第章-細胞周期與胞質分裂張文舉PPT課件

.,1,細胞周期,細胞通過分裂形成的新細胞必須與親代細胞具有相似的遺傳性；細胞分裂的前提是遺傳物質的復制、各種細胞器及生物大分子的倍增與細胞體積的增大；通過分裂，將復制的遺傳物質均等分配到兩個子細胞中，保證遺傳的穩(wěn)定。,.,2,細胞周期的時相,分裂期（M期）間期新細胞的生長期,核分裂胞質分裂,G1期（gap1）:不同細胞時間變化較大S期（synthetic）：合成期G2期（gap2）,.,3,細胞周期的時間,正常情況下，完整的細胞周期應該沿著G1SG2M期的路線運轉；一般認為，S+G2+M的時間變化較小，而G1的持續(xù)時間差異很大；細胞周期的長度主要取決于G1期的長短,不同的細胞G1期時間差別較大,.,4,不同分裂狀態(tài)的細胞,持續(xù)分裂細胞：在細胞周期中持續(xù)運轉，使機體內組織不斷更新；性細胞；造血干細胞；上皮基底層細胞；植物根尖細胞終端分化細胞：永久失去分裂能力的細胞；往往是高度特化的細胞紅細胞；神經(jīng)細胞；白細胞，肌細胞等G0細胞：休眠細胞，暫時脫離細胞周期，在某些條件下可以誘導重新開始合成DNA，進入細胞周期；成熟肝細胞，淋巴細胞等,.,5,各時相的合成活動,G1期：合成前期，有絲分裂完成到DNA復制前合成rRNA，蛋白質，脂類和糖類G1后期，DNA合成酶活性增加G1進入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復制所需的酶合成不同序列組成的DNA復制順序不同常染色質先合成，異染色質后合成能轉錄的DNA復制在先，不能轉錄的在后GC含量高的先合成，AT高的后合成,.,6,G2期DNA合成的后期為有絲分裂做準備主要合成ATP，RNA，蛋白質，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胞,.,7,周期中細胞形態(tài)結構的變化,細胞形態(tài)的變化細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期細胞逐漸鼓起來，變成球形細胞內部結構的變化最大的變化是染色質結構的變化S期，染色質呈松散的狀態(tài)，進行DNA的半保留復制；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胞表面微絨毛形成，與細胞骨架的肌動蛋白纖維有關,.,8,細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；內質網(wǎng)，高爾基體等生長并斷裂成片段，增加均等分配的機會,.,9,細胞周期的調控,細胞周期中的基本事件，如DNA復制、有絲分裂、胞質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行調控,.,10,細胞周期調控研究的歷史進程,細胞周期控制系統(tǒng)是一個典型的生化控制裝置，由一套相互作用的蛋白質組成，這些蛋白質的相互作用，調控了細胞周期的進程。細胞融合實驗促成熟因子的發(fā)現(xiàn),.,11,細胞融合實驗1,DNA復制受什么控制？G1-S轉變受什么控制？,染色體凝聚受什么控制？,.,12,細胞融合實驗2,G1期(Hela)與S期(kangarooPtK2)融合,G1期細胞質開始了DNA復制,S期中含有誘導G1-S的因子,細胞融合實驗現(xiàn)象說明問題,M期與其他階段融合,M期誘導其他期細胞的染色質凝聚,M期中含有使松散狀態(tài)的染色質凝聚的因子（細胞周期調節(jié)因子）,研究細胞質中是否有影響細胞周期活動的調節(jié)因子運用不同細胞周期的同步化細胞進行融合,.,13,促成熟因子的發(fā)現(xiàn),用非洲爪蟾的卵母細胞作為研究對象處于G2期，如果受到促分裂活性物質的誘導，則進入M期；發(fā)現(xiàn)將M期的細胞質注射進卵母細胞誘導進入M期，表明M期促進因子（MPF，促成熟因子）的存在,.,14,MPF（促成熟因子）,二聚體，細胞周期蛋白-CDK復合物CDK：蛋白激酶（依賴細胞周期蛋白的絲蘇氨酸激酶）細胞周期蛋白（cyclin）：濃度在細胞周期中呈周期性變化,.,15,破壞框,多遍在蛋白化（泛素化）,細胞周期蛋白為什么會周期性的減少？被遍在蛋白（泛素）介導的蛋白質降解途徑所降解通過N端的破壞框（相當于泛素的識別標簽）進行泛素化，進而被蛋白酶體識別并降解E1,E2,E3復合物負責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，促后期復合物）：將泛素連接到蛋白上,細胞周期蛋白的降解促使細胞退出有絲分裂,間期M期間期,.,16,蛋白質降解機器,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,.,17,細胞周期蛋白水平的調節(jié),當MPF活性高時，APC（E3）被激活，泛素化周期蛋白，進而導致細胞周期蛋白B被降解，隨后MPF活性降低，進入有絲分裂末期；胞質分裂后，細胞周期蛋白B在間期合成，APC的活性保持到G1期的后期，細胞周期蛋白與CDK失活。,間期,分裂期,細胞周期蛋白水平受到泛素化蛋白質降解途徑的調節(jié),.,18,真核生物細胞周期調控的一般模型,三種CDK復合物調控細胞周期的進程通過磷酸化作用使某些組分失活或激活,G1期合成，在DNA復制起點處裝配,開始被抑制，在DNA合成完成后被激活,.,19,細胞周期調控的特點,蛋白質降解起到重要調控作用，保證了細胞周期的方向性；高等生物中，細胞周期的調控主要調節(jié)G1-CDK復合物的合成和活性通過調控催化亞基的磷酸化狀態(tài)來調節(jié)；促分裂原誘導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,.,20,細胞周期的關卡,細胞周期的運轉有序，是基因（細胞分裂周期基因）有序表達的結果；基因表達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損傷未修復前不能進入S期；S期DNA合成未完成不能進入M期；M期紡錘體和染色體組裝不正常則不能進入后期,.,21,3個主要關卡,在每一個關卡，細胞的狀態(tài)和環(huán)境決定了細胞是否通過此關卡進入下一個步驟；G1關卡新生細胞生長是否足夠大、內部環(huán)境（rRNA合成和蛋白質合成）是否合適G2關卡DNA復制是否正確、完全，細胞是否夠大中期關卡染色體是否完全分離,.,22,P53調控細胞周期,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修復為止；作用機制正常情況下，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轉錄，P21通過與靶蛋白的結合抑制CDK和PCNA（控制DNA復制）的活性，細胞被阻止在G1期,.,23,MPF的作用機制,MPF的一個亞基是周期蛋白依賴的蛋白激酶，因此，其作用機制必然為將某些特異的蛋白質磷酸化的結果；蛋白的磷酸化/去磷酸化與染色質的凝聚與去凝聚、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系。,.,24,MPF參與其他有絲分裂的事件,.,25,有絲分裂,細胞分裂的類型細胞分裂是細胞增殖的方式；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胞；減數(shù)分裂：產(chǎn)生在遺傳上有變異的單倍體細胞,.,26,有絲分裂,是指在細胞周期的M期（分裂期）進行的分裂活動；通過紡錘絲的形成和運動，把在S期復制好了的DNA平均分配到兩個子細胞，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；分為核分裂和胞質分裂兩個過程，一般在核分裂之后隨之發(fā)生質分裂,.,27,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，染色體解旋成細絲，重新出現(xiàn)核膜與核仁,.,28,胞質分裂與植物的細胞壁,除了染色體的分配，細胞中其他物質、包括膜、骨架、細胞器及可溶性的蛋白質通過胞質分裂進行分配；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；植物細胞：靠細胞內新細胞壁的形成,.,29,有絲分裂的機制,紡錘體微管的形成動力微管極微管星微管中心體的復制中心體循環(huán),.,30,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”,.,31,紡錘體微管運動機制,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，驅動動力蛋白的移動,.,32,紡錘體微管滑動假說,解釋后期B的力機制：極微管伸長產(chǎn)生重疊帶；極微管間通過發(fā)動機蛋白產(chǎn)生滑動，形成兩級分開的力，ATP可以誘導該過程；,.,33,胞質分裂的機制,肌動蛋白和肌球蛋白組成了胞質分裂的收縮環(huán)；MPF調控收縮環(huán)的機制有絲分裂早期，MPF活性高，磷酸化肌球蛋白的輕鏈，抑制其與肌動蛋白的結合；有絲分裂后期，周期蛋白B降解，MPF失活，去磷酸化，收縮機制被激活，形成收縮環(huán)；染色體分離到細胞兩級之后（此時M期的后期），通過胞質分裂形成2個子細胞,.,34,核的重建,核被膜的重建需要一些特異蛋白質的磷酸化，與MPF有關；細胞周期后期，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胞的核膜；核孔復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，散布在細胞質中的核蛋白通過定位信號經(jīng)核孔輸入進細胞核之中；染色體隨后解凝聚，新細胞開始它的生命周期。,.,35,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只復制一次,.,36,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前復制了一次，因此經(jīng)過減數(shù)分裂后導致染色體的數(shù)目減少一半。,.,37,第一次減數(shù)分裂,2個特點:1對同源染色體分開，進入子細胞，分開前，進行同源重組；同源染色體的分離是隨機的，染色體組發(fā)生重組合。,.,38,第二次減數(shù)分裂,.,39,遺傳重組及其機制,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,.,40,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）；交叉逐漸遠離著絲粒（交叉端化），此時交換已經(jīng)完成,.,41,染色體組的重組合,形成單倍體時染色體組的自由組合，形成不同于父母的新組合；生物界遺傳重組的主要方式；發(fā)生在減數(shù)分離I的中期I同源染色體在赤道板上排列之后，隨機分配,.,42,有絲分裂與減數(shù)分裂的比較,有絲分裂,減數(shù)分裂,體細胞的分裂一次