普通生物學(xué)：第5章 細(xì)胞周期和細(xì)胞分裂

第四節(jié)

細(xì)胞周期和細(xì)胞分裂細(xì)胞增殖的意義細(xì)胞生命活動(dòng)的重要特征之一,是生物繁育的基礎(chǔ)。單細(xì)胞生物：導(dǎo)致生物個(gè)體數(shù)量的增加。多細(xì)胞生物：由一個(gè)單細(xì)胞（受精卵）分裂發(fā)育而來，多細(xì)胞生物繁殖基礎(chǔ)。成體生物：主要取代衰老死亡的細(xì)胞，維持個(gè)體細(xì)胞數(shù)量的相對(duì)平衡和機(jī)體的正常功能。機(jī)體創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理組織修復(fù)等。細(xì)胞是生物體生長、發(fā)育的基礎(chǔ)一、細(xì)胞周期二、細(xì)胞分裂三、細(xì)胞的分化、衰老與死亡四、癌細(xì)胞一、細(xì)胞周期（cellcycle

）★1、概述

連續(xù)分裂細(xì)胞從一次有絲分裂結(jié)束到下一次有絲分裂結(jié)束所經(jīng)歷的整個(gè)過程。不同細(xì)胞的細(xì)胞周期時(shí)間差異很大，主要差別在G1期

細(xì)胞周期時(shí)間不同細(xì)胞的細(xì)胞周期時(shí)間差異很大；S+G2+M時(shí)間變化較小，時(shí)間長短主要差別在G1期；有些分裂增殖的細(xì)胞缺乏G1、G2期。分化細(xì)胞周期2、各期主要事件★

G1期：與DNA合成啟動(dòng)相關(guān)，合成相關(guān)的RNA/蛋白質(zhì)等。

S期：DNA/組蛋白大量合成。

G2期：為細(xì)胞分裂作準(zhǔn)備，合成相關(guān)的蛋白質(zhì)。

M期：細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)的分裂3、細(xì)胞周期調(diào)控LelandHartwellPaulNurseTimothyHunt“start”cdc28cdc2cyclin

2001年度諾貝爾生理學(xué)/醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)—發(fā)現(xiàn)“細(xì)胞周期的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子”CDK蛋白激酶

cyclin-dependentkinaseCDK與細(xì)胞周期素結(jié)合才具有激酶活性，故稱細(xì)胞周期素依賴性蛋白激酶作用：CDK可將特定蛋白磷酸化，促進(jìn)細(xì)胞周期運(yùn)行。在動(dòng)物中已知7種CDK,CDK1-7細(xì)胞周期素cyclins是一類隨細(xì)胞周期變化呈現(xiàn)周期性出現(xiàn)和消失的蛋白質(zhì)。（含A、B、C、D、E、H等20多種亞型），表達(dá)時(shí)間不同，功能也多樣。特點(diǎn)：在細(xì)胞周期中呈現(xiàn)周期性變化。作用：能與CDK結(jié)合，激活CDK，間接調(diào)節(jié)細(xì)胞周期運(yùn)行。3、細(xì)胞周期調(diào)控細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)(CellCycleCheckpoint)Cyclin-Cdk復(fù)合物細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)的阻遏（細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)調(diào)控）細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn):G1/S的轉(zhuǎn)化

在生長因子的刺激下，cyclinD表達(dá)，并與CDK4,CDK6結(jié)合，使下游的蛋白質(zhì)如Rb磷酸化，Rb釋放出轉(zhuǎn)錄因子E2F，促進(jìn)許多基因的轉(zhuǎn)錄，如編碼cyclinE,cyclinA和CDK1的基因。細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn):G2/M期轉(zhuǎn)化G2/M期的轉(zhuǎn)化和CDK1-cyclinB激酶密切相關(guān)。

CDK1-cyclinB激酶：

MPF=p34cdc2（或p34cdc28）+clyclinB。cdc2蛋白在細(xì)胞周期中含量穩(wěn)定，而CyclinB的含量呈周期性變化，故CDK1-cyclinB激酶活性呈周期性變化，在G2期晚期階段達(dá)到最大值并持續(xù)到M期的中期階段。CDK1-cyclinB激酶使底物蛋白磷酸化，從而啟動(dòng)細(xì)胞從G2期進(jìn)入M期的相關(guān)事件：如－如將組蛋白H1磷酸化導(dǎo)致染色體凝縮；－核纖層蛋白磷酸化使核膜解體；－p60c-src磷酸化，使細(xì)胞骨架重排（紡錘體裝配）；－核仁蛋白磷酸化，核仁解體。細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn):M期由中期向后期轉(zhuǎn)化在中期當(dāng)MPF活性達(dá)到最高時(shí)，激活后期促進(jìn)因子(anaphasepromotingcomplex,APC)，APC介導(dǎo)cyclinA、CyclinB通過“泛素化途徑”選擇性地被降解，CDK1活性喪失，在前期被CDK1磷酸化的蛋白質(zhì)去磷酸化。泛素化途徑-蛋白質(zhì)降解過程泛素（ubiquitin，Ub）由76個(gè)氨基酸組成，高度保守，普遍存在于真核細(xì)胞，故名泛素。共價(jià)結(jié)合泛素的蛋白質(zhì)能被蛋白酶體識(shí)別和降解，這是細(xì)胞內(nèi)短壽命蛋白和一些異常蛋白降解的普遍途徑。3.2細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)的阻遏

（細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)調(diào)控）

細(xì)胞至少通過兩種機(jī)制阻遏細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)：周期調(diào)控系統(tǒng)組分停止合成：如G0細(xì)胞，大部分Cyclin和Cdk都消失。CDK抑制物（CDKinhibitor,CDKI或CKI），阻止Cyclin-Cdk復(fù)合物的裝配或活性；DNA損傷和抑癌基因P53

抑癌基因（如p53、Rb）的表達(dá)產(chǎn)物對(duì)細(xì)胞周期起負(fù)控作用，是細(xì)胞周期正常運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的。如DNA損傷后會(huì)誘導(dǎo)P53蛋白的活化；活化的P53作為轉(zhuǎn)錄激活因子誘導(dǎo)P21的表達(dá)；P21抑制G1期CDK激酶活性。結(jié)果細(xì)胞將停留于G1Checkpoint，讓DNA修復(fù)或者誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。避免帶有受損DNA的細(xì)胞分裂，能抑制腫瘤的發(fā)生。二、細(xì)胞分裂（celldivision）生物的細(xì)胞分裂可分為三種無絲分裂有絲分裂減數(shù)分裂1、無絲分裂（amitosis）特點(diǎn)：不涉及染色體組裝；不涉及紡錘體形成；遺傳物質(zhì)分配不均等；分裂速度快；能量消耗少。過程：核仁拉長→核仁斷裂→核分裂→胞質(zhì)分裂→形成兩個(gè)子細(xì)胞2、有絲分裂（mitosis）★特點(diǎn)：是真核生物體細(xì)胞主要的分裂方式。染色體組裝；紡錘體形成；遺傳物質(zhì)分配均等；分裂速度慢；能量消耗多。（1）前期染色質(zhì)凝縮；

分裂極確立與紡錘體形成；

核仁解體；

核膜消失。（2）中期

染色體排列于赤道板；紡錘體微管與中心粒結(jié)合，形成有絲分裂器（3）后期姐妹染色單體分離，移向兩極。（4）末期染色單體到達(dá)兩極并去凝縮，重新出現(xiàn)染色質(zhì)絲和核仁；核膜重組裝；高爾基體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成。（5）胞質(zhì)分裂

有絲分裂后期赤道板形成分裂溝；微絲構(gòu)成收縮環(huán)動(dòng)物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂植物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂細(xì)胞內(nèi)形成新的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁而將細(xì)胞分開有絲分裂（6）細(xì)菌細(xì)胞分裂—

二分裂3、減數(shù)分裂（meiosis）

細(xì)胞進(jìn)行一次DNA復(fù)制，隨后進(jìn)行兩次分裂，染色體數(shù)目減半的一種特殊的有絲分裂。體細(xì)胞(雙倍體2n)

生殖細(xì)胞(單倍體n)（1）減數(shù)分裂Ⅰ

前期Ⅰ細(xì)線期：染色質(zhì)開始形成染色體，偶線期：同源染色體聯(lián)會(huì)→二價(jià)體(四分體)粗線期：同源染色體片段交換重組雙線期：同源染色體分離，交叉端化終變期：紡錘體形成，核膜、核仁消失。

中期Ⅰ：成對(duì)的染色體（四分體）排列在細(xì)胞的赤道面上，一對(duì)染色體的動(dòng)粒分別與來自兩極的動(dòng)粒微管相連。后期Ⅰ：同源染色體分別移向兩極。非同源染色體自由組合。末期Ⅰ：染色體去凝集（或不明顯），形成兩個(gè)子細(xì)胞。第一次減數(shù)分裂后，染色體數(shù)目減少一半。（2）減數(shù)分裂Ⅱ前期Ⅱ：染色質(zhì)凝集成染色體；核仁消失；核膜破裂；紡錘體出現(xiàn)；染色體逐步移向細(xì)胞中央。中期Ⅱ：染色體排列在細(xì)胞中央。后期Ⅱ：染色單體（姐妹染色單體）分開，移向細(xì)胞兩極。末期Ⅱ：1、子細(xì)胞核的出現(xiàn)（染色體變成染色；核膜、核仁出現(xiàn)）

胞質(zhì)分裂（3）減數(shù)分裂和配子發(fā)生（4）減數(shù)分裂特點(diǎn)遺傳物質(zhì)只復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，導(dǎo)致染色體數(shù)目減半。僅存于生殖細(xì)胞。S期持續(xù)時(shí)間較長同源染色體在減數(shù)分裂期I配對(duì)聯(lián)會(huì)、基因重組，產(chǎn)生遺傳物質(zhì)多樣性。減數(shù)分裂同源染色體配對(duì)排列在中期板上,第一次分裂時(shí),同源染色體分開。4、減數(shù)分裂與有絲分裂比較三、細(xì)胞的分化、衰老與死亡細(xì)胞在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能和蛋白質(zhì)合成等方面發(fā)生穩(wěn)定差異的過程，多細(xì)胞有機(jī)體由不同類型細(xì)胞組成。細(xì)胞分化的本質(zhì)是基因組中基因的選擇性表達(dá)。人成體有200多種細(xì)胞

1.細(xì)胞分化細(xì)胞的形態(tài)與功能相適應(yīng)形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生差異（1）細(xì)胞分化的特征上皮細(xì)胞脂肪細(xì)胞平滑肌細(xì)胞心肌細(xì)胞神經(jīng)元細(xì)胞

每個(gè)細(xì)胞均含有一套完整的遺傳信息

每種特定類型細(xì)胞只有一部分特定基因表達(dá)

細(xì)胞分化和發(fā)育是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果

基因組中可表達(dá)基因分成兩類持家基因：維持細(xì)胞生存所必需的、在各種細(xì)胞中都表達(dá)的基因組織特異性基因：不同細(xì)胞中專一性表達(dá)的基因差別基因選擇性表達(dá)動(dòng)物細(xì)胞發(fā)生分化后，遺傳表型保持穩(wěn)定，且不可逆人血細(xì)胞的分化多能性干細(xì)胞T細(xì)胞

B細(xì)胞嗜酸白細(xì)胞嗜堿白細(xì)胞中性白細(xì)胞巨噬細(xì)胞血小板紅細(xì)胞表型保持穩(wěn)定細(xì)胞決定細(xì)胞從分化命運(yùn)確定到出現(xiàn)特定形態(tài)的過程。在發(fā)生形態(tài)差異之前的一定時(shí)間，細(xì)胞分化命運(yùn)已經(jīng)確定果蠅成蟲盤去（脫）分化與轉(zhuǎn)分化某些條件下，分化細(xì)胞基因表達(dá)模式發(fā)生可逆變化，又回到未分化狀態(tài)，如：植物的愈傷組織。細(xì)胞失去分化后，再分化成另一種細(xì)胞的現(xiàn)象。如：蠑螈肢體再生時(shí)，脫分化的肌細(xì)胞可生出軟骨。（2）細(xì)胞分化的發(fā)育潛能細(xì)胞分化能力的強(qiáng)弱稱為發(fā)育潛能

全能性

多能性

單能性

分化成熟的動(dòng)物細(xì)胞已失去全能性。不可能發(fā)

育成為完整的動(dòng)物個(gè)體。原因何在？

陸續(xù)出現(xiàn)一些探索動(dòng)物細(xì)胞全能性喪失原因的實(shí)驗(yàn)。

蛙皮膚細(xì)胞核移植發(fā)育成蝌蚪爪蟾體細(xì)胞克?。耗c上皮細(xì)胞核仍保持全能性以上實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論：

囊胚階段的細(xì)胞乃至成熟的體細(xì)胞，其細(xì)胞核仍具有全能性——可能發(fā)育成完整個(gè)體。

細(xì)胞核保持著全套基因組。

看來，關(guān)鍵在于細(xì)胞質(zhì)。

細(xì)胞質(zhì)中有著決定細(xì)胞分化全能性的

物質(zhì)，稱為分化決定子。

2、細(xì)胞的衰老

衰老是人們永恒的議題，至今仍是一個(gè)迷。人體衰老時(shí)，身體各部分功能都發(fā)生衰老。身體的衰老是以細(xì)胞衰老為基礎(chǔ)的。實(shí)驗(yàn)證明，細(xì)胞有著明顯的衰老過程。（1）衰老細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化細(xì)胞核隨分裂次數(shù)增加且增大，核膜呈現(xiàn)內(nèi)折，染色質(zhì)固縮化；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)彌散性分散于核周胞質(zhì)中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)減少；線粒體減少，體積膨脹；膜流動(dòng)性降低，膜內(nèi)顆粒分布變化；細(xì)胞骨架變化，信號(hào)傳遞系統(tǒng)變化。（2）細(xì)胞衰老的分子機(jī)理氧化性損傷學(xué)說該理論認(rèn)為，代謝過程中產(chǎn)生的活性氧基團(tuán)或分子（reactiveoxygenspecies，ROS）引發(fā)的氧化性損傷的積累，最終導(dǎo)致衰老。

端粒與衰老有人發(fā)現(xiàn)端粒長度確實(shí)與衰老有著密切的關(guān)系。（3）細(xì)胞死亡

細(xì)胞壞死

機(jī)械損傷、毒物毒害質(zhì)膜、核膜破裂，胞質(zhì)溢出，周圍細(xì)胞炎癥。

細(xì)胞凋亡

細(xì)胞程序性化死亡。（4）細(xì)胞凋亡（apoptosis）☆又稱細(xì)胞程序化死亡，是一個(gè)主動(dòng)的、由基因決定的自動(dòng)結(jié)束細(xì)胞生命的過程，此過程受到嚴(yán)格的遺傳機(jī)制決定的程序性死亡。個(gè)體發(fā)育模式的需要；根據(jù)需要調(diào)節(jié)細(xì)胞數(shù)量；保持成體器官的正常體積；更新衰老耗損的細(xì)胞。2002年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)【英】悉尼·布雷內(nèi)【英】約翰·蘇爾斯頓【美】羅伯特·霍維茨“程序性細(xì)胞死亡”前期Ⅰ

同源染色體重組中期Ⅰ，后期Ⅰ，末期Ⅰ減數(shù)分裂Ⅱback早衰癥是人體衰老中的一種病癥味覺喪失64％腎小球減少44％腎小球過濾率減少31％脊神經(jīng)元減少37％神經(jīng)傳導(dǎo)速度減慢10％腦供