细胞分裂和细胞周期.ppt
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1、细胞分裂和细胞周期,细胞分裂的类型,无丝分裂(amitosis):又称直接分裂,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(mitosis):又称为间接分裂,由Fleming(1882)年首次发现于动物,1880发现于植物。减数分裂(meiosis):染色体复制一次,细胞连续分裂两次。,主要内容,第一节 细胞周期第二节 染色质和染色体第三节 纺锤体第四节 植物细胞的减数分裂,第一节 细胞周期,一、细胞周期概述二、细胞周期各时相的动态变化三、细胞周期的调控四、细胞周期与医学的关系,一、细胞周期概述 1.细胞周期的概念 细胞周期是指连续分裂的细胞,从一次细胞分裂结束开始到下一
2、次细胞分裂结束为止所经历的整个生命过程称为细胞周期。细胞周期所需要的时间称为细胞周期时间,简写为Tc。,2.细胞周期的划分,细胞分裂间期 细胞有丝分裂期,请画一下一个细胞周期中DNA含量变化曲线图,细胞周期,G1期,M期,G2期,S 期,间期,后期,中期,前期,末期,G1期(gap1):从有丝分裂完成到DNA复制之前的间隙时间。S期(synthesis phase):指DNA复制的时期。G2期(gap2):DNA复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间M期又称D期(mitosis or division):细胞有丝分裂期。计4期,练一练,在细胞周期的哪一个阶段DNA能被H3-TDR标记 A.G1期
3、(gap1)B.S期(synthesis phase)C.G2期(gap2)D.M期(mitosis),B,3.细胞周期时间,细 胞 类 型,结肠上皮细胞,直肠上皮细胞,胃上皮细 胞,骨 髓 细 胞,Tc,TG1,TS,TG2+M,25,9,14,2,48,24,18,33,9,2,10,5,12,3,12,4,哺乳动物细胞周期时间,结 论,细胞周期的长短因细胞 种类而异 G1期时间变化最大,这个时期是调节细胞周期的关键时期,R点(限制点检验点调控点),在G1向S期转变过程中,存在一个特定的时期,如果G1期细胞通过该期,则可顺利进入S期进行DNA复制,并继续前进,直到完成细胞分裂。这一特定时期
4、被称为限制点或检验点、调控点。(RNA含量、蛋白质因子、离子浓度),G1期细胞的三种命运,继续增殖细胞(周期中细胞);暂不增殖细胞(静止期细胞或G0期细胞);永不增殖细胞(终端分化细胞),按细胞周期划分的细胞类型,周期中细胞(皮肤生发层细胞);静止期细胞或G0期细胞(为暂时脱离细胞周期,不进行增殖,但在适当刺激下可重新进入细胞周期的细胞,如某些免疫淋巴细胞,肝、肾细胞等,);终端分化细胞(是指那些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,如神经、肌肉细胞、多形核白细胞等)。,二 细胞周期各时相的变化,RNA大量合成,导致蛋白质含量明显增加。如DNA聚合酶。蛋白质的磷酸化作用较
5、为突出。如组蛋白、非组蛋白、蛋白激酶等。,G1 期(DNA合成前期),2、S期(DNA合成期),组蛋白合成的主要时期;组蛋白还在持续磷酸化;中心粒复制时期;DNA复制阶段,各种酶活性、含量明显增高;,成熟促进因子(核膜破裂、染色体凝集);微管蛋白(纺锤体微管)。,3、G2 期(DNA合成后期),主要合成和分裂期相关的蛋白质,二、细胞周期的调控(一)细胞周期蛋白(cyclin)细胞周期蛋白是一类随细胞周期呈周期性出现与消失的蛋白质.目前发现,Cyclin有八个成员,分别叫做Cyclin A、B、C、D、E、F、G、H,它们可在细胞周期的不同阶段相继表达,与细胞中的CDK结合后,参与细胞周期相关活
6、动的调节。,周期蛋白依赖性激酶是一种依赖周期蛋白才可表现出活性的蛋白激酶。是否和周期蛋白结合是该酶表现活性的先决条件。目前发现,CDK有七个成员,分别叫做CDK1-7。不同的周期蛋白和不同的CDK相结合,表现出不同的激酶活性,在不同时期驱动细胞周期前进。,(二)周期蛋白依赖性激酶(CDK),cyclinD,CDK4、5、6,cyclinD/CDK4、5、6,促进G1向S期转化,cyclinB,CDK1,cyclinB/CDK1,促进G2向M期转化,细胞周期的两个主要调控点,(三)成熟促进因子(maturation promoting factor,MPF),成熟促进因子是一种在G2期形成、能够
7、促进M期启动的调控因子。,未成熟的爪蟾卵母细胞,成熟的爪蟾母卵细胞,成熟的爪蟾卵母细胞的细胞质,注射,1.MPF的组成,2.MPF的作用 参与有丝分裂的启动和染色质的凝集;核纤层结构解体。,周期蛋白B,CDK1,MPF,核纤层蛋白:磷酸化 去磷酸化 分裂前期 分裂末期,细胞周期检验点,细胞周期的运行,是在一系列称为检验点(check point)的严格检控下进行的。主要检验点包括G1/S检验点:在酵母中称start点,在哺乳动物中称R点控制G1进入DNA合成期,相关的事件包括:DNA是否损伤?细胞外环境是否适宜?细胞体积是否足够大?S期检验点:DNA复制是否完成?G2/M检验点:是决定细胞一分
8、为二的控制点,相关的事件包括: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):任何一个着丝点没有正确连接到纺锤体上,都会引起细胞周期中断。,细胞周期中MPF的浓度变化MPF的活性在细胞周期中波动很大,在有丝分裂前急剧升高,但在有丝分裂后急剧下降直到零。周期蛋白浓度在细胞周期中是浮动的,呈周期性变化。同样,MPF的活性与周期蛋白一样在细胞周期中呈现周期性变化,六、细胞周期与医学的关系,(一)细胞周期与组织再生,组织再生,生理性再生,补偿性再生,(二)细胞周期与肿瘤,人体正常器官、组织的细胞周期进程中发生R点的消失、自分泌大量生长因子等异常情况时,其生长、分裂将失去控制,由
9、此形成赘生物 肿瘤,1、细胞周期与肿瘤生长,肿瘤细胞的类型,增值型细胞 A,暂不增殖型细胞 B,不增殖型细胞 C,肿瘤的增殖比率,肿瘤的生长快,是因为有高的增殖比率,而不是肿瘤细胞的Tc缩短,恰恰相反,肿瘤细胞的Tc比正常细胞的要长。,正常人细胞与肿瘤细胞的Tc比较,第二节 染色质和染色体,染色质(Chromatin)和染色体(Chromosome)是细胞核内同一物质(遗传物质)在细胞增殖周期中不同阶段的存在形式。,何时为染色质?何时为染色体?有何意义?,染色质:间期细胞,网状不规则,有利于复制和表达染色体:细胞分裂过程中,棒状结构,有利于平均分配,主要内容,一、染色质和染色体的化学成分 及组
10、成二、染色质和染色体的形态,一、染色质和染色体的化学成分及组成,生化分析证明,染色质的主要成分是:DNA、组蛋白、非组蛋白、少量RNA,染色质和染色体都由相同的化学物质组成。,(一)脱氧核糖核酸(DNA),三种构像:B-DNA、Z-DNA、A-DNA。,外形 适中 细长 粗短螺旋方向 右手 左手 右手,带正电荷,含Arg,Lys,属碱性蛋白。分类:根据Arg/Lys比例分5种核心组蛋白(core histone):H2A、H2B、H3、H4;连接组蛋白(linker histone):H1。,(二)组蛋白(histone),结构:组蛋白高度保守,H4极为保守。核心组蛋白由球形部和尾部构成,球形
11、部借Arg与磷酸戊糖骨架间的静电作用使DNA分子缠绕在组蛋白核心上,形成核小体,尾部含有大量Arg和Lys,为组蛋白翻译后进行修饰的部位。H1多样性,最少保守,具有种属和组织特异性。,(三)非组蛋白(non-histone),特性:属酸性蛋白质,含有较多酸性氨基酸,带负电荷,。整个细胞周期都进行合成,组蛋白只在S期合成。能识别特异的DNA序列,识别与结合靠氢键和离子键。故称序列特异性DNA结合蛋白。,功能:帮助DNA折叠,参与染色体构建;协助启动DNA的复制;调控基因的表达,组成:结构蛋白 调节蛋白 各种酶类,(四)核糖核酸(RNA),含量很低,占13,在不同物种变化也很大。染色质RNA与细胞
12、核5的DNA杂交。,二、染色质和染色体的形态,(一)染色质,间期核中,染色质以两种状态存在:常染色质(enchromatin):位于核中央,伸展开的呈电子透亮状态,一定条件下可活跃的复制转录。异染色质(heterochromatin):一般是卷曲凝缩状态。,一条染色体有常染色质,也有异染色质。,在间期核中处于凝缩状态,无转录活性、是遗传惰性区。在细胞周期中表现为晚复制、早凝缩(异固缩现象)。分为两类:结构(恒定)异染色质 兼性(功能)异染色质,异染色质的特点:,结构异染色质(constitutive heterochromatin):各种细胞中总处于凝缩状态 不转录 染色体着丝粒、端粒功能:染
13、色体结构形成及染色体配对,兼性异染色质(facultative heterochromatin):某些细胞或发育阶段呈浓缩状态 如:哺乳动物的X染色体雄性动物:1个X染色体,完全是常染色质雌性动物:2个X染色体,1个是常染色质,另1个在胚胎发育到一定时间(人为第16天)变为凝缩的异染色质(巴氏小体),常、异染色质的区别,核小体(nucleosome):一种串珠状结构。构成:200bpDNA、5种组蛋白核心:4种组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)各2个分子组成八聚体核心颗粒;圆盘形相邻核小体:H1组蛋白结合60bp连接DNA H1锁住DNA分子进出口,稳定结构,1.染色质的基本结构单位核小体,
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