中心体

中心体是紧靠细胞核的小体积细胞器,由中心粒和中心粒外周基质(PCM)组成。中心体的蛋白质组成、形态、大小和位置随细胞周期不断发生变化。中心体复制过程与细胞核内其他事件相耦合,并与DNA复制一样,以半保留方式复制。

中心体是细胞中一种重要的无膜结构的细胞器，存在于动物及低等植物细胞中。每个中心体主要含有两个中心粒。它是细胞分裂时内部活动的中心。高中《生物》对“中心体和中心粒”是这样描述的：“动物细胞和低等植物细胞中都有中心体。它总是位于细胞核附近的细胞质中，接近于细胞的中心，因此叫中心体。在电子显微镜下可以看到，每个中心体含有两个中心粒，这两个中心粒相互垂直排列。中心体与细胞的有丝分裂有关。”

中心体的基本结构、功能在超微结构水平，典型的真核细胞中心体由一对中心粒组成。中心粒周围为云状电子致密物，称为中心粒周围物质（PericentriolesMaterial，PCM），中心粒周围物质围绕2个中心粒。中心粒由9组三联体微管组成，形成一桶状结构。中心粒的直径为0.16～0.23μm，长度变动于0.16～0.56μm之间，成对相互垂直排列。微管长度约为0.4μm，由微管蛋白组成，包括α/β/γ/δ/ε微管蛋白、中心体蛋白centrin和tektin丝状体以及与它们相连的结构蛋白。中心粒周围物质组成纤维状网络结构，这种纤维状网络结构被称为中心体矩阵，中心体矩阵连接各种蛋白。包括聚集微管的γ微管蛋白复合物。中心粒周围物质围绕着中心粒组成中心体微管组织中心（MicrotubuleOrganizingCenter，MTOC）。中心粒不直接参与细胞质微管的形成。在哺乳动物细胞，中心体是主要的微管组织中心。中心体在间期细胞中调节微管的数量、稳定性、极性和空间分布。在有丝分裂中，中心体建立两极纺锤体，确保细胞分裂过程的对称性和双极性，而这一功能对染色体的精确分离是必需的。在维持整个细胞的极性、为细胞器的定向运输提供建筑框、参与细胞的成型和运动上，中心体和微管都起着主要作用。

中心体蛋白可分为三类：第一类是中心体长驻蛋白，如α/β/γ/δ/ε微管蛋白，中心体蛋白centrin，中心粒周围蛋白（pericentrin）等；第二类是中心体乘客蛋白，既只在M期才定位中心体，如POPA，NuMa等：第三类是中心体调蛋白，如CDK2，CyclinB1，CyclinA，等。本文简要介绍几种中心体蛋白。

中心体蛋白（centrin）是分子量为20kD的一个钙结合蛋白家族，主要定位于中心体及其同源结构中，目前已从多种生物克隆到其同源基因。一些研究发现，centrin蛋白在中心体的复制和分离中发挥重要作用，并与微管切除反应有关。在哺乳动物细胞中，centrin的定位具有细胞周期依赖性的特点，推测centrin蛋白参与了有丝分裂过程。目前已鉴别出4种centrin蛋白（centrin1p，2p，3p，4p）。centrin2p和centrin3p普遍表达于哺乳动物细胞中，两种蛋白位于中心粒的远端或原中心粒的芽苞上。研究表明在Hela细胞中，如果centrin2p的表达被干扰RNA灭活，中心粒的复制将被抑制并导致细胞周期连续性的缺损，这表明centrin蛋白在中心体复制中起关键性的作用。Centrin4p是新鉴别出的centrin蛋白，它拥有两个剪接变异体，在中心粒上识别部位与centrin2p和centrin3p不同，其功能是装配基体。但目前对centrin蛋白在哺乳动物细胞中的详细功能仍不十分清楚。中心粒周围蛋白（pericentrin）是中心粒周围物质的组成成分，它参与组织中心体的结构。α和β微管蛋白组成的异二聚体是构成微管的基本单位，若干异二聚体首尾相连形成原纤维，微管由13根原纤维排列而成，在细胞中微管装配成三联体后再形成中心粒。而γ微管蛋白则在近几年才被发现。γ微管蛋白最初发现于一种真菌中，后来在其它真核生物中也检测到这种蛋白的存在并研究了其相应的基因。现有资料表明，γ微管蛋白具有某些α和β微管蛋白的基本特点，例如它出现在所有的真核生物中，是一种非常保守的蛋白质，而且可能也由多基因编码，从而构成自己的蛋白家族。许多研究结果表明，γ微管蛋白是微管组织中心的组成成分，连接微管和中心体。尽管它在细胞中含量很少，但对微管的装配、微管的取向等起着很重要的调节作用。因而可以说，γ微管蛋白直接参于一切与微管有关的细胞活动，如细胞的分裂、细胞形态的维持、细胞的运动等等，是细胞内的一个重要的蛋白质。

中心体是动物细胞和低等植物细胞的细胞器。通常它不存在于高等植物的体细胞内，但是，却出现于苔类、蕨类、苏铁等具有产生鞭毛或纤毛的精子的精细胞内。即使是低等生物也有这样的例子，如在变形虫样细胞里没有中心体，但是在它向鞭毛细胞移动的期间，却同样会出现中心体。用光学显微镜可以看到在中心体的中央有两个小的染色很深的中心粒（在光学显微镜分辨力的限度内）和包围着中心粒的明亮的在光学上为均质的中心球，在周围有呈放射状发育的称为星体的丝状结构。但是，中心球和星丝的发育程度是因细胞的种类和时期而异。

过去根据光学显微镜的观察对中心体所下的定义并不明确，现在由于电子显微镜的发展，明确了其实质是中心粒。中心体（严格地讲是中心粒）成为鞭毛或纤毛的基底小体和毛基体（kinetosome）的原基。另外，在分裂的细胞中，中心体在分裂期先行分裂，然后把位置移到纺锤体的两极，在那里星体明显地发育起来。含有星体的中心体与纺锤体是共同构成有丝分裂器的主要成分，但是，在高等植物细胞中，即使没有中心体也可以进行细胞分裂。

中心体的位置

中心体一般位于细胞核旁，高尔基区中央。在细胞分裂前，中心体完成自身复制成两个，然后分别向细胞两极移动；到中期时，两个中心体分别移到细胞两极；到细胞分裂后期、末期，随细胞的分裂分配到两个子细胞中。而且，绝大多数动物细胞的中心是细胞核区，而中心体只是位于细胞核一侧的高尔基区的中央。因此，以“位于……接近于细胞的中心”而命名“中心体”不尽科学，只能说：“中心体通常位于细胞核一侧的细胞质中”。中心体的组成及其可视度1、发现及组成早在19世纪Von Beneden(1876)观察细胞有丝分裂过程中发现中心粒(centrioles)。在光学显微镜下可以看到中心粒成对存在。中心粒在细胞分裂时，周围出现一个比较明亮的区域称中心粒团。在中心粒团的外面还有一圈染色较深的区域，合起来称为中心球（centrosphere）。成对的中心粒及其所附属的中心球统称中心体(centrosome)。2、可视度在电子显微镜下可以看到中心粒的超微结构。中心粒为成对的圆筒状小体，长度大约为0.3-0.5微米，直径为0.15-0.20 微米。每个中心粒由27条很短的微管组成。在横切面上，可以看到中心粒圆筒状的壁是由9组三联体微管盘绕成环状结构。尽管普通光学显微镜的分辨率为0.2微米，但已可以看到成对的中心粒的存在了。因此，在普通光学显微镜下可以看到、每个中心体主要含有两个中心粒。而在电子显微镜下已经可以看到中心粒的三联体组成等更细微的结构了。中心粒与细胞分裂在细胞分裂前期，成对的中心粒进行自身复制成两对，然后向细胞两极移动，当中有凝胶化的纺缍[duǒ]丝相连。到中期时，成对的中心粒（中心体）移到细胞两极，当中的纺缍丝形成纺缍体。到了分裂后期、末期，纺缍丝、纺缍体逐渐不鲜明，已在细胞两极的中心体也随细胞的分裂分配到两个子细胞中。中心体在细胞分裂时期，中心粒在结构上也发生一定的变化。首先是在中心粒的周围生长出一些圆形小体，每个圆形小体有一个短杆与中心粒上的每个三联体微管相联。因此，实际上每个中心粒上是相联九对圆形纺缍丝、纺缍丝以中心粒向四周放射，这种放射的纺缍丝——星射线就构成中心粒四周的星体。中心体之间的纺缍丝(星射线)牵引着染色体，导致了染色体的移动，故称为染色体丝。因此，中心粒（中心体）参加细胞分裂的活动，是细胞分裂时内部运动的中心。即，中心粒与细胞分裂有关，而不仅仅“与细胞的有丝分裂有关”。只是，中心体在有丝分裂过程中发现，在有丝分裂过程中研究得较多而已。综上所述，对于“中心体和中心粒”应如此描述：“动物细胞和低等植物细胞中都有中心体，它通常位于细胞核一侧的细胞质中。在光学显微镜下可以看到，每个中心体主要含有两个中心粒，这两个中心粒互相垂直排列，中心体与细胞分裂有关”。中心体复制中心体复制的触发中心体为半保留复制。在每个细胞周期中，中心体复制一次。在有丝分裂末期，每个子代细胞继承一个中心体，而在下次有丝分裂开始之前，它又包含有2个中心体。在分裂间期，中心体精确的复制周期为有丝分裂做前期准备，这一过程被称之为中心体复制。在高等动物细胞中，中心体复制由4个阶段组成：（1）中心粒分裂；（2）中心粒复制；（3）中心体分裂；（4）子代中心体分离。

在电子显微镜下可以看到中心粒的超微结构。中心粒为成对的圆筒状小体，长度大约为0.3—0.5微米，直径为0.15—0.20 微米。中心体之所以被称为中心体是因为其在细胞分裂时分别位于两个正分裂细胞的中心，所以称之为中心体。

在细胞分裂期前，成对的中心粒进行自身复制成两对，然后向细胞两极移动，当中有凝胶化的纺锤丝相连。到中期时，成对的中心粒（中心体）移到细胞两极，当中的纺锤丝形成纺锤体。到了分裂后期、末期，纺锤丝、纺锤体逐渐不鲜明，已在细胞两极的中心体也随细胞的分裂分配到两个子细胞中。

G1晚期

中心粒分裂出现在G1晚期，是中心体复制开始的征兆。中心粒复制始于S早期，或者始于S期二个相互垂直的中心粒轻微分裂之时。原中心粒在S期和G2期延长，在有丝分裂期生长成熟。随着中心体在G2期分裂，中心体复制完成，半保留复制的中心粒进入子代中心体。子代中心体的分裂与Nek2的活性有关，Nek2是细胞循环调节激酶，有助于细胞进入有丝分裂。中心体分裂与G2期/分裂前期EF-hand蛋白（EF-handproteincentrin）磷酸化有关。子代中心体通过主要由微管组成的马达（microˉtubule-basedmotorprotein）蛋白的活动而分离。G1-S期在G1-S期限制点，cyclinE-CDK2（细胞周期依赖激酶2，cyclin-dependentkinase2）被核酸磷酸酶磷酸化，为中心体复制签发了通行证。CDK2复合物包括Rb肿瘤抑制基因，Rb肿瘤抑制基因编码Rb蛋白，Rb蛋白磷酸化后，即失去抑制E2F的作用，E2F游离出来，这些转录因子进入细胞核并激活S期中与中心体复制和DNA复制有关的基因。中心体复制由CaMKⅡ（钙调蛋白依赖激酶Ⅱ，calmodulin-dependentkinaseII）触发，细胞内自由钙离子浓度增加使CaMKⅡ激活，CaMKⅡ激活触发中心体复制的开始。在S期中心体复制依靠cyclinACDK2复合物。中心体周期与细胞周期的协调由Mps1p在多水平控制，而Mps1p由CDK2控制。G0期细胞周期和中心体复制的关系G0期：G0期不支持中心体复制。只要细胞处于细胞周期的静止期，中心体就不会复制。G1期在G1期无论中心体复制是否始于G1期，当细胞通过限制点后，细胞已经开始着手准备分裂。大量研究结果表明，中心体复制始于G1晚期或S早期，尽管在此之前已经观察到原中心粒的形成。反之当细胞周期在G1期被含羞草碱抑制后，虽然可以观察到γ微管蛋白的免疫反应点，但中心体并不会进行复制虽然原中心粒形成与S期的起始有一些相关性，但这并不是普遍现象。如L929细胞培养中，在DNA合成开始前4h已经形成原中心粒。总之，大量研究表明G1期是中心体复制的起始，如子代中心粒的装配，复制中心体的分裂/分离。但是为什么一些细胞中心粒的复制始于G1期，而另一些细胞中心粒的复制始于S期，其原因仍不清楚，可能与CDK2-E激酶的活性升高有关。S期S期：中心体复制周期完成于S期，包括母代—子代中心粒的分裂、复制和中心体的分裂/分离。在正常条件下，并不会因为中心体复制而导致S期延长。但是有文献报道在受精卵和中国仓鼠体细胞中中心体复制时S期延长，其原因并不清楚。G2期G2期在G2期子代中心体分裂和分离。在G2期中心体也不会连续复制M期M期：中心体在M期不复制。

中心体（centrosome）主要的微管组织中心，位于细胞核一侧。由一对互相垂直排列的中心粒(centri-oles)及其周围一团透明的电子密度高的无定形的中心粒周围物质所组成。周围物质的精确成分至今尚不清楚，微管并非直接从中心粒组装，更直接具有微管组织中心作用的是中心粒周围物质，微管是从这部分物质生长出来的。中心粒是直径0.2微米，长0.4微米的圆筒状小体，筒壁由9组对径向成45度倾斜排列的三联体微管围成。在动物细胞中，中心粒随细胞周期完成其本身的发育周期，G1晚期，两个中心粒稍微分开，于S期，在每个母中心粒旁与其垂直的方向长出一个子中心粒，子中心粒不断延长，在G2期，每个中心体内含有两对中心粒，在有丝分裂早期，中心体分成两部分，各自形成两个中心体，并从其周围发出微管形成星状体，星状体不断向两极移动，形成纺锤体的两极。经过有丝分裂期，每个子细胞的中心体各获得一对中心粒。

中心体是细胞中的一个较小的细胞器。作为主要的微管组织中心（MTOC），在间期细胞及有丝分裂期的细胞中起着重要的作用。当中心体功能障碍时，可能引起染色体的分裂异常，并导致恶性肿瘤的发生。本文简要介绍了中心体的结构、功能，纺锤体装配检测点的调节机制，中心体复制及触发，中心体复制与细胞周期的关系，中心体蛋白，中心体异常以及可能的原因，并对其未来的研究和在临床上的应用进行了展望。

一个世纪以来，中心体这一微小的细胞器对生物学家来说一直是一个迷。中心体虽然很小且不引人注目，但是它却在细胞中起着重要的作用。其中一个重要的功能是构成有丝分裂纺锤体。纺锤体微管和动力微管在细胞分裂时牵引染色体到细胞两极，使每一子代细胞都具有完整的染色体。如果没有中心体，细胞将不可能进行正常分裂。越来越多的研究结果表明，当中心体功能障碍时，有可能引起癌症，至少部分癌症是因为中心体功能障碍导致染色体异常而引起。

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