重難點(一)　細胞周期的調(diào)控與細胞增殖的同步化

從“高度”上研究高考[例1]

(2022·浙江1月選考)某多細胞動物具有多種細胞周期蛋白(cyclin)和多種細胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)，兩者可組成多種有活性的CDK-cyclin復合體，細胞周期各階段間的轉(zhuǎn)換分別受特定的CDK-cyclin復合體調(diào)控。細胞周期如圖所示，下列敘述錯誤的是(

)精研重難點(一)細胞周期的調(diào)控與細胞增殖的同步化A.同一生物個體中不同類型細胞的細胞周期時間長短有差異B.細胞周期各階段的有序轉(zhuǎn)換受不同的CDK-cyclin復合體調(diào)控C.抑制某種CDK-cyclin復合體的活性可使細胞周期停滯在特定階段D.一個細胞周期中，調(diào)控不同階段的CDK-cyclin復合體會同步發(fā)生周期性變化[答案]

D[解析]

不同細胞的細胞分裂周期的時間長短不同，A正確；細胞周期的不同階段需要不同的CDK-cyclin復合體有序轉(zhuǎn)換，抑制某種CDK-cyclin復合體的活性會使細胞周期停滯在特定階段，B、C正確；一個細胞周期中，不同階段需要的CDK-cyclin復合體不同，因此調(diào)控不同階段的CDK-cyclin復合體不會發(fā)生同步的變化，D錯誤。[例2]

(2020·山東高考)CDK1是推動細胞由分裂間期進入分裂期的關鍵蛋白。在DNA復制開始后，CDK1發(fā)生磷酸化導致其活性被抑制，當細胞中的DNA復制完成且物質(zhì)準備充分后，磷酸化的CDK1發(fā)生去磷酸化而被激活，使細胞進入分裂期。[信息①]大麥黃矮病毒(BYDV)的M蛋白通過影響細胞中CDK1的磷酸化水平而使農(nóng)作物患病。正常細胞和感染BYDV的細胞中CDK1的磷酸化水平變化如圖所示。[信息②]下列說法錯誤的是

(

)A.正常細胞中DNA復制未完成時，磷酸化的CDK1的去磷酸化過程受到抑制B.正常細胞中磷酸化的CDK1發(fā)生去磷酸化后，染色質(zhì)螺旋化形成染色體C.感染BYDV的細胞中，M蛋白通過促進CDK1的磷酸化而影響細胞周期D.M蛋白發(fā)揮作用后，感染BYDV的細胞被阻滯在分裂間期

解題關鍵—破譯新情境情境信息化新為熟信息①CDK1可以促進細胞由分裂間期進入分裂期，其功能的發(fā)揮與磷酸化和去磷酸化有關。聯(lián)系教材內(nèi)容可知，磷酸化會導致CDK1空間結構改變，活性發(fā)生改變信息②與圖示分析圖示可知，感染BYDV的細胞中，M蛋白可能是通過抑制CDK1的去磷酸化過程而影響細胞周期的。M蛋白發(fā)揮作用后，感染BYDV的細胞不能進入分裂期而停留在分裂間期[答案]

C[解析]

由題干信息可知，正常細胞中DNA復制未完成時，磷酸化的CDK1去磷酸化過程受到抑制，使其磷酸化水平較高，A正確；正常細胞中，磷酸化的CDK1發(fā)生去磷酸化后，會使細胞進入分裂期，在分裂期的前期染色質(zhì)會螺旋化形成染色體，B正確；由題圖可知，感染BYDV的細胞中，M蛋白可能是通過抑制CDK1的去磷酸化過程而影響細胞周期的，M蛋白發(fā)揮作用后，感染BYDV的細胞不能進入分裂期而停留在分裂間期，C錯誤，D正確。從“深度”上提升知能1．歸納與細胞周期有關的幾個關注點

2．實現(xiàn)動物細胞周期同步化的三種方法根據(jù)細胞周期調(diào)控的原理，利用一定方法使細胞群體處于細胞周期的同一階段，稱為細胞周期同步化。以下是能夠?qū)崿F(xiàn)動物細胞周期同步化的三種方法。(1)DNA合成阻斷法：在細胞處于對數(shù)生長期的培養(yǎng)液中添加適量的DNA合成可逆抑制劑，會阻斷間期的DNA復制過程，使處于間期的細胞停滯在間期；處于分裂期的細胞不受影響而繼續(xù)細胞周期的運轉(zhuǎn)，最終細胞會停滯在細胞周期的間期，從而實現(xiàn)細胞周期同步化的目的。操作過程如下：假設一個細胞周期時長＝G1＋S＋G2＋M＝10＋7＋3.5＋1.5＝22(h)。①向細胞的培養(yǎng)液中加入過量的DNA合成可逆抑制劑，處于S期的細胞立刻被抑制。②繼續(xù)培養(yǎng)G2＋M＋G1＝3.5＋1.5＋10＝15(h)，則處于G2、M、G1期的細胞都將被抑制在G1/S期交界處。③除去抑制劑，更換新鮮培養(yǎng)液，細胞將繼續(xù)沿細胞周期運行，運行時間既要保證處于G1/S期交界處的細胞經(jīng)過S期(7h)進入G2期，又要保證處于S期的細胞不能再次進入S期，即運行時間應控制在7～15h。④再加入DNA合成可逆抑制劑，培養(yǎng)適當時間后，則可實現(xiàn)全部細胞都被阻斷在G1/S期交界處，實現(xiàn)細胞周期同步化。(2)秋水仙素阻斷法：在細胞處于對數(shù)生長期的培養(yǎng)液中添加適量的秋水仙素，秋水仙素能夠抑制紡錘體形成，使細胞周期被阻斷，從而實現(xiàn)細胞周期同步化。(3)血清饑餓法：培養(yǎng)液中缺少血清可以使細胞周期停滯在間期，以實現(xiàn)細胞周期同步化。從“寬度”上多見識新情境細胞周期調(diào)控的機制1．細胞周期調(diào)控研究證明MPF可促發(fā)細胞進入分裂期(M期)，表明MPF是M期的正常誘導物。MPF是由Cdc2蛋白和一種周期蛋白構成，Cdc2蛋白為其催化亞基，周期蛋白為其調(diào)節(jié)亞基，當兩者結合后，可以使多種蛋白質(zhì)底物磷酸化，促使細胞的有絲分裂。芽殖酵母中Cdc2蛋白在整個細胞周期中始終是穩(wěn)定的，周期蛋白呈周期性波動，推動細胞周期的進行，如圖1為MPF及其調(diào)控示意圖。2．細胞周期檢驗點細胞周期檢驗點是細胞周期調(diào)控的一種機制；細胞周期可分為分裂間期和分裂期(M期)，根據(jù)DNA合成情況，分裂間期又分為G1期、S期和G2期；只有當相應的過程正常完成，細胞周期才能進入下一個階段運行。研究證明，細胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)在細胞順利通過檢驗點中發(fā)揮著重要作用。CDK可與細胞周期蛋白(Cyclin)形成CDK-Cyclin復合物，推動細胞跨越細胞周期各時期轉(zhuǎn)換的檢驗點，且不同的CDK-Cyclin復合物在細胞周期不同時期的作用不同(如圖2)。[情境遷移訓練](1)MPF中有兩種蛋白質(zhì)，其中Cdc2蛋白的作用機理是___________________________，判斷的理由是__________________。(2)M周期蛋白在________期合成，在________期被分解。(均填“分裂”或“分裂間”)(3)當Cdc2蛋白和__________結合時，可以起始DNA復制；而當Cdc2蛋白與M周期蛋白結合時，可以促使______________________，從而使細胞進入分裂期。(4)據(jù)圖2和所學知識分析，若使更多細胞阻滯在G1/S檢驗點，可采取的措施有____________________________。(5)胸苷(TdR)雙阻斷法可使細胞周期同步化，若G1、S、G2、M期依次為10h、7h、3h、1h，經(jīng)第一次阻斷，S期細胞立刻被抑制，其余細胞最終停留在G1/S交界處；洗去TdR可恢復正常的細胞周期，若要使所有細胞均停留在G1/S交界處，第二次阻斷應該在第一次洗去TdR之后________h進行。(6)若將同步培養(yǎng)的G1期的HeLa細胞(一種癌細胞)與S期的HeLa細胞(預先紫外線照射去核)進行電融合，結果發(fā)現(xiàn)G1期細胞的細胞核受到S期細胞的激活，啟動了DNA復制。這一實驗結果證明：____________________________________________________________。答案：(1)降低化學反應的活化能Cdc2蛋白具有催化功能，是一種酶(2)分裂間分裂(3)S周期蛋白染色質(zhì)高度螺旋；形成紡錘體；核仁解體、核膜消失(4)降低CDK的表達、抑制CyclinE活性、抑制脫氧核苷酸的吸收等(5)7～14

(6)S期細胞的細胞質(zhì)中含有能促進G1期細胞進行DNA復制的調(diào)節(jié)因子從“精度”上拓展訓練1．(2023·合肥二模)科學家把整個細胞群體處于細胞周期同一時期的現(xiàn)象稱為細胞周期同步化。昆蟲產(chǎn)下一批卵后同時受精，會出現(xiàn)所有受精卵同時卵裂的現(xiàn)象，這是一種自然同步化；通過人工選擇或誘導可使受精卵細胞都停在分裂中期，這是一種人工同步化。下列敘述正確的是

(

)A．連續(xù)分裂的細胞，從上一次分裂完成時開始，到下一次分裂完成時為止，為一次有絲分裂B．根據(jù)裂殖酵母不同時期細胞體積和重量不同，采用離心法分離出處于某一時期的細胞，這是一種自然同步化C．將DNA合成抑制劑加入細胞培養(yǎng)液中，可讓所有細胞都停留在G1期與S期交界處D．細胞周期同步化后更有助于研究調(diào)控細胞周期的內(nèi)在機制和影響細胞周期的外在因素答案：D

解析：細胞周期是指連續(xù)分裂的細胞從一次分裂完成時開始，到下一次分裂完成時為止所經(jīng)歷的全過程，A錯誤；根據(jù)裂殖酵母不同時期細胞體積和重量不同，采用離心法分離出處于某一時期的細胞，是通過人工選擇處于某一時期的細胞，這是一種人工同步化，B錯誤；將DNA合成抑制劑加入細胞培養(yǎng)液中，處于S期的細胞立刻被抑制，處于G1期的細胞停留在G1期與S期交界處，S期后的細胞經(jīng)過一次有絲分裂后，再分裂時會停留在G1期與S期交界處，C錯誤；細胞周期同步化后使細胞處于同一時期，更有助于研究調(diào)控細胞周期的內(nèi)在機制和影響細胞周期的外在因素，D正確。2.(2023·?？谀M)細胞周期的分裂間期包括G1期(主要合成RNA和核糖體)、S期(DNA復制時期)和G2期(DNA復制后期，大量合成RNA及蛋白質(zhì))，M期為分裂期。P38蛋白在細胞周期的調(diào)節(jié)中起著重要作用，科學家研究了P38抑制劑(P38i)和核糖體翻譯功能的抑制劑茴香霉素(AMS)對細胞周期的作用，如圖所示。下列推測合理的是

(

)A.P38i能夠使細胞阻滯在G2期B.P38i能拮抗AMS對細胞周期的影響C.AMS促使M期細胞正常進行細胞分裂D.AMS需要進入細胞核內(nèi)發(fā)揮作用答案：B

解析：據(jù)圖可知，與對照組相比，加入P38i組的G1期和G2/M期細胞數(shù)量幾乎沒發(fā)生變化，故不能說明P38i能夠使細胞阻滯在G2期，A錯誤；據(jù)圖可知，與單獨添加AMS組相比，同時添加AMS與P38i組的G1期細胞數(shù)量增多，可說明P38i能拮抗AMS對細胞周期的影響，B正確；AMS抑制了核糖體的翻譯功能，主要影響了G2期的進行，不能促使M期細胞正常進行細胞分裂，C錯誤；AMS抑制了核糖體的翻譯功能，翻譯過程在細胞質(zhì)中進行，所以AMS需要在細胞質(zhì)內(nèi)發(fā)揮作用，D錯誤。3．

(2023·襄陽模擬)細胞周期的調(diào)控關鍵在分裂間期。有2個起決定作用的控制點，從G1期進入S期和從G2期進入M期。這2個轉(zhuǎn)變過程都是由一種稱為成熟促進因子(MPF)的蛋白質(zhì)復合體所觸發(fā)的。組成MPF的是兩種蛋白：Cdc2蛋白和細胞周期蛋白(cyclin)。cyclin有2種：S-cyclin和M-cyclin。其調(diào)控過程如圖所示，下列說法正確的是

(

)A．M-cyclin與Cdc2結合導致細胞進入有絲分裂過程B．細胞周期中不需要不斷地合成細胞周期蛋白C．Cdc2在細胞周期中可反復起作用，不會減少或增加D．受精卵分裂時MPF轉(zhuǎn)化的速度慢于造血干細胞答案：A

解析：據(jù)圖分析，M-cyclin和Cdc2結合成具活性的MPF，MPF觸發(fā)系列酶促反應，導致有絲分裂，A正確；MPF發(fā)揮作用后，相應的細胞周期蛋白會被酶解，因此細胞周期循環(huán)往復的過程中