第11章 細(xì)胞增殖及其調(diào)控課件

第十一章

細(xì)胞增殖及其調(diào)控1第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控四、減數(shù)分裂（MEIOSIS）

◆概念：減數(shù)分裂是細(xì)胞僅進(jìn)行一次DNA復(fù)制，隨后進(jìn)行兩次分裂，染色體數(shù)目減半的一種特殊的有絲分裂。◆發(fā)生分裂的細(xì)胞生殖細(xì)胞進(jìn)行的產(chǎn)生配子的分裂過程，其結(jié)果是產(chǎn)生了染色體組數(shù)目減半的配子；◆連續(xù)的兩次分裂●第一次減數(shù)分裂●第二次減數(shù)分裂◆兩個基本特點●染色體組數(shù)目減半●發(fā)生遺傳重組2第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

減數(shù)分裂過程3第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控減數(shù)分裂特點◆遺傳物質(zhì)只復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，導(dǎo)致染色體數(shù)目減半◆S期持續(xù)時間較長◆同源染色體在減數(shù)分裂期I配對聯(lián)會、基因重組◆減數(shù)分裂同源染色體配對排列在中期板上,第一次分列時,同源染色體分開4第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控減數(shù)分裂意義◆保證了染色體數(shù)目在世代交替中的恒定,先減半成1n,形成合子時,又成為2n（兩性生殖細(xì)胞經(jīng)過減數(shù)分裂，染色體數(shù)減少一半。再經(jīng)過受精，形成合子，染色體數(shù)恢復(fù)到體細(xì)胞的染色體數(shù)目）;◆染色體間分離時的重組,提供了遺傳的多樣性;◆同源染色體配對時交換重組,提高了基因內(nèi)、基因間重組的頻率,加快了進(jìn)化的速度。5第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆減數(shù)分裂是生物有性生殖的基礎(chǔ)，是生物遺傳、生物進(jìn)化和生物多樣性的保證。假如在有性生殖過程中沒有減數(shù)分裂，生殖細(xì)胞染色體數(shù)不能減半，經(jīng)過受精，其染色體數(shù)將倍增。細(xì)胞體積也會相應(yīng)增加。代代相傳，細(xì)胞將無法適應(yīng)環(huán)境而受到自然淘汰。

6第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

減

數(shù)

分

裂

前S期

有

絲

分

裂

前

S

期

蠑螈

10天

12小時

小鼠

14小時

5～6小時

小麥

12小時

3.8小時

酵母

1.0小時

0.5小時

減數(shù)分裂前S期與有絲分裂前S期長度比較7第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

減數(shù)分裂I

第一次減數(shù)分裂的兩個特點◆一對復(fù)制了的同源染色體分開，分別進(jìn)入兩個子細(xì)胞，同源染色體分開之前通常要發(fā)生交換重組。◆在染色體組中，同源染色體的分離是隨機(jī)的，同源染色體組要發(fā)生重組合。8第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控減數(shù)分裂的染色體行為減數(shù)分裂前間期，染色體加倍9第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控前期I的5個階段10第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

TheStagesofmeiosisI

前期I●主要事件是完成同源染色體的配對，在此過程中要發(fā)生配對同源染色體間的分子重組●該期細(xì)分為細(xì)線期、偶線期、粗線期、雙線期、終變期等。11第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控StagesoftheprophaseofmeiosisIMicrographsillustratingthemorphologyofchromosomesofthelily.12第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控減數(shù)分裂的前期I細(xì)線期中期I終變期雙線期粗線期偶線期13第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆細(xì)線期(leptotenestage,leptonema)又稱凝集期(condensationstage)

此期主要特點：●染色體已加倍,并凝縮成單細(xì)線狀,但2條染色單體的臂并不分離。14第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆偶線期(zygotenestage,zygonema)又稱配對期(Pairingstage)，此期的主要特點是：●二價體與四分體▲二價體（bivalent)配對以后，兩條同源染色體緊密結(jié)合在一起所形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，稱為二價體（bivalent）

▲四分體(tetrad):●合成在S期未合成的約0.3％的DNA（偶線期DNA，即zygDNA）

15第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控●聯(lián)會與聯(lián)會復(fù)合體▲聯(lián)會(synapsis):同源染色體配對的過程▲聯(lián)會復(fù)合體(synatonemalcomplex):在聯(lián)會的部位形成一種特殊復(fù)合結(jié)構(gòu)，稱為聯(lián)會復(fù)合體（synaptonemalcomplex）沿同源染色體長軸分布。16第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控同源染色體（homologouschromosome)（重要）【定

義】形態(tài)、結(jié)構(gòu)、遺傳組成基本相同和在減數(shù)分裂中彼此聯(lián)會的一對染色體，一個來自母方，另一個來自父方。一般在同源染色體上有相同的基因座位，因此是二倍體細(xì)胞中的基因都有兩份。

17第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控同源染色體配對（聯(lián)會）18第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆粗線期(pachytenestage,pachynema)

又稱重組期(recominationstage)，主要特點（重要）：●同源染色體之間發(fā)生DNA片段的交換,產(chǎn)生重組的基因組合●持續(xù)時間長（幾天到幾周）●可見重組節(jié)（Recombinationnoduble)●合成減數(shù)分裂期專有的組蛋白19第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

同源染色體間的交換重組20第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控聯(lián)會與聯(lián)會復(fù)合體21第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆雙線期(diplotenestage)又稱合成期(synthesisstage)，主要特點：●同源染色體分離但是不完全，明顯可見四分體；●出現(xiàn)交叉：同源染色體仍然相聯(lián)系的部位

●魚類、兩棲類、爬行類和鳥類的雌性動物等在此期形成燈刷染色體，合成前體mRNA(hnRNA)22第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控23第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆終變期(diakinesis)又稱再凝集期(recondensationstage)。

此期的主要特點:●染色體變成緊密凝集狀態(tài)；●大多數(shù)核仁消失,交叉出現(xiàn)端化,姐妹染色體只在著絲粒和端部連接在一起。24第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

中期I◆核被膜的破裂是前期Ⅰ向中期Ⅰ轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。紡錘體侵入核區(qū),分散于核中的四分體開始向四分體的中部移動?！襞c有絲分裂不同的是,四分體上有四個著絲點,一側(cè)紡錘體只和同側(cè)的兩個著絲點相連。最后染色體排列在赤道板上。25第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

后期I◆同源染色體分開,發(fā)生數(shù)量的減半,而且,染色體移向兩極是隨機(jī)的?！粲捎诿織l染色體仍含有兩條染色單體,因而每個極仍含有兩套染色體。◆不同的同源染色體對向兩極的移動是隨機(jī)的、獨立的、父方、母方來源的染色體要發(fā)生隨機(jī)組合,有利于減數(shù)分裂產(chǎn)物的基因組變異。26第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

末期I及間期◆在自然界中,末期Ⅰ和間期的類型有二,一種是沒有明顯可見的染色體去凝集,另一種是完全逆轉(zhuǎn)到間期核的狀態(tài)?！舸蠖鄶?shù)種類,末期Ⅰ和間期是在第一次及第二次減數(shù)分裂期之間的短暫停頓,在所知的生物中,未見有DNA的合成。27第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控MeiosisII第二次減數(shù)分裂分為前期II、中期II、后期II、末期II，最后形成4個單倍體細(xì)胞。28第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控減數(shù)分裂I和減數(shù)分裂II29第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控比較有絲分裂與減數(shù)分裂

◆有絲分裂是體細(xì)胞的分裂方式，減數(shù)分裂主要是產(chǎn)生配子的過程;◆有絲分裂是一次細(xì)胞周期,DNA復(fù)制一次,分裂一次,染色體由2n→2n;

減數(shù)分裂是兩次細(xì)胞周期,DNA復(fù)制一次,細(xì)胞分裂兩次,染色體由2n→1n;◆有絲分裂中,每個染色體是獨立活動;

減數(shù)分裂,染色體要配對、聯(lián)會、交換和交叉。30第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控減數(shù)分裂與有絲分裂的比較31第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆有絲分裂之前,經(jīng)DNA合成,進(jìn)入G2期,才進(jìn)行有絲分裂;減數(shù)分裂之前,DNA合成時間很長(99.7%合成,0.3%未合成),一旦合成,即進(jìn)入減數(shù)分裂期,G2期短或沒有;◆有絲分裂時間短,1-2小時;減數(shù)分裂時間長,20多小時,至幾年。32第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控同源染色體間遺傳物質(zhì)重組33第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控11.2細(xì)胞周期調(diào)控

34第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞周期的控制系統(tǒng)35第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控一、蛋白激酶在細(xì)

胞周期調(diào)控中的作用36第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

MPF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37第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控卵細(xì)胞提取物注射實驗38第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

細(xì)胞周期蛋白的鑒定◆研究思路◆實驗設(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39第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控Accumulationanddegradationofcyclinsinseaurchinembryos

40第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

MPF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-dependentproteinkinases,Cdks);●調(diào)節(jié)亞基：周期蛋白(cyclin)。41第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控MPF的結(jié)構(gòu)42第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

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)43第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

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)

44第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控Polyubiquitination45第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

APC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。46第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控Regulationofmitoticcyclinlevelsincyclingcells47第11章細(xì)胞增殖及其調(diào)控

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