細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期

第二節(jié)細(xì)胞周期細(xì)胞經(jīng)過(guò)一系列生化事件復(fù)制其組分，然后一分為二，周期性的復(fù)制和分裂過(guò)程。1細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024細(xì)胞增殖周期（細(xì)胞周期）：細(xì)胞從一次有絲分裂結(jié)束開(kāi)始，到下一次有絲分裂結(jié)束為止所經(jīng)歷的全過(guò)程。細(xì)胞周期間期interphase絲裂期（M期mitoticphaseDNA合成前期（G1期）DNA合成期（S期）DNA合成后期（G2期）前期prophase中期metaphase后期anaphase末期telophase一、細(xì)胞周期的基本概念G0期細(xì)胞周期中的細(xì)胞G1期G2期S期M期2細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024增殖周期中的細(xì)胞G1期G2期S期M期死亡不分裂細(xì)胞G0期暫不增殖細(xì)胞從增殖的角度來(lái)看，可將高等動(dòng)物的細(xì)胞分為三類：連續(xù)分裂細(xì)胞連續(xù)分裂細(xì)胞(cyclingcell)在細(xì)胞周期中連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)因而又稱為周期細(xì)胞，如表皮生發(fā)層細(xì)胞、部分骨髓細(xì)胞。休眠細(xì)胞(G0細(xì)胞)暫不分裂，但在適當(dāng)?shù)拇碳は驴芍匦逻M(jìn)入細(xì)胞周期，稱G0期細(xì)胞，如淋巴細(xì)胞、肝、腎細(xì)胞等。終末分化細(xì)胞不可逆地脫離細(xì)胞周期，不再分裂的細(xì)胞，又稱終端細(xì)胞，如神經(jīng)、肌肉、多形性白細(xì)胞、紅細(xì)胞等等。3細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024

二、細(xì)胞周期各時(shí)相動(dòng)態(tài)G1期：細(xì)胞生長(zhǎng)、分裂決定和復(fù)制準(zhǔn)備G1早期：合成三種RNA、cAMP、cGMP、核糖體、蛋白質(zhì)以及糖類。氨基酸及糖的轉(zhuǎn)運(yùn)迅速進(jìn)行。限制點(diǎn)：決定細(xì)胞將來(lái)是否分裂的關(guān)鍵點(diǎn)，又稱R點(diǎn)。G1晚期：急劇合成與DNA復(fù)制有關(guān)的酶類、蛋白（DNA聚合酶、解旋酶、觸發(fā)蛋白、鈣調(diào)蛋白、周期蛋白等），還進(jìn)行H1組蛋白、非組蛋白和一些蛋白激酶的磷酸化、RNA的合成。4細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024限制點(diǎn),R限制點(diǎn)（R點(diǎn)）：G1期對(duì)一些環(huán)境因素的敏感點(diǎn)，可限制正常細(xì)胞通過(guò)周期。是控制細(xì)胞增殖的關(guān)鍵。5細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024S期S期：從DNA合成開(kāi)始到DNA合成結(jié)束的全過(guò)程，是細(xì)胞增殖周期的關(guān)鍵階段。組蛋白、非組蛋白等染色質(zhì)蛋白合成與DNA復(fù)制同步進(jìn)行。主要特點(diǎn)：1.DNA的復(fù)制2.染色質(zhì)組裝3.中心粒的復(fù)制6細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024G2期G2期:從DNA復(fù)制完成到有絲分裂開(kāi)始前的時(shí)期，為有絲分裂進(jìn)行物質(zhì)條件和能量的準(zhǔn)備（加速RNA和有絲分裂相關(guān)蛋白的合成）。合成微管蛋白等紡錘體的成分；合成染色質(zhì)凝集相關(guān)蛋白；合成M期調(diào)控蛋白成熟促進(jìn)因子(MPF)；4.

中心粒開(kāi)始向兩極移動(dòng)，體積膨大。7細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024M期M期:染色質(zhì)螺旋化變?yōu)槿旧w，并均勻分配到兩個(gè)子細(xì)胞的過(guò)程。同時(shí)伴有核的一系列變化和胞質(zhì)分裂。8細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024三、細(xì)胞周期的調(diào)控真核細(xì)胞有一個(gè)復(fù)雜的細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白網(wǎng)絡(luò)，稱為細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)（cell‐cyclecontrolsystem）,控制著細(xì)胞周期的進(jìn)程。其核心是一系列順序的生化反應(yīng)開(kāi)關(guān)，以控制DNA復(fù)制、復(fù)制后的染色體分離等細(xì)胞周期主要事件。9細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024(一）研究細(xì)胞周期的常用細(xì)胞：

芽殖酵母、裂殖酵母爪蟾胚胎細(xì)胞體外培養(yǎng)哺乳動(dòng)物細(xì)胞細(xì)胞的同步化使處于細(xì)胞周期不同階段的細(xì)胞共同進(jìn)入周期某一特定階段的過(guò)程稱為細(xì)胞的同步化（synchronizationofcell）。1.有絲分裂搖落法；2.活細(xì)胞離心淘洗法3.化學(xué)同步法（DNA合成阻斷法；有絲分裂中期阻斷法）10細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024（二）細(xì)胞周期引擎：Cyc-Cdk蛋白質(zhì)磷酸化調(diào)控系統(tǒng)蛋白質(zhì)活性的磷酸化調(diào)控是細(xì)胞周期調(diào)控的主要機(jī)制。其核心是周期蛋白（cyclin,Cyc)與周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependentkinase,Cdk)的周期性相互作用。Cyc-Cdk復(fù)合物Cyc-調(diào)解亞基Cdk-催化亞基CdK是催化亞單位，Cyc是調(diào)節(jié)亞單位，兩者結(jié)合才具有激酶活性。由于Cyc呈周期性表達(dá)和降解，而CdK的激酶活性是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞周期的關(guān)鍵。因此Cyc-CdK被稱為細(xì)胞周期引擎（cellcycleengine)。

11細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024如酵母細(xì)胞的周期蛋白：Cln1、Cln2、Cln3、Clb1、Clb2、Clb3、Clb4、Clb5、Clb6；高等真核生物迄今為止已鑒定出周期蛋白有cyclinA(A1、A2)、B(B1、B2、B3)、C、D(D1、D2、D3)、E(E1、E2)、F、G、H、H、T等。1983年TimothyHunt首次發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)CDK功能的物質(zhì)cyclin（細(xì)胞周期蛋白）。1、細(xì)胞周期蛋白(cyclin)12細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024周期蛋白框PESTPESTPESTPESTPEST48X10348X10333X10332X10344X10366X10387X10329X103A2B1GFCln3EDC相對(duì)分子質(zhì)量周期蛋白破壞框破壞框R42R42均含有一段相當(dāng)保守的搭配序列——周期蛋白框（cyclinbox），周期蛋白框介導(dǎo)周期蛋白的周期蛋白依賴激酶（cyclindependentkinase，CDK）結(jié)合。13細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024細(xì)胞周期蛋白的分類依據(jù)細(xì)胞周期蛋白所處的細(xì)胞周期階段來(lái)定義，可以將其分為4類，它們?cè)谄渌庪A段與Cdk結(jié)合并發(fā)揮特定功能：①G1／S-細(xì)胞周期蛋白在G1期末期與Cdk結(jié)合并決定細(xì)胞進(jìn)行DNA復(fù)制；②S-細(xì)胞周期蛋白

在S期與Cdk結(jié)合,為DNA復(fù)制起始所需要的蛋白；③M-細(xì)胞周期蛋白

與Cdk結(jié)合后促進(jìn)有絲分裂;④G1-細(xì)胞周期蛋白

G1-Cdk有助于促進(jìn)通過(guò)G1末期的限制點(diǎn)

14細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/20242、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（CdK)這類基因所編碼的蛋白產(chǎn)物均為34Kd的蛋白，稱為P34cdc2和P34cdc28,,和有關(guān)蛋白結(jié)合后，可使多種蛋白底物磷酸化，統(tǒng)稱為周期蛋白依賴性激酶（cyclindependentkinase，Cdk）。

20世紀(jì)70年代初，LelandHarwell和PaulNurse分別以不同種的酵母為材料，利用遺傳學(xué)方法先后分離出cdc28和cdc2基因。15細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024PSTAIREPSTAIREPSTAIREPV/STVREPSSALREPLSTIRENRTAIRECDK7(p40MO15)與Cdc序列相識(shí)度百分比例100%65%66%44%57%47%40%CDK蛋白Cdc2(CDK1)CDK3CDK4CDK5CDK6CDK2激酶活性區(qū)這些蛋白均含有Cdk激酶結(jié)構(gòu)域（Cdkkinasedomain），Cdk通過(guò)該結(jié)構(gòu)域中的一段保守序列與細(xì)胞周期蛋白結(jié)合。Cdk家族蛋白中還存在一些可磷酸化的氨基酸殘基，這些氨基酸的磷酸化與調(diào)節(jié)該酶的活性密切相關(guān)。16細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024

在細(xì)胞周期的各個(gè)特定階段，不同的Cdk結(jié)合特定的周期蛋白，使相應(yīng)的蛋白質(zhì)磷酸化，對(duì)細(xì)胞周期的相關(guān)活動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。因細(xì)胞周期進(jìn)程中cyclin可不斷的被合成和降解，Cdk對(duì)蛋白質(zhì)磷酸化的作用也呈現(xiàn)出周期性變化。17細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024

Cdk的激酶活性需要在cyclin和磷酸化的雙重作用下才能被激活。在細(xì)胞周期蛋白與Cdk結(jié)合并引起其活化的過(guò)程中，Cdk活化激酶（Cdkactivatingkinase,CAK）起重要的催化作用。18細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024193.Cdk活性抑制因子（1）磷酸化抑制

激酶Weel、Myt1、Waf1、Cip1等通過(guò)對(duì)Cdk蛋白進(jìn)行磷酸化修飾來(lái)抑制其活性。Cyclin-Cdk復(fù)合物的活性可以被Cdk活化位點(diǎn)頂部一對(duì)氨基酸的磷酸化所抑制，這些位點(diǎn)氨基酸的磷酸化為Wee1蛋白激酶催化；而該位點(diǎn)的去磷酸化則由Cdc25磷酸酶完成。19細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024（2）結(jié)合抑制Cdk的活性也受到Cdk抑制蛋白（CKI）的負(fù)性調(diào)節(jié)。CKI對(duì)Cdk的抑制作用是通過(guò)與cyclin-Cdk復(fù)合物結(jié)合，改變Cdk分子活性位點(diǎn)空間位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。CKI主要包括INK4家族的p15、p16、p18、p19和CIP/KIP家族的p21、p27、p57等。G1/S轉(zhuǎn)換和G2/M轉(zhuǎn)換都需要特定的機(jī)制來(lái)解除CKI的抑制。20細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/20244.泛素化蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)細(xì)胞周期的時(shí)相轉(zhuǎn)換：終止前一階段的事件；解除對(duì)后一階段事件的抑制。蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)可以選擇性地清除某些活性蛋白和抑制蛋白，為細(xì)胞周期的進(jìn)程掃清道路，保證細(xì)胞周期的方向。細(xì)胞內(nèi)的選擇性蛋白質(zhì)降解主要由泛素化蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)來(lái)完成。21細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024由76個(gè)氨基酸組成，高度保守，普遍存在于真核細(xì)胞。共價(jià)結(jié)合泛素的蛋白質(zhì)能被蛋白酶體識(shí)別和降解，這是細(xì)胞內(nèi)短壽命蛋白和一些異常蛋白降解的普遍途徑，泛素相當(dāng)于蛋白質(zhì)被摧毀的標(biāo)簽。泛素ubiquitin22細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024在蛋白質(zhì)的泛素化過(guò)程中泛素活化酶E1水解ATP而激活泛素，然后E1將泛素交給泛素結(jié)合酶E2，最后在泛素連接酶E3的作用下構(gòu)成多聚泛素鏈，被蛋白酶體（proteasome）識(shí)別降解。。參與細(xì)胞周期調(diào)控的泛素連接酶至少有兩類：SCF（skp1-cullin-F-boxprotein）APC(anaphasepromotingcomplex)后期促進(jìn)復(fù)合體23細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/202424細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024（三）細(xì)胞周期蛋白-Cdk復(fù)合體與細(xì)胞周期事件的調(diào)控1.從G1期進(jìn)入S期G1‐Cdk活性的增加，使細(xì)胞能夠跨越G1晚期的限制點(diǎn)（R點(diǎn)）?；罨腉1‐Cdk能引發(fā)G1／S-細(xì)胞周期蛋白基因的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致G1／S-細(xì)胞周期蛋白的合成及形成G1／S‐Cdk復(fù)合物。G1／S‐Cdk能促進(jìn)S-周期蛋白的基因轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致S-周期蛋白的合成以及S‐Cdk復(fù)合物的形成。G1／S‐Cdk的激活引起與S期DNA復(fù)制相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，促使細(xì)胞進(jìn)入S期。25細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024G1‐Cdk介導(dǎo)的Rb蛋白與轉(zhuǎn)錄因子E2F間的相互作用在細(xì)胞從G1期進(jìn)入S期中起重要作用。

26細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024S‐Cdk不僅起始DNA復(fù)制，而且還防止DNA的再次復(fù)制。在G2期和有絲分裂早期，S‐Cdk活性保持在較高水平，阻止在S期結(jié)束后再次發(fā)生復(fù)制。2.S期的DNA復(fù)制27細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024

MPF的結(jié)構(gòu)組成:CdK1cyclinBMPF是由兩個(gè)亞單位組成：催化亞單位為細(xì)胞周期依賴蛋白激酶P34cdc2（cdk1）,調(diào)節(jié)亞單位為細(xì)胞周期蛋白B（cyclinB）。M-Cdk又稱為成熟促進(jìn)因子(maturation-promotingfactor,MPF)3.M期的進(jìn)出與有絲分裂的觸發(fā)28細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024M期的啟動(dòng)M期的啟動(dòng)由于磷酸酶Cdc25解除了Cdk1的磷酸化抑制。29細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024

MPF的作用機(jī)理Cdk1與CyclinB結(jié)合后具有Ser/Thr(絲氨酸/蘇氨酸)激酶活性，可使多種底物蛋白磷酸化。30細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024M周期蛋白Cdk1+有絲分裂染色質(zhì)凝集組蛋白H1p核纖層解體核膜破裂核纖層蛋白p降低與DNA結(jié)合的能力,促進(jìn)染色體的凝集某些DNA結(jié)合蛋白p細(xì)胞周期中微管動(dòng)力學(xué)變化微管蛋白p31細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024細(xì)胞周期的原動(dòng)力：周期性表達(dá)基因細(xì)胞周期的進(jìn)程導(dǎo)致特定基因的表達(dá)，產(chǎn)物蛋白的活性又推動(dòng)細(xì)胞周期的新進(jìn)程。細(xì)胞周期的外動(dòng)力：生長(zhǎng)因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)生長(zhǎng)因子是一大類與細(xì)胞增殖有關(guān)的信號(hào)物質(zhì)，目前發(fā)現(xiàn)的生長(zhǎng)因子多達(dá)幾十種，多數(shù)有促進(jìn)細(xì)胞增殖的功能。32細(xì)胞生物學(xué)課件細(xì)胞周期5/9/2024（四）細(xì)胞周期檢查點(diǎn)（cellcyclecheckpoint)檢查點(diǎn)是檢查和控制細(xì)胞周期進(jìn)程的信號(hào)通路。