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1、1第十一章第十一章 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控2细胞增殖的意义细胞增殖的意义细胞增殖细胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)是细胞生命活动的重要特征是细胞生命活动的重要特征之一之一,是生物繁育的基础。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。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，经过无数多细胞生物由一个单细胞即受精卵分裂发育而来，经过无数次细胞增殖核细胞分化，次细胞增殖核细胞分化，细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。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
2、老死亡的细胞，成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞，维维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。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。胞增殖。311.1 细胞周期与细胞分裂细胞周期与细胞分裂一、细胞周期一、细胞周期 细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束后开始到下次有丝分裂终止所经历的裂结束后开始到下次有丝分裂终止所经历的全过程。在这一过程中全过程。在这一过程中,细胞的遗传物质进细胞的遗传物质进行复制并均等地分配给两个子细胞
3、。行复制并均等地分配给两个子细胞。4从细胞形态变化考虑，将细胞周期划分为两从细胞形态变化考虑，将细胞周期划分为两个相互延续的时期，即细胞有丝分裂期个相互延续的时期，即细胞有丝分裂期（mitosismitosis）和位于两次分裂期之间的分裂）和位于两次分裂期之间的分裂间期（间期（interphaseinterphase）。分裂间期是细胞增殖）。分裂间期是细胞增殖的物质准备和积累阶段，分裂期则是细胞增的物质准备和积累阶段，分裂期则是细胞增殖的实施过程。殖的实施过程。5细胞周期细胞周期 6v 细胞周期时相及类型细胞周期时相及类型间期间期(interphase)G1期期(Gap 1 phase),即从
4、即从M期结束到期结束到S期开始前的期开始前的一段间歇期一段间歇期;S期期,即即DNA合成期合成期(DNA synthetic phase);G2期期(Gap 2 phase),即即DNA合成后合成后(S期期)到有丝分到有丝分裂前的一个间歇期裂前的一个间歇期;M期期,即有丝分裂期即有丝分裂期(mitosis phase)。不一定每种细胞都有四个时期，如胚胎细胞没有不一定每种细胞都有四个时期，如胚胎细胞没有G1期。期。7细胞周期和细胞类群细胞周期和细胞类群(根据增殖状根据增殖状况将细胞分类况将细胞分类)持续分裂细胞（周期中细胞）：持续分裂细胞（周期中细胞）：如上皮组织的基底层细胞，不断分裂，补充表
5、层如上皮组织的基底层细胞，不断分裂，补充表层死亡脱落的细胞。死亡脱落的细胞。终末分化细胞：终末分化细胞：分化程度高，永久性失去了分裂能力的细胞，如分化程度高，永久性失去了分裂能力的细胞，如横纹肌细胞。横纹肌细胞。8G G0 0细胞：细胞：又称静止期细胞。暂时脱离细胞周期又称静止期细胞。暂时脱离细胞周期,不进行增殖不进行增殖,也也叫静止细胞群叫静止细胞群,如某些免疫淋巴细胞如某些免疫淋巴细胞,肝肝,肾细胞等。肾细胞等。G G0 0期细胞一旦得到信号指使，会返回细胞周期，分裂期细胞一旦得到信号指使，会返回细胞周期，分裂增殖，如结缔组织中的成纤维细胞，平时并不分裂，增殖，如结缔组织中的成纤维细胞，平
6、时并不分裂，一旦所在的组织部位受到伤害，它们会马上返回细胞一旦所在的组织部位受到伤害，它们会马上返回细胞周期，分裂产生大量的成纤维细胞，分布于伤口部位，周期，分裂产生大量的成纤维细胞，分布于伤口部位，促使伤口愈合。促使伤口愈合。9v 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)G2 期期(Gap 2 phase)M期期(mitosis phase)10G1G1期期与与DNADNA合成启动相关，开始合成细胞生长所合成启动相关，开始合成细胞生长所 需要的多种蛋白质、碳水化合物、脂等，但是不需要的多种蛋白质、碳水化合物、
7、脂等，但是不合成合成DNADNA，同时染色质去凝集。，同时染色质去凝集。11S 期期 DNADNA复制与组蛋白合成同复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构步，组成核小体串珠结构12G G2 2期期 DNA DNA复制完成，在复制完成，在G G2 2期合成期合成一定数量的蛋白质和一定数量的蛋白质和RNARNA分子分子13M 期期 M期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)(mitosis)和减数分裂和减数分裂(meiosis)(meiosis)。遗传物质和细胞内其他物质分配给子。遗传物质和细胞
8、内其他物质分配给子细胞。细胞。14检验点（检验点（checkpoint）:由于细胞内存在一系列监控机制由于细胞内存在一系列监控机制（surveillance mechanisms）,可以鉴别可以鉴别细胞周期进程中的错误，并诱导产生特细胞周期进程中的错误，并诱导产生特异的抑制因子，阻止细胞周期进一步运异的抑制因子，阻止细胞周期进一步运行。这些监控机制尤如交通路途中设立行。这些监控机制尤如交通路途中设立的检查站。因而称为检验点。检验点存的检查站。因而称为检验点。检验点存在于细胞的各个时期，如在于细胞的各个时期，如S期检验点，期检验点，G2期检验点，纺锤体组装检验点等。期检验点，纺锤体组装检验点等。
9、15细胞周期长短测定细胞周期长短测定脉冲标记脉冲标记DNADNA复制和细胞分裂指数观复制和细胞分裂指数观察测定法（察测定法（P362P362）用用3H-TdR短期饲养细胞，数分钟至半小时后，将短期饲养细胞，数分钟至半小时后，将3H-TdR洗脱，置换新鲜培育液并继续培养。随后，洗脱，置换新鲜培育液并继续培养。随后，每隔半小时或一小时定期取样，作放射自显影分析，每隔半小时或一小时定期取样，作放射自显影分析，从而确定细胞周期各个时相的长短。从而确定细胞周期各个时相的长短。16流式细胞仪测定法流式细胞仪测定法(Flow Cytometry)用流式细胞仪测定每个细胞群体的处于不同时用流式细胞仪测定每个细
10、胞群体的处于不同时期的细胞数量和期的细胞数量和DNA含量。采用不同时间连续含量。采用不同时间连续分析，即可综合分析细胞周期及其各个时期的分析，即可综合分析细胞周期及其各个时期的长短而确定细胞周期时间长短。长短而确定细胞周期时间长短。缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。17v 细胞周期的研究方法细胞周期的研究方法细胞同步化细胞同步化(synchronization)选择同步法选择同步法(selection synchrony)有丝分裂选择法有丝分裂选择法 细胞沉降分离法细胞沉降分离法诱导同步法
11、诱导同步法 DNADNA合成阻断法合成阻断法 中期阻断法中期阻断法条件突变条件突变(conditional mutants)：条件依赖性突：条件依赖性突变株变株18人工选择同步化人工选择同步化有丝分裂选择法：有丝分裂选择法：例如，处于对数生长期的单层培养细胞，从培养瓶（皿）例如，处于对数生长期的单层培养细胞，从培养瓶（皿）壁上隆起，与培养瓶（皿）壁的附着力减弱。若轻轻震壁上隆起，与培养瓶（皿）壁的附着力减弱。若轻轻震荡培养瓶（皿），处于分裂期的细胞即会从瓶（皿）壁荡培养瓶（皿），处于分裂期的细胞即会从瓶（皿）壁上脱落，悬浮到培养液中。收集培养液，通过离心，即上脱落，悬浮到培养液中。收集培养液，
12、通过离心，即可获得一定数量的分裂期细胞。可获得一定数量的分裂期细胞。优点是细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。缺优点是细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。缺点是分离的细胞数量少。点是分离的细胞数量少。密度梯度离心法：根据不同时期的细胞在体积和重量密度梯度离心法：根据不同时期的细胞在体积和重量上存在差别进行分离。优点是方法上存在差别进行分离。优点是方法 简单省时，效率高，简单省时，效率高，成本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。成本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。19药物诱导法药物诱导法 DNADNA合成阻断法合成阻断法 G1/S-TdRG1/S-TdR双阻断法（双阻断法（P36
13、6P366图图11-611-6）。最）。最终将细胞群阻断于终将细胞群阻断于G1/SG1/S交界处。优点是同步化效率高，几乎适交界处。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。缺点是诱导过程可造成细胞非合于所有体外培养的细胞体系。缺点是诱导过程可造成细胞非均衡生长均衡生长.分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。如用秋水仙素。成，将细胞阻断在细胞分裂中期。如用秋水仙素。优点是操作简便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对较大。优点是操作简便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对较大。20v 特异的细
14、胞周期特异的细胞周期-Embryonic cell cycles 21爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期细胞分裂快细胞分裂快,无无G1G1期期,G2,G2期非常短期非常短,S,S期也短期也短(所有复制子都所有复制子都激活激活),),以至认为仅含有以至认为仅含有S S期和期和M M期（期（P368P368图图11-711-7）；）；无需临时合成其它物质；无需临时合成其它物质；子细胞在子细胞在G1G1、G2G2期并不生长，越分裂体积越小期并不生长，越分裂体积越小 ；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的。
15、期基本是一致的。22酵母细胞的细胞周期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；和调控方面相似；酵母细胞周期明显特点酵母细胞周期明显特点:首先，酵母细胞周期首先，酵母细胞周期持续时间较短；细胞分裂过程属于封闭式，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，也进行有性繁殖胞核内；在一定环境下，也进行有性繁殖2324植物细胞的细胞周期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植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期非常
16、相似，含有期非常相似，含有G1G1期、期、S S期、期、G2G2期和期和M M期四期四个时期。个时期。植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正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。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植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂25细菌的细胞周期细菌的细胞周期慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定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。其相似之处。其DNADNA复制之前的准备时间与复制之前的准备时间与G1G1期类似。期类似。分裂之前的准备时间与分裂之前的准备时间与G2G2期类似。再加上期类似。再加上S S期和期和M M期，期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期。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，在一个细胞周期中每个细菌在快速生长情况下，在一个细胞周期中每个DNADNA分子复分子复制仅能完成一半，但制仅能完成一半，但DNADNA复制是在两个正在形成中的复制是在两个正在形成中的DNADNA分分子上同时进行的。经过子上同时进行的。经过2 2个细胞周期，两个个细胞周期，两个DNADNA分子完成
