细胞生物学细胞增殖及其调控.pptx

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1、1细胞增殖的意义细胞增殖(cell(cell proliferation)proliferation)是细胞生命活动的重要特征之一,是生物繁育的基础。单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。多细胞生物由一个单细胞即受精卵分裂发育而来，细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞，维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要依赖细 胞增殖。第1页/共55页2OUTLINE11.1 CELL CYCLE11.2 REGULATION OF CELL CYCLE第2页/共55页311.1 cell cycles一、细胞周

2、期细细胞胞周周期期是是指指连连续续分分裂裂的的细细胞胞从从一一次次有有丝丝分分裂裂结结束束后后开开始始生生长长到到下下次次有有丝丝分分裂裂终终止止所所经经历历的的全全过过程程。在在这这一一过过程程中中,细细胞胞的的遗遗传传物质进行复制并均等地分配给两个子细胞。物质进行复制并均等地分配给两个子细胞。第3页/共55页42001年诺贝尔生理学与医学奖年诺贝尔生理学与医学奖:利兰利兰哈特韦尔哈特韦尔发现了控制细胞周期的基因，其中一种被称为发现了控制细胞周期的基因，其中一种被称为“START”的基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。的基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。保罗保罗

3、纳西纳西的贡献是发现了的贡献是发现了CDK。蒂莫西蒂莫西亨特亨特的贡献是发现了调节的贡献是发现了调节CDK的功能物质的功能物质CYCLIN.第4页/共55页5Phases of the cell cycle 第5页/共55页6v 细胞周期时相及类型细胞周期时相及类型Phases of the cell cycle 间期间期(interphase)G1期期(Gap 1 phase),即即从从M期期结结束束到到S期期开开始始前的一段间歇期前的一段间歇期;S期期,即即DNA合成期合成期(DNA synthetic phase);G2期期(Gap 2 phase),即即DNA合合成成后后(S期期)到到

4、有丝分裂前的一个间歇期有丝分裂前的一个间歇期;M期期,即有丝分裂期即有丝分裂期(mitosis phase)。不不一一定定每每种种细细胞胞都都有有四四个个时时期期，如如胚胚胎胎细细胞胞没没有有G1期。期。第6页/共55页7可将高等动物的细胞分为三类：连续分裂细胞，如表皮生发层、部分骨髓细胞。休眠细胞，暂不分裂，但适当刺激下可重新进入细胞周期，称G0期细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。不分裂细胞，不再分裂，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等。第7页/共55页8二二 细胞周期各时细胞周期各时 相的合成活动相的合成活动G1期期(Gap1 phase)S 期期 (synthesis phase)G

5、2 期期(Gap 2 phase)M期期第8页/共55页9G1G1期与DNADNA合成启动相关，开始合成细胞生长所 需要的多种蛋白质、RNARNA、碳水化合物、脂 等，同时染色质去凝集。第9页/共55页10S 期 DNADNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构 第10页/共55页11G2G2期 DNA DNA复制完成，在G2G2期合成一定数量的蛋白质和RNARNA分子第11页/共55页12M 期 M期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)(mitosis)和减数分裂(meiosis)(meiosis)。遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。第12页

6、/共55页13组成：感受器、信号传导通路、效应器。主要检验点：G1/S检验点：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？在酵母中称start点，在哺乳动物中称R点(restriction point)。S期检验点：DNA复制是否完成？G2/M检验点：DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？中-后期检验点：纺锤体组装检验点。细胞周期检验点（check point）第13页/共55页14细胞周期的时间长短与物种/细胞类型有关。G1期持续时间差异较大，M期最短,约0.54.5小时。脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法（PLM）：用3HTDR对测定细胞脉冲标记、定时取材，通过统计标记有

7、丝分裂细胞百分数的办法来测定细胞周期。三 细胞周期时间的测定第14页/共55页15有关名词：TG1：G1期的持续时间TG2：G2期的持续时间TS：S期的持续时间TM：M期的持续时间TC：一个细胞周期的持续时间PLM：标记的有丝分裂细胞所占的比例TDR：胸腺嘧啶核苷，是DNA的特异前体，能被S期细胞摄入，而掺进DNA中。第15页/共55页16测定原理:待测细胞经3H-TDR标记后，所有S期细胞均被标记。S期细胞经G2期才进入M期，所以一段时间PLM=0。开始出现标记M期细胞时，表示处于S期最后阶段的细胞，已渡过G2期，所以从PLM=0到出现PLM的时间间隔为TG2。S期细胞逐渐进入M期，PLM上

8、升，到达到最高点的时候说明来自处于S最后阶段的细胞，已完成M，进入G1期。所以从开始出现PLM到PLM达到最高点（100%）的时间间隔就是TM。当PLM开始下降时，表明处于S期最初阶段的细胞也已进入M期，所以出现PLM到PLM又开始下降的一段时间等于TS。从PLM出现到下一次PLM出现的时间间隔就等于TC，根据TC=TG1+TS+TG2+TM即可求出的TG1长度。第16页/共55页17（一）自然同步化1、多核体：如：粘菌、疟原虫。2、水生动物的受精卵：如海胆、两栖类。3、增殖抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠孢子移入适宜环境后，同步分裂。四 细胞（周期）同步化第17页/共55页181、选择同步

9、化1）有丝分裂选择法优点：操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害。缺点：获得的细胞数量较少（分裂细胞约占1%2%）。2）细胞沉降分离法(密度梯度离心法)优点：省时，效率高，成本低。缺点：同步化程度较低，且对大多数种类细胞不适用。（二）人工同步化第18页/共55页192.2.诱导同步化DNADNA合合成成阻阻断断法法 G1/S-TdRG1/S-TdR双双阻阻断断法法：最最终终将将细细胞胞群群阻阻断断于于G1/SG1/S交交界界处处。优优点点:同同步步化化效效率率高高，几几乎乎适适合合于于所所有有体体外外培培养养的的细细胞胞体体系系。缺缺点点:诱诱导导过过程程可可造造成成细细胞胞非非均均衡衡生长

10、生长.分分裂裂中中期期阻阻断断法法：通通过过抑抑制制微微管管聚聚合合来来抑抑制制细细胞胞分分裂裂器器的的形形成成，将将细细胞胞阻阻断断在在细细胞胞分分裂裂中中期期。优优点点:操操作作简简便便，效率高。缺点效率高。缺点:这些药物的毒性相对较大这些药物的毒性相对较大.第19页/共55页20五 特异的细胞周期-Embryonic cell cycles 第20页/共55页21爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期细胞分裂快,无G1G1期,G2,G2期非常短,S,S期也短(所有复制子都激活),),以至认为仅含有S S期和M M期无需临时合成其它物质子细胞在G1G1、G2G2期并不生长，越分裂体积越小 细胞周期调控

11、因子和调节机制与一般体细胞标准的 细胞周期基本是一致的第21页/共55页22酵母细胞的细胞周期酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似酵母细胞周期明显特点:首先，酵母细胞周期持续时间较短；细胞分裂过程属于封闭式，即在细胞分裂时核膜不解聚；纺锤体位于细胞核内；在一定环境下，也进行有性繁殖第22页/共55页23第23页/共55页24植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期非常相似，含有G1G1期、S S期、G2G2期和M M期四个时期。植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常组装纺锤体。植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂第24页/共55页25细菌的细胞周期

12、慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定相似之处。其DNADNA复制之前的准备时间与G1G1期类似。分裂之前的准备时间与G2G2期类似。再加上S S期和M M期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期 细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最 基本的DNADNA复制速度之间的矛盾第25页/共55页2611.2 细胞分裂无丝分裂：又称直接分裂，由Remark（1841）发现于鸡胚血细胞，不涉及纺锤体形成及染色体变化。有丝分裂：又称为间接分裂，由Fleming(1882)和Strasburger(1880)发现。减数分裂：DNA复制一次，细胞连续分裂两次。第26页/共55页27Stages of

13、 mitosis in an animal cell 第27页/共55页28一、有丝分裂（一）有丝分裂过程 为了便于描述人为的划分为六个时期：前期(prophase)；前中期(premetaphase)；中期(metaphase)；后期(anaphase)；末期(telophase)和胞质分裂。第28页/共55页291.前期染色质凝缩，分裂极确立与纺锤体开始形成，核仁解体，核膜消失。第29页/共55页30间期动物细胞含一个MTOCMTOC，即中心体，在S S期末，两个中心粒在各自垂直的方向复制出一个中心粒，形成两个中心体。当前期开始时，2 2个中心体移向细胞两极，并同时组织微管生长，由两极形成

14、的微管通过微管结合蛋白在正 极末端相连，最后形成有丝分裂纺锤体。第30页/共55页312.前中期从核膜解体到染色体排列到赤道面上。第31页/共55页32前中期(prometaphase)(prometaphase)核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中特异的SerSer残基磷酸化导致核纤层解体纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体，每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成三种类型的微管，一部分纺锤体微管的自由端最终结合到着丝点上,形成动粒微管。前中期的特征是染色体剧烈地活动,个别染色体剧烈地旋转、振荡、徘徊于两极之间。第32页/共

15、55页33纺锤体微管的类型纺锤体微管的类型第33页/共55页343.3.中期(metaphase)(metaphase)主主要要特特点点是是姐姐妹妹染染色色单单体体位位于于赤赤道道板板上上,着着丝丝粒粒分分别别被被两两端端的的中中心心体体发发出出的的纤纤维维连连接接。（所有染色体排列到赤道板(Metaphase Plate)上）染色体进一步凝缩,并移到赤道附近,排列在赤道板；姐妹染色单体的着丝粒分别与一条或多条来自对面的纤维结合,成为被争夺的对象第34页/共55页35染色体排列到赤道面上。第35页/共55页364.后期(anaphase)第36页/共55页37第37页/共55页38后期(ana

16、phase)排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离产生向极运动 主要特点是主要特点是:着丝粒分开着丝粒分开,染色单体移向两极。染色单体移向两极。后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段，即后期A和后期B 后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动 后期B，极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉 长，介导染色体向极运动第38页/共55页39Anaphase A:separation of the sister chromatids.第39页/共55页40Anaphase B:separation of the poles.植物细胞有没有后期B？第40页/共55页415.5.末期

17、(telophase)(telophase)第41页/共55页42（五）末期从子染色体到达两极，至形成两个新细胞为止的时期。涉及子核的形成和胞质分裂两个方第42页/共55页43末期(telophase)(telophase)染色单体到达两极，即进入了末期（telophasetelophase）,到达两极的染色单体开始去浓缩核膜开始重新组装 GolgiGolgi体和ERER重新形成并生长核仁也开始重新组装，RNARNA合成功能逐渐恢复,有丝分裂结束 主要特点是主要特点是:染色体解螺旋形成细丝染色体解螺旋形成细丝,出现核仁和核膜。出现核仁和核膜。第43页/共55页446.6.胞质分裂动物细胞胞质分

18、裂胞质分裂(cytokinesis)(cytokinesis)开始于细胞分裂后期，在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟(furrow)(furrow)。分裂沟的位置与纺锤体和钙离子浓度的变化有关胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在分裂沟处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为收缩环（contractile contractile ring)ring)。收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞第44页/共55页45分裂沟收缩环第45页/共55页46植物细胞胞质分裂与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞 质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和胞 壁而将细胞分开第46页/共

19、55页47（二二）、染染色色体体运运动动的的动动力机制力机制 1、染色体列队机制 是什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？Mad蛋白和Bub蛋白促使染色体被动力微管捕捉。牵拉假说和外推假说。牵拉假说和外推假说。第47页/共55页48第48页/共55页492 2、染色体分离机制、染色体分离机制后期后期A A 染色体分离的力染色体分离的力-拉力：拉力：动粒微管去聚合假说动粒微管去聚合假说后期后期B B 两极距离变长的力两极距离变长的力-推力：推力：纺锤体微管滑动假说纺锤体微管滑动假说第49页/共55页50Anaphase A and Anaphase B第50页/共55页51 微管去聚合作用假说微

20、管去聚合作用假说该该假假说说的的特特点点是是动动粒粒微微管管不不断断解解聚聚缩缩短短,造成将染色体拉向两极。造成将染色体拉向两极。该该模模型型的的可可能能机机理理是是微微管管的的正正端端插插入入动动粒粒的的外外层层,微微管管蛋蛋白白分分子子与与动动粒粒蛋蛋白白分分子子有有亲亲和和性性,微微管管蛋蛋白白在在此此端端去去组组装装。在在动动粒粒中中,ATP,ATP分分子子水水解解可可以以提提供供能能量量,驱驱动动微微管管上上的的马马达达分分子子向向极极部部移移动动,拉拉动动染染色色体向极移动。体向极移动。第51页/共55页52后期后期A:A:微管去聚合假说微管去聚合假说第52页/共55页53后期后期

21、B:纺锤体微管滑动假说纺锤体微管滑动假说 这这种种假假说说认认为为极极-极极分分离离是是由由极极微微管管的的两种不同类型的变化引起的。两种不同类型的变化引起的。首首先先,极极微微管管在在+端端添添加加微微管管二二聚聚体体进进行行聚聚合合延延长长，使使两两极极的的极极微微管管产产生生重重叠叠的的带带(overlap zone)。第第二二，极极微微管管产产生生滑滑动动，产产生生将将两两极极分分开的力。开的力。微微管管间间的的横横桥桥能能够够提提供供机机械械-化化学学的的活活动动。横横桥桥上上有有较较高高的的ATP酶酶活活性性,推推测测是是一一种种分子马达。分子马达。第53页/共55页54纺纺锤锤体体微微管管滑滑动动假假说说第54页/共55页55感谢您的观看！第55页/共55页