細胞周期及其調(diào)控

細胞周期及其調(diào)控第一頁，共八十八頁，2022年，8月28日第九章細胞增殖及其調(diào)控

第二頁，共八十八頁，2022年，8月28日第一節(jié)、細胞周期（cellcycle）一、細胞周期的概念細胞周期是指連續(xù)分裂的細胞從一次有絲分裂結束到下一次有絲分裂完成所經(jīng)歷的整個過程。第三頁，共八十八頁，2022年，8月28日分為四個時期：G1、S、G2、M。G1期(gap1)，指從有絲分裂完成到DNA復制之前的間隙時間。S期(synthesisphase)，指DNA復制的時期。G2期(gap2)，指DNA復制完成到有絲分裂開始之前的一段時間。M期又稱D期(mitosisordivision)，細胞分裂開始到結束。第四頁，共八十八頁，2022年，8月28日第五頁，共八十八頁，2022年，8月28日二、細胞周期時間（Tc）Tc：細胞周期全過程所需時間Tc＝TG1+Ts+TG2+TMTc的長短主要由TG1決定第六頁，共八十八頁，2022年，8月28日第二節(jié)、細胞周期各時相及主要事件細胞周期最重要的事件有二個：

DNA在S期精確復制（染色體精確復制）；遺傳物質(zhì)平均分配到兩個子細胞（在M期，染色體平均分配到兩個子細胞）。但是，每個時相都有一些特定的重要事件發(fā)生。第七頁，共八十八頁，2022年，8月28日一、間期（interphase)1.

G1期⑴細胞體積增大，有RNA、核糖體及多種蛋白質(zhì)合成（結構蛋白、酶），特別是DNA聚合酶含量開始增加。⑵主要合成為S期DNA復制所必須的酶類⑶中心粒開始復制。⑷細胞周期時間的長短主要由G1期決定⑸有調(diào)控細胞周期主要的檢查點第八頁，共八十八頁，2022年，8月28日三種不同命運的細胞1.連續(xù)分裂細胞在細胞周期中連續(xù)運轉的細胞。2.G0期細胞由于R點作用，暫時脫離細胞周期不進行增殖（處于G1期），但給予適當刺激后可重新進入細胞周期。3.不分裂細胞不可逆脫離細胞周期，喪失分裂能力

第九頁，共八十八頁，2022年，8月28日第十頁，共八十八頁，2022年，8月28日2、S期：染色質(zhì)復制的時期（1）進行DNA的復制合成，該期核中每條染色質(zhì)細絲會復制出一條相同的染色質(zhì)細絲；（2）組蛋白合成，染色質(zhì)包裝成核小體。

3.G2期：為細胞分裂期提供物質(zhì)準備。（1）染色質(zhì)開始螺旋化并縮短；（2）中心粒復制完成，成為二對；（3）微管蛋白合成完成，微管蛋白在S期開始合成，G2期完成。4、M期：M期即細胞分裂期真核細胞的細胞分裂主要包括有絲分裂和減數(shù)分裂。第十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日第十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日四、細胞同步化細胞同步化(synchronization)是指在自然過程中發(fā)生或經(jīng)人為處理造成的細胞周期同步化。（一）自然同步化（二）人工同步化第十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日1、選擇同步化1）有絲分裂選擇法：M期細胞與培養(yǎng)皿的附著性低，振蕩脫離器壁收集。優(yōu)點：操作簡單，同步化程度高，細胞不受藥物傷害。缺點：獲得的細胞數(shù)量較少（分裂細胞約占1%～2%）。2）細胞沉降分離法：M期細胞體積大，可用離心分離。優(yōu)點：可用于任何懸浮培養(yǎng)的細胞。缺點：同步化程度較低。第十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日第十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日2、誘導同步化1）DNA合成阻斷法：選用DNA合成的抑制劑，可逆地抑制DNA合成。：在細胞處于對數(shù)生長期的培養(yǎng)基中加入過量TDR。S期細胞被抑制，停在G1/S交界處。優(yōu)點：同步化程度高缺點：產(chǎn)生非均衡生長，個別細胞體積增大。2）中期阻斷法用秋水仙素等細胞分裂抑制劑將細胞阻斷在中期。優(yōu)點是無非均衡生長現(xiàn)象，缺點是可逆性較差。第十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日

爪蟾早期胚胎細胞的細胞周期

細胞在成熟過程已經(jīng)積累了大量的物質(zhì)，不需要臨時合成物質(zhì)。

G1期、G2期非常短，以至于認為細胞周期只有S期和

M期。子細胞在G1期、G2期不生長，越分裂體積越小。五、特異的細胞周期一些特殊的細胞所具有的細胞周期。第十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日第十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日

酵母細胞的細胞周期特點：細胞周期持續(xù)時間短；封閉式細胞分裂，即細胞分裂時核膜不解聚；紡錘體位于細胞核內(nèi)；第十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日

裂殖酵母細胞周期

第二十頁，共八十八頁，2022年，8月28日芽殖酵母細胞周期

第二十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日

植物細胞的細胞周期

植物細胞周期的時相和動物細胞的標準細胞周期相似，都含有G1、G2、S、M期。植物細胞沒有中心體，但細胞分裂時可以正常組裝紡錘體；植物細胞的形態(tài)不發(fā)生變化，以形成中間板的形式進行胞質(zhì)分裂。第二十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日植物細胞成膜體的形成

第二十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日細菌的細胞周期。E.coli細胞生長分為慢生長和快生長。慢生長時具有G1、G2、S和M期四個時期快生長時，DNA重疊復制。第二十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日一、細胞分裂的類型無絲分裂(amitosis)：又稱直接分裂，不涉及紡錘體形成及染色體變化。有絲分裂(mitosis)：又稱為間接分裂，涉及紡錘體形成及染色體變化。減數(shù)分裂(meiosis）：染色體復制一次，細胞連續(xù)分裂兩次。第二十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日二、有絲裂期為了便于描述人為的劃分為四個時期：前期(prophase)；中期(metaphase)；后期(anaphase)；末期(telophase)。第二十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日（一）前期①染色質(zhì)凝縮②分裂極確立與紡錘體開始形成③核仁解體④核膜消失。（二）前中期核膜解體到染色體排列到赤道面(equatorialplane)上。S期中心粒已完成復制，在前期移向兩極，兩對中心粒之間形成紡錘體微管，核膜解體時，中心粒已到達兩極，并形成紡錘體。第二十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日第二十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日（三）中期染色體排列到赤道面上。第二十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日紡錘體有三種微管結構：①極體微管（polarmt）兩極間的微管，在紡錘體中部重疊，重疊部位結合有分子馬達。②著絲點微管（kinetochoremt），是從著絲點到另一極的微管；③星體微管（astralmt），由中心粒放射出來的微管。植物沒有中心粒和星體，其紡錘體稱無星紡錘體。第三十頁，共八十八頁，2022年，8月28日第三十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日第三十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日（四）后期指妹妹染色體單體分開并移向兩極的時期。第三十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日后期又可分為后期A、后期B兩個過程。后期A：動粒微管變短，染色體逐漸向兩極運動后期B:極性微管長度增加，兩極之間的距離逐漸拉長。第三十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日第三十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日MicrotubulesandMotorsinthespindle第三十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日（五）末期從子染色體到達兩極，至形成兩個新細胞為止的時期。涉及子核的形成和胞質(zhì)分裂兩個方面。第三十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日末期子核的形成，大體經(jīng)歷了與前期相反的過程，即染色體解聚縮，核仁出現(xiàn)和核膜重新形成。核纖肽B去磷酸化，介導核膜重新裝配。子核的形成第三十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日出現(xiàn)在后期末或末期初，在細胞中部發(fā)生縊縮，致使細胞膜在此處斷裂，形成兩個子細胞。第三十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日動物細胞的胞質(zhì)分裂通過胞質(zhì)收縮環(huán)的收縮實現(xiàn)，收縮環(huán)由大量平行排列的肌動蛋白組成。用細胞松弛素處理這一時期的細胞，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？第四十頁，共八十八頁，2022年，8月28日第四十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日第四十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日第四十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日中心體周期第四十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日第三節(jié)減數(shù)分裂Meiosis第四十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日

減數(shù)分裂：是有性生殖的生物體在生殖細胞形成過程中產(chǎn)生的一種特殊形式的細胞分裂。減數(shù)分裂概念特點是：細胞連續(xù)分裂兩次，而染色體（DNA）只復制一次，結果形成的4個細胞中，染色體數(shù)目減少一半故稱減數(shù)分裂。第四十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日減數(shù)分裂減數(shù)分裂Ⅰ減數(shù)分裂Ⅱ前期Ⅰ中期Ⅰ后期Ⅰ末期Ⅰ細線期偶線期粗線期雙線期終變期前期Ⅱ中期Ⅱ后期Ⅱ末期Ⅱ減數(shù)分裂的過程第四十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日⑴間期Ⅰ：間期Ⅰ和細胞的有絲分裂間期相似，細胞核中的染色體完成自我復制，每一條染色體經(jīng)過自我復制成為兩條姐妹染色單體。⑵前期Ⅰ：此期比較復雜。①細線期（leptotenestage）：a：染色體呈細線狀，相互交織呈網(wǎng)狀，染色質(zhì)絲開始凝縮。b：DNA復制已完成，每條染色體已形成雙線（每條染色體由兩條染色單體構成），但光鏡下仍呈單線狀。1減數(shù)分裂Ⅰc：染色體端粒與核膜相連，染色體呈花束狀向核內(nèi)其他部位延伸，又稱花束期。第四十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日②偶線期（zygotenestage）同源染色體發(fā)生配對同源染色體——指大小形態(tài)結構相同，一條來自父方，一條來自母方的一對染色體。聯(lián)會——同源染色體配對的過程稱。聯(lián)會復合體——在聯(lián)會的過程中，配對的同源染色體之間側面緊密相貼形成了一種蛋白質(zhì)的復合物。二價體——聯(lián)會的結果，每對同源染色體形成一個二價體。四分體——聯(lián)會后的每對同源染色體含有4條染色單體。第四十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日③粗線期（pachytonestage）a、染色體進一步螺旋化，變粗變短。b、非姐妹染色單體之間發(fā)生DNA片段的交換和重組第五十頁，共八十八頁，2022年，8月28日a、染色體進一步螺旋化而縮短b、同源染色體之間的聯(lián)會復合體解體，同源染色體開始分離交叉——同源染色體的非姐妹染色單體相互排斥趨向分離，使互換后的染色體之間出現(xiàn)交叉（chiasma）。

交叉的存在表明同源染色體的非姐妹染色單體的在該處互換了片段，非姐妹染色單體上往往有一點或多點發(fā)生交叉④雙線期（dipleotenestage）第五十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日⑤終變期（diakinesisstage）a、染色體變得最短粗

b、交叉漸移至兩端交叉端化——非姐妹染色單體的交叉隨時間的推移向末端移動，這種現(xiàn)象稱為交叉端化。c、核仁核膜消失第五十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日⑵中期Ⅰa、各四分體排列在赤道板上，紡錘體形成b、同源染色體的兩著絲點朝向兩極，與紡錘絲相連。第五十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日⑶后期Ⅰa、

同源染色體分開，每個四分體形成兩個二分體，分別移向兩極。b、此時，每一極只獲得同源染色體中的一條，每一條染色體由兩條姐妹染色單體組成。第五十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日⑷末期Ⅰa、二分體移到兩極，解旋松展，呈細線狀b、核膜核仁出現(xiàn)，胞質(zhì)分裂，形成兩個子細胞，此時兩個子細胞各具有n個二分體（人有23個二分體）第五十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日⑴間期Ⅱ：很短，不進行DNA復制，此時每條染色體上由兩條染色單體構成。2.減數(shù)分裂Ⅱ第五十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日⑵前期Ⅱ⑶中期Ⅱ⑷后期Ⅱ⑸末期Ⅱ

核膜核仁消失，每個細胞只有n個染色體（一個染色體由兩個染色單體成）。

各染色體排列在細胞中央的赤道板上，形成紡錘體。姐妹染色單體分開，并分別移向兩極，形成兩條染色體。

染色體移到兩極并解螺旋化，核膜核仁出現(xiàn)，胞質(zhì)分裂，形成兩個子細胞，每個細胞含有n條染色體。第五十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日間期前期I(細線期)前期I(偶線期)前期I(粗線期)前期I(雙線期)前期I(終變期)中期I后期I末期I間期前期II中期II后期II末期II第五十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日第五十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日

減數(shù)分裂的生物學意義1.維持了遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定（體細胞2n=46，生殖細胞精子和卵子n=23，受精后受精卵為2n=46）b、減數(shù)分裂過程中，同源染色體分別進入不同的生殖細胞中；c、第二次分裂時，姐妹染色單體隨機進入生殖細胞。2.是遺傳和變異的細胞學基礎a、同源染色體上的非姐妹染色單體的交換第六十頁，共八十八頁，2022年，8月28日第六十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日；第六十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日研究思路：1、尋找與細胞周期調(diào)控密切相關的基因及其表達蛋白，研究它們在細胞周期中的動態(tài)變化及相互作用的規(guī)律2、這些基因和蛋白如何啟動和影響細胞周期各時相發(fā)生的分子事件，進而影響細胞周期的表型3、內(nèi)外環(huán)境因素是怎樣通過細胞內(nèi)信號傳遞系統(tǒng)影響細胞周期的第三節(jié)、細胞增殖的調(diào)控第六十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日一、MPF的發(fā)現(xiàn)及組成1、發(fā)現(xiàn)把M期細胞的細胞質(zhì)注射到卵細胞，發(fā)現(xiàn)可以促進卵細胞成熟分裂，繼續(xù)用該卵細胞細胞質(zhì)誘導新的卵細胞，仍然可以促進卵細胞成熟分裂。因而他們推測M期細胞中必然有一種物質(zhì)可以誘導卵細胞成熟分裂，即促細胞成熟因子（maturationpromotingfactor,MPF）。第六十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日聚丙烯酰胺凝膠電泳第六十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日第六十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日第六十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日2、MPF的組成：

MPF是一種蛋白復合物，具有蛋白激酶活性由兩個亞單位組成細胞周期素（Cyclin）,能與CDK結合，通過調(diào)節(jié)CDK的活性，間接調(diào)節(jié)細胞周期的運行，含量呈周期性變化。細胞周期素依賴性蛋白激酶(Cyclin-dependentproteinkinase，CDK）,通過磷酸化靶蛋白控制細胞周期中的事件，CDK分子的含量在整個細胞周期中比較恒定。第六十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日3、MPF的功能第六十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日MPF激發(fā)M期事件使細胞進入M期MPF核纖層蛋白磷酸化組蛋白H1磷酸化核膜破裂染色體凝集相關蛋白磷酸化紡錘體形成相關蛋白磷酸化骨架和細胞器重排M期開始第七十頁，共八十八頁，2022年，8月28日MPF的活性下降導致細胞出M期CyclinB降解，MPF活性下降，到M末期達到最低點，原來磷酸化的蛋白去磷酸化，從而發(fā)生了與進入M期相反的過程，細胞就走出了M期。結論：MPF的功能細胞進出M期的調(diào)控第七十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日4、MPF的的信號系統(tǒng)調(diào)控細胞周期過程受內(nèi)外環(huán)境因素調(diào)節(jié)生長因子或激素可以作為信號分子與細胞內(nèi)受體結合，通過信號傳遞系統(tǒng)將調(diào)控信息傳遞并影響細胞核內(nèi)相關轉錄因子和細胞周期調(diào)控蛋白生長因子：表皮生長因子（EGF）、轉化生長因子（TGF）等。激素：分蛋白類激素和固醇類激素，前者受體位于靶細胞膜，后者受體位于靶細胞質(zhì)內(nèi)。第七十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日第七十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日二、Cyclin-Cdk復合物的多樣性

Cyclin：脊椎動物的Cyclin有CyclinA（S期細胞周期素），CyclinB（M期細胞周期素），CyclinD（G1

期細胞周期素），CyclinE（G1/S

期細胞周期素）等。

CDK：包括G1

、G1/S、S和M期CDK

Cyclin-Cdk:調(diào)控細胞周期的引擎,不同的細胞周期素與不同的CDK結合，構成不同的Cyclin-Cdk復合物；不同的Cyclin-Cdk復合物在不同的時相表現(xiàn)活性，影響不同的下游事件。第七十四頁，共八十八頁，2022年，8月28日第七十五頁，共八十八頁，2022年，8月28日第七十六頁，共八十八頁，2022年，8月28日第七十七頁，共八十八頁，2022年，8月28日三、細胞進出S期的調(diào)控1、DNA復制啟動的調(diào)控

DNA的復制是由起始復制點開始的，起始復制點上結合有起始識別復合體（Originrecognitioncomplex,ORC）。

Cdc6是一種調(diào)節(jié)因子，在G1期Cdc6含量瞬間提高，Cdc6結合在ORC上，促進DNA解旋酶(Mcm復合體))和其他一些蛋白結合到ORC上。2、防止DNA重復復制的調(diào)控Cdc6被磷酸化后，脫離ORC，被遍在蛋白化途徑降解。另外，M-CdK也能磷酸化Cdc6和Mcm，從而保證了DNA僅復制一次。第七十八頁，共八十八頁，2022年，8月28日

第七十九頁，共八十八頁，2022年，8月28日調(diào)節(jié)性激酶和磷酸酶Wee1使CDK1Thr14和Tyr15磷酸化，遮蔽CDK1激酶活性位點。cdc25

去除Thr14和Tyr15磷酸化，恢復CDK1激酶活性。四、細胞進出M期的調(diào)控第八十頁，共八十八頁，2022年，8月28日過程①細胞進入G2期，CyclinB濃度及活性升高，它與CDK1結合，使CDK1的活性位點暴露出來但是由于CDK分子內(nèi)尚有另外兩個抑制性位點被Wee1磷酸化，使CDK1仍處于抑制狀態(tài)。②到G2期末，磷酸酶cdc25使CDK1的兩個抑制性位點去磷酸化，解除了Wee1的抑制作用，使CDK1有活性。③到了M中期末，CDK1的激酶活性達到高峰，通過一種未知的途徑，激活促后期蛋白復合體（anaphasepromotingcomplex,APC）。第八十一頁，共八十八頁，2022年，8月28日④APC使CyclinB發(fā)生泛素化(遍在蛋白)，使蛋白酶體能識別并降解CyclinB第八十二頁，共八十八頁，2022年，8月28日第八十三頁，共八十八頁，2022年，8月28日五、細胞周期運轉的阻遏

CDK抑制因子（CDKinhibitor,CKI）：阻止Cyclin-Cdk復合物的裝配或活性，將細胞阻止在不同的檢驗點。CKI包括CIP/KIP家族和INK4家族CIP/KIP家族（包括p21,p27,p57）Ink4家族（包括p