細(xì)胞周期與胞質(zhì)分裂

關(guān)于細(xì)胞周期與胞質(zhì)分裂2細(xì)胞周期細(xì)胞通過分裂形成的新細(xì)胞必須與親代細(xì)胞具有相似的遺傳性；細(xì)胞分裂的前提是遺傳物質(zhì)的復(fù)制、各種細(xì)胞器及生物大分子的倍增與細(xì)胞體積的增大；通過分裂，將復(fù)制的遺傳物質(zhì)均等分配到兩個子細(xì)胞中，保證遺傳的穩(wěn)定。第2頁,共47頁，2024年2月25日，星期天3細(xì)胞周期的時相分裂期（M期）間期新細(xì)胞的生長期核分裂胞質(zhì)分裂G1期（gap1）:不同細(xì)胞時間變化較大S期（synthetic）：合成期G2期（gap2）第3頁,共47頁，2024年2月25日，星期天4細(xì)胞周期的時間正常情況下，完整的細(xì)胞周期應(yīng)該沿著

G1SG2M期的路線運轉(zhuǎn)；一般認(rèn)為，S+G2+M的時間變化較小，而G1的持續(xù)時間差異很大；細(xì)胞周期的長度主要取決于G1期的長短不同的細(xì)胞G1期時間差別較大第4頁,共47頁，2024年2月25日，星期天5不同分裂狀態(tài)的細(xì)胞持續(xù)分裂細(xì)胞：在細(xì)胞周期中持續(xù)運轉(zhuǎn)，使機(jī)體內(nèi)組織不斷更新；性細(xì)胞；造血干細(xì)胞；上皮基底層細(xì)胞；植物根尖細(xì)胞終端分化細(xì)胞：永久失去分裂能力的細(xì)胞；往往是高度特化的細(xì)胞紅細(xì)胞；神經(jīng)細(xì)胞；白細(xì)胞，肌細(xì)胞等G0細(xì)胞：休眠細(xì)胞，暫時脫離細(xì)胞周期，在某些條件下可以誘導(dǎo)重新開始合成DNA，進(jìn)入細(xì)胞周期；成熟肝細(xì)胞，淋巴細(xì)胞等第5頁,共47頁，2024年2月25日，星期天6各時相的合成活動G1期：合成前期，有絲分裂完成到DNA復(fù)制前合成rRNA，蛋白質(zhì)，脂類和糖類G1后期，DNA合成酶活性增加G1進(jìn)入S期受到S期激活因子的影響S期DNA合成期，組蛋白同時合成，DNA復(fù)制所需的酶合成不同序列組成的DNA復(fù)制順序不同常染色質(zhì)先合成，異染色質(zhì)后合成能轉(zhuǎn)錄的DNA復(fù)制在先，不能轉(zhuǎn)錄的在后GC含量高的先合成，AT高的后合成第6頁,共47頁，2024年2月25日，星期天7G2期DNA合成的后期為有絲分裂做準(zhǔn)備主要合成ATP，RNA，蛋白質(zhì)，包括微管蛋白和促成熟因子等M期分裂期包括核分裂和胞質(zhì)分裂染色體聚集，在紡錘體的作用下，姐妹染色單體被均等分配至兩個細(xì)胞第7頁,共47頁，2024年2月25日，星期天8周期中細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化細(xì)胞形態(tài)的變化細(xì)胞周期的生化變化引起表型變化S期往往呈扁平狀，到G2，M期細(xì)胞逐漸鼓起來，變成球形細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化最大的變化是染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化S期，染色質(zhì)呈松散的狀態(tài)，進(jìn)行

DNA的半保留復(fù)制；M期，形成染色單體間期到M期過程中，兩點變化：紡錘體形成，需要大量微管蛋白細(xì)胞表面微絨毛形成，與細(xì)胞骨架的肌動蛋白纖維有關(guān)第8頁,共47頁，2024年2月25日，星期天9細(xì)胞器的分裂和片段化線粒體和葉綠體不能自我裝配，必須通過已有的線粒體和葉綠體生長和分裂增殖，加倍；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，高爾基體等生長并斷裂成片段，增加均等分配的機(jī)會第9頁,共47頁，2024年2月25日，星期天10細(xì)胞周期的調(diào)控細(xì)胞周期中的基本事件，如DNA復(fù)制、有絲分裂、胞質(zhì)分裂等都是通過控制系統(tǒng)控制的；控制模式典型的通過生化裝置來進(jìn)行調(diào)控第10頁,共47頁，2024年2月25日，星期天11細(xì)胞周期調(diào)控研究的歷史進(jìn)程細(xì)胞周期控制系統(tǒng)是一個典型的生化控制裝置，由一套相互作用的蛋白質(zhì)組成，這些蛋白質(zhì)的相互作用，調(diào)控了細(xì)胞周期的進(jìn)程。細(xì)胞融合實驗促成熟因子的發(fā)現(xiàn)第11頁,共47頁，2024年2月25日，星期天12細(xì)胞融合實驗1DNA復(fù)制受什么控制？G1-S轉(zhuǎn)變受什么控制？染色體凝聚受什么控制？第12頁,共47頁，2024年2月25日，星期天13細(xì)胞融合實驗2G1期(Hela)與S期(kangarooPtK2)融合G1期細(xì)胞質(zhì)開始了DNA復(fù)制S期中含有誘導(dǎo)G1-S的因子細(xì)胞融合實驗現(xiàn)象說明問題M期與其他階段融合M期誘導(dǎo)其他期細(xì)胞的染色質(zhì)凝聚M期中含有使松散狀態(tài)的染色質(zhì)凝聚的因子（細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子）研究細(xì)胞質(zhì)中是否有影響細(xì)胞周期活動的調(diào)節(jié)因子運用不同細(xì)胞周期的同步化細(xì)胞進(jìn)行融合第13頁,共47頁，2024年2月25日，星期天14促成熟因子的發(fā)現(xiàn)用非洲爪蟾的卵母細(xì)胞作為研究對象處于G2期，如果受到促分裂活性物質(zhì)的誘導(dǎo)，則進(jìn)入M期；發(fā)現(xiàn)將M期的細(xì)胞質(zhì)注射進(jìn)卵母細(xì)胞誘導(dǎo)進(jìn)入M期，表明M期促進(jìn)因子（MPF，促成熟因子）的存在第14頁,共47頁，2024年2月25日，星期天15MPF（促成熟因子）二聚體，細(xì)胞周期蛋白-CDK復(fù)合物CDK：蛋白激酶（依賴細(xì)胞周期蛋白的絲蘇氨酸激酶）細(xì)胞周期蛋白（cyclin）：濃度在細(xì)胞周期中呈周期性變化第15頁,共47頁，2024年2月25日，星期天16破壞框多遍在蛋白化（泛素化）細(xì)胞周期蛋白為什么會周期性的減少？被遍在蛋白（泛素）介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解途徑所降解通過N端的破壞框（相當(dāng)于泛素的識別標(biāo)簽）進(jìn)行泛素化，進(jìn)而被蛋白酶體識別并降解E1,E2,E3復(fù)合物負(fù)責(zé)將泛素加到待降解蛋白上E1：泛素活化酶：激活泛素E2：泛素綴合酶：與激活的泛素連接E3：泛素連接酶（APC，促后期復(fù)合物）：將泛素連接到蛋白上細(xì)胞周期蛋白的降解促使細(xì)胞退出有絲分裂間期M期間期第16頁,共47頁，2024年2月25日，星期天17蛋白質(zhì)降解機(jī)器E1：幾種E2：幾十種泛素化（‘死亡之吻’）E3：幾百種，特異性26s蛋白酶體2004NobelPrize泛素第17頁,共47頁，2024年2月25日，星期天18細(xì)胞周期蛋白水平的調(diào)節(jié)當(dāng)MPF活性高時，APC（E3）被激活，泛素化周期蛋白，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞周期蛋白B被降解，隨后MPF活性降低，進(jìn)入有絲分裂末期；胞質(zhì)分裂后，細(xì)胞周期蛋白B在間期合成，APC的活性保持到G1期的后期，細(xì)胞周期蛋白與CDK失活。間期分裂期細(xì)胞周期蛋白水平受到泛素化蛋白質(zhì)降解途徑的調(diào)節(jié)第18頁,共47頁，2024年2月25日，星期天19真核生物細(xì)胞周期調(diào)控的一般模型三種CDK復(fù)合物調(diào)控細(xì)胞周期的進(jìn)程通過磷酸化作用使某些組分失活或激活G1期合成，在DNA復(fù)制起點處裝配開始被抑制，在DNA合成完成后被激活第19頁,共47頁，2024年2月25日，星期天20細(xì)胞周期調(diào)控的特點蛋白質(zhì)降解起到重要調(diào)控作用，保證了細(xì)胞周期的方向性；高等生物中，細(xì)胞周期的調(diào)控主要調(diào)節(jié)G1-CDK復(fù)合物的合成和活性通過調(diào)控催化亞基的磷酸化狀態(tài)來調(diào)節(jié)；促分裂原誘導(dǎo)G1-CDK的合成與激活，一旦作用了一段時間以后，超過晚G1期的某個點，除去促分裂原也會繼續(xù)完成分裂，這個點稱為為限制點第20頁,共47頁，2024年2月25日，星期天21細(xì)胞周期的關(guān)卡細(xì)胞周期的運轉(zhuǎn)有序，是基因（細(xì)胞分裂周期基因）有序表達(dá)的結(jié)果；基因表達(dá)的有序性受到一系列控制系統(tǒng)的監(jiān)測；如酵母中S前存在啟動點（START），哺乳動物中存在限制點；DNA損傷未修復(fù)前不能進(jìn)入S期；S期DNA合成未完成不能進(jìn)入M期；M期紡錘體和染色體組裝不正常則不能進(jìn)入后期第21頁,共47頁，2024年2月25日，星期天223個主要關(guān)卡在每一個關(guān)卡，細(xì)胞的狀態(tài)和環(huán)境決定了細(xì)胞是否通過此關(guān)卡進(jìn)入下一個步驟；G1關(guān)卡新生細(xì)胞生長是否足夠大、內(nèi)部環(huán)境（rRNA合成和蛋白質(zhì)合成）是否合適G2關(guān)卡DNA復(fù)制是否正確、完全，細(xì)胞是否夠大中期關(guān)卡染色體是否完全分離第22頁,共47頁，2024年2月25日，星期天23P53調(diào)控細(xì)胞周期腫瘤抑制基因；將具有損傷的DNA阻止在G1期或G2期，直到受到損傷的DNA修復(fù)為止；作用機(jī)制正常情況下，P53不穩(wěn)定，濃度低；損傷DNA使P53穩(wěn)定，濃度大大增加，激活P21轉(zhuǎn)錄，P21通過與靶蛋白的結(jié)合抑制CDK和PCNA（控制DNA復(fù)制）的活性，細(xì)胞被阻止在G1期第23頁,共47頁，2024年2月25日，星期天24MPF的作用機(jī)制MPF的一個亞基是周期蛋白依賴的蛋白激酶，因此，其作用機(jī)制必然為將某些特異的蛋白質(zhì)磷酸化的結(jié)果；蛋白的磷酸化/去磷酸化與染色質(zhì)的凝聚與去凝聚、有絲分裂的啟動、核仁的功能、核膜的崩潰和重組都有密切關(guān)系。第24頁,共47頁，2024年2月25日，星期天25MPF參與其他有絲分裂的事件第25頁,共47頁，2024年2月25日，星期天26有絲分裂細(xì)胞分裂的類型細(xì)胞分裂是細(xì)胞增殖的方式；分為兩種類型有絲分裂：產(chǎn)生兩個含有全套染色體的子細(xì)胞；減數(shù)分裂：產(chǎn)生在遺傳上有變異的單倍體細(xì)胞第26頁,共47頁，2024年2月25日，星期天27有絲分裂是指在細(xì)胞周期的M期（分裂期）進(jìn)行的分裂活動；通過紡錘絲的形成和運動，把在S期復(fù)制好了的DNA平均分配到兩個子細(xì)胞，以保證遺傳的連續(xù)性和穩(wěn)定性；主要特征是出現(xiàn)紡錘絲；分為核分裂和胞質(zhì)分裂兩個過程，一般在核分裂之后隨之發(fā)生質(zhì)分裂第27頁,共47頁，2024年2月25日，星期天28有絲分裂的過程前期染色體凝聚，分裂極的確定、核仁消失、核膜解體前中期紡錘體裝配中期染色體排列與赤道板上后期著絲粒分開，染色單體移向兩級末期核膜小泡重新包圍兩組染色體，染色體解旋成細(xì)絲，重新出現(xiàn)核膜與核仁第28頁,共47頁，2024年2月25日，星期天29胞質(zhì)分裂與植物的細(xì)胞壁除了染色體的分配，細(xì)胞中其他物質(zhì)、包括膜、骨架、細(xì)胞器及可溶性的蛋白質(zhì)通過胞質(zhì)分裂進(jìn)行分配；通常起始于有絲分裂后期，由MPF失活所觸發(fā)；動植物的不同動物細(xì)胞：縊縮和起溝：由肌動蛋白和肌球蛋白裝配成收縮環(huán)，通過滑動模型起作用；植物細(xì)胞：靠細(xì)胞內(nèi)新細(xì)胞壁的形成第29頁,共47頁，2024年2月25日，星期天30有絲分裂的機(jī)制紡錘體微管的形成動力微管極微管星微管中心體的復(fù)制中心體循環(huán)第30頁,共47頁，2024年2月25日，星期天31染色體分離過程中的力根據(jù)力的不同，有絲分裂后期分為后期A，后期B后期A：動粒微管的去裝配產(chǎn)生的力，染色體向極運動；后期B：極微管的聚合，染色體極分離運動“拉力”“推力”第31頁,共47頁，2024年2月25日，星期天32紡錘體微管運動機(jī)制微管去聚合作用假說解釋后期A的向極運動動粒微管不斷解聚縮短，將染色體拉向兩級，解離下來的微管蛋白在極微管末端聚合，使極微管加長機(jī)制：微管插入動粒的外層，微管蛋白在此去組裝，ATP在此過程中提供能量，驅(qū)動動力蛋白的移動第32頁,共47頁，2024年2月25日，星期天33紡錘體微管滑動假說解釋后期B的力機(jī)制：極微管伸長產(chǎn)生重疊帶；極微管間通過發(fā)動機(jī)蛋白產(chǎn)生滑動，形成兩級分開的力，ATP可以誘導(dǎo)該過程；第33頁,共47頁，2024年2月25日，星期天34胞質(zhì)分裂的機(jī)制肌動蛋白和肌球蛋白組成了胞質(zhì)分裂的收縮環(huán)；MPF調(diào)控收縮環(huán)的機(jī)制有絲分裂早期，MPF活性高，磷酸化肌球蛋白的輕鏈，抑制其與肌動蛋白的結(jié)合；有絲分裂后期，周期蛋白B降解，MPF失活，去磷酸化，收縮機(jī)制被激活，形成收縮環(huán)；染色體分離到細(xì)胞兩級之后（此時M期的后期），通過胞質(zhì)分裂形成2個子細(xì)胞第34頁,共47頁，2024年2月25日，星期天35核的重建核被膜的重建需要一些特異蛋白質(zhì)的磷酸化，與MPF有關(guān)；細(xì)胞周期后期，周期蛋白B被降解之后，MPF很快失活核重建在有絲分裂末期，核解體時形成的核被膜小泡重新聚集和融合成子細(xì)胞的核膜；核孔復(fù)合體在核被膜重建過程中重新裝配；前期磷酸化的核纖層蛋白去磷酸化后重新裝配成核纖層；在核被膜重建之后，散布在細(xì)胞質(zhì)中的核蛋白通過定位信號經(jīng)核孔輸入進(jìn)細(xì)胞核之中；染色體隨后解凝聚，新細(xì)胞開始它的生命周期。第35頁,共47頁，2024年2月25日，星期天36減數(shù)分裂有性生殖是通過兩個配子的融合產(chǎn)生新的生物個體的過程；一個來自父本，一個來自母本配子是通過減數(shù)分裂產(chǎn)生的兩次連續(xù)的有絲分裂，而DNA只復(fù)制一次第36頁,共47頁，2024年2月25日，星期天37減數(shù)分裂的特點兩次連續(xù)的有絲分裂減數(shù)分裂I前期I，中期I，后期I，末期I減數(shù)分裂II前期II，中期II，后期II，末期II染色體只在減數(shù)分裂I前復(fù)制了一次，因此經(jīng)過減數(shù)分裂后導(dǎo)致染色體的數(shù)目減少一半。第37頁,共47頁，2024年2月25日，星期天38第一次減數(shù)分裂2個特點:1對同源染色體分開，進(jìn)入子細(xì)胞，分開前，進(jìn)行同源重組；同源染色體的分離是隨機(jī)的，染色體組發(fā)生重組合。第38頁,共47頁，2024年2月25日，星期天39第二次減數(shù)分裂第39頁,共47頁，2024年2月25日，星期天40遺傳重組及其機(jī)制減數(shù)分裂中兩種方式的遺傳重組：同源染色體的部分交換；同源染色體分離時染色體組的自由組合第40頁,共47頁，2024年2月25日，星期天41染色體重組——交換與交叉聯(lián)會期間，同源染色體發(fā)生斷裂與重接；發(fā)生同源染色體的交換（重組）；交叉逐漸遠(yuǎn)離著絲粒（交叉端化），此時交換已經(jīng)完成第41頁,共47頁，2024年2月25日，星期天42染色體組的重組合形成單倍體時染色