细胞生物学-细胞周期part1.ppt
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1、细胞增殖及其调控,王铁东,细胞周期概述,细胞周期时相及类型,间期(interphase) G1期,即从M期结束到S期开始前的一段间歇期; S期,即DNA合成期; G2期, 即 S期到有丝分裂前的一个间歇期; M期,即有丝分裂期。,标准的细胞周期,A typical mammalian cell has a cell cycle time of 24 hours, with 12 hr G1, 6-8 hr S, 3-4 hr G2, and 1 hr M,Some eukaryotic cell cycle times,同种细胞之间,细胞周期时间长短相似或相同;不同细胞种类之间,细胞周期时间长
2、短常差别很大。,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,就高等生物体的细胞而言,细胞周期时间长短主要差别在G1期,而S期、G2期和M期的总时间相对恒定。尤其是M期持续的时间更为恒定,常常仅持续半小时左右。
3、, 周期中细胞(cycling cell):是指在细胞周期中连续运转的细胞,又称为连续分裂细胞或可育细胞,如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。 终末分化细胞:指不可逆地脱离细胞周期,丧失分裂能力,保持生理机能活动的细胞,又称终端细胞,大量的横纹肌细胞,血液多型核白细胞,某些生物的有核红细胞等 。,在多细胞机体中, 细胞的分裂行为有所差异。根据细胞的分裂行为, 可将真核生物细胞分为三类:,指的是暂时离开细胞周期,停止细胞分裂,去执行一定的生物学功能,但在适当的刺激下可重新进入细胞周期的细胞,又称为G0期细胞或休眠细胞,如淋巴细胞、肝等。,静止期细胞(quiescent cell),周期中细胞转化为G
4、0期细胞多发生在G1期 。,G1期:与DNA合成启动相关,开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、RNA但不合成DNA。同时染色质去凝集。,S期:DNA, Histones,G2期:DNA复制完成,在G2期合成一定数量的蛋白质和RNA分子,细胞周期中各个不同时期及其主要事件,细胞周期的检验点(check point),细胞要分裂,必须正确复制DNA和达到一定的体积,在获得足够物质支持分裂以前,细胞不可能进行分裂。细胞周期的运行,是在一系列称为检验点的严格检控下进行的,这些检验点严格地监视着细胞周期事件的发生、发展过程是否严格按程序进行。,Three “checkpoints” in the cyc
5、le,G0,细胞周期同步化,概念:细胞同步化是指在自然过程中发生的,或经人为处理造成的细胞周期的同步化。 类型:自然同步化 人工同步化:选择同步化:有丝分裂选择法 细胞沉降分离法 诱导同步化:DNA合成阻断法 中期阻断法,某些水生动物的受精卵:如海胆卵可以同时授精,最初的3次细胞分裂是同步的。 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,它们一起发芽,同步分裂。,1、自然同步化,概念:自然界存在的细胞周期同步过程,称为自然同步化。,Early embryo in most invertebrates and a few vertebrates,Fruit fly embryo,人
6、工选择同步化,有些种类的细胞,如裂殖酵母,不同时期的细胞在体积和重量上差别显著,可以采用密度梯度离心方法分离出处于不同时期的细胞。 优点:方法简单省时,效率高,成本低。 缺点:对大多数种类的细胞并不适用。,是指人为地将处于不同时期的细胞分离开来,从而获得不同时期的细胞群体。,密度梯度离心法:,有丝分裂选择法:,M期细胞与培养皿的附着性低,振荡脱离器壁收集。,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%),成本高。,细胞同步化可以通过人工诱导而获得,即通过药物诱导,使细胞同步化在细胞周期中某个特定时期。,人工诱导细胞同步化,DNA合成阻断法,采
7、用低毒或无毒的DNA合成抑制剂特异地抑制DNA合成,而不影响处于其它时期的细胞进行细胞周期运转,从而将被抑制的细胞抑制在DNA合成期的实验方法。,常用胸腺嘧啶脱氧核苷掺入 (TdR) 双阻断法: 高浓度的胸腺嘧啶能够阻断DNA合成所需的核苷酸的合成, 在细胞处于对数生长期的培养基中加入过量TdR 。S期细胞被抑制,停在G1/S交界处。移去TdR ,释放时间大于TS时,再次加入过量TdR 。,此方法的优点是同步化效率高,几乎适合于所有体外培养的细胞体系。,分裂中期阻断法:,秋水仙素可抑制微管的聚合, 因而抑制有丝分裂器的形成, 将细胞阻断在有丝分裂的中期, 适当时间后解除秋水仙素的作用,即获得处
8、于中期的同步化的细胞。这一方法称为中期阻断法。,优点:是操作简便,效率高。 缺点:是这些药物的毒性相对较大,若处理的时间过长,所得到的细胞常常不能恢复正常细胞周期运转。,特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细胞周期。 爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期(受精卵的卵裂过程),特异的细胞周期,细胞在成熟过程已经积累了大量的物质,不需要临时合成物质。 G1、G2期非常短,以至于认为细胞周期只有S期和M期。 子细胞不生长,越分裂体积越小。 基本的细胞周期调控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,-Embryonic cell cycles,有丝分裂,特点是有
9、纺锤体和染色体出现,子染色体被平均分配到子细胞,这种分裂方式普遍见于高等动植物。,二、有丝分裂(mitosis),有丝分裂是包括核分裂和胞质分裂两个过程。 核分裂主要是通过纺锤丝的形成和运动,以及染色体的形成,把在S期已经复制好了的DNA平均分配到两个子细胞,以保证遗传的连续性和稳定性。由于这一时期的主要特征出现纺锤丝,故称为有丝分裂。,变化:完成DNA的复制和有关蛋白质的合成 结果:每个染色体都形成两个姐妹染色单体,呈染色质形态,间期,间期,间期(interphase),间期包括G1期、S期和G2期,主要进行DNA复制、中心体复制、细胞体积增大等准备工作。,中心体在细胞间期复制。细胞分裂启动
10、,随着染色质浓缩,微管以中心体为核心向四周辐射开始大量组装, 以中心体为核心向四周辐射,如同发出的光芒,因此,中心体与其周围的微管一起被称为星体,两个星体即逐渐向细胞的两极运动。,Stages of mitosis in an animal cell,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)。 胞质分裂期,有丝分裂前期(Prophase),染色质开始浓缩,形成光镜下两条染色单体可辩的早期染色体结构,核仁在前期末缩小并消失。,前期的较晚时期,在着丝粒处
11、逐渐组装动粒,动粒又称为着丝点,是附着于着丝粒上的一种细胞器,外侧主要用于纺锤体微管附着,内侧与着丝粒相互交织。每条中期染色体上含有两个动粒,分别位于着丝粒的两侧。,前中期(premetaphase ),是指核膜破裂到染色体排列到赤道板之前的这段时间。核膜破裂,以小膜泡的形式分散在细胞质中;,核纤层也随之解聚成其组成成分核纤层蛋白,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。,纺锤体微管捕获染色体,S期中心粒已完成复制,在前期移向两极,两对中心粒之间形成纺锤体微管,核膜解体时,中心粒已到达两极,部分微管侵入到细胞的中心区,结合到染色体的动粒上。,a 负向运动动力
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