細胞周期

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細胞周期(英語:cell cycle),是指能(néng)持續分(fēn)裂的真核細胞從一次有(yǒu)絲分(fēn)裂結束後生長(cháng),再到下一次分(fēn)裂結束的循環過程(準确來說隻要有(yǒu)DNA複制,不管是不是有(yǒu)沒有(yǒu)有(yǒu)絲分(fēn)裂它都有(yǒu)細胞周期。生殖細胞無細胞周期。)。細胞周期的長(cháng)短反映了細胞所處狀态,這是一個細胞物(wù)質(zhì)積累與細胞分(fēn)裂的循環過程。癌變的細胞以及特定階段的胚胎細胞常常有(yǒu)異常的分(fēn)裂周期。

細胞周期(圖1)

細胞生命周期

細胞周期的劃分(fēn)

細胞周期的劃分(fēn):G1期→S期→G2期→M期,以及G0期。

G1期:進行細胞生長(cháng),S 期:進行DNA複制,使DNA成為(wèi)相同的兩份,G2期:制造蛋白質(zhì),準備細胞分(fēn)裂的所需物(wù)質(zhì),M期:有(yǒu)絲分(fēn)裂;為(wèi)進行核裂(染色體(tǐ)分(fēn)離)和質(zhì)裂(細胞質(zhì)分(fēn)裂)的階段。

當細胞處于G0期時 就會停止細胞一切的複制分(fēn)裂過程

總的看來,細胞周期通常可(kě)劃分(fēn)為(wèi)分(fēn)裂間期(I期)和分(fēn)裂期(M期),分(fēn)裂間期是物(wù)質(zhì)準備和積累階段,分(fēn)裂期則是細胞增殖的實施過程。整個周期表示為(wèi) I期→M期。

細胞周期(圖2)

其中(zhōng)分(fēn)裂間期(I期)又(yòu)常常可(kě)以劃分(fēn)為(wèi)DNA合成前期(G1,gap 1),DNA合成期(S, synthesis)和DNA合成後期(G2, gap2)。在此期間的任務(wù)主要是完成染色質(zhì)中(zhōng)的DNA複制和相關蛋白質(zhì)的合成。将I期細分(fēn)之後,整個細胞周期可(kě)以表示為(wèi):G1期→S期→G2期→M期。

細胞進入G1期可(kě)能(néng)出現三種情況,其中(zhōng)暫不繼續增殖,如骨髓幹細胞和處于不利狀态下的癌細胞,但在某些刺激下,這些細胞又(yòu)可(kě)以繼續生長(cháng)分(fēn)裂,因此有(yǒu)人把這種非增殖狀态的G1期細胞稱為(wèi)G0期細胞。以區(qū)别處于增殖狀态的G1期細胞。

而分(fēn)裂期通常分(fēn)作(zuò)分(fēn)裂前期(Prophase)、前中(zhōng)期(Prometaphase)、中(zhōng)期(Metaphase)、後期(Anaphase)和末期(Telophase)5個階段,在此期間進行細胞物(wù)質(zhì)的平均分(fēn)配并形成兩個新(xīn)的細胞。

狀态 階段 縮寫 描述
休息 G0期 G0 細胞離開周期并停止分(fēn)裂的階段。
間期 G1期 G1 G1期的細胞生長(cháng). G1檢查點控制機制确保一切準備好進行DNA合成。
合成 S DNA複制發生在這個階段。
G2期 G2 在DNA合成和有(yǒu)絲分(fēn)裂之間的差距期間,細胞将繼續增長(cháng)。 G2檢查點控制機制确保一切準備好進入M(有(yǒu)絲分(fēn)裂)階段并分(fēn)裂。
細胞分(fēn)裂 有(yǒu)絲分(fēn)裂 M 細胞生長(cháng)停止在這個階段,細胞能(néng)量集中(zhōng)在有(yǒu)序地分(fēn)裂成兩個子細胞。有(yǒu)絲分(fēn)裂中(zhōng)期的檢查點(Metaphase Checkpoint)确保細胞可(kě)以完成細胞分(fēn)裂

細胞分(fēn)裂後,每個子細胞開始新(xīn)周期的間期。 雖然間期的各個階段通常在形态學(xué)上不可(kě)區(qū)分(fēn),但細胞周期的每個階段都有(yǒu)一組不同的特化生物(wù)化學(xué)過程,為(wèi)細胞分(fēn)裂的起始做準備。

真核細胞周期的調控

細胞周期(圖3)

保羅·納斯

細胞周期(圖4)

蒂姆·亨特

利蘭·哈特韋爾,保羅·納斯和蒂姆·亨特共享2001年度的諾貝爾生理(lǐ)暨醫(yī)學(xué)獎,以表彰他(tā)們多(duō)年的研究發現細胞周期的關鍵因子與調控機制。

細胞周期的進行是由不同的周期素(Cyclin)所調控。周期素意味着這些蛋白質(zhì)的表現量會随着細胞周期的進行而有(yǒu)所變化,進而确認周期素原來是扮演細胞周期調控的角色。依照目前的認知,就如同細胞周期G1期→S期→G2期→M期的進行,在G1期大量表現的周期素D(cyclin D)漸漸的由周期素E(cyclin E)取代,而之後的變化則是E→A→B。

細胞周期蛋白和CDK的作(zuò)用(yòng)

兩類關鍵調控分(fēn)子,周期素(Cyclin)和細胞周期蛋白依賴性激酶(CDKs)決定細胞在細胞周期中(zhōng)的進展[1]。2001年諾貝爾生理(lǐ)暨醫(yī)學(xué)獎頒給利蘭·哈特韋爾(Leland H. Hartwell)、蒂姆·亨特(R. Timothy (Tim) Hunt)、和保羅·納斯(Paul M. Nurse)等三人,以表彰他(tā)們多(duō)年的研究發現細胞周期的關鍵因子與調控機制,促進世人對細胞周期的了解,進而開啓癌症的生成與不正常細胞周期調控的研究方向[2]。許多(duō)編碼細胞周期蛋白和CDK的基因被都是保守在所有(yǒu)真核生物(wù)中(zhōng),但通常更複雜的生物(wù)體(tǐ)具(jù)有(yǒu)更精(jīng)細的細胞周期控制系統,其包含更多(duō)的個别組件。 許多(duō)相關基因首先通過研究酵母,尤其是釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)來鑒定[3]; 酵母中(zhōng)的遺傳命名(míng)法将許多(duō)這些基因cdc(即“細胞分(fēn)裂周期(For "cell division cycle")”)跟随着一個鑒定數字,cdc25或cdc20。

細胞周期檢查點

細胞周期檢查點被細胞用(yòng)來監測和調節細胞周期的進展[4]。

而除了周期素決定細胞何時進入下一個周期以外,細胞周期檢查點則是扮演監督的角色,隻要細胞尚未做好預備複制—分(fēn)裂的話,檢查點就會活化,一方面停滞周期蛋白的功能(néng),另一方面則可(kě)以争取更多(duō)準備的時間。

無論是周期素或檢查點功能(néng)發生異常,那細胞往往在M期時無法順利進行分(fēn)裂過程而走向細胞凋亡,隻有(yǒu)極少數的細胞可(kě)以逃過這個劫難,最後演化成癌細胞

在腫瘤形成中(zhōng)的角色

細胞周期成分(fēn)的失調可(kě)能(néng)導緻腫瘤形成[5]。 如上所述,當細胞周期抑制因子RB,p53等突變時,它們可(kě)能(néng)導緻細胞失控增殖,形成腫瘤。

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