細胞分裂和細胞周期

細胞分裂和細胞周期

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一切細胞來自細胞1整理ppt“一切細胞來自細胞〞2整理ppt細胞周期是指由細胞分裂結束到下一次細胞分裂結束所經(jīng)歷的過程。分裂期〔M期〕：〔無絲分裂、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、無絲分裂〔amitosis〕

特點：1.不形成紡綞體，也不形成染色體；

2.遺傳物質不一定平均分配到兩個子細胞。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，主要進行DNA復制、中心體復制、細胞體積增大等準備工作。5整理ppt1〕前期特征：染色質凝集、分裂極確定、核仁縮小并解體。凝縮蛋白和染色體凝集

染色體結構維持蛋白(SMC)是20世紀90年代初發(fā)現(xiàn)的一類蛋白。凝縮蛋白(condensin)由兩個SMC亞基〔Smc2,Smc4〕和三個非SMC亞基組成,是染色質的構成局部,參與有絲分裂染色體集縮和別離。粘連蛋白(cohesin)由smc1,smc3,scc1,scc3組成蛋白復合體，促成姐妹染色體之間的締合。6整理ppt1〕微管的極性〔復習：細胞骨架內容〕微管的組裝和極性微管是以αβ二聚體作為根本構件進行組裝的，并且是以首尾排列的方式進行組裝，所以每一根原纖維都有相同的極性(方向由負極到正極)，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,正端生長得快,負端那么慢,同樣,如果微管去組裝也是正端快負端慢分裂極確定：馬達蛋白與中心體極向移動7整理ppt2〕體內組裝微管組織中心〔microtubuleorganizingcenter，MTOCs〕微管進行組裝的區(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體內組裝9整理ppt

微管結合而起運輸作用的馬達蛋白有兩大類：驅動蛋白kinesin，動力蛋白dynein，兩者均需ATP提供能量。A.驅動蛋白〔kinesin〕：發(fā)現(xiàn)于1985年，是由兩條輕鏈和兩條重鏈構成的四聚體，外觀具有兩個球形的頭〔具有ATP酶活性〕、一個螺旋狀的桿和兩個扇子狀的尾。向著微管〔+〕極運輸小泡。10整理pptB.動力蛋白(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合蛋白構成。其作用主要有以下幾個方面：在細胞分裂中推動染色體的別離、驅動鞭毛的運動、向著微管〔-〕極運輸小泡。11整理ppt12整理ppt馬達蛋白與中心體極向移動①動粒微管〔kinetochoremt〕：由中心體發(fā)出，連接在著絲點上，負責將染色體牽引到紡錘體上，著絲點上具有馬達蛋白。②星體微管〔astralmt〕：由中心體向外放射出，末端結合有分子馬達，負責兩極的別離，同時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，重疊部位結合有分子馬達，負責將兩極推開。有兩類馬達蛋白參與染色體、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：核膜崩解，紡錘體形成，染色體向赤道面移動。核膜崩解和蛋白質磷酸化。15整理ppt紡錘體形成及其機制紡錘體(SpindleApparatus)產(chǎn)生于細胞分裂細胞分裂前初期(Pre-Prophase)到末期(Telophase)的一個特殊細胞器。其主要元件包括微管(Microtubules)，附著微管的動力分子分子馬達(Molecularmotors),以及一系列復雜的超分子結構。一般來講，在動物細胞中，中心體也是紡錘體的一局部。動粒微管形成：16整理ppt(復習：細胞核內容)著絲粒及動粒著絲粒：染色體中將兩條姐妹染色單體結合起來的區(qū)域。由無編碼意義的高度重復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，在其兩側各有一由蛋白質構成的動粒。動粒：由多種蛋白質在有絲分裂染色體著絲粒部位形成的一種圓盤狀結構。微管與之連接，與染色體別離密切相關。每一個中期染色體含有兩個動粒，位于著絲粒的兩側。動粒結構域：內板＋中間間隙＋外板中心結構域：富含高度重復DNA序列，高度濃縮的異染色質所組成。配對結構域：姐妹染色單體間的相互作用位點，的蛋白有內部著絲粒蛋白(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粒結合，動粒微管形成。染色體沿該微管向中心粒移動。來自紡錘體另一面的微管結合于染色體另一姐妹染色單體的動粒上，實現(xiàn)了紡錘體雙極對染色體的穩(wěn)定附著。19整理ppt3〕中期(metaphase)特點：染色體到達最大程度的聚集，赤道板形成。20整理ppt4)后期〔anaphase〕特點：姐妹染色單體別離，子代染色體形成并移向細胞兩極。別離染色單體的極向運動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，縮短長度，帶動染色體的動粒向兩極移動。通過使極性微管延長，細胞兩極間距離增大，使染色體發(fā)生極向運動。21整理ppt22整理ppt5〕末期(telophase)特點：從子染色體到達兩極，至形成兩個新細胞為止的時期。涉及子核的形成和胞質分裂兩個方面。23整理ppt6)胞質分裂特點：胞質收縮環(huán)〔肌動蛋白、肌球蛋白II、及多種結構蛋白、調節(jié)蛋白組成的環(huán)狀結構。〕24整理ppt三、減數(shù)分裂〔meiosis〕定義：減數(shù)分裂是有性生殖個體形成生殖細胞過程中發(fā)生的一種特殊分裂方式。經(jīng)兩次細胞分裂，而DNA只復制一次，因此子細胞中染色體數(shù)目減半〔2n→n〕。對維持世代遺傳的穩(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細線期：染色質開始凝集呈細絲狀。偶線期〔合線期〕：特點：同源染色體配對——聯(lián)會〔synapsis〕。聯(lián)會：細線期中兩條同源染色體隨機排列，到了偶線期同源染色體與核膜相連的局部〔端?！骋莆辉谝黄?，然后它們的側面沿中軸緊密相貼進行配對，形成四分體。聯(lián)會復合體：在聯(lián)會部位〔緊密相貼處〕形成一種特殊結構，沿同源染色體縱軸分布，該結構由蛋白質構成，可分為側生組分和中央組分，是一暫時性的結構。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)會復合體消失。終變期：染色體進一步濃縮，交叉端化。2.中期Ⅰ

二價體排列在赤道面上，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，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、末四個四期，與有絲分裂相似。一個精母細胞形成4個精子；一個卵母細胞形成一個卵子及2-3個極體。

32整理ppt33整理ppt減數(shù)分裂的生物學意義：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、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，擴大了后代的變異范圍，增強了個體對環(huán)境的適應性。為遺傳三大定律的細胞學根底?；虻姆蛛x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、細胞周期

1、概念：由細胞分裂結束到下一次細胞分裂結束所經(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于攻克癌癥這種頑癥有重大的啟示作用。所有癌細胞的循環(huán)周期中都存在缺陷，此項重大的發(fā)現(xiàn)只是為研究這一循環(huán)周期對癌細胞的影響打下了一個根底。2001年諾貝爾生理醫(yī)學獎---細胞周期調控機理37整理pptRao和Johnson(1970、1972、1974)將Hela細胞同步于不同階段，然后與M期細胞混合，在滅活仙臺病毒介導下，誘導細胞融合，發(fā)現(xiàn)與M期細胞融合的間期細胞產(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未復制。S期PCC為粉末狀，因DNA由多個部位開始復制。G2期PCC為雙線染色體，說明DNA復制已完成。38整理ppt1960sLelandHartwell以芽殖酵母為實驗材料，利用阻斷在不同細胞周期階段的溫度敏感突變株，別離出了幾十個與細胞分裂有關的基因(celldivisioncyclegene，CDC)。如芽殖酵母的cdc28基因，在G2/M轉換點發(fā)揮重要的功能。Hartwell還通過研究酵母菌細胞對放射線的感受性，提出了checkpoint〔細胞周期檢驗點〕的概念，意指當DNA受到損傷時，細胞周期會停下來。39整理ppt1970sPaulNurse等人以裂殖酵母為實驗材料，同樣發(fā)現(xiàn)了許多細胞周期調控基因，如：裂殖酵母cdc2、cdc25的突變型和在限制的溫度下無法分裂；wee1突變型那么提早分裂，而cdc25和wee1都發(fā)生突變的個體卻會正常地分裂。進一步的研究發(fā)現(xiàn)cdc2和cdc28都編碼一個34KD的蛋白激酶，促進細胞周期的進行。而weel和cdc25分別表現(xiàn)為抑制和促進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的含量隨細胞周期劇烈振蕩，在每一輪間期開始合成，G2/M時到達頂峰，M結束后突然消失，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，各類動物來源的細胞周期蛋白mRNA均能誘導蛙卵的成熟。41整理ppt細胞周期的生物化學事件G1期---DNA合成前期DNA復制相關蛋白的合成細胞生長相關蛋白的合成觸發(fā)蛋白等的合成S期---DNA合成期

DNA和組蛋白合成中心粒復制G2期---DNA合成后期

微管及其染色體凝集相關蛋白合成M期---有絲分裂,減數(shù)分裂

42整理ppt細胞周期長度SomeeukaryoticcellcycletimesThegreatestvariationoccursinthedurationofG1增殖型細胞：細胞周期中能持續(xù)分裂的細胞，包括上皮基底型細胞、局部骨髓細胞、性細胞等。暫不增殖型細胞：細胞在受到刺激后進入細胞周期開始分裂的細胞，包括肝臟和腎臟細胞等。不增殖型細胞：結構和功能都高度特化的，致死也不分裂的細胞，包括神經(jīng)細胞、肌肉細胞及成熟紅細胞等。43整理ppt2.細胞周期調控1〕細胞周期所需蛋白和激酶特點：在細胞周期中呈周期性變化。含有一段約100個氨基酸的保守序列，稱為周期蛋白框，介導周期蛋白與CDK結合。作用：激活CDK，引導CDK作用于不同底物。30余種，在脊椎動物中為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。細胞周期蛋白〔cyclin〕44整理ppt45整理ppt細胞周期蛋白依賴性蛋白激酶〔cyclin-dependentkinase，Cdk〕在動物中8種CDK。均含有一段相似的激酶結構域，這一區(qū)域有一段保守序列，即PSTAIRE，與周期蛋白的結合有關。CDK活性周期性變化啟動和調節(jié)DNA復制、有絲分裂與細胞質分裂。46整理pptCDK種類可能結合的周期蛋白執(zhí)行功能的可能時期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復合體

脊椎動物

芽殖酵母

激酶復合體

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

CDKinhibitor,CKI對細胞周期起負調控作用，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結合，直接抑制DNA的合成。50整理ppt51整理ppt3〕細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〕細胞周期蛋白及其激酶的泛素化降解53整理ppt54整理ppt2、細胞周期各期特點和調控G1期(gap1):指從有絲分裂完成到DNA復制之前的間隙時間，染色質去凝集，合成某些RNA及蛋白質，為DNA復制作準備。RNA聚合酶活性增高，蛋白質含量增加。觸發(fā)蛋白,鈣調蛋白蛋白質磷酸化〔組蛋白和非組蛋白〕。細胞膜對物質的轉運作用增強。55整理pptG1期調控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期轉化所必需ECDK2p107S期啟動所必需A？CDK2p107G1/S期轉化和DNA復制56整理ppt57整理pptS期〔synthesisphase〕DNA復制期DNA復制組蛋白合成組蛋白持續(xù)磷酸化中心粒復制58整理pptS期調控復制前復合體〔pre-RC〕:起點識別復合體〔ORC〕+Cdc6+Mcm

S-Cdk〔cyclinA+Cdk2):ORC磷酸化激活復制點，激活Mcm的解旋酶功能；復制后磷酸化復制前復合體使Cdc6降解，同時使Mcm向核外轉運，阻止DNA復制再次啟動。磷酸化cdc6、ORC、Mcm59整理pptG2期(gap2):指DNA復制完成到有絲分裂開始之前的一段時間.合成某些RNA及蛋白質，其它結構物質和亞細胞結構也為細胞分裂進行了必要的準備。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中心體體積增大移向兩極60整理pptRao和Johnson將Hela細胞同步于不同階段，然后與M期細胞混合，誘導細胞融合，發(fā)現(xiàn)與M期細胞融合的間期細胞產(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期中有促進染色質凝集的因子早在1960’s，Y.Masui等首先在非洲爪蟾中發(fā)現(xiàn)，成熟卵母細胞中存在一種物質，把這種物質注射到未成熟卵母細