zhì)和構(gòu)造的子代細(xì)胞核。當(dāng)細(xì)胞核的變化完成后，細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)也要發(fā)生相應(yīng)的變化來完成整個(gè)細(xì)胞分裂的過程。11.3.2.6胞質(zhì)分裂期〔Cytokinesis〕有絲分裂僅僅指核的分裂過程。細(xì)胞質(zhì)的分裂是通過胞質(zhì)分裂完成的，從有絲分裂末期就已經(jīng)開頭。不同生物體胞質(zhì)分裂的方式是不同的，動(dòng)、植物的胞質(zhì)分別就存在顯著的差異。動(dòng)物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂通常是在質(zhì)膜上形成一條深溝，如同一條可見的線在兩極之間被勒緊，質(zhì)膜形成一個(gè)皺摺。這條線是由微動(dòng)物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂通常是在質(zhì)膜上形成一條深溝，如同一條可見的線在兩極之間被勒緊，質(zhì)膜形成一個(gè)皺摺。這條線是由微絲形成，像一枚指環(huán)位于質(zhì)膜下方。隨著微絲里的肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白的相互作用，微絲不斷收縮，最終將細(xì)胞一分為二〔圖11-17a〕。植物細(xì)胞由于具有細(xì)胞壁，胞質(zhì)分裂過程與動(dòng)物不同。隨著有絲分裂末期紡錘體的解體，由高爾基復(fù)合體發(fā)出很多膜性小泡逐漸聚攏到細(xì)胞赤道平面，在馬達(dá)蛋白動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下，這些小泡漸漸形成的構(gòu)造—細(xì)胞板，繼而形成植物的細(xì)胞壁?！矆D11-17b〕隨著胞質(zhì)分裂的完畢，一個(gè)細(xì)胞形成兩個(gè)包含了完整細(xì)胞成分的子細(xì)胞。有絲分裂是染色體平均安排的保障。而其他細(xì)胞器，如核糖體、線粒體、葉綠體等并不肯定要平均安排，也不需要有絲分裂器來幫助這些細(xì)胞器在兩個(gè)子細(xì)胞中進(jìn)展一樣的定位。所以有絲分裂是細(xì)胞核分裂的主要方式。11-17動(dòng)物與植物細(xì)胞胞質(zhì)分裂的不同〔自WilliamK.Purves2023〕醫(yī)學(xué)應(yīng)用1 染色體計(jì)數(shù)間期細(xì)胞內(nèi)的DNA分子只能通過電子顯微鏡觀看。然而在細(xì)胞有絲分裂時(shí)，DNA凝集形成獨(dú)立的染色體，我們可能很簡潔的就通過一般光學(xué)顯微鏡觀看到并對其進(jìn)展計(jì)數(shù)。一些遺傳疾病，可以通過計(jì)數(shù)染色體而覺察，如 21三體綜合征，可以在鏡下觀看到多出一條21號(hào)染色體，此病也稱唐氏綜合征〔Downsyndrome〕或先天愚型。醫(yī)學(xué)應(yīng)用2 秋水仙素阻擋有絲分裂秋水仙素可以阻擋微管分散，所以在試驗(yàn)中常用來進(jìn)展染色體的制備。注入秋水仙素后的細(xì)胞，大局部會(huì)停留在有絲分裂中期，這樣對于進(jìn)展染色體計(jì)數(shù)及觀看染色體的形態(tài)有很大的幫助。減數(shù)分裂〔Meiosis〕體細(xì)胞的增殖通過有絲分裂進(jìn)展，得到的細(xì)胞染色體數(shù)目及遺傳物質(zhì)與親代細(xì)胞完全一樣。而在進(jìn)展有性生殖的生物體中，生殖細(xì)胞的增殖是通過減數(shù)分裂的方式進(jìn)展的。通過減數(shù)分裂，細(xì)胞分裂兩次，DNA復(fù)制一次，得到單倍體的生殖細(xì)胞。與有絲分裂不同，所得到的生殖細(xì)胞的遺傳物質(zhì)與親代不同，而且生殖細(xì)胞間遺傳物質(zhì)也有差異，要弄清這一點(diǎn)要理解減數(shù)分裂的功能：形成單倍體細(xì)胞保證每個(gè)細(xì)胞都擁有一套完成的染色體分裂得到的生殖細(xì)胞間存在遺傳差異精卵結(jié)合形成受精卵后單倍體又變成雙倍體進(jìn)展增殖減數(shù)分裂共有兩次分裂，為了區(qū)分，分別將兩次分裂命名為減數(shù)分裂Ⅰ和減數(shù)分裂Ⅱ，每次分裂又分為前、中、后、末幾個(gè)期，分別也冠以Ⅰ和Ⅱ加以區(qū)分。減數(shù)分裂Ⅰ(MeiosisⅠ)與有絲分裂相像，減數(shù)分裂之前細(xì)胞處于間期，在S期DNA進(jìn)展了復(fù)制，所以每條染色體包含了兩條姐妹染色單體。而在減數(shù)分裂期Ⅰ具有兩個(gè)有絲分裂沒有的特點(diǎn)：1.2.中期Ⅰ末同源染色體分別前期Ⅰ(prophaseI)前期Ⅰ持續(xù)時(shí)間較長，如男性精細(xì)胞的前期Ⅰ可持續(xù)一周，而女性卵細(xì)胞的前期Ⅰ可以從胚胎時(shí)期始終持續(xù)幾十年。依據(jù)細(xì)胞的形態(tài)變化，可人為地將前期Ⅰ分為細(xì)線期、偶線期、粗線期、雙線期和終變期五個(gè)時(shí)期。細(xì)線期：染色質(zhì)開頭凝集，螺旋化，變短變粗，形成絲狀染色體。在絲狀染色體上可見一系列大小不同的顆粒狀構(gòu)造，稱為染色粒。由于兩條染色單體的臂未分別，在顯微鏡下染色體呈細(xì)的單線狀。細(xì)線期：染色質(zhì)開頭凝集，螺旋化，變短變粗，形成絲狀染色體。在絲狀染色體上可見一系列大小不同的顆粒狀構(gòu)造，稱為染色粒。由于兩條染色單體的臂未分別，在顯微鏡下染色體呈細(xì)的單線狀。偶線期：此期最顯著特征是發(fā)生了同源染色體〔HomologousChromosome〕配對，所謂同源染色體即形態(tài)、大小、構(gòu)造一樣的染色體，一條來自父方，一條來自母方，兩者沿其長軸漸漸靠近，相互嚴(yán)密聯(lián)系在一起，此過程稱為聯(lián)會(huì)〔 synapsis〕。配對的同源染色體又稱為二價(jià)體〔tetrad〕或四分體〔bivalent〕。粗線期：染色體進(jìn)一步縮短變粗，并發(fā)生等位基因之間局部DNA片段的交換和重組，在顯微鏡下可見非姐妹染色單體間形成了多處穿插11-18電鏡下非姐妹染色單體間形成多處穿插〔自WilliamK.Purves2023〕雙線期：此期顯著特征是染色體的穿插端化。重組完畢，同源染色體相互分別，穿插開頭遠(yuǎn)離著絲粒，并向染色體末端移動(dòng)。雙線期持續(xù)時(shí)間較長，其長短變化很大〔11-19〕。11-19通過穿插互換形成重組的染色體〔自WilliamK.Purves2023〕終變期：染色體螺旋化到達(dá)最高程度，形成短棒狀構(gòu)造，穿插端化連續(xù)進(jìn)展，核仁、核膜開頭解體。終變期完畢標(biāo)志著前期Ⅰ完成。中期Ⅰ〔metaphaseI〕此期與有絲分裂中期相像，染色體向赤道方向移動(dòng)，排列到赤道面上，同時(shí)消滅紡錘體的裝配，紡錘體發(fā)出紡錘絲與染色體的動(dòng)粒相連。不同的是，每個(gè)二價(jià)體上包含四個(gè)動(dòng)粒，每條同源染色體上兩個(gè)動(dòng)粒分別位于兩側(cè)與紡錘絲相連。后期Ⅰ〔anaphaseI〕此期顯著特征是同源染色體的分別。同源染色體被紡錘絲牽引著分別向兩極移動(dòng)，非同源染色體隨機(jī)組合。此時(shí)，細(xì)胞每一極只得到二價(jià)體中的一半，染色體數(shù)目已經(jīng)減半，但由于每條染色體上包含兩條染色姐妹單體，所以DNA含量并沒有減半。末期Ⅰ〔telophaseI〕染色體到達(dá)兩極不再移動(dòng)標(biāo)志末期Ⅰ開頭，染色體開頭解螺旋重形成染色質(zhì)，核膜、核仁重消滅，一個(gè)細(xì)胞分裂為兩個(gè)子細(xì)胞。減數(shù)分裂間期〔interkinesis,〕此期時(shí)間很短，沒有DNA合成，也不進(jìn)展染色體復(fù)制。有些生物沒有間期，直接進(jìn)入其次次減數(shù)分裂。減數(shù)分裂Ⅱ〔MeiosisII〕減數(shù)分裂II的過程與有絲分裂相像，中期II染色體排列到赤道面形成赤道板，隨著分散蛋白分解，姐妹染色單體彼此分別，分II，染色體重解螺旋形成染色質(zhì)。11-20細(xì)胞減數(shù)分裂過程〔自Bolsover2023〕減數(shù)分裂II與有絲分裂顯著不同之處有以下三個(gè)方面：DNAII沒有。有絲分裂過程中姐妹染色單體是一樣的，而減數(shù)分裂II由于前期I的穿插互換，兩條姐妹染色單體不完全一樣。減數(shù)分裂II位于赤道面的染色體數(shù)目是有絲分裂時(shí)的一半。經(jīng)過減數(shù)分裂，一個(gè)母細(xì)胞形成4個(gè)子細(xì)胞，每個(gè)子細(xì)胞中的染色體數(shù)目為母細(xì)胞的一半，由于穿插互換，每個(gè)子細(xì)胞與其他子細(xì)胞都存在著遺傳上的差異。有絲分裂與減數(shù)分裂的比較盡管減數(shù)分裂過程中發(fā)生的很多大事與有絲分裂類似或一樣，如它們都是通過形成紡錘體來牽引染色體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞分裂，但是二者仍舊存在較多差異，如有絲分裂時(shí)間短，只需1-2小時(shí)即可完成，而減數(shù)分裂的時(shí)間較長，而且變化較大，從幾十小時(shí)到211-21。圖11-21有絲分裂與減數(shù)分裂的區(qū)分〔自WilliamK.Purves2023〕2有絲分裂與減數(shù)分裂的比較有絲分裂分裂后形成體細(xì)胞，細(xì)胞分裂1次，不 產(chǎn)生兩個(gè)子細(xì)胞同 子細(xì)胞與母細(xì)胞染色體數(shù)目一樣點(diǎn) 同源染色體不消滅聯(lián)會(huì)、四分體、分別現(xiàn)象

減數(shù)分裂分裂后形成生殖細(xì)胞，細(xì)胞分裂2次，產(chǎn)生四個(gè)子細(xì)胞子細(xì)胞染色體數(shù)是母細(xì)胞的一半I發(fā)生同源染色體的聯(lián)會(huì)、四分體、分別現(xiàn)象一樣點(diǎn)

細(xì)胞分裂過程中均消滅染色體和紡錘體，染色體復(fù)制1次減數(shù)分裂的生物學(xué)意義在減數(shù)分裂過程中同源染色體的聯(lián)會(huì)與分別到底會(huì)帶來什么樣的結(jié)果呢？在有絲分裂中，每條染色體都是獨(dú)立的，兩條染色單體在分裂后期也分別移向細(xì)胞兩極，而且攜帶的遺傳物質(zhì)也是一樣的，狀況在減數(shù)分裂時(shí)則完全不同。在減數(shù)分裂中，偶線期同源染色體聯(lián)會(huì)，發(fā)生穿插互換，遺傳物質(zhì)進(jìn)展了重組。在后期Ⅰ，同源染色體分別，隨機(jī)進(jìn)入細(xì)胞兩極，每個(gè)子細(xì)胞攜帶的遺傳物質(zhì)都各不一樣。設(shè)想假設(shè)一個(gè)細(xì)胞只含有兩條同源染色體，那么就形成兩種類型的子細(xì)胞，染色23223(8388608)種，再加上發(fā)生的穿插互換數(shù)目，重組個(gè)數(shù)將更加浩大，這是生物遺傳變異發(fā)生的根底。同時(shí)形成配子染色體數(shù)目減半，受精后，又恢復(fù)為正常染色體數(shù)，這對于保持染色體數(shù)目的恒定具有重要意義。細(xì)胞周期與疾病細(xì)胞周期涵蓋了人的整個(gè)生命過程。從一個(gè)受精卵開頭，經(jīng)過細(xì)胞周期形成大量細(xì)胞發(fā)育為完整個(gè)體。細(xì)胞周期的特別也會(huì)導(dǎo)致人體消滅相應(yīng)疾病。目前，與細(xì)胞周期關(guān)系最為親熱的疾病就是腫瘤。細(xì)胞周期是一個(gè)高度有序的運(yùn)轉(zhuǎn)過程。如前所述，它的正確運(yùn)轉(zhuǎn)是在適宜的環(huán)境中通過對cyclin/Cdks復(fù)合物的活性進(jìn)展準(zhǔn)確調(diào)控來實(shí)現(xiàn)的。cyclin、Cdk的表達(dá)特別、Cdk抑制蛋白的缺失，以及檢測點(diǎn)的特別等都將使細(xì)胞周期發(fā)生紊亂，細(xì)胞的增殖失控，最終發(fā)生癌變。cyclin/Cdk復(fù)合物與腫瘤發(fā)生cyclin在細(xì)胞周期中進(jìn)展周期性的合成和降解，不同的cyclin在細(xì)胞周期的不同階段與不同的Cdks結(jié)合，從而激活Cdk分子?；罨腃dks呈現(xiàn)出蛋白激酶活性，使不同的底物蛋白磷酸化，從而啟動(dòng)或調(diào)控細(xì)胞周期的主要大事。由此可見，cyclin分子適時(shí)適度進(jìn)展表達(dá)是細(xì)胞周期正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提。CyclinD1CyclinD1與很多腫瘤的發(fā)生有關(guān)，在各種實(shí)體腫瘤和一些血液系統(tǒng)腫瘤中，均有cyclinD1cyclinD1過量表達(dá)的狀況下，細(xì)胞在沒有生長因子刺激時(shí)也能增殖，這種特別增殖正是細(xì)胞癌變的根底。CyclinD1在腫瘤細(xì)胞中的特別主要表現(xiàn)為基因CycDlcyclinD1基因特別中最常見的一種形式，主要發(fā)生在乳腺、食管、膀胱、肺及鱗狀細(xì)胞癌中。在血液系統(tǒng)惡性腫瘤中cyclinD2和cyclinD3的特別表達(dá)比較常見，cyclinD2cyclinD3使染色體變異漸漸積存，細(xì)胞進(jìn)而發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化。與cyclin相比，腫瘤細(xì)胞中Cdk8特別的發(fā)生頻率比較低。據(jù)報(bào)道，在一些黑素瘤、肉瘤和神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中，Cdk4的表達(dá)水平明顯高于正常細(xì)胞。人們還覺察在一些腫瘤細(xì)胞中Cdk4和Cdk6的基因會(huì)發(fā)生突變，使得周期蛋白依靠性激酶抑制因子(CM)Cdk1Cdk2的過量表達(dá)。Cdks抑制蛋白〔CKI〕與腫瘤發(fā)生CKICdksCdkcyclin/Cdks復(fù)合物結(jié)合，抑制Cdk的蛋白激酶活性。在腫瘤細(xì)胞中CKI基因CKI對Cdks的負(fù)向調(diào)控作用降低或者完全喪失。pl6基因的突變和缺失廣泛存在于各種腫