一、细胞周期概念

细胞周期，也称细胞生活周期或细胞繁殖周期，是指细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的一个有序过程，结果是由1个细胞分裂形成2个子代细胞。其间原细胞的遗传物质和其他内含物分配给2个子细胞。

二、细胞周期的时相组成

（一）标准细胞周期的4个时相及其事件

细胞周期可以分为间期和分裂期。间期的细胞体积增大，细胞旺盛生长。分裂期表现为细胞核物质先分裂，然后胞质分裂。
间期又细分为Gl期、S期和G2期，分裂期称作M期。

细胞周期的时相发生顺序为：G1→S→G2→M→Gl。

在每个细胞周期时相中，细胞内部发生了特征的变化。

1.G1期

此时相的细胞内部，与DNA生物合成的启动以及细胞生长相关的其他生物合成在进行。如蛋白质、RNA、碳水化合物、脂等的生物合成。另外，间期细胞核内的染色质开始去凝集，退行性地由高度折叠状态变为去折叠状态，暴露DNA双螺旋链。300nm袢环→30nm染色质纤维→核小体串珠结构→游离的dsDNA。

Gl期中物质代谢活跃，有大量RNA和蛋白质合成，细胞质量及体积都比上一次分裂结束时增加一倍。G1期还发生蛋白质磷酸化，细胞膜转运功能增强等变化。

(1)RNA和蛋白质合成Gl期RNA的含量增加很快，同时RNA聚合酶活性也迅速提高，催化rRNA、mRNA和tRNA生成。如果用抑制RNA合成的药物放线菌素D作用于GI期的细胞，可阻断细胞从G1期进入S期，可见Gl期合成RNA是细胞进入S期的必要条件。

RNA含量的增长导致蛋白质合成的增加。一些重要蛋白质的合成对于GI期细胞进入S期是必需的，如钙调素、非组蛋白及与DNA复制起始和延续有关的酶等。蛋白质合成抑制剂如嘌呤霉素可抑制Gl期细胞进入S期。此外，在G1期中产生了一类具有组织特异性的蛋白质性的物质，称为抑素，也能使细胞停留在G1期，对调节细胞周期进程也有重要作用。

(2)蛋白质磷酸化在Gl期中发生多种蛋白质的磷酸化。如组蛋白磷酸化，可使染色质的结构在Gl晚期发生改变，有利于S期DNA合成。非组蛋白、一些蛋白激酶的磷酸化也增加。

(3)细胞膜转运功能增强细胞膜通透性改变，磷酸盐、氨基酸、葡萄糖、核苷酸、钾离子等物质入膜运输增加。这些变化为Gl期大量的物质合成提供了原料。

细胞周期中两个间隙期不仅使细胞有足够的时间生长，也使细胞有时间监测内外环境是否合适，从而确保细胞周期进程进入下一个阶段。例如环境中营养不足，细胞就延迟通过Gl期并可能进入一种特殊的休眠状态，此时蛋白质合成率极度下降，通常只有增殖细胞的20%，称为GO期。在细胞重新开始增殖之前，此状态可以保持几天、几星期甚至几年。事实上，许多细胞永远保持在GO期直到细胞或机体死亡。若各方面条件合适并有生长和分裂的信号，Gl期或GO期的细胞会通过Gl晚期阶段的一个特定时期，从而进入S期，这个特定时期在酵母细胞中称为起始点，在哺乳动物细胞中称为限制点。通过这个点后，即使刺激细胞生长和分裂的细胞外信号被除去，细胞仍然会开始DNA复制。但与G1期细胞相比，GO期细胞进入S期需要较长时间进行物质代谢的动员和营养补给，如3T3细胞从GO期到S期至少需要12h，而从Gl期到S期仅需6h.

2.S期
DNA开始复制并大部分完成复制。细胞内进行大量的组蛋白合成。新合成的组蛋白包括H1、H2A、H2B、H3和H4。DNA复制与组蛋白合成同步，同时，协调地进行核小体串珠结构的建成。

S期的主要特征是DNA复制，此外也合成组蛋白和非组蛋白，最后形成两份子细胞染色质。细胞增殖的主要物质基础是细胞质和遗传物质的成倍增加，前者的合成贯穿于整个细胞周期，后者的复制仅局限在S期。DNA复制有严格的时间顺序，通常GC含量较高的DNA在S期早期复制，AT含量较高的DNA在S期晚期复制。异染色质比常染色质复制的晚，如女性失活的那条X染色体最后复制。

S期是组蛋白合成的主要时期，进入S期后，组蛋白mRNA水平可增加50倍。在细胞质内合成的组蛋白能迅速地通过核孔进入细胞核，与那里的DNA组装成核小体。组蛋白的合成是与DNA复制同步进行的。实验表明，如果用抑制剂抑制蛋白质合成，则几秒钟后DNA合成就停止。反之，如果抑制DNA合成，组蛋白的合成也会立即终止，但非组蛋白的合成却不受影响。可见，DNA和组蛋白在染色质复制过程中相互制约，相互联动，以保证新合成的组蛋白在数量上适应DNA复制的需要。S期中组蛋白合成后还经磷酸化、乙酰化、甲基化等修饰。组蛋白的磷酸化与染色质的凝集有关，组蛋白的乙酰化有利于基因转录。

在S期还不断合成与DNA复制有关的酶，如DNA聚合酶,DNA连接酶等。随着细胞由Gl期进入S期，这些酶的含量或活性显著提高。
新中心粒也在S期开始形成。细胞中原先的一对中心粒在G1期时稍分开一段距离，进入S期后在每个老的中心粒旁边分别开始形成一个新的中心粒，完成中心体的复制。

3.G2期

G2期是从DNA合成结束到分裂期开始前的阶段，主要合成一些与M期结构和功能相关的RNA和蛋白质，此时细胞核内DNA的含量已经比G1期增加一倍。

此时，DNA复制趋于完成。合成一定数量的蛋白质和RNA分子。这一时期主要为细胞分裂做准备，如微管蛋白合成开始于S期，在G2期达到高峰，为M期有丝分裂装置的形成提供了丰富的来源。

4.M期

M期是指细胞分裂期，出现在有丝分裂或减数分裂中。在M期，即核分裂结束前或结束后，遗传物质和细胞内其他物质，如胞质、细胞器等，随着胞质分裂的进行，相继分配给2个子细胞。

在有丝分裂中，母细胞一般分裂形成2个相同的子细胞，子细胞内的遗传物质一般与母细胞相同，但细胞质基质和细胞器种类数量的分配不一定均等。而在减数分裂中，母细胞一般分裂形成4个形态结构相同或形态结构不对等的子细胞，但在子细胞内的遗传物质都是母细胞的一半。

在有丝分裂期间，染色质凝集成染色体，转录活性降低，细胞质内的多聚核糖体也大部分解体了。除非组蛋白外，蛋白质合成显著下降。RNA的合成则完全停止。

(二）依细胞周期而分的细胞类型

1.Gl期细胞

大多数周期中细胞转变为其他细胞类型，如GO期细胞、终末分化细胞，是在Gl期发生的，为了对比方便，往往把周期中细胞称作G1期细胞，也称连续增殖细胞。

多细胞生物在生长发育旺盛的阶段，GI期细胞比例比较高，随着机体的成熟、衰老，Gl期细胞的比例越来越少。如在成人机体内，肌肉组织细胞的G1期细胞比例远比皮肤组织细胞的低，因为肌肉细胞的平均寿命据称有40年，而皮肤细胞一般寿命是7-10d。
Gl期细胞始终保持旺盛的增殖活性，连续进行增殖。这类细胞分化程度低，能量代谢和物质代谢水平高，对外界信号极为敏感。它们不断地补充那些分化、衰老、死亡的细胞，保持组织的更新，维持机体代谢平衡，如上皮基底细胞、胚胎细胞、体外培养的对数生长期细胞和恶性肿瘤细胞就属于此类细胞。

2.GO期细胞由于多细胞个体发育的需要，有些细胞暂时脱离细胞周期，停止细胞分裂，执行一定的生物学功能，此时的细胞称GO期细胞，或称静息期细胞、暂不增殖细胞。

GO期细胞的代谢活性下降，但是这类细胞并没有丧失增殖的能力，在适宜的条件下能够被激活成为增殖状态，如肝、肾、胰等脏器的实质细胞均属此种类型，这些细胞往往属于组织细胞中的单能干细胞、多能干细胞。

结缔组织中的成纤维细胞，正常情况下不进行分裂，一旦所在的组织部位受到损伤，便会马上返回细胞周期，分裂产生大量的成纤维细胞，分布于受伤部位，促进伤口愈合。骨髓里面有许多造血干细胞，它们的分裂速度并不是恒定不变的，如献血者在献血后，会加速造血过程，促进血液细胞的分化和增殖。

例外的是，人类卵母细胞在5个月胚胎期时全部通过了减数分裂前期I的粗线期，但直到性成熟排卵之前仍停留在减数分裂前期工的双线期。意味着卵母细胞长时间静止于此阶段，也可以认为属于GO期细胞。

3．终末分化细胞

在多细胞机体，一般认为绝大多数细胞属于终末分化细胞，即从Gl期分化形成执行特定生物学功能、具有特定形态特征的组织细胞类型之一。终末分化细胞也称不再增殖细胞。

不再增殖细胞丧失增殖能力，始终停留在GI期状态，结构和功能发生高度分化，直至衰老死亡。如哺乳动物的红细胞、角化上皮细胞、肌细胞和神经细胞等。绝大多数肌肉细胞、神经细胞等许多组织细胞，在分裂形成以后，分化程度非常高，不能再进入细胞周期进行增殖，其命运是生长、衰老和凋亡或坏死，不再表现增殖、分化的生命属性。