細(xì)胞分裂和細(xì)胞周期

細(xì)胞分裂和細(xì)胞周期

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一切細(xì)胞來(lái)自細(xì)胞1整理ppt“一切細(xì)胞來(lái)自細(xì)胞〞2整理ppt細(xì)胞周期是指由細(xì)胞分裂結(jié)束到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束所經(jīng)歷的過程。分裂期〔M期〕：〔無(wú)絲分裂、有絲分裂、減數(shù)分裂〕前期，中期，后期，末期間期：DNA合成前期〔G1期〕DNA合成期〔S期〕DNA合成后期〔G2期〕3整理ppt一、無(wú)絲分裂〔amitosis〕

特點(diǎn)：1.不形成紡綞體，也不形成染色體；

2.遺傳物質(zhì)不一定平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞。4整理ppt二、有絲分裂〔mitosis〕有絲分裂分期：間期(interphase〕；前期(prophase)；前中期(premetaphase)中期(metaphase)；后期(anaphase)；末期(telophase)。

其中間期包括G1期、S期和G2期，主要進(jìn)行DNA復(fù)制、中心體復(fù)制、細(xì)胞體積增大等準(zhǔn)備工作。5整理ppt1〕前期特征：染色質(zhì)凝集、分裂極確定、核仁縮小并解體。凝縮蛋白和染色體凝集

染色體結(jié)構(gòu)維持蛋白(SMC)是20世紀(jì)90年代初發(fā)現(xiàn)的一類蛋白。凝縮蛋白(condensin)由兩個(gè)SMC亞基〔Smc2,Smc4〕和三個(gè)非SMC亞基組成,是染色質(zhì)的構(gòu)成局部,參與有絲分裂染色體集縮和別離。粘連蛋白(cohesin)由smc1,smc3,scc1,scc3組成蛋白復(fù)合體，促成姐妹染色體之間的締合。6整理ppt1〕微管的極性〔復(fù)習(xí)：細(xì)胞骨架內(nèi)容〕微管的組裝和極性微管是以αβ二聚體作為根本構(gòu)件進(jìn)行組裝的，并且是以首尾排列的方式進(jìn)行組裝，所以每一根原纖維都有相同的極性(方向由負(fù)極到正極)，這樣,組裝成的微管的一端是α-微管蛋白亞基組成的環(huán)，而相對(duì)的一端是以β-微管蛋白亞基組成的環(huán)。極性的另一層涵義是兩端的組裝速度是不同的,正端生長(zhǎng)得快,負(fù)端那么慢,同樣,如果微管去組裝也是正端快負(fù)端慢分裂極確定：馬達(dá)蛋白與中心體極向移動(dòng)7整理ppt2〕體內(nèi)組裝微管組織中心〔microtubuleorganizingcenter，MTOCs〕微管進(jìn)行組裝的區(qū)域，著絲粒、成膜體、中心體、基體均具有微管組織中心的功能。所有微管組織中心都具有γ微管球蛋白，這種球蛋白的含量很低，可聚合成環(huán)狀復(fù)合體，像模板一樣參與微管蛋白的核化，幫助α和β球蛋白聚合為微管纖維。8整理ppt體內(nèi)組裝9整理ppt

微管結(jié)合而起運(yùn)輸作用的馬達(dá)蛋白有兩大類：驅(qū)動(dòng)蛋白kinesin，動(dòng)力蛋白dynein，兩者均需ATP提供能量。A.驅(qū)動(dòng)蛋白〔kinesin〕：發(fā)現(xiàn)于1985年，是由兩條輕鏈和兩條重鏈構(gòu)成的四聚體，外觀具有兩個(gè)球形的頭〔具有ATP酶活性〕、一個(gè)螺旋狀的桿和兩個(gè)扇子狀的尾。向著微管〔+〕極運(yùn)輸小泡。10整理pptB.動(dòng)力蛋白(Dynein):發(fā)現(xiàn)于1963年，由兩條相同的重鏈和一些種類繁多的輕鏈以及結(jié)合蛋白構(gòu)成。其作用主要有以下幾個(gè)方面：在細(xì)胞分裂中推動(dòng)染色體的別離、驅(qū)動(dòng)鞭毛的運(yùn)動(dòng)、向著微管〔-〕極運(yùn)輸小泡。11整理ppt12整理ppt馬達(dá)蛋白與中心體極向移動(dòng)①動(dòng)粒微管〔kinetochoremt〕：由中心體發(fā)出，連接在著絲點(diǎn)上，負(fù)責(zé)將染色體牽引到紡錘體上，著絲點(diǎn)上具有馬達(dá)蛋白。②星體微管〔astralmt〕：由中心體向外放射出，末端結(jié)合有分子馬達(dá)，負(fù)責(zé)兩極的別離，同時(shí)確定紡錘體縱軸的方向。③極性／重疊微管〔polarmt或overlapmt〕：由中心體發(fā)出，在紡錘體中部重疊，重疊部位結(jié)合有分子馬達(dá)，負(fù)責(zé)將兩極推開。有兩類馬達(dá)蛋白參與染色體、分裂極的別離，一類是dynein，另一類是kinesin。13整理ppt14整理ppt2〕前中期特點(diǎn)：核膜崩解，紡錘體形成，染色體向赤道面移動(dòng)。核膜崩解和蛋白質(zhì)磷酸化。15整理ppt紡錘體形成及其機(jī)制紡錘體(SpindleApparatus)產(chǎn)生于細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂前初期(Pre-Prophase)到末期(Telophase)的一個(gè)特殊細(xì)胞器。其主要元件包括微管(Microtubules)，附著微管的動(dòng)力分子分子馬達(dá)(Molecularmotors),以及一系列復(fù)雜的超分子結(jié)構(gòu)。一般來(lái)講，在動(dòng)物細(xì)胞中，中心體也是紡錘體的一局部。動(dòng)粒微管形成：16整理ppt(復(fù)習(xí)：細(xì)胞核內(nèi)容)著絲粒及動(dòng)粒著絲粒：染色體中將兩條姐妹染色單體結(jié)合起來(lái)的區(qū)域。由無(wú)編碼意義的高度重復(fù)DNA序列組成，一般位于染色體的主縊痕或染色體端部，使姐妹染色單體連在一起，在其兩側(cè)各有一由蛋白質(zhì)構(gòu)成的動(dòng)粒。動(dòng)粒：由多種蛋白質(zhì)在有絲分裂染色體著絲粒部位形成的一種圓盤狀結(jié)構(gòu)。微管與之連接，與染色體別離密切相關(guān)。每一個(gè)中期染色體含有兩個(gè)動(dòng)粒，位于著絲粒的兩側(cè)。動(dòng)粒結(jié)構(gòu)域：內(nèi)板＋中間間隙＋外板中心結(jié)構(gòu)域：富含高度重復(fù)DNA序列，高度濃縮的異染色質(zhì)所組成。配對(duì)結(jié)構(gòu)域：姐妹染色單體間的相互作用位點(diǎn)，的蛋白有內(nèi)部著絲粒蛋白(INCENP)和染色單體連接蛋白(CLIPS)。17整理ppt18整理ppt中心體放出星體纖維和動(dòng)粒結(jié)合，動(dòng)粒微管形成。染色體沿該微管向中心粒移動(dòng)。來(lái)自紡錘體另一面的微管結(jié)合于染色體另一姐妹染色單體的動(dòng)粒上，實(shí)現(xiàn)了紡錘體雙極對(duì)染色體的穩(wěn)定附著。19整理ppt3〕中期(metaphase)特點(diǎn)：染色體到達(dá)最大程度的聚集，赤道板形成。20整理ppt4)后期〔anaphase〕特點(diǎn)：姐妹染色單體別離，子代染色體形成并移向細(xì)胞兩極。別離染色單體的極向運(yùn)動(dòng)依靠紡錘體微管的牽引完成，包括過程微管正端的微管蛋白去組裝，縮短長(zhǎng)度，帶動(dòng)染色體的動(dòng)粒向兩極移動(dòng)。通過使極性微管延長(zhǎng)，細(xì)胞兩極間距離增大，使染色體發(fā)生極向運(yùn)動(dòng)。21整理ppt22整理ppt5〕末期(telophase)特點(diǎn)：從子染色體到達(dá)兩極，至形成兩個(gè)新細(xì)胞為止的時(shí)期。涉及子核的形成和胞質(zhì)分裂兩個(gè)方面。23整理ppt6)胞質(zhì)分裂特點(diǎn)：胞質(zhì)收縮環(huán)〔肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白II、及多種結(jié)構(gòu)蛋白、調(diào)節(jié)蛋白組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。〕24整理ppt三、減數(shù)分裂〔meiosis〕定義：減數(shù)分裂是有性生殖個(gè)體形成生殖細(xì)胞過程中發(fā)生的一種特殊分裂方式。經(jīng)兩次細(xì)胞分裂，而DNA只復(fù)制一次，因此子細(xì)胞中染色體數(shù)目減半〔2n→n〕。對(duì)維持世代遺傳的穩(wěn)定性、生物變異及多樣性具有一定作用。25整理ppt26整理ppt減數(shù)分裂I前期I:減數(shù)分裂的特殊過程主要發(fā)生在前期I①細(xì)線期〔leptotene〕②合線期〔zygotene〕③粗線期〔pachytene〕④雙線期〔diplotene〕⑤終變期〔diakinesis〕27整理ppt細(xì)線期：染色質(zhì)開始凝集呈細(xì)絲狀。偶線期〔合線期〕：特點(diǎn)：同源染色體配對(duì)——聯(lián)會(huì)〔synapsis〕。聯(lián)會(huì)：細(xì)線期中兩條同源染色體隨機(jī)排列，到了偶線期同源染色體與核膜相連的局部〔端粒〕移位在一起，然后它們的側(cè)面沿中軸緊密相貼進(jìn)行配對(duì)，形成四分體。聯(lián)會(huì)復(fù)合體：在聯(lián)會(huì)部位〔緊密相貼處〕形成一種特殊結(jié)構(gòu)，沿同源染色體縱軸分布，該結(jié)構(gòu)由蛋白質(zhì)構(gòu)成，可分為側(cè)生組分和中央組分，是一暫時(shí)性的結(jié)構(gòu)。28整理ppt29整理ppt粗線期：染色體明顯變粗變短；同源染色體的非姊妹染色單體間發(fā)生DNA的片斷互換〔crossing-over)，在光鏡下可看到交叉(chiasma)現(xiàn)象，可產(chǎn)生新的等位基因組合。30整理ppt雙線期：同源染色體開始逐漸分開，但仍有幾處相連；

聯(lián)會(huì)復(fù)合體消失。終變期：染色體進(jìn)一步濃縮，交叉端化。2.中期Ⅰ

二價(jià)體排列在赤道面上，染色體的形態(tài)因著絲粒位置不同而異。3.后期Ⅰ

同源染色體在紡綞絲牽引下向兩極移動(dòng)，非同源染色體自由組合。4.末期Ⅰ

兩極各得到n條染色體，數(shù)目由2n→n。31整理ppt減數(shù)分裂II可分為前、中、后、末四個(gè)四期，與有絲分裂相似。一個(gè)精母細(xì)胞形成4個(gè)精子；一個(gè)卵母細(xì)胞形成一個(gè)卵子及2-3個(gè)極體。

32整理ppt33整理ppt減數(shù)分裂的生物學(xué)意義：使有性生殖生物體的染色體數(shù)目世代保持恒定。同源染色體配對(duì)、交換重組、非同源染色體自由組合形成了眾多的由不同染色體組成的配子〔223〕，增加了變異性，擴(kuò)大了后代的變異范圍，增強(qiáng)了個(gè)體對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。為遺傳三大定律的細(xì)胞學(xué)根底。基因的分離定律基因的自由組合定律基因的連鎖和交換定律34整理ppt35整理ppt四、細(xì)胞周期

1、概念：由細(xì)胞分裂結(jié)束到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束所經(jīng)歷的過程。間期〔Interphase〕:G1-S-G2分裂期〔Mphase〕:Mitosis,Cytokinesis36整理pptLelandHartwellBiodesignInstituteCo-director,CenterforSustainableHealthPaulNurseChiefExecutiveandDirectorFrancisCrickInstituteTimothyHuntCancerResearchUKSouthMimmsUniversityofCambridge這一研究成果有可能對(duì)于攻克癌癥這種頑癥有重大的啟示作用。所有癌細(xì)胞的循環(huán)周期中都存在缺陷，此項(xiàng)重大的發(fā)現(xiàn)只是為研究這一循環(huán)周期對(duì)癌細(xì)胞的影響打下了一個(gè)根底。2001年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)---細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)理37整理pptRao和Johnson(1970、1972、1974)將Hela細(xì)胞同步于不同階段，然后與M期細(xì)胞混合，在滅活仙臺(tái)病毒介導(dǎo)下，誘導(dǎo)細(xì)胞融合，發(fā)現(xiàn)與M期細(xì)胞融合的間期細(xì)胞產(chǎn)生了形態(tài)各異的早熟凝集染色體(prematurelycondensedchromosome，PCC)，這種現(xiàn)象叫做早熟染色體凝集(prematurechromosomecondensation)。G1期PCC為單線狀，因DNA未復(fù)制。S期PCC為粉末狀，因DNA由多個(gè)部位開始復(fù)制。G2期PCC為雙線染色體，說明DNA復(fù)制已完成。38整理ppt1960sLelandHartwell以芽殖酵母為實(shí)驗(yàn)材料，利用阻斷在不同細(xì)胞周期階段的溫度敏感突變株，別離出了幾十個(gè)與細(xì)胞分裂有關(guān)的基因(celldivisioncyclegene，CDC)。如芽殖酵母的cdc28基因，在G2/M轉(zhuǎn)換點(diǎn)發(fā)揮重要的功能。Hartwell還通過研究酵母菌細(xì)胞對(duì)放射線的感受性，提出了checkpoint〔細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)〕的概念，意指當(dāng)DNA受到損傷時(shí)，細(xì)胞周期會(huì)停下來(lái)。39整理ppt1970sPaulNurse等人以裂殖酵母為實(shí)驗(yàn)材料，同樣發(fā)現(xiàn)了許多細(xì)胞周期調(diào)控基因，如：裂殖酵母cdc2、cdc25的突變型和在限制的溫度下無(wú)法分裂；wee1突變型那么提早分裂，而cdc25和wee1都發(fā)生突變的個(gè)體卻會(huì)正常地分裂。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)cdc2和cdc28都編碼一個(gè)34KD的蛋白激酶，促進(jìn)細(xì)胞周期的進(jìn)行。而weel和cdc25分別表現(xiàn)為抑制和促進(jìn)CDC2的活性。40整理ppt1983年TimothyHunt首次發(fā)現(xiàn)海膽卵受精后，在其卵裂過程中兩種蛋白質(zhì)的含量隨細(xì)胞周期劇烈振蕩，在每一輪間期開始合成，G2/M時(shí)到達(dá)頂峰，M結(jié)束后突然消失，下輪間期又重新合成，故命名為周期蛋白(cyclin)。后來(lái)在青蛙、爪蟾、海膽、果蠅和酵母中均發(fā)現(xiàn)類似的情況，各類動(dòng)物來(lái)源的細(xì)胞周期蛋白mRNA均能誘導(dǎo)蛙卵的成熟。41整理ppt細(xì)胞周期的生物化學(xué)事件G1期---DNA合成前期DNA復(fù)制相關(guān)蛋白的合成細(xì)胞生長(zhǎng)相關(guān)蛋白的合成觸發(fā)蛋白等的合成S期---DNA合成期

DNA和組蛋白合成中心粒復(fù)制G2期---DNA合成后期

微管及其染色體凝集相關(guān)蛋白合成M期---有絲分裂,減數(shù)分裂

42整理ppt細(xì)胞周期長(zhǎng)度SomeeukaryoticcellcycletimesThegreatestvariationoccursinthedurationofG1增殖型細(xì)胞：細(xì)胞周期中能持續(xù)分裂的細(xì)胞，包括上皮基底型細(xì)胞、局部骨髓細(xì)胞、性細(xì)胞等。暫不增殖型細(xì)胞：細(xì)胞在受到刺激后進(jìn)入細(xì)胞周期開始分裂的細(xì)胞，包括肝臟和腎臟細(xì)胞等。不增殖型細(xì)胞：結(jié)構(gòu)和功能都高度特化的，致死也不分裂的細(xì)胞，包括神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞及成熟紅細(xì)胞等。43整理ppt2.細(xì)胞周期調(diào)控1〕細(xì)胞周期所需蛋白和激酶特點(diǎn)：在細(xì)胞周期中呈周期性變化。含有一段約100個(gè)氨基酸的保守序列，稱為周期蛋白框，介導(dǎo)周期蛋白與CDK結(jié)合。作用：激活CDK，引導(dǎo)CDK作用于不同底物。30余種，在脊椎動(dòng)物中為A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。分為4類：G1型、G1/S型、S型、M型。細(xì)胞周期蛋白〔cyclin〕44整理ppt45整理ppt細(xì)胞周期蛋白依賴性蛋白激酶〔cyclin-dependentkinase，Cdk〕在動(dòng)物中8種CDK。均含有一段相似的激酶結(jié)構(gòu)域，這一區(qū)域有一段保守序列，即PSTAIRE，與周期蛋白的結(jié)合有關(guān)。CDK活性周期性變化啟動(dòng)和調(diào)節(jié)DNA復(fù)制、有絲分裂與細(xì)胞質(zhì)分裂。46整理pptCDK種類可能結(jié)合的周期蛋白執(zhí)行功能的可能時(shí)期CDK1（p34cdc2

）A，B1，B2，B3G2/MCDK2A，D1，D2，D3，EG1/S，SCDK3G1/SCDK4D1，D2，D3G1/SCDK5D1，D3CDK6D1，D2，D3G1/SCDK7HCDK8C47整理pptCDK/cyclin復(fù)合體

脊椎動(dòng)物

芽殖酵母

激酶復(fù)合體

Cyclin

CDK

Cyclin

CDK

G1-CDK

CyclinD*

CDK4、6

Cln3

CDK1(CDC28)

G1/S-CDK

CyclinE

CDK2

Cln1、2

CDK1(CDC28)

S-CDK

CyclinA

CDK2

Clb5、6

CDK1(CDC28)

M-CDK

CyclinB

CDK1(CDC2)

Clb1-4

CDK1(CDC28)

48整理ppt2〕細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶的活化Cdk的兩個(gè)氨基酸殘基位點(diǎn)的磷酸化和其活性有密切的關(guān)系。Thr161位于T環(huán)上，磷酸化后結(jié)合能力增強(qiáng)，Cdk活性增高。Tyr15存在于Cdk與ATP結(jié)合的區(qū)域，其磷酸化發(fā)生于Thr161前。當(dāng)Thr161被磷酸化后，Tyr15再發(fā)生去磷酸化，cdk被激活49整理ppt細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白〔Cdkinhibitorprotein，CKI〕

CDKinhibitor,CKI對(duì)細(xì)胞周期起負(fù)調(diào)控作用，分為：①Ink4(Inhibitorofcdk4):P16ink4a,P15ink4b,P18ink4c,P19ink4d。特異性抑制cdk4·cyclinD1,cdk6·cyclinD1。②Kip(Kinaseinhibitionprotein)：P21cip1

、P27kip1、P57kip2，抑制大多數(shù)CDK的激酶活性。P21cip1還能與DNA聚合酶δ的輔助因子PCNA結(jié)合，直接抑制DNA的合成。50整理ppt51整理ppt3〕細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶的抑制CDI的抑制作用Cdk的磷酸化調(diào)控〔Weel促磷酸化，Cdc25去磷酸化〕52整理pptSKP1-CUL1-F-box-proteincomplex(SCF)andtheAPC/CSCFactivityisinvolvedinG1/Stransition,whereasAPC/CregulatestheprogressionthroughmitosisandG14〕細(xì)胞周期蛋白及其激酶的泛素化降解53整理ppt54整理ppt2、細(xì)胞周期各期特點(diǎn)和調(diào)控G1期(gap1):指從有絲分裂完成到DNA復(fù)制之前的間隙時(shí)間，染色質(zhì)去凝集，合成某些RNA及蛋白質(zhì)，為DNA復(fù)制作準(zhǔn)備。RNA聚合酶活性增高，蛋白質(zhì)含量增加。觸發(fā)蛋白,鈣調(diào)蛋白蛋白質(zhì)磷酸化〔組蛋白和非組蛋白〕。細(xì)胞膜對(duì)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)作用增強(qiáng)。55整理pptG1期調(diào)控G1期周期蛋白G1期周期蛋白激酶蛋白底物作用D(D1,D2,D3)CDK4,CDK6RBG1/S期轉(zhuǎn)化所必需ECDK2p107S期啟動(dòng)所必需A？CDK2p107G1/S期轉(zhuǎn)化和DNA復(fù)制56整理ppt57整理pptS期〔synthesisphase〕DNA復(fù)制期DNA復(fù)制組蛋白合成組蛋白持續(xù)磷酸化中心粒復(fù)制58整理pptS期調(diào)控復(fù)制前復(fù)合體〔pre-RC〕:起點(diǎn)識(shí)別復(fù)合體〔ORC〕+Cdc6+Mcm

S-Cdk〔cyclinA+Cdk2):ORC磷酸化激活復(fù)制點(diǎn)，激活Mcm的解旋酶功能；復(fù)制后磷酸化復(fù)制前復(fù)合體使Cdc6降解，同時(shí)使Mcm向核外轉(zhuǎn)運(yùn)，阻止DNA復(fù)制再次啟動(dòng)。磷酸化cdc6、ORC、Mcm59整理pptG2期(gap2):指DNA復(fù)制完成到有絲分裂開始之前的一段時(shí)間.合成某些RNA及蛋白質(zhì)，其它結(jié)構(gòu)物質(zhì)和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)也為細(xì)胞分裂進(jìn)行了必要的準(zhǔn)備。合成紡錘絲所需的微管蛋白促成熟因子〔MPF〕形成分裂期所需的蛋白質(zhì)中心體體積增大移向兩極60整理pptRao和Johnson將Hela細(xì)胞同步于不同階段，然后與M期細(xì)胞混合，誘導(dǎo)細(xì)胞融合，發(fā)現(xiàn)與M期細(xì)胞融合的間期細(xì)胞產(chǎn)生了形態(tài)各異的早熟凝集染色體，這種現(xiàn)象叫做早熟染色體凝集。提示M期中有促進(jìn)染色質(zhì)凝集的因子早在1960’s，Y.Masui等首先在非洲爪蟾中發(fā)現(xiàn)，成熟卵母細(xì)胞中存在一種物質(zhì)，把這種物質(zhì)注射到未成熟卵母細(xì)