第十一章第十一章 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控1细胞增殖的意义细胞增殖的意义细细胞胞增增殖殖(cell (cell proliferation)proliferation)是是细细胞胞生生命命活活动动的的重重要要特特征征之一之一, ,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。多多细细胞胞生生物物由由一一个个单单细细胞胞即即受受精精卵卵分分裂裂发发育育而而来来，经经过过无无数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。成成体体生生物物仍仍然然需需要要细细胞胞增增殖殖，主主要要取取代代衰衰老老死死亡亡的的细细胞胞， 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。211.1 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 细细胞胞周周期期是是指指连连续续分分裂裂的的细细胞胞从从一一次次有有丝丝分分裂裂结结束束后后开开始始到到下下次次有有丝丝分分裂裂终终止止所所经经历历的的全全过过程程。在在这这一一过过程程中中, ,细细胞胞的的遗遗传传物物质质进进行行复制并均等地分配给两个子细胞。复制并均等地分配给两个子细胞。3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间）和位于两次分裂期之间的分裂间期（期（interphaseinterphase）。分裂间期是细胞增殖的）。分裂间期是细胞增殖的物质准备和积累阶段，分裂期则是细胞增殖物质准备和积累阶段，分裂期则是细胞增殖的实施过程。的实施过程。 4细胞周期细胞周期 5v 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),即即从从M期期结结束束到到S期期开开始始前前的的一一段间歇期段间歇期; S期期,即即DNA合成期合成期(DNA synthetic phase); G2期期(Gap 2 phase), 即即DNA合合成成后后(S期期)到到有有丝丝分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)。 不不一一定定每每种种细细胞胞都都有有四四个个时时期期，如如胚胚胎胎细细胞胞没没有有G1期。期。6细细胞胞周周期期和和细细胞胞类类群群( (根根据据增增殖殖状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）： 如如上上皮皮组组织织的的基基底底层层细细胞胞，不不断断分分裂裂，补补充充表表层层死亡脱落的细胞。死亡脱落的细胞。终末分化细胞：终末分化细胞： 分分化化程程度度高高，永永久久性性失失去去了了分分裂裂能能力力的的细细胞胞，如如横纹肌细胞。横纹肌细胞。7GG0 0细胞：细胞： 又又称称静静止止期期细细胞胞。暂暂时时脱脱离离细细胞胞周周期期, ,不不进进行行增增殖殖, ,也也叫叫静静止止细细胞胞群群, ,如如某某些些免免疫疫淋淋巴巴细细胞胞, , 肝肝, ,肾肾细细胞胞等等。 G G0 0期期细细胞胞一一旦旦得得到到信信号号指指使使，会会返返回回细细胞胞周周期期，分分裂裂增增殖殖，如如结结缔缔组组织织中中的的成成纤纤维维细细胞胞，平平时时并并不不分分裂裂，一一旦旦所所在在的的组组织织部部位位受受到到伤伤害害，它它们们会会马马上上返返回回细细胞胞周周期期，分分裂裂产产生生大大量量的的成成纤纤维维细细胞胞，分分布布于于伤伤口口部部位位，促使伤口愈合。促使伤口愈合。8v 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)9G1G1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 需需要要的的多多种种蛋蛋白白质质、碳碳水水化化合合物物、脂脂等等，但但是是不不合成合成DNADNA，同时染色质去凝集。，同时染色质去凝集。10S 期期 DNADNA复复制制与与组组蛋蛋白白合合成成同同步步，组组成成核核小小体体串串珠珠结结构构11G 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12M 期期 M期期即即细细胞胞分分裂裂期期，真真核核细细胞胞的的细细胞胞分分裂裂主主要要包包括括两两种种方方式式，即即有有丝丝分分裂裂(mitosis)(mitosis)和和减减数数分分裂裂(meiosis)(meiosis)。遗遗传传物物质质和和细细胞胞内内其其他他物物质质分分配配给给子子细胞。细胞。13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。14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。 15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。16v 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17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。18药物诱导法药物诱导法 DNADNA合合成成阻阻断断法法 G1/S-TdRG1/S-TdR双双阻阻断断法法（P366P366图图11-611-6）。最最终终将将细细胞胞群群阻阻断断于于G1/SG1/S交交界界处处。优优点点是是同同步步化化效效率率高高，几几乎乎适适合合于于所所有有体体外外培培养养的的细细胞胞体体系系。缺缺点点是是诱诱导导过过程程可可造造成成细细胞胞非非均衡生长均衡生长. .分分裂裂中中期期阻阻断断法法：通通过过抑抑制制微微管管聚聚合合来来抑抑制制细细胞胞分分裂裂器器的的形形成，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。19v 特异的细胞周期特异的细胞周期-Embryonic cell cycles 20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细胞胞分分裂裂快快, ,无无G1G1期期, , G2G2期期非非常常短短,S,S期期也也短短( (所所有有复复制制子子都都激活激活), ), 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 ；细细胞胞周周期期调调控控因因子子和和调调节节机机制制与与一一般般体体细细胞胞标标准准的的细细胞胞周周期基本是一致的。期基本是一致的。21酵母细胞的细胞周期酵母细胞的细胞周期酵酵母母细细胞胞的的细细胞胞周周期期与与标标准准的的细细胞胞周周期期在在时时相和调控方面相似；相和调控方面相似；酵酵母母细细胞胞周周期期明明显显特特点点: :首首先先，酵酵母母细细胞胞周周期期持持续续时时间间较较短短；细细胞胞分分裂裂过过程程属属于于封封闭闭式式，即即在在细细胞胞分分裂裂时时核核膜膜不不解解聚聚；纺纺锤锤体体位位于于细细胞核内；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2223植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期植植物物细细胞胞的的细细胞胞周周期期与与动动物物细细胞胞的的标标准准细细胞胞周周期期非非常常相相似似，含含有有G1G1期期、S S期期、G2G2期期和和M M期期四个时期。四个时期。植植物物细细胞胞不不含含中中心心体体，但但在在细细胞胞分分裂裂时时可可以以正常组装纺锤体。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24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。 25二、有丝分裂二、有丝分裂(mitosis)(mitosis)（一）、有丝分裂的过程（一）、有丝分裂的过程有有丝丝分分裂裂是是指指整整个个细细胞胞分分裂裂, 包包括括核核分分裂裂和和胞质分裂两个过程。胞质分裂两个过程。核核分分裂裂主主要要是是通通过过纺纺锤锤丝丝的的形形成成和和运运动动，以以及及染染色色体体的的形形成成，把把在在S期期已已经经复复制制好好了了的的DNA平平均均分分配配到到两两个个子子细细胞胞，以以保保证证遗遗传传的的连连续续性性和和稳稳定定性性。由由于于这这一一时时期期的的主主要要特特征征出现纺锤丝，故称为有丝分裂。出现纺锤丝，故称为有丝分裂。26动物动物细胞细胞有丝有丝分裂分裂过程过程27有丝分裂前期有丝分裂前期（ProphaseProphase）标标志志前前期期开开始始的的第第一一个个特特征征是是染染色色质质开开始始浓浓缩缩(condensation)(condensation)形形成成有有丝丝分分裂裂染染色色体体(mitotic (mitotic chromosomechromosome） ， -由由 两两 条条 染染 色色 单单 体体(chromatid)(chromatid)构成构成 第第二二个个特特征征：细细胞胞骨骨架架解解聚聚，有有丝丝分分裂裂纺纺锤锤体体(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28有丝分裂染色体：有丝分裂染色体：29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粒，各自垂直的方向复制出一个中心粒，形成两个中心体（中心体由形成两个中心体（中心体由1 1对相对相互垂直的中心粒及周围基质构成）。互垂直的中心粒及周围基质构成）。当前期开始时，当前期开始时，2 2个中心体移向细个中心体移向细胞两极，并同时组织微管生长，由胞两极，并同时组织微管生长，由两极形成的微管通过微管结合蛋白两极形成的微管通过微管结合蛋白在正极末端相连，最后形成有丝分在正极末端相连，最后形成有丝分裂裂纺锤体纺锤体。30前中期前中期(prometaphase)(prometaphase)核纤层解体核纤层解体31前中期前中期(prometaphase)(prometaphase)核核膜膜破破裂裂成成小小的的膜膜泡泡，标标志志着着前前中中期期的的开开始始。这这一一过过程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。纺纺锤锤体体微微管管与与染染色色体体的的动动粒粒结结合合，捕捕捉捉住住染染色色体体，每每个个已已复复制制的的染染色色体体有有两两个个动动粒粒，朝朝相相反反方方向向，保保证证与与两两极极的的微微管管结结合合；纺纺锤锤体体微微管管捕捕捉捉住住染染色色体体后后，形形成成三三种种类类型型的的微微管管，一一部分纺锤体微管的自由端最终结合到着丝点上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。形成动粒微管。 前前中中期期的的特特征征是是染染色色体体形形成成X X形形结结构构，并并逐逐渐渐向向赤赤道道运运动动, ,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。32中期中期(metaphase)(metaphase)主主要要特特点点是是姐姐妹妹染染色色单单体体位位于于赤赤道道板板上上, ,着着丝丝粒粒分分别别被被两两端端的的中中心心体体发发出出的的纤纤维维连连接接。（所所有有染染色色体体排排列列到到赤赤道道板板Metaphase Plate上）上）染染色色体体进进一一步步凝凝缩缩, ,并并移移到到赤赤道道附附近近, ,排排列列在在赤赤道道板板；姐姐妹妹染染色色单单体体的的着着丝丝粒粒分分别别与与一一条条或或多多条条来来自自对对面面的的纤纤维维结结合合, , 成成为为被争夺的对象被争夺的对象33后期后期(anaphase)34后期后期(anaphase)排排列列在在赤赤道道面面上上的的染染色色体体的的姐姐妹妹染染色色单单体体分分离离产产生生向向极运动极运动 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。 后后期期(anaphase)大大致致可可以以划划分分为为连连续续的的两两个个阶阶段段，即即后期后期A和后期和后期B 后后期期A，动动粒粒微微管管去去装装配配变变短短，染染色色体体产产生生两两极极运运动动 后后期期B，极极性性微微管管长长度度增增加加，两两极极之之间间的的距距离离逐逐渐渐拉拉 长，介导染色体向极运动长，介导染色体向极运动.3536末期末期(telophase)(telophase)37末期末期(telophase)(telophase)染染色色单单体体到到达达两两极极，即即进进入入了了末末期期（telophasetelophase）, ,到到达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核仁仁也也开开始始重重新新组组装装，RNARNA合合成成功功能能逐逐渐渐恢恢复复, ,有有丝丝分分裂裂结束结束 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。 38动物细胞胞质分裂动物细胞胞质分裂 胞胞质质分分裂裂(cytokinesis)(cytokinesis)开开始始于于细细胞胞分分裂裂后后期期，在在赤赤道道板板周周围围细细胞胞表表面面下下陷陷，形形成成环环形形缢缢缩缩，称称为为分分裂裂沟沟(furrow)(furrow)。分分裂沟的位置与纺锤体和钙离子浓度的变化有关裂沟的位置与纺锤体和钙离子浓度的变化有关 胞胞质质分分裂裂开开始始时时，大大量量肌肌动动蛋蛋白白和和肌肌球球蛋蛋白白在在中中体体 处处组组装装成成微微丝丝并并相相互互组组成成微微丝丝束束，环环绕绕细细胞胞，称称为为收收缩缩环环（contractile contractile ring)ring)。收收缩缩环环收收缩缩、收收缩缩环环处处细细胞胞膜膜融融合合并并形成两个子细胞形成两个子细胞 胞胞质质分分裂裂分分为为四四个个步步骤骤，即即分分裂裂沟沟位位置置的的确确立立、肌肌动动蛋蛋白白聚聚集集和和收收缩缩环环形形成成、收收缩缩环环收收缩缩、收收缩缩环环处处细细胞胞膜膜融融合合并并形形成成两两个子细胞（个子细胞（P376 P376 图图11-1311-13）。）。39分裂沟分裂沟收缩环收缩环40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41（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。 42中中心心粒粒43中心体结构中心体结构( (电镜照片电镜照片) )44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45中心粒周期中心粒周期462. 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-动动粒复合体粒复合体（centromere-kinetochore complex）。 47着着丝丝粒粒与与动动粒粒动粒分内、中、外三层动粒分内、中、外三层 48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。493. 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（游离微管）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，另一端与动。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，而另粒相连。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道处一端游离。从两极发出的极性微管常在赤道处相互搭桥。相互搭桥。50三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51（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 染染色色体体向向赤赤道道板板上上运运动动的的过过程程称称为为染染色色体体列列队队（chromosome alignment）或或染染色色体体中中板板聚聚合合（congression）。染染色色体体列列队队是是有有丝丝分分裂裂过过程程中中的的重重要要事事件件之之一一，是是启启动动染染色色体体分分离离并并向向两两个个子子细细胞胞中平均分配的先决条件。中平均分配的先决条件。 染染色色体体队队列列不不整整齐齐，细细胞胞不不能能从从分分裂裂中中期期向向后后期期转转化化，两两条条染染色色单单体体不不能能相相互互分分离离；虽虽然然在在个个别别情情况况下下，细细胞胞分分裂裂可可以以继继续续进进行行，但但会会导导致致染染色色体体不不能能平均分配，最终导致细胞死亡。平均分配，最终导致细胞死亡。 52 两两组组蛋蛋白白质质（Mad和和Bub蛋蛋白白）与与染染色色体体列列队队直直接接相相关关。Mad和和Bub可可以以使使动动粒粒敏敏化化，促促使使微微管管与与动动粒粒接接触触，与与染染色色体体组组装装入入纺纺锤锤体体有有关关。如如果果染染色色体体被被纺纺锤锤体体微微管管捕捕获获，Mad2和和Bub1很很快快会会从从动动粒粒上上消消失失。如如果果染染色色体体不不被被微微管管捕捕捉捉，则则Mad2和和Bub1不不从从动动粒粒上上消消失失。当当某某些些染染色色体体不不能能被被微微管管及及时时捕捕捉捉而而滞滞后后，Mad2和和Bub1不不能能从从这这些些染染色色体体的的动动粒粒上上消消失失，后后期期则则不不能能启启动动，染染色色单单体体不不能能相相互互分分离离。只只有有等等到到这这些些染染色色体体也也被被微微管管捕捕捉捉并并排排列列到到赤赤道道板板上上，Mad2和和Bub1从从动动粒粒上上消消失失，后后期期才才能能开开始始启启动动（P383 图图11-20）。）。 53 当当染染色色体体上上的的两两个个动动粒粒被被微微管管捕捕捉捉后后，促促使使染染色色体体排排列列到到赤赤道板上的作用力？道板上的作用力？ 目前有两种学说，即牵牵拉拉（pull）假假说说和外外推推（push）假假说说（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）。 542. 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55后期后期 A 和后期和后期 B56 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 该该假假说说的的特特点点是是动动粒粒微微管管不不断断解解聚聚缩缩短短, ,造成将染色体拉向两极。造成将染色体拉向两极。 该该模模型型的的可可能能机机理理是是微微管管的的正正端端插插入入动动粒粒的的外外层层, ,微微管管蛋蛋白白分分子子与与动动粒粒蛋蛋白白分分子子有有亲亲和和性性, ,微微管管蛋蛋白白在在此此端端去去组组装装。在在动动粒粒中中,ATP,ATP分分子子水水解解可可以以提提供供能能量量, ,驱驱动动微微管管上上的的马马达达分分子子向向极极部部移移动动, ,拉拉动动染染色色体向极移动。体向极移动。57后期后期A:A:微管去聚合假说微管去聚合假说58纺锤体微管滑动假说纺锤体微管滑动假说 这这种种假假说说认认为为 极极-极极分分离离是是由由极极性性微微管管的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。 首首先先,极极性性微微管管在在+端端添添加加微微管管二二聚聚体体进进行行聚聚合合延延长长，使使两两极极的的极极微微管管产产生生重重叠叠的的带带(overlap zone)。 第第二二，极极性性微微管管产产生生滑滑动动，产产生生将将两两极极分开的力。分开的力。 微微管管间间的的横横桥桥能能够够提提供供机机械械-化化学学的的活活动动。横横桥桥上上有有较较高高的的ATP酶酶活活性性,推推测测是是一一种种分分子马达。子马达。59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60