细胞分裂与细胞周期
纺锤体微管
姐妹 着丝点（动粒）
主要成分蛋白质
外层 主缢痕（初级缢痕） 着丝粒
含高度重复DNA
中层
内层
着丝粒(centromere)：
动粒(kinetochore)：
主缢痕(primary constriction)：
着丝粒(centromere)：位于主缢痕内两
条姐妹染色单体相连处的中心部位，由 高度重复DNA序列的异染色质组成，将 染色单体分为两个臂。 动粒(kinetochore)：动粒(kinetochore, 着丝点): 由蛋白质组成的存在于着丝粒 两侧的特化圆盘状结构，为染色体的运 动中心，也是微管组织中心之一。 主缢痕(primary constriction)：在中 期染色体的两姐妹染色单体连接处的一 个染色较浅而缢缩的区域。
３.染色体向赤道面的运动
（三）中期（metaphase ）
主要特征： 染色体达到最大的 凝集，排列在赤道 板上，小的在内侧， 大的在外侧。
中期染色体
（四）后期（anaphase ）
主要特征：染色体的两姐妹染色单体 发生分离，子代染色体形成并向细胞 两极移动。 姐妹染色单体分离的原因主要与其 彼此间的连接骤然消失相关，而动 粒微管的张力对其的影响不大。
第一节
细胞分裂
一、无丝分裂（amitosis) 二、有丝分裂（mitosis) 三、减数分裂（meiosis)
一、无丝分裂(amitosis)
也称直接分裂，直接进行细胞核 与细胞质的分裂方式。分裂过程中既 无染色体、纺锤体的形成，也无核膜、 核仁的解体。
特点：
1.不形成纺锤丝和染色体； 2.遗传物质不一定平均分配到两个 子细胞； 3.常见于低等动物，高等动物中也 存在。
侧生成分
联会复合体
联会复合体组装
3)粗线期（pachytene stage）
主要事件：同源染色体片断的交换 和重组。其发生可能与重组节的作 用有关。
在粗线期，细胞中也存在 DNA 的 合成，叫做 P-DNA ， 它与交换中 DNA链的修复、连接有关。
4)双线期（diplotene stage）
二 .有丝分裂(mitosis)
最基本的分裂方式； 形成染色体和纺锤体； 染色质等量分配；
生成两个子细胞。
核分裂
胞质分裂
有丝分裂和细胞周期
真核细胞的主要增殖方式:
核分裂
胞质分裂
6个时期：前期、前中期、中期、后 期、末期及胞质分裂。
有丝分裂
（一）前期（prophase）
主要特征：
细胞连续分裂两次，DNA只复制一 次,结果产生染色体数目减半的生 殖细胞。
精子与卵细胞结合
减数分裂
（一）第一次减数分裂
1.前期I
可细分为五个亚期：细线期、偶线 期、粗线期、双线期、终变期
1) 细线期（lepotene stage）染色质 开始凝集，核及核仁体积增大。 2) 偶线期（zygotene stage）同源染 色体配对，形成联会复合体 （synaptonemal complex， SC）： 侧生成分和中央成分
后期
后期Ａ与后期Ｂ
染色体向两极运动的机理：
微管解聚 微管滑动
（五）末期（telophase）
特点：子细胞核的形成 。
染色体解螺旋成染色质
核膜重新形成 核仁重现
末期
末期的主要变化
（六）胞质分裂(cytokinesis)
出现在后期末或末期初，动 物细胞是通过收缩环实现的
，在细胞中部发生缢缩，致
使细胞膜在此处断裂，形 成两个子细胞。
收缩环
●
間期
●
后期
●
前期
中期
●
末期
●
细胞分裂过程中通过有丝分裂 器以确保遗传物质平均分配到 两个子细胞，确保遗传物质的 连续性和稳定性。
Metaphase Anaphase Telophase
三、减数分裂(meiosis)
有性生殖个体生殖细胞形成过程中 所进行的特殊分裂方式。
2.中期 I
同源染色体排列到赤道面上，形成 赤道板；与有丝分裂不同是，与它 们相连的动粒微管 均位于纺锤体的同 一侧面。
3. 后期 I 同源染色体分离并向两
极移动，同时非同源染色体之间可发 生自由组合。
4. 末期 I 染色体去凝集，核仁、
核膜重现，胞质分裂，形成两个子 细胞，每个子细 胞中，含有母细 胞一半的染色体 数目。
马达蛋白与中心体的极向移动
前期两个中心体向两极移动
（二）前中期(prometaphase)
主要特征： 核膜的崩裂； 纺锤体的形成； 染色体向赤道 面运动。
１.核膜破裂
核纤层磷酸化降解核膜消失
前中期
２.纺锤体(spindle)
在前期末出现的 临时性细胞器： 由两端星体，包 括极间微管、动 粒微管和星体微 管组合形成纺锤 样结构。
细胞分裂与细胞周期
(cell division and cell cycle)
生命科学学院
细胞分裂(cell division):
一个亲代细胞一分为二、形成两个 子代细胞的过程。
细胞周期(cell cycle):
细胞周期是指细胞从一次细胞分裂 结束开始生长到下一次分裂终了所
经历的过程。
内容：
第一节 细胞分裂 第二节 细胞周期及其进程 第三节 细胞周期调控 第四节 细胞周期与医学的 关系
①染色质凝集（M期开始标志） ②分裂极的仁逐渐分解最终消失。
凝缩蛋白（condensin）
粘连蛋白（cohesin)
2.分裂极确定
在前期，伴随着染色质的凝集， 原分布于细胞同一侧的两个中心体 开始沿核膜外围分别向细胞两极移 动，它们最后所到达的位置将决定 细胞分裂极。 中心体的极向移动需要多种马达 蛋白的参与 。
主要事件是同源染色体相互分开，但在 非姊妹染色单体之间的某些部位上，可 见其相互间有接触点，称为交叉，交叉 是交换的结果，随着双线期的进行，交 叉向染色体的端部移动，交叉的数目也 因此减少，此现象称为交叉端化。
同源染色体片断的交换和重组
5)终变期（diakinesis stage）
主要事件是同源染色体在其端部靠 交叉结合在一起，并进一步凝集， 核仁消失，核膜破裂，纺锤体形成， 染色体开始移向赤道面上。
（二）第二次减数分裂
与有丝分裂类似，分为：前期 Ⅱ、中 期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ、胞质分裂。
细胞生物学中的细胞周期和细胞分裂
细胞生物学中的细胞周期和细胞分裂细胞生物学是研究细胞的结构、功能和生命过程的科学。
细胞周期和细胞分裂是细胞生物学中非常重要的概念，它们直接关系到细胞的增殖和遗传信息的传递。
本文将从细胞周期和细胞分裂的定义、细胞周期的阶段以及细胞分裂的过程进行详细阐述。
一、细胞周期和细胞分裂的定义细胞周期是指从一次细胞分裂开始，到下一次细胞分裂开始的整个过程。
细胞周期可以分为四个连续的阶段：G1期（细胞生长期）、S 期（DNA合成期）、G2期（前期）和M期（有丝分裂期）。
其中，G1、S、G2三个阶段合称为间期。
细胞分裂是指细胞通过复制染色体并均等分配到两个新的细胞中，从而使一个细胞分裂成为两个细胞的过程。
细胞分裂主要分为两种类型：有丝分裂和无丝分裂。
有丝分裂是大多数真核细胞的分裂方式，而无丝分裂主要发生在原核生物和有些真核生物的有特殊要求的细胞中。
二、细胞周期的阶段1. G1期（细胞生长期）G1期是细胞周期中最长的一个阶段，它通常占据整个周期的一半甚至更长的时间。
在G1期，细胞会进行各种生化代谢活动，例如合成蛋白质和增加细胞器的数量。
在这个阶段，细胞还会接受外界信号，判断是否具备进行DNA复制和细胞分裂的条件。
2. S期（DNA合成期）在S期，细胞会进行DNA的复制，这是细胞周期中至关重要的一个阶段。
DNA的复制过程是通过酶的作用，在细胞核内顺次复制每一个染色体。
这样，每个染色体会变成由两条完全相同的复制体组成的染色体。
3. G2期（前期）G2期是DNA复制完成后距离细胞分裂的前期。
在这一阶段，细胞会进行所必需的准备工作，例如合成蛋白质和其他细胞器的增殖。
细胞会通过检查自身是否具备正常状态来保证细胞分裂的成功进行。
4. M期（有丝分裂期）M期是细胞周期中用于有丝分裂的阶段。
有丝分裂是细胞分裂的一种重要方式，它包括核分裂（核分裂前期、核分裂中期和核分裂后期）和细胞质分裂。
在核分裂前期，细胞核会逐渐发育成具有两个核仁的核。
医学细胞生物学第13章细胞的分裂和细胞周期
细胞分裂缓解表面积/体积压力
有效保证了生物遗传的稳定性；
细胞分裂是个体发生的基础； 是多细胞生物个体生长的基础； 参与器官组织的维持和更新。 机体内细胞增殖与凋亡的生死平衡
细胞分裂与细胞周期概述
——细胞分裂的生物学意义
细胞分裂缓解表面积/体积压力
有效保证了生物遗传的稳定性；
减数分裂（meiosis）
减数分裂的过程——第一次减数分裂
终变期
终变期交叉开始端化，同源染色体仅在 其端部靠交叉结合在一起，使染色体 （四分体）呈现O、8等特殊形态；此时， 前期I接近尾声，核仁消失，核膜崩解， 纺锤体形成，中期I即将来临。
减数分裂（meiosis）
减数分裂的过程——第一次减数分裂
细胞分裂
细胞周期开始
分裂结束所经历的规律性变化称为
细胞周期（cell cycle）,包括分裂 期（<5%）和分裂间期(>95%);
细胞生长
DNA复制
细胞周期 调节点
细胞周期及相关概念
细胞周期
分裂间期是新生细胞的生长过程， 根据细胞的生理生化的变化特点，
细胞分裂
细胞周期开始
可分为G1期、S期、G2期
间期
前期I
中期I
后期I
减数分裂（meiosis）
减数分裂的过程——第一次减数分裂
前期I
中期I
后期I：同源染色体分离移 向细胞两极；非同源染色体以 自由组合的方式进入两极； 末期I：胞质分裂后形成两 个子细胞，每个子细胞所含染 色体数为原来的一半；每条染 色体含两条染色单体；多数生 物染色体不会解聚，保持其染 非同源染色体自由组合 色体状态。
有丝分裂（mitosis）
细胞周期与细胞分裂
第二十八页，共86页。
4)、抑癌基因与细胞周期调控
Rb、p53是两个常见的抑癌基因
p53基因的产物分布于细胞核中,半衰期短,不稳定。 P53蛋白作为转录因子或与其他转录因子相结合参与基 因的转录调节，将细胞阻止于G1期。
细胞周期
第十页，共86页。
第二节 细胞周期调控
◆细胞周期的控制系统
(cell-cycle control system)
细胞周期的控制类似于中央控制系统 (central control system)。
第十一页，共86页。
• 细胞周期蛋白 cyclin
随细胞周期变化呈周期性出现与消失的蛋白质， 可分为A、B、C、D、E、F、G、H 8大类。与其 他蛋白结合后, 参与细胞周期相关活动的调节。
膜运输增加
专一蛋白质合成
DNA复制酶出现
脱氧核糖核苷
RNA合成
库存增加
抑素(chalone)
有丝 分裂
R G1期
S期 (DNA合成)
蛋白质合成
H1组蛋白 磷酸化
微管蛋白
多核糖体重聚
对诱变剂敏感
组蛋白RNA的合成
哺乳动物细胞在G1期中的一些主要的生理、生化变化
R: G1期的限制点第五页(r，e共8s6页t。riction point )
第四十五页，共86页。
③星体微管，位于星体周围，其游离端伸向周围 胞质。
由两端星体、星体微管、极间微管和动粒微管组合 形成的纺锤形结构称为纺锤体或有丝分裂器。
第四十六页，共86页。
第四十七页，共86页。
◆早中期(prometaphase) 核周围的纺锤体侵入中心区,一部分纺 锤体微管的自由端最终结合到着丝点 上,形成动粒微管。
细胞周期与细胞分裂
细胞周期与细胞分裂细胞是生命的基本单位，通过细胞周期和细胞分裂维持生物体的生长和发育。
细胞周期是指从细胞的形成到再次分裂的整个过程，包括细胞的生长、DNA复制和细胞分裂等阶段。
细胞分裂是细胞周期中最重要的事件之一，通过细胞分裂可以产生相同或者不同的子细胞，从而实现生物体的增长和再生。
在细胞周期和细胞分裂中，细胞遵循着严格的调控机制，确保细胞的正常生长和分裂。
一、细胞周期的阶段细胞周期一般分为四个阶段：G1期、S期、G2期和M期。
在G1期，细胞开始生长，合成蛋白质和RNA，并为DNA复制做准备。
S期是细胞周期的关键阶段，细胞在这个阶段进行DNA复制，在复制完成后，细胞就有了两份完全相同的DNA。
G2期是DNA复制后，细胞再次进行一些生长和准备工作，为细胞分裂做好准备。
M期是细胞分裂的阶段，包括核分裂和细胞质分裂两个过程。
核分裂又分为有丝分裂和减数分裂两种类型。
二、细胞分裂的类型细胞分裂根据有无核分裂可以分为有丝分裂和减数分裂。
有丝分裂是指细胞在分裂时，以线粒体为中心将染色体均匀分配到子细胞中。
它包括分裂前期、分裂中期和分裂后期三个阶段。
在分裂前期，染色体开始凝缩，形成可见的染色体。
在分裂中期，核膜消失，纺锤体形成，染色体在纺锤体的引导下进行有序的运动。
在分裂后期，染色体到达两极，核膜重新形成，最终形成两个互相独立的子细胞。
减数分裂是指性细胞进行的一种特殊的细胞分裂，通过减数分裂可以产生具有遗传多样性的子细胞，用于有性繁殖。
三、细胞周期和细胞分裂的调控细胞周期和细胞分裂的调控由多个信号通路和分子机制共同参与。
其中，细胞周期蛋白激酶（Cyclin-dependent kinases, CDKs）是细胞周期调控的中心。
CDKs与特定的调节亚基结合，形成活性复合物，促进细胞周期的推进。
另外，细胞周期蛋白也参与了细胞周期的调控，它们在不同阶段表达，与CDKs相互作用，调控细胞的生长和分裂。
此外，DNA损伤检测和DNA修复系统也起着重要的作用，当细胞受到DNA损伤时，这些机制能够停止细胞周期的推进，以避免错误的复制和分裂。
生物的细胞周期与细胞分裂
生物的细胞周期与细胞分裂细胞是构成生物体的基本单位，它们通过细胞周期与细胞分裂不断生长和繁殖。
细胞周期是细胞从一次分裂开始到下一次分裂结束的整个过程，包括间期、有丝分裂和有丝分裂前期等不同阶段。
细胞分裂是细胞周期中的关键过程，通过有丝分裂和无丝分裂两种方式进行。
本文将详细介绍细胞周期与细胞分裂的各个阶段及其重要性。
一、细胞周期细胞周期是指一个细胞从分裂到下一次分裂的整个过程，可分为两个主要阶段：间期和分裂期。
1. 间期间期是细胞周期中细胞不进行分裂的阶段，也是最长的阶段。
间期可以细分为三个子阶段：G1期、S期和G2期。
- G1期（Growth 1期）G1期是细胞从上一次分裂结束到DNA复制前的阶段。
在此阶段，细胞进行生长和新陈代谢，合成蛋白质和RNA，为下一阶段的DNA 复制做准备。
- S期（Synthesis期）S期是指细胞周期中DNA复制的阶段，其中"S"代表DNA合成。
在此阶段，细胞的染色体复制，并且每个染色体的两条染色单体在复制过程中形成姐妹染色单体。
- G2期（Growth 2期）G2期是细胞从DNA复制结束到进入分裂期前的阶段，细胞在此阶段进行进一步的增长和准备。
细胞进行蛋白质合成和细胞器复制，为有丝分裂做准备。
2. 分裂期分裂期是细胞周期中细胞进行分裂的阶段，主要包括有丝分裂和无丝分裂两种方式。
- 有丝分裂有丝分裂是细胞周期中最常见的分裂方式，可分为四个连续的阶段：有丝分裂前期、有丝分裂中期、有丝分裂后期和有丝分裂末期。
- 有丝分裂前期（Prophase）有丝分裂前期是有丝分裂的第一阶段，染色体逐渐凝缩并变得可见，核膜和核仁逐渐消失。
细胞器如高尔基体和线粒体开始分离。
- 有丝分裂中期（Metaphase）有丝分裂中期是有丝分裂的第二阶段，染色体在细胞中排列成单一线。
此时，纺锤体的纺锤纤维连接到染色体的姐妹染色单体上。
- 有丝分裂后期（Anaphase）有丝分裂后期是有丝分裂的第三阶段，纺锤纤维开始缩短并将染色体的姐妹染色单体分离，将其拉向细胞的两个极点。
细胞周期与细胞分裂
细胞周期与细胞分裂细胞是生命的基本单位，无论是单细胞生物还是多细胞生物，其生命周期都与细胞周期密切相关。
细胞周期是指从细胞分裂开始到再次分裂结束的一系列连续发展过程，它分为四个阶段：G1期（第一生长期）、S期（DNA复制期）、G2期（第二生长期）和M期（有丝分裂期）。
在G1期，细胞进行生长和代谢活动，准备进行DNA复制。
G1期是细胞周期中最长的一个阶段，其时间长短因细胞类型不同而不同。
在生长因子的刺激下，细胞会进一步进入S期。
S期是细胞周期的重要阶段，也是DNA复制的阶段。
在这个阶段，细胞将其染色体的DNA复制为两倍，并保留在细胞核中。
这一过程确保每个新细胞都包含与母细胞完全相同的遗传信息。
G2期是G1期和M期之间的一个重要过渡阶段，它标志着DNA复制的完成，细胞开始准备进行有丝分裂。
在这个阶段，细胞核中的染色体变得更加紧密，并准备分离为两个子细胞。
M期是细胞周期中最为重要的阶段，也是细胞分裂的阶段。
M期可以分为核分裂和细胞质分裂两个步骤。
核分裂又分为促进期、分裂期和结束期。
在核分裂的过程中，细胞核中的染色体分别缩短并形成以两个相同的染色体为一对的染色体。
同时，纺锤体在细胞的两端形成，它们的纤维束将染色体吸引过来分离。
细胞质分裂发生在核分裂之后，它是细胞周期中的最后一个阶段。
在细胞质分裂的过程中，细胞中的胞质分离为两个子细胞。
子细胞分离后，细胞周期又重新开始，进入新的G1期。
细胞周期的调控对于维持细胞正常的生长和遗传稳定性至关重要。
细胞周期调控通过一系列复杂的信号传导通路和调节蛋白分子来实现。
其中，细胞周期素和Cyclin便是两个关键调节蛋白。
细胞周期素与Cyclin通过结合形成活化复合体，从而促进细胞向下一个阶段的转变。
除了细胞周期的正常进行，细胞分裂也是维持生物体生长和发育的重要过程。
细胞分裂分为两种类型：有丝分裂和无丝分裂。
有丝分裂是较为常见和典型的细胞分裂方式，包括前面提到的M期的步骤。
医学细胞生物学7_细胞分裂与细胞周期
Cell Division and Cell Cycle
染色体正确复制与分离 细胞增殖的调控
内容
有丝分裂过程
染色体的运动
细胞周期各个时相的特点 细胞周期调控
细胞周期调控系统的分子组成 细胞周期调控机制
新的细胞周期如何起始
原癌基因和抑癌基因
正常细胞增殖与死亡的失衡
p16,p21 抑制CDK4 p15抑制CDK4,CDK6 p24 抑制CDK1，CDK2 p27 抑制全部的CDK-cyclin活性
3.调节性激酶和磷酸酶
Wee1使CDK Thr14和Tyr15磷酸化，遮蔽CDK 激酶活性位点。
cdc25 去除Thr14和Tyr15磷酸恢复CDK激酶活 性。
中心体是微管组织中心(MTOC)，与细胞 形态维持、细胞运动、有丝分裂密切相关。
星体 (aster)由中心体及其发出的放射状 排列的微管构成。
马达蛋白推动星体沿微管分离，形成有丝 分裂的两极。
rRNA合成停止，蛋白翻译水平下降
(2)前中期 prometaphase
特征：核膜破裂(前中期开始的标志)、纺锤体 形成、染色体向赤道板运动
着减弱与重新增强
二、细胞周期及其进程
(一)细胞周期
细胞周期(cell cycle)是指细胞完成生长、分裂 形成两个子细胞的全部过程，包括有丝分裂 (分裂期)及分裂间期两个阶段。 有丝分裂包括细胞核分裂和细胞质分裂。
根据DNA合成状态的不同，分裂间期可分为 G1(gap1)期、S期(DNA synthesis)、G2期、M 期。
4. SCF和APC
SCF和APC是两种泛素连接酶，可以使细胞周 期调控系统的分子泛素化，导致泛素依赖的蛋 白降解，以此来调节细胞周期进程。
细胞分裂和细胞周期
4、核仁组织区
(nucleolar-organizing region, NOR)： 核仁组织区位于近端着丝粒染色体短 臂次缢痕部位(并非所有的次缢痕都是NOR)， 此处伸出DNA袢环(含有rRNA的基因)，与 核仁的形成有关。
人类NOR位于13、14、15、21、22号 染色体短臂的次缢痕上。
5、随体(satellite)：
CDK4、 5、6
细 胞 周
5、6
期
促进G1 向S期转化
的 两 个
主
cyclinB cyclinB/ CDK1
要 调
CDK1
控
促进G2
点
向M期转化
（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 促进M期启动的调控因子。
成熟的爪蟾卵母 细胞的细胞质
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）。
细胞分裂和细胞周期
主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节
细胞周期 染色质和染色体 纺锤体 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。
细胞分裂与细胞周期
细胞周期事件的胞内调控机制
cyclin-Cdk复合物是细胞周期调控体系的核心，其周期性 的形成及降解，引发了细胞周期进程中的特定事件的出现， 并促成了G1期向S期，G2期向M期，中期向后期等关键过程 不可逆的转换。 两种关键的cyclin-CDK复合物 G1 CDK＝CDK4/6＋cyclinD 活性出现在细胞通过G1期检查点之前，使细胞由G1期向S 期转化 MPF＝CDK1+cyclinB 活性出现在细胞通过G2期检查点之后，驱动有丝分裂开始
细胞周期与医学的关系
1 细胞周期与组织再生 组织再生：机体不断产生新细胞以补充因生理或病理原因死亡 的细胞的过程，可分为生理性再生和补偿性再生两类
2 细胞周期与肿瘤发生
（1）肿瘤细胞周期的特点
（2）肿瘤细胞周期调控出现异常
（3）研究肿瘤细胞周期的特点可能为肿瘤治疗提 供新思路
周期蛋白依赖性激酶的活化
抑制cyclin-Cdk复合物形成
p16,p21 抑制Cdk4 p15抑制Cdk4,Cdk6 p24 抑制Cdk1，Cdk2 p27 抑制全部的Cdk-cyclin活性
影响Cdk活性的因素
(三)细胞周期的运转
细胞周期的运 转就是细胞周 期调控系统的 关键蛋白激酶 被激活或失活 的过程
MPF=Cdk1＋cyclinB
MPF磷酸化M期启动有关的蛋白质。如MPF可催化组蛋白HI磷酸化，从而调 节染色体高级组装，引起染色质凝集与启动有丝分裂；MPF可磷酸化核纤 层蛋白。促使核纤层结构解体。
MPF对M期早期细胞形态结构变化的作用
染色质凝集 核膜裂解：核纤层蛋白丝氨酸磷酸化，引起核纤层纤 维结构解体，核膜破裂成小泡 纺锤体形成：对多种微管结合蛋白进行磷酸化，合微 管发生重排，促进纺锤体的形成 MPF还可通过诱导着丝粒分离而促进中期细胞向后期 的转换
细胞分裂与细胞周期
第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂一、无丝分裂无丝分裂 amitosis由亲代细胞直接分裂，形成子代细胞，又称直接分裂 direct division分裂前，细胞、细胞核体积增大，DNA复制；进入分裂期，核膜不消失，无纺锤丝、无染色体组装分裂期，细胞核拉长，高尔基体移至中心体附近，胞核、胞质均拉长并从中间断裂两个子细胞获得的遗传物质和其他胞质成分，不一定均等；在低等生物较常见，分裂快速，耗能少高等生物的创伤组织、癌变、衰老的细胞；个别组织：上皮、疏松结缔组织、肌组织、肝脏等，均可见无丝分裂，甚至可转化成有丝分裂二、有丝分裂有丝分裂 mitosis 也称间接分裂，是高等真核生物细胞分裂的主要方式，尤其是体细胞分裂的主要方式有丝分裂是一个连续的过程，按时间顺序分为：前、中、后、末期，发生：核膜的崩解和重建、染色质凝集成染色体和染色质的重形成、纺锤体的形成和染色体的运动、细胞质的分裂有丝分裂持续时间比较恒定，约0.5~2小时（一）分裂前期核内染色质开始凝聚前期prophase 细胞变化特征：染色质凝聚、分裂极确定、核仁缩小解体、纺锤体形成核内松散的染色质纤维螺旋化并发生凝集，是进入前期的标志此期，线状染色质纤维逐渐凝聚成棒状、杆状的染色体，每条染色体包含两条由着丝粒连接的染色单体；着丝粒两侧附着多种蛋白质组成的板状复合结构——动粒组蛋白发生磷酸化，促进染色质进一步凝聚核仁中的DNA 缩回各自所属的染色体， rRNA合成停止，核仁中的蛋白质和RNA 分散在胞质，核仁逐渐解体消失核膜下的核纤层蛋白磷酸化→核纤层解体→核纤层蛋白A、B、C →核膜小泡-核纤层B，分散到胞质中间期就完成复制的两组中心体彼此分开，移向两极；中心体是微管的组织中心之一，能发出大量微管，这些微管与中心体一起被称为星体 aster马达蛋白以星体微管作为轨道，利用ATP水解能沿微管移动，由此牵引两个子中心体分离，分别移向细胞两极纺锤体 spindle 出现于前期末，由星体微管、动粒微管、和重叠排列的极间微管组成前期末，染色体凝集程度增高，在动粒微管牵拉下，染色体逐渐移向赤道面，即染色体列队（二）分裂中期的细胞赤道面上排列着高度凝聚的染色体中期 metaphase 的主要标志是染色体最大程度凝缩，非随机排列在细胞中央的赤道面上；从侧面看，染色体排列成线状；从极面看，染色体排列成菊花状；该期持续10-20分钟所有染色体的着丝粒位于同一平面，染色体两侧的动粒朝向细胞两极；每个动粒上，结合数十根微管；两端动粒上结合的微管长度相等，赤道面直径变心，两极距离增长，染色体处于动态平衡中中期细胞形成有丝分裂器mitotic apparatus 由染色体、星体、中心粒、纺锤体组成中期动粒微管与染色体的动态平衡（三）分裂后期完成姐妹染色单体分离后期 anaphase 着丝粒分开，姐妹染色单体分离，向细胞两级迁移两个染色单体着丝粒中部的蛋白被水解，导致姐妹染色单体分离，并在动粒微管的牵引下，向两极运动；持续10分钟左右染色体两臂的移动常滞后于动粒，因此常可见形态上V形、J形或棒形的染色体极间微管增长、彼此滑动——两极长度增加，星体微管向外的作用力，使两极进一步分开染色单体的向极运动跟马达蛋白有关，该蛋白协调微管运动，将染色单体拉向两极（四）分裂末期的细胞核重新组装并完成核分裂末期 telophase 子代细胞核形成与胞质分裂染色单体被拉到细胞两极，发生解聚的过程；此时H1组蛋白去磷酸化，高度凝聚的染色体开始解旋，出现细长的染色质纤维，RNA合成恢复，核仁重新形成胞质中分散的核膜小泡向染色体表面聚集、融合，在每条染色体周围形成双层核膜，核孔重新组装；核纤层蛋白去磷酸化，重新形成核纤层，在核膜下胞质分裂：后期或末期初，中部质膜下方，出现由大量肌动蛋白和肌球蛋白聚集形成的环状结构，即收缩环contractile ring纺锤体解聚，残存的微管、囊泡聚集于细胞中部，形成的环形致密层称为中体收缩环中的肌动蛋白和肌球蛋白组成的微丝束，通过互相滑动使收缩环不断缢缩，细胞膜内陷形成分裂沟 cleavage furrow分裂沟至中体时，细胞断裂，胞质分裂完成，此过程需要的能量由ATP提供胞质分裂与核分裂不一定同步进行，无胞质分裂——多核细胞；纺锤体的位置决定分裂沟的位置，决定两个子细胞大小，是否对称经过核分裂、胞质分裂两个过程，借助细胞骨架重排，实现有丝分裂；有丝分裂的三个特征：染色质凝聚、纺锤体形成、收缩环的形成组蛋白等的磷酸化、去磷酸化，是染色质凝聚与去凝聚、核膜解聚与重建的分子基础有丝分裂时，细胞与相邻细胞、细胞外基质间的粘附性减弱，连接松弛，也与蛋白质磷酸化状态有关有丝分裂的变异形式：封闭式有丝分裂closed mitosis——在整个细胞分裂过程中，核膜保持完整，纺锤体形成、染色体分离等活动均发生在细胞核里；如单细胞生物：酵母、黏菌等有丝分裂是具备完善分裂程序的细胞分裂方式，有丝分裂的主要意义：细胞经过 DNA复制后，将遗传物质DNA 准确等分到子细胞中去，是以确保遗传的稳定性Ⅰ.纺锤体是染色体分离和移动的主要机制染色体的移动取决于纺锤体产生的四种作用力的合力结果：极间微管重叠区微管之间在动力蛋白的作用下相互滑动，产生对两极星体的推力动粒微管与染色体动粒之间相互作用对染色体产生拉力，动力微管在动粒端去组装而缩短，使末期染色体向两极运动星体微管与细胞膜之间相互作用是星体稳定在细胞两极的作用力两条姐妹染色单体chromatid 在着丝粒处和臂间大分子蛋白染色体粘附蛋白cohesin 形成的粘着力中心体基质蛋白的粘着作用Ⅱ.姊妹染色体的分开是染色体向两极运动的重要条件如果细胞在S期不能合成染色体粘着蛋白，则M期的染色体凝聚不能完成，染色单体的分开亦受障碍Ⅲ.动粒与微管的连接处是染色体向两极运动的重要作用点与染色体运动相关的蛋白，如dynein、kinesin、KRP，以及动粒微管正端的组装与去组装，牵动染色单体向细胞赤道面或两极运动Ⅳ.微管动力蛋白是染色体运动的动力动力微管结构不稳定，组装去组装均很快，此特点可提高M期染色体运动的效率；微管去组装的方向对染色体移动方向发生影响Ⅴ.染色体运动的方向是纺锤体内各种作用力综合作用的结果分裂中期，极体微管重叠区组装延长，使中心体向两极分开，纺锤体变长；动力微管与染色体动粒连接处KRP的滑动，及微管正端组装延长产生推力；极体微管的拉力和着丝粒的粘着力处平衡状态分裂后期，着丝粒纵裂，姊妹染色单体迅速分开，动力微管动粒端也去组装，导致动粒微管缩短，染色体向两极移动，直至动粒微管完全消失；同时，极体微管重叠区的末端(正端)滑动把中心体连同染色体进一步推向两极三、减数分裂减数分裂 meiosis 发生于有性生殖细胞的成熟过程中，DNA 复制一次，细胞连续分裂两次；其细胞遗传物质减半，形成具有单倍体遗传物质的配子细胞减数分裂构成了生物变异及多样性的基础，减数分裂中发生遗传物质的交换、重组、自由组合，使生殖细胞呈现遗传上的多样性，后代变异增大，对环境适应力增强减数分裂分为第一次减数分裂(减数分裂 I ) 和第二次减数分裂(减数分裂 II ) 第一次减数分裂是同源染色体通过联会进行片段交换，随后分开，完成染色体数目减半、遗传物质的交换第二次减数分裂与有丝分裂相似，染色单体分开两次分裂间有一个短暂的间隔期（一）第一次减数分裂进程中细胞内发生复杂的生化和形态变化第一次减数分裂分为：前期Ⅰ、中期Ⅰ、后期Ⅰ、末期Ⅰ1.前期I prophase I：持续时间长，不同种属变化很大；此期染色质凝集、同源染色体之间片段交换细线期 leptotene：细胞、细胞核均增大，核仁明显，同源染色质靠拢、配对，光镜下呈细线状偶线期 zygotene：同源染色质进一步靠拢凝集、同源染色质之间部分片段紧密相贴，形成联会复合体synaptonemal complex, SC；电镜下可见同源染色体之间呈拉链状；染色体端粒丛集在核被膜一侧的内表面，使染色体看上去像一个花束SC的装配最早发生于细线期，在偶线期完成；SC 单体从胞质进入胞核，与染色体结合，同源染色体的染色质形成环，伸向两侧在姐妹染色单体之间、沿染色体全长，聚合成一条侧生成分 lateral element 的轴心偶线期初，同源姐妹染色体单体靠近，各自沿其侧生成分的轴心垂直方向产生纤维细丝，形成SC中间区SC使同源染色体紧密配对； SC的形成可能还有DNA的参与现在认为，SC不是遗传重组所必需的，而是作为一种支架，让相互作用的染色单体完成交换电镜下 SC包括三个平行部分：侧生部分lateral element，宽约20~40nm，位于复合体两侧，成分主要是蛋白质，如 DNA拓扑酶、组蛋白等，其外侧是同源染色体DNA；同源染色体通过SC连接，含有4条染色单体，称四分体tetrad，也称二价体bivalent；中间部分中央电子密集——中央成分central element，宽约100nm；侧生成分与中央部分以横向的L-C纤维的细丝相连，主要是非组蛋白成分联会复合体的形成，对同源染色体紧密配对有重要意义：联会起始阶段，同源染色体凝聚程度较低(细线期)，通过特定位点的碱基互补序列，进行接触；SC不是遗传重组所必须，重组节 recombination nodule 出现在SC的中央成分区，直径接近100nm重组节内发生同源染色质间的交叉、互换，重组节内富含各种促进遗传重组的酶类，在粗线期末发育完整，每个SC上相间分布着重组节；SC也在粗线期形成完整的联会复合体从双线期开始，联会复合体开始去组装，渐渐消失，只在同源染色体的非姐妹染色单体间，依旧有接触点——交叉chiasma(染色体交换的形态证据)重组节的交叉、互换，可一直持续到第一次减数分裂中期的结束粗线期 pachytene：染色体进一步浓集，同源染色体之间出现染色体片段的交换和重组；在联会复合体中央出现一些椭圆形、球形的富含蛋白质及酶的棒状结构——重组小结recombination nodule重组小结直径90nm左右，相间分布于 SC 上，与染色体片段重组直接相关在粗线期，细胞合成减数分裂特有的组蛋白，还合成少量DNA(跟重组有关)双线期 diplotene：染色体继续浓缩，端粒与核膜脱离，SC消失，同源染色体开始分离，仅保留一些连结点，称交叉chiasmata交叉与重组小结的数量相等，发生于父源和母源的各一条染色单体之间；交叉的位置不断向染色体两端移动，直至消失——染色体交叉端化(持续到中期)人类平均每对同源染色体有2-3个交叉，交叉结与重组小结在数量上相等双线期是卵母细胞发生最漫长的一个时期，此期代谢活动非常频繁；如此期非洲爪蟾卵母细胞的灯刷染色体，有大量 RNA 合成；人卵细胞此期可停留几十年终变期 diakinesis：染色体继续浓集，同源染色体重组完成，交叉仅存于染色体端部或完全消失；各四价体分散在核中；核膜、核仁消失，纺锤体形成终变期结束标志着前期I 完成2.中期I metaphase I：同源染色体向细胞中部汇集，最终排列在赤道面上，动粒微管与姊妹染色单体的同一侧的动粒相连3.后期I anaphase I：同源染色体分离，父源和母源的染色体随机组合，被拉向两极，每条染色体由姐妹染色单体共同组成某些联会的同源染色体缺乏彼此的交叉，随后正常分离受阻，产生的子代细胞染色体数目增多或减少4.末期I telophase I：染色体到达细胞两极，去凝集成细丝状的染色质纤维，核仁、核膜重新出现，胞质分裂并形成两个子细胞；某些生物染色体依然保持凝集状态（二）第一次减数分裂后出现短暂的间期与有丝分裂相比，减数分裂间期持续时间较短，不发生DNA合成，无染色体复制；某些物种基本不经过这一期，直接进入第二次减数分裂（三）第二次减数分裂与有丝分裂过程相似第二次减数分裂分为：前期II、中期II、后期II、末期II、胞质分裂 5个时期前期II：去凝集的染色体再次发生凝集，呈棒状，每一条染色体由两条染色单体组成纺锤体逐渐形成，动粒微管与同一染色体上的两个动粒相连，将其拉向赤道面前期II 末，核仁、核膜消失中期II：染色体排在赤道面上，姐妹染色单体在着丝粒处断裂，分离脊椎动物的卵母细胞的减数分裂II停滞在中期II，即排卵，只有在卵受精后才能完成第二次减数分裂；而卵母细胞在这两次减数分裂中，胞质分裂不对称，只产生 1个大卵子和3个小的后被吸收的极体后期II-末期II-胞质分裂：跟有丝分裂类似减数分裂的生物学意义：①将亲代细胞全套单拷贝的遗传物质传递给子细胞，使物种的遗传特点在后代中得以保持②减数分裂Ⅰ中形成的联会复合体，使来源于双亲的同源染色体基因或DNA片段得以重组和交换，使后代保持亲代基本遗传特征的基础上不断出现新的变异，为物种的不断进化和生物多样性提供了基础第二节细胞周期及其调控一、细胞周期的基本概念细胞周期 cell cycle：是指细胞从上一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂结束所经历的过程。