細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)

1、關(guān)于細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)第一張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)：Cyclin:調(diào)節(jié)亞基Cdk (cyclin dependent kinase)：催化亞基第二張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月多種控制細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)活化的方式Cdks與Cyclins的結(jié)合磷酸化與去磷酸化蛋白質(zhì)降解基因表達(dá)調(diào)控CKI的結(jié)合空間分布細(xì)胞內(nèi)外信號(hào)的協(xié)調(diào)第三張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月G1期：轉(zhuǎn)錄細(xì)胞外（如有絲分裂原）和細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)（如細(xì)胞生長(zhǎng)監(jiān)控系統(tǒng)）可啟動(dòng)G1/S-和S-細(xì)胞周期蛋白基因的表達(dá)，最終可以激活G1/S-Cdks，新的細(xì)胞周期因此開(kāi)始。第四張，PPT共七十八頁(yè)

2、，創(chuàng)作于2022年6月G2期：磷酸化與去磷酸化Cdk亞單位的抑制型磷酸化處于無(wú)活性的磷酸狀態(tài)。當(dāng)有絲分裂開(kāi)始時(shí)，這些磷酸化的突然去除導(dǎo)致了所有M-Cdk的激活，觸發(fā)了G2/M檢驗(yàn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換。 第五張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月M期：蛋白質(zhì)降解破壞S期和M期細(xì)胞周期蛋白使所有主要Cdks在有絲分裂后半段失活。破壞姐妹染色單體結(jié)合在一起的蛋白染色體分離。第六張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的特性：第一，細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)包括反饋環(huán)和其他調(diào)節(jié)的相互作用，使大部分周期蛋白-Cdk復(fù)合物產(chǎn)生不可逆的，開(kāi)關(guān)樣的激活和失活。因此，細(xì)胞周期事件通常是以“全或無(wú)”的方式進(jìn)行，以

3、使細(xì)胞避免一些事件的部分激活造成的傷害。第二，不同周期蛋白-Cdk開(kāi)關(guān)的相互調(diào)節(jié)作用確保它們之間的有序與協(xié)調(diào)。第七張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的特性：第三，細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)極為強(qiáng)大：每個(gè)周期蛋白-Cdk開(kāi)關(guān)的激活與失活都能通過(guò)多種機(jī)制進(jìn)行調(diào)控，使得系統(tǒng)在即使部分組分出現(xiàn)問(wèn)題的情況下，依然運(yùn)轉(zhuǎn)良好。最后，系統(tǒng)具有可適應(yīng)性，在各種細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的調(diào)節(jié)因子的作用下，主要調(diào)控開(kāi)關(guān)的時(shí)間點(diǎn)可以能作出相應(yīng)的調(diào)整。第八張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 細(xì)胞周期蛋白依賴的蛋白激酶第九張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)胞周期蛋白依賴激酶（Cdks）屬于絲氨

4、酸蘇氨酸蛋白激酶家族，其成員都是小分子量蛋白質(zhì)(34-40kDa)所有的Cdks都有一個(gè)共同的特征，即它們酶活性的激活需要結(jié)合細(xì)胞周期蛋白調(diào)節(jié)亞單位。大部分情況，Cdks的完全激活還需要靠近激酶活性位點(diǎn)的蘇氨酸的磷酸化。一、細(xì)胞周期蛋白依賴激酶的特性第十張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月動(dòng)物細(xì)胞包括至少九種Cdks，其中只有四種（Cdk1,2,4,6）直接參與了細(xì)胞周期調(diào)控 一、細(xì)胞周期蛋白依賴激酶的特性第十一張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Cdk功能在進(jìn)化中高度保守。如果把酵母的Cdk1基因替換為人的Cdk1，酵母細(xì)胞依然能正常增殖。Cdks能磷酸化幾百種不同的蛋白質(zhì)。Cd

5、k蛋白識(shí)別的特定序列的絲氨酸或蘇氨酸殘基。Cdks典型的磷酸化序列是S/T*PXK/R，其中S/T*是指磷酸化的絲氨酸或蘇氨酸，X代表任意氨基酸，K/R代表堿性氨基酸賴氨酸（K）或精氨酸（R）。一、細(xì)胞周期蛋白依賴激酶的特性第十二張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月小的氨基端小葉大的羧基端小葉 一個(gè)大的可彎曲的環(huán)T-環(huán)或激活環(huán)從羧基端小葉伸出，可阻止蛋白底物結(jié)合到活性位點(diǎn)縫隙入口處。未激活狀態(tài)下，Cdk活性位點(diǎn)的很多重要氨基酸側(cè)鏈定位不正確，使得ATP的磷酸根定向不利于激酶反應(yīng)。二、細(xì)胞周期蛋白依賴激酶的結(jié)構(gòu)第十三張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月T-loop第十四張，PPT共七

6、十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月PASTAIRE螺旋 (也叫1螺旋)與細(xì)胞周期蛋白直接作用，結(jié)合時(shí)向內(nèi)移動(dòng)，引起與ATP磷酸根作用的殘基重新定向。二、細(xì)胞周期蛋白依賴激酶的結(jié)構(gòu)第十五張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 細(xì)胞周期蛋白Cyclin第十六張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一：細(xì)胞周期蛋白分四類細(xì)胞周期蛋白在細(xì)胞周期過(guò)程中表現(xiàn)出劇烈的濃度變化，以幫助產(chǎn)生Cdk活性的震蕩變化，這是形成細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)。細(xì)胞周期蛋白基因表達(dá)的改變蛋白酶解三個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)；四類細(xì)胞周期蛋白:G1,G1/S,S,M 第十七張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月G1/S細(xì)胞周期蛋白：在G1

7、期的晚期升高，在S期早期下降 ：?jiǎn)?dòng)DNA復(fù)制，中心體復(fù)制S細(xì)胞周期蛋白：在S期升高。負(fù)責(zé)DNA復(fù)制，一次M細(xì)胞周期蛋白：S-G2-M。負(fù)責(zé)有絲分裂紡錘體的裝配，姊妹染色單體在紡錘體上的排列 G1細(xì)胞周期蛋白：濃度并不發(fā)生震蕩變化，而是隨著細(xì)胞的生長(zhǎng)和細(xì)胞外生長(zhǎng)調(diào)節(jié)信號(hào)出的存在，在整個(gè)細(xì)胞周期中的濃度逐漸增加。負(fù)責(zé)新細(xì)胞周期的設(shè)定。第十八張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一：細(xì)胞周期蛋白分四類第十九張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、細(xì)胞周期蛋白的結(jié)構(gòu)不同的一級(jí)結(jié)構(gòu)： 約100個(gè)氨基酸的細(xì)胞周期蛋白盒，與Cdk的結(jié)合和激活必需。相似的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為細(xì)胞周期蛋白折疊，包括一個(gè)由

8、兩個(gè)緊密的結(jié)構(gòu)域構(gòu)成的核心。每個(gè)結(jié)構(gòu)域包含五個(gè)alpha 螺旋。第一個(gè)五個(gè)螺旋簇對(duì)應(yīng)于保守的細(xì)胞周期蛋白盒。第二個(gè)五個(gè)螺旋簇與第一個(gè)螺旋簇相同，盡管序列相似性有限。第二十張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)胞周期蛋白氨基末端區(qū)域的長(zhǎng)度尤其不一樣，包括了細(xì)胞周期蛋白特異的調(diào)控和靶向結(jié)構(gòu)域。S細(xì)胞周期蛋白和M細(xì)胞周期蛋白的氨基末端區(qū)域含有短的降解盒基序，能在有絲分裂期靶向蛋白酶解。二、細(xì)胞周期蛋白的結(jié)構(gòu)第二十一張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的活性的調(diào)節(jié)第二十二張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的活性受到多種因素的調(diào)節(jié)第二十三張，P

9、PT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月使得Cdk2構(gòu)象發(fā)生變化，最明顯的變化發(fā)生在T環(huán)（T-loop）處，Cyclin的結(jié)合也使L12小螺旋轉(zhuǎn)化為鏈， 使后面的T環(huán)發(fā)生重構(gòu)，不再堵塞蛋白底物的結(jié)合位點(diǎn)，而是在縫隙入口處幾乎平坦排列。一、與cyclin的結(jié)合是Cdk活化的基本條件第二十四張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月底物的靶向性：Cdks：T-環(huán)與底物的SPXK的保守序列作用。細(xì)胞周期蛋白：疏水斑與底物上的RXL基序作用Cks1：磷酸根結(jié)合袋的存在能使其靶向那些含有多個(gè)磷酸化位點(diǎn)的靶蛋白。一、與cyclin的結(jié)合是Cdk活化的基本條件第二十五張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月決

10、定Cdk的底物特異性。位于cyclin表面稱為疏水斑的區(qū)域，與含有互補(bǔ)疏水序列稱為RXL（或Cy）的基序的底物以中度親和力結(jié)合。cyclin結(jié)合的也可以將Cdk帶到其底物所在的空間部位。有些cyclin包含有序列信息，能夠靶向自身和它們的Cdk同伴到特定的亞細(xì)胞部位。 一、與cyclin的結(jié)合是Cdk活化的基本條件第二十六張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月活化磷酸化：不去磷酸化抑制磷酸化：去磷酸化二、 磷酸化與去磷酸化是控制Cdk活性的開(kāi)關(guān)步驟第二十七張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(1) Cdk的活化磷酸化:Cdk活化激酶（CAK）催化、發(fā)生在鄰近激酶活性位點(diǎn)的蘇氨酸殘基發(fā)

11、生磷酸化。二、 磷酸化與去磷酸化是控制Cdk活性的開(kāi)關(guān)步驟第二十八張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月磷酸化使T環(huán)變平，移向cyclinA，使Cdk和cyclin的相互作用更加穩(wěn)定。Thr160的磷酸化使T環(huán)能夠有效地與含有SPXK保守序列的蛋白底物作用。二、磷酸化與去磷酸化是控制Cdk活性的開(kāi)關(guān)步驟第二十九張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(2) Cdk的抑制磷酸化由于Cdks的活化性磷酸化不受去磷酸化的調(diào)控，兩種抑制磷酸化就在調(diào)節(jié)Cdk活性中起著重要作用：一個(gè)是保守的酪氨酸殘基（人Cdks 的Tyr15），這存在于所有的Cdks中。附近的蘇氨酸殘基（Thr14）的磷酸化進(jìn)一步

12、阻礙了Cdk的活化。Thr14和Tyr15位于激酶的ATP結(jié)合位點(diǎn)的頂端，它們的磷酸化可能通過(guò)干擾ATP磷酸根的方向而抑制Cdk活性。這些抑制性磷酸化位點(diǎn)的去磷酸化對(duì)cyclin-Cdks的激活至關(guān)重要，是開(kāi)關(guān)樣激活的關(guān)鍵開(kāi)關(guān)位點(diǎn)。二、 磷酸化與去磷酸化是控制Cdk活性的開(kāi)關(guān)步驟第三十張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月蛋白激酶Wee1：負(fù)責(zé)Tyr15的磷酸化蛋白激酶Myt1：催化Thr14和Tyr15的磷酸化抑制性位點(diǎn)的去磷酸化由Cdc25家族的磷酸酶來(lái)執(zhí)行。 例一：G2/M Cdk1開(kāi)關(guān)樣的激活第三十一張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月抑制性位點(diǎn)的去磷酸化由Cdc25磷酸酶家

13、族執(zhí)行，Cdc25家族在脊椎動(dòng)物中有三個(gè)成員（Cdc25A、Cdc25B、Cdc25C）。例一：G2/M Cdk1開(kāi)關(guān)樣的激活第三十二張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月兩種酶都受到它們有絲分裂底物M期cyclin-Cdk復(fù)合物的調(diào)節(jié)：由M-Cdk導(dǎo)致的磷酸化抑制Wee1而激活Cdc25。因此，在有絲分裂開(kāi)始階段，M-Cdk激活了它自身的激活因子，抑制了自身的抑制因子，形成了正反饋環(huán)來(lái)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)樣的Cdk激活。第三十三張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月盡管CKI的蛋白氨基酸序列的相似性很小，它們卻擁有一些共同的重要功能特性。第一，CKI主要是S-和M-Cdk復(fù)合物的重要抑制因子，在

14、細(xì)胞中高水平表達(dá)以確保在G1期中不存在任何S-或M-Cdk活性。第二，CKI不能抑制G1/S-Cdks，因此，它們不能阻斷這些激酶在起始檢查點(diǎn)的激活。最后，這些抑制因子最后要被Cdks磷酸化后降解。在G1期的晚期，上升的G1/S-Cdk活性能降解這些抑制因子以允許S-Cdk在S期開(kāi)始階段被激活。三、 CKI對(duì)G1期Cdk活性的抑制 第三十四張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月動(dòng)物細(xì)胞的CKIs可分類為兩大結(jié)構(gòu)家族，對(duì)Cdk的抑制的機(jī)制不同。Cip/Kip家族成員：包括Dacapo和p27，結(jié)合周期蛋白和Cdk復(fù)合物。他們的基本功能是通過(guò)抑制G1/S-和S-Cdks來(lái)阻斷細(xì)胞周期進(jìn)程，但他

15、們也能通過(guò)激活G1-Cdks來(lái)促進(jìn)細(xì)胞周期的進(jìn)入，INK4家族成員：是絕對(duì)的抑制因子，它們能特異性地針對(duì)Cdk4和Cdk6的單體，通過(guò)減少細(xì)胞周期蛋白的結(jié)合親和力來(lái)起作用。三、CKI對(duì)G1期Cdk活性的抑制 第三十五張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Cip/Kip蛋白與周期蛋白-Cdk復(fù)合物的兩個(gè)亞單位都結(jié)合p27的細(xì)胞周期蛋白結(jié)合部分與周期蛋白 A的疏水斑作用。p27的Cdk結(jié)合區(qū)域與激酶亞單位廣泛地相互作用。這些相互作用完全扭曲和部分拆散了在激酶活性位點(diǎn)上方的氨基端突出結(jié)構(gòu)，也直接阻礙了ATP的結(jié)合位點(diǎn)，完全破壞了酶的催化功能。三、CKI對(duì)G1期Cdk活性的抑制 第三十六張，PPT

16、共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Cip/Kip蛋白還有助于激活G1激酶Cdk4和Cdk6周期蛋白D和Cdk4或Cdk6在沒(méi)有其他蛋白的情況下結(jié)合并不緊密。Cip/Kip蛋白能通過(guò)與這兩個(gè)亞單位作用而增強(qiáng)它們之間的結(jié)合。三、CKI對(duì)G1期Cdk活性的抑制第三十七張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月INK4家族僅僅只是Cdk4和6的抑制因子，優(yōu)先結(jié)合于Cdk單體這些抑制因子能在細(xì)胞周期蛋白結(jié)合位點(diǎn)的相反一側(cè)結(jié)合Cdk的兩個(gè)突出，破壞了ATP的結(jié)合與定向。INK4蛋白也將激酶上部的突出扭曲，使之不適合與細(xì)胞周期蛋白的結(jié)合 三、CKI對(duì)G1期Cdk活性的抑制第三十八張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2

17、022年6月遠(yuǎn)祖真核細(xì)胞的細(xì)胞周期可能只由一個(gè)cyclin-Cdk振蕩器操縱，但現(xiàn)代的真核生物擁有多個(gè)不同的cyclin-Cdk復(fù)合物，它們以固定的順序被激活和失活。這種順序的形成取決于不同cyclin的基因轉(zhuǎn)錄在不同細(xì)胞周期階段順序激活。芽殖酵母大約800個(gè)基因或裂殖酵母蛋白編碼基因的約15%，在細(xì)胞周期中顯示出明顯的表達(dá)變化四、cyclin的水平震蕩由基因表達(dá)調(diào)控第三十九張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在G1期的晚期通過(guò)起始點(diǎn)時(shí)表達(dá)，約300個(gè)成員。包括G1/S細(xì)胞周期蛋白、S期細(xì)胞周期蛋白，以及編碼染色體復(fù)制和其他S期事件所必需酶的基因。G2/M期轉(zhuǎn)換和有絲分裂時(shí)表達(dá)，約120

18、種，包括了編碼M期細(xì)胞周期蛋白的基因。有絲分裂后半段和G1期表達(dá)，大約含110種基因，包括編碼Cdk抑制因子的基因。四、cyclin的水平震蕩由基因表達(dá)調(diào)控第四十張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月G1是細(xì)胞周期中承前啟后的重要時(shí)期，一方面細(xì)胞要清除上一個(gè)周期的各類調(diào)節(jié)因子的殘存，為下一次DNA復(fù)制做好準(zhǔn)備；另一方面，為了維持細(xì)胞體積的恒定，細(xì)胞生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)機(jī)制必須讓細(xì)胞在這個(gè)時(shí)期大量合成細(xì)胞內(nèi)容物，爭(zhēng)取在下次分裂前細(xì)胞的體積能夠加倍。當(dāng)增大細(xì)胞的體積到一定的閾值時(shí)，就傳遞某種信號(hào)給細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)，不可逆地啟動(dòng)下一個(gè)新細(xì)胞周期的進(jìn)程。例2：G1期Cdk的活性調(diào)控方式第四十一張，PPT共七

19、十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月G1期Cdk活性的抑制機(jī)制。增加細(xì)胞周期蛋白的降解Cdk抑制蛋白對(duì)Cdk活性的抑制作用減少細(xì)胞周期蛋白基因表達(dá)例2：G1期Cdk的活性調(diào)控方式第四十二張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月動(dòng)物細(xì)胞Start檢驗(yàn)點(diǎn)之前，G1/S基因的表達(dá)被抑制型E2F的結(jié)合而抑制。所以Start檢驗(yàn)點(diǎn)G1/S基因表達(dá)的升高依賴于抑制型E2F從G1/S基因的啟動(dòng)子上去除，并被置換成激活型的E2Fs。這個(gè)過(guò)程依賴于pRB蛋白質(zhì)的失活。 例2：G1期Cdk的活性調(diào)控方式：基因表達(dá)第四十三張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)胞跨過(guò)Start檢驗(yàn)點(diǎn)，激發(fā)G1/S基因表達(dá)的關(guān)鍵是pR

20、B的磷酸化。pRB蛋白是細(xì)胞周期的主要?jiǎng)x車(chē)機(jī)制，通過(guò)結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子E2F，抑制了E2F的轉(zhuǎn)錄激活功能。例2：G1期Cdk的活性調(diào)控方式：基因表達(dá)第四十四張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月周期蛋白 D-Cdk復(fù)合物只催化了部分pRB的磷酸化和E2F的激活。E2F的完全激活只有在G1期的末段G1/S-Cdk：周期蛋白 E-Cdk2的活性升高并完成pRB蛋白的磷酸化作用后。正反饋例2：G1期Cdk的活性調(diào)控方式：基因表達(dá)第四十五張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一個(gè)細(xì)胞周期事件向下一個(gè)細(xì)胞周期的轉(zhuǎn)換是單向的并且是不可逆的，這個(gè)不可逆性可以通過(guò)Cdk激活的不可逆性來(lái)部分實(shí)現(xiàn)，更重要的保證

21、是cyclin的降解。有絲分裂cyclin降解保證了有絲分裂的退出，也使Cdk活性在G1期維持低的狀態(tài)。周期蛋白，CKI和其他細(xì)胞周期調(diào)控因子通過(guò)泛素化途徑被定向降解。泛素化經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)中完成泛素激活，泛素偶聯(lián)和泛素蛋白連接作用，泛素化的蛋白質(zhì)最后被稱為蛋白酶體（proteasome）的巨大蛋白酶復(fù)合體識(shí)別并降解。 五、蛋白質(zhì)降解控制了細(xì)胞周期的單向性第四十六張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月泛素活化酶（E1）：將泛素轉(zhuǎn)移到一個(gè)泛素結(jié)合酶家族成員（E2）上。E2與靶向特異性泛素連接的酶（E3）合作，催化泛素活化的甘氨酸羧基端與靶蛋白的賴氨酸側(cè)鏈形成肽鍵。被26S蛋白酶體識(shí)別，降解泛素

22、化蛋白成短肽。第四十七張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月泛素-蛋白連接酶通常在泛素化機(jī)制中是最重要的調(diào)節(jié)靶蛋白，一方面是因?yàn)樗鼈冊(cè)诜核鼗^(guò)程中是靶蛋白特異性的主要決定因素，另一方面是因?yàn)樗鼈兪谴呋撨^(guò)程的限速步驟。G1/S轉(zhuǎn)換:關(guān)鍵的泛素-蛋白連接酶是稱為SCF的一種酶，它的命名來(lái)源于其三個(gè)中心成分Skp1,cullin和F-盒。中后期轉(zhuǎn)換:關(guān)鍵的泛素-蛋白連接酶為后期促進(jìn)因子（APC）或cyclosome。5. 蛋白質(zhì)降解控制了細(xì)胞周期的單向性第四十八張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月有絲分裂后半段事件主要受到兩種機(jī)制的調(diào)控：APC介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解作用和Cdk1磷酸化底物的去

23、磷酸化作用。APC控制了細(xì)胞周期調(diào)控檢查點(diǎn)的啟動(dòng)：中期后期轉(zhuǎn)換檢查點(diǎn)。當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入中期時(shí)，姐妹染色單體的分離被強(qiáng)大的抑制系統(tǒng)阻止。而當(dāng)姐妹染色單體一旦完成雙指向整列，這些“剎車(chē)系統(tǒng)”就被泛素蛋白連接酶APCCdc20酶解去除。APCCdc20將蛋白質(zhì)泛素化修飾，使之被定向酶解，進(jìn)而發(fā)動(dòng)不可逆轉(zhuǎn)的后期進(jìn)程，并退出有絲分裂。例3，APC控制的蛋白降解：中/后期轉(zhuǎn)化第四十九張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月當(dāng)細(xì)胞到達(dá)中期時(shí)，M-Cdks通過(guò)磷酸化APC核心亞單位激活了APC，這增強(qiáng)了與Cdc20的結(jié)合。然后APCcdc20靶向降解安全子和M期細(xì)胞周期蛋白，從而滅活M-Cdks。因此，M-Cdk

24、s觸發(fā)了導(dǎo)致自身最終降解的系列事件，形成一個(gè)負(fù)反饋環(huán)。例3，APC控制的蛋白降解：中/后期轉(zhuǎn)化第五十張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月APCCdc20觸發(fā)了兩個(gè)關(guān)鍵調(diào)控蛋白的泛素化和酶解：第一，securin的酶解釋放出蛋白酶分離酶（separase），切割黏連蛋白的Scc1亞基，打破姐妹染色單體之間的黏合；第二，有絲分裂cyclin的酶解導(dǎo)致很多Cdk靶蛋白的去磷酸化，這為有絲分裂后半段事件的發(fā)生所必需。例3，APC控制的蛋白降解：中/后期轉(zhuǎn)化第五十一張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例3，APC控制的蛋白降解：中/后期轉(zhuǎn)化第五十二張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月

25、不同的激活因子決定APC的底物特異性 APC的激活因子有兩種：Cdc20和Cdh1。有絲分裂的前半段和后半段的開(kāi)始時(shí)，Cdh1被Cdk磷酸化，與APC的結(jié)合被抑制。此時(shí)APC結(jié)合Cdc20，其底物主要為S，M期cyclin和securin。有絲分裂中期Cdk的失活使APC與Cdh1去磷酸化，從而導(dǎo)致APC與Cdc20結(jié)合下降而與Cdh1親和力增加，形成的APCCdh1的其中一個(gè)靶蛋白又是Cdc20，這樣就徹底關(guān)閉APCCdc20的功能。同時(shí)APCCdh1決定了其他不被APCCdc20識(shí)別蛋白質(zhì)的酶解，如有絲分裂蛋白激酶Plk和Aurora A。所以Plk和Aurora A的降解的時(shí)間要晚于cy

26、clinB-Cdk1，這對(duì)有絲分裂的退出至關(guān)重要。例3，APC控制的蛋白降解：中/后期轉(zhuǎn)化第五十三張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2抑制因子決定了APC激活的時(shí)間 一個(gè)叫Emi1的蛋白質(zhì)在G2期和有絲分裂的前半段與Cdc20結(jié)合，并可能阻礙其與APC的相互作用而抑制了APC的活化。在前期的末段，Emi1可以同時(shí)被Plk和cyclinB-Cdk1復(fù)合物磷酸化，為泛素蛋白連接酶SCFb-TrCP1所識(shí)別，導(dǎo)致Emi1在前中期被酶解，釋放出Cdc20，形成有活性的APCCdc20。Emi1水平在G1期結(jié)束時(shí)再次升高，抑制了APCCdh1的活性。例3，APC控制的蛋白降解：中/后期轉(zhuǎn)化第五十

27、四張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3. Cdk1的磷酸化控制了APCCdc20的激活A(yù)PCCdc20激活的最為重要和普遍的機(jī)制是有絲分裂Cdk對(duì)APC核心亞基的磷酸化，而磷酸化則啟動(dòng)了其與活化亞基Cdc20的結(jié)合。APC的磷酸化最早發(fā)生在前期末段的細(xì)胞核，在周期蛋白B1-Cdk1復(fù)合物剛剛被激活并轉(zhuǎn)移入核之后和核膜破裂之前的一段時(shí)間。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，Cdk1依賴的APC的磷酸化提高了其與Cdc20的親和性，而突變APC的一系列Cdk1磷酸化位點(diǎn)則降低其與Cdc20的結(jié)合能力，從而延遲了APC的激活。例3，APC控制的蛋白降解：中/后期轉(zhuǎn)化第五十五張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6

28、月4APCCdc20活性也可能為其在細(xì)胞內(nèi)的定位所調(diào)控 前中期細(xì)胞APCCdc20只對(duì)S期周期蛋白A發(fā)揮泛素化和酶解作用的一個(gè)可能的解釋是，周期蛋白A的酶解由特殊的APCCdc20亞群負(fù)責(zé)，這些APCCdc20被限制在特定的部位，不能為紡錘體檢查點(diǎn)蛋白質(zhì)接觸抑制。例3，APC控制的蛋白降解：中/后期轉(zhuǎn)化第五十六張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在果蠅早期胚胎，當(dāng)合胞體細(xì)胞核快速通過(guò)有絲分裂時(shí)，大部分有絲分裂周期蛋白B保持穩(wěn)定。然而，定位在有絲分裂紡錘體的少部分周期蛋白B在每次有絲分裂時(shí)都被特異地酶解，這樣大概可以允許局部的Cdk1被失活，從而啟動(dòng)有絲分裂后半段的事件。局部的周期蛋白的酶

29、解被認(rèn)為是APCCdc20在紡錘體微管集中分布的結(jié)果。APCCdc20在細(xì)胞內(nèi)的定位分布使其更易于與一些底物相互作用，而阻止或延遲與其他底物的結(jié)合。例3，APC控制的蛋白降解：中/后期轉(zhuǎn)化第五十七張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月周期蛋白B1-Cdk1進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)：在前期的末段瞬間進(jìn)入，大部分。周期蛋白 B1-Cdk1停留在細(xì)胞質(zhì)：少部分，促進(jìn)其他有絲分裂的過(guò)程，如中心體的分開(kāi)和高爾基體的重構(gòu)。6. 空間分布提供了Cdk另外一種形式的調(diào)控機(jī)制第五十八張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月與大部分蛋白一樣，周期蛋白 B1-Cdk1的核質(zhì)比率受到蛋白核輸入與核輸出相對(duì)比例的控制。在有絲

30、分裂前，周期蛋白 B1-Cdk1輸入的比率很低而輸出比率較高，因而產(chǎn)生凈的細(xì)胞質(zhì)定位。然而在前期的末段，輸入比率增加而輸出比率降低，使周期蛋白 B1-Cdk1在細(xì)胞核內(nèi)聚集。 Cdk1和Plk磷酸化周期蛋白 B1和Cdc25C。這就遮蔽了兩個(gè)蛋白上的核輸出信號(hào)，減少了它們核輸出的比率 6. 空間分布提供了Cdk另外一種形式的調(diào)控機(jī)制第五十九張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Cdc25C的定位依賴于核輸入與輸出的相對(duì)比率。Cdc25C由不同的機(jī)制進(jìn)行輸入和輸出，但兩者都受到磷酸化的調(diào)節(jié)。與很多能在核質(zhì)穿梭的蛋白一樣，Cdc25C含有能與核輸入運(yùn)載體作用的核定位信號(hào)，以及能與Crm1輸出因

31、子作用的核輸出信號(hào)，這些信號(hào)定位在蛋白氨基端區(qū)域的不同部位。 Cdc25C在靠近核定位信號(hào)的Ser216（人）或Ser287（非洲爪蟾）被磷酸化，為稱為14-3-3的小磷酸化絲氨酸結(jié)合蛋白提供了結(jié)合位點(diǎn)，這就遮蔽了核定位信號(hào)，因而減少了Cdc25c的核輸入（不影響核輸出信號(hào)） 6. 空間分布提供了Cdk另外一種形式的調(diào)控機(jī)制第六十張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月磷酸化這一位點(diǎn)的兩個(gè)激酶，Chk1和Chk2，在DNA損傷后激活。它們對(duì)Ser216/287的磷酸化可能為DNA損傷而抑制有絲分裂的進(jìn)入提供了理論基礎(chǔ)。 Cdc25C的核輸出信號(hào)位于靠近有絲分裂期啟動(dòng)Cdc25C激活的多個(gè)磷酸

32、化位點(diǎn)處。這一區(qū)域的磷酸化可能受Plk和Cdk1作用不僅刺激了Cdc25C活性，也遮蔽了核輸出信號(hào)，從而減少了核輸出比率。Plk因此似乎也能同時(shí)促進(jìn)Cdc25C及其靶標(biāo)周期蛋白B1-Cdk1在細(xì)胞核內(nèi)積累和激活。6. 空間分布提供了Cdk另外一種形式的調(diào)控機(jī)制第六十一張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6. 空間分布提供了Cdk另外一種形式的調(diào)控機(jī)制第六十二張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 信號(hào)系統(tǒng)中的生化開(kāi)關(guān) 在每個(gè)細(xì)胞周期起始的時(shí)候，Cdk活性在每一個(gè)細(xì)胞事件之前陡然上升，不可逆地到達(dá)最大水平，并在事件完成前依然保持這個(gè)水平。 第六十三張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年

33、6月一、開(kāi)關(guān)樣行為的產(chǎn)生信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)接收輸入信號(hào)（刺激），對(duì)信息進(jìn)行處理來(lái)產(chǎn)生輸出信號(hào)（反應(yīng)）。一般來(lái)說(shuō)，刺激信號(hào)的增加能導(dǎo)致反應(yīng)信號(hào)的增加。在一些只有很少有信息需要處理的信號(hào)系統(tǒng)中，刺激和反應(yīng)之間只存在簡(jiǎn)單的關(guān)系。 第六十四張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、開(kāi)關(guān)樣行為的產(chǎn)生在刺激和反應(yīng)之間存在信息處理步驟，能將一個(gè)簡(jiǎn)單級(jí)別的刺激轉(zhuǎn)化為一個(gè)更猛烈的，開(kāi)關(guān)樣的反應(yīng)。對(duì)少量刺激的反應(yīng)較差，但是當(dāng)刺激增加時(shí)，它們能夠突然開(kāi)始一個(gè)越來(lái)越強(qiáng)烈的反應(yīng)，直到達(dá)到一個(gè)平臺(tái)期，此時(shí)刺激增加而反應(yīng)很小。這種結(jié)果呈S型曲線 系統(tǒng)存在小量能結(jié)合并抑制配體的抑制因子 第六十五張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于20

34、22年6月一、開(kāi)關(guān)樣行為的產(chǎn)生這些系統(tǒng)稱為超靈敏型，因?yàn)樗鼈冊(cè)谥械却碳舛葧r(shí)反應(yīng)最有效，曲線也最陡峭。刺激-反應(yīng)曲線的最陡峭部分依據(jù)信號(hào)系統(tǒng)的精確設(shè)計(jì)而有所不同。有些時(shí)候，曲線非常陡峭，系統(tǒng)表現(xiàn)得就象一個(gè)雙開(kāi)關(guān)。這些開(kāi)關(guān)通常是可逆的：也就是，當(dāng)刺激減少的時(shí)候，系統(tǒng)回到起點(diǎn)狀態(tài)。這樣的開(kāi)關(guān)也因此類似于一個(gè)蜂鳴器，它只有在刺激（手指按住按鈕）存在的時(shí)候才起作用 第六十六張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、有效的雙開(kāi)關(guān)需要雙穩(wěn)定性當(dāng)一個(gè)配體結(jié)合并激活激酶，激酶再磷酸化下游分子的系統(tǒng)包括了正反饋。如果含有磷酸酶的系統(tǒng)，它能夠去磷酸化和滅活磷酸化的激酶。如果各種反應(yīng)的速率很好地平衡，將存在一個(gè)

35、閾值濃度，在這個(gè)濃度時(shí)的刺激將會(huì)觸發(fā)正反饋環(huán)，獲得最大的激酶活性。第六十七張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、有效的雙開(kāi)關(guān)需要雙穩(wěn)定性正反饋因此有可能作為一個(gè)雙開(kāi)關(guān)，能從低活性到最大活性，以完全的，全或無(wú)的形式起作用。這種系統(tǒng)不可能以中間活性的穩(wěn)定狀態(tài)存在：總是存在于一個(gè)或另一個(gè)極端狀態(tài)。這些系統(tǒng)因此被稱為雙穩(wěn)態(tài)。第六十八張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、有效的雙開(kāi)關(guān)需要雙穩(wěn)定性這個(gè)系統(tǒng)中正反饋被觸發(fā)后,即使刺激下降時(shí)，激酶群仍然保持完全活化的狀態(tài)；這是由于激酶并不需要配體的結(jié)合來(lái)保持磷酸化狀態(tài)。如果給定各種反應(yīng)合適的速率，即使所有的激活型配體去除，這個(gè)系統(tǒng)也不會(huì)關(guān)閉。因此，與前面部分討論的超敏型系統(tǒng)不同，雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)能夠形成不可逆的開(kāi)關(guān)，一旦扳動(dòng)到一個(gè)狀態(tài)，即使刺激撤除，仍然保持。第六十九張，PPT共七十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、有效的雙開(kāi)關(guān)需要雙穩(wěn)定性當(dāng)一個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的正反饋環(huán)太強(qiáng)烈的時(shí)候，系統(tǒng)有可能太過(guò)敏感：即，即使最小的刺激就可觸發(fā)一個(gè)完全的反應(yīng)。例如，如果系統(tǒng)中沒(méi)有磷酸酶，正反饋環(huán)就可以在極低刺激濃度的情況下被觸發(fā)。含有正反饋的系統(tǒng)