生物細(xì)胞第十三章細(xì)胞周期ppt課件

1、http:/ CELL CYCLE 細(xì)胞增殖是生命的根本特征。 初生嬰兒1012個細(xì)胞，成人1014個，約200種類型。 成人每秒鐘有數(shù)百萬新細(xì)胞產(chǎn)生。 一個大腸桿菌假設(shè)按20分鐘分裂一次，并堅持這一速度，那么兩天即可超越地球的分量。http:/ 第一節(jié) 根本概念MAJOR CONCEPTS一、什么是細(xì)胞周期 細(xì)胞分裂終了到下一次細(xì)胞分裂終了所閱歷的過程。分為： G1期(gap1)，分裂完成到DNA復(fù)制之前。 S期(synthesis phase)，DNA復(fù)制階段。 G2期(gap2)，DNA復(fù)制完成到分裂之前。 M期，又稱D期，分裂開場到終了。Eucaryotic Cell Cycle A

2、typical mammalian cell has a cell cycle time of 24 hours, with 12 hr G1, 6-8 hr S, 3-4 hr G2, and 1 hr M 根據(jù)細(xì)胞周期可將高等動物細(xì)胞分為3類： 延續(xù)分裂細(xì)胞，如表皮生發(fā)層、骨髓干細(xì)胞。 休眠細(xì)胞，暫不分裂，適當(dāng)刺激下可重新進入細(xì)胞周期，稱G0期細(xì)胞，如淋巴細(xì)胞、肝、腎細(xì)胞等。 不分裂細(xì)胞，又稱終端細(xì)胞，不再分裂，如神經(jīng)、肌肉、多形核細(xì)胞等。二、細(xì)胞周期時間的測定 G1期差別較大，M期最短，約0.54.5小時。 周期長短與物種/細(xì)胞類型有關(guān)。 測定方法：標(biāo)志有絲分裂百分率法PLM，用3H T

3、DR對測定細(xì)胞脈沖標(biāo)志、定時取材，經(jīng)過統(tǒng)計標(biāo)志有絲分裂細(xì)胞百分?jǐn)?shù)來測定細(xì)胞周期。50100TG20TMTsTcTG2 +1/2TMTPLM常以TG2+1/2TM-TG2的方式求出TM三、細(xì)胞同步化 一自然同步化 1. 多核體：粘菌、瘧原蟲。 2 . 水生動物受精卵：海膽、兩棲類。 3. 增殖抑制解除后的同步分裂：真菌休眠孢子。二人工同步化 1. 選擇同步化 1有絲分裂選擇法 優(yōu)點：操作簡單，同步化程度高，細(xì)胞不受藥物損傷。 缺陷：獲得的細(xì)胞數(shù)量較少分裂細(xì)胞約占1%2% 。 2細(xì)胞沉降分別法 優(yōu)點：可用于任何懸浮培育的細(xì)胞。 缺陷：同步化程度較低。 2. 誘導(dǎo)同步化 1DNA合成阻斷法：用DNA

4、合成抑制劑，可逆阻斷細(xì)胞周期，然后釋放。常用TDR雙阻斷法。 優(yōu)點：同步化程度高； 缺陷：產(chǎn)生非平衡生長，個別細(xì)胞體積增大。 2中期阻斷法 用秋水仙素等微管抑制劑將細(xì)胞阻斷在中期。優(yōu)點是便于察看染色體，缺陷是可逆性較差。http:/ 第二節(jié) 有絲分裂MITOSIS一、細(xì)胞分裂的類型 無絲分裂：又稱直接分裂，由Remark1841發(fā)現(xiàn)于雞胚血細(xì)胞，不涉及紡錘體構(gòu)成及染色體變化 。 有絲分裂：又稱間接分裂，由Fleming (1882)和Strasburger(1880)發(fā)現(xiàn)。 減數(shù)分裂：DNA復(fù)制1次，細(xì)胞延續(xù)分裂2次。二、有絲分裂過程為了便于描畫人為的劃分為六個時期：間期interphase；

5、前期(prophase)；前中期(premetaphase)；中期(metaphase)；后期(anaphase)；末期(telophase)。間期包括G1期、S期和G2期，進展DNA、中心體復(fù)制，細(xì)胞體積增大等預(yù)備任務(wù)。一前期一前期染色質(zhì)凝縮，分裂極確立與紡錘體開場構(gòu)成，染色質(zhì)凝縮，分裂極確立與紡錘體開場構(gòu)成，核仁解體，核膜消逝。核仁解體，核膜消逝。 S期中心粒已完成復(fù)制，核膜解體時，中心粒已到達兩極，并構(gòu)成紡錘體。 紡錘體的三種微管構(gòu)造： 極體微管polar mt； 著絲點微管kinetochore mt； 星體微管astral mt。Two centrosomes, and their

6、forming radial arrays of astral microtubules separating on the surface of an early prophase newt lung cell nucleus. 圖片來自/圖片來自/二前中期二前中期從核膜解體到染色體陳列到赤道面上。從核膜解體到染色體陳列到赤道面上。三中期三中期染色體陳列到赤道面上。染色體陳列到赤道面上。四后期四后期指妹妹染色體單體分開并移向兩極的時期。指妹妹染色體單體分開并移向兩極的時期。分為后期分為后期A、后期、后期B兩個過程。兩個過程。

7、 Anaphase A: separation of the sister chromatids. Anaphase B: separation of the poles. 植物細(xì)胞有沒有后期B ？Microtubules and Motors in the spindle 五末期 從子染色體到達兩極，至構(gòu)成兩個新細(xì)胞為止的時期。涉及子核的構(gòu)成和胞質(zhì)分裂兩個方面。 末期核纖肽B去磷酸化，介導(dǎo)核膜重新裝配，同時染色體解聚縮，核仁出現(xiàn)和核膜重新構(gòu)成。 核分裂與胞質(zhì)分裂是相繼發(fā)生的，屬于兩個分別的過程，如： 大多數(shù)昆蟲的卵，核可進展多次分裂而無胞質(zhì)分裂，某些藻類的多核細(xì)胞可長達數(shù)尺，以后胞質(zhì)才分裂構(gòu)

8、成單核細(xì)胞。子核的構(gòu)成與胞質(zhì)分裂子核的構(gòu)成與胞質(zhì)分裂 動物的胞質(zhì)分裂經(jīng)過胞質(zhì)收縮環(huán)的收縮實現(xiàn)，收縮環(huán)由平行陳列的肌動蛋白組成。用細(xì)胞松弛素處置這一時期的細(xì)胞，會出現(xiàn)什么景象？Dividing Muscle Myoblast (primitive muscle cell) (SEM x8,000) 植物細(xì)胞末期近兩極處紡錘絲消逝，中間微管保管，構(gòu)成成膜體。 來自高爾基體囊泡沿微管轉(zhuǎn)運到成膜體中間。交融構(gòu)成細(xì)胞板，囊泡的內(nèi)含物構(gòu)成初生壁和中膠層，囊泡膜構(gòu)成質(zhì)膜，交融留下的管道構(gòu)成胞間連絲。 由延續(xù)兩次分裂構(gòu)成： 通常減數(shù)分裂I分別的是同源染色體，所以稱為異型分裂heterotypic divisi

9、on或減數(shù)分裂reductional division。 減數(shù)分裂II分別的是姊妹染色體，類似于有絲分裂，所以稱為同型分裂homotypic division或均等分裂equational division。 為了描畫方便將減數(shù)分裂分為不同時期。Concepts:Gametic meiosisSporic meiosisZygotic meiosis一、間期 稱 前 減 數(shù) 分 裂 間 期 或 前 減 數(shù) 分 裂 期(premeiosis)，也分為G1、S和G2期。 G2期是有絲分裂向減數(shù)分裂轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵時期。 S期時間較長，部分DNA約0.3%左右是在合線期合成的。二、分裂期 一減數(shù)分裂I 1

10、. 前期I 通常分為5個時期：leptotene ，zygotene ，pachytene，diplotene，diakinesis。 2 . 中期I 3 . 后期I：同源染色體隨機分向兩極，染色體重組，人類染色體重組概率有223個。 4 . 末期I 5 . 減數(shù)分裂間期。 二減數(shù)分裂II 可分為前、中、后、末四個四期，與有絲分裂類似。 一個精母細(xì)胞構(gòu)成4個精子；一個卵母細(xì)胞構(gòu)成一個卵子及2-3個極體。 Chromosome recombination 1Minimum number of gamete types = 2n , In humans, n = 23三、聯(lián)會復(fù)合體 SC由兩條同源

11、染色體沿縱軸構(gòu)成，外觀呈梯子狀。 SC協(xié)助交換的完成，SC上有重組節(jié)，是交換發(fā)生的部位。 SC主要由堿性蛋白質(zhì)和RNA組成，含有少量DNA。 SC構(gòu)成合線期，成熟于粗線期，消逝于雙線期。在細(xì)線期/合線期參與DNA合成抑制劑，那么抑制SC構(gòu)成。 http:/ 第四節(jié) 細(xì)胞周期調(diào)控CELL CYCLE CONTROL一、研討背景 1970s Rao等發(fā)現(xiàn)與M期細(xì)胞(Hela)交融的間期細(xì)胞染色體發(fā)生凝縮，稱為早熟凝集染色體。 G1期PCC為單線狀，因DNA未復(fù)制。 S期PCC為粉末狀，因DNA由多個部位開場復(fù)制。 G2期PCC為雙線染色體，闡明DNA復(fù)制已完成。 不同類的M期細(xì)胞也可誘導(dǎo)PCC產(chǎn)生

12、，闡明M期細(xì)胞具有促進間期細(xì)胞進展分裂的因子，即成熟促進因子( MPF)。prematurely condensed chromosome，PCCG1SG2 Hartwell 1960s, Nurse 1970s 分別以芽殖酵母和裂殖酵母為資料，利用溫度敏感突變株，發(fā)現(xiàn)許多與細(xì)胞分裂有關(guān)的基因( cdc)。如： 裂殖酵母cdc2、 芽殖酵母cdc28突變型在限制溫度下無法分裂； wee1突變型那么提早分裂，cdc25突變型細(xì)胞體積增大而不分裂； cdc2和cdc28都編碼34KD的蛋白激酶，促進細(xì)胞周期進展，weel和cdc25分別表現(xiàn)為抑制和促進cdc2的活性。 T. Hunt 1980s發(fā)

13、現(xiàn)海膽的卵裂過程中兩種蛋白質(zhì)的含量隨細(xì)胞周期振蕩，命名為cyclin A和B，其mRNA能誘導(dǎo)蛙卵成熟。 1988年Lohka將非洲爪蟾的MPF純化。經(jīng)鑒定MPF由32KD和45KD兩種蛋白組成，是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶。進一步的研討發(fā)現(xiàn)MPF=cdc2+clyclin BLeland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse 2001年10月8日美國人Leland Hartwell、英國人Paul Nurse、Timothy Hunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機理的研討而獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。 cdc2與細(xì)胞周期蛋白結(jié)合才具有激酶的活性，故名

14、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)。 cdc2又稱CDK1，可將特定蛋白磷酸化，如： 將核纖肽磷酸化導(dǎo)致核纖層解體、核膜消逝； 將H1磷酸化導(dǎo)致染色體的凝縮等。 在動物中知7種CDK。均含PSTAIRE保守序列，與周期蛋白的結(jié)合有關(guān)。三、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子 CKI對細(xì)胞周期起負(fù)調(diào)控作用，分為： Ink4: 抑制cdk4cyclin D1, cdk6cyclin D1。 Kip：抑制大多數(shù)CDK。其中P21cip1還能與DNA聚合酶的輔助因子PCNA結(jié)合，直接抑制DNA的合成。 特點：在細(xì)胞周期中呈周期性變化。含有一段約100個氨基酸的保守序列，稱為周期蛋白框，介導(dǎo)與CDK結(jié)合。 作用

15、：激活和引導(dǎo)CDK作用于不同底物。 知30余種，分為4類：G1型、G1/S型、S型、M型。不同類型的CDK/cyclin復(fù)合體 *包括D1-3，各亞型cyclin D在不同細(xì)胞中的表達量不同，但具有一樣的效果。 G1期，在生長因子的刺激下，cyclin D表達，并與CDK4、CDK6結(jié)合，使下游的蛋白質(zhì)如Rb磷酸化，釋放轉(zhuǎn)錄因子E2F，促進許多基因的轉(zhuǎn)錄，如編碼cyclinE、A和CDK1的基因。 G1-S期，cyclinE與CDK2結(jié)合，激活DNA復(fù)制。 G2-M期，cyclinA、cyclinB與CDK1結(jié)合，CDK1引起染色體凝縮、核膜解體等。 G1 CDK activate trans

16、cription factor E2FCELL CYCLE REGULATION 中期當(dāng)MPF活性到達最高時，激活A(yù)PC，經(jīng)過泛素化途徑降解cyclin B，完成細(xì)胞周期。 分裂期周期蛋白N端具有降解盒。 泛素由76個氨基酸組成，高度保守。共價結(jié)合泛素的蛋白能被蛋白酶體識別和降解，是細(xì)胞內(nèi)短壽命蛋白和異常蛋白降解的普遍途徑。Destruction Box in Cyclins26S蛋白酶體是大型的蛋白酶，可將泛素化的蛋白質(zhì)分解成短肽。 M期CDK的激活起始于分裂期cyclin的積累。 結(jié)合cyclin B的CDK1被Wee1將Thr14和Tyr15磷酸化而不具有活性，使CDK/cyclin不斷

17、積累。 在M期，Wee1的活性下降，cdc25使CDK去磷酸化，去除了CDK活化的妨礙。 CDK的激活需求Thr161的磷酸化，它是在CDK激酶(CDK activating kinase CAK)的作用下完成的。 五、M期CDK的激活六、細(xì)胞周期檢驗點check point 組成：感受器、信號傳導(dǎo)通路、效應(yīng)器。 主要檢驗點： G1/S檢驗點：DNA能否損傷？細(xì)胞外環(huán)境能否適宜？細(xì)胞體積能否足夠大？在酵母中稱start點，在哺乳動物中稱R點(restriction point)。 S期檢驗點：DNA復(fù)制能否完成？ G2/M檢驗點：DNA能否損傷？細(xì)胞體積能否足夠大？ 中-后期檢驗點：紡錘體組裝檢驗點。 ATMataxia telangiectasia-mutated gene 最早發(fā)現(xiàn)于毛細(xì)血管擴張性共濟失調(diào)癥患者，人類中大約有1%的人是ATM缺失的雜合子，表現(xiàn)出對電離輻射敏感和易患癌癥。 ATM編碼一個蛋白激酶，結(jié)合在損傷的DNA上，其信號通路有兩條。 激活Chk1checkpoint kinase, 使