1、细胞(xbo)生物学Cell Biology,主讲教师(jiosh)：陈原国联系方式：3785911，枣庄学院生命科学学院,第一页，共二百零七页。,细胞(xbo)生命活动的重要特征：细胞增殖、衰老凋亡、分化癌化等。,第二页，共二百零七页。,第十二章细胞增殖(zngzh)及其调控,细胞增殖是生物繁育的基础；是多细胞生物个体生长发育的基础，同时弥补代谢过程中的细胞损失。细胞增殖受到的严密调控机制，整个细胞生命(shngmng)活动的最基本保证。第一节细胞周期概述第二节细胞分裂第三节细胞周期的调控复习题,第三页，共二百零七页。,第一节 细胞周期概述(i sh),一.细胞周期二.细胞周期中各个不同(b
2、 tn)时期及其主要事件三.细胞周期长短测定四.细胞周期同步化五.特异的细胞周期,第四页，共二百零七页。,一.细胞周期,（一）细胞周期概述及相关概念（二）依据(yj)细胞分裂周期特征的细胞分类 周期中细胞、静止期细胞(G0)、终末分化细胞,第五页，共二百零七页。,（一）细胞周期概述(i sh)及相关概念细胞增殖(cell proliferation)：细胞物质积累与分裂的循环过程。细胞周期(cell cycle)：从一次细胞分裂结束开始，经过物质积累过程，直到下一次细胞分裂结束为止，也称为细胞生活周期(cell lifecycle)或细胞繁殖周期(cell reproductivecycle)
3、。细胞周期各时相的划分：简分为两个相互延续时期 有丝分裂期(mitosis，增殖的实施过程)分裂间期(interphase，增殖的物质准备和积累阶段)DNA合成期(DNA Synthesis phase，S期)的发现：上世纪五十年代初，32P标记蚕豆根尖细胞放射自显影实验发现，DNA合成只在分裂间期中的某特定阶段进行。分裂间期又分为：第一时间间隔期(Gap期,简称G1期)、DNA合成期(DNA Synthesis phase，简称S期)、第二时间间隔期(简称G2期)。,第六页，共二百零七页。,即一个细胞周期包括连续的四个时期(或称时相)：G1期、S期、G2期和M期。标准细胞周期(standar
4、d cell cycle)：含有这四个不同时期的细胞周期。细胞周期时间：长短差别(chbi)主要在G1期，其它各时相总时间相对恒定，其中M期最为恒定，常为0.5h左右。,第七页，共二百零七页。,（二）依据细胞分裂周期特征的分类周期中细胞（cycling cell），又称周期性细胞，持续分裂细胞：多细胞生物中，有些(yuxi)细胞的细胞周期持续运转。静止期细胞（quiescent cell），或G0期细胞、休眠细胞：有些细胞会暂时离开细胞周期，停止细胞分裂，去执行一定的生物学功能。向G0期细胞转化多发生在G1期。G0期细胞得到信号，会快速返回细胞周期，分裂增殖。终末分化细胞：机体内，由于分化程度
5、很高，生成后，终生不再分裂。,第八页，共二百零七页。,对G0期细胞的生成和重返细胞周期的机理研究，不仅涉及到对细胞分化和细胞增殖调控过程的研究探讨(tnto)，而且对生物医学如肿瘤发生和治疗，药物设计和药物筛选等，都具有重要的指导意义。,第九页，共二百零七页。,Three categories of cells in vivo,Cycling cells Dividing continuouslyStem cells,(2)G0 cells Do not divide normally,but divide when given an appropriate stimulus:liver ce
6、lls,lymphocytes,(3)Terminally Differentiated cells Highly specialized,have lost the ability to divide until they die:muscle cells,red blood cells,nerve cells,第十页，共二百零七页。,二.细胞周期中各个不同(b tn)时期及其主要事件,1.G1期：细胞分裂后子代细胞生成，标志G1期开始。起始点，G1期检验点。2.S期：即DNA合成期。3.G2期：DNA复制完成，2n变成4n。能否进入M期，受到G2期检验点控制，检查：DNA是否完成复制，细胞
7、是否已生长到合适大小，环境因素是否利于(ly)细胞分裂。4.M期：即细胞分裂期，其中关键检验点监控纺锤体形成。真核细胞分裂主要两种方式：有丝分裂（mitosis）和减数分裂（meiosis）。,第十一页，共二百零七页。,1.G1期：细胞周期第一阶段。G1期物质合成特点：合成蛋白质、碳水化合物、脂类等，但不合成DNA和组蛋白。起始点(start)：G1期晚期基本事件，在芽殖酵母(S.cerevisiae)中，控制新一轮细胞周期运转起始。其它真核细胞中，称为限制点(restriction point，R点)，或检验(jinyn)点(checkpoint)。起始点调控：外在因素：包括营养供给和激素刺
8、激等；如，无生长因子培养(growth factor starvation)细胞很快进入休眠期，不能通过限制点。内在因素：与细胞分裂基因(cell division cycle gene，cdc基因)调控过程相关的因素。cdc基因产物为蛋白激酶、磷酸酶等。,第十二页，共二百零七页。,E.Coli DNA复制调控：对大肠杆菌(d chn n jn)E.Coli DNA受到损伤，或DNA复制受到抑制时，会激活RecA蛋白，酶解LexA抑制因子。诱导SOS基因大量表达。SOS基因产物：参与受损DNA修复；或阻止细胞分裂。调节细胞内一系列监控机制（surveillance mechanisms），尤如
9、交通路途中设立检查站，称为检验点(checkpoint)。检验点分布：G1期外，还有S期，G2期检验点，纺锤体组装检验点等。,第十三页，共二百零七页。,SOS 反应(fnyng)：指大肠杆菌对放射性或其它DNA损伤反应而诱导许多酶，包括激活修复活性。其原因是RecA 激活蛋白酶活性，从而切割LexA 抑制因子。RecA：是大肠杆菌中recA基因座的产物，形如纤维,分子量约38000D，含个亚基。具有双重功能，能激活蛋白酶并能改变单链DNA分子。蛋白酶-激活活性控制SOS 反应；核酸酶活性涉及重组修复途径。在修复受损DNA的过程中发挥重要作用。LexA蛋白：是一种细菌阻遏蛋白，SOS反应调控体系
10、的关键蛋白质，它结合在操纵子的调控序列上抑制一系列包括与DNA的切除、重组及复制有关的酶的表达。当细菌发生SOS反应时,阻遏蛋白 LexA发生自我切割,其抑制作用被解除,由此启动DNA损伤修复途径。,第十四页，共二百零七页。,第十五页，共二百零七页。,第十六页，共二百零七页。,2.S期：即按照半保留复制的方式开始DNA合成。DNA复制的起始和复制过程影响条件：多种细胞周期调节因素；核骨架、核纤层、核膜等细胞核结构。新组蛋白在S期合成：新合成DNA与组蛋白结合(jih)，共同组建核小体。,第十七页，共二百零七页。,Experimental demonstration of the coordin
11、ated Synthesis of DNA and histones.,肝切除术,第十八页，共二百零七页。,三.细胞周期长短(chngdun)测定,测定细胞周期的常用方法：脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法(标记有丝分裂百分率法，percentage labeled mitoses，PLM)：经典(jngdin)方法 流式细胞分选仪测定法 缩时摄像技术,不同(b tn)细胞周期长短差异,第十九页，共二百零七页。,(一)脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法适用范围：细胞群体种类构成相对简单，周期时间较短，周期运转均匀。优点：可同时测出TC，TG2、TM、TS。缺点：需放射性同位素专
12、门设备(shbi)；易造成放射性伤害和污染；放射性同位素也干扰细胞周期。标记方法：采用氚胸腺嘧啶核苷（3H-TdR）或5-溴脱氧尿嘧啶核苷（BrdU）为DNA复制原料的加入培养法，表现为染色体上一条单体放射性标记或浅染标记（抗BrdU抗体作免疫细胞化学染色）。原理：放射脉冲标记、放射自显影显示，并定时取材、统计标记有丝分裂细胞百分数。实验步骤：3H-TdR短期饲养细胞，数分钟至0.5h。然后，换普通培养基，每0.51h定期取样放射自显影观察分析。结果分析,第二十页，共二百零七页。,结果分析：前提M期放射性可见TG2：更换放射标记(bioj)培养液开始，到被标记(bioj)M期细胞出现。TM：被
13、标记M期细胞出现，到被标记细胞量在M期细胞总数所占比例达到最大值时。TS：被标记M期细胞数占M期细胞总数50开始，经历到最大值，再下降到50时。TC(细胞周期总时间)：从被标记的M期细胞开始出现并逐渐消失，到被标记的M期细胞再次出现。TC-TG2-TM-TS=TG1,第二十一页，共二百零七页。,（二）流式细胞分选仪(Flow Cytometer)测定法测定范围：DNA、RNA、蛋白质含量等在细胞周期中变化。G1期和G2/M细胞DNA含量固定，分别为1C和2C（2n和4n），1CS期细胞DNA含量2C。P392图 流式细胞仪技术结合细胞周期同步化，实验(shyn)结果分析简便可靠。可测定同时可研
14、究周期调控。（三）缩时摄像技术 可得到准确的细胞周期各阶段的准确时间。,第二十二页，共二百零七页。,四.细胞周期同步化（cell cycle synchronization）,（一）自然同步化：自然界存在的细胞周期同步。如，粘菌变形体(physarm polycephalum plasmodia)形成的共质体；受精卵同步卵裂细胞。（二）人工同步化：包括人工选择同步化或人工诱导同步化。（三）其它方法：条件依赖性突变株的应用：细胞周期调控有关的条件依赖性突变株，限定培养条件下，所有细胞便被同步化在细胞周期中某一特定(tdng)时期。例，组氨酸、亮氨酸合成酶基因缺陷型酵母细胞株。饥饿同步化：血清饥饿
15、法、Ile饥饿法 实际工作中，常将几种方法并用，以获得数量多、同步化效率高的细胞。,第二十三页，共二百零七页。,1.人工选择同步化：人为地将处于不同时期细胞分离开来。（1）根据(gnj)培养细胞生长的贴附特性分离：如人工培养动物细胞，处于分裂期细胞变圆，附着力减弱，易脱落而分选。优点：细胞未被药物伤害。缺点：获得的同步细胞数量少，获大量细胞成本高。（2）根据细胞周期各时相细胞大小、密度差异密度梯度离心分离 优点：简单省时，效率高，成本低。缺点：对大多数种类的细胞并不适用。,第二十四页，共二百零七页。,2.人工诱导同步化：通过药物诱导，使细胞同步化在细胞周期中某个特定时期。两种常用方法：DNA合
16、成阻断(z dun)法 分裂中期阻断法,第二十五页，共二百零七页。,（1）DNA合成阻断法：采用低毒或无毒DNA合成抑制剂特异地抑制DNA合成，不影响处于其它时期细胞的周期运转，从而将细胞抑制在DNA合成期。DNA合成抑制剂：胸腺嘧啶核苷(TdR)和羟基脲(hydroxyurea，HU)优点(yudin)：同步化效率高，几乎适合于所有体外培养的细胞。常用方法：过量TdR两次DNA合成阻断法 第一次加入TdR培养时间：G2+M+G1，然后解除抑制；到达G1/S交界处前，第二次加入TdR，继续培养。,第二十六页，共二百零七页。,（2）分裂中期阻断法：如秋水仙素、秋水酰胺和诺考达唑等药物，可抑制微管聚合，抑制细胞分裂器的形成，将细胞周期阻断在分裂中期。优点：操作(cozu)简便，效率高。缺点：药物毒性相对较大，若处理的时间过长，所得细胞常不能恢复正常细胞周期运转。,第二十七页，共二百零七页。,五.特殊(tsh)的细胞周期,特殊的细胞周期：指一些特殊细胞所具有的与标准细胞周期相比有着(yu zhe)鲜明特点的细胞周期。1.早期胚胎细胞的细胞周期 2.酵母细胞的细胞周期 3.植物细胞的细胞周期