11章 細(xì)胞生長(zhǎng)與增殖－楊

1、第11章 cell growth and proliferation細(xì)胞生長(zhǎng)與增殖1細(xì)胞體積增大細(xì)胞數(shù)目增加細(xì)胞生長(zhǎng)(cell growth)細(xì)胞分裂（cell division）2Frog Xenopus laevis3For the growth and development of a multicellular organism, and for the generation of offspring; Produce new organisms in unicellular species; Renew the aging, apoptotic cells, and damaged

2、tissue;第一節(jié) 細(xì)胞周期和細(xì)胞增殖（cell cycle & cell proliferation）一、細(xì)胞周期概述Cell cycle, cell life cycle, cell reproductive cycle細(xì)胞周期:是指連續(xù)分裂的細(xì)胞從一次有絲分裂結(jié)束到下一次有絲分裂完成所經(jīng)歷的整個(gè)連續(xù)過程.4間期interphase有絲分裂期（M期,Mitotic phase）細(xì)胞周期G1期（DNA合成前期，Gap1）G2期（DNA合成后期,Gap2）S期（DNA合成期， DNA Synthesis )細(xì)胞周期四個(gè)連續(xù)的時(shí)期：G1期、S期、G2期、M期前prophase前中prometa

3、phase中metaphase后anaphase末telophase胞質(zhì)分裂 cytokinesis5二、細(xì)胞周期各期的主要特征91.G1期DNA合成前期RNA和蛋白質(zhì)合成 合成RNA是細(xì)胞進(jìn)入S期的必要條件 合成DNA復(fù)制有關(guān)的酶等蛋白質(zhì)合成細(xì)胞生長(zhǎng)所需要的蛋白質(zhì),糖類,脂質(zhì)等 蛋白質(zhì)磷酸化細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)功能增強(qiáng) 中心粒開始復(fù)制10中心粒的復(fù)制期11G0期細(xì)胞分化相細(xì)胞G0期細(xì)胞不能分裂，處于特殊的休眠狀態(tài)，但在一定條件下會(huì)重新進(jìn)入細(xì)胞周期而分裂。12 G1期之末是細(xì)胞周期的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻，細(xì)胞一旦通過就可以進(jìn)入S期。 G0期細(xì)胞（暫不增殖細(xì)胞）： 在一般情況下不分裂，受到一定刺激后，可進(jìn)入細(xì)胞周

4、期，開始分裂。G0期細(xì)胞根據(jù)細(xì)胞能否順利通過G1期的限制點(diǎn)，可將高等動(dòng)物的細(xì)胞分為三類：連續(xù)分裂細(xì)胞：細(xì)胞持續(xù)分裂，又稱周期細(xì)胞，如表皮生發(fā)細(xì)胞、部分骨髓細(xì)胞。暫不增殖細(xì)胞：暫不分裂，但在適當(dāng)?shù)拇碳は驴芍匦逻M(jìn)入細(xì)胞周期，稱G0期細(xì)胞。如淋巴細(xì)胞、肝、腎細(xì)胞等。不再增殖細(xì)胞：指不可逆地脫離細(xì)胞周期，不再分裂的細(xì)胞，又稱終端細(xì)胞，如神經(jīng)、肌肉、多形核細(xì)胞等等。2.S期 (DNA合成期)DNA復(fù)制蛋白質(zhì)合成 組蛋白合成與DNA復(fù)制同步進(jìn)行新中心粒形成15新中心粒的形成163.G2期 (DNA合成后期)RNA合成蛋白質(zhì)合成 主要合成與M期細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能有關(guān)的蛋白質(zhì)此時(shí)細(xì)胞核內(nèi)DNA含量已經(jīng)比G1期增加

5、一倍中心粒成熟,向兩極分離17染色質(zhì)凝集RNA合成停止，蛋白質(zhì)合成下降。最后細(xì)胞分裂成兩個(gè)相同的子細(xì)胞染色質(zhì)染色體184.M期(分裂期)細(xì)胞周期各時(shí)相的生物化學(xué)變化三、 細(xì)胞增殖的方式(一)、無絲分裂（amitosis)(二)、有絲分裂（mitosis）(三)、減數(shù)分裂（meiosis）20(一)無絲分裂(amitosis, direct division)分裂過程中沒有紡錘體和染色體的形成，無紡錘絲的出現(xiàn)，故名無絲分裂。是低等動(dòng)物（如細(xì)菌）增殖的主要方式。間期的細(xì)胞直接一分為二無絲分裂與二分裂的區(qū)別二分裂 二分裂是一種生殖方式而不是分裂方式，屬于無性生殖中的一種。 二分裂可以是縱裂，如眼蟲；

6、也可以是橫裂，如草履蟲；或者是斜分裂，如角藻。 無絲分裂又稱直接分裂，核分裂的過程不出現(xiàn)染色體和紡錘絲，遺傳物質(zhì)不一定能夠平均分配給子細(xì)胞，與有絲分裂有很大區(qū)別，故稱無絲分裂。分裂過程中有紡錘體和染色體的形成，有紡錘絲出現(xiàn)，故名有絲分裂。子細(xì)胞中遺傳物質(zhì)均等分配。是真核細(xì)胞主要的增殖方式。(二).有絲分裂(mitosis)The cells of a newt from a photo contest in Nature (408. 423, 2000). Chromosomes are stained blue, microfilaments are stained red, microtu

7、bules are stained green, and centrosomes are stained magenta.23與有絲分裂直接相關(guān)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中心體（centrosome）是一種與微管裝配和細(xì)胞分裂密切相關(guān)的細(xì)胞器。中心粒圓筒周圍為中心粒外基質(zhì)（pericentriolar matrix）Mammalian centrosome. C: centriole, MT: microtubule, NE: nuclear envelope, PCM: pericentriolar matrix.1.中心體24中心體與四射的微管合稱為星體。中心體在細(xì)胞周期過程中也要進(jìn)行復(fù)制，并經(jīng)歷一系列

8、的發(fā)育過程，稱為中心體（或中心粒）周期（centrosome cycle ，centriole cycle）25中心體周期26The centrosome cycle consists of four phases that are synchronized to cell cycle; these include: centrosome duplication (G1/S), centrosome maturation (G2), centrosome separation (M), and centrosome disorientation (M/G1). 動(dòng)粒（kinetochore）又

9、稱為著絲點(diǎn)，是附著于著絲粒上的一種細(xì)胞器，而著絲粒則是指染色體主縊痕部位的染色質(zhì)。2.動(dòng)粒與著絲粒27著絲粒動(dòng)粒復(fù)合體（centromere-kinetochore complex）內(nèi)板外板中央?yún)^(qū)熒光照片顯示染色體的動(dòng)粒部分28紡錘體（spindle）是細(xì)胞分裂過程中的一種與染色體分離直接相關(guān)的細(xì)胞器。真核細(xì)胞有絲分裂或減數(shù)分裂過程中形成的中間寬兩端窄的紡錘狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)，主要由微管構(gòu)成。3.紡錘體29產(chǎn)生于分裂前中期，在分裂末期消失。30Spindle polymerization極微管動(dòng)粒微管星體微管又稱間接分裂，指細(xì)胞通過形成紡錘絲和染色體將遺傳物質(zhì)平均分配到子細(xì)胞中的細(xì)胞分裂形式。前期（p

10、rophase）前中期（prometaphase）中期（metaphase）后期（anaphase）末期（telophase）胞質(zhì)分裂（cytokinesis）31有絲分裂過程1.前期 (prophase)染色質(zhì)凝集分裂極確定核膜、核仁解體 32前期是有絲分裂過程的開始階段。中心體與其周圍的微管一起被稱為星體（aster）（相互獨(dú)立，以中心為核）前期33染色質(zhì)凝集成染色體 已復(fù)制的染色質(zhì)纖維開始螺旋化，逐漸凝集成具有棒狀或桿狀的染色體。 因染色質(zhì)上的核仁組織中心組裝到了染色體中，導(dǎo)致rRNA合成停止，核仁逐漸分解最終消失。凝縮蛋白(condensin ）: 由5種亞基組成的蛋白復(fù)合體，與染色體

11、凝集的發(fā)生相關(guān)。 Smc分子呈卷曲螺旋結(jié)構(gòu)，頭部末端具ATP酶活性結(jié)構(gòu)域，凝縮蛋白中的一個(gè)Smc分子穿越DNA螺旋結(jié)構(gòu)，與另一Smc分子在尾部末端相連，形成的二聚體呈現(xiàn)V形，三種非Smc蛋白將兩個(gè)Smc分子頭部連接在一起，整個(gè)凝縮蛋白復(fù)合體形成一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)。 凝縮蛋白分裂極確定 在前期，伴隨著染色質(zhì)的凝集，原分布于細(xì)胞同一側(cè)的兩個(gè)中心體開始沿核膜外圍分別向細(xì)胞兩極移動(dòng)，它們最后所到達(dá)的位置將決定細(xì)胞分裂極。 中心體的極向移動(dòng)需要多種馬達(dá)蛋白的參與 。馬達(dá)蛋白與中心體的極向移動(dòng)動(dòng)粒細(xì)胞核中心體染色體前期細(xì)胞模式圖392.前中期 (prometaphase)核膜破裂紡錘體形成染色體與紡錘體相連40

12、核膜崩解標(biāo)志著前中期的開始。重要事件是染色體形成X型染色體結(jié)構(gòu)，其上動(dòng)粒成熟，紡錘體（spindle）組裝中心體前中期41 由兩端星體，包括極間微管、動(dòng)粒微管和星體微管組合形成紡錘樣結(jié)構(gòu)。中心體微管染色體解體的核膜前中期細(xì)胞模式圖433.中期 （metaphase）染色體凝集程度最高染色體的著絲點(diǎn)排列在細(xì)胞中央赤道板（equatorial plate)上 -進(jìn)入中期的標(biāo)志紡錘體完全形成44染色體向赤道板上運(yùn)動(dòng)的過程，稱為染色體整列（chromosome alignment）或染色體中板聚合（congression）。中期45徐道覺（Tao Chiuh Hsu，1917-2003）蔣有興（Joe

13、 Hin Tjio，1919-2001）一些常見生物的染色體數(shù)目： 水稻24條、大豆40條、煙草48條、普通小麥42條、蠶豆12條、陸地棉52條、大麥14條、豌豆14條、茶樹30條、玉米20條、馬鈴薯48條、人46條、高粱20條、甘薯90條、洋蔥16條、馬蛔蟲4條 中期細(xì)胞模式圖動(dòng)粒微管中心體474.后期 （anaphase）姐妹染色單體在著絲粒處分離，并向細(xì)胞兩極移動(dòng)-后期開始的標(biāo)志48動(dòng)粒微管縮短，子代染色體移向細(xì)胞兩極(2)星體微管向外的力將紡錘體兩極拉開(1)極微管相互滑動(dòng)將紡錘體兩極推開哺乳動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂后期使子染色體分離的主要力量49后期50后期細(xì)胞模式圖515.末期 telop

14、hase子染色體解凝集核仁再次出現(xiàn)核膜重新裝配形成兩個(gè)子細(xì)胞核52染色單體到達(dá)兩極進(jìn)入了末期末期53末期細(xì)胞模式圖546.胞質(zhì)分裂 (cytokinesis)細(xì)胞質(zhì)成分分到兩個(gè)子細(xì)胞區(qū)域細(xì)胞拉長(zhǎng)最后產(chǎn)生兩個(gè)子細(xì)胞55開始于細(xì)胞分裂后期，完成于細(xì)胞分裂末期。胞質(zhì)分裂56胞質(zhì)分裂模式圖57分裂溝 (furrow)收縮環(huán) (contractile ring)58分裂溝由肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白絲組成的收縮環(huán)59用抗肌動(dòng)蛋白和抗肌球蛋白的抗體做免疫熒光染色，可見隨分裂溝的形成。間期細(xì)胞末期細(xì)胞后期細(xì)胞中期細(xì)胞前期細(xì)胞有絲分裂DICCartoonVideo61前期中期末期后期動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂馬蛔蟲子宮橫切片馬

15、蛔蟲受精卵有絲分裂各期又稱成熟分裂(maturation division)，是生殖細(xì)胞形成過程中的一種特殊的有絲分裂形式。64(三)、減數(shù)分裂(meiosis)請(qǐng)問:這些成群結(jié)隊(duì)的精子從哪里來的?形成部位：睪丸曲細(xì)精管中有大量原始的雄性生殖細(xì)胞精原細(xì)胞，每個(gè)精原細(xì)胞的染色體數(shù)目都與體細(xì)胞相同。精子的形成過程：1個(gè)精原細(xì)胞1個(gè)初級(jí)精母細(xì)胞2個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞4個(gè)精細(xì)胞4個(gè)精子減間期長(zhǎng)大減減變形有性生殖細(xì)胞的成熟DNA復(fù)制1次，細(xì)胞連續(xù)分裂2次，子代細(xì)胞中染色體數(shù)目比親代減少一半。67 減數(shù)分裂兩個(gè)過程減數(shù)分裂I (meiosis I): 完成染色體數(shù)目減半及遺傳物質(zhì)的交換。減數(shù)分裂II (meio

16、sis II)：姐妹染色單體分離。1.減數(shù)分裂（1）前期 （與有絲分裂相似）前期(prophase)中期I(metaphase)后期I (anaphase I)末期I (telophase I)胞質(zhì)分裂681.減數(shù)分裂（1）前期前期(prophase)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。其主要表現(xiàn)在分裂前期的染色體配對(duì)和基因重組以及其后的染色體分離方式等方面。可以將前期人為地劃分為5個(gè)階段。細(xì)線期偶線期粗線期雙線期終變期 69細(xì)線期（leptotene）/凝集期（condensation stage）細(xì)線期（leptotene,leptonema）也稱凝集期（condensation stage）形成染色線或染色粒

17、（chromomere）70主要事件：染色質(zhì)開始凝集，核及核仁體積增大。偶線期（zygotene）/配對(duì)期（pairing stage）主要發(fā)生來自父母的同源染色體（homologous chromosome）配對(duì)（pairing）二價(jià)體（bivalent）（配對(duì)后）四分體（tetrad）（4條 染色單體 ）聯(lián)會(huì)（synapsis）71主要事件：同源染色體配對(duì)，形成聯(lián)會(huì)復(fù)合體。聯(lián)會(huì)復(fù)合體（synaptonemal complex）在電鏡下顯示為三個(gè)平行的部分：側(cè)生成分位于復(fù)合體兩側(cè)，電子密度較高；兩側(cè)生成分之間，為中央成分；側(cè)生成分與中央成分之間由橫向排列的纖維相連。7274聯(lián)會(huì)復(fù)合體是同源染

18、色體配對(duì)過程中細(xì)胞臨時(shí)生成的特殊結(jié)構(gòu)，其裝配最早發(fā)生于偶線期，在粗線期完成，雙線期解聚，與同源染色體間的配對(duì)過程密切相關(guān)。 聯(lián)會(huì)復(fù)合體組裝粗線期（pachytene）同源染色體仍緊密結(jié)合，并發(fā)生等位基因之間部分DNA片段的交換和重組，產(chǎn)生新的等位基因的組合。重組結(jié)（recombination nodule）75主要事件：同源染色體片斷的交換和重組。其發(fā)生可能與重組節(jié)的作用有關(guān)。重組結(jié)結(jié)構(gòu)圖76含有大量的與DNA重組相關(guān)的酶。在粗線期，細(xì)胞中也存在DNA的合成，叫做P-DNA，它與交換中DNA鏈的修復(fù)、連接有關(guān)。P-DNA大小約為1001000bp，編碼一些與DNA點(diǎn)切（nicking）和修復(fù)（

19、reparing）有關(guān)的酶類。粗線期另一個(gè)重要的生化活動(dòng)是，合成減數(shù)分裂期專有的組蛋白。在許多動(dòng)物的卵母細(xì)胞發(fā)育過程中，粗線期還要發(fā)生rDNA擴(kuò)增。7778同源染色體片斷的交換和重組交叉互換：四分體時(shí)期同源染色體的非姐妹染色單體發(fā)生部分片段的交換現(xiàn)象。雙線期（diplotene，diplonema）主要事件：聯(lián)會(huì)復(fù)合體（SC）逐漸消失，同源染色體相互分離，殘留一些接觸點(diǎn)交叉。80持續(xù)時(shí)間一般較長(zhǎng)，其長(zhǎng)短變化很大,不同物種150年不等。終變期（diakinesis）端化（terminalization）：到達(dá)終變期末，同源染色體之間僅在其端部和著絲粒處相互聯(lián)結(jié)。染色體高度凝集，核仁消失，核膜破裂

20、，紡錘體形成，染色體開始移向赤道面上。81（2）中期（metaphase）核膜破裂，標(biāo)志著中期的開始。紡錘體開始組裝。四分體排列于赤道板。82與有絲分裂的區(qū)別在于，雖然此時(shí)每一染色體有兩個(gè)動(dòng)粒，但與它們相連的動(dòng)粒微管均位于紡錘體的同一側(cè)面。83返回有絲分裂中期（3）后期同源染色體對(duì)相互分離并向兩極移動(dòng)，標(biāo)志著后期(anaphase)的開始。移向兩極的同源染色體均是含有兩條染色單體的二倍體。The homologous chromosomes are pulled to the poles by active sliding of the microtubules. This results i

21、n the separation of the homologous chromosomes to separate cells.85有絲分裂后期人類細(xì)胞有23對(duì)染色體，從理論上講將會(huì)產(chǎn)生多少種不同的排列方式?22387（4）末期，胞質(zhì)分裂和兩次減數(shù)分裂之間的間期染色體移至 兩極，去凝集，核膜核仁重建，形成兩個(gè)子細(xì)胞，染色體數(shù)目減半。減數(shù)分裂間期（interkinesis）較短，無DNA復(fù)制。立即準(zhǔn)備進(jìn)行第二次減數(shù)分裂。882. 減數(shù)分裂第二次減數(shù)分裂過程與有絲分裂過程非常相似。即經(jīng)過分裂前期、中期 ，后期、末期和胞質(zhì)分裂等幾個(gè)過程。在第二次減數(shù)分裂結(jié)束時(shí)，一個(gè)親代細(xì)胞共形成4個(gè)子細(xì)胞，各子細(xì)

22、胞中染色體數(shù)目與分裂前相比，均減少了一半，子細(xì)胞間在染色體組成及組合上也存在差異。經(jīng)過第二次減數(shù)分裂，共形成4個(gè)子細(xì)胞。在雄性動(dòng)物，4個(gè)子細(xì)胞大小相似，稱為精子細(xì)胞，雌性動(dòng)物減數(shù)分裂僅形成一個(gè)有功能的卵細(xì)胞。高等植物減數(shù)分裂與動(dòng)物減數(shù)分裂類似。89間期間期間期間期間期間期精原細(xì)胞體積增大染色體復(fù)制，形成初級(jí)精母細(xì)胞減數(shù)第一次分裂前期前期減數(shù)第一次分裂前期減數(shù)第一次分裂前期減數(shù)第一次分裂前期減數(shù)第一次分裂同源染色體聯(lián)會(huì)同源染色體的兩兩配對(duì)現(xiàn)象叫做聯(lián)會(huì)。前期減數(shù)第一次分裂 同源染色體聯(lián)會(huì)，四分體出現(xiàn)四分體（含四條染色單體）減數(shù)第一次分裂聯(lián)會(huì)后的每對(duì)同源染色體含有四個(gè)染色單體叫做四分體前期 一個(gè)四分

23、體 = 對(duì)同源染色體 = 條染色體 = 條染色單體一兩四交叉互換：四分體中的非姐妹染色單體之間發(fā)生交叉，并且相互交換一部分染色體。同源染色體間發(fā)生了遺傳物質(zhì)的重組。aa,bb,減數(shù)第一次分裂中期減數(shù)第一次分裂中期減數(shù)第一次分裂中期減數(shù)第一次分裂中期減數(shù)第一次分裂中期減數(shù)第一次分裂中期減數(shù)第一次分裂中期減數(shù)第一次分裂中期同源染色體排列在赤道板上減數(shù)第一次分裂中期有絲分裂比較減數(shù)第一次分裂后期減數(shù)第一次分裂后期減數(shù)第一次分裂后期減數(shù)第一次分裂后期減數(shù)第一次分裂后期同源染色體分離減數(shù)第一次分裂后期與有絲分裂比較AB,A,B返回繼續(xù)非同源染色體 自由組合AA,BB,AA,B,B減數(shù)第一次分裂后期減數(shù)第

24、一次分裂后期減數(shù)第一次分裂后期減數(shù)第一次分裂后期減數(shù)第一次分裂后期減數(shù)第一次分裂后期減數(shù)第一次分裂末期減數(shù)第一次分裂末期減數(shù)第一次分裂末期 形成兩個(gè)次級(jí)精母細(xì)胞，染色體數(shù)目減半末期減數(shù)第一次分裂次級(jí)精母細(xì)胞中 無同源染色體減數(shù)第二次分裂減數(shù)第二次分裂 間期短或無染色體不復(fù)制減數(shù)第二次分裂 間期短或無染色體不復(fù)制減數(shù)第二次分裂 間期短或無染色體不復(fù)制染色體的著絲點(diǎn)排列在赤道板上減數(shù)第二次分裂中期減數(shù)第二次分裂中期減數(shù)第二次分裂中期減數(shù)第二次分裂后期減數(shù)第二次分裂后期減數(shù)第二次分裂后期減數(shù)第二次分裂后期減數(shù)第二次分裂后期 著絲點(diǎn)分裂，染色體一分為二，姐妹染色體向兩極移動(dòng)減數(shù)第二次分裂后期減數(shù)第二次

25、分裂后期減數(shù)第二次分裂后期減數(shù)第二次分裂后期減數(shù)第二次分裂末期減數(shù)第二次分裂末期減數(shù)第二次分裂末期減數(shù)第二次分裂末期減數(shù)第二次分裂末期 分裂結(jié)果形成 四個(gè)精細(xì)胞減數(shù)第二次分裂 與原來相比每個(gè)精細(xì)胞染色體數(shù)目減半末期 精細(xì)胞變形 形成四個(gè)蝌蚪 狀的精子160161 細(xì)胞周期的進(jìn)程是高度有序及不可逆的，受到細(xì)胞內(nèi)外多種因素嚴(yán)格的調(diào)節(jié)、控制。四、細(xì)胞周期的調(diào)控（一）細(xì)胞周期重要的調(diào)節(jié)因子1. 細(xì)胞周期蛋白(cyclin)（1）細(xì)胞周期蛋白的概念 是指隨細(xì)胞周期的變化呈周期性的出現(xiàn)與消失，控制細(xì)胞周期運(yùn)行的一組蛋白質(zhì)。細(xì)胞周期蛋白G1期周期蛋白：cyclinDG1/S周期蛋白：cyclinES期周期蛋

26、白： cyclinA 存在于所有真核細(xì)胞中 M期周期蛋白：cyclinB（2）細(xì)胞周期蛋白類型SpeciesG1G1/SSMS. cerevisiaeCln3 (Cdk1)Cln 1,2 (Cdk1)Clb 5,6 (Cdk1)Clb 1,2,3,4 (Cdk 1)S. pombePuc1? (Cdk1)Puc1, Cig1? (Cdk1)Cig2, Cig1? (Cdk1)Cdc13 (Cdk1)D. melanogastercyclin D (Cdk4)cyclin E (Cdk2)cyclin E, A (Cdk2,1)cyclin A, B, B3 (Cdk1)X. laeviseit

27、her not known or not presentcyclin E (Cdk2)cyclin E, A (Cdk2,1)cyclin A, B, B3 (Cdk1)H. sapienscyclin D 1,2,3 (Cdk4,6)cyclin E (Cdk2)cyclin A (Cdk2,1)cyclin B (Cdk1)細(xì)胞周期蛋白類型 細(xì)胞周期蛋白框： aa組成保守，由100個(gè)左右aa殘基組成。介導(dǎo)周 期蛋白與周期蛋白依賴性激酶形成復(fù)合物。 破壞框: 由9個(gè)aa殘基構(gòu)成，介導(dǎo)cyclinA、B的快速降解。 PEST序列：介導(dǎo)cyclin發(fā)生降解。（3）細(xì)胞周期蛋白的結(jié)構(gòu)細(xì)胞周期蛋白的

28、結(jié)構(gòu)2. 周期蛋白依賴性激酶 (cyclin dependent kinase ,Cdk) （1）周期蛋白依賴性激酶的概念 為一類能被細(xì)胞周期蛋白激活、調(diào)節(jié)細(xì)胞周期活動(dòng)的激酶。周期蛋白依賴性激酶（2）周期蛋白依賴性激酶的活化 無活性的Cdk分子中含有一彎曲的T環(huán)結(jié)構(gòu)，將Cdk的袋狀催化活性部位入口封閉，阻止了蛋白底物對(duì)活性位點(diǎn)的附著。 Cdk與cyclin結(jié)合使T環(huán)結(jié)構(gòu)位移、縮回，Cdk底物附著位點(diǎn)由此轉(zhuǎn)向其袋狀催化活性部位分布，Cdk具有了部分活性。 Cdk將完全激活還需 T環(huán)上的特定位點(diǎn)發(fā)生磷酸化。周期蛋白依賴性激酶的活化3. cyclin-Cdk復(fù)合物對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控 cyclin-Cd

29、k復(fù)合物是細(xì)胞周期調(diào)控體系的核心；其周期性的形成及降解，引發(fā)了細(xì)胞周期進(jìn)程中特定事件的出現(xiàn)，并促成了G1期向S期、G2期向M期、中期向后期等關(guān)鍵過程不可逆的轉(zhuǎn)換。（1） cyclin-Cdk復(fù)合物結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)：調(diào)節(jié)亞單位: cyclin 催化亞單位: Cdk功能：在細(xì)胞周期不同階段,選擇性地磷酸化不同蛋白,進(jìn)而對(duì)細(xì)胞周期進(jìn)程進(jìn)行調(diào)節(jié)。（2）cyclin-Cdk復(fù)合物在G1/S轉(zhuǎn)化中的作用 限制點(diǎn):G1晚期的一個(gè)特定時(shí)期，只有越過此點(diǎn)，細(xì)胞才能進(jìn)入S期。 在G1期起主要作用的cyclin-Cdk復(fù)合物是由G1期周期蛋白D、E與Cdk4/6結(jié)合構(gòu)成，這些復(fù)合物能使G1晚期的細(xì)胞跨越限制點(diǎn)，向S期

30、發(fā)生轉(zhuǎn)換。 cyclin-Cdk復(fù)合物 cyclin D在G1/S轉(zhuǎn)化中的關(guān)鍵作用 在一些向S期轉(zhuǎn)變的G0期細(xì)胞中，存在cyclinD的轉(zhuǎn)錄及表達(dá)，而當(dāng)cyclinD抗體加入后，G0期細(xì)胞的這一轉(zhuǎn)變將受阻。 cyclin-Cdk復(fù)合物在G1/S轉(zhuǎn)化中的關(guān)鍵作用 cyclinD首先在細(xì)胞中大量合成，Cdk4、6與其結(jié)合，通過激酶活性磷酸化Rb蛋白，使其失活。 與Rb蛋白結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子E2F被釋放，S期啟動(dòng)相關(guān)的基因開始轉(zhuǎn)錄，G1/S期、S期cyclin大量合成，G1/S-Cdk、S-Cdk復(fù)合物活化，致使與DNA復(fù)制相關(guān)的蛋白及酶大量的合成，DNA復(fù)制啟動(dòng)，細(xì)胞進(jìn)入S期 。 cyclin D在G

31、1/S轉(zhuǎn)化中關(guān)鍵作用的有關(guān)機(jī)制（3） cyclin-Cdk復(fù)合物對(duì)S期的調(diào)節(jié) cyclinA-Cdk復(fù)合物是S期中最主要的cyclin-Cdk復(fù)合物，能啟動(dòng)DNA的復(fù)制，并阻止已復(fù)制的DNA再發(fā)生復(fù)制。 當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入S期后，cyclin-Cdk復(fù)合物發(fā)生的主要變化包括：cyclinD/E-Cdk復(fù)合物中的cyclin發(fā)生降解、cyclinA-Cdk復(fù)合物形成。因cyclinD/E的降解是不可逆的，使得已進(jìn)入S期的細(xì)胞將無法向G1期逆轉(zhuǎn)。 cyclinA-Cdk復(fù)合物啟動(dòng)DNA復(fù)制的機(jī)制，目前認(rèn)為與真核細(xì)胞DNA分子復(fù)制起始點(diǎn)及其附近DNA序列上一個(gè)由多種蛋白構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，即前復(fù)制復(fù)合體有關(guān)。 cy

32、clinA-Cdk復(fù)合物利用其激酶活性可使ORC發(fā)生磷酸化，由此激活復(fù)制起始點(diǎn)，DNA合成啟動(dòng)。 cyclinA-Cdk復(fù)合物啟動(dòng)DNA復(fù)制 2001年，美國(guó)人LelandHartwell、英國(guó)人Paul Nurse、TimothyHunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機(jī)理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。（4） cyclin-Cdk復(fù)合物對(duì)M期的調(diào)節(jié) 成熟促進(jìn)因子（MPF）： 為cyclinB-Cdk復(fù)合物，在啟動(dòng)M期起著關(guān)鍵作用。 a. MPF的發(fā)現(xiàn) 有絲分裂促進(jìn)因子（M-Phase-promoting，MPF ）： M期及間期細(xì)胞融合：間期細(xì)胞染色質(zhì)均會(huì)出現(xiàn)早熟凝集，都能向M期轉(zhuǎn)換。MPF是70年代早期由日

33、本科學(xué)家Yoshio Masui在青蛙卵中發(fā)現(xiàn)的染色質(zhì)早熟凝集 顯微注射非洲爪蟾成熟卵細(xì)胞胞質(zhì)到未成熟的、處于G2期的爪蟾卵母細(xì)胞中，這些細(xì)胞將被誘導(dǎo)向M期轉(zhuǎn)化，進(jìn)而成熟。 MPF 在G2期活化，通過磷酸化一系列有絲分裂必須的蛋白，促進(jìn)細(xì)胞進(jìn)入M期。成熟促進(jìn)因子（maturation promoting factor, MPF）187b. MPF活性的周期性變化MPF活性增加：細(xì)胞進(jìn)入M期MPF活性達(dá)高峰（M期中期）：染色單體分開MPF活性下降： 細(xì)胞退出M期c. MPF啟動(dòng)M期的相關(guān)分子機(jī)制 MPF中Cdk1為一種Ser/Thr（絲氨酸/蘇氨酸）激酶，可催化蛋白質(zhì)Ser與Thr殘基磷酸化，是

34、MPF的活性單位。 在細(xì)胞由G2期進(jìn)入M期后，依賴于其蛋白激酶活性，MPF可對(duì)M期早期細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生直接或間接的作用。 MPF可通過磷酸化組蛋白H1上與有絲分裂有關(guān)的特殊位點(diǎn)，誘導(dǎo)染色質(zhì)凝集，啟動(dòng)有絲分裂。 MPF也可直接作用于染色體凝縮蛋白，散在的DNA分子結(jié)合于磷酸化的凝縮蛋白上后，沿其表面發(fā)生纏繞、聚集，介導(dǎo)了染色體形成超螺旋化結(jié)構(gòu)，進(jìn)而發(fā)生凝集。 核纖層蛋白也是MPF的催化底物之一，lamin經(jīng)MPF作用后，其特定的絲氨酸殘基可發(fā)生高度磷酸化，由此引起核纖層纖維結(jié)構(gòu)解體，核膜崩裂成小泡。 MPF也能對(duì)多種微管結(jié)合蛋白進(jìn)行磷酸化，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞周期中微管的動(dòng)態(tài)變化，使微管發(fā)生重排，促

35、進(jìn)紡錘體的形成。 MPF的磷酸化作用細(xì)胞周期蛋白的周期性變化機(jī)制泛素化降解 Cdk類型 結(jié)合的cyclin 主要作用時(shí)期 作用特點(diǎn) Cdk1 cyclinA G2 促進(jìn)G2期向M期轉(zhuǎn)換 cyclinB G2 、M 磷酸化多種與有絲分裂 相關(guān)的蛋白，促進(jìn)G2期 向M期轉(zhuǎn)換 Cdk2 cyclinA S 能啟動(dòng)S期的DNA的復(fù)制， 并阻止已復(fù)制的DNA再發(fā)生 復(fù)制 cyclin E G1晚期 使晚G1期細(xì)胞跨越限制點(diǎn) 向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換 Cdk3 ? G1 Cdk4 cyclinD(D1D2D3) G1中、晚期 使晚G1期細(xì)胞跨越限制點(diǎn) 向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換 Cdk5 ? G0？ Cdk6 cyclinD(

36、D1D2D3) G1中、晚期 使晚G1期細(xì)胞跨越限制點(diǎn) 向S期發(fā)生轉(zhuǎn)換 cyclin-Cdk復(fù)合物對(duì)細(xì)胞周期調(diào)節(jié)總結(jié)194195（二） 細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)控細(xì)胞周期的活動(dòng)1. 細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)（checkpoint）概念 為了保證細(xì)胞染色體數(shù)目的完整性及細(xì)胞周期正常運(yùn)轉(zhuǎn)，細(xì)胞中存在著一系列監(jiān)控系統(tǒng)，可對(duì)細(xì)胞周期發(fā)生的重要事件及出現(xiàn)的故障加以檢測(cè)，只有當(dāng)這些事件完成、故障修復(fù)后，才允許細(xì)胞周期進(jìn)一步運(yùn)行，該監(jiān)控系統(tǒng)即為檢測(cè)點(diǎn)。(Option I) Cell cycle arrest DNA repair Continue cell cycleG1 DNA damage checkpoint(Opti

37、on II) Apoptosis 包括未復(fù)制DNA檢驗(yàn)點(diǎn)1、紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)1、染色體分離檢驗(yàn)點(diǎn)1及DNA損傷檢驗(yàn)點(diǎn)3。 細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)類型198（1）G1/S期檢驗(yàn)點(diǎn)(R點(diǎn)) 監(jiān)測(cè)細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)、環(huán)境條件、DNA損傷情況（2）S期檢驗(yàn)點(diǎn) 監(jiān)測(cè)DNA復(fù)制有沒有完成（3）G2/M期檢驗(yàn)點(diǎn) 監(jiān)測(cè)細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)、環(huán)境條件、DNA損傷情況（4）M期檢驗(yàn)點(diǎn) 監(jiān)測(cè)紡錘體有沒有組裝好199 檢測(cè)點(diǎn)類型 作用特點(diǎn) 與作用相關(guān)的主要蛋白質(zhì)未復(fù)制-DNA檢驗(yàn)點(diǎn) 監(jiān)控DNA復(fù)制，決定細(xì)胞是否 ATR、Chl1、 Cdc25、 進(jìn)入M 期 cyclinA/B-Cdk1紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn) 監(jiān)控紡錘體組裝，決定細(xì)胞是否 進(jìn)入后

38、期 Mad2、APC、securin染色體分離檢驗(yàn)點(diǎn) 監(jiān)控后期末子代染色體在細(xì)胞中的 位置，決定細(xì)胞是否進(jìn)入末期及 Tem1、 Cdc14、M期cyclin 發(fā)生胞質(zhì)分裂 DNA損傷檢驗(yàn)點(diǎn) 監(jiān)控DNA損傷的修復(fù)，決定細(xì)胞 ATM/ATR、ChK1/2、p53 周期是否繼續(xù)進(jìn)行 Cdc25 、cyclinE/A-Cdk2細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)的特點(diǎn)及作用機(jī)制 （P169，F(xiàn)ig11-14） 2001. 生長(zhǎng)因子（Growth factor） 生長(zhǎng)因子是一類由細(xì)胞自分泌或旁分泌產(chǎn)生的多肽類物質(zhì)，在與細(xì)胞膜上特異性受體結(jié)合后，經(jīng)信號(hào)傳遞可激活細(xì)胞內(nèi)多種蛋白激酶，促進(jìn)或抑制細(xì)胞周期進(jìn)程相關(guān)蛋白的表達(dá)，參與細(xì)胞

39、周期的調(diào)節(jié)。 生長(zhǎng)因子的作用為細(xì)胞周期正常進(jìn)程所必需。G1期早期的細(xì)胞如果缺乏生長(zhǎng)因子的刺激，將不能向S期轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)而進(jìn)入靜止?fàn)顟B(tài)，成為G0期細(xì)胞。（三）與細(xì)胞周期調(diào)控相關(guān)的其他因子2. 抑素（chalone）。 抑素是一種由細(xì)胞自身分泌的，能抑制細(xì)胞周期進(jìn)程的糖蛋白，主要在G1期末及G2期對(duì)細(xì)胞周期的產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。 抑素可通過與細(xì)胞膜上特異性受體結(jié)合，引起信號(hào)的轉(zhuǎn)換及向胞內(nèi)的傳遞，進(jìn)而對(duì)細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的表達(dá)產(chǎn)生影響。 3. MicroRNA (miRNA)與細(xì)胞周期的調(diào)控 新近研究表明，在機(jī)體發(fā)育及生理過程中有重要作用的MicroRNA (miRNA)，也參與了對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控。 通過調(diào)節(jié)c

40、yclin、Cdk、CKI等的表達(dá)，miRNA可直接影響細(xì)胞周期的進(jìn)程，尤其是G1向S期的轉(zhuǎn)換。MicroRNA (miRNA)與細(xì)胞周期的調(diào)控 在細(xì)胞周期的進(jìn)程中，多種蛋白或酶直接或間接地參與了細(xì)胞周期事件的調(diào)控，編碼這些蛋白或酶的基因有規(guī)律、特異性的表達(dá)構(gòu)成細(xì)胞周期調(diào)控的遺傳基礎(chǔ)。（四）細(xì)胞周期調(diào)控的遺傳基礎(chǔ)1. 細(xì)胞分裂周期基因（cell division cycle gene，Cdc gene） 細(xì)胞分裂周期基因是一類產(chǎn)物表達(dá)具細(xì)胞周期依賴性或直接參與了細(xì)胞周期調(diào)控的基因，主要包括前面述及的，處于細(xì)胞周期調(diào)控中心地位的cyclin、Cdk及CKI等基因。 與DNA復(fù)制密切相關(guān)的DNA聚

41、合酶基因、DNA連接酶基因均屬Cdc基因。 通過彌補(bǔ)酵母Cdc基因突變的方法可將Cdc基因分離。 用野生型酵母基因庫的DNA片段構(gòu)建質(zhì)粒，并將其轉(zhuǎn)染入上述溫度敏感突變株細(xì)胞中，將突變細(xì)胞置于高溫下培養(yǎng)，僅有少數(shù)突變細(xì)胞中因轉(zhuǎn)入了野生型細(xì)胞Cdc基因，可以存活并增殖成克隆。而大多數(shù)突變細(xì)胞因轉(zhuǎn)入的是其他非Cdc基因，而不能增殖。 將含有Cdc基因的突變細(xì)胞中的質(zhì)粒分離后，即可對(duì)其所攜帶的Cdc基因并加以分析、鑒定。 Cdc基因的分離2. 癌基因（oncogene） 癌基因是一類在正常情況下為細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖所必需，突變或過度表達(dá)后將導(dǎo)致細(xì)胞增殖異常，引起癌變的基因。 癌基因產(chǎn)物可分為生長(zhǎng)因子類蛋白

42、（sis基因的產(chǎn)物）、生長(zhǎng)因子受體類蛋白（V-erb-B、c-fms、trk等基因的產(chǎn)物）、與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)的蛋白（raf、mos等基因的產(chǎn)物）及轉(zhuǎn)錄因子類蛋白（c-jun、c-fos、c-myc等基因的產(chǎn)物）。 3. 抑癌基因（antioncogene） 抑癌基因?yàn)檎＜?xì)胞所具有的、一類能抑制細(xì)胞惡性增殖的基因。 這類基因編碼的蛋白質(zhì)通常能與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合或本身即為轉(zhuǎn)錄因子，可作為負(fù)調(diào)控因子，從多種途徑影響細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的合成及DNA復(fù)制，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的進(jìn)程。 212真核細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)控 依賴于：CDK和cyclin等的調(diào)控 檢驗(yàn)點(diǎn)的反饋調(diào)控G1SG2MThe summary of cell-cyc