细胞分裂和细胞周期
动粒结构域:内板+中间间隙+外板 中心结构域:富含高度重复 DNA 序列,高度浓缩的异 染色质所组成。 配对结构域:姐妹染色单体间的相互作用位点,已知 的蛋白有内部着丝粒蛋白 (INCENP)和染色单体连接蛋白
(CLIPS)。
① 中心体放出星体纤 维和动粒结合,动 粒微管形成。 ② 染色体沿该微管向 中心粒移动。 ③ 来自纺锤体另一面 的微管结合于染色 体另一姐妹染色单 体的动粒上,实现 了纺锤体双极对染 色体的稳定附着。
一、无丝分裂(amitosis)
特点:1.不形成纺缍体,也不形成染色体; 2.遗传物质不一定平均分配到两个子细胞。
二、有丝分裂(mitosis)
有丝分裂分期:
间期(interphase); 前期(prophase);
前中期(premetaphase)
中期(metaphase); 后期(anaphase); 末期(telophase)。 其中间期包括G1期、S期 和G2期,主要进行DNA复
G1期PCC为单线状,因DNA未复制。 S期PCC为粉末状,因DNA由多个部位开始复制。 G2期PCC为双线染色体,说明DNA复制已完成。
1960s Leland Hartwell以芽殖酵母为实验材料,利 用阻断在不同细胞周期阶段的温度敏感突变株,分离 出了几十个与细胞分裂有关的基因(cell division cycle gene,CDC)。如芽殖酵母的cdc28基因,在 G2/M转换点发挥重要的功能。Hartwell还通过研究酵 母菌细胞对放射线的感受性,提出了checkpoint(细 胞周期检验点)的概念,意指当DNA受到损伤时,细 胞周期会停下来。
1970s Paul Nurse等人以裂殖酵母为实验材料,同样 发现了许多细胞周期调控基因,如:裂殖酵母cdc2、 cdc25的突变型和在限制的温度下无法分裂;wee1突变 型则提早分裂,而cdc25和wee1都发生突变的个体却会 正常地分裂。进一步的研究发现cdc2和cdc28都编码一 个34KD的蛋白激酶,促进细胞周期的进行。而weel和 cdc25分别表现为抑制和促进CDC2的活性。
(chiasma)现象,可产生新的等位基因组合。
双线期:同源染色体开始逐渐分开,但仍有几处相连; 联会复合体
消失。
终变期:染色体进一步浓缩,交叉端化。
2. 中期Ⅰ 二价体排列在赤道面上,染色体的形态因着丝粒位置不同而异。
3. 后期Ⅰ
同源染色体在纺缍丝牵引下向两极移动,非同源染色体自由组合。 4. 末期Ⅰ 两极各得到n条染色体,数目由2n→n。
2)体内组装
微管组织中心(microtubule organizing center ,MTOCs) 微管进行组装的区域,着丝粒、成膜体、中心体、基体均具有微管组织 中心的功能。所有微管组织中心都具有γ微管球蛋白,这种球蛋白的含量很 低,可聚合成环状复合体,像模板一样参与微管蛋白的核化,帮助α和β球 蛋白聚合为微管纤维。
细胞周期的生物化学事件
G1期---DNA合成前期 DNA复制相关蛋白的合成
细胞生长相关蛋白的合成
触发蛋白等的合成 S期---DNA合成期 DNA和组蛋白合成
中心粒复制
G2期---DNA合成后期 微管及其染色体凝集相关蛋白合成 M期---有丝分裂,减数分裂
细胞周期长 度 Some eukaryotic cell cycle times
减数分裂II
可分为前、中、后、末四个四期,与有丝分裂相似。 一个精母细胞形成4个精子;一个卵母细胞形成一个卵子及2-3个极体。
减数分裂的生物学意义:
使有性生殖生物体的染色体数目世代保持恒定。
同源染色体配对、交换重组、非同源染色体自由组合形成了众 多的由不同染色体组成的配子(223),增加了变异性,扩大了后 代的变异范围,增强了个体对环境的适应性。
B. 动力蛋白(Dynein):发现于1963年,由两条相同的重链和一些种 类繁多的轻链以及结合蛋白构成。其作用主要有以下几个方面: 在细胞分裂中推动染色体的分离、驱动鞭毛的运动、向着微管 (-)极运输小泡。
马达蛋白与中心体极向移动
①动粒微管(kinetochore mt):由中心体发出,连接在着丝点上, 负责将染色体牵引到纺锤体上,着丝点上具有马达蛋白。 ②星体微管(astral mt):由中心体向外放射出,末端结合有分 子马达,负责两极的分离,同时确定纺锤体纵轴的方向。
①细线期(leptotene )②合线期(zygotene )③粗线期(pachytene)
④双线期(diplotene)⑤终变期(diakinesis)
细线期:染色质开始凝集呈细丝状。 偶线期(合线期):
特点:同源染色体配对——联会(synapsis)。
联会:细线期中两条同源染色体随机排列,到了偶线期同源染 色体与核膜相连的部分(端粒)移位在一起,然后它们的侧面
沿中轴紧密相贴进行配对,形成四分体。
联会复合体:在联会部位(紧密相贴处)形成一种特殊结构, 沿同源染色体纵轴分布,该结构由蛋白质构成,可分为侧生组
分和中央组分,是一暂时性的结构。
粗线期:染色体明显变粗变短;同源染色体的非姊妹染色单体 间发生DNA的片断互换(crossing-over),在光镜下可看到交叉
(复习:细胞核内容)着丝粒及动粒
着丝粒:染色体中将两条姐妹染色单体结合起来
的区域。由无编码意义的高度重复DNA序列组成,
一般位于染色体的主缢痕或染色体端部,使姐妹 染色单体连在一起,在其两侧各有一由蛋白质构 成的动粒。 动粒:由多种蛋白质在有丝分裂染色体着丝粒部 位形成的一种圆盘状结构。微管与之连接,与染 色体分离密切相关。每一个中期染色体含有两个 动粒,位于着丝粒的两侧。
2. 细胞周期调控
B.通过使极性微管延长,细胞两极间距离增大,使染色体发生极向运动。
5)末期(telophase) 特点:从子染色体到达两极,至形成两 个新细胞为止的时期。涉及子核的形成和 胞质分裂两个方面。
6) 胞质分裂
特点:胞质收缩环(肌动蛋白、肌球蛋白II、及多种 结构蛋白、调节蛋白组成的环状结构。)
制、中心体Hale Waihona Puke 制、细胞体积增大等准备工作。
1)前期
特征:染色质凝集、分裂极确定、核仁缩小并解体。
凝缩蛋白和染色体凝集
染色体结构维持蛋白(SMC)是20世纪90 年代初发现的一类蛋白。 凝缩蛋白(condensin)由两个SMC亚基 (Smc2,Smc4)和三个非SMC亚基组成, 是染色质的构成部分,参与有丝分裂染 色体集缩和分离。 粘连蛋白(cohesin)由smc1,smc3, scc1,scc3组成蛋白复合体,促成姐妹 染色体之间的缔合。
为遗传三大定律的细胞学基础。
基因的分离定律 基因的自由组合定律 基因的连锁和交换定律
四、细胞周期
1、概念:由细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的过程。
间期(Interphase): G1-S-G2
分裂期(M phase): Mitosis, Cytokinesis
2001年诺贝尔生理医学奖---细胞周期调控机理
三、减数分裂(meiosis)
定义:减数分裂是有性生殖个体形成生殖细胞 过程中发生的一种特殊分裂方式。经两次细胞 分裂,而DNA只复制一次,因此子细胞中染色体 数目减半(2n → n)。对维持世代遗传的稳定 性、生物变异及多样性具有一定作用。
减数分裂I 1.前期I: 减数分裂的特殊过程主要发生在前期I
③极性/重叠微管(polar mt或overlap mt):由中心体发出,在 纺锤体中部重叠,重叠部位结合有分子马达,负责将两极推开。 ④ 有两类马达蛋白参与染色体、分裂极的分离,一类是dynein, 另一类是kinesin。
2)前中期
特点:核膜崩解,纺锤体形成,
染色体向赤道面移动。
核膜崩解和蛋白质磷酸化。
1983年Timothy Hunt首次发现海胆卵受精后,在其 卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期剧烈振荡, 在每一轮间期开始合成,G2/M时达到高峰,M结束后 突然消失,下轮间期又重新合成,故命名为周期蛋 白(cyclin)。后来在青蛙、爪蟾、海胆、果蝇和酵 母中均发现类似的情况,各类动物来源的细胞周期 蛋白mRNA均能诱导蛙卵的成熟。
核孔复合体蛋 白质磷酸化发 生解聚 内核膜及临近 核纤层蛋白磷 酸化发生解聚 解聚蛋白形成 短片及小泡散 于细胞质中
纺锤体形成及其机制
纺锤体(Spindle Apparatus)产生于细胞分裂细胞分裂前初 期(Pre-Prophase)到末期(Telophase)的一个特殊细胞器。 其主要元件包括微管(Microtubules),附着微管的动力分 子分子马达(Molecular motors),以及一系列复杂的超分子 结构。一般来讲,在动物细胞中,中心体也是纺锤体的一 部分。 •动粒微管形成:
The greatest variation occurs in the duration of G1
增殖型细胞: 细胞周期中能持续分裂的细胞,包括上皮基底型细胞、部分骨髓细胞、 性细胞等。
暂不增殖型细胞:细胞在受到刺激后进入细胞周期开始分裂的细胞,包括肝脏和肾脏 细胞等。
不增殖型细胞:结构和功能都高度特化的,致死也不分裂的细胞,包括神经细胞、肌 肉细胞及成熟红细胞等。
分裂极确定:马达蛋白与中心体极向移动
(复习:细胞骨架内容) 微管的组装和极性
1)微管的极性
微管是以αβ二聚体作为基本构件 进行组装的,并且是以首尾排列 的方式进行组装,所以每一根原 纤维都有相同的极性(方向由负极 到正极),这样, 组装成的微管的 一端是α-微管蛋白亚基组成的环, 而相对的一端是以β-微管蛋白亚 基组成的环。 极性的另一层涵义是两端的组装 速度是不同的, 正端生长得快, 负 端则慢, 同样, 如果微管去组装也 是正端快负端慢
体内组装