第十二章细胞周期与课件.ppt

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1、第一节第一节细胞周期细胞周期细胞周期概念及意义细胞周期概念及意义细胞周期的测定细胞周期的测定细胞周期的主要事件细胞周期的主要事件其他细胞的细胞周期其他细胞的细胞周期一一、细胞周期的概念及意义细胞周期的概念及意义l细胞周期（细胞周期（Cell CycleCell Cycle）l概念：是指从上一次细胞分裂结束开始，到下一次细胞分裂概念：是指从上一次细胞分裂结束开始，到下一次细胞分裂结束为止，所经历的一个有序过程。其间细胞遗传物质和其他结束为止，所经历的一个有序过程。其间细胞遗传物质和其他内含物分配给子细胞。内含物分配给子细胞。l细胞周期时相组成细胞周期时相组成lG1G1期期(gap1)(gap1)

2、，指从有丝分裂完成到期，指从有丝分裂完成到期DNADNA复制之前的间隙时间。复制之前的间隙时间。lS S期期(synthesis phase)(synthesis phase)，指，指DNADNA复制的时期。复制的时期。lG2G2期期(gap2)(gap2)，指，指DNADNA复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间。复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间。lM M期又称期又称D D期期(mitosis or division)(mitosis or division)，细胞分裂开始到结束。，细胞分裂开始到结束。EucaryoticCellCycleAtypicalmammaliancellhasa

3、cellcycletimeof24hours,with12hrG1,6-8hrS,3-4hrG2,and1hrM根据细胞周期运转的不同，可将多细胞动物的根据细胞周期运转的不同，可将多细胞动物的细胞分为三类细胞分为三类：周周期期中中细细胞胞：细细胞胞持持续续分分裂裂，细细胞胞周周期期连连续续运运转转。如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。静静止止期期细细胞胞：细细胞胞暂暂离离开开细细胞胞周周期期，不不进进行行细细胞胞分分裂裂，但但在在适适当当的的刺刺激激下下可可重重新新进进入入细细胞胞周周期期，称称G G0 0期期细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。细胞，如淋巴细胞、肝、肾

4、细胞等。终终端端分分化化细细胞胞：细细胞胞分分化化程程度度很很高高，一一旦旦成成熟熟，则则终生不再分裂的细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等。终生不再分裂的细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等。脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法 对测定细胞进行脉冲标记、定时取材、利用放射自显影技术显示标记细胞，通过统计标记有丝分裂细胞百分数的办法来测定细胞周期。放射标记物为3H或者14C标记的TdR。现在可以用BrdU（溴脱氧尿嘧啶）取代3H-TdR标记细胞，然后用抗BrdU抗体进行免疫细胞化学反应进行检测。流式细胞仪测定法(Flow Cytometry)流式细胞仪可以监测不同时间内细胞DNA含量变化，从而确

5、定细胞周期的长短。二二、细胞周期的测定细胞周期的测定三、三、细胞周期的主要事件细胞周期的主要事件 G1期 与与DNADNA合成启动相关，开始合成细胞生长所需合成启动相关，开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、要的多种蛋白质、RNARNA、碳水化合物、脂等，同时染、碳水化合物、脂等，同时染色质去凝集。色质去凝集。S期 DNADNA复制与组蛋白合成同步复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结，组成核小体串珠结构构S S期期DNADNA合成不同步合成不同步 G2期 DNADNA复制完成，在复制完成，在G2G2期合成一定数量的蛋白质期合成一定数量的蛋白质和和RNARNA分子分子 M期M M期即细胞分裂期，

6、真核细胞的细胞分裂主要包期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂括两种方式，即有丝分裂(mitosis)(mitosis)和减数分裂和减数分裂(meiosis)(meiosis)。遗传物质和细胞内其他物质分配给子细。遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。胞。四、四、其他细胞的细胞周期其他细胞的细胞周期 植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期 酵母细胞的细胞周期酵母细胞的细胞周期 细菌的细胞周期细菌的细胞周期 胚胎细胞的细胞周期胚胎细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期l植植物物细细胞胞的的细细胞胞周周期期与与动动物物细细胞胞的的标标准准细细胞胞周周期期非非常常相

7、相似似，含含有有G1G1期期、S S期期、G2G2期期和和M M期四个时期。期四个时期。l植植物物细细胞胞不不含含中中心心体体，但但在在细细胞胞分分裂裂时时可可以正常组装纺锤体。以正常组装纺锤体。l植物细胞以形成中板的形式进行胞质分裂植物细胞以形成中板的形式进行胞质分裂酵母细胞的细胞周期酵母细胞的细胞周期l 酵母细胞的细胞周期与标准的细胞酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似周期在时相和调控方面相似l酵母细胞周期明显特点酵母细胞周期明显特点:1.1.酵酵 母母 细细 胞胞 周周 期期 持持 续续 时时 间间 较较 短短；2.2.封封闭闭式式细细胞胞分分裂裂，即即细细胞胞分分裂裂

8、时时核核膜膜 不不 解解 聚聚；3.3.纺纺 锤锤 体体 位位 于于 细细 胞胞 核核 内内；4.4.在一定环境下，也进行有性繁殖在一定环境下，也进行有性繁殖芽殖酵母芽殖酵母 budding yeast 裂殖酵母裂殖酵母 Fission yeast 细菌的细胞周期细菌的细胞周期l慢慢生生长长细细菌菌细细胞胞周周期期过过程程与与真真核核细细胞胞周周期期过过程程有有一一定定相相似似之之处处。其其DNADNA复复制制之之前前的的准准备备时时间间与与G1G1期期类类似似。分分裂裂之之前前的的准准备备时时间间与与G2G2期期类类似似。再再加加上上S S期期和和M M期期，细细菌菌的的细胞周期也基本具备四

9、个时期细胞周期也基本具备四个时期l细细菌菌在在快快速速生生长长情情况况下下，如如何何协协调调快快速速分分裂和最基本的裂和最基本的DNADNA复制速度之间的矛盾复制速度之间的矛盾早期胚胎细胞的细胞周期早期胚胎细胞的细胞周期l细细胞胞分分裂裂快快,无无G1G1期期,G2G2期期非非常常短短,S,S期期也也短短(所所有有复复 制子都激活制子都激活),),以至认为仅含有以至认为仅含有S S期和期和M M期期l无须临时合成其它物质无须临时合成其它物质l子细胞在子细胞在G1G1、G2G2期并不生长，越分裂体积越小期并不生长，越分裂体积越小l细细胞胞周周期期调调控控因因子子和和调调节节机机制制与与一一般般体

10、体细细胞胞标标准准的细胞周期基本是一致的的细胞周期基本是一致的第二节第二节 细胞周期同步化细胞周期同步化 自然同步化自然同步化 人工选择同步化人工选择同步化 药物诱导法药物诱导法一、一、自然同步化自然同步化如有一种粘菌的变形体如有一种粘菌的变形体plasmodiaplasmodia，疟原虫疟原虫l增增殖殖某某些些水水生生动动物物的的受受精精卵卵：如如海海胆胆、海海参、两栖类参、两栖类l抑抑制制解解除除后后的的同同步步分分裂裂：如如真真菌菌的的休休眠眠孢孢子子移移入入适适宜宜环环境境后后，它它们们一一起起发发芽芽，同同步步分裂。分裂。l某些受精卵早期卵裂某些受精卵早期卵裂二二、人工选择同步化人工

11、选择同步化l有有丝丝分分裂裂选选择择法法：用用于于单单层层贴贴壁壁生生长长细细胞胞。优优点点是是细细 胞胞未未经经任任何何药药物物处处理理，细细胞胞同同步步化化效效率率高高。缺点是缺点是 分离的细胞数量少。分离的细胞数量少。l密密度度梯梯度度离离心心法法：根根据据不不同同时时期期的的细细胞胞在在体体积积和和重重量量上上存存在在差差别别进进行行分分离离。优优点点是是方方法法 简简单单省省时时，效效率率高高，成成本本低低。缺缺点点是是对对大大多多数数种种类类的的细细胞并不适用。胞并不适用。三三、药物诱导法药物诱导法lDNADNA合成阻断法合成阻断法 G1/S-TdRG1/S-TdR双阻断法：最终将

12、双阻断法：最终将 细胞群阻断于细胞群阻断于G1/SG1/S交界处。优点是同步化效率高，交界处。优点是同步化效率高，几乎适合于所有体外培养的细胞体系。缺点是诱几乎适合于所有体外培养的细胞体系。缺点是诱 导过程可造成细胞非均衡生长导过程可造成细胞非均衡生长l分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞 分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点 是操作简便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对是操作简便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对 较大较大第三节第三节 细胞的增殖细胞的增殖 有丝分裂有丝分裂 有丝分裂机制有丝分

13、裂机制 减数分裂减数分裂前期前期(prophase)(prophase)标标志志前前期期开开始始的的第第一一个个特特征征是是染染色色质质开开始始浓浓缩缩(condensation)(condensation)形形 成成 有有 丝丝 分分 裂裂 染染 色色 体体(mitotic(mitotic chromosomechromosome）第第二二个个特特征征细细胞胞骨骨架架解解聚聚，有有丝丝分分裂裂纺纺锤锤体体(mitotic(mitotic spindle)spindle)开始装配开始装配GolgiGolgi体、体、ERER等细胞器解体，形成小的膜泡等细胞器解体，形成小的膜泡中中心心体体，在在S

14、 S期期末末，两两个个中中心心粒粒在在各各自自垂垂直直的的方方向向复复制制出出一一个个中中心心粒粒，形形成成两两个个中中心心体体。当当前前期期开开始始时时，2 2个个中中心心体体移移向向细细胞胞两两极极，并并同同时时组组织织微微管管生生长长，由由两两极极形形成成的的微微管管通通过过微微管管结结合合蛋蛋白白在在正正极极末末端端相相连连，最最后后形成形成有丝分裂纺锤体有丝分裂纺锤体。前中期前中期(prometaphaseprometaphase)核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中特异的特异的SerSer残基磷酸化导致残基磷酸化导致核纤层解体核纤

15、层解体纺纺锤锤体体微微管管与与染染色色体体的的动动粒粒结结合合，捕捕捉捉住住染染色色体体,每每个个已已复复制制的的染染色色体体有有两两个个动动粒粒，朝朝向向反反方方向向，保保证证与与两两极极的的微微管管结结合合；纺纺锤锤体体微微管管捕捕捉捉住住染染色色体体后后，形形成成三三种类型的微管种类型的微管（动粒微管管、极性微管和星体微管）（动粒微管管、极性微管和星体微管）不不断断运运动动的的染染色色体体开开始始移移向向赤赤道道板板。细细胞胞周周期期也也由由前中期前中期 逐渐向中期运转。逐渐向中期运转。中期中期(metaphase)(metaphase)所所有有染染色色体体排排列列到到赤赤道道板板(Me

16、taphasePlate)上，标志着细胞分裂已进入中期。上，标志着细胞分裂已进入中期。纺纺锤锤体体典典型型化化：位位于于染染色色体体两两侧侧的的动动粒粒微微管管长长度度相相等等，作作用用力力均均衡衡，许许多多极极性性微微管管在在赤道区域互相搭桥。赤道区域互相搭桥。动粒分别朝向纺锤体两极。动粒分别朝向纺锤体两极。后期后期(anaphase)排排列列在在赤赤道道面面上上的的染染色色体体的的姐姐妹妹染染色色单单体体分分离产生离产生向极运动向极运动，速度为，速度为12m/min。后后期期(anaphase)持持续续约约数数分分钟钟，大大致致可可以以划划分为连续的两个阶段：分为连续的两个阶段：动动粒粒微

17、微管管去去装装配配变变短短，染染色色体体产产生生两两极极运运动动极极间间微微管管长长度度增增加加，两两极极之之间间的的距距离离逐逐渐渐拉长，介导染色体向极运动拉长，介导染色体向极运动末期末期(telophasetelophase)染染 色色 单单 体体 到到 达达 两两 极极，即即 进进 入入 了了 末末 期期（telophasetelophase）,到达两极的染色单体开始去浓缩到达两极的染色单体开始去浓缩核膜开始重新组装核膜开始重新组装 GolgiGolgi体和体和ERER重新形成并生长重新形成并生长核仁也开始重新组装，核仁也开始重新组装，RNARNA合成功能逐渐恢复合成功能逐渐恢复,有丝分

18、裂结束有丝分裂结束细胞胞质分裂细胞胞质分裂l动物细胞胞质分裂动物细胞胞质分裂 胞胞质质分分裂裂开开始始时时，大大量量肌肌动动蛋蛋白白和和肌肌球球蛋蛋白白在在中中体体处处组组装装成成微微丝丝并并相相互互组组成成微微丝丝束束，环环绕绕细细胞胞，称称为为收收缩缩环环（contractile contractile ring)ring)。收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。胞胞质质分分裂裂(cytokinesiscytokinesis)开开始始于于细细胞胞分分裂裂后后期期，在在赤赤道道板板周周围围细细胞胞表表面面下下陷陷，形形成成环环形形缢缢

19、缩缩，称称为为分分裂裂沟沟(furrow)(furrow)。至至分分裂裂末末期期，分分裂裂沟沟逐逐渐渐加加深深，最最后后两两个个子子细细胞胞完完全全分分开开，分分裂裂过过程程结结束束。分分裂裂沟沟的位置与纺锤体极性微管和钙离子浓度升高的变化有关的位置与纺锤体极性微管和钙离子浓度升高的变化有关l植物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂 与与动动物物细细胞胞胞胞质质分分裂裂不不同同的的是是，植植物物细细胞胞胞胞质质分分裂裂是是因因为为在在细细胞胞内形成新的细胞膜和细胞壁而将细胞分开，而不是激动蛋白收缩环。内形成新的细胞膜和细胞壁而将细胞分开，而不是激动蛋白收缩环。二二、有丝分裂机制、有丝分裂机制l与有丝分

20、裂有关的亚细胞结构：与有丝分裂有关的亚细胞结构：中心体中心体、动粒与着丝粒动粒与着丝粒、纺锤体纺锤体。l有丝分裂的核心问题是遗传物质有丝分裂的核心问题是遗传物质均等地均等地分配给两个子细胞。而这主要是靠纺锤分配给两个子细胞。而这主要是靠纺锤体的形成、运动和解聚来完成的。体的形成、运动和解聚来完成的。中心体中心体中中心心体体结结构构:位位于于中中央央的的中中心心粒粒和和其其周周围围的的无无定定型型物物质质组组成成，两两个个中中心心粒粒相相互互垂直排列。垂直排列。中心体复制周期中心体复制周期纺锤体纺锤体纺锤体是细胞分裂过程中出现的临时结构，两端纺锤体是细胞分裂过程中出现的临时结构，两端为星体，中间

21、由动粒微管和极性微管相联。为星体，中间由动粒微管和极性微管相联。动粒微管一端与星体相连，一端与动粒相连。动粒微管一端与星体相连，一端与动粒相连。极性微管一端与星体相连，一端游离于纺锤体中极性微管一端与星体相连，一端游离于纺锤体中部，且常在赤道板处相互搭桥。部，且常在赤道板处相互搭桥。动粒与着丝粒动粒与着丝粒着丝粒：染色体的主缢痕部位的染色体。：染色体的主缢痕部位的染色体。动粒：附着于着丝粒，内侧与着丝粒相互：附着于着丝粒，内侧与着丝粒相互交织，外侧与纺锤体微管附着。交织，外侧与纺锤体微管附着。染色体分离的两个阶段染色体分离的两个阶段l染色体在纺锤体微管的作用下向极运动，染色体在纺锤体微管的作用

22、下向极运动，彼此分离。彼此分离。l此过程分为两个：染色体的向极，伴随此过程分为两个：染色体的向极，伴随动粒微管的缩短，通常称为后期动粒微管的缩短，通常称为后期A；两极；两极分离的本身伴随着极性微管的延长，称分离的本身伴随着极性微管的延长，称为后期为后期B。三、减数分裂减减数数分分裂裂是是细细胞胞仅仅进进行行一一次次DNADNA复复制制，随随后后进进行行两两次次分分裂裂，染染色色体体数数目目减减半半的的一一种种特特殊殊的的 有有丝分裂丝分裂减数分裂意义：减数分裂意义：确保世代间遗传的稳定性；确保世代间遗传的稳定性；增增加加变变异异机机会会，确确保保生生物物的的多多样样性性，增增强强生生物物适适应

23、环境变化的能力；应环境变化的能力；减减数数分分裂裂是是生生物物有有性性生生殖殖的的基基础础，是是生生物物遗遗传传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。生物进化和生物多样性的重要基础保证。l减数分裂前间期：减数分裂前的细胞间期。减数分裂前间期：减数分裂前的细胞间期。l间期也可分为间期也可分为G1期、期、S期和期和G2期。期。lG2期是有丝分裂向减数分裂转化的关键时期。期是有丝分裂向减数分裂转化的关键时期。l减减数数分分裂裂的的S期期时时间间较较长长，DNA不不完完全全，部部分分（约（约0.3%左右）是在合线期合成的。左右）是在合线期合成的。一、减数分裂的过程一、减数分裂的过程二、减数分裂过程二、

24、减数分裂过程（一）减数分裂（一）减数分裂I1、前期、前期I减数分裂的特殊过程主要发生在前期减数分裂的特殊过程主要发生在前期I，通常分为，通常分为5个时期：个时期：细线期（细线期（leptotene），），合线期合线期（zygotene），），粗线期（粗线期（pachytene），），双线双线期（期（diplotene），），终变期（终变期（diakinesis）。）。l1）细线期：染色体呈细线状，具有念珠状的染色粒。）细线期：染色体呈细线状，具有念珠状的染色粒。l2）合线期：亦称偶线期，是同源染色体配对的时期。）合线期：亦称偶线期，是同源染色体配对的时期。概概念念：联联会会复复合合体体(syn

25、aptonemalcomplex，SC）二二价价体（体（bivalent）四分体（）四分体（tetrad）。）。这一时期合成约这一时期合成约0.3%左右的左右的DNA，称为称为Z-DNA。l3）粗粗线线期期：同同源源染染色色体体的的非非姊姊妹妹染染色色单单体体间间发发生生交交换换的的时期。时期。l4）双双线线期期：联联会会的的同同源源染染色色体体相相互互排排斥斥、开开始始分分离离，交交叉开始端化叉开始端化(terminalization)。联会复合体消失。联会复合体消失。补补充充：植植物物细细胞胞双双线线期期一一般般较较短短，许许多多动动物物卵卵细细胞胞中中双双线线期期停停留留的的时时间间非非

26、常常长长。人人的的卵卵母母细细胞胞在在五五个个月月胎胎儿儿中中已已达达双双线线期期，而而一一直直到到排排卵卵都都停停在在双双线线期期，排排卵卵年年龄龄大大约约在在12-50岁岁之之间间。鱼鱼类类、两两栖栖类类、爬爬行行类类、鸟鸟类类以以及及无无脊脊椎椎动动物物的的昆昆虫虫中中，双双线线期期的的二二阶阶体体解解螺螺旋旋而而形形成成灯灯刷刷染色体，这一时期是卵黄积累的时期。染色体，这一时期是卵黄积累的时期。l5）终终变变期期：染染色色体体重重新新凝凝集集形形成成棒棒状状结结构构，交交叉叉端化过程的进一步发展，核仁消失，核被膜解体。端化过程的进一步发展，核仁消失，核被膜解体。l2、中期中期Il3、后

27、期后期I二价体的两条同源染色体分开，分别向两极移动。二价体的两条同源染色体分开，分别向两极移动。同同源源染染色色体体随随机机分分向向两两极极，染染色色体体重重组组，人人类类染染色色体体重重组组概概率率有有223个。个。l4、末期、末期Il5、减数分裂间期。、减数分裂间期。l（二）减数分裂（二）减数分裂IIl可分为前、中、后、末四个四期，与有丝分裂相似。可分为前、中、后、末四个四期，与有丝分裂相似。l一个精母细胞形成一个精母细胞形成4个精子；一个卵母细胞形成一个卵子及个精子；一个卵母细胞形成一个卵子及2-3个极体。个极体。lSC由两条同源染色体沿纵轴形成，外观呈梯子状。由两条同源染色体沿纵轴形成

28、，外观呈梯子状。lSC帮帮 助助 交交 换换 的的 完完 成成，SC上上 有有 重重 组组 节节(recombinationnodules)，是交换发生的部位。，是交换发生的部位。lSC主要由碱性蛋白质和主要由碱性蛋白质和RNA组成，并含有少量组成，并含有少量DNA。lSC形成合线期，成熟于粗线期，消失于双线期。形成合线期，成熟于粗线期，消失于双线期。l在细线期或合线期加入在细线期或合线期加入DNA合成抑制剂，则抑制合成抑制剂，则抑制SC的形成。的形成。三、联会复合体与联会三、联会复合体与联会四、减数分裂过程中的四、减数分裂过程中的DNA 重组重组l染色体组的重组合染色体组的重组合发生在减数分

29、裂的中期发生在减数分裂的中期I。由于染色体在赤道。由于染色体在赤道板上排列的随机性，会出现自由组合重组板上排列的随机性，会出现自由组合重组l染色体的交换与交叉染色体的交换与交叉发生在减数分裂的前期发生在减数分裂的前期I。偶线期，同源染。偶线期，同源染色体发生断裂和重组，同源染色体间发生染色色体发生断裂和重组，同源染色体间发生染色体的交换。出现交叉端化。体的交换。出现交叉端化。五、五、减数分裂类型减数分裂类型l配子减数分裂配子减数分裂l合子减数分裂合子减数分裂l孢子减数分裂孢子减数分裂配子减数分裂配子减数分裂所有多细胞动物和很多原生生物的减数分所有多细胞动物和很多原生生物的减数分裂发生在裂发生在

30、(生殖细胞）形成过程的最后两次分生殖细胞）形成过程的最后两次分裂，所以这类生物的减数分裂叫做配子减数分裂，所以这类生物的减数分裂叫做配子减数分裂裂。在雄性脊椎动物中，一个精母细胞经过减在雄性脊椎动物中，一个精母细胞经过减数分裂形成数分裂形成4个精细胞，后者在经过一系列的个精细胞，后者在经过一系列的变态发育，形成成熟的精子。在雌性脊椎动物变态发育，形成成熟的精子。在雌性脊椎动物中，一个卵母细胞经过减数分裂形成中，一个卵母细胞经过减数分裂形成1个卵细个卵细胞和胞和2-3个极体。个极体。合子减数分裂合子减数分裂仅发生于某些原生生物真菌和很少仅发生于某些原生生物真菌和很少的藻类。在受精后，合子发生减数

31、分裂，的藻类。在受精后，合子发生减数分裂，产生单倍体的孢子，孢子通过有丝分裂产生单倍体的孢子，孢子通过有丝分裂形成单倍体的子代。由于这种减数分裂形成单倍体的子代。由于这种减数分裂发生在有性生活史的开始，所以又称为发生在有性生活史的开始，所以又称为始端减数分裂。始端减数分裂。孢子减数分裂孢子减数分裂发生于所有高等植物和一些藻类。其特点是减数发生于所有高等植物和一些藻类。其特点是减数分裂和配子发生、受精作用没有直接的关系，减数分分裂和配子发生、受精作用没有直接的关系，减数分裂的结果是形成单倍体的配子体（小孢子和大孢子）。裂的结果是形成单倍体的配子体（小孢子和大孢子）。小孢子再经过两次有次分裂形成包

32、含一个营养核和两小孢子再经过两次有次分裂形成包含一个营养核和两个雄配子（精子）的成熟花粉（雄配子体），大孢子个雄配子（精子）的成熟花粉（雄配子体），大孢子经过三次有丝分裂形成胚囊（雌配子体），内含一个经过三次有丝分裂形成胚囊（雌配子体），内含一个卵核、两个极核、卵核、两个极核、3个反足细胞和两个助细胞。个反足细胞和两个助细胞。Minimum number of gamete types=2n,In humans,n=23第四节、细胞周期的调控机制第四节、细胞周期的调控机制2001年年10月月8日美国人日美国人LelandHartwell、英国人、英国人PaulNurse、TimothyHunt

33、因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。学奖。l与细胞调控相关的分子与细胞调控相关的分子l细胞周期运转的调控细胞周期运转的调控一、与细胞调控相关的分子一、与细胞调控相关的分子lMPF及其作用及其作用l酵母中酵母中cdc基因的发现基因的发现l周期蛋白的发现及特性周期蛋白的发现及特性lCDK激酶及其抑制物激酶及其抑制物MPF及其作用及其作用MPF：促促成成熟熟因因子子（maturationpromotingfactor）。与与细细胞胞的的成成熟熟和和分分裂裂有有关关，是是由由p32和和p45两两种种蛋蛋白白组组成成的的蛋蛋白白激激酶酶，而而且且只只

34、有有当当p32和和p45结结合合后后，MPF的的激激酶酶活活性性才才能能表表现现出出来来，引引起起与与细细胞胞周周期期运转相关的蛋白底物磷酸化。运转相关的蛋白底物磷酸化。酵母中酵母中cdc基因的发现基因的发现cdk基基 因因：细细 胞胞 分分 裂裂 周周 期期(cell divisioncycle,cdk)基基因因。其其表表达达产产物物是是一一些些蛋蛋白白激激酶酶、磷磷酸酸酶酶等等。这这些些酶酶的的活活性性变变化化将将影影响响到到细细胞胞周周期期的的变变化化，而而这这些些酶酶活活性性的的变变化化本本身身又又受受到到许许多多内内在在和和外外在因素的立体调解。在因素的立体调解。周期蛋白的发现及特性

35、周期蛋白的发现及特性l特点：在细胞周期中呈周期性变化。含有一段约特点：在细胞周期中呈周期性变化。含有一段约100个氨基酸的个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框，介导周期蛋白与保守序列，称为周期蛋白框，介导周期蛋白与CDK结合。结合。l作用：激活作用：激活CDK（周期蛋白依赖性蛋白激酶），引导（周期蛋白依赖性蛋白激酶），引导CDK作用作用于不同底物。于不同底物。l已知已知30余种，如酵母的余种，如酵母的Cln1、Cln2、Cln3、Clb1Clb6,高等高等动物中为动物中为A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。等。l分为分为4类：类：G1期周期蛋白、期周期蛋白、G1/S期周期蛋

36、白、期周期蛋白、S期周期蛋白、期周期蛋白、M期周期蛋白。期周期蛋白。lM期周期蛋白的近期周期蛋白的近N端含有一段由端含有一段由9个氨基酸组成的破坏框，破个氨基酸组成的破坏框，破坏框后为一段由坏框后为一段由40个左右的氨基酸组成的赖氨酸富集区。破坏框个左右的氨基酸组成的赖氨酸富集区。破坏框主要参与由泛素介导的周期蛋白主要参与由泛素介导的周期蛋白A和和B的降解。的降解。lG1期周期蛋白不含破坏框，但其期周期蛋白不含破坏框，但其C端含一段特殊的端含一段特殊的PEST序列，序列，可能与可能与G1期周期蛋白的更新有关。期周期蛋白的更新有关。CDK激酶及其抑制物激酶及其抑制物lCDK：周期蛋白依赖性蛋白激

37、酶，不同的：周期蛋白依赖性蛋白激酶，不同的CDK激酶要激酶要求结合的周期蛋白不同，在细胞中执行调节的功能也求结合的周期蛋白不同，在细胞中执行调节的功能也不同。不同。l结构特点：一、都含有一段类似的氨基酸序列，其中结构特点：一、都含有一段类似的氨基酸序列，其中有一小段的序列相当保守，即有一小段的序列相当保守，即PSTAIRE序列，此序列序列，此序列与周期蛋白结合有关。二、都能与周期蛋白结合，并与周期蛋白结合有关。二、都能与周期蛋白结合，并将周期蛋白作为其调节亚基。将周期蛋白作为其调节亚基。lCDK激酶抑制物：激酶抑制物：CDK激酶进行负调控的蛋白。包激酶进行负调控的蛋白。包KIP/CIP家族和家

38、族和INK4家族。家族。二、二、细胞周期运转的调控细胞周期运转的调控lG1/SG1/S转换转换lG2/MG2/M转换的调控机制转换的调控机制l分裂中期向后期的转换与后促进因子分裂中期向后期的转换与后促进因子G1/SG1/S转换转换lG1期，在生长因子的刺激下，期，在生长因子的刺激下，cyclinD表达，并与表达，并与CDK4、CDK6结合，使下游的蛋白质如结合，使下游的蛋白质如Rb磷酸化，磷酸化，Rb释放出转录因子释放出转录因子E2F，促进许多基因的转录，如编码促进许多基因的转录，如编码cyclinE、A和和CDK1的基因。的基因。lG1-S期，期，cyclinE与与CDK2结合，促进细胞进入

39、结合，促进细胞进入S期。期。CyclinE的抗的抗体能使细胞停滞于体能使细胞停滞于G1期。期。cyclinE-CDK2直接参与中心体的复制直接参与中心体的复制调控。调控。l在在G2-M期，期，cyclinA与与CDK2结合，结合，CDK2使底物蛋白磷酸化、如使底物蛋白磷酸化、如将组蛋白将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体。体。cyclinA-CDK2位于位于DNA复制中心，与复制中心，与DNA有关。有关。DNA复制执照因子学说复制执照因子学说“DNA复制执照因子学说复制执照因子学说”（DNAreplication-licen

40、singfactortheory），），20世纪世纪80年代末年代末，JulianBlow和和Ronlaskey研究提出在细胞质内存在一种执照因子，对研究提出在细胞质内存在一种执照因子，对细胞核染色体细胞核染色体DNA复制发行复制发行“执照执照”。在。在M期，细胞核期，细胞核膜破裂，细胞质中的执照因子与染色质接触并与之结合，膜破裂，细胞质中的执照因子与染色质接触并与之结合，使后者获得使后者获得DNA复制所必需的执照。细胞通过复制所必需的执照。细胞通过G1期后期后进进S期，期，DNA开始复制。随后开始复制。随后DNA复制，执照信号不断复制，执照信号不断减弱直至消失。以后逐渐消失，不在进行复制。再

41、等下减弱直至消失。以后逐渐消失，不在进行复制。再等下一周期重复进行。执照因子主要是一周期重复进行。执照因子主要是Mcm蛋白蛋白（Minichromosomemaintenanceprotein）。）。Mcm蛋白蛋白共有共有6种，分别为种，分别为Mcm2、Mcm3Mcm7。在细胞中。在细胞中除去任何一种除去任何一种Mcm蛋白，都使细胞失去蛋白，都使细胞失去DNA复制的起复制的起始功能始功能。lDNA复制起始点的识别，是复制起始点的识别，是DNA复制复制调控中的重要事件之一。现已发现，从调控中的重要事件之一。现已发现，从酵母细胞到哺乳类细胞，均存在一种称酵母细胞到哺乳类细胞，均存在一种称为复制起始

42、点识别复合体（为复制起始点识别复合体（originrecognitioncomplex，ORC）的蛋白质。）的蛋白质。Orc含有含有6个亚单位，分别是个亚单位，分别是Orc1、Orc2、Orc3、Orc4、Orc5和和Orc6。Orc识别识别DNA复制起始点并与之结合，是复制起始点并与之结合，是DNA复复制起始所必需的。制起始所必需的。lCdc6和和Cdc45也是也是DNA复制所必须的调复制所必须的调控因子控因子DNA复制延搁检验点复制延搁检验点Weel和和Cdc25c共同作用，检验共同作用，检验DNA的复制过程，参的复制过程，参与与DNA复制延搁检验点的调控，实现复制延搁检验点的调控，实现S

43、/G2/M期的转期的转化化G2/MG2/M转换的调控机制转换的调控机制lCDK1在细胞周期种含量稳定，只有与在细胞周期种含量稳定，只有与cyclinB结合时才有活性结合时才有活性l周期蛋白周期蛋白B(cyclinB)同周期蛋白同周期蛋白B的含量呈周的含量呈周期性变化，期性变化，cyclinB一般在一般在G1晚期合成，晚期合成，通过通过S期，期，期含量不断增加，期含量不断增加，到达到达G2期，期，期含量期含量达到最大。达到最大。lCDK1活性，也逐渐出现、增大，活性，也逐渐出现、增大，直到最大，直到最大，维持到维持到M期的中期阶段。期的中期阶段。lCDK1活化后使许多蛋白质磷酸化：组蛋白活化后使

44、许多蛋白质磷酸化：组蛋白H1-染色体凝集，染色体凝集，核纤层蛋白核纤层蛋白ABC-核纤层解核纤层解聚，核仁蛋白聚，核仁蛋白-核仁解聚等等。核仁解聚等等。分裂中期向后期的转换与后促进因子分裂中期向后期的转换与后促进因子lCyclinACyclinA、B B是通过是通过泛素途径降解泛素途径降解l泛素是一个泛素是一个7676个氨基酸组成的热稳定多肽，个氨基酸组成的热稳定多肽，在进化种高在进化种高度保守。度保守。lAPCAPC介导选择性降解的靶蛋白与介导选择性降解的靶蛋白与UbiquitinUbiquitin结，通过结，通过泛素依泛素依赖性途径降解赖性途径降解lAPCAPC主要介导两类蛋白降解主要介导

45、两类蛋白降解:AnaphaseInhibitors和和MitoticCyclin.前者维持姐妹染色单体粘连前者维持姐妹染色单体粘连,抑制后期启动；后者抑制后期启动；后者的降解意味着有丝分裂即将结束，即染色体开始去凝集，的降解意味着有丝分裂即将结束，即染色体开始去凝集，核膜重建。核膜重建。lCdc20 和和Mad2蛋蛋白白位位于于动动粒粒上上，在在染染色色体体结结合合有有丝丝分分裂裂纺纺锤锤体体前前将将不不能能从从动动粒粒上上释释放放，由由于于Mad2与与Cdc20结结合合而而抑抑制制APC的的活活性性。所所以以只只有有所所有有染染色色体体都都与与纺纺锤锤体体结结合合后后，APC才有活性，才启动

46、细胞向后期转换。才有活性，才启动细胞向后期转换。G1SG2/MCyclin-CdkCyclin-CdkCyclin-CdkBuddingYeastCLN1,2,3-CDC28CLB5,(3,4)-CDC28CLB1,2(3,4)-CDC28FissionYeastCIG1-CDC2CIG2-CDC2CIG13-CDC2HigherEukaryotesCyclinD1,2,3-CDK4/6CyclinA-CDK2CyclinB-CDC2CyclinE1,2-CDK2G1SubstratesGrowthandMorphogenesisSSubstratesDNAReplicationG2/MSubstratesMitosis