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細胞增殖及調(diào)控 二 第一節(jié)減數(shù)分裂第二節(jié)細胞周期調(diào)控 第一節(jié)減數(shù)分裂 Meiosis 一 減數(shù)分裂概念與過程二 減數(shù)分裂的意義三 減數(shù)分裂各時相及其主要事件四 脊椎動物配子發(fā)生過程 第二節(jié)細胞周期的調(diào)控 Cell CycleControl 一 細胞周期調(diào)控系統(tǒng)的主要作用二 細胞周期檢驗點 CellCycleCheckpoint 三 MPF 減數(shù)分裂概念與過程 概念 減數(shù)分裂是細胞僅進行一次DNA復制 隨后進行兩次分裂 染色體數(shù)目減半的一種特殊的有絲分裂減數(shù)分裂過程 減數(shù)分裂的意義 確保世代間遺傳的穩(wěn)定性 增加變異機會 確保生物的多樣性 增強生物適應環(huán)境變化的能力 減數(shù)分裂是生物有性生殖的基礎 是生物遺傳 生物進化和生物多樣性的重要基礎保證 減數(shù)分裂各時相及其主要事件 間期中S期持續(xù)時間較長第一次減數(shù)分裂前期I分為細線期 偶線期 粗線期 雙線期 終變期等五個階段中期I同源染色體配對排列在中期板上后期I時 同源染色體分開未期I后細胞可分為兩種類型第二次減數(shù)分裂 第二次減數(shù)分裂 也分為前 中 后 末四個時期 前期 歷時很短 染色體呈線狀 隨著紡錘體出現(xiàn) 核被膜破裂 其后中期 后期 和末期 通常很快相繼進行 與有絲分裂不同的是每個染色體只有1個拷貝 而不是兩個同源的 在末期 核被膜形成圍繞4個單倍體的核 形成四個單倍體細胞 完成整個減數(shù)分裂過程 細線期 染色質(zhì)凝集 但是兩條染色單體的臂并不分離 在細纖維樣的染色體上 出現(xiàn)顆粒狀的染色粒染色體端粒通過接觸斑與核膜相連 偶線期 偶線期同源染色體配對形成聯(lián)會復合體 SynaptonemalComplex SC 同源染色體配對的過程稱為聯(lián)會 合成在S期未合成的0 3 的DNA 偶線期DNA 即zDNA 粗線期 發(fā)生等位基因之間部分DNA片段的交換和重組合成一小部分DNA 稱為P DNA 這些DNA編碼一些與DNA點切和修復相關的酶類 合成減數(shù)分裂期專有的組蛋白 并將體細胞類型的組蛋白置換下來 雙線期 同源染色體相互分離 僅有幾入相互聯(lián)系同源染色體間遺傳物質(zhì)重組 產(chǎn)生新的基因組合 同源染色體或多或少地發(fā)生去凝集 RNA轉(zhuǎn)錄活躍 終變期 染色體凝集成棒狀結構 交叉向染色體臂的端部移行 這個過程稱為端化 減數(shù)分裂前S期與有絲分裂前S期長度比較 一 細胞周期調(diào)控系統(tǒng)的主要作用 1 正調(diào)控 在適當時候激活細胞周期各個時相的相關酶和蛋白 確保細胞周期向下一個階段進行 2 負調(diào)控 當細胞周期中出現(xiàn)異常時 負調(diào)控機制使細胞停滯在某個特定的時期 這種調(diào)節(jié)機制可確保每一時相事件的全部完成 3 對外界環(huán)境因子起反應 如多細胞生物對增殖信號的反應 二 細胞周期檢驗點 checkpoint 細胞周期檢驗點是細胞周期調(diào)控的一種機制 主要是確保周期每一時相事件的有序 全部完成并與外界環(huán)境因素相聯(lián)系細胞周期檢驗點及其作用 MPF Maturation promotingfactor 1 MPF發(fā)現(xiàn)過程中的重要事件2 周期蛋白3 CDK4 2001年NobelPrizeM P 2001年NobelPrizeM P授予在細胞周期關鍵調(diào)控因子中作出突出貢獻的三位科學家 L Hartwell 發(fā)現(xiàn)芽殖酵母中控制細胞周期的cdc28基因 并于1988年提出檢測點的概念P Nurse 發(fā)現(xiàn)裂殖酵母中控制細胞周期的cdc2基因 并提出了CDK的概念TimHunt 發(fā)現(xiàn)了細胞周期蛋白cyclin 周期蛋白 人們從不同生物中分離克隆出了數(shù)十種周期蛋白 這些周期蛋白不細胞內(nèi)表達的時期有所不同 G1期表達并起作用的稱為G1期周期蛋白 主要有E和D M期表達并起作用的稱為M期周期蛋白 主要有B和A 各種周期蛋白之間的共性 1 含有一段保守序列 稱為周期蛋白框 這一序列是它和催化亞基結合的位點 2 A和B在N端具有破壞框 其余分子在C端具有PEST序列 這些均與周期蛋白的降解相關 CDK 人們從不同物種成功分離到了十多個cdc相關基因 它們編碼的產(chǎn)物共同之處在于 含有一段類似的AA序列都可以與周期蛋白結合并將周期蛋白作為其調(diào)節(jié)亞單位 進而表現(xiàn)出蛋白激酶的活性 這些蛋白被稱為周期蛋白依賴性蛋白激酶 cyclin dependentkinase 簡稱CDK 由于cdc2是第一個發(fā)現(xiàn)的cdc蛋白 因此被命名為CDK1 在MPF的發(fā)現(xiàn)過程中的重要事件 Johnson和Rao進行的實驗及其發(fā)現(xiàn)Mausi利用爪蟾卵母細胞進行的實驗及MPF的提出Hartwell等人利用芽殖酵母進行的實驗及其發(fā)現(xiàn)P Nurse等人利用裂殖酵母進行的實驗及其發(fā)現(xiàn)TimHunt利用海膽卵細胞進行的實驗及其發(fā)現(xiàn)結論 Hartwell等利用芽殖酵母進行的實驗 實驗是利用溫度敏感的芽殖酵母為材料來進行的 在正常溫度下這些突變體可以正常分裂增殖 但是當溫度升高時就不能進行正常的分裂 這是由于在這些溫變突變體內(nèi)缺少某個特定的基因而引起的 這些基因是與細胞分裂和細胞周期調(diào)控有關的基因 稱為cdc celldiversioncycle 基因 在芽殖酵母中分離得到的cdc基因是cdc28 它的表達產(chǎn)物為p34cdc28 它是一種蛋白激酶 cdc28突變可使細胞停在G1 S交界處或G2 M交界處 Johnson和Rao進行的實驗及其發(fā)現(xiàn) 對間期的細胞進行同步化后進行細胞融合G1 SS G2G1 G2結論 在S期的細胞質(zhì)中存在有刺激G1期細胞進入S期的某種因子 定名為SPF 將處于間期不同時期的細胞與M期細胞進行融合 觀察到特異的提前凝集染色體PCC結論 在M期細胞中存在有誘導染色體凝集的因子 稱為M期促分裂因子 P Nurse利用裂殖酵母進行的實驗 他進行的實驗和Hartwell的實驗相似 只是實驗材料換成了裂殖酵母的溫度敏感的突變株 他從中分離得到了第一個cdc基因 cdc2 它的表達產(chǎn)物為p34cdc2 cdc2基因的突變可使細胞停在G2 M交界處 P34cdc2 或P34cdc28 必須與p56cdc13結合后才表現(xiàn)出激酶的活性 TimHunt利用海膽卵細胞進行的實驗 他在實驗中發(fā)現(xiàn) 在海膽的卵細胞中存在兩種特殊類型的蛋白質(zhì) 這兩種蛋白質(zhì)的含量隨細胞周期的進程變化而變化 這種蛋白質(zhì)被命名為細胞周期蛋白 cyclin 比較這幾個實驗得出的結論 MPF的p32亞基與酵母中的p34cdc2為同源產(chǎn)物 而MPF中的p45與p56cdc13和周期蛋白B是同源物 p32 p34cdc2 CDK 催化亞基 MPFp45 cyclin p56cdc13 調(diào)節(jié)亞基 MPF是一種使多種底物蛋白磷酸化的蛋白激酶 由M期Cyclin Cdk Cyclin dependentproteinkinase 形成的復合物 MPF CDK1 p34cdc2 cyclinB ExperimentaldemonstrationofthecoordinatedSynthesisofDNAandhitones a ElectronmicrographofSCofhumanpachytenebivalent K kinetochore arrow recombinationnodules b SchematicdiagramofSC c ElectronmicrographofSCaftertreatmentwithDNasetoremovechromasomalfibers Visibleevidenceofcrossingover 人M期細胞與袋鼠 Pt