細胞生物學 09第九章 細胞的增殖和分化 上課 ppt 課件

1、第九章 細胞的增殖與分化細胞通過增殖增加數(shù)量，通過分化增加種類。細胞通過增殖增加數(shù)量，通過分化增加種類。受精卵受精卵 胚胎胚胎 完整機體完整機體200余種、余種、21014個細個細胞，構(gòu)造無比復雜。胞，構(gòu)造無比復雜。 無絲分裂無絲分裂 (amitosis) 有絲分裂有絲分裂 (mitosis) 減數(shù)分裂減數(shù)分裂 (meiosis)第一節(jié) 細胞分裂分裂過程中沒有染色體組裝和紡錘體形成，分裂過程中沒有染色體組裝和紡錘體形成，DNADNA復制后復制后直接分裂，是低等生物（如細菌）增殖的主要方式。直接分裂，是低等生物（如細菌）增殖的主要方式。分裂過程中有紡錘體和染色體的形成。子細胞中遺傳物質(zhì)分裂過程中

2、有紡錘體和染色體的形成。子細胞中遺傳物質(zhì)均等分配。是真核細胞主要的增殖方式。均等分配。是真核細胞主要的增殖方式。有性生殖生物形成生殖細胞時的分裂分式。分裂前，染色有性生殖生物形成生殖細胞時的分裂分式。分裂前，染色體復制一次，細胞連續(xù)分裂兩次，染色體數(shù)目減半。體復制一次，細胞連續(xù)分裂兩次，染色體數(shù)目減半。一、無絲分裂一、無絲分裂 (amitosis)核糖體 DNA細胞壁細胞膜二、有絲分裂二、有絲分裂 (mitosis)G1SG2M間間期期為了便于描述人為劃分為了便于描述人為劃分 M期被細分為六個時期：期被細分為六個時期： 前期前期(prophase)； 前中期前中期(prometaphase)；

3、 中期中期(metaphase)； 后期后期(anaphase)； 末期末期(telophase)； 胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂(cytokinesis): 從后期開始延續(xù)至末期。從后期開始延續(xù)至末期。染色質(zhì)凝集成染色體；每條染色體含染色質(zhì)凝集成染色體；每條染色體含2姐妹染色單姐妹染色單體，以著絲粒相連，至晚前期時外側(cè)形成動粒。體，以著絲粒相連，至晚前期時外側(cè)形成動粒。核仁分散，逐漸消失。核仁分散，逐漸消失。有絲分裂器（紡錘體、星體）形成。有絲分裂器（紡錘體、星體）形成。 1. 前期前期 prophase(一一) 有絲分裂各階段發(fā)生的事件有絲分裂各階段發(fā)生的事件 中心粒在中心粒在S期完成復制，在前期移向

4、細胞兩極，兩個中心期完成復制，在前期移向細胞兩極，兩個中心體之間形成紡錘體微管；體之間形成紡錘體微管； 前期末核膜解體時，中心體已到達兩極，并形成紡錘體。前期末核膜解體時，中心體已到達兩極，并形成紡錘體。 中心體發(fā)出的三種微管結(jié)構(gòu)：中心體發(fā)出的三種微管結(jié)構(gòu)： 極微管（極微管（polar mt） 動粒動粒微管（微管（kinetochore mt） 星體微管（星體微管（astral mt）星體微管星體微管動粒微管動粒微管極微管極微管中心體中心體紡錘體極紡錘體極動粒動粒 有絲分裂器（有絲分裂器（mitotic apparatus）：）： 動態(tài)結(jié)構(gòu)，由微管及微管結(jié)合蛋白組成。動態(tài)結(jié)構(gòu)，由微管及微管結(jié)合

5、蛋白組成。 在中期細胞中包括兩部分：在中期細胞中包括兩部分： 紡錘體（紡錘體（spindle）：極微管）：極微管 + 動粒微管動粒微管 星體（星體（aster）：星體微管）：星體微管2. 前中期前中期 prometaphase始于核膜崩解。始于核膜崩解。紡錘體微管捕獲染色體，染色體兩側(cè)動粒分別結(jié)紡錘體微管捕獲染色體，染色體兩側(cè)動粒分別結(jié)合來自兩側(cè)中心粒的紡錘體微管。合來自兩側(cè)中心粒的紡錘體微管。染色體劇烈運動，挪向細胞中央。染色體劇烈運動，挪向細胞中央。 3. 中期中期 metaphase染色體排列于赤道板（染色體排列于赤道板（metaphase plate）上）上，姐妹，姐妹染色單體染色單體

6、兩側(cè)動粒分別結(jié)合于相反的紡錘體極，受兩側(cè)動粒分別結(jié)合于相反的紡錘體極，受力均等。力均等。4. 后期后期 anaphase姐妹染色單體分開并向兩級遷移。姐妹染色單體分開并向兩級遷移。極微管不斷延長，動粒微管逐漸縮短。極微管不斷延長，動粒微管逐漸縮短。細胞兩端的紡錘體極（中心體）進一步遠離。細胞兩端的紡錘體極（中心體）進一步遠離。5. 末期末期 telophase 子染色體分別到達兩極，動粒微管消失。子染色體分別到達兩極，動粒微管消失。 核膜重建。核膜重建。 染色質(zhì)重新疏松，核仁重現(xiàn)。染色質(zhì)重新疏松，核仁重現(xiàn)。6. 胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂 cytokinesis 始于后期，止于末期。始于后期，止于末期。

7、 若核分裂后不發(fā)生胞質(zhì)分裂，則形成多核細胞。若核分裂后不發(fā)生胞質(zhì)分裂，則形成多核細胞。 動物細胞動物細胞-通過通過胞質(zhì)收縮環(huán)（胞質(zhì)收縮環(huán)（contractile ring）的收縮實現(xiàn)的收縮實現(xiàn)，收縮環(huán)由大量平行排列的肌動蛋白與肌球蛋白等組成。形，收縮環(huán)由大量平行排列的肌動蛋白與肌球蛋白等組成。形成的結(jié)構(gòu)也稱成的結(jié)構(gòu)也稱分裂溝（分裂溝（cleavage furrow）。分裂由外而內(nèi)。分裂由外而內(nèi)。 植物細胞植物細胞 - 在細胞中央產(chǎn)生在細胞中央產(chǎn)生細胞板細胞板，與周圍細胞壁匯合，與周圍細胞壁匯合后將細胞分開。后將細胞分開。分裂由內(nèi)而外。分裂由內(nèi)而外。(二二) 有絲分裂有絲分裂 各階段發(fā)生事件的調(diào)

8、節(jié)機制各階段發(fā)生事件的調(diào)節(jié)機制、染色體的凝集、染色體的凝集 黏合素（黏合素（cohesin）介導染色單體結(jié)合；）介導染色單體結(jié)合； 凝集素（凝集素（condensin）在染色體凝集過程中發(fā)）在染色體凝集過程中發(fā)揮重要作用。揮重要作用。、有絲分裂器的形成與子染色體分離：、有絲分裂器的形成與子染色體分離：（）紡錘體的組裝（）紡錘體的組裝（）紡錘體（）紡錘體“捕獲捕獲”染色體染色體 由微管組裝和動力（馬達）蛋白的共同作用：由微管組裝和動力（馬達）蛋白的共同作用：微管組裝與解聚：微管組裝與解聚： 在（在（+）端發(fā)生聚合和解聚，調(diào)節(jié)紡錘體微管的長度。）端發(fā)生聚合和解聚，調(diào)節(jié)紡錘體微管的長度。微管動力蛋白

9、（馬達蛋白）：微管動力蛋白（馬達蛋白）： 驅(qū)動蛋白（驅(qū)動蛋白（kinesin）向（）向（+）端運動）端運動 動力蛋白（動力蛋白（dynein）向（）端運動）向（）端運動- 調(diào)節(jié)極微管之間的滑動、染色體的運動等。調(diào)節(jié)極微管之間的滑動、染色體的運動等。前期前期 中期中期（）染色體的分離機制（）染色體的分離機制后期后期A： 動粒微管（動粒微管（+）解聚縮短，拉動染色解聚縮短，拉動染色體移向兩級。體移向兩級。 動粒處的馬達蛋動粒處的馬達蛋白幫助促進染色體移白幫助促進染色體移動。動。后期后期+后期后期B B： 極微管（極微管（+ +）端聚合）端聚合延長，極微管上的馬達蛋延長，極微管上的馬達蛋白促使其互相

10、滑動遠離，白促使其互相滑動遠離，推動兩極更加遠離推動兩極更加遠離 ； 同時星體微管馬達蛋同時星體微管馬達蛋白直接拉動兩極更加遠離。白直接拉動兩極更加遠離。+、核膜的崩解與再組裝機制、核膜的崩解與再組裝機制 與核纖層蛋白（與核纖層蛋白（lamin）的磷酸化與去磷酸化修飾）的磷酸化與去磷酸化修飾有關。有關。Lamin 磷酸化磷酸化Lamin 去磷酸化去磷酸化核膜小泡融合核膜小泡融合染色質(zhì)疏松染色質(zhì)疏松、胞質(zhì)分裂機制、胞質(zhì)分裂機制、核分裂先于胞質(zhì)分裂的調(diào)控機制、核分裂先于胞質(zhì)分裂的調(diào)控機制 1）細胞周期調(diào)控系統(tǒng)激活有絲分裂需要的蛋白的同）細胞周期調(diào)控系統(tǒng)激活有絲分裂需要的蛋白的同時，使胞質(zhì)分裂所需要

11、的蛋白失活；時，使胞質(zhì)分裂所需要的蛋白失活； 2）在形成有功能的收縮環(huán)之前不會發(fā)生胞質(zhì)分裂，）在形成有功能的收縮環(huán)之前不會發(fā)生胞質(zhì)分裂，收縮環(huán)的形成需要染色體分至兩極后留下的中央紡收縮環(huán)的形成需要染色體分至兩極后留下的中央紡錘體參與。錘體參與。三、減數(shù)分裂三、減數(shù)分裂 (meiosis) 產(chǎn)生單倍體配子細胞的分裂方式。產(chǎn)生單倍體配子細胞的分裂方式。（一）減數(shù)分裂的一般過程（一）減數(shù)分裂的一般過程 減數(shù)分裂減數(shù)分裂 I 減數(shù)分裂減數(shù)分裂 II同源染色體通過聯(lián)會實現(xiàn)染色體部分片段的交換，同源染色體通過聯(lián)會實現(xiàn)染色體部分片段的交換，然后分開。然后分開。姐妹染色單體分開。姐妹染色單體分開。1、減數(shù)分裂

12、、減數(shù)分裂 I（1）前期）前期 I細線期細線期偶線期偶線期粗線期粗線期雙線期雙線期終變期終變期中期中期 I細線期細線期 leptotene 染色質(zhì)開始凝集，光鏡下呈細線狀，具有念珠狀的染色質(zhì)開始凝集，光鏡下呈細線狀，具有念珠狀的染色粒。染色粒。偶線期偶線期 zygotene 同源染色體配對同源染色體配對 - 聯(lián)會（聯(lián)會（synapsis）。粗線期粗線期 pachytene 始于聯(lián)會完成時，光鏡下已能看清姐妹染色單體。始于聯(lián)會完成時，光鏡下已能看清姐妹染色單體。 同源染色體的非姊妹染色單體間發(fā)生交換同源染色體的非姊妹染色單體間發(fā)生交換。 聯(lián)會復合體聯(lián)會復合體 二價體二價體 四分體四分體 每對同源

13、染色體間通過每對同源染色體間通過聯(lián)會復合體（聯(lián)會復合體（ synaptonemal complex， SC ）結(jié)合，稱為結(jié)合，稱為二價體（二價體（bivalent）；含；含四條姐妹染色單體，稱為四條姐妹染色單體，稱為四分體（四分體（tetrad）。SC 電鏡下為電鏡下為3條縱帶狀結(jié)構(gòu)：兩邊條縱帶狀結(jié)構(gòu)：兩邊側(cè)生組分，側(cè)生組分，中間中間中央組分，中央組分，互相互相以以橫纖維橫纖維相連。相連。 SC上有上有重組小節(jié)重組小節(jié)(recombination nodules)，含有多種酶，非姐妹，含有多種酶，非姐妹染色單體的染色質(zhì)在此處局部結(jié)染色單體的染色質(zhì)在此處局部結(jié)合，發(fā)生合，發(fā)生DNA交換。交換。

14、SC形成于形成于偶線偶線期，成熟于粗線期期，成熟于粗線期，消失于雙線期。，消失于雙線期。聯(lián)會復合體（聯(lián)會復合體（ synaptonemal complex， SC ）雙線期雙線期 diplotene 聯(lián)會復合體消失，同源染色體分離，只有少數(shù)點仍聯(lián)會復合體消失，同源染色體分離，只有少數(shù)點仍連接，稱為連接，稱為交叉（交叉（chiasmata）。 交叉逐漸移向染色體兩端，稱為交叉逐漸移向染色體兩端，稱為端化端化(terminalization)。 雙線期雙線期RNA合成異?；钴S，部分染色體解旋：合成異?；钴S，部分染色體解旋： 如兩棲類、爬行類、鳥類等卵母細胞中，如兩棲類、爬行類、鳥類等卵母細胞中，R

15、NARNA合成活躍，二階體解螺旋而形成合成活躍，二階體解螺旋而形成燈刷染色體燈刷染色體。這一。這一時期是卵黃積累的時期。時期是卵黃積累的時期。 許多動物卵細胞在雙線期停留的時間非常長。許多動物卵細胞在雙線期停留的時間非常長。如人的卵母細胞在五個月胎兒中已達雙線期，而一如人的卵母細胞在五個月胎兒中已達雙線期，而一直到排卵期（直到排卵期（12-5012-50歲）都停在雙線期。歲）都停在雙線期。終變期終變期 diakinesis 染色體再凝集，核仁消失。染色體再凝集，核仁消失。 四分體交叉端化進一步發(fā)展，交叉數(shù)目減少，通四分體交叉端化進一步發(fā)展，交叉數(shù)目減少，通常僅存于端部。常僅存于端部。 紡錘體組

16、裝形成。紡錘體組裝形成。（2）中期）中期 I 核膜消失。核膜消失。 每條同源染色體上的姐妹染色單體的動粒融合在每條同源染色體上的姐妹染色單體的動粒融合在一起，二價體的兩個動粒分別連接于兩極的紡錘一起，二價體的兩個動粒分別連接于兩極的紡錘體微管。體微管。 二價體端部交叉仍結(jié)合在一起。二價體端部交叉仍結(jié)合在一起。（3）后期）后期 I 同源染色體分開，分別向兩極移動。同源染色體分開，分別向兩極移動。 同源染色體隨機分向兩極，染色體上帶重組成分同源染色體隨機分向兩極，染色體上帶重組成分。 姐妹染色單體仍然相連。姐妹染色單體仍然相連。（4）末期）末期 I 染色體到達兩極，多數(shù)仍保持凝集狀態(tài)、或去凝染色體

17、到達兩極，多數(shù)仍保持凝集狀態(tài)、或去凝集程度很低。集程度很低。 少數(shù)細胞發(fā)生去凝集。少數(shù)細胞發(fā)生去凝集。 產(chǎn)生的兩個子細胞只含產(chǎn)生的兩個子細胞只含單倍數(shù)染色體單倍數(shù)染色體，但含，但含二倍二倍數(shù)數(shù)DNA。2、減數(shù)分裂、減數(shù)分裂 II 分為前期分為前期 II、中期、中期 II、后期、后期 II、末期、末期 II ，過程與，過程與有絲分裂相似。有絲分裂相似。 一個精母細胞形成一個精母細胞形成4個精子；一個卵母細胞形成一個精子；一個卵母細胞形成一個卵子及個卵子及2-3個極體。個極體。（二）減數(shù)分裂的特征和意義（二）減數(shù)分裂的特征和意義1、DNA復制一次細胞分裂兩次復制一次細胞分裂兩次 保證人類染色體數(shù)目

18、穩(wěn)定。保證人類染色體數(shù)目穩(wěn)定。 非同源染色體隨機組合，保證物種多樣性。非同源染色體隨機組合，保證物種多樣性。配子種類至少為配子種類至少為 2n 。在人類細胞中在人類細胞中 n = 23有絲分裂有絲分裂減數(shù)分裂減數(shù)分裂分裂細胞分裂細胞體細胞體細胞 及及 生殖細胞生殖細胞生殖細胞生殖細胞分裂次數(shù)分裂次數(shù)一次一次兩次兩次復制次數(shù)復制次數(shù)一次一次一次一次DNADNA含量含量不變不變減半減半分裂過程分裂過程無聯(lián)會、交叉、四無聯(lián)會、交叉、四分體；著絲粒分裂分體；著絲粒分裂有聯(lián)會、交叉、四分體；有聯(lián)會、交叉、四分體；減數(shù)分裂減數(shù)分裂 I 著絲粒不分著絲粒不分裂裂分裂結(jié)果分裂結(jié)果產(chǎn)生產(chǎn)生2個子細胞，染個子細胞

19、，染色體數(shù)目不變色體數(shù)目不變形成形成4個子細胞，染色個子細胞，染色體數(shù)目減半體數(shù)目減半遺傳物質(zhì)不變，體遺傳物質(zhì)不變，體現(xiàn)遺傳的穩(wěn)定性現(xiàn)遺傳的穩(wěn)定性遺傳物質(zhì)改變，體現(xiàn)遺遺傳物質(zhì)改變，體現(xiàn)遺傳的多樣性傳的多樣性減數(shù)分裂與有絲分裂比較減數(shù)分裂與有絲分裂比較2、同源染色體的配對與分離、同源染色體的配對與分離 使同源染色體間發(fā)生遺傳重組，極大增加遺傳的使同源染色體間發(fā)生遺傳重組，極大增加遺傳的多樣性。多樣性。 保證同源染色體準確分離。保證同源染色體準確分離。3、性染色體配對、性染色體配對 雄性個體雄性個體 X、Y染色體末端存在一個同源的小區(qū)染色體末端存在一個同源的小區(qū)域，可介導二者產(chǎn)生區(qū)域配對并交叉互換

20、。域，可介導二者產(chǎn)生區(qū)域配對并交叉互換。（三）異常的減數(shù)分裂（三）異常的減數(shù)分裂 產(chǎn)生染色體缺失的單倍體細胞或多拷貝細胞。產(chǎn)生染色體缺失的單倍體細胞或多拷貝細胞。 融合后產(chǎn)生異常胚胎，多數(shù)死亡，或發(fā)育成疾融合后產(chǎn)生異常胚胎，多數(shù)死亡，或發(fā)育成疾病成體，如人類的唐氏綜合征。病成體，如人類的唐氏綜合征。 減數(shù)分裂中的分離錯誤較易發(fā)生于雌性個體，減數(shù)分裂中的分離錯誤較易發(fā)生于雌性個體，且錯誤概率隨母體年齡增長而增高。且錯誤概率隨母體年齡增長而增高。第二節(jié) 細胞周期一、細胞周期一、細胞周期 (cell cycle)(cell cycle)的基本概念的基本概念 一個細胞經(jīng)過一系列生化事件而復制他的組分，

21、然后一一個細胞經(jīng)過一系列生化事件而復制他的組分，然后一分為二，這種周期性的復制和分裂過程。分為二，這種周期性的復制和分裂過程。 間期間期 M期期G1SG2有絲分裂有絲分裂胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂 細胞生長的主要階段，物質(zhì)代謝極為活躍，合成大量的細胞生長的主要階段，物質(zhì)代謝極為活躍，合成大量的RNA和蛋白質(zhì)等。和蛋白質(zhì)等。 G1晚期合成晚期合成DNA復制所需的酶類、以及復制所需的酶類、以及G1 S轉(zhuǎn)變所需的轉(zhuǎn)變所需的各類蛋白（觸發(fā)蛋白、鈣調(diào)蛋白和細胞周期蛋白等）。各類蛋白（觸發(fā)蛋白、鈣調(diào)蛋白和細胞周期蛋白等）。 G1期是決定細胞增殖狀態(tài)的關鍵階段，期是決定細胞增殖狀態(tài)的關鍵階段， G1期進程受多種細期進

22、程受多種細胞內(nèi)外因素影響。胞內(nèi)外因素影響。 G1期長短在不同細胞中差異較大。期長短在不同細胞中差異較大。1、G1 期期二、細胞周期各時相的動態(tài)關系與生物大分子二、細胞周期各時相的動態(tài)關系與生物大分子的合成的合成 從增殖的角度來看，可將高等動物的細胞分為三類：從增殖的角度來看，可將高等動物的細胞分為三類： 連續(xù)分裂細胞連續(xù)分裂細胞： 如表皮生發(fā)層細胞、部分骨髓細胞。如表皮生發(fā)層細胞、部分骨髓細胞。 不分裂細胞不分裂細胞： 指不可逆地脫離細胞周期，不再分裂的指不可逆地脫離細胞周期，不再分裂的細胞，又稱終端細胞。如神經(jīng)、肌肉、多形核細胞等。細胞，又稱終端細胞。如神經(jīng)、肌肉、多形核細胞等。 靜止靜止休

23、眠細胞休眠細胞： 暫不分裂、但在適當?shù)拇碳は驴芍貢翰环至?、但在適當?shù)拇碳は驴芍匦逻M入細胞周期，稱新進入細胞周期，稱G0期細胞期細胞。如淋巴細胞、肝、。如淋巴細胞、肝、腎細胞等。腎細胞等。2、S 期期 DNA合成的階段；組蛋白、非組蛋白等染色質(zhì)組成合成的階段；組蛋白、非組蛋白等染色質(zhì)組成蛋白亦在此期合成，并入核與蛋白亦在此期合成，并入核與DNA組裝成核小體。組裝成核小體。 中心粒也在中心粒也在S期復制。期復制。3、G2 期期 合成進入合成進入M期所需的蛋白質(zhì)，為細胞分裂作準備。期所需的蛋白質(zhì)，為細胞分裂作準備。 G2期合成的期合成的 MPF 對于對于M期進入非常關鍵。期進入非常關鍵。 成熟促進因

24、子（成熟促進因子（maturation promoting factor, MPF） 一種促進一種促進M期啟動的期啟動的蛋白激蛋白激酶酶，通過促進靶蛋白的磷酸化而，通過促進靶蛋白的磷酸化而改變其生理活性。改變其生理活性。 為異二聚體，由一個為異二聚體，由一個催化亞催化亞基基 (p34cdc2, 具有激酶活性具有激酶活性) 和一和一個個調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基 (細胞周期蛋白細胞周期蛋白B，cyclinB) 組成。組成。4、M 期期 染色體分離及胞質(zhì)分裂。染色體分離及胞質(zhì)分裂。三、細胞周期的調(diào)控三、細胞周期的調(diào)控（一）研究細胞周期調(diào)控的常用真核細胞系統(tǒng)1、裂殖酵母與、裂殖酵母與芽殖酵母芽殖酵母 單細胞真

25、菌，其周期調(diào)控過程與人類細胞類似，且增殖迅單細胞真菌，其周期調(diào)控過程與人類細胞類似，且增殖迅速，利于研究。速，利于研究。2、爪蟾胚胎細胞、爪蟾胚胎細胞 受精卵與早期胚胎細胞個體大，含大量細胞分裂所需蛋白受精卵與早期胚胎細胞個體大，含大量細胞分裂所需蛋白質(zhì)，增殖迅速（幾乎無質(zhì)，增殖迅速（幾乎無G1與與G2期）；且個體大易于操作。期）；且個體大易于操作。3、體外培養(yǎng)的哺乳動物細胞、體外培養(yǎng)的哺乳動物細胞 避免動物體實驗的復雜與困難。避免動物體實驗的復雜與困難。（二）細胞周期調(diào)控系統(tǒng)的組成（二）細胞周期調(diào)控系統(tǒng)的組成 可將特定蛋白磷酸化，促進細胞周期運行?？蓪⑻囟ǖ鞍琢姿峄龠M細胞周期運行。 其活

26、性受到其活性受到 cyclin 的調(diào)節(jié)，必須與的調(diào)節(jié)，必須與 cyclin 結(jié)合才能結(jié)合才能被激活。被激活。Cdk活性的周期性改變，啟動或調(diào)節(jié)活性的周期性改變，啟動或調(diào)節(jié)DNA復制，有絲分裂、胞質(zhì)分裂等細胞周期主要事件。復制，有絲分裂、胞質(zhì)分裂等細胞周期主要事件。 目前已知目前已知Cdk家族成員有家族成員有Cdk1（cdc2）、）、Cdk2、Cdk3 Cdk9。1 1、細胞周期蛋白、細胞周期蛋白 與與 細胞周期蛋白依賴性蛋白激酶細胞周期蛋白依賴性蛋白激酶 (1) Cdk (cyclin-dependent kinase) 細胞周期蛋白依賴性蛋白激酶細胞周期蛋白依賴性蛋白激酶l是一類蛋白激酶，但

27、必須與cyclin結(jié)合并且特定的氨基酸殘基處于合適的磷酸化狀態(tài)后才可能具有激酶活性。l通過磷酸化多種與細胞周期相關的蛋白，在細胞周期調(diào)控中起關鍵作用l在細胞周期的不同階段，不同的CDK分子被激活，由此引發(fā)或調(diào)控細胞周期的主要事件（2） Cyclin （細胞周期蛋白）（細胞周期蛋白） 在每一個細胞周期都經(jīng)歷了合成和降解的循環(huán)過在每一個細胞周期都經(jīng)歷了合成和降解的循環(huán)過程，含量呈周期性變化。程，含量呈周期性變化。 在脊椎動物中已知有在脊椎動物中已知有cyclin A、B 、C、 D、E、F、G、H、T等，都有周期蛋白框（等，都有周期蛋白框（cyclin box）。）。 Cyclin 不僅能與特定不

28、僅能與特定 Cdk 結(jié)合而使其活化，而且結(jié)合而使其活化，而且還還“指引指引”Cdk到達特定的靶蛋白，從而誘導特定到達特定的靶蛋白，從而誘導特定細胞周期事件的發(fā)生細胞周期事件的發(fā)生 。 分為類：分為類： G1、G1/S型、型、S型、型、M型型。激酶復合激酶復合體體脊椎動物脊椎動物芽殖酵母芽殖酵母CyclinCdkCyclinCdkG1-CdkCyclin D*Cdk4、6Cln 3Cdk1G1/S-CdkCyclin ECdk2Cln 1、2Cdk1S-CdkCyclin ACdk2Clb 5、6Cdk1M-CdkCyclin BCdk1 (cdc2)Clb 1-4Cdk1表表3-9-1 主要的

29、主要的 cyclin 和和 Cdk* Cyclin D 包括包括 D1-3，各亞型，各亞型 cyclin D 在不同細胞中的表達在不同細胞中的表達量不同，但具有相同的功效。量不同，但具有相同的功效。脊椎動物細胞周期調(diào)控系統(tǒng)主要成員脊椎動物細胞周期調(diào)控系統(tǒng)主要成員Cyclin B+ Cdk 1（3） Cdk活化激酶活化激酶 與與 Cdk活性抑制因子活性抑制因子Cdk 活化激酶（活化激酶（Cdk activating kinase, CAK ）：）： 一種蛋白復合物，磷酸化一種蛋白復合物，磷酸化Cdk，使之激活。，使之激活。Cdk活性抑制因子活性抑制因子 Cdk 抑制激酶抑制激酶 Cdk 抑制蛋白

30、抑制蛋白 （Cdk inhibitor, CKI）激酶激酶 Kinase: add P - 磷酸化磷酸化磷酸酶磷酸酶 Phosphatase: remove P - 去磷酸化去磷酸化活化性活化性磷酸化磷酸化抑制性磷酸化抑制性磷酸化活化形式活化形式失活形式失活形式Wee 1激激 酶酶Cdc25磷酸酶磷酸酶 Cdk 抑制激酶抑制激酶 Cdk 抑制蛋白（抑制蛋白（Cdk inhibitor, CKI） 包括：包括： CIP/KIP：P21cip1、P27kip1、P57kip2。 INK4 : P16ink4a, P15ink4b, P18ink4c, P19ink4d。 與與 Cdk/cyclin

31、 復合物結(jié)合，抑制復合物結(jié)合，抑制Cdk的活性，對細的活性，對細胞周期起負調(diào)控作用。胞周期起負調(diào)控作用?；罨幕罨腸yclin-Cdk復合體復合體失活的失活的p27-cyclin-Cdk復合體復合體（4 4）促進）促進 Cdk Cdk 調(diào)節(jié)因子降解的酶復合物調(diào)節(jié)因子降解的酶復合物泛素（泛素（ubiquitin）- 蛋白水解酶復合物（蛋白水解酶復合物（proteasome）通路）通路 Cdk 調(diào)節(jié)蛋白的降解主要依賴兩種復合物：調(diào)節(jié)蛋白的降解主要依賴兩種復合物：SCF和和APC。 需要降解的蛋白質(zhì)，在特定需要降解的蛋白質(zhì)，在特定Aa上被連上一串上被連上一串泛素泛素。 結(jié)合了泛素的蛋白質(zhì)被結(jié)合了泛

32、素的蛋白質(zhì)被蛋白水解酶復合物蛋白水解酶復合物識別并且降解，識別并且降解，這是細胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的普遍途徑。這是細胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的普遍途徑。降解的蛋白質(zhì)降解的蛋白質(zhì)泛素鏈泛素鏈 Cdk 活性的調(diào)節(jié)方式活性的調(diào)節(jié)方式Cyclin 的結(jié)合的結(jié)合Cdk 上特定位點的磷酸化狀態(tài)上特定位點的磷酸化狀態(tài)CKI 的結(jié)合的結(jié)合Cdk 調(diào)節(jié)因子的降解調(diào)節(jié)因子的降解 細胞周期的運轉(zhuǎn)就是細胞周期調(diào)控系統(tǒng)的關鍵蛋白cdk激酶被激活或失活的過程。2 2，細胞周期檢查點，細胞周期檢查點 （cell cycle checkpointcell cycle checkpoint） 為保證染色體數(shù)目的完整性及細胞周期正常運轉(zhuǎn)，細胞中

33、存在著一系列監(jiān)控系統(tǒng)，可對細胞發(fā)生的重要事件及出現(xiàn)的故障加以檢測，只有當這些事件完成，故障修復后，才允許細胞周期進一步運行，該檢測系統(tǒng)即為檢查點。 G1檢查點：檢查點：存在于存在于G1晚期，酵母細胞中稱晚期，酵母細胞中稱啟動點啟動點（start），哺乳動物細胞稱，哺乳動物細胞稱R點，越過點，越過R點可完成有絲分裂。點可完成有絲分裂。 G2 或或 G2/M 檢查點：檢查點：控制細胞是否進入控制細胞是否進入M期。期。 中期檢查點（紡錘體組裝檢查點）：中期檢查點（紡錘體組裝檢查點）：若有染色體若有染色體未正確附著于紡錘體上，染色體分離將延遲。未正確附著于紡錘體上，染色體分離將延遲。 DNA復制檢查點

34、：復制檢查點：發(fā)生于發(fā)生于G2/M轉(zhuǎn)換過程中，檢查轉(zhuǎn)換過程中，檢查DNA復制是否完成或有否發(fā)生錯誤。復制是否完成或有否發(fā)生錯誤。 DNA損傷檢查點：損傷檢查點：發(fā)生于發(fā)生于G1期和期和G2期，識別期，識別DNA受到損傷時的錯誤堿基并且將之修復，受到損傷時的錯誤堿基并且將之修復， 防止錯誤堿基被復防止錯誤堿基被復制。制。檢查點的化學本質(zhì)檢查點的化學本質(zhì) 細胞周期調(diào)控系統(tǒng)的組成分子細胞周期調(diào)控系統(tǒng)的組成分子被激活或失活，尤其是細胞周期調(diào)控系統(tǒng)的關鍵蛋被激活或失活，尤其是細胞周期調(diào)控系統(tǒng)的關鍵蛋白激酶被激活或失活的信號傳導過程。白激酶被激活或失活的信號傳導過程。（三）細胞周期事件的調(diào)控（三）細胞周期

35、事件的調(diào)控（三）細胞周期事件的調(diào)控（三）細胞周期事件的調(diào)控M期的進入（期的進入（P239）Cdk 1無活性無活性無活性無活性活活 化化間期（間期（G2）M 期期Cdk活化激酶（活化激酶（CAK）活化性活化性磷酸化磷酸化抑制性抑制性磷酸化磷酸化PPCdc 25 PCdc 25 P無活性的無活性的磷酸酶磷酸酶Cdk抑制激酶（抑制激酶（Wee1）正反饋正反饋MPF的活化和失活G1SG2MCDK1cyclinBMPF activityG1期的調(diào)控（期的調(diào)控（P241） cyclin 與與 G1-Cdk的結(jié)合的結(jié)合 - 激活激活Cdk。 CKI 與與 Cdk/cyclin 復合體的結(jié)合復合體的結(jié)合 -

36、抑制抑制Cdk活性?；钚浴?Rb 蛋白（人視網(wǎng)膜母細胞瘤蛋白）蛋白（人視網(wǎng)膜母細胞瘤蛋白）的的“剎車剎車”作用作用活化的活化的G1-CdkRbPPE2FS期基因期基因轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄活活 化化失失 活活E2FRb失失 活活活活 化化DNA損傷與損傷與p53蛋白對細胞周期進程的阻抑作用蛋白對細胞周期進程的阻抑作用 (P241) 輻射與化學物質(zhì)等可能導致輻射與化學物質(zhì)等可能導致DNA損傷。損傷。 有兩個有兩個DNA損傷檢查點：損傷檢查點： G2期，期，損傷修復機制使損傷修復機制使cdc25磷酸化失去活性，磷酸化失去活性，抑制抑制M-Cdk的活性，的活性，阻止細胞進入阻止細胞進入M期。期。 G1期，期，損傷

37、修復機制使損傷修復機制使p53被磷酸化而激活，被磷酸化而激活，p53作為轉(zhuǎn)錄因子，導致作為轉(zhuǎn)錄因子，導致CKI p21的表達，的表達，p21結(jié)合結(jié)合G1/S-Cdk和和S-Cdk抑制它們的活性，從而抑制它們的活性，從而阻止細胞阻止細胞進入進入S期。期。（四）癌基因和抑癌基因在細胞周期調(diào)控中的作用（四）癌基因和抑癌基因在細胞周期調(diào)控中的作用癌基因（原癌基因）癌基因（原癌基因）：存在于脊椎動物細胞中與：存在于脊椎動物細胞中與病毒癌基因相似的基因。正常細胞中少量表達，病毒癌基因相似的基因。正常細胞中少量表達，為細胞生長和增殖所必需的，但是突變或過量表為細胞生長和增殖所必需的，但是突變或過量表達導致細

38、胞惡性增殖。如達導致細胞惡性增殖。如 Ras和和 Myc。抑癌基因抑癌基因：與癌基因相反，還有一類存在于正常：與癌基因相反，還有一類存在于正常細胞中的，能抑制細胞惡性增殖的基因。這些基細胞中的，能抑制細胞惡性增殖的基因。這些基因編碼的產(chǎn)物，從多個調(diào)控點參與對細胞周期的因編碼的產(chǎn)物，從多個調(diào)控點參與對細胞周期的調(diào)控，缺失或失活引起癌變。如調(diào)控，缺失或失活引起癌變。如p53和和Rb。 以原癌基因為代表推動細胞周期進程的正的調(diào)控作用。 以抑癌基因為代表的抑制細胞周期的負的調(diào)控作用。 兩者之間的平衡維持了細胞正常的生長增殖狀態(tài)。 有絲分裂原：能促進有絲分裂原：能促進細胞增殖的生長因子細胞增殖的生長因子

39、，已發(fā)現(xiàn)，已發(fā)現(xiàn)50多種。如多種。如表皮生長因子表皮生長因子EGF、紅細胞生成素、血小紅細胞生成素、血小板生長因子等。板生長因子等。 信號通路：信號通路：ras途徑途徑，cAMP途徑、磷脂途徑、磷脂酰肌醇途徑。酰肌醇途徑。（五）細胞周期的胞外調(diào)控因素（五）細胞周期的胞外調(diào)控因素四、細胞周期時相的測定和細胞的同步化四、細胞周期時相的測定和細胞的同步化（一）細胞周期時相的測定（一）細胞周期時相的測定、摻入標記法：、摻入標記法： 標記物：標記物：3H-TdR（H3標記的胸腺嘧啶脫氧核糖核苷）、標記的胸腺嘧啶脫氧核糖核苷）、或或BrdU（5-溴脫氧尿嘧啶）。溴脫氧尿嘧啶）。 細胞在含標記物的培養(yǎng)基中培

40、養(yǎng)，標記物可在細胞在含標記物的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，標記物可在S期期摻入新?lián)饺胄潞铣傻暮铣傻?DNA 鏈中，從而標記處于鏈中，從而標記處于S期的細胞。通過檢測期的細胞。通過檢測 3H的放射性或的放射性或 BrdU 抗體的熒光強度衡量不同時相的細抗體的熒光強度衡量不同時相的細胞數(shù)量及比例。胞數(shù)量及比例。2、流式細胞分光光度法：流式細胞分光光度法： 原理：細胞的原理：細胞的DNA經(jīng)熒光染色經(jīng)熒光染色逐個通過流式細胞儀檢測逐個通過流式細胞儀檢測裝置裝置記錄每個細胞的熒光強度記錄每個細胞的熒光強度熒光強度與熒光強度與DNA含量呈含量呈正比。正比。 G2期、期、M期期DNA含量是含量是G1期期細胞二倍；細胞二倍

41、；S期細胞期細胞DNA含量含量介于兩者之間；介于兩者之間； 根據(jù)儀器讀出根據(jù)儀器讀出G1期、期、 S期、期、 G2+ M期的細胞數(shù)期的細胞數(shù)確定確定各時相的長度。各時相的長度。（二）細胞的同步化（二）細胞的同步化（synchronization of cell） 使處于周期不同階段的細胞共同進入某一特定階段。使處于周期不同階段的細胞共同進入某一特定階段。1、有絲分裂搖落法有絲分裂搖落法 體外培養(yǎng)的貼壁細胞，處于體外培養(yǎng)的貼壁細胞，處于M期時縮起變圓，易從貼附介期時縮起變圓，易從貼附介質(zhì)脫落。因此可借振搖之力使質(zhì)脫落。因此可借振搖之力使M期細胞懸浮于培養(yǎng)基中，期細胞懸浮于培養(yǎng)基中，通過離心收集得

42、到。通過離心收集得到。2、活細胞離心淘洗法活細胞離心淘洗法 處于周期不同時相的細胞體積不同，在離心場中沉降速度處于周期不同時相的細胞體積不同，在離心場中沉降速度有別。因此利用離心淘洗方法可將細胞按比重分離，得到有別。因此利用離心淘洗方法可將細胞按比重分離，得到不同時相的細胞。不同時相的細胞。3、化學同步化法化學同步化法 利用藥物誘導細胞同步化在某一時期。常用的有利用藥物誘導細胞同步化在某一時期。常用的有DNA合成合成阻斷阻斷及及有絲分裂中期阻斷有絲分裂中期阻斷。（1）DNA合成阻斷法合成阻斷法 應用應用DNA抑制劑阻斷抑制劑阻斷S期細胞的期細胞的DNA合成，可獲得大量合成，可獲得大量同步于同步

43、于S期的細胞。期的細胞。 如甲氨喋呤、羥基脲、如甲氨喋呤、羥基脲、5-氟脫氧尿嘧啶、過量氟脫氧尿嘧啶、過量TdR等。等。（2）有絲分裂中期阻斷法）有絲分裂中期阻斷法 通過抑制微管的聚合，使細胞阻斷在有絲分裂中期，從通過抑制微管的聚合，使細胞阻斷在有絲分裂中期，從而得到而得到M期細胞。期細胞。 如秋水仙素、如秋水仙素、N2O等。等。第三節(jié) 細胞分化細胞分化細胞分化 (cell differentiation）：）： 從受精開始的從受精開始的個體發(fā)育過程中，同源細胞之間在形態(tài)、結(jié)構(gòu)個體發(fā)育過程中，同源細胞之間在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。和功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。分化是基因選擇性轉(zhuǎn)

44、錄表達的結(jié)果。分化是基因選擇性轉(zhuǎn)錄表達的結(jié)果。 一、細胞分化的基本概念一、細胞分化的基本概念 細胞分化的特征：細胞分化的特征：1.分化相對穩(wěn)定。分化相對穩(wěn)定。2. 分化差異的確定早于形態(tài)差異的出現(xiàn)。分化差異的確定早于形態(tài)差異的出現(xiàn)。 細胞決定（細胞決定（determination）：細胞從分化方向細胞從分化方向確定到出現(xiàn)特定的形態(tài)之前的時期稱為決定。確定到出現(xiàn)特定的形態(tài)之前的時期稱為決定。 細胞決定即意味著細胞內(nèi)部已發(fā)生了穩(wěn)定的變化，細胞決定即意味著細胞內(nèi)部已發(fā)生了穩(wěn)定的變化，基因活動模式已開始發(fā)生改變基因活動模式已開始發(fā)生改變，確定了未來的發(fā)確定了未來的發(fā)育命運。育命運。3. 細胞生理狀態(tài)隨

45、分化水平提高而變化。細胞生理狀態(tài)隨分化水平提高而變化。如：高度分化細胞的分裂能力多數(shù)下降；如：高度分化細胞的分裂能力多數(shù)下降； 高度分化細胞對電離輻射的敏感度比分化程度高度分化細胞對電離輻射的敏感度比分化程度低的細胞低。低的細胞低。4. 分化具有時空差異。分化具有時空差異。在時間上：一個細胞在不同的發(fā)育階段可以有不同在時間上：一個細胞在不同的發(fā)育階段可以有不同的形態(tài)和功能。的形態(tài)和功能。在空間上：同一種細胞的后代，環(huán)境不同可以有相在空間上：同一種細胞的后代，環(huán)境不同可以有相異的形態(tài)和功能。異的形態(tài)和功能。二、細胞分化的潛能二、細胞分化的潛能1. 在發(fā)育過程中細胞分化潛能逐漸變窄在發(fā)育過程中細胞

46、分化潛能逐漸變窄 全能細胞（全能細胞（totipotent cell）：受精卵到囊胚前的：受精卵到囊胚前的胚胎細胞，能夠分化出機體各種細胞、組織與器胚胎細胞，能夠分化出機體各種細胞、組織與器官，發(fā)育成一個完整的個體。官，發(fā)育成一個完整的個體。 多能細胞（多能細胞（pluripotent cell）：三胚層期的細胞：三胚層期的細胞等，具有發(fā)育成多種組織的潛能，但失去了發(fā)育等，具有發(fā)育成多種組織的潛能，但失去了發(fā)育為完整機體的能力。為完整機體的能力。 穩(wěn)定型單能細胞（穩(wěn)定型單能細胞（unipotent cell）：只能分裂分：只能分裂分化產(chǎn)生一種類型的細胞。化產(chǎn)生一種類型的細胞。多能細胞全能細胞單

47、能細胞分化發(fā)育進程：全能性分化發(fā)育進程：全能性多能性多能性單能性單能性成熟定型成熟定型2. 分化細胞細胞核的全能性分化細胞細胞核的全能性 分化細胞仍然具有與受精卵一樣的全部基因組，分化細胞仍然具有與受精卵一樣的全部基因組，具備該生物的全部遺傳信息具備該生物的全部遺傳信息 - 即高度分化的即高度分化的體體細胞核細胞核仍然具有發(fā)育全能性。仍然具有發(fā)育全能性。 Dolly（多莉）（多莉） 的克隆成功是對此的有力證明。的克隆成功是對此的有力證明。三、細胞分化與基因表達三、細胞分化與基因表達 管家基因（管家基因（house-keeping gene）：維持細胞生：維持細胞生存所必需的基因，在各種細胞中均

48、處于活動狀態(tài)。存所必需的基因，在各種細胞中均處于活動狀態(tài)。 例如，核糖體蛋白、線粒體蛋白、糖酵解酶等。例如，核糖體蛋白、線粒體蛋白、糖酵解酶等。對細胞分化只有協(xié)助作用。對細胞分化只有協(xié)助作用。 奢侈基因奢侈基因 （luxury gene）/ 組織特異性基因組織特異性基因：在：在不同組織中有不同的選擇表達。例如，血紅蛋白、不同組織中有不同的選擇表達。例如，血紅蛋白、角蛋白、胰島素等。角蛋白、胰島素等。與各種分化細胞的特殊性狀有直接關系。與各種分化細胞的特殊性狀有直接關系。1 1、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié) 順式作用元件順式作用元件：包括啟動子、增強子、沉默子包括啟動子、增強子、沉默子 反式作

49、用因子（轉(zhuǎn)錄因子）：反式作用因子（轉(zhuǎn)錄因子）： 通用（基本）轉(zhuǎn)錄因子：通用（基本）轉(zhuǎn)錄因子：結(jié)合啟動子結(jié)合啟動子TATA框，框，參與轉(zhuǎn)錄啟動。參與轉(zhuǎn)錄啟動。 特定轉(zhuǎn)錄因子：特定轉(zhuǎn)錄因子：與特定順式作用元件結(jié)合，調(diào)節(jié)與特定順式作用元件結(jié)合，調(diào)節(jié)特定基因的轉(zhuǎn)錄。特定基因的轉(zhuǎn)錄。 轉(zhuǎn)錄激活因子：轉(zhuǎn)錄激活因子：多為增強子結(jié)合蛋白；多為增強子結(jié)合蛋白； 轉(zhuǎn)錄抑制因子：轉(zhuǎn)錄抑制因子：多為沉默子結(jié)合蛋白，或通多為沉默子結(jié)合蛋白，或通過結(jié)合激活因子等抑制基因的表達。過結(jié)合激活因子等抑制基因的表達。eg. 血紅蛋白血紅蛋白由由4條條珠蛋白肽鏈珠蛋白肽鏈構(gòu)成，在發(fā)育過程中，構(gòu)成，在發(fā)育過程中，不同類型的珠蛋白依次

50、出現(xiàn)和消失，這是轉(zhuǎn)錄水平上不同類型的珠蛋白依次出現(xiàn)和消失，這是轉(zhuǎn)錄水平上基因差異性表達的結(jié)果?；虿町愋员磉_的結(jié)果。 DNA甲基化：甲基化：阻礙轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，從而阻抑轉(zhuǎn)錄阻礙轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，從而阻抑轉(zhuǎn)錄的活性。甲基化程度越高，的活性。甲基化程度越高，DNA轉(zhuǎn)錄活性越低。轉(zhuǎn)錄活性越低。2、轉(zhuǎn)錄后的加工調(diào)節(jié)（、轉(zhuǎn)錄后的加工調(diào)節(jié)（mRNA） 選擇性將選擇性將mRNA移出細胞核。移出細胞核。 通過選擇性剪接在不同細胞中形成不同的通過選擇性剪接在不同細胞中形成不同的mRNA剪拼體。剪拼體。四、細胞分化的影響因素四、細胞分化的影響因素（一）細胞核對分化的影響（一）細胞核對分化的影響 核內(nèi)基因選擇性轉(zhuǎn)錄。核內(nèi)基因選擇性