细胞增殖及调控(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。
细胞增殖的调控和细胞周期的调节
细胞增殖的调控和细胞周期的调节细胞的增殖是维持生命的基本过程之一，对于生物体的正常发育和组织修复至关重要。
细胞增殖的调控和细胞周期的调节是维持细胞增殖的平衡和稳定的关键机制。
本文将就细胞增殖的调控和细胞周期的调节进行探讨。
一、细胞增殖的调控细胞增殖的调控主要涉及到三个方面：细胞周期的控制、内环境的调节和外界信号的影响。
1. 细胞周期的控制细胞周期是一种有序的细胞生命周期，包括四个阶段：G1期（前期）、S期（DNA合成期）、G2期（后期）和M期（有丝分裂期）。
其中，G1期主要是准备细胞DNA的复制；S期是细胞进行DNA复制的阶段；G2期是细胞准备进入有丝分裂的阶段；M期是细胞有丝分裂的过程。
细胞周期的控制主要通过细胞周期蛋白（Cyclin）和Cyclin依赖性激酶（CDK）的调节来实现。
Cyclin和CDK在不同的细胞周期阶段表达量和活性不同，从而控制细胞周期的进展。
2. 内环境的调节细胞增殖的调控还受到细胞内环境的影响。
内环境主要包括细胞内的营养物质、DNA损伤的修复和细胞器的功能状态等。
当细胞内的环境发生异常时，细胞增殖的过程也会受到影响。
例如，当细胞内的DNA损伤累积到一定程度时，会激活细胞的DNA损伤应答机制，导致细胞周期的阻滞，并启动DNA修复机制。
这样可以避免损伤的DNA复制和传递给后代细胞。
3. 外界信号的影响细胞增殖还受到外界信号的影响，包括生长因子、细胞因子和细胞外基质等。
生长因子是一类可促进细胞增殖的分子信号物质，它们通过与细胞膜上的受体结合，激活下游信号通路，刺激细胞进入增殖状态。
细胞因子是一类具有调控细胞增殖的蛋白质分子，它们能够通过绑定到特定的细胞表面受体来激活细胞增殖信号通路，从而影响细胞的周期。
细胞外基质是细胞周围的一种复杂的三维网络结构。
细胞通过与细胞外基质相互作用来感知外界环境，并调节细胞增殖。
当细胞外基质发生变化时，会调控细胞的增殖状态。
二、细胞周期的调节细胞周期的调节是细胞增殖的一个重要过程，它主要通过细胞周期检查点和相关蛋白激活、抑制来实现。
细胞增殖及其调控(共109张PPT)
停止。
关键：控制时间
第1次阻断时间相当于G2、M和G1期时间的总和或稍长，释放 时间不短于S期时间，而小于G2+M+G1期时间，这样才能使所有位 于G1／S期的细胞通过S期，而又不使沿周期前进最快的细胞进 入下一个S期。第2次阻断时间同第1次，再释放。 HeLa细胞周期时间为21 h，其中G1期为10 h，S期为7 h，G2期 为3 h，M期为1 h
渐衰减，误差较大。
测定原理： ① 待测细胞经3H-TdR标记后，所有S期细胞均被标记。 ② 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期最后阶段的细胞，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原先才进入M 期的细胞，已完成M，进入G1期。所以从开始出现PLM到PLM达到最 高点（≈100%）的时间间隔就是TM。
(mitosis)和减数分裂(meiosis)三种类型。
无丝分裂又称为直接分裂，由R. Remark（1841）首次发现于鸡胚血
细胞。表现为细胞核伸长，从中部缢缩，然后细胞质分裂，其间不 涉及纺锤体形成及染色体变化，故称为无丝分裂。无丝分裂不仅发 现于原核生物，同时也发现于高等动植物，如植物的胚乳细胞、动 物的胎膜，间充组织及肌肉细胞等等。
第一节 细胞周期的概念
分裂间期
分裂期
一、什么是细胞周期 细胞周期指由细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历 的过程，所需的时间叫细胞周期时间。
细胞周期的调控和细胞增殖
细胞周期的调控和细胞增殖细胞周期是细胞生命周期中的一个重要阶段，通过严密调控确保细胞按照一定的顺序进行有序的DNA复制和细胞分裂。
细胞周期的调控主要包括细胞周期检查点、细胞周期调控因子及其调控网络的作用等方面。
一、细胞周期检查点细胞周期检查点是细胞在特定时期对其自身状态的监测点，主要有G1/S检查点、G2/M检查点和M检查点。
这些检查点的功能在于确保细胞在细胞周期的不同阶段保持稳定和正确的进行。
1. G1/S检查点G1/S检查点位于细胞周期的G1期和S期之间，主要监测细胞的DNA是否完整以及是否有足够的生物小分子供应，这是控制是否进入DNA复制的关键检查点。
如果细胞通过检查，则进入S期进行DNA 复制，否则进入G0期停滞。
2. G2/M检查点G2/M检查点位于细胞周期的G2期和M期之间，主要监测细胞DNA复制是否正确完成以及是否有DNA损伤。
只有当细胞通过这一检查点时，才能进入有丝分裂的M期。
3. M检查点M检查点位于细胞分裂的中期，主要监测染色体是否正确连接到纺锤体上，并确保该连接是稳定的。
只有当细胞通过这一检查点时，才能完成有丝分裂，将染色体均匀地分配给两个子细胞。
二、细胞周期调控因子及其调控网络细胞周期调控因子主要包括Cyclins和Cyclin-dependent kinases (CDKs)。
Cyclins与CDKs形成复合物，通过磷酸化作用来调控细胞周期的不同阶段。
1. CyclinsCyclins是调控细胞周期的关键调节蛋白，其数量在不同的细胞周期阶段发生变化。
不同类型的Cyclins与特定的CDKs形成复合物，起到调控细胞周期的作用。
2. CDKsCDKs是Cyclin-dependent kinases的缩写，是一类酶的家族。
它们与Cyclins结合形成复合物，通过磷酸化调控细胞周期的不同阶段。
CDKs活性的变化在细胞周期的不同阶段发生，由Cyclins的表达调控。
3. 细胞周期调控网络细胞周期调控网络是由各类细胞周期调控因子组成的复杂网络。
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)。
第11章1细胞增殖及其调控
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S期
· DNA 复制与组蛋白合成同
步，组成核小体串珠结构
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G2 期
· DNA复制完成，在G2期合成
一定数量的蛋白质和RNA分子
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M期
· M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 (mitosis) 和减数分裂 (meiosis)。遗传物质和细胞内其他物质分配给子 细胞。
· 子细胞在G1、G2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
期基本是一致的。
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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
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检验点（checkpoint）:
由于细胞内存在一系列监控机制 （surveillance mechanisms）,可以鉴别 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 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 在于细胞的各个时期，如S期检验点，G2 期检验点，纺锤体组装检验点等。
用流式细胞仪测定每个细胞群体的处于不同时 期的细胞数量和DNA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 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 期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。
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细胞周期的研究方法
细胞同步化(synchronization) ◆选择同步法(selection synchrony) ●有丝分裂选择法
间期（interphase）。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 殖的实施过程。
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。
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。
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M：mitosis,分裂。
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细胞周期时间
不同细胞的细胞周期时 间差异很大.
S+G2+M 的时间变化较小， 细胞周期时间长短主要
差别在G1期.
有些细胞会暂时离开细
胞周期，停止分裂，成
为静止期或G0期细胞。
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根据细胞周期可将高等动物细胞分为3类：
– ①连续分裂细胞，如表皮生发层、骨髓干细胞。 – ②休眠细胞，暂不分裂，适当刺激下可重新进
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细胞周期时相组成
·间期(interphase): G1 phase，S phase，G2 phase
·M phase: 有丝分裂期(Mitosis)
细胞沿着G1→S→G2→M→G1周期性运转，在间期细胞体 积增大(生长)，在 M 期细胞先是核分裂，接着胞质分裂， 完成一个细胞周期。
G：gap, 时间间隔； S：synthesis,DNA合成；
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前期
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前中期(prometaphase)
◆核膜破裂，核纤层解体。 ◆纺锤体微管侵入细胞核与染色体的动粒结合， 捕捉住染色体。 ◆不断运动的染色体开始移向赤道板。
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前中期
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中期(metaphase)
◆所有染色体排列到赤道板(Metaphase Plate)上， 标志着细胞分裂已进入中期。
◆染色体的两个动粒分别面向纺锤体的两极。在每个 动粒上结合的动粒微管可以多达几十根。
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中期
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后期(anaphase)
◆排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离 产生向极运动
◆后期(anaphase)大致可以划分为后期A和后期B
·后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动 ·后期B，极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉 长，介导染色体向极运动。 用破坏微管的药物，如nocodazole或秋水仙碱处理，染色体 的运动会立即停止。---细胞分裂停止在M期（同步化）。
第十二章 细胞增殖及其调控
●细胞周期概述 ●细胞分裂 ●细胞周期调控
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细胞增殖(cell proliferation)的意义
细胞增殖(cell proliferation)是细胞生命活动的重要特 征之一,是生物繁育的基础。
1. 单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。 2. 多细胞生物由一个单细胞(受精卵)分裂发育而来。
◆在前期末，染色体主缢痕部位形成一种蛋白复合物称为动 粒(kinetochore)，又称着丝点，与着丝粒（centromere）紧 密相连。
◆2个中心体周围，微管组装并以中心体为核心向外发散， 形成2个星体。2个星体逐渐向2极运动而确立细胞分裂极。
◆Golgi体、ER等细胞器解体，形成小的膜泡
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将与细胞周期调控有关的条件依赖性突 变株转移到限定条件下培养，所有细胞 便被同步化在细胞周期中某一特定时期。
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特殊的细胞周期
◆爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期：细胞分裂快,无G1期, G2期非常短,S期也短(所有复制子都激活), 以至认为 仅含有S期和M期。细胞越分裂体积越小。
◆酵母细胞的细胞周期：封闭式细胞分裂 ，即细胞分 裂时核膜不解聚；纺锤体位于细胞核内。
· 分裂中期阻断法：常用试剂如nocodazole，通过抑制
微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将细胞群同步化
在M期。优点是操作简便，效率高。缺点是这些药物的
毒性相对较大，若处理时间长，细胞常不能恢复细胞
周期的运转。
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条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的 应用：可用于酵母细胞的同步化，极少 用于动物细胞。
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一、有丝分裂(mitosis)
高等动物细胞的有丝分裂期可分为：
●前期(prophase) ●前中期(prometaphase) ●中期(metaphase) ●后期(anaphase) ●末期(telophase)
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前期(prophase)
◆标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩 (condensation) ，光镜下可见早期染色体结构。
入细胞周期，称G0期细胞，如淋巴细胞、肝、 肾细胞等。 – ③不分裂细胞，又称终端细胞，不再分裂，如 神经元、肌肉、多形核细胞等。
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细胞周期中不同时相及其主要事件
◆ 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、碳水化合物、脂等，同时染色
质去凝集。
◆ S 期：DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠
结构。
◆ G2期：DNA复制完成，染色体倍性由2n变成4n,在G2期 合成一定数量的蛋白质和RNA分子。
◆ M 期： M期即细胞分裂期，遗传物质平均分配给子细 胞和细胞内其它物质分配给子细胞。
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细胞周期的人工选择同步化
·有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞。优点细
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。
·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。优点是方法简单省时，细胞同步化
效率高，分离的细胞数量多。缺点是对大多数种类的细
胞并不适用。适用于姴殖酵母（fission yeast)和有些
哺乳动物细胞（如HeLa)。
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药物诱导法同步化
· DNA合成阻断法：常用试剂如HU（hydroxyurea，羟基 脲), TdR (胸腺嘧啶核苷）。单次处理可将细胞群同步 化于G1/S交界处和S期。TdR两次处理可将细胞群同步 化在G1/S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，被广泛采用。
◆植物细胞的细胞周期：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。
◆细菌的细胞周期：快速生长时，细胞分裂周期为35
分钟，而DNA复制一次需70分钟。第1次复制未完成，
DNA即开始第2次复制。经过70分钟，DNA复制产生4个
DNA分子，细胞分裂2次，得到4个细胞。
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第二节 细胞分裂
3. 成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞， 维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。
4. 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。
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2
第一节 细胞周期(cell cycle)概述
概念：
细胞从一次细胞分裂结束开始到下一 次细胞分裂结束为止，所经历的一个有 序过程 ,包括物质准备和细胞分裂过程。 其间细胞遗传物质和其他内含物分配给 子细胞。