细胞周期与调控.pptx

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1、细胞增殖的意义细胞生命活动的重要特征之一,是生物繁育的基础。单细胞生物：导致生物个体数量的增加。多细胞生物：由一个单细胞（受精卵）分裂发育而来，多细胞生物繁殖基础。成体生物：主要取代衰老死亡的细胞，维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等。第1页/共100页1 1 细胞周期与细胞分裂细胞周期与细胞分裂细胞周期细胞周期(cell cycle)(cell cycle)概述概述有丝分裂有丝分裂(mitosis)(mitosis)胞质分裂胞质分裂(cytokinesis)(cytokinesis)减数分裂减数分裂(meiosis)(meiosis)第2页/共1

2、00页1.1 1.1 细胞周期概述细胞周期概述细胞周期细胞周期细胞周期中各个不同时相及主要事件细胞周期中各个不同时相及主要事件细胞周期长短测定细胞周期长短测定细胞周期同步化细胞周期同步化第3页/共100页1.1.1 1.1.1 细胞周期细胞周期1.1.概念：概念：细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分完成细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分完成所经历的一个有序过程。其间细胞遗传物质和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。其他内含物分配给子细胞。第4页/共100页2.2.细胞周期时相组成：细胞周期时相组成：间期（间期（interphaseinterphase）G1 pha

3、seG1 phase、S phaseS phase、G2 phaseG2 phase M phase M phase 有丝分裂期（有丝分裂期（mitosismitosis）胞质分裂期（胞质分裂期（cytokinesiscytokinesis）第5页/共100页细胞沿着细胞沿着G1SG2MG1G1SG2MG1周期性运转，在间期周期性运转，在间期细胞体积增大（生长），在细胞体积增大（生长），在M M期细胞先是核分裂，期细胞先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个细胞周期。接着胞质分裂，完成一个细胞周期。第6页/共100页3.3.细胞周期时间细胞周期时间不同细胞的细胞周期时间差异很大；不同细胞的细胞周期时

4、间差异很大；S+G2+M S+G2+M 时间变化较小，时间变化较小，时间长短主要差别在时间长短主要差别在G1G1期；期；有些分裂增殖的细胞缺乏有些分裂增殖的细胞缺乏G1G1、G2G2期。期。第7页/共100页4.4.细胞分类细胞分类 根据增殖状况，细胞分为三类：根据增殖状况，细胞分为三类：连续分裂细胞（连续分裂细胞（cycling cellcycling cell）：如表皮生发：如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。层细胞、部分骨髓细胞。休眠细胞（休眠细胞（G0G0细胞）：细胞）：暂不分裂，但在适当的暂不分裂，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，如淋巴细胞、肝、刺激下可重新进入细胞周期，如淋巴细胞、

5、肝、肾细胞。肾细胞。终末分化细胞：终末分化细胞：不可逆地脱离细胞周期，不再不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞。多形核细胞。第8页/共100页1.1.2 1.1.2 细胞周期中不同时相及主要事件细胞周期中不同时相及主要事件G1G1期期S S 期期G2G2期期M M 期期第9页/共100页1.G11.G1期：期：与与DNADNA合成启动相关，开始合成细胞生长所需要的合成启动相关，开始合成细胞生长所需要的多多种蛋白质、种蛋白质、RNARNA、碳水化合物、脂等，同时染色质去、碳水化合物、脂等，同时染色质去凝凝集。集。2.

6、S 2.S 期：期：DNADNA复制与组蛋白合成同步复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构。，组成核小体串珠结构。第10页/共100页Experimental demonstration of the coordinated Synthesis of DNA and histones.第11页/共100页3.G23.G2期：期：DNADNA复制完成，在复制完成，在G2G2期合成一定数量的蛋白质和期合成一定数量的蛋白质和RNARNA分子。分子。4.M 4.M 期：期：细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括：细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括：有有丝分裂和减数分裂。遗传物质和细胞内其他物质丝

7、分裂和减数分裂。遗传物质和细胞内其他物质分分配给子细胞。配给子细胞。第12页/共100页1.1.3 1.1.3 细胞周期长短测定细胞周期长短测定脉冲标记脉冲标记DNADNA复制和细胞分裂指数观察测定法复制和细胞分裂指数观察测定法流式细胞仪测定法流式细胞仪测定法缩时摄像技术缩时摄像技术 可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期期的准确时间。的准确时间。第13页/共100页标记有丝分裂百分率法原理标记有丝分裂百分率法原理(Percentage Labeled(Percentage Labeled Mitoses,PLM)Mitoses,PLM)对测定细

8、胞进行脉冲标记、定时取材、利用放对测定细胞进行脉冲标记、定时取材、利用放射射自显影技术显示标记细胞，通过统计标记有丝分自显影技术显示标记细胞，通过统计标记有丝分裂裂细胞百分数的办法来测定细胞周期。细胞百分数的办法来测定细胞周期。第14页/共100页有关名词有关名词TG1TG1：G1G1期的持续时间；期的持续时间；TG2TG2：G2G2期的持续时间；期的持续时间；TSTS：S S期的持续时间；期的持续时间；TMTM：M M期的持续时间；期的持续时间；TCTC：一个细胞周期的持续时间；：一个细胞周期的持续时间；PLMPLM：被标记分裂期细胞占所有分裂期细胞的百分比；：被标记分裂期细胞占所有分裂期细

9、胞的百分比；TDRTDR：胸腺嘧啶核苷，是：胸腺嘧啶核苷，是DNADNA的特异前体，能被的特异前体，能被S S期细期细胞摄入，而掺进胞摄入，而掺进DNADNA中。通常使用中。通常使用3 3H H或者或者1414C C标记的标记的TDRTDR。第15页/共100页测定原理测定原理待测细胞经待测细胞经3 3H-TDRH-TDR标记后，所有标记后，所有S S期细胞均被标期细胞均被标记。记。S S期细胞经期细胞经G2G2期才进入期才进入M M期，所以起初期，所以起初PLM=0PLM=0。开始出现标记开始出现标记M M期细胞时，表示处于期细胞时，表示处于S S期最后阶期最后阶段的细胞，已渡过段的细胞，已

10、渡过G2G2期，所以从期，所以从PLM=0PLM=0到出现到出现PLMPLM的时间间隔为的时间间隔为TG2TG2。第16页/共100页S S期细胞逐渐进入期细胞逐渐进入M M期，期，PLMPLM上升，到达到最高点上升，到达到最高点的时候说明来自处于的时候说明来自处于S S最后阶段的细胞，已完成最后阶段的细胞，已完成M M，进入，进入G1G1期。所以从开始出现期。所以从开始出现M M到到PLMPLM达到最高达到最高点的时间间隔就是点的时间间隔就是TMTM。当当PLMPLM开始下降时，表明处于开始下降时，表明处于S S期最初阶段的细期最初阶段的细胞也已进入胞也已进入M M期，所以出现期，所以出现L

11、MLM到到PLMPLM又开始下降又开始下降的一段时间等于的一段时间等于TSTS。从从LMLM出现到下一次出现到下一次LMLM出现的时间间隔就等于出现的时间间隔就等于TCTC，TC=TG1+TS+TG2+TMTC=TG1+TS+TG2+TM，即可求出，即可求出TG1TG1长度。长度。第17页/共100页第18页/共100页事实上由于一个细胞群体中事实上由于一个细胞群体中TCTC和各时相不尽相和各时相不尽相同，第一个峰常达不到同，第一个峰常达不到100%100%，以后的峰会发生，以后的峰会发生衰减，衰减，PLMPLM不一定会下降到零，所以实际测量时，不一定会下降到零，所以实际测量时，常以（常以（T

12、G2+1/2TMTG2+1/2TM）-TG2-TG2的方式求出的方式求出TMTM。第19页/共100页1.1.4 1.1.4 细胞同步化细胞同步化自然同步化自然同步化人工同步化人工同步化选择同步化选择同步化诱导同步化诱导同步化第20页/共100页1.1.自然同步化 多核体：如粘菌只进行核分裂，而不发生胞质分裂，形成多核体。疟原虫也具有类似的情况。某些水生动物的受精卵：如大量海参卵受精后，前9 9次细胞分裂都是同步化进行的。增殖抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠孢子移入适宜环境后，它们一起发芽，同步分裂。第21页/共100页2.2.选择同步化选择同步化有丝分裂选择法有丝分裂选择法 使单层培养的细

13、胞处于对数增殖期，此时分裂活使单层培养的细胞处于对数增殖期，此时分裂活跃，有丝分裂细胞变圆隆起，与培养皿附着性低，跃，有丝分裂细胞变圆隆起，与培养皿附着性低，轻轻振荡，轻轻振荡，M M期细胞脱离器壁，悬浮于培养液中，期细胞脱离器壁，悬浮于培养液中，收收集培养液，再加入新鲜培养液，依法继续收集，可集培养液，再加入新鲜培养液，依法继续收集，可获获得一定数量的中期细胞。优点：操作简单，同步化得一定数量的中期细胞。优点：操作简单，同步化程程度高，细胞不受药物伤害；缺点：效率低度高，细胞不受药物伤害；缺点：效率低(占占1%1%2%)2%)密度梯度离心法密度梯度离心法 不同时期的细胞体积不同，而细胞在给定

14、离心场不同时期的细胞体积不同，而细胞在给定离心场中中沉降的速度与其半径的平方成正比。优点：用于任沉降的速度与其半径的平方成正比。优点：用于任悬浮培养的细胞，缺点：同步化程度较低。悬浮培养的细胞，缺点：同步化程度较低。第22页/共100页3.3.诱导同步法诱导同步法DNADNA合成阻断法合成阻断法 (G1/S-(G1/S-TdRTdR双双阻断法阻断法)最终将细胞群阻断于最终将细胞群阻断于G1/SG1/S交界处。优点：同步交界处。优点：同步化化效率高，几乎适合于所有体外培养的细胞体系；效率高，几乎适合于所有体外培养的细胞体系；缺缺点：诱导过程可造成细胞非均衡生长，个别细胞点：诱导过程可造成细胞非均

15、衡生长，个别细胞体体积增大。积增大。分裂中期阻断法分裂中期阻断法 通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将将细胞阻断在细胞分裂中期。优点：无非均衡生长细胞阻断在细胞分裂中期。优点：无非均衡生长现现象；缺点：可逆性较差。象；缺点：可逆性较差。胸腺嘧啶核苷(Thymine(Thymine Deoxyribonucleoside)Deoxyribonucleoside)第23页/共100页4.4.条件依赖性突变株的应用条件依赖性突变株的应用 将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移移到限定条件下培养，所有细胞便被同步

16、化在细胞到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞周周期中某一特定时期。期中某一特定时期。第24页/共100页1.2 1.2 有丝分裂有丝分裂(mitosis)(mitosis)前期（前期（prophaseprophase）前中期（前中期（prometaphaseprometaphase）中期（中期（metaphasemetaphase）后期（后期（anaphaseanaphase）末期（末期（telophasetelophase）第25页/共100页1.1.前期前期特征特征1 1 染色质开始浓缩形成有丝分裂染色体：由两条染色质开始浓缩形成有丝分裂染色体：由两条染色单体构成。在前期末，染色体主

17、缢痕部位染色单体构成。在前期末，染色体主缢痕部位形成一种蛋白复合物称为形成一种蛋白复合物称为动粒。动粒。第26页/共100页第27页/共100页第28页/共100页特征特征2 2 细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体开始装配。细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体开始装配。特征特征3 3 Golgi Golgi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。第29页/共100页第30页/共100页2.2.前中期前中期特征特征1 1 核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白白中特异的中特异的SerSer残基磷酸化导致残基磷酸化导致核纤层解体。核纤层

18、解体。第31页/共100页特征特征2 2 纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体。体。每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保证证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，形形成三种类型的微管。（动力成三种类型的微管。（动力/极间极间/星体微管）星体微管）特征特征3 3 不断运动的染色体开始移向赤道板。细胞周期不断运动的染色体开始移向赤道板。细胞周期也由也由前中期逐渐向中期运转。前中期逐渐向中期运转。第32页/共100页第33页/共100页第34页/共100

19、页3.3.中期中期特征特征1 1 所有染色体排列到赤道板所有染色体排列到赤道板(Metaphase Plate)(Metaphase Plate)上。上。纺锤体检验点纺锤体检验点(spindle checkpoint)(spindle checkpoint)：所有：所有染色体的动粒都被动粒微管捕获时，染色单体才分染色体的动粒都被动粒微管捕获时，染色单体才分离，细胞分裂向后期进行；否则分裂暂停在中期。离，细胞分裂向后期进行；否则分裂暂停在中期。第35页/共100页4.4.后期后期特征特征1 1 排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离产产生向极运动。大致可

20、划分为连续的两个阶段，即生向极运动。大致可划分为连续的两个阶段，即后后期期A A和后期和后期B B。后期后期A A：动粒微管变短，染色体产生两极运动；：动粒微管变短，染色体产生两极运动；后期后期B B：极间微管延长，两极之间的距离逐渐拉：极间微管延长，两极之间的距离逐渐拉长，介导染色体向两极运动。长，介导染色体向两极运动。第36页/共100页第37页/共100页5.5.末期末期特征特征1 1 染色单体到达两极，到达两极的染色单体开始染色单体到达两极，到达两极的染色单体开始去去浓缩。浓缩。特征特征2 2 核膜开始重新组装。核膜开始重新组装。特征特征3 3 Golgi Golgi体和体和ERER重

21、新形成并生长。重新形成并生长。特征特征4 4 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,有有丝分裂结束。丝分裂结束。第38页/共100页第39页/共100页1.3 1.3 胞质分裂胞质分裂动物细胞胞质分裂动物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂第40页/共100页1.1.动物细胞胞质分裂动物细胞胞质分裂胞质分裂始于细胞分裂后期，完成于末期。在赤道胞质分裂始于细胞分裂后期，完成于末期。在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称分裂沟。板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称分裂沟。第41页/共100页分裂沟的形成和收缩环有关。胞质分裂开始时，分裂沟

22、的形成和收缩环有关。胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体处组装成微丝并大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体处组装成微丝并相相互组成互组成微丝束，微丝束，环绕细胞，称为收缩环。环绕细胞，称为收缩环。第42页/共100页2.2.植物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂是在细胞内形成新的细胞膜和植物细胞胞质分裂是在细胞内形成新的细胞膜和细胞壁而将细胞分开，以形成细胞板的形式完成。细胞壁而将细胞分开，以形成细胞板的形式完成。第43页/共100页1.4 1.4 减数分裂减数分裂减数分裂概念与过程减数分裂概念与过程减数分裂的意义减数分裂的意义减数分裂特点减数分裂特点脊椎动物配子发生过程脊椎动物配子

23、发生过程第44页/共100页1.4.1 1.4.1 减数分裂概念与过程减数分裂概念与过程概念概念 减数分裂是细胞仅进行一次减数分裂是细胞仅进行一次DNADNA复制，随后复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。的有丝分裂。过程过程第45页/共100页第46页/共100页1.4.2 1.4.2 减数分裂的意义减数分裂的意义确保世代间遗传的稳定性；确保世代间遗传的稳定性；增加变异机会，确保生物的多样性，增强生物增加变异机会，确保生物的多样性，增强生物适适应环境变化的能力。应环境变化的能力。减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物遗传、减数分裂是生

24、物有性生殖的基础，是生物遗传、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。第47页/共100页1.4.3 1.4.3 减数分裂特点减数分裂特点前期前期I I：细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变：细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期期第48页/共100页细线期细线期染色体呈细线状（单线），具有念珠状的染色染色体呈细线状（单线），具有念珠状的染色粒。虽然染色体已经复制，但光镜下分辨不出粒。虽然染色体已经复制，但光镜下分辨不出两条染色单体。两条染色单体。在有些物种中表现为染色体细线一端通过端粒在有些物种中表现为染色体细线一端通过端粒和核膜相连，另一端放射状伸出，形似花

25、束，和核膜相连，另一端放射状伸出，形似花束，称为花束期。称为花束期。第49页/共100页第50页/共100页偶线期偶线期(zygotene)(zygotene)同源染色体配对的时期，称为联会同源染色体配对的时期，称为联会(synapsis)(synapsis)。同源染色体间形成同源染色体间形成联会复合体联会复合体(synaptonemal(synaptonemal complex,SC)complex,SC)。在光镜下可以看到两条结合在一。在光镜下可以看到两条结合在一起的染色体，称为二价体。每一对同源染色体都起的染色体，称为二价体。每一对同源染色体都经过复制，含四个染色单体，所以又称为四分体。

26、经过复制，含四个染色单体，所以又称为四分体。这一时期合成约这一时期合成约0.3%0.3%左右的左右的DNADNA，称为，称为zyg DNAzyg DNA。第51页/共100页粗线期（粗线期（pachytenepachytene）持续时间长达数天，此时染色体变短，结合紧密，持续时间长达数天，此时染色体变短，结合紧密，在光镜下只在局部可以区分同源染色体，这一时在光镜下只在局部可以区分同源染色体，这一时期同源染色体的非姊妹染色单体之间发生交换的期同源染色体的非姊妹染色单体之间发生交换的时期。时期。粗线期粗线期SCSC上具有与上具有与SCSC宽度相近的电子致密球状小宽度相近的电子致密球状小体，称为体，

27、称为重组节重组节，与，与DNADNA的重组有关。的重组有关。这一时期合成少量的这一时期合成少量的DNADNA，称为，称为P-DNAP-DNA。并合成减。并合成减数分裂专有的组蛋白。数分裂专有的组蛋白。第52页/共100页双线期双线期联会的同源染色体相互排斥、开始分离，但在联会的同源染色体相互排斥、开始分离，但在交叉上还保持着联系。交叉上还保持着联系。植物细胞双线期一般较短，许多动物卵细胞中植物细胞双线期一般较短，许多动物卵细胞中双线期停留的时间非常长。人的卵母细胞在五双线期停留的时间非常长。人的卵母细胞在五个月胎儿中已达双线期，而一直到排卵都停在个月胎儿中已达双线期，而一直到排卵都停在双线期。

28、双线期。鱼类、两栖类、爬行类、鸟类以及无脊椎动物鱼类、两栖类、爬行类、鸟类以及无脊椎动物的昆虫中，双线期的二价体解螺旋而形成灯刷的昆虫中，双线期的二价体解螺旋而形成灯刷染色体，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。第53页/共100页终变期终变期二价体显著变短。由于交叉端化过程的进一步二价体显著变短。由于交叉端化过程的进一步发展，故交叉数目减少，通常只有一至二个交发展，故交叉数目减少，通常只有一至二个交叉。核仁此时开始消失，核被膜解体。叉。核仁此时开始消失，核被膜解体。第54页/共100页联会复合体联会复合体SCSC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

29、体沿纵轴形成，外观呈梯子状。SC SC 上有重组节，是交换发生的部位。上有重组节，是交换发生的部位。SCSC在细线期开始装配，形成于偶线期，成熟于粗在细线期开始装配，形成于偶线期，成熟于粗线期，消失于双线期。线期，消失于双线期。联会复合体是减数分裂偶线期两条同源染色体之联会复合体是减数分裂偶线期两条同源染色体之间形成的一种结构，它与染色体的配对，交换和间形成的一种结构，它与染色体的配对，交换和分离密切相关。分离密切相关。前期I特点：第55页/共100页a.Electron micrograph of SC of human pachytene bivalenta.Electron microg

30、raph of SC of human pachytene bivalent (K:kinetochore;arrow:recombination nodules)(K:kinetochore;arrow:recombination nodules)b.Schematic diagram of SC;b.Schematic diagram of SC;c.Electron micrograph of SC after treatment with DNase to c.Electron micrograph of SC after treatment with DNase to remove

31、chromasomal fibers.remove chromasomal fibers.第56页/共100页同源染色体间遗传物质重组同源染色体间遗传物质重组,产生新的基因组合。产生新的基因组合。第57页/共100页遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，导致染色体数目减半。遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，导致染色体数目减半。减数分裂前间期的减数分裂前间期的S S期持续时间较长，少量期持续时间较长，少量DNADNA没有复制。没有复制。前期前期变化复杂，同源染色体配对、联会、重组，产生遗传多样性。变化复杂，同源染色体配对、联会、重组，产生遗传多样性。第一次分裂时第一次分裂时,同源染色体分开。

32、同源染色体分开。减数分裂时间较长。减数分裂时间较长。第58页/共100页1.4.4 1.4.4 脊椎动物配子发生过程脊椎动物配子发生过程第59页/共100页2 2 细胞周期的调控细胞周期的调控细胞周期调控系统的主要作用细胞周期调控系统的主要作用细胞周期检验点细胞周期检验点(Cell Cycle Checkpoint)(Cell Cycle Checkpoint)MPFMPFCyclin-CdkCyclin-Cdk复合物的多样性及细胞周期运转复合物的多样性及细胞周期运转细胞周期运转的阻遏（细胞周期运转的负调控）细胞周期运转的阻遏（细胞周期运转的负调控）第60页/共100页在适当时候激活细胞周期各

33、个时相的相关酶和蛋白在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶和蛋白,然后自身失活然后自身失活(正调控正调控)确保每一时相事件的全部完成确保每一时相事件的全部完成(负调控负调控)对外界环境因子起反应（如多细胞生物对增殖信号的反应）对外界环境因子起反应（如多细胞生物对增殖信号的反应）2.1 2.1 细胞周期调控系统的主要作用细胞周期调控系统的主要作用第61页/共100页2.2 2.2 细胞周期检验点细胞周期检验点概念概念 细胞周期检验点细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制是细胞周期调控的一种机制,主要主要是确保周期每一时相事件的有序全部完成，并与是确保周期每一时相事件的有序全部完成，并与外外界环境

34、因素相联系。界环境因素相联系。第62页/共100页第63页/共100页2.3 MPF2.3 MPF MPF(Maturation-promoting factor,Mitosis-promoting factor)MPF(Maturation-promoting factor,Mitosis-promoting factor)的发现的发现及其生化实质及其生化实质Mitotic Cyclin-CdkMitotic Cyclin-Cdk复合物与复合物与功能功能第64页/共100页2.3.1 MPF2.3.1 MPF的发现及其生化实质的发现及其生化实质细胞融合与细胞融合与PCC(Premature

35、chromosomal PCC(Premature chromosomal condense)condense)爪蟾卵子成熟过程和爪蟾卵子成熟过程和MPFMPF的发现的发现MPFMPF是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶，由是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶，由M M期期Cyclin-Cdk(Cyclin-dependent protein Cyclin-Cdk(Cyclin-dependent protein kinase)kinase)形成的复合物：形成的复合物：MPF=p34cdc2+cyclinBMPF=p34cdc2+cyclinB第65页/共100页2.3.1.1 2.3.1.1

36、 细胞融合与细胞融合与PCCPCC概念概念 用用M M期细胞和间期细胞（期细胞和间期细胞（G1G1、S S、G2G2）进行融合，）进行融合，可以使间期细胞核出现类似于有丝分裂期的形态可以使间期细胞核出现类似于有丝分裂期的形态变变化：染色质凝集、核膜破裂及核仁消失等，这种化：染色质凝集、核膜破裂及核仁消失等，这种经经过诱导，在间期细胞中形成的染色体产物称为过诱导，在间期细胞中形成的染色体产物称为早早熟熟凝集染色体凝集染色体(prematurely condensed(prematurely condensed chromosome,chromosome,PCC)PCC)。第66页/共100页PC

37、CPCC现象现象 Rao,JohnsonRao,Johnson将将HelaHela细胞同步于不同阶段，然细胞同步于不同阶段，然后后与与M M期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞细胞融合，发现与融合，发现与M M期细胞融合的间期细胞产生了形期细胞融合的间期细胞产生了形态各态各异的早熟凝集染色体异的早熟凝集染色体(PCC)(PCC)，这种现象叫做早熟，这种现象叫做早熟染染色体凝集。色体凝集。第67页/共100页人M M期细胞与袋鼠G1G1、S S、G2G2期细胞融合诱导PCCPCC：提示M M期细胞存在诱导PCCPCC的因子；第68页/共100页G1G1

38、期期PCCPCC为单线状：为单线状：DNADNA未复制。未复制。S S期期PCCPCC为粉末状：正在复制的为粉末状：正在复制的DNADNA容易受损伤，容易受损伤，是是DNADNA断裂的结果。断裂的结果。G2G2期期PCCPCC为双线染色体，说明为双线染色体，说明DNADNA复制已完成。复制已完成。不同类的不同类的M M期细胞也可诱导期细胞也可诱导PCCPCC产生，推测产生，推测M M期细期细胞具有促进间期细胞进行分裂的因子，即促成胞具有促进间期细胞进行分裂的因子，即促成熟因子熟因子(MPF)(MPF)第69页/共100页2.3.1.2 2.3.1.2 爪蟾卵子成熟过程和爪蟾卵子成熟过程和MPF

39、MPF的发现的发现处于第六期的爪蟾卵母细胞，需要激素刺激才能进行减数分裂，成为成熟的卵细胞（eggegg）。第70页/共100页注射实验表明：孕酮诱导卵母细胞成熟；成熟卵细胞质中含有卵母细胞成熟的因子，称做MPFMPF。第71页/共100页显微注射实验说明：显微注射实验说明：成熟卵细胞中含有能促使卵母细胞成熟的因子：成熟卵细胞中含有能促使卵母细胞成熟的因子：MPFMPF；卵母细胞分裂前，卵母细胞分裂前，MPFMPF已经存在，但处于非活性已经存在，但处于非活性 状态，称状态，称preMPFpreMPF。第72页/共100页不仅同类不仅同类M M期细胞可以诱导期细胞可以诱导PCCPCC，不同类的，

40、不同类的M M期细期细胞也可以诱导胞也可以诱导PCCPCC产生，这就意味着产生，这就意味着M M期细胞具期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子，即成熟有某种促进间期细胞进行分裂的因子，即成熟促进因子（促进因子（MPF MPF）。）。第73页/共100页2.3.1.3 MPF=p342.3.1.3 MPF=p34cdc2cdc2+cyclinB+cyclinB第74页/共100页2.3.2 Mitotic Cyclin-Cdk2.3.2 Mitotic Cyclin-Cdk复合物与功能复合物与功能CDCCDC基因及基因及CyclinCyclinCyclin&CDKCyclin&CDK功能功能第

41、75页/共100页2.3.2.1 CDC2.3.2.1 CDC基因及基因及CyclinCyclin1960s Leland Hartwell,1970s Paul Nurse 1960s Leland Hartwell,1970s Paul Nurse 以芽殖酵母和裂殖酵母为实验材料，发现许多以芽殖酵母和裂殖酵母为实验材料，发现许多与细胞分裂有关的基因与细胞分裂有关的基因(cell division cycle(cell division cycle gene,cdc)gene,cdc)。裂殖酵母裂殖酵母cdc2cdc2、芽殖酵母、芽殖酵母cdc28cdc28突变型在限突变型在限制温度下无法分

42、裂；制温度下无法分裂；cdc2cdc2和和cdc28cdc28都编码一个都编码一个34KD34KD的蛋白激酶，促进细胞周期的进行。的蛋白激酶，促进细胞周期的进行。第76页/共100页MPF=p34cdc2MPF=p34cdc2（或（或p34cdc28p34cdc28）+clyclin B+clyclin B 2001 2001年年1010月月8 8日美国人日美国人Leland HartwellLeland Hartwell、英、英国人国人Paul NursePaul Nurse、Timothy HuntTimothy Hunt因发现细胞周期调因发现细胞周期调控的控的关键因子的研究而荣获诺贝尔生

43、理医学奖。关键因子的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。第77页/共100页2.3.2.2 Cyclin&CDK2.3.2.2 Cyclin&CDKCyclinCyclin特点：在细胞周期中呈周期性变化。含有一段特点：在细胞周期中呈周期性变化。含有一段约约100100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框，介个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框，介导导周期蛋白与周期蛋白与CDKCDK结合。结合。作用：激活作用：激活CDKCDK，引导，引导CDKCDK作用于不同底物。作用于不同底物。已知已知3030余种余种第78页/共100页第79页/共100页cyclincyclin在细胞周期的不同时期表达，从而激活在细胞

44、周期的不同时期表达，从而激活不同时期的不同时期的CDKCDK激酶活性，表现为不同的调节功激酶活性，表现为不同的调节功能。能。G1G1期：期：cyclinDcyclinD；G1/SG1/S期：期：cyclinEcyclinE；S S期：期：cyclinAcyclinA；M M期：期：cyclinBcyclinB（也包括（也包括cyclinAcyclinA）。）。M M期期cyclincyclin在在N N端含有一段由端含有一段由9 9个个aaaa残基组成的特残基组成的特殊殊序列，称为破坏框，和泛素介导的序列，称为破坏框，和泛素介导的cylinAcylinA、B B的的降解降解有关。有关。第80页

45、/共100页CDKCDK CDC2CDC2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，故，故名细胞周期蛋白依赖性激酶（名细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKCDK）。）。cdc2cdc2又被称为又被称为CDK1CDK1，其它，其它CDKCDK和它比较而命名。如：和它比较而命名。如：CDK2CDK2、CDK3CDK3CDK8CDK8等。等。第81页/共100页2.3.2.3 2.3.2.3 功能功能启动细胞从启动细胞从G2G2期进入期进入M M期的相关事件期的相关事件第82页/共100页第83页/共100页第84页/共100页2.4 Cyclin-Cdk2.4 Cyclin-

46、Cdk复合物的多样性复合物的多样性及细胞周期运转及细胞周期运转不同的周期蛋白与不同的不同的周期蛋白与不同的CDKCDK结合，构成不同的结合，构成不同的Cyclin-CDK Cyclin-CDK；不同的；不同的Cyclin-CDKCyclin-CDK在不同的时在不同的时相表相表现活性，影响不同的下游事件。现活性，影响不同的下游事件。G1/SG1/S的转化的转化 S S期，期，DNADNA当且仅当复制一次当且仅当复制一次 G2/MG2/M期转化期转化 M M期由中期向后期转化期由中期向后期转化 第85页/共100页2.4.1 G1/S2.4.1 G1/S的转化的转化G1G1期期 在生长因子的刺激下

47、，在生长因子的刺激下，cyclin Dcyclin D表达，并与表达，并与CDK4,CDK4,CDK6CDK6结合，使下游的蛋白质如结合，使下游的蛋白质如RbRb磷酸化，磷酸化，RbRb释放出释放出转录因子转录因子E2FE2F，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,cyclinE,cyclinAcyclinA和和CDK1CDK1的基因。的基因。第86页/共100页第87页/共100页G1-SG1-S期期 cyclinEcyclinE与与CDK2CDK2结合，促进细胞通过结合，促进细胞通过R R点进入点进入S S期。期。第88页/共100页2.4.2 S2.4.2

48、 S期，期，DNADNA当且仅当复制一次当且仅当复制一次S S期主要的期主要的CDKCDK激酶为激酶为CyclinA-CDK2CyclinA-CDK2，它的活化，它的活化为为DNADNA复制所必需。复制所必需。第89页/共100页2.4.3 G2/M2.4.3 G2/M期转化期转化G2/MG2/M期的转化和期的转化和CDK1-cyclinBCDK1-cyclinB激酶密切相关。激酶密切相关。CDK1-cyclinBCDK1-cyclinB激酶：激酶：MPF=p34cdc2MPF=p34cdc2（或（或p34cdc28p34cdc28）+clyclin B+clyclin B。cdc2cdc2蛋

49、白在细胞周期中含量稳定，而蛋白在细胞周期中含量稳定，而CyclinBCyclinB的的含含 量呈周期性变化，故量呈周期性变化，故CDK1-cyclinBCDK1-cyclinB激酶活性呈激酶活性呈周期性变化，在周期性变化，在G2G2期晚期阶段达到最大值并持期晚期阶段达到最大值并持续到续到M M期的中期阶段。期的中期阶段。第90页/共100页CDK1-cyclinBCDK1-cyclinB激酶使底物蛋白磷酸化，从而启动激酶使底物蛋白磷酸化，从而启动细胞从细胞从G2G2期进入期进入M M期的相关事件：如期的相关事件：如如将组蛋白如将组蛋白H1H1磷酸化导致染色体凝缩；磷酸化导致染色体凝缩；核纤层蛋

50、白磷酸化使核膜解体；核纤层蛋白磷酸化使核膜解体；p60p60c-srcc-src磷酸化，使细胞骨架重排（纺锤体装配）；磷酸化，使细胞骨架重排（纺锤体装配）；核仁蛋白磷酸化，核仁解体。核仁蛋白磷酸化，核仁解体。第91页/共100页2.4.4 M2.4.4 M期由中期向后期转化期由中期向后期转化在中期当在中期当MPFMPF活性达到最高时，激活后期促进因活性达到最高时，激活后期促进因子子(anaphase promoting complex,APC)(anaphase promoting complex,APC)，APCAPC介介导导cyclinAcyclinA、CyclinBCyclinB通过通过