细胞增殖及其调控(1)
细胞生物学第十一章细胞增殖习题及答案 done
第11章细胞增殖及其调控1.高等生物内所有细胞依繁殖状态可分为哪几类？各有何特征？答：大体可以分为四类：（1）G1期细胞(DNA合成前期)：细胞代谢活跃，细胞生长、体积增大，主要进行大部分蛋白质和RNA的合成工作。
（2）S期细胞（DNA合成期）：此阶段细胞内完成DNA的复制，以及组蛋白、非组蛋白合成与核小体结构的复制。
（3）G2期细胞（DNA合成后期）：此阶段的细胞做分列前的最后准备，合成周期蛋白、微管蛋白等。
（4）M期：细胞进入分裂过程，分裂中，细胞内生化合成活动减弱，例如：RNA合成停止，蛋白质合成减少，此期仍有少量非组蛋白合成。
又分前、中、后、末四个状态。
（a）前期主要事件：染色体凝缩，分裂极确定，核仁解体和核膜消失。
（b）中期此期染色体全部移到赤道板位置排列“染色体列队”，是由于以两极对染色体牵引为动态平衡所致。
（c）后期此期主要事件：染色体着丝粒粒区纵向断裂，一分为二。
两姐妹染色单体分别趋向两极。
（d）末期此期的主要事件：子核形成的胞质分裂。
胞质分裂是指核分裂以外的细胞质部分分裂。
动物细胞是以中部缢缩方式，而植物细胞是以形成细胞壁方式进行胞质分裂的。
2.运用3H—TdR的脉冲标况技术如何测定推测细胞周期？答：此内容不考，飘过。
P.S.要看看细胞周期同步化的内容。
3.简述细胞周期中DNA、RNA,组蛋白和非组蛋白的合成概况。
答：见习题1。
4.细胞周期中有哪几个重要的检验点，各有何作用？答：所熟知的有3个检验点：（1）G1->S的检验点：检查G1期的蛋白质、RNA合成工作是否完成。
细胞增殖行为会在G1期之后发生分歧，分为周期细胞和G0期细胞或终端分化细胞。
（2）G2->M期的检验点：检查M期之前的物质、能量准备工作，并进行G2向M期的转变。
该过程由CDK激酶进行调控，CDK1使组蛋白H1磷酸化，促进染色质凝集；使核纤层蛋白磷酸化，使核纤层解聚；核仁蛋白磷酸化，促使核仁解体等等。
第十一章 细胞增殖及其调控
animation of mitosis
（二） 与有丝 分裂直接相关 的亚细胞结构
1.中心体
中心体（centrosome） 是一种与微管装配 和细胞分裂密切相 关的细胞器。
中心粒圆筒周围为中 心粒外基质 （pericentriolar matrix）
Mammalian centrosome. C: centriole, MT: microtubule, NE: nuclear envelope, PCM: pericentriolar matrix.
（二） 细胞周期中各个不同
时期及其主要事件
1. G1期 G1期期是的一第个一细阶胞段周，
开始合成细胞生 长所需要的各种 蛋白质、糖类、 脂类等，但是不 合成DNA。
限制点 （restriction point，R点）， 或检验点 （checkpoint）
细胞分裂周期基因 （cell division cycle
Single chromosome that shows the "core"
with DNA loops on either side.
5.末期（telphase）
染色单体到达两极，就进入了末期
Lastly, in telophase, the chromosomes decondense. New patches of membrane fuse to form new nuclear envelopes around them.
第十一章 细胞增殖及ຫໍສະໝຸດ 调控细胞分裂（cell division）， 由原来的一个亲代细胞 （mother cell）变成两 个子代细胞（daughter cell）。各种细胞在分裂 之前，还必须进行一定
细胞增殖及其调控
细胞增殖及其调控细胞依赖增殖维持其存在，繁衍后代。
细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一。
细胞增殖包含3个组成部分，即生长、DNA复制和细胞分裂，这些均体现在细胞周期进程中，因此细胞增殖是通过细胞周期实现的。
细胞增殖受到严密的调控机制所监控。
任何细胞，不管是简单的单细胞，还是高等生物体内的细胞，其增殖过程都必须遵循一定的规律。
细胞周期与细胞分裂(细胞周期、有丝分裂、减数分裂)细胞周期的调控（Cdk激酶和周期蛋白在细胞周期进程中的调控作用及其活性调节、细胞周期运转的调控、其他内在、外在因素在周期调控中的作用）细胞周期与细胞分裂细胞周期㈠细胞周期(cell cycle)概述细胞依靠增殖维持其存在，繁衍后代。
为了阐明细胞是如何繁殖的，应该考虑三个主要问题：①细胞如何复制它的内含物；②它们如何分配复制好的内含物并分裂为二；③它们如何协调好上述两个过程必需的所有机器，以保证诸如只有在复制完成后才进行细胞分裂。
细胞增殖受到严密的调控机制所监控。
任何细胞不管是简单的单细胞，还是高等生物体内的细胞，其增殖过程都必须遵循一定的规律。
细胞增殖过程中，任何一个关键步骤的错误，都有可能导致严重后果，甚至细胞死亡。
在高等生物中细胞增殖调控更为复杂。
它不仅要遵循细胞自身的增殖调控规律，同时还要遵守生物体整体调控机制的调节。
不然，不受约束而生成的细胞将被机体免疫系统所清除，或癌变，威胁整个生命。
由此可见，细胞增殖调控是整个生命活动的最基本保证。
细胞周期(cell cycle)是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的过程。
细胞周期有时也称为细胞生活周期(cell life cycle)或细胞繁殖周期(cell reproductive cycle)。
人们最初从细胞形态变化考虑，将细胞周期简单地划分为两个相互延续的时期，即细胞有丝分裂期(mitosis)和位于两次分裂期之间的分裂间期(inter phase)。
细胞生物学：第11章-2 细胞增殖及其调控
中期II、后期II、末期II，
最后形成4个单倍体细胞。
24
比较有丝分裂与减数分裂
]◆有丝分裂是体细胞的分裂方式，减数分裂主要是
产生配子的过程;
◆有丝分裂是一次细胞周期, DNA复制一次, 分裂一 次,染色体由2n→2n; 减数分裂是两次细胞周期,DNA复制一次,细胞分裂 两次, 染色体由2n→1n; ◆有丝分裂中,每个染色体是独立活动; 减数分裂,染色体要配对、联会、交换和交叉。
合成。
47
MP F
的 结 构
48
•2001年10月8日美国人Leland Hartwell、英国人Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周期调控机理的研究而获 诺贝尔生理医学奖。
Leland H. Hartwell
R. Timothy (Tim) Hunt
Sir Paul M. Nurse 49
CHAPTER 11
Cell Proliferation and it’s Regulation
1
二、减数分裂
◆概念：减数分裂是细胞仅进行一次DNA复制，随后进行
两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂
◆发生分裂的细胞
生殖细胞进行的产生配子的分裂过程，
其结果是产生了染色体组数目减半的配子； ◆连续的两次分裂 ◆两个基本特点 ●第一次减数分裂 ●第二次减数分裂 ●染色体组数目减半
Cln 1、 CDK1(CDC28) 2 Clb 5、 CDK1(CDC28) 6 CDK1(CDC28)
CDK1(CDC2) Clb 1-4
• *包括D1-3，各亚型cyclin D在不同细胞中的表达量不 同，但具有相同的功效。
44
• G1期，在生长因子的刺激下，cyclin D表达，并与
细胞生物学 第十二章 细胞增殖及其调控
第十二章细胞增殖及其调控一、细胞增殖的意义细胞增殖cell proliferation,是细胞生命活动中的一个重要部分，对于多细胞生物体的生长发育以及生物种群的延续都具有十分重要的意义。
例如一个成年人约由1014个细胞构成，而如此多的细胞均来源于同一个受精卵，是通过大量的、连续不断地细胞分裂增殖以及细胞分化才形成人体的。
此外，每个人体平均每秒钟还要增补产生几十万个新细胞，来补偿体内各种衰亡细胞的损失，维持机体细胞数量的相对平衡。
二、细胞周期 cell cycle（一）细胞周期的概念细胞增殖包括：细胞生长、DNA复制和细胞分裂三个主要事件，构成细胞周期。
可分为四个期：G1期、S期、G2期和M期。
其中的S期是DNA合成期，M期是分裂期，而G1和G2期分别是合成前期和合成后期。
因为分裂期染色体出现了明显形态特征，∴通常从一次分裂中期到下一次分裂中期的历程称为一个周期。
M期中又可分为前期、中期、后期和末期四个阶段。
从细胞增殖行为来看，细胞在晚G1期开始分歧为三类：①周期性细胞，即持续在周期中运转的细胞；②G O期细胞（休眠细胞），即暂时脱离周期不增殖，但在适当刺激下仍可恢复进入周期的细胞；③终端分化细胞（特化细胞），即不可逆地脱离周期，丧失分裂能力，但仍然保持正常生理机能的细胞。
（二）细胞周期的速率细胞周期时间（TC）是随细胞类型不同而异的，周期内四个期的时间亦各不相同。
一般规律是：①S期长,M期短；②G1期时间（TG1）易变，但TG2、TS和TM都变动不大；③ TG1长短是细胞周期速率变化的基础。
（三）细胞周期各时相的时间测定●仅M期可依据染色体形态变化来判断，而其它的三个期皆无形态判断依据。
●3H—TdR脉冲标记和放射自显影观测▲标记物仅在S期能渗入细胞▲最先在M期显现标记的是被标记时的S期最晚期细胞▲细胞周期中各期时间的推算：TG2 = 换液洗脱→被标记M细胞出现TM = 被标记M细胞出现→占M细胞总数最大值TS= 被标记M细胞达总数的50%→降回50%TC= 被标记M细胞始出现→再次又开始出现TG1 = TC-TG2-TM-TS●流式细胞仪测定法能快速测定和分析流体中的细胞或颗粒物的各种参数，如DNA、RNA和蛋白质等含量变化，目前被广为应用于细胞周期研究。
细胞生物学第11章1细胞增殖及其调控
周期基本是一致的
22
酵母细胞的细胞周期
酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似 酵母细胞周期明显特点: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，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
CHAPTER 11 Cell Proliferation and it’s Regulation
此处添加副标题内容
1
#2◆02细2 胞增殖(cell proliferation)是细胞生命活动的重要特征之 一,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。
◆多细胞生物由一个单细胞即受精卵分裂发育而来， 细胞增殖 是多细胞生物繁殖基础。
5
Phases of the cell cycle
6
Phases of the cell cycle
#2022
➢ 间期(interphase)
◆G1期(Gap 1 phase),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(DNA synthetic phase); ◆G2期(Gap 2 phase), 即DNA合成后(S期)到有丝 分裂前的一个间歇期;
一、细胞周期
细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束后开始生长 到下次有丝分裂终止所经历的全过程。在这一过程中,细胞的遗 传物质进行复制并均等地分配给两个子细胞。
4
2001年诺贝尔生理学与医学奖: 利兰·哈特韦尔发现了控制细胞周期的基因，
其中一种被称为“START” 的基因对控制各 个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。 保罗·纳西的贡献是发现了CDK。 蒂莫西·亨特的贡献是发现了调节CDK的功能 物质CYCLIN.
第十二章 细胞增殖及其调控
3）其他方法：通过显微缩时摄像技术可以求出分裂间期和分裂期的准确时间；通过在不同的时间对细胞群体进行计数，可以推算出细胞群体的倍增时间，即细胞周期的总时间。
1、脉冲标记DNA复制的细胞分裂指数观察测定法
2、流式细胞分选仪测定法
（四）细胞周期同步法
⑤终变期（再凝集期）
染色体更加变粗。交叉明显，数量减少。交叉向染色体的端部移行，称为端化。核膜、核仁消失。纺锤体形成。
（2）中期Ⅰ
同源染色体的每一对姊妹染色单体在着丝粒处并连在一起，1对动粒朝向同一极，同源染色体的两个染色体通过动粒微管分别连向不同的极。四分体逐渐向赤道方向移动，最终排列在赤道面上。
（一）减数分裂前间期
最大特点在于S期持续时间较长。
另一个重要特点是，在植物百合中发现，其减数分裂前间期的S期仅复制其DNA总量的99.7%~99.9%，而剩下的（DNA小片段）0.1~0.3%要等到减数分裂前期才进入复制。
另外还发现，在一种L蛋白，在前间期与上述DNA小片段结合，阻止其复制。
细胞周期同步化是利用人工诱导或药物诱导的方法，使细胞同步化在细胞周期的某个特定时期，从而获得处于相同细胞周期的细胞作为实验材料。常用的方法有：人工选择同步化和药物诱导同步化。还可分为自然同步化和人工同步化。
自然同步化的例子有：
1）海胆受精卵最初几次分裂是同步的；
2）细菌的休眠孢子进入营养环境后能发生同步萌发；
中心体与其周围的微管一起被称为星体（在动物细胞中） 。中心体在间期也进行了复制。细胞分裂开始，两个星体即逐渐向细胞的两极运动。
2、前中期
① 核膜破裂，标志着前中期的开始。
② 纺锤体的装配。
3、中期
所有染色体排列到赤道板上，纺锤体呈典型的纺锤样。
细胞生物学第十三至十七章作业答案
第十三章细胞增殖及其调控1 什么是细胞周期？简述细胞周期各时相及其主要事件。
答：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生长到下次有丝分裂终止所经历的全过程。
细胞周期各时相的生化事件：①G1期：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、碳水化合物、脂等，但不合成DNA；②S期: 开始合成DNA和组蛋白；在真核细胞中新和成的DNA立即与组蛋白结合，组成核小体串珠结构；③G2期:主要大量合成ATP、RNA和蛋白质，包括微管蛋白和成熟促进因子等；④M期: 为细胞分裂期，一般包括前期，中期，后期，末期4个时期。
2 细胞通过什么机制将染色体排列到赤道板上？有何生物学意义？答：细胞将染色体排列到赤道板上的机制可以归纳为牵拉假说和外推假说。
①牵拉假说：染色体向赤道面方向运动，是由于动粒微管牵拉的结果。
动力微管越长，拉力越大，当来自两级的动粒微管拉力相等时，即着丝粒微管形成的张力处于动态平衡时，染色体即被稳定在赤道面上；②外推假说：染色体向赤道方向移动，是由于星体的排斥力将染色体外推的结果。
染色体距离中心体越近，星体对染色体的外推力越强，当来自两极的推力达到平衡时，推力驱动染色体移到并稳定在赤道板上。
染色体排列到赤道板上具有重要的生物学意义，染色体排列到赤道板后，Mad2和Bub1消失，才能启动细胞分裂后期，并为染色体成功分开并且平均分配向两极移动做准备。
3 细胞周期有哪些主要检验点？各起何作用？答：细胞周期有以下主要检验点：①G1/S期检验点：检验DNA是否损伤、能否启动DNA的复制，作用是仿制DNA损伤或是突变的细胞进入S期；②S期检验点：检验DNA复制是否完毕，DNA复制完毕才能进入G2期；③G2/M期检验点：DNA是否损伤、能否开始分裂、细胞是否长到合适大小、环境是否利于细胞分裂，作用是使得细胞有充足的时间将损伤的DNA得以修复；④中-后期检验点：纺锤体组装的检验，作用是抑制着丝点没有正确连接到纺锤体上的染色体，确保纺锤体正确组装。
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第一节 基本概念
一、细胞周期 二、细胞周期检验点 三、细胞同步化
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4
一、细胞周期
连续分裂的细胞从上次细胞分裂(cell division)结束开 始，经过物质积累过程，直到本次细胞分裂结束为止所经历的 过程 。
★细胞周期时相 G1-S-G2-M
①准确地复制DNA； ②合成细胞结构和功能性物质； ③建立有关细胞分裂的结构和信息 传递机制； ④细胞核和细胞质分裂。
分裂中期阻断法
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17
Fruit fly embryo
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18
有丝分裂抖落法：
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。
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DNA合成阻断法
选用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成。 常用TDR双阻断法。 T阻≧ TG1＋TG2＋ TM
100
50
0
TG2
TM
T
Ts
Tc
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流式细胞仪分析细胞周期
标本→流动系统→激光系统→信号处理系统→放大系统→计算机系统
利用流式细胞仪 （ FCM ）对处 于快速流动的单 列细胞或生物颗 粒进行多参数、 快速（每秒可达 1000-10000个） 的定量分析和分 选（纯度可达 99%以上）。
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S期检测点：DNA复制检验 点。
G2/M检测点：DNA损伤检验 点。
S关卡
中-后期检测点：纺锤体组
装检验点。
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中期关卡
G1关卡
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通过Ｇ1期限制点的调节，Ｇ1期细胞可有三种去向：
•周期性细胞(cycling cell)
终末分化细胞（特化细胞）
死亡
G0 休眠细胞
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G0期细胞：有些 细胞会暂时离开 细胞周期，停止 细胞分裂，进入 G0期，去执行某 种生物功能或进 行细胞分化。 一旦得到信号指 示，会快速返回 细胞周期，分裂 增殖。多发生在 G1期。
被称为“START” 的基因对控制各个细胞周期的最初阶 段具有决定性的作用。
◆ Paul M. Nurse发现了CDK. ◆ R. Tim Hunt发现了调节CDK的功能物质周期蛋白.
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脉冲标记有丝分裂百分率 PLM(percentage mitoses)法
用3H-TDR对测定细胞脉冲标记、定时取材，利用放射自显影技术显示 标记细胞，通过统计标记的有丝分裂期（M期）细胞百分数（PLM），来测 定细胞周期。 ①待测细胞经3H-TDR标记后，所有S期细胞的DNA均被标记。 ② 置换无标记培养液。S期细胞经G2期才进入M期，所以一段时间内PLM=0。 ③开始出现标记M期细胞时，表示处于S期最晚阶段的细胞，已渡过G2期，所以 从PLM=0到出现PLM的时间间隔为TG2。 ④ S期细胞逐渐进入M期，PLM上升，到达到最高点的时候说明来自处于S最晚 阶段的细胞，已完成M，将进入G1期。所以从开始出现PLM到PLM达到最高点 （≈100%）及所持续的时间时间就是TM。 ⑤ 当PLM开始下降时，表明处于S期最早阶段的细胞也已进入M期，所以出现
16
三、细胞同步化
在自然过程中发生或经人为处理造成的使整个 细胞群体共同进入细胞周期同一时相的现象。
◆自然同步化
某些受精卵早期卵裂
◆选择同步法(selection synchrony) 有丝分裂抖落法 密度梯度离心法
物理方法
◆诱导同步法(induction synchrony) DNA合成阻断法
化学方法
胞
数
量
DNA含量分析
G0G1
s G2M
0
可2编00辑版2N400
600 800
4N
1000 12
PI标记的细胞周期时相分析
G1
G2 S
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13
二、细胞周期检验点
真核生物细胞周期中决 定细胞能否进入下一个时相 的监控点,是细胞周期中存 在的一种反馈调节机制。
G2关卡
G1 期 检 测 点 ( 限 制 点 restriction ,R点）：DNA 损伤检验点。
★细胞周期长短测定
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5
不同细胞的周期时相
TC
小鼠食道上皮
87
小鼠腹壁上皮
151
人大肠粘膜
24
人宫颈癌
20
人羊膜
19.4
大鼠肝
47.5
人肺成纤维细胞 16.8
TG1 TS
75
7.2
139
6.2
10
11.5
8
6.8
9.8
6.8
பைடு நூலகம்
28
16
6
6
TG2
4.1 5.3 2 4.5 2.2 1.8 4
TM
0.7 0.5 0.5 1.5 0.6 1.7 0.8
无丝分裂（直接分裂） 细胞增殖的方式 有丝分裂（间接分裂）
减数分裂
细胞增殖是通过细胞周期（cell cycle）来实现
细胞周期的有序运行是通过相关基因的严格监视和调控来保证
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2
细胞生物学教程 (cell biology )
第十二章
细胞增殖及其调控
第一节 基本概念
第二节 细 胞 分 裂
第三节 细胞周期调控
TC-TG1
12 12 14 12 9.6 15.5 10.8
不同细胞的TC差别很大；
TC与 TG1的变化一致, TC长短差异决定于TG1;
TS + TG2 + TM 值比较稳定,约12-24小时；
TM 较短,约1小时左可右编辑。版
6
200 1年 诺贝 尔生 理学 /医 学奖◆Leland H. Hartwell发现了控制细胞周期的基因，其中
第十二章 细胞增殖及其调控
•细胞增殖是细胞生命活动的基本特征之一
division
embryo → baby
可编辑版
1
细胞增殖(cell proliferation):亲代细胞
(mother cell)经物质准备，细胞分裂（cell division）产生子代细胞(daughter cell)的过程。
（ TG2）PLM到PLM又开始下降（ TG2 + TS ）的一段时间等于TS。
⑥ 从PLM出现到下一次PLM出现的时间间隔就等于TC。
根据TC=TG1+TS+TG2+TM即可求出可的编T辑G版1长度。
8
早
中
晚
可编辑版
9
注意：在实际工作中，由于各种因素的影响，PLM的 PLM 最大值达不到1。为减少误差，常采用半高度法读数。
11
流式细胞仪PI（碘化丙锭）染色法分析细胞周期
PI与细胞内DNA结合（RNA已被消化）后，细胞的荧光强度直接反映了 细胞内DNA含量的多少，通过流式细胞仪对细胞内DNA的含量及在不同时间 内的变化进行检测时，可以分析不同细胞周期时相各细胞亚群比例和细胞周期 时间长短。
G2 M
G0
细胞周G期1
s
细