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第十二章 细胞周期与细胞分裂,第五节 细胞增殖与医学,第一节 细胞增殖的方式,第二节 细胞增殖的周期性,第三节 周期各时相的特点,第四节 细胞增殖的调节,思考题,第六节 减数分裂和生殖.,人来源于人 人的繁殖“一切细胞来自细胞”细胞的增殖,细胞增殖是细胞生命活动的基本特征之一,何为细胞增殖?,细胞增殖(cell proliferation)是细胞通过生长和分裂使细胞数目增加的过程。,细胞增殖的意义:,1、细胞增殖是一切生物机体结构建立的基础。一个受精卵细胞 约1.51012个细胞的婴儿 约 201.51012个细胞的成人机体2、细胞增殖是机体维持正常生命活动的必要方式之一 如衰老死亡细胞的更新。3、细胞增殖是机体损伤的修复基础。4、细胞增殖是生命延续的一种必需的生物学行为。产生生殖细胞,繁殖后代。产生免疫细胞,抵抗病菌的侵袭,维持机体的生存。,细胞增殖有十分精确的调控机制，表现出严格的时间和空间的顺序性，如果异常就会产生疾病。如造血细胞生成的速率小于血液中细胞死亡的速率，就会造成贫血；机体局部细胞无休止的分裂就会产生肿瘤；细胞增殖过程中染色体分配异常就会导致染色体病。所以探讨细胞增殖的机理对于医学的理论和实践有十分重要的意义。,第一节 细胞增殖的方式,1、无丝分裂(amitosis),分裂过程中没有纺锤体和染色体的形成，无纺锤丝的出现，故名无丝分裂。是低等动物（如细菌）增殖的主要方式。,（间期的细胞直接一分为二）,2、有丝分裂(mitosis)分裂过程中有纺锤体和染色体的形成，有纺锤丝出现，故名有丝分裂。子细胞中遗传物质均等分配。是真核细胞主要的增殖方式。3、减数分裂(meiosis)有性生殖生物形成生殖细胞时的分裂分式。分裂过程中染色体复制一次，细胞连续分裂两次，结果染色体数目减半，故名减数分裂。,第二节 细胞增殖的周期性,一、细胞周期及各时相的划分 细胞增殖具有周期性：,细胞增殖周期概念,DNA合成前期(G1期)间期 DNA合成期(S期)DNA合成后期(G2期)前期 分裂期（M）中期 后期 末期,细胞增殖周期：指连续分裂的细胞从亲代细胞分裂结束开始到子代细胞分裂结束为止所经历的全过程，简称细胞周期(cell cycle)。,细胞周期,每次细胞周期活动必须完成四项任务:,DNA复制细胞结构和功能性物质的合成细胞分裂器和信息传递机制的建立细胞核和细胞质分裂,人们习惯于用“园”表示具有周期性的事件,细胞周期各时相的划分,合成前期（期）细胞增殖周期（TC）合成期（期）合成后期（期）分裂期（M）细胞周期各个阶段所需时间分别为：TG1、TS、TG2、TM TC=TG1+TS+TG2+TM 单位:小时,二、细胞周期时间,不同生物或不同组织细胞的周期时间有很大差别:有的只需几十分钟，如早期胚胎细胞；有的要几十个小时，如某些上皮细胞和离体培养细胞；有的要1-2年（肝、肾实质细胞）甚至更长的时间。,细胞周期时间：(cycle time，TC)细胞增殖过程所经历的时间则称为细胞周期时间。,不同细胞的周期时相差别很大：,TC TG1 TS TG2 TM TC-TG1小鼠食道上皮 87 75 7.2 4.1 0.7 12小鼠腹壁上皮 151 139 6.2 5.3 0.5 12 人大肠粘膜 24 10 11.5 2 0.5 14 人宫颈癌 20 8 6.8 4.5 1.5 12人羊膜 19.4 9.8 6.8 2.2 0.6 9.6大鼠肝 47.5 28 16 1.8 1.7 15.5人肺成纤维细胞 16.8 6 6 4 0.8 10.8,细胞,时相(小时),从表中可看出:,不同细胞的TC差别很大TC与 TG1的变化一致TS+TG2+TM 值比较稳定,约12-24小时TM 较小,约1小时左右,三、新的细胞周期概念,细胞周期室(cell cycle conpartments)：指在依DNA含量变化划分为四个时期的基础上，又依据RNA含量变化将周期划分为个室。,ST,细胞周期概念的发展,分期 分期根据 静止期 染色体形态的变化 分裂期DNA合成前期(G1期)染色体形态的变化DNA合成期(S期)和DNA含量的变化DNA合成后期(G2期)分裂期 染色体形态的变化 DNA含量的变化细胞周期室(12室)RNA和蛋白质含量的变化,细胞周期各时相DNA含量的变化,第三节 细胞周期各时相的特点,特点：大量合成物质决定细胞周期时间决定细胞的前途,一、期（合成前期）,期的物质合成,是细胞的生长期，大量合成物质，结构和功能逐渐成熟。主要是及蛋白质的合成，如复制所需要的酶及各种前体物质、有丝分裂抑制因子及复制因子、启动蛋白质的合成等。,期的时间变化,影响1期细胞是否进入周期的因素很多，如各种生长因子、营养物质、射线等，可调控细胞周期进程。G1早期启动蛋白质(trigger protein)的合成速率决定细胞周期时间，因为其合成速率不同，达到阈值的时间不同。,控制点(restriction point，R)：G1早期与G1晚期之间及G1期末对坏境因素的敏感点，是调节细胞周期开和关的”阀门”，控制着细胞周期的进程，也称限制点。,期细胞的增殖状态,通过1期控制点的调节，1期细胞可有三种去向：,分化：即失去增殖能力，而合成其功能性蛋白走向分 化，又称不育细胞或终末细胞。如红细胞、肌 细胞、神经元等。持续增殖：越过R点，继续增殖。如皮肤生发层细胞，骨髓造血细胞等。暂不增殖：又称期细胞，如肝肾胰的实质细胞等。肝切除后开始分裂修复。,1期细胞的三种去向：,0 期细胞的特点：表型分化的细胞，其性质与1期相似，因此，可视为延长了的1期细胞 暂停分裂 可恢复增殖能力 对药物的敏感性差,期细胞：即部分G1期细胞离开周期暂停分裂,当给予适宜的刺激时又可进入周期开始分裂，这类细胞称为0期细胞。,二、期（合成期）,期是复制的时期，是细胞增殖的基础。增殖的物质基础是细胞质和遗传物质的倍增，前者贯穿整个细胞周期，后者仅限于S期。S期的特点：复制。组蛋白、非组蛋白等蛋白质的合成。包括 与复制相关的酶如聚合酶、胸苷 激酶、胸苷酸合成酶等的合成；,DNA复制的特点:半保留性(半保留复制)双向复制（复制方向为53）半不连续性不对称性互补性（遵循碱基互补配对原则）。,示半保留复制,半保留复制：复制后的子代DNA分子与原DNA分子完全相同，而且子代DNA分子的两条核苷酸链中，一条是亲代的，一条是新合成的，故名半保留复制。,DNA复制为多起点双向复制（由起始点向两侧推进）。复制单位为复制子（含有一个复制起点，能独立进行复制的DNA区段）。复制方向为53。,复制时，在起点的两侧各形成一个复制叉。,三、（合成后期）,复制完毕到细胞分裂之前的时期，此期含量为，比1期高一倍。特点：复制因子的失活；为进入期作准备。有丝分裂促进因子的活化，细胞骨架系统（如微管蛋白）蛋白合成。,四、期（有丝分裂期）,期时间短，特点：细胞核发生急剧而明显的形态学变化。分裂期是一个连续的过程，为便于叙述而分为四个时期，即前、中、后、末期。,动画,各期特点如下：,前期 中期 后期 末期染色质凝集 染色体形成 着丝粒分离 染色体解旋分裂极确定 纺锤体形成 染色体移向两极 核膜核仁形成 核膜核仁消失“赤道板”形成 胞质分裂,动画,M期发生的主要事件有：,（1）染色质组装形成染色体；,（2）有丝分裂器形成；,（3）核膜和核仁的消失与重建；,（4）收缩环形成及胞质分裂。,有丝分裂器:,有丝分裂器是由纺锤体、染色体和中心体共同组成的临时性结构。,胞质分裂,试想一想，46条染色质（每条染色体DNA长度约40000 m）绕在一个很小的范围内(细胞核直径约30m），如何平均分配？,染色体形成的意义完成遗传物质的平均分配,只有绕成一个个线团，才能平均分配。,M+G1G1 PCCM+S S PCCM+G2 G2 PCC,超前凝集染色体(PCC)：将间期和期细胞融合，由于的作用，可使间期细胞出现染色质凝集，核被膜破裂及核仁消失等类似于有丝分裂期的形态变化。这种经过诱导，在间期形成的染色体称为超前凝集染色体。,细胞周期各时相生化特点的总结,G1 S G2 M G1A G1BRNA合成 S期需要的酶 DNA复制 有丝分裂因子 染色质组装为蛋白质合成 及前体物质 组蛋白、及微管蛋白的合成 染色体，均等核糖体形成 的合成 非组蛋白合成 分配入子细胞（细胞生长（为DNA复（为细胞分裂 胞质分裂 物质积累）制做准备）做准备）,五、细胞周期的顺序性,细胞增殖周期各阶段的生化活动有条不紊、分阶段、按顺序进行。总的蛋白质合成在细胞周期中连续进行，但各阶段蛋白的种类、数量及功能活性又有其顺序性。DNA含量顺序性的变化。,六、细胞质周期和中心体周期,细胞核周期：细胞核在细胞周期中的变化过程(如前述)。细胞质周期：细胞质在细胞周期中的变化过程。包括各细胞器的周期性变化。即细胞体积的生长和胞质分裂过程的交替发生。中心体周期：中心体在细胞周期中经历复制、分离、移动、形成纺锤体，进入子细胞等周期性变化过程。如果核分裂而细胞质不分裂时就形成多核体；当只有DNA复制没有中心体复制和纺锤体形成时就形成多倍体；,第四节 细胞增殖的调节,一、环境因子(一)生长因子的调节 生长因子(growth factor)：刺激细胞生长增殖的因子，多为多肽类物质。生长因子通过与特异性的细胞膜受体结合而对细胞增殖活动进行调节作用。调节特点：1、多样性：种类多样,受体多样,效应多样,作用途径多样2、协同性：多种生长因子协同作用3、竞争性：如接触抑制。,(二)细胞增殖抑制因子,抑素（chalone）是由细胞自体产生的、终止细胞增殖的信号分子（糖蛋白）。抑素和生长因子对细胞增殖的调节途径类似，但作用结果是相互拮抗性的，但又相互协调。抑素的作用无毒且可逆，有细胞系特异性。（三）成熟促进因子成熟促进因子（MPF）是一种在G2期形成、能促进M期启动的调控因子。,二、遗传因子的调节,（一）细胞分裂周期基因,细胞分裂周期基因（cdc）：有一类基因，其表达具细胞周期依赖性或其产物直接参与了细胞周期的调控，这些基因被称为细胞周期基因。,酵母的细胞分裂周期基因,在酵母中已发现30多种细胞分裂周期基因(CDC gene)。这些基因的产物可以调节细胞周期的进程。,动物细胞的细胞周期基因,动物的细胞也同样有cdc基因，因为许多基因的表达明显地依赖于细胞周期，如细胞周期蛋白基因、细胞周期素依赖性蛋白激酶基因、癌基因、抑癌基因、核心组蛋白基因、胸苷激酶基因,钙调蛋白基因、肌动蛋白基因等。只是现在还未明确它们的具体调节点。,细胞周期各时相MPF、P34、P56的变化,（二）癌基因和原癌基因,原癌基因被激活成为癌基因，并导致细胞的恶性转化。现已知原癌基因具有调节正常细胞增殖的功能，它的产物有如下四类：细胞生长因子；细胞生长因子的相应受体；细胞内部有关的信号分子；核内调节蛋白。,通过其产物质和量的变化调节细胞的增殖活动。,癌基因：能引起细胞恶性转化的核酸片段。,（三）抑癌基因,抑癌基因的产物可以抑制细胞的生长和分裂，当这种抑癌基因发生突变或丢失，解除了对细胞增殖的抑制作用后，就成为诱发肿瘤的重要因素，如RB基因，野生型P53基因等。,抑癌基因：正常细胞中含有抑制细胞恶性增殖的基因称抑癌基因。,第五节 细胞增殖与医学,细胞增殖理论具有广泛的医学意义。一、组织再生的基础 组织再生可以分为三种类型：1、更新型 2、稳定型 3、恒定型,二、细胞增殖与肿瘤,肿瘤的病因、病理等诸多方面都与细胞增殖有关。（一）肿瘤的恶性增殖有机体局部器官组织的细胞超常增殖，其所形成的赘生物称为肿瘤。肿瘤组织的细胞也有三种增殖状态：、增殖型、暂不增殖型、永不增殖型,（二）细胞周期和肿瘤治疗 0期的肿瘤细胞对化疗药物不敏感，又具有肿瘤复发的潜在危险性。根据细胞增殖的调控机理，可以利用血小板源生长因子激活0期细胞，将它们驱入期，进入增殖状态，再用理化疗法就可以收到较为理想的效果。、细胞周期和用药 根据细胞周期代谢活动特点选用不同的治疗药物是临床治疗的常规方法。、用细胞或基因植入进行治疗 抑癌基因的导入或原癌基因的置换等进行基因治疗被认为有深远前景。,第六节 减数分裂和生殖细胞的发生,意义：产生单倍体的精了和卵子,经过受精恢复为二倍体,维持遗传物质的稳定。,减数分裂是有性生殖生物的生殖细胞成熟过程中进行的一种特殊的有丝分裂。分裂过程中，染色体复制一次，细胞连续分裂两次，结果染色体数目减半，故名。,一、减数分裂过程：,间期（1、2）分裂 前期 细线期 偶线期(联会)粗线期(四分体 互换)双线期(交叉)终线期 中期 后期 末期 间期（不进行复制）分裂 前期 中期 后期 末期,第一次减数分裂,减数,四分体,联会,交换,末期,中期,后期,末期,第二次减数分裂,减数分裂前期的特征性变化：细线期 核中染色体已复制但看不清。偶线期 染色体仍为细线状,同源染色体配对形成二价体。二价体：一对同源染色体。同源染色体：大小及着丝粒位置相同的一对染色体，其中一条来自父亲,一条来自母亲。联会:同源染色体的配对又称联会。联会复合体:联会时同源染色体之间形成的一种 蛋白质的复合结构。,联会复合体,同源染色体,L-C纤维,联会复合体的作用是识别并稳定同源染色体，便入非姐妹染色单体之间的交换和重组。,非姐妹染色单体互换：联会后四条染色单体在一起，会发生非姐妹染色单体间交换，即部分片断裂后重融合，使染色体片断发生交换而改变原有的遗传结构。,姐妹染色单体：一条染色体的两条染色单体互称姐妹染色单体。非姐妹染色单体：同源染色体的染色单体之间互称非姐妹染色单体粗线期 染色体变粗变短,复制的染色体已能看清,二价体可见为 条染色单体，也称四分体。二价体 四分体 内容 一对同源染色体 一对同源染色体 时间 偶线期 粗线期 形态 看似两条染色体 看似四条染色单体双线期 同源染色体开始分开，交叉仍存在。终变期 染色体变短变粗，核仁核膜消失。,中期：配对的同源染色体由纺锤丝牵引排列于细胞的中 央，形成赤道板。后期：由纺锤丝牵引，同源染色体分离向细胞的两极移 动，此时没有着丝粒的分裂（由于染色体的计数 是以着丝粒为标准，因此细胞染色体数目减半）。末期：同源染色体趋向两极，胞质分裂成为两个细胞。,分裂与有丝分裂过程相同：前期：每个二分体凝集，核膜消失。中期：各二分体排列于赤道面上形成赤道板，着丝粒纵裂而形成二条染色体。后期：各染色体被纺锤丝拉向两极。末期：各染色体移至两极后，核膜、核仁形成，胞质分裂。,减数分裂与三大遗传规律,（1）同源染色体彼此分开,是分离律的基础。（2）同源染色体中的两条染色体向哪一个方向移动，是随机的，是自由组合律的基础。（3）非姐妹染色单体间的互换是连锁与互换律的基础。自由组合与互换构成生物变异的遗传基础。,减数分裂与有丝分裂比较：,有丝分裂 减数分裂分裂次数：一次 两次分裂过程：前期：无联会、交叉 有联会、交叉 中期：二分体位于赤道板 四分体位于赤道板 后期：着丝粒分裂 着丝粒不分裂 末期：染色体数目不变 染色体数目减半分裂结果：产生两个子细胞 形成四个子细胞 遗传物质不变 遗传物质改变,有联会、交换,着丝粒没有分离,四个细胞,无联会,着丝粒分离,两个细胞,有丝分裂,减数分裂,二、配子的发生,配子：指精子和卵子配子的发生：指精子和卵子的形成配子的发生分为四个时期：增殖期 生长期 成熟期 变形期,精原细胞有丝分裂，细胞数目不断增多。,细胞体积增大,细胞变形为精子,染色体复制一次，细胞分裂两次,特点,分期,精 子 的 发 生,增殖期,生长期,成熟期,变形期,卵 子 的 发 生,增殖期,生长期,成熟期,二者的异同,相同点：形成过程相同，都经过减数分裂期,不同点：开始的时间不同：卵原细胞的增殖期和生长期在胚 胎期已完成，青春期则进行成熟期，每月只成熟一个卵子；精原细胞则在青春期开始增殖，且连续进行。结果不同：一个卵母细胞形成一个卵子和三个极体；一个精原细胞形成四个精子。卵子的发生无变形期。,思考题：,1、解释并区别下列名词：细胞周期/细胞周期时间 G0细胞/G1细胞 联会/同源染色体 二价体/四分体 有丝分裂/减数分裂 有丝分裂器/收缩环2、细胞增殖的生物学意义。3、细胞周期包含哪几个阶段？各阶段的特点是什么？4、细胞增殖理论在实际中有何应用价值？5、减数分裂与生殖细胞的发生有何关系？意义何在？6、细胞周期的运行受哪些因素调控？,