王金發(fā)細(xì)胞生物學(xué)課件 第12章A

CHAPTER12

cellcyclesandcelldivision

1OUTLINE12.1CELLCYCLE12.2REGULATIONOFCELLCYCLE12.3MITOSIS12.4MEIOSIS212.1cellcycles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)束后開始生長到下次有絲分裂終止所經(jīng)歷的全過程。在這一過程中,細(xì)胞的遺傳物質(zhì)進(jìn)行復(fù)制并均等地分配給兩個子細(xì)胞。342001年諾貝爾生理學(xué)/醫(yī)學(xué)獎得主52001年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎:◆利蘭·哈特韋爾發(fā)現(xiàn)了控制細(xì)胞周期的基因，其中一種被稱為“START”的基因?qū)刂聘鱾€細(xì)胞周期的最初階段具有決定性的作用?！舯Ａ_·納西的貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了CDK?！舻倌鳌ず嗵氐呢暙I(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)CDK的功能物質(zhì)CYCLIN.6

12.1.1細(xì)胞周期時相及類型Phasesofthecellcycle◆G1期(Gap1phase),即從M期結(jié)束到S期開始前的一段間歇期;◆S期,即DNA合成期(DNAsyntheticphase);◆G2期(Gap2phase),即DNA合成后(S期)到有絲分裂前的一個間歇期;◆M期,即有絲分裂期(mitosisphase)。

不一定每種細(xì)胞都有四個時期，如胚胎細(xì)胞沒有G1期。7Embryoniccellcycles

8Phasesofthecellcycle9細(xì)胞周期和細(xì)胞類群◆持續(xù)分裂細(xì)胞◆終端分化細(xì)胞

永久性失去了分裂能力的細(xì)胞?！鬐0細(xì)胞

又稱休眠細(xì)胞。暫時脫離細(xì)胞周期,不進(jìn)行增殖,也叫靜止細(xì)胞群,如某些免疫淋巴細(xì)胞,肝,腎細(xì)胞等。1012.1.2細(xì)胞周期的研究方法細(xì)胞同步化(synchronization)

◆選擇同步法(selectionsynchrony)●有絲分裂選擇法●細(xì)胞沉降分離法◆誘導(dǎo)同步法●DNA合成阻斷法●中期阻斷法◆條件突變(conditionalmutants)1112.1.3細(xì)胞周期各時

相的合成活動◆G1期(Gap1phase)◆S期(synthesisphase)◆G2

期(Gap2phase)◆M期1212.2RegulationoftheCellCycle

1312.2.1細(xì)胞周期調(diào)控概述

◆細(xì)胞周期的控制系統(tǒng)

(cell-cyclecontrolsystem)

細(xì)胞周期的控制類似于中央控制系統(tǒng)

(centralcontrolsystem)。14細(xì)胞周期的控制系統(tǒng)1512.2.2蛋白激酶在細(xì)

胞周期調(diào)控中的作用細(xì)胞融合實(shí)驗

◆研究者：1970年，Colorado大學(xué)的PotuRao

和RobertJohnson

◆研究思路◆研究方法◆使用的細(xì)胞系◆預(yù)測結(jié)果●早熟染色體凝集(prematurechromosomecondensation,PCC）16G1期細(xì)胞與M期細(xì)胞融合17S期細(xì)胞與M期細(xì)胞融合18G2期細(xì)胞與M期細(xì)胞融合19MPF的發(fā)現(xiàn)

成熟促進(jìn)因子(maturationpromotingfactor，MPF）,早期稱為M-期促進(jìn)因子(M-phasepromotingfactor,MPF)，是指M期細(xì)胞中存在的促進(jìn)細(xì)胞分裂的因子◆研究思路◆實(shí)驗設(shè)計●實(shí)驗材料的選擇●實(shí)驗方法◆結(jié)果預(yù)測◆實(shí)驗結(jié)果與分析●發(fā)現(xiàn)●推論20卵細(xì)胞提取物注射實(shí)驗21細(xì)胞周期蛋白的鑒定◆研究思路◆實(shí)驗設(shè)計（注意關(guān)鍵步驟的用意?。。。瘾@得同步化的受精的海膽卵細(xì)胞●在有放射性氨基酸的培養(yǎng)液中培養(yǎng)●每10分鐘取一次樣分離純化蛋白質(zhì)進(jìn)行分析◆實(shí)驗結(jié)果●發(fā)現(xiàn)了周期蛋白B(cyclinB)：如何發(fā)現(xiàn)？●周期蛋白B的cDNA克隆與周期蛋白B的鑒定22Accumulationanddegradationofcyclinsinseaurchinembryos

23MPF的結(jié)構(gòu)組成◆是由兩個不同的亞基組成的異質(zhì)二聚體:●催化亞基▲是絲氨酸/蘇氨酸型蛋白激酶▲其活性有賴于周期蛋白，故蛋白稱為周期依賴性蛋白激酶(cyclin-dependentprotein

kinases,Cdks);●調(diào)節(jié)亞基：周期蛋白(cyclin)。24MPF的結(jié)構(gòu)25有絲分裂的退出：周期蛋白B的降解◆細(xì)胞周期蛋白基因的cDNA分析●N端破壞框(destructionbox)26

遍在蛋白與周期蛋白的降解◆多遍在蛋白化作用(polyubiquitination)●遍在蛋白活化酶(ubiquitin-activatingenzyme,E1)●遍在蛋白綴合酶(ubiquitin-conjugatingenzyme,E2)

●遍在蛋白連接酶(ubiquitinligase,E3)◆蛋白酶體的降解作用◆促后期復(fù)合物(anaphase-promotingcomplex,APC)

27Polyubiquitination28APC的活性調(diào)節(jié)控制周期蛋白B的降解◆當(dāng)MPF的活性在有絲分裂中期達(dá)到最高峰時,它將APC磷酸化并將其激活；◆接著發(fā)生周期蛋白B遍在蛋白多聚化,引起周期蛋白B的降解；◆由于周期蛋白B是MPF的一個必需亞基,它的降解勢必導(dǎo)致MPF的失活；◆在G1期的后期,APC失活,使得周期蛋白B的濃度升高,同時提高M(jìn)PF的活性,以便進(jìn)入下一個有絲分裂期。29Regulationofmitoticcyclinlevelsincyclingcells30真核生物細(xì)胞周期調(diào)控的一般模型◆三類周期蛋白-CDK復(fù)合物:●G1期周期蛋白-CDK復(fù)合物●S期周期蛋白-CDK復(fù)合物●有絲分裂周期蛋白-CDK復(fù)合物◆三個關(guān)鍵的過渡●G1期→S期●中期→后期●后期→末期及胞質(zhì)分裂期過渡31Currentmodelforregulationoftheeukaryoticcellcycle3212.2.3GeneticstudiesofS.pombe酵母的細(xì)胞周期基因突變◆溫度敏感突變型,可分成兩類：●cdc突變這類突變在非允許的溫度下培養(yǎng),形成特別長的細(xì)胞;●wee突變

這種突變長得特別小而不能分裂。33ThefissionofS.pombe34cdc2突變的表型35裂殖酵母的MPF◆對突變體的研究發(fā)現(xiàn),沒有Cdc2的活性,細(xì)胞不能進(jìn)入有絲分裂◆序列分析表明該基因編碼一個相對分子質(zhì)量為34kDa的蛋白,該蛋白又稱為p34cdc2

蛋白；◆研究發(fā)現(xiàn)酵母Cdc2蛋白是一種蛋白激酶◆cdc13+基因該基因的產(chǎn)物也是裂殖酵母進(jìn)入有絲分裂必需的；◆Cdc13和Cdc2蛋白能夠形成異質(zhì)二聚體,并且具有蛋白激酶的活性，相當(dāng)于非洲爪蟾的MPF。36裂殖酵母的MPF活性調(diào)節(jié)◆Cdc25蛋白激活裂殖酵母的MPF的活性；◆Wee1蛋白抑制裂殖酵母的MPF活性；◆Cdc2蛋白亞基上有兩個磷酸化與去磷酸化位點(diǎn)37Cdc25andWee1haveopposingeffectsonS.pombe

MPFactivity.38裂殖酵母MPF的活性調(diào)節(jié)◆Cdc2-Cdc13復(fù)合物：無活性◆Weel激酶將