醫(yī)學細胞生物學細胞分裂和細胞周期培訓(xùn)課件

1、無絲分裂無絲分裂 amitosis 由親代細胞 直接分裂，形成 子代細胞，又稱 直接分裂 direct division分裂前，細胞、細胞核 體積增大，DNA復(fù)制；進入分裂期，核膜不消失，無紡錘絲、無染色體組裝分裂期，細胞核 拉長，高爾基體 移至 中心體 附近，胞核、胞質(zhì) 均拉長 并從中間斷裂兩個子細胞 獲得的 遺傳物質(zhì)和其他胞質(zhì)成分，不一定 均等；在低等生物較常見，分裂快速，耗能少高等生物的創(chuàng)傷組織、癌變、衰老的細胞；個別組織：上皮、疏松結(jié)締組織、肌組織、肝臟等，均可見 無絲分裂；無絲分裂與有絲分裂 能夠相互轉(zhuǎn)化細胞分裂無絲分裂細胞分裂有絲分裂有絲分裂 mitosis 也稱 間接分裂，是高等

2、真核生物 細胞分裂的主要方式，尤其是 體細胞分裂的主要方式有絲分裂是一個連續(xù)的過程，按時間順序分為：前、中、后、末期，發(fā)生：核膜的崩解和重建、染色質(zhì)凝集成染色體和染色質(zhì)的重形成、紡錘體的形成和染色體的運動、細胞質(zhì)的分裂有絲分裂持續(xù)時間比較恒定，約0.52小時分裂前期 核內(nèi)染色質(zhì)開始凝聚前期prophase 細胞變化特征：染色質(zhì)凝聚、 分裂極確定、核仁縮小解體、紡錘體形成核內(nèi)松散的染色質(zhì)纖維 螺旋化 并發(fā)生凝集，是進入前期的標志此期，線狀染色質(zhì)纖維 逐漸凝聚成棒狀、桿狀的染色體，每條染色體包含 兩條由 著絲粒 連接的染色單體；著絲粒兩側(cè) 附著多種蛋白質(zhì) 細胞分裂有絲分裂細胞分裂 組成的 板狀復(fù)合

3、結(jié)構(gòu)動粒組蛋白發(fā)生 磷酸化，促進 染色質(zhì)進一步凝聚核仁中的DNA 縮回各自所屬的 染色體， rRNA合成停止，核仁中的蛋白質(zhì) 和RNA 分散在胞質(zhì)，核仁逐漸解體消失核膜下的 核纖層蛋白 磷酸化核纖層解體核纖層蛋白A、B、C 核膜小泡-核纖層B，分散到胞質(zhì)中間期就完成復(fù)制的 兩組中心體 彼此分開，移向兩極；中心體是微管的組織中心之一，能發(fā)出大量微管，這些微管與中心體一起被稱為 星體 aster細胞分裂 組成的 板狀復(fù)合結(jié)構(gòu)動粒細胞分裂馬達蛋白 以星體微管 作為軌道，利用ATP水解能 沿微管移動，由此牽引 兩個子中心體 分離，分別移向 細胞兩極紡錘體 spindle 出現(xiàn)于前期末，由星體微管、動粒

4、微管、和重疊排列的極間微管組成前期末，染色體凝集程度 增高，在動粒微管 牽拉下，染色體 逐漸移向 赤道面，即 染色體列隊細胞分裂星體微管動粒微管極間微管染色體中心粒馬達蛋白 以星體微管 作為軌道，利用ATP水解能 沿微管移動分裂中期的細胞赤道面上排列著高度凝聚的染色體中期 metaphase 的主要標志是染色體最大程度凝縮，非隨機排列在細胞中央的赤道面上；從側(cè)面看，染色體排列成線狀；從極面看，染色體排列成菊花狀；該期持續(xù)10-20分鐘所有染色體的著絲粒 位于同一平面，染色體 兩側(cè)的動粒 朝向細胞兩極；每個動粒上，結(jié) 合數(shù)十根微管；兩端動粒上結(jié)合的微管長度 相等，赤道面直徑變形，兩極距離增長，染

5、 色體處于動態(tài)平衡中中期細胞 形成 有絲分裂器mitotic apparatus 由染色體、星體、中心粒、紡錘體 組成細胞分裂分裂中期的細胞赤道面上排列著高度凝聚的染色體細胞分裂細胞分裂中期 動粒微管 與染色體的 動態(tài)平衡細胞分裂中期 動粒微管 與染色體的 動態(tài)平衡分裂后期完成姐妹染色單體分離后期 anaphase 著絲粒分開，姐妹染色單體分離，向細胞兩級遷移兩個染色單體著絲粒中部的蛋白被水解，導(dǎo) 致姐妹染色單體分離，并在動粒微管的牽引 下，向兩極運動；持續(xù)10分鐘左右染色體兩臂的移動常滯后于動粒，因此?？?見形態(tài)上V形、J形或棒形的染色體極間微管增長、彼此滑動兩極長度增加，星體微管向外的作用

6、力，使兩極進一步分開染色單體的向極運動 跟馬達蛋白 有關(guān)，該蛋 白協(xié)調(diào)微管運動，將染色單體拉向兩極細胞分裂分裂后期完成姐妹染色單體分離細胞分裂分裂末期的細胞核重新組裝并完成核分裂末期 telophase 子代細胞 核形成 與胞質(zhì)分裂染色單體被拉到細胞兩極，發(fā)生 解聚的過 程；此時H1組蛋白 去磷酸化，高度凝聚 的染色體 開始解旋，出現(xiàn) 細長的 染色質(zhì) 纖維，RNA合成 恢復(fù)，核仁 重新形成胞質(zhì)中分散的 核膜小泡 向染色體表面 聚集、融合，在每條染色體 周圍 形成 雙層核膜，核孔 重新組裝；核纖層蛋白 去磷酸化，重新形成 核纖層， 在核膜下細胞分裂分裂末期的細胞核重新組裝并完成核分裂細胞分裂胞質(zhì)

7、分裂：后期或末期初，中部質(zhì)膜下方，出現(xiàn)由 大量肌動蛋白和肌球蛋白 聚集形成的 環(huán)狀結(jié)構(gòu)，即 收縮環(huán)contractile ring紡錘體解聚，殘存的微管、囊泡聚集于 細胞中部，形成的 環(huán)形致密層稱為 中體收縮環(huán)中的 肌動蛋白和 肌球蛋白 組成的微絲束，通過 互相滑動 使收縮環(huán) 不斷縊縮，細胞膜內(nèi)陷形成分裂溝 cleavage furrow分裂溝 至中體時，細胞斷裂，胞質(zhì)分裂 完成，此過程需要的能量由ATP提供胞質(zhì)分裂 與核分裂 不一定同步進行，無 胞質(zhì)分裂多核細胞；紡錘體的位置 決定分裂溝的位置，決定兩個子細胞大小，是否對稱細胞分裂胞質(zhì)分裂：細胞分裂細胞分裂經(jīng)過 核分裂、胞質(zhì)分裂 兩個過程，借

8、助 細胞骨架重排，實現(xiàn) 有絲分裂；有絲分裂的 三個特征：染色質(zhì)凝聚、紡錘體形成、收縮環(huán)的形成組蛋白等的 磷酸化、去磷酸化，是染色質(zhì)凝聚與去凝聚、核膜解聚與重建的 分子基礎(chǔ)有絲分裂時，細胞與相鄰細胞、細胞外基質(zhì)間的 粘附性減弱，連接 松弛，也與 蛋白質(zhì)磷酸化 狀態(tài)有關(guān)有絲分裂的變異形式：封閉式有絲分裂closed mitosis在整個細胞分裂過程中，核膜保持完整，紡錘體形成、染色體分離 等活動 均發(fā)生在細胞核里；如 單細胞生物：酵母、 黏菌等細胞分裂經(jīng)過 核分裂、胞質(zhì)分裂 兩個過程，借助 細胞骨架重排有絲分裂是具備完善分裂程序的細胞分裂方式，有絲分裂的主要意義：細胞經(jīng)過 DNA復(fù)制后，將遺傳物質(zhì)

9、DNA 準確等分到 子細胞中去，是以確保 遺傳的穩(wěn)定性.紡錘體是染色體分離和移動的主要機制染色體的移動取決于紡錘體產(chǎn)生的四種作用力的合力結(jié)果：極間微管 重疊區(qū)微管之間在 動力蛋白的作用下 相互滑動，產(chǎn)生 對兩極星體的 推力動粒微管 與染色體動粒之間 相互作用 對染色體產(chǎn)生拉力，動力微管 在動粒端 去組裝而縮短，使末期染色體 向兩極運動 星體微管 與細胞膜之間 相互作用 是星體 穩(wěn)定在細胞兩極的 作用力兩條 姐妹染色單體chromatid 在著絲粒處 和臂間大分子蛋白 染色體粘附蛋白cohesin 形成的粘著力中心體 基質(zhì)蛋白的 粘著作用細胞分裂補充 ppt有絲分裂是具備完善分裂程序的細胞分裂方

10、式，有絲分裂的主要意義.姊妹染色體的分開是染色體向兩極運動的重要條件細胞分裂動粒綠色； Cohesin紅色有絲分裂中期，染色體臂的 Cohesin 降解，只有少量存在于 著絲粒中部(姐妹染色單體 連接處)補充 ppt.姊妹染色體的分開是染色體向兩極運動的重要條件細胞分裂動粒如果細胞在S期不能合成染色體粘著蛋白，則M期的染色體凝聚不能完成，染色單體的分開亦受障礙.動粒與微管的連接處是染色體向兩極運動的重要作用點與染色體運動 相關(guān)的蛋白，如dynein、kinesin、KRP，以及動粒微管正端的組裝與去組裝，牽動染色單體向細胞赤道面或兩極運動.微管動力蛋白是染色體運動的動力動力微管結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，組裝

11、去組裝均很快，此特點可提高M期染色體運動的效率；微管去組裝的方向?qū)θ旧w移動方向發(fā)生影響細胞分裂Ndc80 is a protein complex consisting of four different protein subunits that forms a 50 nm-long, rod-shaped molecule extending outward from the body of the kinetochore. These Ndc80 fibrils have been implicated as couplers of the kinetochore to the plu

12、s end of a dynamic microtubule.補充 ppt如果細胞在S期不能合成染色體粘著蛋白，則M期的染色體凝聚不能.染色體運動的方向是紡錘體內(nèi)各種作用力綜合作用的結(jié)果分裂中期，極體微管 重疊區(qū) 組裝延長，使中心體 向兩極分開，紡錘體 變長；動力微管 與染色體動粒 連接處KRP的滑動，及微管正端 組裝延長 產(chǎn)生 推力；極體微管的拉力 和著絲粒的粘著力 處平衡狀態(tài)分裂后期，著絲粒 縱裂，姊妹染色單體迅速分開，動力微管 動粒端 也去組裝，導(dǎo)致 動粒微管 縮短，染色體向兩極 移動，直至動粒微管 完全消失；同時，極體微管 重疊區(qū)的末端(正端)滑動把中心體 連同染色體 進一步推向 兩極

13、細胞分裂補充 ppt.染色體運動的方向是紡錘體內(nèi)各種作用力綜合作用的結(jié)果細胞分細胞分裂Actin filaments (red) are located at both the cleavage furrow and the cell periphery where they play a key role in cell movement (Section 9.7). (b) Myosin II (green) is localized at the cleavage furrow, where it is part of a contractile ring that encompasse

14、s the equator.In this model for budding yeast, the chromosome is able to remain associated with the plus end of the microtubule as it depolymerizes by the presence of the Dam1 ring, which encircles the plus end of the microtubule at the kinetochore. The force required for chromosome movement is prov

15、ided by the release of strain energy as the microtubule depolymerizes. The released energy is utilized by the curled ends of the depolymerizing protofilaments to slide the Dam1 ring along the microtubule toward the pole.補充 ppt細胞分裂Actin filaments (red) are 細胞分裂減數(shù)分裂減數(shù)分裂 meiosis 發(fā)生于有性生殖細胞的成熟過程中，DNA 復(fù)制

16、一次，細胞 連續(xù)分裂 兩次；其細胞 遺傳物質(zhì) 減半，形成 具有 單倍體 遺傳物質(zhì)的 配子細胞減數(shù)分裂 構(gòu)成了 生物變異 及多樣性的基礎(chǔ)，減數(shù)分裂中 發(fā)生遺傳物質(zhì)的 交換、重組、自由組合，使生殖細胞 呈現(xiàn)遺傳上的 多樣性，后代 變異增大，對環(huán)境 適應(yīng)力增強減數(shù)分裂分為 第一次減數(shù)分裂(減數(shù)分裂 I ) 和 第二次減數(shù)分裂(減數(shù)分裂 II )第一次減數(shù)分裂 是同源染色體 通過聯(lián)會 進行片段交換，隨后分開，完成染色體 數(shù)目減半、遺傳物質(zhì)的交換第二次減數(shù)分裂 與有絲分裂 相似，染色單體分開兩次分裂間 有一個短暫 的間隔期細胞分裂減數(shù)分裂醫(yī)學細胞生物學細胞分裂和細胞周期培訓(xùn)課件第一次減數(shù)分裂進程中細胞內(nèi)

17、發(fā)生復(fù)雜的生化和形態(tài)變化第一次減數(shù)分裂 分為：前期、中期 、后期 、末期1.前期I prophase I：持續(xù)時間長，不同種屬變化很大；此期 染色質(zhì) 凝集、同源染色體之間 片段交換；分5個階段細線期 leptotene：染色質(zhì)開始凝集和同源染色質(zhì)配對， 是本期特點；細線狀染色質(zhì)通過端粒 附著于核膜上；核 與 核仁體積增大偶線期 zygotene：同源染色質(zhì)進一步靠攏凝集， 同源染色質(zhì)之間部分片段緊密相貼，迅速擴散到整 個染色體，形成聯(lián)會復(fù)合體synaptonemal complex, SC；染色體端粒叢集在核被膜一側(cè) 的內(nèi)表面，從這里開始結(jié)合、配對， 使染色體看上去像一個花束；電鏡 下可見 同

18、源染色體之間呈 拉鏈狀細胞分裂第一次減數(shù)分裂進程中細胞內(nèi)發(fā)生復(fù)雜的生化和形態(tài)變化細胞分裂SC的裝配最早發(fā)生于細線期，在偶線期完成；是聯(lián)會的同源染色體之間，沿染色體全長方向，形成的一種特殊結(jié)構(gòu)；電鏡下包括三個平行的部分：側(cè)生成分、中央成分、橫向纖維 側(cè)生部分，寬約2040nm，位于復(fù)合體兩側(cè)， 成分主要是蛋白質(zhì)，電子密度較高，如 DNA 拓撲酶、組蛋白等，其外側(cè)是同源染色體DNA兩邊的側(cè)生成分之間是電子密度較低的區(qū)域， 寬約100nm，其中央為電子密集的中央成分側(cè)生成分與中央成分之間是橫向排列的細絲， 稱為：橫向纖維中央成分與橫向纖維 主要由 非組蛋白 組成聯(lián)會復(fù)合體 是臨時性結(jié)構(gòu)，使同源 染色

19、體之間的連接變得更加牢固；偶線期 有0.3%的DNA合成，幫助聯(lián)會復(fù)合體的組裝細胞分裂SC的裝配最早發(fā)生于細線期，在偶線期完成；是聯(lián)會的同源染色體同源染色體通過SC連接，含有4條染色單體，稱四分體tetrad，也稱二價體bivalent；而SC對二價體中 同源染色體的緊密配對意義重大聯(lián)會復(fù)合體形成之初，染色質(zhì)凝集程度低，同源染色體通過特定位點的堿基互補配對 進行接觸；當SC隨著染色質(zhì)凝集逐漸形成，其成分加入了某些單鏈DNA序列以及蛋白質(zhì)序列識別分子，構(gòu)成一個有組織的網(wǎng)絡(luò)，促使了同源染色體之間的配對進一步形成細胞分裂除去染色體纖維后的SC 電鏡圖同源染色體通過SC連接，含有4條染色單體，稱四分體

20、tetra粗線期 pachytene：通過聯(lián)會緊密結(jié)合在一起的兩條同源染色體，進一步凝集縮短、變粗，同源染色體間出現(xiàn)染色體片段的 交換和重組；在聯(lián)會復(fù)合體 中央出現(xiàn) 一些橢圓形、球形的 富含蛋白質(zhì)及酶的棒狀結(jié)構(gòu)，稱：重組結(jié) recombination nodule多個重組結(jié)相間分布于 SC上，與染色體片段重組直接相關(guān)粗線期的細胞合成 減數(shù)分裂特有的 組蛋白，還合成少量 DNA，稱 P-DNA，與交換中DNA鏈的修復(fù)、連接有關(guān)雙線期 diplotene：聯(lián)會復(fù)合體 去組裝，逐漸消失，緊密 配對的同源染色體相互分離，僅在非姊妹染色單體間 殘留一些 接觸點，稱交叉chiasma交叉 被認為是 粗線期

21、同源染色體交換的形態(tài)學證據(jù)， 交叉節(jié)與重組結(jié)在數(shù)量上是相等的人類平均每對同源染色體有2-3個交叉，交叉的數(shù)量與物種、細胞類型、染色體長度有關(guān)；每個染色體至少有1個交叉細胞分裂粗線期 pachytene：通過聯(lián)會緊密結(jié)合在一起的兩條同雙線期 同源染色體的四分體結(jié)構(gòu)非常清晰，并且 交叉 逐漸遠離 著絲粒，向染色體末端 推移，數(shù)目也由此減少，此現(xiàn)象稱 交叉端化；這一過程 將持續(xù)到 中期；隨著交叉端化，二價體可呈現(xiàn) V、8、X、O 等形狀；某些生物 此期持續(xù)時間很久，如 人卵細胞 在雙線期 可停留 50年之久細胞分裂雙線期 同源染色體的四分體結(jié)構(gòu)非常清晰，并且 交叉 逐漸遠離終變期 diakinesi

22、s：染色體繼續(xù)凝集，變粗變短，成棒狀；交叉端化繼續(xù)；核仁 消失，中心體移向兩極 形成紡錘體；核膜逐漸 解體，紡錘絲伸入核區(qū)，染色體開始移向細胞中部的赤道面 終變期 結(jié)束 標志著 前期I 完成細胞分裂終變期 diakinesis：染色體繼續(xù)凝集，變粗變短，成2.中期I metaphase I：同源染色體向細胞中部匯集，最終排列在赤道面上，通過動粒微管與細胞不同極相連；來自一側(cè)紡錘體 的動粒微管只連接與同側(cè)的動粒上3.后期I anaphase I：受紡錘體微管的作用，同源染色體 分離并移向細胞的兩極；父源和母源的 染色體隨機 組合，被拉向兩極，每條染色體 由姐妹染色單體 共同組成非同源姊妹染色單體

23、之間的交叉對分離過程是必要的，某些 聯(lián)會的同源染色體 缺乏彼此的 交叉，隨后 正常分離受阻，產(chǎn)生的子代細胞 染色體數(shù)目 增多或減少4.末期I telophase I：到達細胞兩極染色體，去凝集 成細絲狀的 染色質(zhì)纖維，核仁、核膜重新出現(xiàn)，胞質(zhì)分裂 并形成兩個子細胞；某些生物 染色體依然保持凝集狀態(tài)細胞分裂2.中期I metaphase I：同源染色體向細胞中部匯集第一次減數(shù)分裂后出現(xiàn)短暫的間期與有絲分裂相比，減數(shù)分裂間期 持續(xù)時間較短，不發(fā)生DNA合成，無染色體復(fù)制；某些物種基本不經(jīng)過這一期，直接進入第二次減數(shù)分裂第二次減數(shù)分裂與有絲分裂過程相似第二次減數(shù)分裂分為：前期II、中期II、后期II

24、、末期II、胞質(zhì)分裂5個時期前期II：去凝集的染色體 再次發(fā)生凝集，呈棒狀，每一條染色體由兩條染色單體組成紡錘體逐漸形成，來自細胞兩極的動粒微管 分別與同一染色體上的兩個動粒 相連，將染色體拉向細胞中央的赤道面前期II 末，核仁、核膜消失中期II：染色體排在赤道面上，之后，姐妹染色單體 在著絲粒處 斷裂，彼此分離，被紡錘體的動粒微管牽引進入細胞兩極，去凝集成 染色質(zhì)纖維，核仁與核膜重新出現(xiàn)，胞質(zhì)分裂完成，形成新的子細胞（單倍體）細胞分裂第一次減數(shù)分裂后出現(xiàn)短暫的間期細胞分裂脊椎動物的 卵母細胞的 減數(shù)分裂II停滯在 中期II，即排卵，只有在卵受精后 才能完成 第二次減數(shù)分裂；而卵母細胞 在這兩

25、次 減數(shù)分裂中，胞質(zhì)分裂 不對稱，只產(chǎn)生 1個大卵子 和3個小的后被吸收的極體后期II-末期II-胞質(zhì)分裂：跟有絲分裂類似細胞分裂卵原細胞生長與分化有絲分裂初級卵母細胞次級卵母細胞排卵極體受精極體卵卵子發(fā)生精原細胞有絲分裂初級精母細胞次級精母細胞精子發(fā)生精細胞分化4個精子細胞生長減數(shù)分裂脊椎動物配子形成過程：精子與卵子形成的比較脊椎動物的 卵母細胞的 減數(shù)分裂II停滯在 中期II，即排卵減數(shù)分裂的生物學意義：將親代細胞 全套單拷貝的 遺傳物質(zhì) 傳遞給 子細胞，使物種的 遺傳特點 在后代中 得以保持減數(shù)分裂中 形成的 聯(lián)會復(fù)合體，使來源于雙親的 同源染色體 基因或DNA片段 得以 重組和交換，使

26、后代保持 親代基本遺傳特征的 基礎(chǔ)上 不斷出現(xiàn) 新的變異，為物種的 不斷進化 和生物多樣性 提供了基礎(chǔ)細胞分裂在減數(shù)分裂中，性染色體 也在減數(shù)分裂前期，發(fā)生 X染色體與Y染色體 的同源區(qū)域的配對及交叉互換，可以保證正常分離減數(shù)分裂的生物學意義：細胞分裂在減數(shù)分裂中，性染色體 也在減細胞周期的基本概念細胞周期 cell cycle：是指 細胞從 上一次有絲分裂結(jié)束 到下一次有絲分裂結(jié)束 所經(jīng)歷的過程可分為：G1期(gap phase I) S期(synthesis phase)G2期(gap phase II )M期(mitosis phase) 分裂期(M期) 持續(xù)的時間 很短，只有不到5%的

27、周期時間細胞周期及其調(diào)控細胞周期的基本概念細胞周期及其調(diào)控不同發(fā)育階段、不同組織細胞 完成一個細胞周期 所需的時間不同；快速增殖的 人體細胞的 周期時間是 24小時，其中G1期 11小時、 S期 約8小時、G2期 4小時、M期 1小時芽生酵母 細胞周期 僅90分鐘，受精卵 早期細胞周期 可能少于 30分鐘（細胞不生長，缺乏G1和G2期，DNA復(fù)制快，因此S期短）有些體細胞完全停止分裂終末分化的細胞；有些體細胞 只在需要替換 損傷、死亡的細胞時，才進行分裂G0期的細胞（長期停留在G1的細胞，或者說 暫時脫離了細胞周期）連續(xù)不斷分裂的細胞：如造血干細胞、表皮基底層、消化道等上皮20世紀50年代后，

28、人們用各種現(xiàn)代生物技術(shù) 證明：間期細胞 進行著非?；钴S的 蛋白質(zhì)、核酸等的 合成DNA合成期 只占間期的一部分，稱S期；之前是 G1期，之后是 G2期G1期 是影響細胞周期時間的關(guān)鍵，其時間長度 與其特殊mRNA、蛋白質(zhì) 積累有關(guān)；激素和環(huán)境因素都影響細胞周期各時相的時間細胞周期及其調(diào)控不同發(fā)育階段、不同組織細胞 完成一個細胞周期 所需的時間不同細胞周期的主要變化G1期是DNA復(fù)制的準備期G1期 是細胞生長發(fā)育的時期，有活躍的RNA和蛋白質(zhì)合成，細胞體積顯著增大，RNA聚合酶 活性升高，各種RNA和蛋白質(zhì)迅速增加G1期合成 S期DNA復(fù)制所需要的各種酶類，如 DNA聚合酶，解旋酶等，及從G1期

29、向S期轉(zhuǎn)換需要的蛋白質(zhì)，如 觸發(fā)蛋白、鈣調(diào)蛋白、細胞周期蛋白、抑素等G1期 與 S期 之間存在一個 限制點，只有通過此點，才能完成細胞周期G1期 突出特點是 發(fā)生多種蛋白質(zhì)的磷酸化，如 組蛋白、非組蛋白、某些蛋白激酶 的磷酸化；多發(fā)生在絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸 側(cè)鏈的-OH上，組蛋白H1的磷酸化，促進G1期染色體結(jié)構(gòu)的重排G1期 細胞膜對物質(zhì) 轉(zhuǎn)運能力增強，細胞對氨基酸、核苷酸、葡萄糖等小分子營養(yǎng)物質(zhì)攝入增加；對可能參與G1期向S期轉(zhuǎn)變的調(diào)控物質(zhì)的轉(zhuǎn)運也增加，如 cAMP、K+等細胞周期及其調(diào)控細胞周期的主要變化細胞周期及其調(diào)控G1期 對物質(zhì)轉(zhuǎn)運能力的增強 與G1期 細胞膜變化相關(guān)；多種因素 如

30、 膽固醇、各種生長因子受體、酪氨酸磷酸化等 均對細胞膜轉(zhuǎn)運作用產(chǎn)生影響S期中完成DNA復(fù)制S期是DNA復(fù)制期，也合成組蛋白與非組蛋白；DNA復(fù)制 遵循嚴格時間順序，通常 CG含量高的DNA 先復(fù)制，AT含量高的序列 后復(fù)制；常染色質(zhì) 先復(fù)制，異染色質(zhì) 后復(fù)制；異染色質(zhì)化的X染色體的復(fù)制 發(fā)生在其他染色體復(fù)制完成后S期也是組蛋白合成主要時期，其合成與DNA的復(fù)制 同步進行、相互依存；隨著DNA復(fù)制，組蛋白大量合成、入核，與已復(fù)制的DNA結(jié)合，組裝成 核小體，進而姊妹染色單體組蛋白持續(xù)的磷酸化 發(fā)生于S期，H1組蛋白 進一步磷酸化，H2A的磷酸化 貫穿整個細胞周期中心粒的復(fù)制 完成于S期，相互垂直

31、的一對中心粒 彼此分離，各自在垂直方向 形成一個 子中心粒細胞周期及其調(diào)控G1期 對物質(zhì)轉(zhuǎn)運能力的增強 與G1期 細胞膜變化相關(guān)；多種G2期是細胞分裂的準備期G2期 大量合成RNA、ATP 和與M期結(jié)構(gòu)功能 相關(guān)的蛋白質(zhì)，如 微管蛋白、MPF促進細胞 從G2期進入S期G2期 中心粒體積 逐漸增大，開始分離 并移向 細胞兩極M期中細胞進行分裂細胞形態(tài)結(jié)構(gòu) 發(fā)生顯著改變，染色體凝集、分離；核膜、核仁破裂 及重建；紡錘體、收縮環(huán)形成，細胞分裂為二M期 細胞變圓，染色質(zhì)的高度凝集降低其模板活性，該期細胞中的RNA合成 處于抑制狀態(tài)，除了一部分 與周期調(diào)控 密切相關(guān)的蛋白外，細胞蛋白質(zhì)合成 也幾乎全部停

32、止細胞周期及其調(diào)控G2期是細胞分裂的準備期細胞周期及其調(diào)控細胞周期的調(diào)控細胞周期中的 生化、形態(tài)結(jié)構(gòu) 變化，均是在細胞本身 和環(huán)境因素 嚴格控制下 有序進行的細胞中 多種蛋白 構(gòu)成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，通過一系列生化反應(yīng) 對細胞周期主要事件 加以控制細胞周期蛋白與細胞周期依賴激酶構(gòu)成細胞周期調(diào)控系統(tǒng)的核心1.細胞周期蛋白細胞周期蛋白cyclin 是真核細胞的一類蛋白，隨細胞周期進程 周期性地出現(xiàn)、消失； 真核生物的cyclin 是一類功能相似的同源蛋白，由一個 相關(guān)基因家族 編碼，種類達 數(shù)十種哺乳動物的 細胞周期蛋白 包括cyclin AH，在細胞周期各個特定階段中，不同的周期蛋白 相繼表達細胞周期及其

33、調(diào)控細胞周期的調(diào)控細胞周期及其調(diào)控在G1期表達的細胞周期蛋白有：cyclin A、C、D、E，其中cyclin C、D、E 三種蛋白 只在G1期表達，進入S期即降解；且只在G1期向S期轉(zhuǎn)化過程中 起調(diào)節(jié)作用，被稱作：G1期蛋白cyclin是G1S期轉(zhuǎn)化必需，在哺乳動物中 有三種具有組織特異性的cyclin，13cyclin A 合成于G1期向S期轉(zhuǎn)化過程中，中期消失，屬S期周期蛋白；cyclin B 表達起始于S期，在G2M時達到高峰，隨M期的結(jié)束而降解不同的周期蛋白 在分子結(jié)構(gòu)上 存在共同特點，均含 一段氨基酸保守的 細胞周期蛋白框，約100aa 組成，可與 Cdk (cyclin依賴性激酶

34、) 結(jié)合，參與 細胞周期的調(diào)控S期和M期的 cyclins(如cyclin A、 cyclin B)的近N端，含有9個aa的破壞框 特殊序列，為中期后cyclin A、cyclin B的快速降解發(fā)揮作用細胞周期及其調(diào)控在G1期表達的細胞周期蛋白有：cyclin A、C、D、E，G1期 cyclins無破壞框，可以通過其C末端的一段 PEST序列 (富含Pro(P), Glu(E), Ser(S)和Thr(T)的序列) 介導(dǎo) 發(fā)生降解cyclins 常通過 多聚泛素化途徑 被降解；泛素是一種 76個aa 組成的高度保守的蛋白質(zhì)，當其C端 與非特異性泛素活化酶E1 結(jié)合后，被活化，E1-泛素復(fù)合體

35、 將泛素轉(zhuǎn)移到 泛素結(jié)合酶E2上，最終由APC (后期促進復(fù)合物anaphase promoting complex泛素連接酶E3) 催化下，泛素 連接于cyclin破壞框附近的 賴氨酸殘基上；其它泛素分子 相繼結(jié)合前一個連接的 泛素分子的賴氨酸殘基，形成 多聚泛素鏈，被 蛋白酶體識別 并降解細胞周期及其調(diào)控泛素三維結(jié)構(gòu)羧基 連接蛋白質(zhì)的 賴氨酸殘基G1期 cyclins無破壞框，可以通過其C末端的一段 PE由APC控制的蛋白水解 M-cyclin 在蛋白酶體中降解泛素化酶多聚泛素鏈APC 泛素化并水解M-cyclins和其他有絲分裂調(diào)節(jié)蛋白細胞周期及其調(diào)控由APC控制的蛋白水解 M-cycl

36、in 在蛋白酶體中降解由APC激發(fā)的姊妹染色單體分離 失活的APC活化的APC 粘附蛋白(cohesion) 復(fù)合物紡錘體中期后期剪切和解離粘附蛋白失活的separase泛素化 以及 降解securin活化的 separase通過 泛素化 降解機制，可引起 M期 連接兩個染色單體的 粘附蛋白 cohesin降解，促使染色單體分開， 使細胞進入M后期細胞周期及其調(diào)控由APC激發(fā)的姊妹染色單體分離 失活的APC活化的APC 2.細胞周期蛋白依賴性激酶細胞周期依賴性蛋白激酶 cyclin-dependent kinase, Cdk 為一類 必須與 cyclin 結(jié)合后 才具有 激酶活性的 蛋白激酶；

37、通過磷酸化 參與細胞周期 調(diào)控的 關(guān)鍵 蛋白質(zhì)現(xiàn)已被鑒定的 Cdk為 Cdk18，均存在相似的 激酶結(jié)構(gòu)域，其中有一小段序列 高度保守，是介導(dǎo) 激酶與 周期蛋白 結(jié)合的區(qū)域在細胞周期各階段，不同Cdk 通 過結(jié)合特定的 周期蛋白，磷酸化 下游蛋白，引發(fā)、控制細胞周期 的一些主要事件細胞周期及其調(diào)控因cyclin在細胞周期中不斷地被合成、降解，Cdk對蛋白質(zhì) 磷酸化的作用也呈周期性變化2.細胞周期蛋白依賴性激酶細胞周期及其調(diào)控因cyclin在細人類將最早在 M期的細胞質(zhì)內(nèi) 發(fā)現(xiàn)的 促進卵細胞成熟 和加速 體細胞進入 有絲分裂的物質(zhì)，命名為：促細胞成熟因子maturation promoting

38、factor，MPF 或 促細胞分裂因子mitosis promoting factor，MPF實際上MPF 就是 cyclin+Cdk 激活細胞周期及其調(diào)控人類將最早在 M期的細胞質(zhì)內(nèi) 發(fā)現(xiàn)的 促進卵細胞成熟 和加速Cdk的活性 受到 Cdk激酶抑制物(Cdk inhobitor, CKI) 的負性調(diào)節(jié)，有多種CKI存在，哺乳類的CKI分為：CIP/KIP、INK4兩個家族；屬于CIP/KIP 有：p21Cip/Waf1、p27Kip1、p57kip，屬于 INK4 有：p16INK4、p15INK4、p18INK4CKI對 Cdk的抑制作用，通過 結(jié)合cyclin-Cdk復(fù)合物，改變Cdk

39、 活性位點的 空間位置細胞周期及其調(diào)控在細胞周期各階段，不同CKI 結(jié)合不同的cyclin-Cdk復(fù)合物，對細胞周期進行調(diào)控G1期與S期 是CKI 作用的主要階段Cdk的活性 受到 Cdk激酶抑制物(Cdk inhobit3.cyclin-Cdk 的調(diào)控作用Cyclin-Cdk復(fù)合物 是細胞周期調(diào)控體系 的核心，其周期性的 形成與降解，引發(fā)細胞周期進程中 特定事件的出現(xiàn)，促成G1期向S期、G2期向M期、中期向后期 等關(guān)鍵過程的 不可逆轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換細胞周期及其調(diào)控在所有的真核生物里，有三種cyclins是共有的：G1/S-cyclins ：在G1末期 結(jié)合Cdk，有助于 細胞開始DNA復(fù)制S-cyc

40、lin：在S期 結(jié)合Cdk，是DNA復(fù)制 起始所必須的M-cyclins：促進 有絲分裂 事件的發(fā)生3.cyclin-Cdk 的調(diào)控作用細胞周期及其調(diào)控在所有的CYCLIN-CDK復(fù)合體 脊椎動物 芽殖酵母CYCLINCDKCYCLINCDKG1-Cdkcyclin D*Cdk4, Cdk6Cln3Cdk1*G1/S-Cdkcyclin ECdk2Cln1,2Cdk1S-Cdkcyclin ACdk2Clb5,6Cdk1M-Cdkcyclin BCdk1*Clb1,2,3,4Cdk1*哺乳類中有3種D cyclins，即cyclinD1, cyclinD2, cyclinD3*在脊椎動物和裂殖

41、酵母，Cdk1原名都叫Cdc2，而在芽殖酵母中其原名叫Cdc28脊椎動物和芽殖酵母的主要Cyclins和Cdks細胞周期及其調(diào)控現(xiàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，分屬M、G1、G1/S等期的 cyclin-Cdk復(fù)合體CYCLIN-CDK復(fù)合體 脊椎動物 M期 cyclinB-Cdk1復(fù)合物，催化：核纖層蛋白 磷酸化核膜崩解；中期 姐妹染色單體 著絲粒的分離而有絲分裂末期，cyclinB 在APC作用下，經(jīng) 泛素化 被降解，細胞內(nèi)許多磷酸化過程 逆轉(zhuǎn)，包括 胞質(zhì)分裂進行，M期趨向結(jié)束細胞周期及其調(diào)控如 37頁，APC的激活 與染色單體 的分離M期 cyclinB-Cdk1復(fù)合物，催化：核纖層蛋白 磷酸細胞周期檢測點

42、監(jiān)控細胞周期的運行細胞中存在 一系列監(jiān)控系統(tǒng)，對細胞中 發(fā)生的重要事件 以及出現(xiàn)的故障 加以檢測，只有當這些事件 完成 或故障修復(fù)后 才允許 細胞周期 進一步運行，該監(jiān)控系統(tǒng) 即為 檢測點/限制點 (check point/ limited point)包括： DNA未復(fù)制 檢測點 紡錘體 組裝 檢測點 染色體 分離 檢測點 DNA 損傷 檢測點細胞周期及其調(diào)控細胞周期檢測點監(jiān)控細胞周期的運行細胞周期及其調(diào)控未復(fù)制檢測點DNA損傷檢測點 紡錘體組裝檢測點 染色體分離檢測點 DNA損傷檢測點 DNA損傷檢測點磷酸化Tyr15和Tyr14位點去磷酸化 磷酸化一系列蛋白 DNA損傷檢測點細胞周期及其

43、調(diào)控未復(fù)制檢測點DNA損傷檢測點 紡錘體組裝檢測點 多種因素與細胞周期調(diào)控密切相關(guān)1.生長因子細胞 自分泌 或旁分泌 產(chǎn)生的多肽類，與細胞膜上 特異性受體 結(jié)合后，經(jīng)信號級聯(lián)傳遞，調(diào)節(jié)細胞周期進程沒有物種特異性，但有一定的組織和細胞的特異性；如：表皮生長因子(EGF)，血小板源生長因子(PDGF) ，轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)，成纖維細胞生長因子(FGF) ，神經(jīng)生長因子(NGF)等一種細胞的細胞周期 可受多種生長因子調(diào)節(jié)，而一種生長因子 可作用于 多種細胞的增殖2.抑素抑素chalone 是細胞自身分泌的，能抑制 細胞周期進程的 糖蛋白，主要在G1期末、G2期 起作用，分別抑制細胞 進入S期、M

44、期細胞周期及其調(diào)控多種因素與細胞周期調(diào)控密切相關(guān)細胞周期及其調(diào)控 抑素 與膜上特異性受體結(jié)合，引起信號轉(zhuǎn)換、向胞內(nèi)傳遞，抑素對 細胞周期的作用，無毒并可逆，有組織特異性，血液細胞表面 廣泛存在抑素受體3.cAMP與cGMPcAMP與cGMP 均為 細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中 重要的胞內(nèi)信使，在細胞周期中，兩者相互拮抗，控制細胞周期進程；cGMP正調(diào)控，促進細胞分裂，cAMP負調(diào)控4.RNA剪接因子 SR蛋白及SR蛋白特異的激酶影響剪接的因子：SR與SR特異激酶 與細胞周期調(diào)控有關(guān)；SR磷酸化 起始RNA剪接，去磷酸化進行剪接過程；其磷酸化水平 受SR特異激酶控制，兩者共同作用 調(diào)控細胞周期細胞周期及其

45、調(diào)控 抑素 與膜上特異性受體結(jié)合，引起信號轉(zhuǎn)換、向胞內(nèi)傳細胞周期調(diào)控中癌基因和抑癌基因的作用癌基因 oncogene家族、抑癌基因anti-oncogene家族 都參與細胞周期調(diào)控，其產(chǎn)物分別促進、抑制 細胞增殖，當其發(fā)生突變 或失活，引起細胞 異常增殖、癌變癌基因家族通過多種產(chǎn)物對細胞周期進行調(diào)控病毒癌基因 V-oncogene 是一些 逆轉(zhuǎn)錄病毒 基因組 具有的，異?；罨?導(dǎo)致細胞無限增殖、癌變脊椎動物中，與V-onc相似的同源DNA序列，稱：細胞癌基因 C-onc,或 原癌基因proto-oncogene原癌基因 是顯性基因，正常組織較少表達，是細胞生長、增殖 必須的基因；其突變導(dǎo)致過

46、度表達，將使細胞增殖異常，癌變癌基因、原癌基因 包括：src、ras、sis、myc、myb 等基因家族成員細胞周期及其調(diào)控細胞周期調(diào)控中癌基因和抑癌基因的作用細胞周期及其調(diào)控其產(chǎn)物種類較多，主要分為 生長因子類蛋白、生長因子受體蛋白、 細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)蛋白、及 轉(zhuǎn)錄因子，以多種方式參與周期調(diào)控抑癌基因從轉(zhuǎn)錄水平影響細胞周期抑癌基因 是正常細胞具有的，抑制細胞惡性增殖的一類基因；其基因產(chǎn)物 多為 轉(zhuǎn)錄因子、轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合蛋白，對細胞周期進行 負調(diào)控屬于隱性基因，現(xiàn)已鑒定十幾種 抑癌基因，其中 Rb、p53基因的 作用機制研究較深入Rb：遺傳性視網(wǎng)膜母細胞瘤 Retinoblastoma 基因，分布于胞核，在細胞周期中 改變其磷酸化狀態(tài)，控制與其結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子活性，影響細胞周期相關(guān)蛋白基因的表達p53：最重要的 抑癌基因，基因產(chǎn)物 分子量53kD，半衰期短，分布核中，可作為轉(zhuǎn)錄因子或與其他轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，在細胞周期中直接及間接影響細胞周期相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，使細胞滯