细胞增殖及其调控

1第十一章第十一章 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控2细胞增殖的意义细胞增殖的意义细胞增殖细胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)是细胞生命活动的重要特征是细胞生命活动的重要特征之一之一, ,是生物繁育的基础。是生物繁育的基础。单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。多细胞生物由一个单细胞即受精卵分裂发育而来，经过无数多细胞生物由一个单细胞即受精卵分裂发育而来，经过无数次细胞增殖核细胞分化，次细胞增殖核细胞分化， 细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞，成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞， 维维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。 机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要依赖细机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要依赖细 胞增殖。胞增殖。311.1 细胞周期与细胞分裂细胞周期与细胞分裂一、细胞周期一、细胞周期 细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束后开始到下次有丝分裂终止所经历的裂结束后开始到下次有丝分裂终止所经历的全过程。在这一过程中全过程。在这一过程中, ,细胞的遗传物质进细胞的遗传物质进行复制并均等地分配给两个子细胞。行复制并均等地分配给两个子细胞。4从细胞形态变化考虑，将细胞周期划分为两从细胞形态变化考虑，将细胞周期划分为两个相互延续的时期，即细胞有丝分裂期个相互延续的时期，即细胞有丝分裂期（mitosismitosis）和位于两次分裂期之间的分裂）和位于两次分裂期之间的分裂间期（间期（interphaseinterphase）。分裂间期是细胞增殖）。分裂间期是细胞增殖的物质准备和积累阶段，分裂期则是细胞增的物质准备和积累阶段，分裂期则是细胞增殖的实施过程。殖的实施过程。 5细胞周期细胞周期 6v 细胞周期时相及类型细胞周期时相及类型间期间期(interphase) G1期期(Gap 1 phase),即从即从M期结束到期结束到S期开始前的期开始前的一段间歇期一段间歇期; S期期,即即DNA合成期合成期(DNA synthetic phase); G2期期(Gap 2 phase), 即即DNA合成后合成后(S期期)到有丝分到有丝分裂前的一个间歇期裂前的一个间歇期;M期期,即有丝分裂期即有丝分裂期(mitosis phase)。 不一定每种细胞都有四个时期，如胚胎细胞没有不一定每种细胞都有四个时期，如胚胎细胞没有G1期。期。7细胞周期和细胞类群细胞周期和细胞类群( (根据增殖状根据增殖状况将细胞分类况将细胞分类) )持续分裂细胞（周期中细胞）：持续分裂细胞（周期中细胞）： 如上皮组织的基底层细胞，不断分裂，补充表层如上皮组织的基底层细胞，不断分裂，补充表层死亡脱落的细胞。死亡脱落的细胞。终末分化细胞：终末分化细胞： 分化程度高，永久性失去了分裂能力的细胞，如分化程度高，永久性失去了分裂能力的细胞，如横纹肌细胞。横纹肌细胞。8G G0 0细胞：细胞： 又称静止期细胞。暂时脱离细胞周期又称静止期细胞。暂时脱离细胞周期, ,不进行增殖不进行增殖, ,也也叫静止细胞群叫静止细胞群, ,如某些免疫淋巴细胞如某些免疫淋巴细胞, , 肝肝, ,肾细胞等。肾细胞等。 G G0 0期细胞一旦得到信号指使，会返回细胞周期，分裂期细胞一旦得到信号指使，会返回细胞周期，分裂增殖，如结缔组织中的成纤维细胞，平时并不分裂，增殖，如结缔组织中的成纤维细胞，平时并不分裂，一旦所在的组织部位受到伤害，它们会马上返回细胞一旦所在的组织部位受到伤害，它们会马上返回细胞周期，分裂产生大量的成纤维细胞，分布于伤口部位，周期，分裂产生大量的成纤维细胞，分布于伤口部位，促使伤口愈合。促使伤口愈合。9v 细胞周期各时细胞周期各时 相的合成活动相的合成活动G1期期 (Gap1 phase)S 期期 (synthesis phase)G2 期期(Gap 2 phase) M期期(mitosis phase)10G1G1期期与与DNADNA合成启动相关，开始合成细胞生长所合成启动相关，开始合成细胞生长所 需要的多种蛋白质、碳水化合物、脂等，但是不需要的多种蛋白质、碳水化合物、脂等，但是不合成合成DNADNA，同时染色质去凝集。，同时染色质去凝集。11S 期期 DNADNA复制与组蛋白合成复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结同步，组成核小体串珠结构构12G G2 2期期 DNA DNA复制完成，在复制完成，在G G2 2期合成期合成一定数量的蛋白质和一定数量的蛋白质和RNARNA分子分子13M 期期 M期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)(mitosis)和减数分裂和减数分裂(meiosis)(meiosis)。遗传物质和细胞内其他物质分配给子。遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。细胞。14检验点（检验点（checkpoint）: 由于细胞内存在一系列监控机制由于细胞内存在一系列监控机制（surveillance mechanisms）,可以鉴别可以鉴别细胞周期进程中的错误，并诱导产生特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，如在于细胞的各个时期，如S期检验点，期检验点，G2期检验点，纺锤体组装检验点等。期检验点，纺锤体组装检验点等。15细胞周期长短测定细胞周期长短测定脉冲标记脉冲标记DNADNA复制和细胞分裂指数观复制和细胞分裂指数观察测定法（察测定法（P362P362）用用3H-TdR短期饲养细胞，数分钟至半小时后，将短期饲养细胞，数分钟至半小时后，将3H-TdR洗脱，置换新鲜培育液并继续培养。随后，洗脱，置换新鲜培育液并继续培养。随后，每隔半小时或一小时定期取样，作放射自显影分析，每隔半小时或一小时定期取样，作放射自显影分析，从而确定细胞周期各个时相的长短。从而确定细胞周期各个时相的长短。 16流式细胞仪测定法流式细胞仪测定法(Flow Cytometry) 用流式细胞仪测定每个细胞群体的处于不同时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期的细胞数量和DNA含量。采用不同时间连续含量。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。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。期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。17v 细胞周期的研究方法细胞周期的研究方法细胞同步化细胞同步化(synchronization) 选择同步法选择同步法(selection synchrony) ) 有丝分裂选择法有丝分裂选择法 细胞沉降分离法细胞沉降分离法诱导同步法诱导同步法 DNADNA合成阻断法合成阻断法 中期阻断法中期阻断法条件突变条件突变(conditional mutants)：条件依赖性突：条件依赖性突变株变株18人工选择同步化人工选择同步化有丝分裂选择法：有丝分裂选择法：例如，处于对数生长期的单层培养细胞，从培养瓶（皿）例如，处于对数生长期的单层培养细胞，从培养瓶（皿）壁上隆起，与培养瓶（皿）壁的附着力减弱。若轻轻震壁上隆起，与培养瓶（皿）壁的附着力减弱。若轻轻震荡培养瓶（皿），处于分裂期的细胞即会从瓶（皿）壁荡培养瓶（皿），处于分裂期的细胞即会从瓶（皿）壁上脱落，悬浮到培养液中。收集培养液，通过离心，即上脱落，悬浮到培养液中。收集培养液，通过离心，即可获得一定数量的分裂期细胞。可获得一定数量的分裂期细胞。优点是细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。缺优点是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。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。优点是方法上存在差别进行分离。优点是方法 简单省时，效率高，简单省时，效率高，成本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。成本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。19药物诱导法药物诱导法 DNADNA合成阻断法合成阻断法 G1/S-TdR G1/S-TdR双阻断法（双阻断法（P366P366图图11-611-6）。最）。最终将细胞群阻断于终将细胞群阻断于G1/SG1/S交界处。优点是同步化效率高，几乎适交界处。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。缺点是诱导过程可造成细胞非合于所有体外培养的细胞体系。缺点是诱导过程可造成细胞非均衡生长均衡生长. .分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。如用秋水仙素。成，将细胞阻断在细胞分裂中期。如用秋水仙素。优点是操作简便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对较大。优点是操作简便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对较大。20v 特异的细胞周期特异的细胞周期-Embryonic cell cycles 21爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期细胞分裂快细胞分裂快, ,无无G1G1期期, G2, G2期非常短期非常短,S,S期也短期也短( (所有复制子所有复制子都激活都激活), ), 以至认为仅含有以至认为仅含有S S期和期和M M期（期（P368P368图图11-711-7）；）；无需临时合成其它物质；无需临时合成其它物质；子细胞在子细胞在G1G1、G2G2期并不生长，越分裂体积越小期并不生长，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。周期基本是一致的。22酵母细胞的细胞周期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；相和调控方面相似；酵母细胞周期明显特点酵母细胞周期明显特点: :首先，酵母细胞周期首先，酵母细胞周期持续时间较短；细胞分裂过程属于封闭式，持续时间较短；细胞分裂过程属于封闭式，即在细胞分裂时核膜不解聚；纺锤体位于细即在细胞分裂时核膜不解聚；纺锤体位于细胞核内；在一定环境下，也进行有性繁殖胞核内；在一定环境下，也进行有性繁殖2324植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期非常相似，含有周期非常相似，含有G1G1期、期、S S期、期、G2G2期和期和M M期期四个时期。四个时期。植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以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。正常组装纺锤体。植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂25细菌的细胞周期细菌的细胞周期慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定相似之处。其定相似之处。其DNADNA复制之前的准备时间与复制之前的准备时间与G1G1期类似。期类似。分裂之前的准备时间与分裂之前的准备时间与G2G2期类似。再加上期类似。再加上S S期和期和M M期，期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期。细菌的细胞周期也基本具备四个时期。 细菌在快速生长情况下，在一个细胞周期中每个细菌在快速生长情况下，在一个细胞周期中每个DNADNA分子分子复制仅能完成一半，但复制仅能完成一半，但DNADNA复制是在两个正在形成中的复制是在两个正在形成中的DNADNA分子上同时进行的。经过分子上同时进行的。经过2 2个细胞周期，两个个细胞周期，两个DNADNA分子完成分子完成复制，得到复制，得到4 4个个DNADNA分子，得到分子，得到4 4个细胞。个细胞。 26二、有丝分裂二、有丝分裂(mitosis)(mitosis)（一）、有丝分裂的过程（一）、有丝分裂的过程有丝分裂是指整个细胞分裂有丝分裂是指整个细胞分裂, 包括核分裂和包括核分裂和胞质分裂两个过程。胞质分裂两个过程。核分裂主要是通过纺锤丝的形成和运动，以核分裂主要是通过纺锤丝的形成和运动，以及染色体的形成，把在及染色体的形成，把在S期已经复制好了的期已经复制好了的DNA平均分配到两个子细胞，以保证遗传的平均分配到两个子细胞，以保证遗传的连续性和稳定性。由于这一时期的主要特征连续性和稳定性。由于这一时期的主要特征出现纺锤丝，故称为有丝分裂。出现纺锤丝，故称为有丝分裂。27动物动物细胞细胞有丝有丝分裂分裂过程过程28有丝分裂前期（有丝分裂前期（ProphaseProphase）标志前期开始的第一个特征是标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓染色质开始浓缩缩(condensation)(condensation)形成有丝分裂染色体形成有丝分裂染色体(mitotic chromosome(mitotic chromosome），），-由两条染色单由两条染色单体体(chromatid)(chromatid)构成构成 第二个特征：细胞骨架解聚，有丝分裂第二个特征：细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤纺锤体体(mitotic spindle)(mitotic spindle)开始装配开始装配GolgiGolgi体、体、ERER等等细胞器解体细胞器解体，形成小的膜泡，形成小的膜泡29有丝分裂染色体：有丝分裂染色体：30间期动物细胞含一个间期动物细胞含一个MTOCMTOC，即，即中心体，在中心体，在S S期末，两个中心粒在期末，两个中心粒在各自垂直的方向复制出一个中心各自垂直的方向复制出一个中心粒，形成两个中心体（中心体由粒，形成两个中心体（中心体由1 1对相互垂直的中心粒及周围基质对相互垂直的中心粒及周围基质构成）。当前期开始时，构成）。当前期开始时，2 2个中心个中心体移向细胞两极，并同时组织微体移向细胞两极，并同时组织微管生长，由两极形成的微管通过管生长，由两极形成的微管通过微管结合蛋白在正极末端相连，微管结合蛋白在正极末端相连，最后形成有丝分裂最后形成有丝分裂纺锤体纺锤体。31前中期前中期(prometaphase)(prometaphase)核纤层解体核纤层解体32前中期前中期(prometaphase)(prometaphase)核膜破裂成小的膜泡，标志着前中期的开始。这一过程核膜破裂成小的膜泡，标志着前中期的开始。这一过程是由核纤层蛋白中特异的是由核纤层蛋白中特异的SerSer残基磷酸化导致残基磷酸化导致核纤层解体。核纤层解体。纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体，每个纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体，每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保证与两极的微已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成三种类型的微管，管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成三种类型的微管，一部分纺锤体微管的自由端最终结合到着丝点上一部分纺锤体微管的自由端最终结合到着丝点上, ,形成动粒微形成动粒微管。管。 前中期的特征是染色体形成前中期的特征是染色体形成X X形结构，并逐渐向赤道运形结构，并逐渐向赤道运动动, ,个别染色体剧烈地旋转、振荡、徘徊于两极之间。个别染色体剧烈地旋转、振荡、徘徊于两极之间。33中期中期(metaphase)(metaphase)主要特点是姐妹染色单体位于赤道板上主要特点是姐妹染色单体位于赤道板上, ,着丝粒分别被两端的着丝粒分别被两端的中心体发出的纤维连接。（中心体发出的纤维连接。（所有染色体排列到赤道板所有染色体排列到赤道板Metaphase Plate上）上）染色体进一步凝缩染色体进一步凝缩, ,并移到赤道附近并移到赤道附近, ,排列在赤道板；姐妹染排列在赤道板；姐妹染色单体的着丝粒分别与一条或多条来自对面的纤维结合色单体的着丝粒分别与一条或多条来自对面的纤维结合, , 成为成为被争夺的对象被争夺的对象34后期后期(anaphase)35后期后期(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极运动 主要特点是主要特点是: :着丝粒分开着丝粒分开, ,染色单体移向两极。染色单体移向两极。 后期后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段，即大致可以划分为连续的两个阶段，即后期后期A和后期和后期B 后期后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动动 后期后期B，极性微管长度增加，两极之间的距离逐渐，极性微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉拉 长，介导染色体向极运动长，介导染色体向极运动.3637末期末期(telophase)(telophase)38末期末期(telophase)(telophase)染色单体到达两极，即进入了末期（染色单体到达两极，即进入了末期（telophasetelophase）, ,到达到达两极的染色单体开始去浓缩两极的染色单体开始去浓缩核膜开始重新组装核膜开始重新组装 Golgi Golgi体和体和ERER重新形成重新形成核仁也开始重新组装，核仁也开始重新组装，RNARNA合成功能逐渐恢复合成功能逐渐恢复, ,有丝分裂有丝分裂结束结束 主要特点是主要特点是: :染色体解螺旋形成细丝染色体解螺旋形成细丝, ,出现核仁和核膜。出现核仁和核膜。 39动物细胞胞质分裂动物细胞胞质分裂 胞质分裂胞质分裂(cytokinesis)(cytokinesis)开始于细胞分裂后期，在赤道板开始于细胞分裂后期，在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟分裂沟(furrow)(furrow)。分裂沟的位置与纺锤体和钙离子浓度的变化有关分裂沟的位置与纺锤体和钙离子浓度的变化有关 胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体 处处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为收缩环收缩环（contractile ring)contractile ring)。收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并。收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞形成两个子细胞 胞质分裂分为四个步骤，即分裂沟位置的确立、肌动蛋白胞质分裂分为四个步骤，即分裂沟位置的确立、肌动蛋白聚集和收缩环形成、收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成聚集和收缩环形成、收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞（两个子细胞（P376 P376 图图11-1311-13）。）。40分裂沟分裂沟收缩环收缩环41植物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞 质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和胞质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和胞 壁而将细胞分开壁而将细胞分开42（二）、（二）、与有丝分裂直接相关的亚细胞结构与有丝分裂直接相关的亚细胞结构 1. 1. 中心体（中心体（centrosome） 是动物细胞中主要的微管组织中心（是动物细胞中主要的微管组织中心（ MTOC），是一），是一种与微管组装和细胞分裂密切相关的细胞器。每个高种与微管组装和细胞分裂密切相关的细胞器。每个高等动物间期细胞通常含有一个中心体。中心体由一对等动物间期细胞通常含有一个中心体。中心体由一对位于中央的中心粒（位于中央的中心粒（Centriole）和其周围的无定型物和其周围的无定型物质构成。两个中心粒相互垂直排列。每一个中心粒为质构成。两个中心粒相互垂直排列。每一个中心粒为一个圆筒状结构，直经约，长度不定。圆筒的壁由九一个圆筒状结构，直经约，长度不定。圆筒的壁由九组三联微管构成。组三联微管构成。 43中中心心粒粒44中心体结构中心体结构( (电镜照片电镜照片) )45中心体（或中心粒）周期中心体（或中心粒）周期 中心体在细胞周期过程中也要进行复制，并经历一系中心体在细胞周期过程中也要进行复制，并经历一系列的发育过程，称为中心体（或中心粒）周期列的发育过程，称为中心体（或中心粒）周期（cnetrosome cycle，centriole cycle）（）（P378 图图11-15）。）。中心体在中心体在G1期末复制。期末复制。S期细胞含有一对中心体，到期细胞含有一对中心体，到G2期，一对中心体开始分离并逐渐向细胞两极移动；细胞期，一对中心体开始分离并逐渐向细胞两极移动；细胞分裂结束，子细胞分离，各获得一个中心体。分裂结束，子细胞分离，各获得一个中心体。中心粒的作用中心粒的作用 中心粒确定分裂极中心粒确定分裂极 形成纺锤体形成纺锤体46中心粒周期中心粒周期472. 动粒与着丝粒动粒与着丝粒 动粒（动粒（kinetochore）又称为着丝点）又称为着丝点（centromere），是附着于着丝粒上的一种细细胞器胞器，而着丝粒则是指染色体主缢痕部位的染而着丝粒则是指染色体主缢痕部位的染色质色质。动粒的外侧主要用于纺锤体微管（动粒微管）附着，内侧与着丝粒相互交织，每条中期染色体上含有两个动粒。细胞分裂后，两个动粒分别被分配到两个子细胞中。 由于动粒动粒和着丝粒着丝粒联系紧密，相互穿插，在功能上联系密切，因而二者被合称为着丝粒着丝粒-动粒动粒复合体复合体（centromere-kinetochore complex）。 48着丝粒与动粒着丝粒与动粒动粒分内、中、外三层动粒分内、中、外三层 49 动粒在细胞分裂中的作用：动粒在细胞分裂中的作用： 染色体依靠动粒捕捉由纺锤体极体发出的微管。染色体依靠动粒捕捉由纺锤体极体发出的微管。没有动粒的染色体不能与纺锤体微管发生联系，没有动粒的染色体不能与纺锤体微管发生联系，也不能和其它染色体一起向两极运动。也不能和其它染色体一起向两极运动。503. 纺锤体（纺锤体（spindle）又称为有丝分裂器又称为有丝分裂器 (mitotic apparatus) 纺锤体是细胞分裂过程中的一种与染色体分离纺锤体是细胞分裂过程中的一种与染色体分离直接相关的细胞器。主要由微管和微管结合蛋直接相关的细胞器。主要由微管和微管结合蛋白组成。组成纺锤体的微管可以分为白组成。组成纺锤体的微管可以分为3种类型，种类型，即动粒微管、极性微管、星形微管（游离微即动粒微管、极性微管、星形微管（游离微管）。动粒微管的一端与中心体相连，另一端管）。动粒微管的一端与中心体相连，另一端与动粒相连。极性微管的一端与中心体相连，与动粒相连。极性微管的一端与中心体相连，而另一端游离。从两极发出的极性微管常在赤而另一端游离。从两极发出的极性微管常在赤道处相互搭桥。道处相互搭桥。51三种类型的微管三种类型的微管极性微管极性微管动粒微管动粒微管游离微管游离微管52（三）、有丝分裂的动力机制机理（三）、有丝分裂的动力机制机理 1. 染色体列队染色体列队 染色体向赤道板上运动的过程称为染色体列队染色体向赤道板上运动的过程称为染色体列队（chromosome alignment）或染色体中板聚合）或染色体中板聚合（congression）。染色体列队是有丝分裂过程中）。染色体列队是有丝分裂过程中的重要事件之一，是启动染色体分离并向两个子的重要事件之一，是启动染色体分离并向两个子细胞中平均分配的先决条件。细胞中平均分配的先决条件。 染色体队列不整齐，细胞不能从分裂中期向后期染色体队列不整齐，细胞不能从分裂中期向后期转化，两条染色单体不能相互分离；虽然在个别转化，两条染色单体不能相互分离；虽然在个别情况下，细胞分裂可以继续进行，但会导致染色情况下，细胞分裂可以继续进行，但会导致染色体不能平均分配，最终导致细胞死亡。体不能平均分配，最终导致细胞死亡。 53 两组蛋白质（两组蛋白质（Mad和和Bub蛋白）与染色体列队直接相关。蛋白）与染色体列队直接相关。Mad和和Bub可以使动粒敏化，促使微管与动粒接触，与染可以使动粒敏化，促使微管与动粒接触，与染色体组装入纺锤体有关。如果染色体被纺锤体微管捕获，色体组装入纺锤体有关。如果染色体被纺锤体微管捕获，Mad2和和Bub1很快会从动粒上消失。如果染色体不被微管很快会从动粒上消失。如果染色体不被微管捕捉，则捕捉，则Mad2和和Bub1不从动粒上消失。当某些染色体不不从动粒上消失。当某些染色体不能被微管及时捕捉而滞后，能被微管及时捕捉而滞后，Mad2和和Bub1不能从这些染色不能从这些染色体的动粒上消失，后期则不能启动，染色单体不能相互分体的动粒上消失，后期则不能启动，染色单体不能相互分离。只有等到这些染色体也被微管捕捉并排列到赤道板上，离。只有等到这些染色体也被微管捕捉并排列到赤道板上，Mad2和和Bub1从动粒上消失，后期才能开始启动（从动粒上消失，后期才能开始启动（P383 图图11-20）。）。 54 当染色体上的两个动粒被微管捕捉后，促使染色体排列到赤当染色体上的两个动粒被微管捕捉后，促使染色体排列到赤道板上的作用力？道板上的作用力？ 目前有两种学说，即牵拉（牵拉（pull）假说）假说和外推（外推（push）假说）假说（P384 图11-21）。牵拉假说认为，染色体向赤道板方向运动，当来自两极的动粒微管的拉力相等时，染色体即被稳定在赤道板上（图11-21a）；外推假说认为，染色体向赤道方向移动，是由于星体的排斥力将染色体外推的结果。当来自于两极的推力达到平衡时，染色体即被稳定在赤道板上（图11-21b）。 552. 染色体分离染色体分离染色体分离的两个阶段：后期染色体分离的两个阶段：后期A A与后期与后期B B染色体分离的力染色体分离的力 拉力：由动粒微管去装配产生拉力：由动粒微管去装配产生 推力：由极性微管的聚合所产生推力：由极性微管的聚合所产生后期可分为两个阶段后期可分为两个阶段 后期后期A A 后期后期B B染色单体分离和向两极移动的动力产生的机制：染色单体分离和向两极移动的动力产生的机制： 后期后期A A，微管去聚合假说，微管去聚合假说 后期后期B B，纺锤体微管滑动假说，纺锤体微管滑动假说56后期后期 A 和后期和后期 B57 纺锤体微管运动机理纺锤体微管运动机理微管去聚合作用假说微管去聚合作用假说 该假说的特点是该假说的特点是动粒微管不断解聚缩动粒微管不断解聚缩短短, ,造成将染色体拉向两极。造成将染色体拉向两极。 该模型的可能机理是该模型的可能机理是微管的正端插入微管的正端插入动粒的外层动粒的外层, ,微管蛋白分子与动粒蛋白分微管蛋白分子与动粒蛋白分子有亲和性子有亲和性, ,微管蛋白在此端去组装。在微管蛋白在此端去组装。在动粒中动粒中,ATP,ATP分子水解可以提供能量分子水解可以提供能量, ,驱动驱动微管上的马达分子向极部移动微管上的马达分子向极部移动, ,拉动染色拉动染色体向极移动。体向极移动。58后期后期A:A:微管去聚合假说微管去聚合假说59纺锤体微管滑动假说纺锤体微管滑动假说 这种假说认为这种假说认为 极极-极分离是由极性微管的极分离是由极性微管的两种不同类型的变化引起的。两种不同类型的变化引起的。 首先首先,极性微管在极性微管在+端添加微管二聚体进端添加微管二聚体进行聚合延长，使两极的极微管产生重叠的行聚合延长，使两极的极微管产生重叠的带带(overlap zone)。 第二，极性微管产生滑动，产生将两极第二，极性微管产生滑动，产生将两极分开的力。分开的力。 微管间的横桥能够提供机械微管间的横桥能够提供机械-化学的活化学的活动。横桥上有较高的动。横桥上有较高的ATP酶活性酶活性,推测是一推测是一种分子马达。种分子马达。60纺纺锤锤体体微微管管滑滑动动假假说说产生两种推力产生两种推力