细胞周期 精选PPT.ppt

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1、关于细胞周期 第1页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/42细胞的最终命运：细胞的最终命运：n细胞分裂细胞分裂(cell division)及生长及生长(相关物质相关物质准备和积累准备和积累)细胞增殖细胞增殖(cell proliferation)，受到严密的调控机制所，受到严密的调控机制所监控监控n细胞死亡细胞死亡(cell death)第2页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/43受精卵及卵裂受精卵及卵裂第3页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/44Dividing Muscle Myoblast(primative muscle cell)(SEM x8,000)第4页

2、，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/45示植物细胞有丝分裂示植物细胞有丝分裂第5页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/46第6页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/472001年年10月月8日，美国人日，美国人LelandHartwell、英国人、英国人Paul Nurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖诺贝尔生理医学奖。第7页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/48标准的细胞周期：标准的细胞周期：从从G1期开始，历经期开始，历经S、G2，到到M期结束。期结束。第8页，讲稿共50张，创作于星期三20

3、23/4/49 细胞周期细胞周期 细胞周期时间细胞周期时间(Tc)G1(DNA合成前期合成前期)变异范围大变异范围大(0h数年数年)间期间期 S(DNA合成期合成期)830h G2(DNA合成后期合成后期)0h;15h 分裂期分裂期(M)0.51h 第一节第一节 细胞周期的基本概念细胞周期的基本概念细胞周期时间因细胞类型、细胞周期时间因细胞类型、细胞周期时间因细胞类型、细胞周期时间因细胞类型、状态和环境而异。状态和环境而异。状态和环境而异。状态和环境而异。第9页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/410细胞的增殖特性细胞的增殖特性1）连续）连续增殖细胞（周期性细胞）：增殖细胞（周期性细胞

4、）：能够增殖，不断进能够增殖，不断进入周期完成分裂。入周期完成分裂。2）暂不增殖细胞（暂不增殖细胞（休眠细胞，休眠细胞，G0细胞）：细胞）：长期停留在长期停留在G1晚期晚期(G0期期)而不越过而不越过限制点限制点，未丧失分裂能力，在，未丧失分裂能力，在适当条件下可恢复到增殖状态。适当条件下可恢复到增殖状态。3）永不增殖细胞（终末分化细胞）：永不增殖细胞（终末分化细胞）：始终停留在始终停留在G1期期，失去增殖能力直到衰老死亡。，失去增殖能力直到衰老死亡。(p189)第10页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/411执行某种生物学功能，执行某种生物学功能，或进行细胞分化，或或进行细胞分化，或

5、走向死亡；或回到细走向死亡；或回到细胞周期。胞周期。(限制点，限制点，R点点)(p204)第11页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/412 细胞周期研究方法细胞周期研究方法n细胞周期模型细胞周期模型n细胞周期同步化细胞周期同步化 如细胞分裂收获法如细胞分裂收获法n流式细胞技术流式细胞技术第12页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/413by flow cytometer microscopy(包括G0)第13页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/414细胞周期检验点细胞周期检验点(checkpoint)G1S之之DNA损伤损伤检验点检验点，限制点，限制点，R点点 S期之期之

6、DNA复制复制检验点检验点 G2M之之DNA损伤检查点损伤检查点 M期期中期中期后期之纺锤体组装检验点后期之纺锤体组装检验点(p204)第14页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/415DNA复制是否完成？damageS期检验点期检验点第15页，讲稿共50张，创作于星期三第16页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/417第二节第二节 细胞周期的主要事件细胞周期的主要事件一、一、G1期：细胞生长、分裂决定、复期：细胞生长、分裂决定、复制准备制准备 1.RNA、蛋白质、蛋白质(如与如与DNA复制有关的酶及与复制有关的酶及与G1期向期向S期转变相关的蛋白质等期转变相关的蛋白质等)合成和代

7、谢活合成和代谢活动旺盛动旺盛（细胞的第一生长期）细胞的第一生长期）2.分裂决定：越过分裂决定：越过G1期检验点期检验点 3.DNA含量为含量为2n第17页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/418二、二、S期：期：DNA合成、染色质组装、中心合成、染色质组装、中心体复制、通过体复制、通过S期检查点期检查点1.DNA复制，复制，2n 4n2.组蛋白、非组蛋白合成组蛋白、非组蛋白合成3.染色质复制（组装成核小体）染色质复制（组装成核小体）4.中心体复制中心体复制第18页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/419DNA复制与组蛋白合成同步复制与组蛋白合成同步的实验的实验第19页，讲稿共5

8、0张，创作于星期三2023/4/420第20页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/421三、三、G2期：期：DNA损伤检查、分裂准备损伤检查、分裂准备 1.越过越过G2期检验点期检验点 2.RNA、蛋白质、蛋白质(如微管蛋白、染色质如微管蛋白、染色质凝集相关蛋白之成熟促进因子、凝集相关蛋白之成熟促进因子、M期期调控蛋白调控蛋白)合成合成（细胞的第二生长期）细胞的第二生长期）3.DNA含量含量4n第21页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/422四、四、M期：染色体分离、胞质分裂期：染色体分离、胞质分裂nDNA的精确分配的精确分配4n2n2n有丝分有丝分裂裂有丝分裂有丝分裂减数分裂减

9、数分裂第22页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/423第三节第三节 细胞周期的调控细胞周期的调控一、周期性基因表达是细胞周期的原动力一、周期性基因表达是细胞周期的原动力 cyclin-Cdk蛋白质磷酸化调控系统蛋白质磷酸化调控系统是细胞周期的引擎分子：是细胞周期的引擎分子：催化靶蛋白催化靶蛋白(如如 H1、H3、NHP如如RNA聚合酶聚合酶、lamin、其它骨架、其它骨架蛋白等蛋白等)的磷酸化，参与周期的调控。的磷酸化，参与周期的调控。其中，其中，G1期为期为cyclin D-Cdk4/6和和cyclin E-Cdk2 S期为期为cyclin A-Cdk2 G2/M期为期为cyclin

10、 A/B-Cdk1（p201）第23页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/424 周期蛋白周期蛋白(cyclin)：细胞周期中周期性合成和降解的蛋白细胞周期中周期性合成和降解的蛋白质，与质，与Cdk结合，促结合，促Cdk对靶蛋白的磷酸化，是复合对靶蛋白的磷酸化，是复合物的调节亚基。物的调节亚基。目前从酵母和各类动物中分离出的目前从酵母和各类动物中分离出的周期蛋白有周期蛋白有30余种，在脊椎动物中为余种，在脊椎动物中为A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。等。所有所有cyclin含保守的含保守的周期蛋周期蛋白框白框(cyclin box)。M期周期蛋白期周期蛋白(cyc

11、linA、B)有有降解降解盒盒(destruction box)，G1期周期蛋白期周期蛋白(cyclinC、D、E)有有PEST序列序列，与这些蛋白质的降解有关。，与这些蛋白质的降解有关。依赖周期蛋白的蛋白激酶依赖周期蛋白的蛋白激酶(cyclin dependent kinase，Cdk)：催化靶蛋白的磷酸化，为复合物的催化亚基。催化靶蛋白的磷酸化，为复合物的催化亚基。Cdk在动物中有在动物中有9种。各种种。各种Cdk以其以其激酶结构域激酶结构域与周与周期蛋白框结合。期蛋白框结合。第24页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/425第25页，讲稿共50张，创作于星期三cyclin-Cdk组

12、合组合的多样性与活性的周期性变化的多样性与活性的周期性变化第26页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/427HeLa细胞中细胞中cyclin的周期性表达的周期性表达第27页，讲稿共50张，创作于星期三第28页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/429 M期引擎分子：期引擎分子：cyclin B-Cdk1 (成熟或有丝分裂促进因子，成熟或有丝分裂促进因子，MPF)S期已开始合成期已开始合成 G2期达峰值期达峰值 M期后期期后期被降解被降解cyclin B（p201）第29页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/430(Cdk1)(Cdk1)第30页，讲稿共50张，创作于星期三20

13、23/4/431 MPF活性周期活性周期Cdk1激酶活性首先依赖于激酶活性首先依赖于cyclin B含量的积累。含量的积累。cyclin B的含量的含量达到一定值并与达到一定值并与Cdk1蛋白结合，同时在其他一些因素的调节下，蛋白结合，同时在其他一些因素的调节下，在在M期逐渐表现出最大激酶活性。期逐渐表现出最大激酶活性。第31页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/432MPF在在M期期的调节作用：的调节作用：启启动细胞从动细胞从G2期进入期进入M期的相期的相关事件。关事件。（p202）Cdk1激活激活APCRNA聚合酶聚合酶、核仁解体核仁解体染色体凝集染色体凝集核膜破裂核膜破裂纺锤体形成

14、纺锤体形成第32页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/433M期期cyclin的的降解盒降解盒(破坏框破坏框)与泛素化降解与泛素化降解（蛋白酶体）（蛋白酶体）（后期启动复合物）（后期启动复合物）二、细胞周期的清道夫二、细胞周期的清道夫周期性蛋白质的泛素化降解周期性蛋白质的泛素化降解多聚泛素链多聚泛素链（泛素）（泛素）第33页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/434n泛素（泛素（Ubiquitin，Ub）是一种高度保守的小蛋白（含）是一种高度保守的小蛋白（含76个氨基酸），普遍存在于真核细胞内。如人类和酵个氨基酸），普遍存在于真核细胞内。如人类和酵母的泛素有母的泛素有96%的相似性

15、。泛素共价地结合于底物蛋白质的相似性。泛素共价地结合于底物蛋白质的赖氨酸残基，被泛素标记的蛋白质将被的赖氨酸残基，被泛素标记的蛋白质将被蛋白酶体蛋白酶体特异性特异性地识别并迅速降解。地识别并迅速降解。nE1：泛素激活酶：泛素激活酶nE2：泛素结合酶：泛素结合酶nE3：泛素连接酶，泛素化的关键酶，包括：泛素连接酶，泛素化的关键酶，包括APC、SCF等。等。APC(后期启动复合物后期启动复合物)的活性变化是分裂中期的活性变化是分裂中期/后期后期转化的关键问题。转化的关键问题。SCF(蛋白酶解复合体蛋白酶解复合体)第34页，讲稿共50张，创作于星期三(A)SCF介导介导CKI(cdk抑制蛋白抑制蛋白

16、)的降的降解解；(B)APC介导介导M-cyclin的降解的降解。第35页，讲稿共50张，创作于星期三细胞周期运转到分裂中期后，细胞周期运转到分裂中期后，M期期周期蛋白周期蛋白A和和B迅速降解，迅速降解，Cdk1激酶激酶活性丧失，细胞周期便从活性丧失，细胞周期便从M期中期向期中期向后期转化。后期转化。S期周期蛋白期周期蛋白D和和E降解后，推动细胞降解后，推动细胞进入进入G2期。期。第36页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/437泛素是蛋白质降解标签。泛素是蛋白质降解标签。泛素化蛋白降解机制泛素化蛋白降解机制是细胞是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径，

17、是非溶酶体降解的普遍途径，是非溶酶体的蛋白质分解系统。的蛋白质分解系统。第37页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/438蛋白酶体：蛋白酶体：26S，一种巨型蛋，一种巨型蛋白质复合物，白质复合物，特异识别泛素特异识别泛素化的蛋白质并降解之，蛋白化的蛋白质并降解之，蛋白质被切割为约质被切割为约7-8个氨基酸长个氨基酸长的肽段；这些肽段可以被进一的肽段；这些肽段可以被进一步降解为单个氨基酸分子，然步降解为单个氨基酸分子，然后被用于合成新的蛋白质。后被用于合成新的蛋白质。2004年诺贝尔化学奖的获奖主题年诺贝尔化学奖的获奖主题是泛是泛素调节的蛋白质酶解过程的发现。三位素调节的蛋白质酶解过程的发

18、现。三位获奖者为阿龙获奖者为阿龙切哈诺沃、阿夫拉姆切哈诺沃、阿夫拉姆赫赫什科和欧文什科和欧文罗斯。罗斯。第38页，讲稿共50张，创作于星期三第39页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/440三、细胞周期的负调控三、细胞周期的负调控细胞至少可通过两种不同机制阻遏细胞周期的运转细胞至少可通过两种不同机制阻遏细胞周期的运转：Cdk抑制因子抑制因子(CKI)：主要通过与：主要通过与Cdk结合来抑制结合来抑制cyclin-Cdk复合物的装配或其活性，而将细胞阻止在不复合物的装配或其活性，而将细胞阻止在不同的检验点。同的检验点。根据根据CKI的分子质量，分别被命名为的分子质量，分别被命名为p15、p

19、16、p21、p27、p53等。这些蛋白质具有一定的同源等。这些蛋白质具有一定的同源性。性。周期调控系统组分停止合成，如周期调控系统组分停止合成，如G0细胞，大部分细胞，大部分cyclin和和Cdk都消失，这在多细胞生物尤其明显。都消失，这在多细胞生物尤其明显。（p199，200）第40页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/441CKI的抑制作用的抑制作用第41页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/442p21抑制抑制G1期期Cdk和和PCNA(DNA聚合酶聚合酶的的辅助因子辅助因子)第42页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/443np53基因：基因：属于抑癌基因，其产物主

20、要属于抑癌基因，其产物主要是细胞周期负调控因子，可抑制细胞的是细胞周期负调控因子，可抑制细胞的生长和分裂。位于人类染色体生长和分裂。位于人类染色体17p13，表达的表达的p53蛋白是一种入核蛋白，能阻蛋白是一种入核蛋白，能阻止止DNA损伤或突变的细胞通过损伤或突变的细胞通过DNA损损伤检验点，从而将细胞阻于伤检验点，从而将细胞阻于G1期，抑制期，抑制细胞增殖。作用方式之一为细胞增殖。作用方式之一为p53/p21联联合机制合机制。（p201，图，图15-11）第43页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/444p21主要对主要对G1期期Cdk起起抑制作用，还直接抑制抑制作用，还直接抑制DNA

21、复制。复制。DNA损伤导致细胞阻滞于损伤导致细胞阻滞于G1期的期的p53/p21机制机制DNA损伤通过一种间接机制损伤通过一种间接机制活化活化p53：正常细胞中，正常细胞中，p53高度不稳定且浓度很高度不稳定且浓度很低，这是由于低，这是由于p53与与Mdm2相互作用，相互作用，Mdm2作为泛作为泛素连接酶使素连接酶使p53成为蛋白酶成为蛋白酶破坏的靶蛋白。破坏的靶蛋白。DNA损伤损伤激活磷酸化激活磷酸化p53的蛋白激的蛋白激酶，降低它与酶，降低它与Mdm2的结的结合，使合，使 p53浓度增高，也增浓度增高，也增强了强了p53促进基因转录的能促进基因转录的能力。力。第44页，讲稿共50张，创作于

22、星期三2023/4/445 如果如果p53基因突变或缺失，等于失去了基因突变或缺失，等于失去了“分子警察分子警察”，DNA损伤引起的突变会导致细胞癌变。损伤引起的突变会导致细胞癌变。p53基因与周期负调控、细胞凋亡和癌变基因与周期负调控、细胞凋亡和癌变第45页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/446n甲状旁腺良性瘤、乙型肝炎病毒诱发的肝癌、乳腺癌、甲状旁腺良性瘤、乙型肝炎病毒诱发的肝癌、乳腺癌、淋巴细胞瘤和淋巴细胞瘤和cyclinA或或D等的过度表达有关。等的过度表达有关。ncyclinA与与HBV基因的一段有同源性，故基因的一段有同源性，故HBV 可可整合入整合入cyclinA 基因

23、，使其表达的嵌合蛋白缺乏基因，使其表达的嵌合蛋白缺乏cyclin的降解盒，而不能被降解，使的降解盒，而不能被降解，使cyclinA持久持久作用，促细胞恶性增殖。作用，促细胞恶性增殖。n原发性食道磷状细胞癌及家族性黑色素瘤中发现原发性食道磷状细胞癌及家族性黑色素瘤中发现INK4基因有移位、缺失，而它编码的基因有移位、缺失，而它编码的P16是是Cdk4/Cdk6的抑制蛋白。的抑制蛋白。第四节第四节 细胞周期与疾病细胞周期与疾病第46页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/447nAIDS病病毒病病毒HIV感染时，使感染时，使T细胞的细胞的Cdk1的酪氨酸残基过分磷酸化而失活，的酪氨酸残基过分磷

24、酸化而失活，并使并使cyclinB积累，造成细胞停留于积累，造成细胞停留于G2期而不能进入期而不能进入M期，最终导致细胞死期，最终导致细胞死亡。亡。第47页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/448细胞周期调控因子在肿瘤中的异常细胞周期调控因子在肿瘤中的异常第48页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/449（七）细胞周期复习题（七）细胞周期复习题n基本概念：细胞周期、细胞周期检验点、基本概念：细胞周期、细胞周期检验点、cyclin-Cdk复合物、复合物、CKI、蛋白质的泛素、蛋白质的泛素化降解化降解n根据细胞的增殖特性把细胞分为三类。根据细胞的增殖特性把细胞分为三类。n四个四个检验点。检验点。n细胞周期各时相的主要事件。细胞周期各时相的主要事件。nM期期cyclin-Cdk复合物复合物(MPF)的作用。的作用。np53基因与细胞周期调控、与细胞癌变。基因与细胞周期调控、与细胞癌变。第49页，讲稿共50张，创作于星期三2023/4/4感谢大家观看第50页，讲稿共50张，创作于星期三