南農(nóng)細(xì)胞生物學(xué)

1、第9章 細(xì)胞增殖及其調(diào)控,細(xì)胞增殖是生物繁育的基礎(chǔ)細(xì)胞增殖受到嚴(yán)密的調(diào)控機(jī)制,第一節(jié) 細(xì)胞周期與細(xì)胞分裂,,細(xì)胞周期,從一次細(xì)胞分裂結(jié)束開始，經(jīng)過物質(zhì)積累過程，直到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束為止，稱為一個(gè)細(xì)胞周期。也稱為細(xì)胞生活周期(cell life cycle)或細(xì)胞繁殖周期(cell reproductive cycle),細(xì)胞周期的時(shí)相,分裂間期(interphase) :是細(xì)胞增殖的物質(zhì)準(zhǔn)備和積累階段有絲分裂期(mitosi

2、s):是細(xì)胞增殖的實(shí)施過程。 4個(gè)時(shí)期:即G1期、S期、G2期和 M期。含有這4個(gè)不同時(shí)期的細(xì)胞周期稱為標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期(standard cell cycle),,,細(xì)胞周期的長(zhǎng)短,同種細(xì)胞之間，細(xì)胞周期時(shí)間長(zhǎng)短相似或相同；不同細(xì)胞種類之間，細(xì)胞周期時(shí)間長(zhǎng)短常差別很大細(xì)胞周期時(shí)間長(zhǎng)短主要差別在G1期，而S期、G2期和M期的總時(shí)間相對(duì)恒定M期持續(xù)的時(shí)間更為恒定，常常僅持續(xù)半小時(shí)左右。,周期中細(xì)胞、靜止期細(xì)胞,多細(xì)胞生物，有些細(xì)胞

3、可能會(huì)持續(xù)分裂，即細(xì)胞周期持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。這些細(xì)胞常稱為周期中細(xì)胞(cycling cell) 也有些細(xì)胞會(huì)暫時(shí)離開細(xì)胞周期，停止細(xì)胞分裂，去執(zhí)行一定的生物學(xué)功能。這些細(xì)胞稱為靜止期細(xì)胞(quiescent cell)，或Go期細(xì)胞。周期中細(xì)胞轉(zhuǎn)化為Go期細(xì)胞多發(fā)生在G1期。 Go期細(xì)胞一旦得到信號(hào)指使，會(huì)快速返回細(xì)胞周期,(二)細(xì)胞周期中各個(gè)不同時(shí)期及其主要事件,,1．G1期,G1期是一個(gè)細(xì)胞周期的第一階段G1期細(xì)胞開始合成生長(zhǎng)所需要

4、的各種蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)等，但不合成DNA在Gl期的晚期階段有一個(gè)特定時(shí)期稱為限制點(diǎn) (restriction point，R點(diǎn))，或檢驗(yàn)點(diǎn)(checkpoint)。,2．S期,S期即DNA合成期。進(jìn)入S期后，立即開始合成DNA。新合成的DNA立即與S期合成的組蛋白結(jié)合，共同組成核小體串珠結(jié)構(gòu)。,3．G2期,DNA復(fù)制完成以后，細(xì)胞即進(jìn)入G2期。每個(gè)染色體含有4個(gè)拷貝的DNA。細(xì)胞能否進(jìn)入M期要受到G2期檢驗(yàn)點(diǎn)的控制。,4．M

5、期,M期即細(xì)胞分裂期。有絲分裂 (mitosis)：體細(xì)胞減數(shù)分裂(meiosis)：成熟過程中的生殖細(xì)胞減數(shù)分裂是有絲分裂的特殊形式,(三)細(xì)胞周期長(zhǎng)短測(cè)定,,1．脈沖標(biāo)記DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂指數(shù)觀察測(cè)定法,應(yīng)用3H—TdR （DNA合成抑制劑）短期飼養(yǎng)細(xì)胞，細(xì)胞均被標(biāo)記處于S期,將3H—TdR洗脫，置換新鮮培育液并繼續(xù)培養(yǎng)。被標(biāo)記的細(xì)胞將陸續(xù)進(jìn)入M期。從更換培養(yǎng)液培養(yǎng)開始，到被標(biāo)記的M期細(xì)胞開始出現(xiàn)為止，所經(jīng)歷的時(shí)間為G2

6、期時(shí)間(TG2，)。從被標(biāo)記的M期細(xì)胞開始出現(xiàn)，到其所占M期細(xì)胞總數(shù)的比例達(dá)到最大值時(shí)，所經(jīng)歷的時(shí)間為M期時(shí)間(TM)。從被標(biāo)記的 M期細(xì)胞數(shù)占M期細(xì)胞總數(shù)的50％開始，經(jīng)歷到最大值，再下降到50％，所經(jīng)歷的時(shí)間為S期時(shí)間(Ts)。從被標(biāo)記的M期細(xì)胞開始出現(xiàn)并逐漸消失，到被標(biāo)記的M期細(xì)胞再次出現(xiàn)，所經(jīng)歷的時(shí)間為一個(gè)細(xì)胞周期總時(shí)間(Tc)。Tc減去 TG2 、TM、Ts后所剩余的時(shí)間即為TG1,2．流式細(xì)胞分選儀測(cè)定法,流式細(xì)胞分

7、選儀可以同時(shí)分析細(xì)胞種類、DNA、RNA、蛋白質(zhì)含量以及這些物質(zhì)在細(xì)胞周期中的變化等。還可以用作對(duì)某個(gè)細(xì)胞群體中的各種細(xì)胞進(jìn)行分揀。應(yīng)用流式細(xì)胞分選儀測(cè)定細(xì)胞周期，可以通過監(jiān)察細(xì)胞DNA含量在不同時(shí)間內(nèi)的變化，從而確定細(xì)胞周期時(shí)間長(zhǎng)短,(四)細(xì)胞周期同步化,人工選擇同步化是指人為地將處于不同時(shí)期的細(xì)胞分離開來，從而獲得不同時(shí)期的細(xì)胞群體。,1．DNA合成阻斷法,是一種采用低毒或無毒的DNA合成抑制劑（TdR和羥基脲）特異地抑制DNA合

8、成，而不影響處于其他時(shí)期的細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)，所有細(xì)胞即被抑制在S期。,2．分裂中期阻斷法,秋水仙素、秋水酰胺和nocodazole等，可以抑制微管聚合，因而能有效地抑制細(xì)胞分裂器的形成，將細(xì)胞阻斷在細(xì)胞分裂中期。缺點(diǎn)是這些藥物的毒性相對(duì)較大,3．條件依賴性突變株在細(xì)胞周期同步化中的應(yīng)用,人們已經(jīng)分離了許多與細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)的條件依賴性突變株。將這些突變株轉(zhuǎn)移到限定條件下培養(yǎng)，所有細(xì)胞便被同步化在細(xì)胞周期中某一特定時(shí)期。,(五)特異

9、的細(xì)胞周期 特異的細(xì)胞周期是指那些特殊的細(xì)胞所具有的與標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期相比有著鮮明特點(diǎn)的細(xì)胞周期。,,1．早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期,受精卵卵裂球數(shù)量增加，總體積并不增加，卵裂球體積將越分越??；每次卵裂所持續(xù)的時(shí)間，即一個(gè)細(xì)胞周期所持續(xù)的時(shí)間，大大短于體細(xì)胞,G1期和G2期非常短，以至認(rèn)為早期胚胎細(xì)胞周期僅含有S期和M期，,2．酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期,酵母細(xì)胞周期也包括G1期、S期、G2期和M期等4個(gè)時(shí)期酵母細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間較短，大

10、約為90min。在細(xì)胞分裂時(shí)，細(xì)胞核核膜不解聚。與細(xì)胞核分裂直接相關(guān)的紡錘體不是在細(xì)胞質(zhì)中，而是位于細(xì)胞核內(nèi)。,,芽殖酵母以出芽方式進(jìn)行分裂，根據(jù)芽體的大小比例可以粗略估計(jì)細(xì)胞所處的時(shí)期。芽殖酵母細(xì)胞分裂為不等分裂，即生成的兩個(gè)細(xì)胞體積大小不等，以芽體逐漸形成的子細(xì)胞體積較小。,,裂殖酵母有兩個(gè)鮮明的特點(diǎn)：一是細(xì)胞分裂為均等分裂，即分裂后生成的兩個(gè)細(xì)胞大小相等；二是細(xì)胞生長(zhǎng)僅是細(xì)胞長(zhǎng)度的增加，細(xì)胞直徑保持不變。,3．植物細(xì)胞的細(xì)胞

11、周期,也含有G1 期、 S期、G2期和M期4個(gè)時(shí)期。第一，植物細(xì)胞不含中心體，但在細(xì)胞分裂時(shí)可以正常裝配紡錘體。第二，植物細(xì)胞以形成中間板的形式進(jìn)行胞質(zhì)分裂。,,,4，細(xì)菌的細(xì)胞周期,細(xì)菌的細(xì)胞周期也基本具備4個(gè)時(shí)期。在快速生長(zhǎng)時(shí)，復(fù)制的起點(diǎn)不是在一個(gè)DNA分子上，而是在兩個(gè)正在形成中的DNA分子上同時(shí)開始。在一個(gè)細(xì)胞周期中每個(gè)DNA分子復(fù)制僅能完成一半，經(jīng)過70min，兩個(gè)DNA分子完成復(fù)制，得到4個(gè)DNA分子，細(xì)胞完成兩輪細(xì)胞周

12、期，得到4個(gè)細(xì)胞。,二、有絲分裂,劃分為前期、前中期、中期、后期、末期和胞質(zhì)分裂等6個(gè)時(shí)期。前5個(gè)時(shí)期是一個(gè)先后相互連續(xù)的過程，胞質(zhì)分裂則相對(duì)獨(dú)立。,(一)有絲分裂過程,,,1．前期(prophase),細(xì)胞核染色質(zhì)開始濃縮(condensation)，由線性染色質(zhì)，逐漸變短變粗，形成光鏡下可辨的兩條染色單體在著絲粒處逐漸裝配動(dòng)粒(kinetochore) ,動(dòng)粒和著絲粒緊密相連。在中心體的周圍，微管開始大量裝配。形成星體(ast

13、er) 。,,,,,2．前中期(prometaphase),核膜破裂，以小膜泡的形式分散到細(xì)胞質(zhì)中染色體將進(jìn)一步凝集濃縮，變粗變短，形成明顯的X形染色體結(jié)構(gòu)。染色體在一定區(qū)域內(nèi)劇烈運(yùn)動(dòng)。并不完全分布于赤道板排列貌似雜亂無章，染色體著絲粒上的動(dòng)粒逐漸成熟。星體微管逐漸向“細(xì)胞核”內(nèi)侵入。形成動(dòng)粒微管(kinetochore microtubule)。和極性微管(polarmicrotubule)。共同組成赤道直徑相對(duì)較大，兩極直徑的

14、距離也相對(duì)較短的前期紡錘體。,3．中期(metaphase),紡錘體赤道直徑逐漸收縮，兩極距離拉長(zhǎng), 呈現(xiàn)典型的紡錘樣染色體逐漸向赤道方向運(yùn)動(dòng)。排列到赤道板上，稱為染色體列隊(duì)(chromosome alignment) 。位于染色體兩側(cè)的動(dòng)粒微管長(zhǎng)度相等，許多極性微管在赤道區(qū)域也相互搭橋，形成貌似連續(xù)微管結(jié)構(gòu)。 染色體兩個(gè)動(dòng)粒分別面向紡錘體的兩極。,4．后期(anaphase),兩條染色單體相互分離，形成子代染色體，并分別向兩極運(yùn)動(dòng)

15、，在后期A，動(dòng)粒微管變短，染色體逐漸向兩極運(yùn)動(dòng)；在后期B，極性微管長(zhǎng)度增加，兩極之間的距離逐漸拉長(zhǎng)。,5．末期(telophase),染色單體到達(dá)兩極，動(dòng)粒微管消失，極性微管繼續(xù)加長(zhǎng)到達(dá)兩極的染色單體開始去濃縮在每一個(gè)染色單體的周圍，核膜開始重新裝配。形成兩個(gè)子代細(xì)胞核。核仁也開始重新裝配。,6．胞質(zhì)分裂(cytokinisis),開始于細(xì)胞分裂后期，完成于細(xì)胞分裂末期。胞質(zhì)分裂開始時(shí)，大量的肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白裝配成微絲束，

16、環(huán)繞細(xì)胞，稱為收縮環(huán)(contractilering)。收縮環(huán)收縮，在赤道板周圍細(xì)胞表面下陷，形成環(huán)形縊縮，稱為分裂溝(furrow)。分裂溝逐漸加深，直至兩個(gè)子代細(xì)胞完全分開,,(二)與有絲分裂直接相關(guān)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu),,中心體,由一對(duì)位于中央的中心粒和其周圍的無定型物質(zhì)構(gòu)成。兩個(gè)中心粒相互成直角排列。每一個(gè)中心粒為一個(gè)圓筒狀結(jié)構(gòu)，圓筒的壁由9組三聯(lián)微管構(gòu)成。,星體,在間期細(xì)胞中，微管圍繞中心體裝配，如同星光向四周輻射。因而，中心體

17、與四射的微管合稱為星體。當(dāng)細(xì)胞走向分裂時(shí)，星體參與裝配紡錘體,中心體(或中心粒)周期,中心體在 G1期末開始復(fù)制。到達(dá)S期，細(xì)胞已經(jīng)含有一對(duì)中心體，但兩者并不分開到達(dá)G2期，一對(duì)中心體開始分離，并各自向細(xì)胞的兩極移動(dòng)，并參與裝配紡錘體。到細(xì)胞分裂結(jié)束，兩個(gè)子細(xì)胞分離，每個(gè)子細(xì)胞獲得一個(gè)中心體。,2．動(dòng)粒與著絲粒,動(dòng)粒(kinetochore)又稱為著絲點(diǎn)，是附著于著絲粒上的，合稱為著絲粒—?jiǎng)恿?fù)合體(centromere—kine

18、tochorecomplex)。每條中期染色體上含有兩個(gè)動(dòng)粒，分別位于著絲粒的兩側(cè)。細(xì)胞分裂后，兩個(gè)動(dòng)粒分別被分配到兩個(gè)子細(xì)胞中。,3．紡錘體,紡錘體(spindle) 主要由微管和微管結(jié)合蛋白組成。紡錘體的兩端為星體。組成紡錘體的微管可以分為動(dòng)粒微管和極性微管。動(dòng)粒微管的一端與中心體相連，另一端與動(dòng)粒相連。極性微管的一端與中心體相連，而另一端游離。從兩極發(fā)出的極性微管常在赤道處相互搭橋植物細(xì)胞不含中心體，但其紡錘體仍能夠像

19、動(dòng)物細(xì)胞一樣，維持紡錘樣結(jié)構(gòu)。,(三)有絲分裂過程中染色體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力機(jī)制,,1．染色體列隊(duì),牽拉(pull)假說和外推 (push)假說。牽拉假說認(rèn)為，染色體向赤道板方向運(yùn)動(dòng)，是由于動(dòng)粒微管牽拉的結(jié)果。動(dòng)粒微管越長(zhǎng)，拉力越大，當(dāng)來自兩極的動(dòng)粒微管的拉力相等時(shí)，染色體即被穩(wěn)定在赤道板上；外推假說認(rèn)為，染色體向赤道方向移動(dòng)，是由于星體的排斥力將染色體外推的結(jié)果。染色體距離中心體越近，星體對(duì)染色體的外推力越強(qiáng)，當(dāng)來自兩極的推力達(dá)到平衡時(shí)，

20、染色體即被穩(wěn)定在赤道板上。,,,,,2．染色體分離,后期A和后期B兩個(gè)階段假說。在后期A，動(dòng)粒微管變短，將染色體逐漸拉向兩極。動(dòng)粒微管變短是由于其動(dòng)粒端解聚所造成的；在后期B，極性微管蛋白聚合，使極性微管加長(zhǎng)，形成較寬的極性微管重疊區(qū)。重疊區(qū)相互滑動(dòng)，逐漸變得狹 窄，兩極之間的距離逐漸變長(zhǎng)。,三、 減數(shù)分裂 (premeioticinterphase)。,減數(shù)分裂是一種特殊的有絲分裂形式，僅發(fā)生于有性生殖細(xì)胞形成過程中的某個(gè)階

21、段。細(xì)胞僅進(jìn)行一次DNA復(fù)制，隨后進(jìn)行兩次分裂。分別稱為減數(shù)分裂期I和減數(shù)分裂期Ⅱ。經(jīng)過減數(shù)分裂，兩性生殖細(xì)胞各自的染色體數(shù)減少一半。在兩次分裂之間，還有一個(gè)短暫的分裂間期。在減數(shù)分裂之前的間期階段，也可以人為地劃分為G1 期、S期、G2期等三個(gè)時(shí)期。但此間期階段也有其鮮明的特殊性。常稱為減數(shù)分裂前間期,(一)減數(shù)分裂前間期,最大特點(diǎn)在于其S期持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)另一個(gè)重要特點(diǎn)是減數(shù)分裂前間期的S期僅復(fù)制其DNA總量的99．7％～99

22、．9％大多數(shù)生物，其減數(shù)分裂前間期的細(xì)胞核大于其體細(xì)胞核。染色質(zhì)也多凝集成異染色質(zhì)。,(二)減數(shù)分裂過程,減數(shù)分裂前G2期細(xì)胞進(jìn)入兩次有序的細(xì)胞分裂，即第一次減數(shù)分裂和第二次減數(shù)分裂。兩次減數(shù)分裂之間的間期或長(zhǎng)或短，但無DNA合成。,1．減數(shù)分裂期I,減數(shù)分裂期I(meiosisl) 也可以人為地劃分為前期I，前中期I，中期I，后期I，末期I和胞質(zhì)分裂I等 6個(gè)階段。,(1)前期I,前期I(prophase I )持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。在高

23、等生物，其時(shí)間可持續(xù)數(shù)周、數(shù)月、數(shù)年，甚至數(shù)十年。在低等生物雖相對(duì)較短，但也比有絲分裂前期持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)得多。要進(jìn)行染色體配對(duì)和基因重組。合成一定量的RNA和蛋白質(zhì)。根據(jù)細(xì)胞形態(tài)變化，又可以將前期I人為地劃分為細(xì)線期、偶線期、粗線期、雙線期、終變期等5個(gè)階段。,細(xì)線期(1eptotene，leptonema)：,也稱為凝集期(condensation stage)。首先發(fā)生染色質(zhì)凝集，逐漸折疊，螺旋化，變短變粗，包裝成在顯微鏡下可以看

24、到的細(xì)纖維樣染色體結(jié)構(gòu)。與有絲分裂前期起始階段的不同之處：兩條染色單體的臂并不分離，看不到雙線樣染色體結(jié)構(gòu)，而是呈細(xì)的單線狀。 在細(xì)纖維樣染色體上，出現(xiàn)一系列大小不同的顆粒狀結(jié)構(gòu)，稱為染色粒(chromomere)。 染色體端粒(telomere)通過接觸斑與核膜相連。而染色體的其他部分以袢狀伸延到核質(zhì)中。,偶線期(zygotene，zygonema)：,又稱為配對(duì)期(pairings tage) 來自父母雙方的同源染色

25、體逐漸靠近，沿其長(zhǎng)軸相互緊密結(jié)合在一起。形成二價(jià)體(bivalent) 又稱為四分體(tetrad)。同源染色體配對(duì)的過程稱為聯(lián)會(huì)(synapsis)。聯(lián)會(huì)初期，同源染色體端粒與核膜相連的接觸斑相互靠近并結(jié)合。從端粒處開始，這種結(jié)合不斷向其他部位伸延，直到整對(duì)同源染色體的側(cè)面緊密聯(lián)會(huì)。另一個(gè)重要事件是合成在S期未合成的約0．3％的DNA(偶線期DNA，即zygDNA)。,粗線期(pachytene，pachynema)：,持續(xù)幾天至

26、幾個(gè)星期。染色體進(jìn)一步濃縮，變粗變短，并與核膜繼續(xù)保持接觸。同源染色體仍緊密結(jié)合，并發(fā)生等位基因之間部分DNA片段的交換和重組，產(chǎn)生新的等位基因的組合。在聯(lián)會(huì)復(fù)合體部位中間，出現(xiàn)一個(gè)新的圓球形結(jié)構(gòu)，稱為重組結(jié)?？赡苤苯訁⑴c基因重組。合成一小部分編碼與DNA點(diǎn)切(nicking)和修復(fù)(repairing)有關(guān)的酶的DNA稱為P—DNA合成減數(shù)分裂期專有的組蛋白，并將體細(xì)胞類型的組蛋白部分或全部地置換下來。,雙線期(diplote

27、ne，diplonema)：,重組階段結(jié)束，同源染色體相互分離，僅留幾處相互聯(lián)系（稱為交叉crossover，chiasma) ）。同源染色體的四分體結(jié)構(gòu)變得清晰可見。 持續(xù)時(shí)間一般較長(zhǎng)，兩棲類卵母細(xì)胞可持續(xù)將近一年，而人類的卵母細(xì)胞短者可持續(xù)十幾年，長(zhǎng)者可達(dá)四五十年。,終變期(diakinesis)：,染色體重新開始凝集，形成短棒狀結(jié)構(gòu)。如果有燈刷染色體存在，其側(cè)環(huán)回縮，RNA轉(zhuǎn)錄停止，核仁消失，四分體較均勻地分布在細(xì)胞核中

28、。同時(shí)，交叉向染色體臂的端部移行。此移行過程稱為端化(terminalization)。到達(dá)終變期末，同源染色體之間僅在其端部和著絲粒處相互聯(lián)結(jié)。,(2)中期I,到核膜破裂，標(biāo)志著中期I的開始。在此過程中，要進(jìn)行紡錘體裝配。與一般有絲分裂過程中的相類似。紡錘體微管侵入核區(qū)，捕獲分散于核中的四分體。每個(gè)四分體含有4個(gè)動(dòng)粒。四分體逐漸向赤道方向移動(dòng)，最終排列在赤道面(equatorialplane)上。,(3)后期I,同源染色體對(duì)

29、相互分離并向兩極移動(dòng)，標(biāo)志著后期I(anaphasel)的開始。到達(dá)每一 極的染色體的數(shù)量為細(xì)胞內(nèi)染色體總數(shù)量的一半。同源染色體向兩極移動(dòng)是一個(gè)隨機(jī)的過程，因而到達(dá)兩極的染色體會(huì)出現(xiàn)許許多多的排列方式。,(4)末期I，胞質(zhì)分裂I和減數(shù)分裂間期,第一種類型 染色體到達(dá)兩極，并逐漸進(jìn)行去凝集。 核被膜重新裝配，形成兩個(gè)子細(xì)胞核。 細(xì)胞質(zhì)也開始分裂，完全形成兩個(gè)間期子細(xì)胞。此間期細(xì)胞不再進(jìn)行DNA復(fù)制，也沒有G1、S和C2期之

30、分。持續(xù)時(shí)間一般較短，特將其稱為減數(shù)分裂間期(interkinesis)第二種類型 即細(xì)胞進(jìn)入末期后，不是完全回復(fù)到間期階段，而是立即準(zhǔn)備進(jìn)行第二次減數(shù)分裂。,2．第二次減數(shù)分裂,第二次減數(shù)分裂過程與有絲分裂過程非常相似。即經(jīng)過分裂前期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ和胞質(zhì)分裂Ⅱ等幾個(gè)過程。經(jīng)過第二次減數(shù)分裂，共形成4個(gè)子細(xì)胞。 在雄性動(dòng)物，4個(gè)子細(xì)胞大小相似，稱為精子細(xì)胞。在雌性動(dòng)物，第一次分裂后產(chǎn)生一個(gè)大的卵母細(xì)胞和一個(gè)小的極

31、體，極體將很快死亡解體， 卵母細(xì)胞將繼續(xù)進(jìn)行第二次減數(shù)分裂，產(chǎn)生一個(gè)卵細(xì)胞和一個(gè)極體。極體沒有功能，很快解體。因此，雌性動(dòng)物減數(shù)分裂僅形成一個(gè)有功能的卵細(xì)胞。高等植物減數(shù)分裂與動(dòng)物減數(shù)分裂類似，即雄性產(chǎn)生4個(gè)有功能活性的精子，而雌性僅產(chǎn)生一個(gè)有功能活性的卵細(xì)胞。。,(三)減數(shù)分裂過程的特殊結(jié)構(gòu)及其變化,,1．性染色體的分離,對(duì)于含有兩條 XX性染色體的細(xì)胞，兩條XX染色體像常染色體一樣進(jìn)行正常配對(duì)、交換和分離。對(duì)于含有同源區(qū)段的 X

32、Y染色體，如人類的XY染色體，在前期I可以進(jìn)行配對(duì)。不管XY染色體配對(duì)與否，兩者都將和常染色體一樣，在分裂中期I排列到赤道面上。其后，隨常染色體分離而相互分離，并各自移向兩極。,2．聯(lián)會(huì)復(fù)合體和基因重組,聯(lián)會(huì)復(fù)合體是同源染色體之間在減數(shù)分裂前期聯(lián)會(huì)時(shí)所形成的一種臨時(shí)性結(jié)構(gòu)。在同源染色體聯(lián)會(huì)處沿同源染色體長(zhǎng)軸分布，由位于中間的中央成分(central element)和位于兩側(cè)的側(cè)成分(Lateral element)共同構(gòu)成。聯(lián)會(huì)復(fù)

33、合體被認(rèn)為從細(xì)線期開始裝配，到偶線期形成明顯的聯(lián)會(huì)復(fù)合體結(jié)構(gòu)。到達(dá)粗線期，重組結(jié)開始裝配。,第二節(jié) 細(xì)胞周期的調(diào)控,,一、MPF的發(fā)現(xiàn),20世紀(jì)70年代初期發(fā)現(xiàn)。1988年，Mailer實(shí)驗(yàn)室的Lohka等人以非洲爪蟾卵為材料，分離獲得了微克級(jí)的純化MPF，其主要含有p32和p45兩種蛋白。證明MPF是一種蛋白激酶。MPF卵細(xì)胞促成熟因子(maturation-promoting factor)，細(xì)胞促分裂因子(mitosis-

34、promoting factor)，M期促進(jìn)因子(M phase-promoting factor)。,二、 MPF的成分,周期蛋白(Cyclin)周期蛋白依賴性蛋白激酶（CDK）,Cyclin-周期蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),周期蛋白框(cyclin box) 存在于周期蛋白中的一段相當(dāng)保守的100個(gè)左右氨基酸序列，主要參與介導(dǎo)周期蛋白與周期蛋白依賴性蛋白激酶 (CDK)結(jié)合。破壞框(destruction box，RXXLGXIXN)

35、 存在于M期周期蛋白近N端由9個(gè)氨基酸組成的特殊的序列， 主要參與泛素 介導(dǎo)的周期蛋白A和B的降解。 G1期周期蛋白不含周期蛋白在細(xì)胞周期中表達(dá)的時(shí)期不同，并與不同的CDK結(jié)合，調(diào)節(jié)不同的CDK激酶活性。,CDK-周期蛋白依賴性蛋白激酶,cdc(cell division cycle)基因。與細(xì)胞分裂和細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)的基因，p34cdc2cdc2基因的表達(dá)產(chǎn)物,相對(duì)分子質(zhì)量為34X103 。p34cdc28 cdc

36、28基因的表達(dá)產(chǎn)物,相對(duì)分子質(zhì)量為34X103。p34cdc屬于周期蛋白依賴性蛋白激酶（CDK1）。,CDK和CDK抑制物(CDKI),CDK 與周期蛋白結(jié)合表現(xiàn)出激酶活性的蛋白質(zhì)。CDK包括CDK1 （ Cdc2 ） 、CDK2、CDK3、CDK4、CDK5、CDK6、CDK7和CDK8等。CDK抑制物 對(duì)CDK激酶活性起負(fù)性調(diào)控的蛋白質(zhì)。p21主要對(duì)CDK2、CDK3、CDK4和CDK6起抑制作用。p16主要抑制C

37、DK4和CDK6激酶活性。,四、細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)控,CDK激酶對(duì)調(diào)控細(xì)胞周期起著核心性作用。CDK激酶由不同種類的周期蛋白與CDK結(jié)合構(gòu)成。CDK激酶在細(xì)胞周期的不同時(shí)期表現(xiàn)出不同的活性。,G2／M期轉(zhuǎn)化調(diào)控,G2／M期轉(zhuǎn)化受CDK1激酶CDK1激酶活性依賴于CDK1蛋白和周期蛋白B含量。CDK1蛋白在細(xì)胞周期中的含量穩(wěn)定周期蛋白B的含量在細(xì)胞周期中的呈現(xiàn)周期性變化。周期蛋白B到達(dá)G2期，含量達(dá)到最大值。CDKl激酶活性達(dá)

38、到最大CDKl激酶使下游某些蛋白質(zhì)磷酸化，調(diào)控細(xì)胞周期,M期中期/ M后期轉(zhuǎn)化,細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)到M中期后，M期周期蛋白A和B將迅速降解，CDK1激酶活性喪失被CDK1激酶磷酸化的蛋白質(zhì)去磷酸化，細(xì)胞周期便從M期中期向后期轉(zhuǎn)化。周期蛋白的降解是通過泛素化途徑來實(shí)現(xiàn)的。周期蛋白分子中的破壞框起著重要的調(diào)節(jié)作用。,,G1／S期轉(zhuǎn)化,Gl期向S期轉(zhuǎn)化受G1期CDK激酶所控制。G1期CDK激酶包括G1期周期蛋白和Gl期CDK蛋白周期蛋白

39、主要包括周期蛋白D、E、A。CDK蛋白主要包括CDK2、CDK4和CDK6等。周期蛋白D主要與CDK4和 CDK6結(jié)合。周期蛋白E周期蛋白A與CDK2結(jié)合。,為什么DNA復(fù)制一周期一次,胞質(zhì)內(nèi)存在一種執(zhí)照因子蛋白，對(duì)細(xì)胞核染色質(zhì)DNA復(fù)制發(fā)行“執(zhí)照” 。在M期，核膜破裂，胞質(zhì)中的執(zhí)照因子與染色質(zhì)接觸并與之結(jié)合，使染色質(zhì)獲得DNA復(fù)制執(zhí)照。到達(dá)S期，DNA開始復(fù)制。隨DNA復(fù)制過程的進(jìn)行，“執(zhí)照”信號(hào)不斷減弱直到消失。到達(dá)G2

40、期，細(xì)胞核不再含有執(zhí)照信號(hào)，DNA復(fù)制結(jié)束并不再起始。只有等到下一個(gè)M期，染色質(zhì)與執(zhí)照因子接觸，重新獲得執(zhí)照，細(xì)胞核才能開始新一輪的DNA復(fù)制,為什么在DNA復(fù)制未完成，細(xì)胞不能開始S／G2／M期轉(zhuǎn)化呢?,細(xì)胞中存在一系列檢查DNA復(fù)制進(jìn)程的檢控機(jī)制。DNA復(fù)制不完成，細(xì)胞周期便不能向下一個(gè)階段轉(zhuǎn)化。有實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)DNA復(fù)制尚未完成時(shí)，M期 CDK激酶的活性不能夠表現(xiàn)出來。,六、其他因素在細(xì)胞周期調(diào)控中的作用,癌基因非正常表達(dá)可導(dǎo)致