细胞周期及调节的因素
问题的提出细胞周期是指连续分裂的细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程，分为间期与分裂期两个阶段。细胞周期是50年代细胞学上重大发现之一。问题：试题中出现了G0时期，这是一个什么时期？是细胞周期内的吗？哪些因素会影响细胞周期？01分裂间期及其特点
年霍华德等用P-磷酸盐标记了蚕豆根尖细胞，通过放射自显影研究根尖细胞DNA合成的时间间隔，观察到P的掺入不是在有丝分裂期，而是在有丝分裂前的间期中的一段时间内。发现间期内有一个DNA合成期（S期），P只在这时才掺入到DNA；S期和分裂期（M期）之间有一个间隙无P掺入，称为G2期，在M期和S期之间有另一个间隙称为G1期，G1期也不能合成DNA。首先证明间期是细胞周期中极为重要的一个阶段，发生着许多与细胞分裂有关的特殊生化事件。这一发现被以后学者们用H—胸腺嘧啶核苷进行的类似研究所证实。细胞分裂间期是动物体细胞有丝分裂过程中的一个重要阶段，这是一个新的细胞周期的开始，这个时期为细胞分裂准备了条件，细胞内部正在发生很复杂的变化。近年来，利用放射性同位素标记自显影技术证明，间期细胞的最大特点是完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成。因此，间期是整个细胞有丝分裂周期中极为关键的准备阶段。细胞分裂间期分为三阶段。细胞从上一次分裂结束后到下一次分裂开始的一段时间成为分裂间期。分裂间期以细胞内部DNA合成为依据，又可分为：G1期－DNA合成前期：该期是从上一次细胞周期完成后开始的，刚形成的两个子细胞，其体积较原有的细胞小。该期特点是物质代谢活跃，迅速合成RNA和蛋白质，细胞体积显著增大。这一期的主要意义在于为下阶段S期的DNA复制作好物质和能量的准备。细胞进入G1期后，并不是毫无例外地都进入下一期继续增殖，在此时可能会出现三种不同前景的细胞：①增殖细胞：这种细胞能及时从G1期进入S期，并保持旺盛的分裂能力。例如消化道上皮细胞及骨髓细胞等。②暂不增殖细胞或休止细胞：这类细胞进入G1期后不立即转入S期，在需要时，如损伤、手术等，才进入S期继续增殖。例如肝细胞及肾小管上皮细胞等。③不增殖细胞：此种细胞进入G1期后，失去分裂能力，终身处于G1期，最后通过分化、衰老直至死亡。例如高度分化的神经细胞、肌细胞及成熟的红细胞等。S期－DNA合成期：S期主要特征是复制DNA，使DNA含量增加一倍，保证将来分裂时两个子细胞的DNA含量不变。从G1期进入S期是细胞周期的关键时刻，只要DNA的复制一开始，细胞增殖活动就会进行下去，直到分裂成两个子细胞为止。该时期，如果受到某些因素干扰，会影响到DNA的复制，而引起细胞的变异或分裂异常终止。G2期－DNA合成后期：此期主要为分裂期做准备。这一期DNA合成终止，但合成少量RNA和蛋白质，可能与构成纺锤体的微管蛋白有关。G0期：暂时离开细胞周期，停止细胞分裂，去执行一定生物学功能的细胞所处的时期，如肝细胞、肾小管上皮细胞、心肌细胞、甲状腺滤泡上皮细胞。在某种刺激下，这些细胞重新进入细胞周期。如肝部分切除术后，剩余的肝细胞迅速分裂。细胞周期示意图
02
细胞周期的影响因素
已发现很多体内因素可以激发或抑制细胞的增殖，例如多种激素、血清生长因子、多胺、蛋白水解酶、神经氨酶、cAMP、cGMP以及甘油二脂（DG）、三磷酸肌醇和Ca信使系统等等。两种常见的第二信使
1.第二信使（cAMP和cGMP）细胞内cAMP浓度增加对细胞增殖有抑制作用，凡能使细胞内cAMP增高的因素都能抑制细胞的增殖，降低细胞生长速度；反之，凡能使细胞内cAMP含量下降的因素都能促进DNA的合成与细胞的增殖。细胞周期的各期中的cAMP含量也不相同。在中国仓鼠卵巢细胞株中，M期cAMP含量最低，M期后cAMP的水平增高三倍，从G1早期至G1晚期，cAMP水平降低到中等水平，直至S期仍维持低的水平。调控细胞周期中的许多生化事件是按一定顺序，有条不紊地进行着，这和基因按一定顺序表达密切相关。如提高细胞cGMP水平，就可促进细胞的有丝分裂，反过来，促进有丝分裂的药物也能增加cGMP的浓度。细胞周期也受机体调节系统的影响，例如。肝再生就是由调节系统的作用加速肝细胞增殖。但是肿瘤细胞，由于宿主失去对它的调控，因而恶性增殖。在肿瘤治疗中可应用细胞周期的原理，如G0期细胞对化疗不敏感，往往成为日后癌症复发的根源，因而可通过调控机理的研究，诱发G0期癌细胞进入细胞周期，再合理用抗癌药物加以杀灭，是防止癌转移和扩散的重要调控措施，也是细胞动力学中有理论意义和实践意义的研究问题。2.生长因子单细胞生物的增值取决于营养是否足够，多细胞生物细胞的增值取决于机体是否需要。这种需要是通过细胞通信来实现的。生长因子是一大类与细胞增殖有关的信号物质，目前发现的生长因子多达几十种，多数有促进细胞增殖的功能，故又称有丝分裂原，如表皮生长因子（EGF）、神经生长因子（NGF），少数具有抑制作用如抑素，肿瘤坏死因子（TNF），个别如转化生长因子β具有双重调节作用，能促进一类细胞的增值，而抑制另一类细胞。生长因子不由特定腺体产生，主要通过旁分泌作用于邻近细胞。总之，目前所了解的细胞增殖调控的分子基础还少，尚待进一步探索。03细胞分裂检验点
细胞要分裂，必须正确复制DNA和达到一定的体积，在获得足够物质支持分裂以前，细胞不可能进行分裂。细胞周期的运行，是在一系列称为检验点（checkpoint）的严格检控下进行的，当DNA发生损伤，复制不完全或纺锤体形成不正常，周期将被阻断。细胞周期检验点由感受异常事件的感受器、信号传导通路和效应器构成，主要检验点包括：G1/S检验点，S期检验点：DNA复制是否完成？G2/M检验点：是决定细胞一分为二的控制点，相关的事件包括：DNA是否损伤？中-后期检验点（纺锤体组装检验点）：任何一个着丝点没有正确连接到纺锤体上，都会抑制后期促进复合物（APC）的活性，引起细胞周期中断。细胞周期检验点示意图
04典型试题解析
试题1：（年）下列关于高等动植物连续分裂细胞的细胞周期的叙述，正确的是（C）A．用蛋白质合成抑制剂处理G1期细胞，不影响其进入S期B．S期细胞的染色体数目已增加一倍C．G2期细胞的核DNA含量已增加一倍D．用秋水仙素处理细胞群体，M期细胞的比例会减少试题2：（年）某哺乳动物体细胞在培养中能够分裂，在培养过程中将适量的3H-TdR（3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷）和某促进细胞分裂的药物加入到培养液中，培养一段时间，可观察和测量到（C）A．G1期变短，该期有大量3H-TdR进入细胞核B．S期变长，该期有DNA复制和核糖体的增生C．G2期变短，该期细胞核中有组蛋白D．M期相对较短，该期细胞的核膜始终完整试题3：（年）下列有关细胞周期和细胞分裂的叙述，正确的是（C）A．不同生物的细胞大小和数目不同，但细胞周期长短相同B．同一生物各种组织的细胞周期长短相同，但G1、S、G2和M期长短不同C．若在G2期加入DNA合成抑制剂，则有丝分裂前期每个染色体仍含有2条染色单体，子细胞染色体数目与母细胞的相同D．减数分裂前期I同源染色体配对，每个染色体含有4条染色单体，子细胞染色体数目为母细胞的一半试题4：（年浙江高考题）为了探究某物质（X）的作用，研究者提出了以下实验思路：（1）实验分组：甲组：培养液+Y细胞+-TdR（标记的胸腺嘧啶脱氧核苷）+生理盐水乙组：培养液+Y细胞+-TdR+X（生理盐水配制）每组设置若干个重复样品。（2）分别测定两组的CRD（细胞内的放射性强度），求每组的平均值。（3）将各样品在适宜条件下培养合适时间后，测定其CRD，求每组平均值并进行统计分析。（要求与说明，答题时用X、CRD、3H-TdR表示相关名词；Y细胞是能增殖的高等动物体细胞）请回答：（1）实验目的：。（2）预测实验结果及结论：。（3）实验中采用3H-TdR的原因：。答案：（1）探究X对Y细胞增殖（DNA合成）的影响。（2）如果乙组CRD明显高于甲组，说明X对Y细胞增殖（DNA合成）有促进作用。如果乙组CRD与甲组基本相同，说明X对Y细胞增殖（DNA合成）无影响。如果乙组CRD明显低于甲组，说明X对Y细胞增殖（DNA合成）有抑制作用。（3）3H—TdR是DNA合成的原料之一，可根据CRD变化来判断细胞增殖（DNA合成）情况。拓展：观察植物细胞的有丝分裂实验
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王甫荣
