第十二章細胞周期與課件

第十一章細胞周期與細胞增殖●細胞周期●細胞周期同步化●細胞增殖●細胞周期的調控機制第十一章細胞周期與細胞增殖●細胞周期1第一節(jié)細胞周期●細胞周期概念及意義●細胞周期的測定●細胞周期的主要事件●其他細胞的細胞周期第一節(jié)細胞周期●細胞周期概念及意義2一、細胞周期的概念及意義細胞周期（CellCycle）◆概念：是指從上一次細胞分裂結束開始，到下一次細胞分裂結束為止，所經歷的一個有序過程。其間細胞遺傳物質和其他內含物分配給子細胞。◆細胞周期時相組成G1期(gap1)，指從有絲分裂完成到期DNA復制之前的間隙時間。S期(synthesisphase)，指DNA復制的時期。G2期(gap2)，指DNA復制完成到有絲分裂開始之前的一段時間。M期又稱D期(mitosisordivision)，細胞分裂開始到結束。一、細胞周期的概念及意義細胞周期（CellCycle）3EucaryoticCellCycle

Atypicalmammaliancellhasacellcycletimeof24hours,with12hrG1,6-8hrS,3-4hrG2,and1hrMEucaryoticCellCycleAtypica4◆根據細胞周期運轉的不同，可將多細胞動物的細胞分為三類：①周期中細胞：細胞持續(xù)分裂，細胞周期連續(xù)運轉。如表皮生發(fā)層細胞、部分骨髓細胞。②靜止期細胞：細胞暫離開細胞周期，不進行細胞分裂，但在適當的刺激下可重新進入細胞周期，稱G0期細胞，如淋巴細胞、肝、腎細胞等。③終端分化細胞：細胞分化程度很高，一旦成熟，則終生不再分裂的細胞，如神經、肌肉、多形核細胞等?！舾鶕毎芷谶\轉的不同，可將多細胞動物的細胞分為三類：5◆脈沖標記DNA復制和細胞分裂指數觀察測定法

對測定細胞進行脈沖標記、定時取材、利用放射自顯影技術顯示標記細胞，通過統(tǒng)計標記有絲分裂細胞百分數的辦法來測定細胞周期。放射標記物為3H或者14C標記的TdR。現在可以用BrdU（溴脫氧尿嘧啶）取代3H-TdR標記細胞，然后用抗BrdU抗體進行免疫細胞化學反應進行檢測?！袅魇郊毎麅x測定法(FlowCytometry)流式細胞儀可以監(jiān)測不同時間內細胞DNA含量變化，從而確定細胞周期的長短。二、細胞周期的測定◆脈沖標記DNA復制和細胞分裂指數觀察測定法二、細胞周期的6三、細胞周期的主要事件◆G1期與DNA合成啟動相關，開始合成細胞生長所需要的多種蛋白質、RNA、碳水化合物、脂等，同時染色質去凝集?！鬝期DNA復制與組蛋白合成同步，組成核小體串珠結構S期DNA合成不同步◆G2期DNA復制完成，在G2期合成一定數量的蛋白質和RNA分子◆M期

M期即細胞分裂期，真核細胞的細胞分裂主要包括兩種方式，即有絲分裂(mitosis)和減數分裂(meiosis)。遺傳物質和細胞內其他物質分配給子細胞。三、細胞周期的主要事件◆G1期與DNA合成啟動相關，開始7四、其他細胞的細胞周期

◆植物細胞的細胞周期◆酵母細胞的細胞周期◆細菌的細胞周期◆胚胎細胞的細胞周期四、其他細胞的細胞周期◆植物細胞的細胞周期8植物細胞的細胞周期植物細胞的細胞周期與動物細胞的標準細胞周期非常相似，含有G1期、S期、G2期和M期四個時期。植物細胞不含中心體，但在細胞分裂時可以正常組裝紡錘體。植物細胞以形成中板的形式進行胞質分裂植物細胞的細胞周期植物細胞的細胞周期與動物細胞的標準細胞周期9酵母細胞的細胞周期

酵母細胞的細胞周期與標準的細胞周期在時相和調控方面相似酵母細胞周期明顯特點:1.酵母細胞周期持續(xù)時間較短；2.封閉式細胞分裂，即細胞分裂時核膜不解聚；3.紡錘體位于細胞核內；4.在一定環(huán)境下，也進行有性繁殖酵母細胞的細胞周期酵母細胞的細胞周期與標準的細胞周期在時相10芽殖酵母buddingyeast

芽殖酵母buddingyeast11裂殖酵母Fissionyeast

裂殖酵母Fissionyeast12細菌的細胞周期慢生長細菌細胞周期過程與真核細胞周期過程有一定相似之處。其DNA復制之前的準備時間與G1期類似。分裂之前的準備時間與G2期類似。再加上S期和M期，細菌的細胞周期也基本具備四個時期細菌在快速生長情況下，如何協調快速分裂和最基本的DNA復制速度之間的矛盾細菌的細胞周期慢生長細菌細胞周期過程與真核細胞周期過程有一定13早期胚胎細胞的細胞周期細胞分裂快,無G1期,G2期非常短,S期也短(所有復制子都激活),以至認為僅含有S期和M期無須臨時合成其它物質子細胞在G1、G2期并不生長，越分裂體積越小細胞周期調控因子和調節(jié)機制與一般體細胞標準的細胞周期基本是一致的早期胚胎細胞的細胞周期細胞分裂快,無G1期,G2期非常短,14第十二章細胞周期與課件15第二節(jié)細胞周期同步化●

自然同步化

●人工選擇同步化●藥物誘導法第二節(jié)細胞周期同步化●自然同步化16一、自然同步化如有一種粘菌的變形體plasmodia，瘧原蟲增殖某些水生動物的受精卵：如海膽、海參、兩棲類抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠孢子移入適宜環(huán)境后，它們一起發(fā)芽，同步分裂。某些受精卵早期卵裂一、自然同步化如有一種粘菌的變形體plasmodia，瘧原蟲17二、人工選擇同步化有絲分裂選擇法：用于單層貼壁生長細胞。優(yōu)點是細胞未經任何藥物處理，細胞同步化效率高。缺點是分離的細胞數量少。密度梯度離心法：根據不同時期的細胞在體積和重量上存在差別進行分離。優(yōu)點是方法簡單省時，效率高，成本低。缺點是對大多數種類的細胞并不適用。二、人工選擇同步化有絲分裂選擇法：用于單層貼壁生長細胞。優(yōu)點18三、藥物誘導法DNA合成阻斷法─G1/S-TdR雙阻斷法：最終將細胞群阻斷于G1/S交界處。優(yōu)點是同步化效率高，幾乎適合于所有體外培養(yǎng)的細胞體系。缺點是誘導過程可造成細胞非均衡生長分裂中期阻斷法：通過抑制微管聚合來抑制細胞分裂器的形成，將細胞阻斷在細胞分裂中期。優(yōu)點是操作簡便，效率高。缺點是這些藥物的毒性相對較大三、藥物誘導法DNA合成阻斷法─G1/S-TdR雙阻斷法19第三節(jié)細胞的增殖●有絲分裂●有絲分裂機制●減數分裂第三節(jié)細胞的增殖●有絲分裂20一、有絲分裂為了便于描述人為的劃分為六個時期：前期(prophase)；前中期(premetaphase)；中期(metaphase)；后期(anaphase)；末期(telophase)；胞質分裂(cytokinesis)。一、有絲分裂為了便于描述人為的劃分為六個時期：21前期(prophase)◆標志前期開始的第一個特征是染色質開始濃縮(condensation)形成有絲分裂染色體(mitoticchromosome）◆第二個特征細胞骨架解聚，有絲分裂紡錘體(mitoticspindle)開始裝配◆Golgi體、ER等細胞器解體，形成小的膜泡◆中心體，在S期末，兩個中心粒在各自垂直的方向復制出一個中心粒，形成兩個中心體。當前期開始時，2個中心體移向細胞兩極，并同時組織微管生長，由兩極形成的微管通過微管結合蛋白在正極末端相連，最后形成有絲分裂紡錘體。前期(prophase)◆標志前期開始的第一個特征是染色質開22第十二章細胞周期與課件23第十二章細胞周期與課件24前中期(prometaphase)

◆核膜破裂成小的膜泡，這一過程是由核纖層蛋白中 特異的Ser殘基磷酸化導致核纖層解體 ◆紡錘體微管與染色體的動粒結合，捕捉住染色體,每個已復制的染色體有兩個動粒，朝向反方向，保證與兩極的微管結合；紡錘體微管捕捉住染色體后，形成三種類型的微管（動粒微管管、極性微管和星體微管）◆不斷運動的染色體開始移向赤道板。細胞周期也由前中期逐漸向中期運轉。前中期(prometaphase) ◆核膜破裂成小的膜泡，這25第十二章細胞周期與課件26中期(metaphase)◆所有染色體排列到赤道板(MetaphasePlate)上，標志著細胞分裂已進入中期?！艏忓N體典型化：位于染色體兩側的動粒微管長度相等，作用力均衡，許多極性微管在赤道區(qū)域互相搭橋?！魟恿７謩e朝向紡錘體兩極。中期(metaphase)◆所有染色體排列到赤道板(Meta27第十二章細胞周期與課件28后期(anaphase)

◆排列在赤道面上的染色體的姐妹染色單體分離產生向極運動，速度為1~2μm/min?！艉笃?anaphase)持續(xù)約數分鐘，大致可以劃分為連續(xù)的兩個階段：動粒微管去裝配變短，染色體產生兩極運動極間微管長度增加，兩極之間的距離逐漸拉長，介導染色體向極運動后期(anaphase)◆排列在赤道面上的染色體的姐妹染色29第十二章細胞周期與課件30第十二章細胞周期與課件31末期(telophase)◆染色單體到達兩極，即進入了末期（telophase）,到達兩極的染色單體開始去濃縮◆核膜開始重新組裝◆Golgi體和ER重新形成并生長◆核仁也開始重新組裝，RNA合成功能逐漸恢復,有絲分裂結束末期(telophase)◆染色單體到達兩極，即進入了末期（32第十二章細胞周期與課件33細胞胞質分裂動物細胞胞質分裂◆胞質分裂開始時，大量肌動蛋白和肌球蛋白在中體處組裝成微絲并相互組成微絲束，環(huán)繞細胞，稱為收縮環(huán)（contractilering)。收縮環(huán)收縮、收縮環(huán)處細胞膜融合并形成兩個子細胞。 ◆胞質分裂(cytokinesis)開始于細胞分裂后期，在赤道板周圍細胞表面下陷，形成環(huán)形縊縮，稱為分裂溝(furrow)。至分裂末期，分裂溝逐漸加深，最后兩個子細胞完全分開，分裂過程結束。分裂溝的位置與紡錘體極性微管和鈣離子濃度升高的變化有關植物細胞胞質分裂◆與動物細胞胞質分裂不同的是，植物細胞胞質分裂是因為在細胞內形成新的細胞膜和細胞壁而將細胞分開，而不是激動蛋白收縮環(huán)。細胞胞質分裂動物細胞胞質分裂34第十二章細胞周期與課件35二、有絲分裂機制

與有絲分裂有關的亞細胞結構：中心體、動粒與著絲粒、紡錘體。有絲分裂的核心問題是遺傳物質均等地分配給兩個子細胞。而這主要是靠紡錘體的形成、運動和解聚來完成的。二、有絲分裂機制與有絲分裂有關的亞細胞結構：中心體、動粒36中心體

·中心體結構:位于中央的中心粒和其周圍的無定型物質組成，兩個中心粒相互垂直排列?！ぶ行捏w復制周期

中心體 ·中心體結構:位于中央的中心粒和其周圍的無定型物質組37第十二章細胞周期與課件38紡錘體紡錘體是細胞分裂過程中出現的臨時結構，兩端為星體，中間由動粒微管和極性微管相聯。動粒微管一端與星體相連，一端與動粒相連。極性微管一端與星體相連，一端游離于紡錘體中部，且常在赤道板處相互搭橋。紡錘體紡錘體是細胞分裂過程中出現的臨時結構，兩端為星體，中間39第十二章細胞周期與課件40動粒與著絲粒

著絲粒：染色體的主縊痕部位的染色體。

動粒：附著于著絲粒，內側與著絲粒相互交織，外側與紡錘體微管附著。動粒與著絲粒著絲粒：染色體的主縊痕部位的染色體。41第十二章細胞周期與課件42染色體分離的兩個階段

染色體在紡錘體微管的作用下向極運動，彼此分離。此過程分為兩個：染色體的向極，伴隨動粒微管的縮短，通常稱為后期A；兩極分離的本身伴隨著極性微管的延長，稱為后期B。染色體分離的兩個階段染色體在紡錘體微管的作用下向極運動43第十二章細胞周期與課件44三、減數分裂◆減數分裂是細胞僅進行一次DNA復制，隨后進行兩次分裂，染色體數目減半的一種特殊的有絲分裂◆減數分裂意義：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。三、減數分裂◆減數分裂是細胞僅進行一次DNA復制，隨后進行兩45第十二章細胞周期與課件46減數分裂前間期：減數分裂前的細胞間期。間期也可分為G1期、S期和G2期。G2期是有絲分裂向減數分裂轉化的關鍵時期。減數分裂的S期時間較長，DNA不完全，部分（約0.3%左右）是在合線期合成的。一、減數分裂的過程減數分裂前間期：減數分裂前的細胞間期。一、減數分裂的過程47二、減數分裂過程（一）減數分裂I1、前期I減數分裂的特殊過程主要發(fā)生在前期I，通常分為5個時期：①細線期（leptotene），②合線期（zygotene），③粗線期（pachytene），④雙線期（diplotene），⑤終變期（diakinesis）。二、減數分裂過程（一）減數分裂I481）細線期：染色體呈細線狀，具有念珠狀的染色粒。2）合線期：亦稱偶線期，是同源染色體配對的時期。概念：聯會復合體(synaptonemalcomplex，SC）二價體（bivalent）四分體（tetrad）。這一時期合成約0.3%左右的DNA，稱為Z-DNA。3）粗線期：同源染色體的非姊妹染色單體間發(fā)生交換的時期。4）雙線期：聯會的同源染色體相互排斥、開始分離，交叉開始端化(terminalization)。聯會復合體消失。1）細線期：染色體呈細線狀，具有念珠狀的染色粒。49補充：植物細胞雙線期一般較短，許多動物卵細胞中雙線期停留的時間非常長。人的卵母細胞在五個月胎兒中已達雙線期，而一直到排卵都停在雙線期，排卵年齡大約在12-50歲之間。魚類、兩棲類、爬行類、鳥類以及無脊椎動物的昆蟲中，雙線期的二階體解螺旋而形成燈刷染色體，這一時期是卵黃積累的時期。

5）終變期：染色體重新凝集形成棒狀結構，交叉端化過程的進一步發(fā)展，核仁消失，核被膜解體。補充：植物細胞雙線期一般較短，許多動物卵細胞中雙線期停留的時502、中期I3、后期I二價體的兩條同源染色體分開，分別向兩極移動。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I5、減數分裂間期。（二）減數分裂II可分為前、中、后、末四個四期，與有絲分裂相似。一個精母細胞形成4個精子；一個卵母細胞形成一個卵子及2-3個極體。2、中期I51SC由兩條同源染色體沿縱軸形成，外觀呈梯子狀。SC幫助交換的完成，SC上有重組節(jié)(recombinationnodules)，是交換發(fā)生的部位。SC主要由堿性蛋白質和RNA組成，并含有少量DNA。SC形成合線期，成熟于粗線期，消失于雙線期。在細線期或合線期加入DNA合成抑制劑，則抑制SC的形成。三、聯會復合體與聯會SC由兩條同源染色體沿縱軸形成，外觀呈梯子狀。三、聯會復合體52第十二章細胞周期與課件53四、減數分裂過程中的DNA重組染色體組的重組合發(fā)生在減數分裂的中期I。由于染色體在赤道板上排列的隨機性，會出現自由組合重組染色體的交換與交叉發(fā)生在減數分裂的前期I。偶線期，同源染色體發(fā)生斷裂和重組，同源染色體間發(fā)生染色體的交換。出現交叉端化。四、減數分裂過程中的DNA重組染色體組的重組合54五、減數分裂類型配子減數分裂合子減數分裂孢子減數分裂五、減數分裂類型配子減數分裂55配子減數分裂

所有多細胞動物和很多原生生物的減數分裂發(fā)生在(生殖細胞）形成過程的最后兩次分裂，所以這類生物的減數分裂叫做配子減數分裂。在雄性脊椎動物中，一個精母細胞經過減數分裂形成4個精細胞，后者在經過一系列的變態(tài)發(fā)育，形成成熟的精子。在雌性脊椎動物中，一個卵母細胞經過減數分裂形成1個卵細胞和2-3個極體。

配子減數分裂所有多細胞動物和很多原生生56合子減數分裂

僅發(fā)生于某些原生生物真菌和很少的藻類。在受精后，合子發(fā)生減數分裂，產生單倍體的孢子，孢子通過有絲分裂形成單倍體的子代。由于這種減數分裂發(fā)生在有性生活史的開始，所以又稱為始端減數分裂。合子減數分裂僅發(fā)生于某些原生生物真菌和57孢子減數分裂

發(fā)生于所有高等植物和一些藻類。其特點是減數分裂和配子發(fā)生、受精作用沒有直接的關系，減數分裂的結果是形成單倍體的配子體（小孢子和大孢子）。小孢子再經過兩次有次分裂形成包含一個營養(yǎng)核和兩個雄配子（精子）的成熟花粉（雄配子體），大孢子經過三次有絲分裂形成胚囊（雌配子體），內含一個卵核、兩個極核、3個反足細胞和兩個助細胞。

孢子減數分裂發(fā)生于所有高等植物和一些藻類58Minimumnumberofgametetypes=2n,Inhumans,n=23Minimumnumberofgametetypes59第十二章細胞周期與課件60第十二章細胞周期與課件61第四節(jié)、細胞周期的調控機制

2001年10月8日美國人Leland

Hartwell、英國人PaulNurse、Timothy

Hunt因對細胞周期調控機理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學獎。

與細胞調控相關的分子

細胞周期運轉的調控第四節(jié)、細胞周期的調控機制262一、與細胞調控相關的分子MPF及其作用酵母中cdc基因的發(fā)現周期蛋白的發(fā)現及特性CDK激酶及其抑制物一、與細胞調控相關的分子MPF及其作用63MPF及其作用MPF：促成熟因子（maturationpromotingfactor）。與細胞的成熟和分裂有關，是由p32和p45兩種蛋白組成的蛋白激酶，而且只有當p32和p45結合后，MPF的激酶活性才能表現出來，引起與細胞周期運轉相關的蛋白底物磷酸化。MPF及其作用MPF：促成熟因子（maturationp64酵母中cdc基因的發(fā)現

cdk基因：細胞分裂周期(celldivisioncycle,cdk)基因。其表達產物是一些蛋白激酶、磷酸酶等。這些酶的活性變化將影響到細胞周期的變化，而這些酶活性的變化本身又受到許多內在和外在因素的立體調解。酵母中cdc基因的發(fā)現 cdk基因：細胞分裂周期(cel65周期蛋白的發(fā)現及特性特點：在細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，介導周期蛋白與CDK結合。作用：激活CDK（周期蛋白依賴性蛋白激酶），引導CDK作用于不同底物。已知30余種，如酵母的Cln1、Cln2、Cln3、Clb1~Clb6,高等動物中為A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。分為4類：G1期周期蛋白、G1/S期周期蛋白、S期周期蛋白、M期周期蛋白。M期周期蛋白的近N端含有一段由9個氨基酸組成的破壞框，破壞框后為一段由40個左右的氨基酸組成的賴氨酸富集區(qū)。破壞框主要參與由泛素介導的周期蛋白A和B的降解。G1期周期蛋白不含破壞框，但其C端含一段特殊的PEST序列，可能與G1期周期蛋白的更新有關。周期蛋白的發(fā)現及特性特點：在細胞周期中呈周期性變化。含有一段66CDK激酶及其抑制物CDK：周期蛋白依賴性蛋白激酶，不同的CDK激酶要求結合的周期蛋白不同，在細胞中執(zhí)行調節(jié)的功能也不同。結構特點：一、都含有一段類似的氨基酸序列，其中有一小段的序列相當保守，即PSTAIRE序列，此序列與周期蛋白結合有關。二、都能與周期蛋白結合，并將周期蛋白作為其調節(jié)亞基。CDK激酶抑制物：CDK激酶進行負調控的蛋白。包KIP/CIP家族和INK4家族。CDK激酶及其抑制物CDK：周期蛋白依賴性蛋白激酶，不同的C67二、細胞周期運轉的調控G1/S轉換G2/M轉換的調控機制分裂中期向后期的轉換與后促進因子二、細胞周期運轉的調控G1/S轉換68第十二章細胞周期與課件69G1/S轉換G1期，在生長因子的刺激下，cyclinD表達，并與CDK4、CDK6結合，使下游的蛋白質如Rb磷酸化，Rb釋放出轉錄因子E2F，促進許多基因的轉錄，如編碼cyclinE、A和CDK1的基因。G1-S期，cyclinE與CDK2結合，促進細胞進入S期。CyclinE的抗體能使細胞停滯于G1期。cyclinE-CDK2直接參與中心體的復制調控。在G2-M期，cyclinA與CDK2結合，CDK2使底物蛋白磷酸化、如將組蛋白H1磷酸化導致染色體凝縮，核纖層蛋白磷酸化使核膜解體。cyclinA-CDK2位于DNA復制中心，與DNA有關。G1/S轉換G1期，在生長因子的刺激下，cyclinD表達70DNA復制執(zhí)照因子學說

“DNA復制執(zhí)照因子學說”（DNAreplication-licensingfactortheory），20世紀80年代末，JulianBlow和Ronlaskey研究提出在細胞質內存在一種執(zhí)照因子，對細胞核染色體DNA復制發(fā)行“執(zhí)照”。在M期，細胞核膜破裂，細胞質中的執(zhí)照因子與染色質接觸并與之結合，使后者獲得DNA復制所必需的執(zhí)照。細胞通過G1期后進S期，DNA開始復制。隨后DNA復制，執(zhí)照信號不斷減弱直至消失。以后逐漸消失，不在進行復制。再等下一周期重復進行。執(zhí)照因子主要是Mcm蛋白（Minichromosomemaintenanceprotein）。Mcm蛋白共有6種，分別為Mcm2、Mcm3······Mcm7。在細胞中除去任何一種Mcm蛋白，都使細胞失去DNA復制的起始功能。DNA復制執(zhí)照因子學說“DNA復制執(zhí)照因子學說”（DNA71

DNA復制起始點的識別，是DNA復制調控中的重要事件之一?，F已發(fā)現，從酵母細胞到哺乳類細胞，均存在一種稱為復制起始點識別復合體（originrecognitioncomplex，ORC）的蛋白質。Orc含有6個亞單位，分別是Orc1、Orc2、Orc3、Orc4、Orc5和Orc6。Orc識別DNA復制起始點并與之結合，是DNA復制起始所必需的。Cdc6和Cdc45也是DNA復制所必須的調控因子

DNA復制起始點的識別，是DNA復制調控中的重要事件之72DNA復制延擱檢驗點Weel和Cdc25c共同作用，檢驗DNA的復制過程，參與DNA復制延擱檢驗點的調控，實現S/G2/M期的轉化DNA復制延擱檢驗點Weel和Cdc25c共同作用，檢驗73G2/M轉換的調控機制CDK1在細胞周期種含量穩(wěn)定，只有與cyclinB結合時才有活性周期蛋白B(cyclinB)同周期蛋白B的含量呈周期性變化，cyclinB一般在G1晚期合成，通過S期，期含量不斷增加，到達G2期，期含量達到最大。CDK1活性，也逐漸出現、增大，直到最大，維持到M期的中期階段。CDK1活化后使許多蛋白質磷酸化：組蛋白H1---染色體凝集，核纖層蛋白ABC--核纖層解聚，核仁蛋白---核仁解聚等等。G2/M轉換的調控機制CDK1在細胞周期種含量穩(wěn)定，只有與c74分裂中期向后期的轉換與后促進因子CyclinA、B是通過泛素途徑降解泛素是一個76個氨基酸組成的熱穩(wěn)定多肽，在進化種高度保守。APC介導選擇性降解的靶蛋白與Ubiquitin結，通過泛素依賴性途徑降解APC主要介導兩類蛋白降解:AnaphaseInhibitors和MitoticCyclin.前者維持姐妹染色單體粘連,抑制后期啟動；后者的降解意味著有絲分裂即將結束，即染色體開始去凝集，核膜重建。Cdc20和Mad2蛋白位于動粒上，在染色體結合有絲分裂紡錘體前將不能從動粒上釋放，由于Mad2與Cdc20結合而抑制APC的活性。所以只有所有染色體都與紡錘體結合后，APC才有活性，才啟動細胞向后期轉換。分裂中期向后期的轉換與后促進因子CyclinA、B是通過泛素75第十二章細胞周期與課件76

G1S G2/MCyclin-CdkCyclin-CdkCyclin-CdkBuddingYeastCLN1,2,3-CDC28CLB5,,(3,4)-CDC28CLB1,2(3,4)-CDC28FissionYeastCIG1-CDC2CIG2-CDC2CIG13-CDC2HigherEukaryotesCyclinD1,2,3-CDK4/6CyclinA-CDK2CyclinB-CDC2CyclinE1,2-CDK2G1SubstratesGrowthandMorphogenesisSSubstratesDNAReplicationG2/MSubstratesMitosis

77第十一章細胞周期與細胞增殖●細胞周期●細胞周期同步化●細胞增殖●細胞周期的調控機制第十一章細胞周期與細胞增殖●細胞周期78第一節(jié)細胞周期●細胞周期概念及意義●細胞周期的測定●細胞周期的主要事件●其他細胞的細胞周期第一節(jié)細胞周期●細胞周期概念及意義79一、細胞周期的概念及意義細胞周期（CellCycle）◆概念：是指從上一次細胞分裂結束開始，到下一次細胞分裂結束為止，所經歷的一個有序過程。其間細胞遺傳物質和其他內含物分配給子細胞?！艏毎芷跁r相組成G1期(gap1)，指從有絲分裂完成到期DNA復制之前的間隙時間。S期(synthesisphase)，指DNA復制的時期。G2期(gap2)，指DNA復制完成到有絲分裂開始之前的一段時間。M期又稱D期(mitosisordivision)，細胞分裂開始到結束。一、細胞周期的概念及意義細胞周期（CellCycle）80EucaryoticCellCycle

Atypicalmammaliancellhasacellcycletimeof24hours,with12hrG1,6-8hrS,3-4hrG2,and1hrMEucaryoticCellCycleAtypica81◆根據細胞周期運轉的不同，可將多細胞動物的細胞分為三類：①周期中細胞：細胞持續(xù)分裂，細胞周期連續(xù)運轉。如表皮生發(fā)層細胞、部分骨髓細胞。②靜止期細胞：細胞暫離開細胞周期，不進行細胞分裂，但在適當的刺激下可重新進入細胞周期，稱G0期細胞，如淋巴細胞、肝、腎細胞等。③終端分化細胞：細胞分化程度很高，一旦成熟，則終生不再分裂的細胞，如神經、肌肉、多形核細胞等?！舾鶕毎芷谶\轉的不同，可將多細胞動物的細胞分為三類：82◆脈沖標記DNA復制和細胞分裂指數觀察測定法

對測定細胞進行脈沖標記、定時取材、利用放射自顯影技術顯示標記細胞，通過統(tǒng)計標記有絲分裂細胞百分數的辦法來測定細胞周期。放射標記物為3H或者14C標記的TdR?，F在可以用BrdU（溴脫氧尿嘧啶）取代3H-TdR標記細胞，然后用抗BrdU抗體進行免疫細胞化學反應進行檢測?！袅魇郊毎麅x測定法(FlowCytometry)流式細胞儀可以監(jiān)測不同時間內細胞DNA含量變化，從而確定細胞周期的長短。二、細胞周期的測定◆脈沖標記DNA復制和細胞分裂指數觀察測定法二、細胞周期的83三、細胞周期的主要事件◆G1期與DNA合成啟動相關，開始合成細胞生長所需要的多種蛋白質、RNA、碳水化合物、脂等，同時染色質去凝集?！鬝期DNA復制與組蛋白合成同步，組成核小體串珠結構S期DNA合成不同步◆G2期DNA復制完成，在G2期合成一定數量的蛋白質和RNA分子◆M期

M期即細胞分裂期，真核細胞的細胞分裂主要包括兩種方式，即有絲分裂(mitosis)和減數分裂(meiosis)。遺傳物質和細胞內其他物質分配給子細胞。三、細胞周期的主要事件◆G1期與DNA合成啟動相關，開始84四、其他細胞的細胞周期

◆植物細胞的細胞周期◆酵母細胞的細胞周期◆細菌的細胞周期◆胚胎細胞的細胞周期四、其他細胞的細胞周期◆植物細胞的細胞周期85植物細胞的細胞周期植物細胞的細胞周期與動物細胞的標準細胞周期非常相似，含有G1期、S期、G2期和M期四個時期。植物細胞不含中心體，但在細胞分裂時可以正常組裝紡錘體。植物細胞以形成中板的形式進行胞質分裂植物細胞的細胞周期植物細胞的細胞周期與動物細胞的標準細胞周期86酵母細胞的細胞周期

酵母細胞的細胞周期與標準的細胞周期在時相和調控方面相似酵母細胞周期明顯特點:1.酵母細胞周期持續(xù)時間較短；2.封閉式細胞分裂，即細胞分裂時核膜不解聚；3.紡錘體位于細胞核內；4.在一定環(huán)境下，也進行有性繁殖酵母細胞的細胞周期酵母細胞的細胞周期與標準的細胞周期在時相87芽殖酵母buddingyeast

芽殖酵母buddingyeast88裂殖酵母Fissionyeast

裂殖酵母Fissionyeast89細菌的細胞周期慢生長細菌細胞周期過程與真核細胞周期過程有一定相似之處。其DNA復制之前的準備時間與G1期類似。分裂之前的準備時間與G2期類似。再加上S期和M期，細菌的細胞周期也基本具備四個時期細菌在快速生長情況下，如何協調快速分裂和最基本的DNA復制速度之間的矛盾細菌的細胞周期慢生長細菌細胞周期過程與真核細胞周期過程有一定90早期胚胎細胞的細胞周期細胞分裂快,無G1期,G2期非常短,S期也短(所有復制子都激活),以至認為僅含有S期和M期無須臨時合成其它物質子細胞在G1、G2期并不生長，越分裂體積越小細胞周期調控因子和調節(jié)機制與一般體細胞標準的細胞周期基本是一致的早期胚胎細胞的細胞周期細胞分裂快,無G1期,G2期非常短,91第十二章細胞周期與課件92第二節(jié)細胞周期同步化●

自然同步化

●人工選擇同步化●藥物誘導法第二節(jié)細胞周期同步化●自然同步化93一、自然同步化如有一種粘菌的變形體plasmodia，瘧原蟲增殖某些水生動物的受精卵：如海膽、海參、兩棲類抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠孢子移入適宜環(huán)境后，它們一起發(fā)芽，同步分裂。某些受精卵早期卵裂一、自然同步化如有一種粘菌的變形體plasmodia，瘧原蟲94二、人工選擇同步化有絲分裂選擇法：用于單層貼壁生長細胞。優(yōu)點是細胞未經任何藥物處理，細胞同步化效率高。缺點是分離的細胞數量少。密度梯度離心法：根據不同時期的細胞在體積和重量上存在差別進行分離。優(yōu)點是方法簡單省時，效率高，成本低。缺點是對大多數種類的細胞并不適用。二、人工選擇同步化有絲分裂選擇法：用于單層貼壁生長細胞。優(yōu)點95三、藥物誘導法DNA合成阻斷法─G1/S-TdR雙阻斷法：最終將細胞群阻斷于G1/S交界處。優(yōu)點是同步化效率高，幾乎適合于所有體外培養(yǎng)的細胞體系。缺點是誘導過程可造成細胞非均衡生長分裂中期阻斷法：通過抑制微管聚合來抑制細胞分裂器的形成，將細胞阻斷在細胞分裂中期。優(yōu)點是操作簡便，效率高。缺點是這些藥物的毒性相對較大三、藥物誘導法DNA合成阻斷法─G1/S-TdR雙阻斷法96第三節(jié)細胞的增殖●有絲分裂●有絲分裂機制●減數分裂第三節(jié)細胞的增殖●有絲分裂97一、有絲分裂為了便于描述人為的劃分為六個時期：前期(prophase)；前中期(premetaphase)；中期(metaphase)；后期(anaphase)；末期(telophase)；胞質分裂(cytokinesis)。一、有絲分裂為了便于描述人為的劃分為六個時期：98前期(prophase)◆標志前期開始的第一個特征是染色質開始濃縮(condensation)形成有絲分裂染色體(mitoticchromosome）◆第二個特征細胞骨架解聚，有絲分裂紡錘體(mitoticspindle)開始裝配◆Golgi體、ER等細胞器解體，形成小的膜泡◆中心體，在S期末，兩個中心粒在各自垂直的方向復制出一個中心粒，形成兩個中心體。當前期開始時，2個中心體移向細胞兩極，并同時組織微管生長，由兩極形成的微管通過微管結合蛋白在正極末端相連，最后形成有絲分裂紡錘體。前期(prophase)◆標志前期開始的第一個特征是染色質開99第十二章細胞周期與課件100第十二章細胞周期與課件101前中期(prometaphase)

◆核膜破裂成小的膜泡，這一過程是由核纖層蛋白中 特異的Ser殘基磷酸化導致核纖層解體 ◆紡錘體微管與染色體的動粒結合，捕捉住染色體,每個已復制的染色體有兩個動粒，朝向反方向，保證與兩極的微管結合；紡錘體微管捕捉住染色體后，形成三種類型的微管（動粒微管管、極性微管和星體微管）◆不斷運動的染色體開始移向赤道板。細胞周期也由前中期逐漸向中期運轉。前中期(prometaphase) ◆核膜破裂成小的膜泡，這102第十二章細胞周期與課件103中期(metaphase)◆所有染色體排列到赤道板(MetaphasePlate)上，標志著細胞分裂已進入中期?！艏忓N體典型化：位于染色體兩側的動粒微管長度相等，作用力均衡，許多極性微管在赤道區(qū)域互相搭橋?！魟恿７謩e朝向紡錘體兩極。中期(metaphase)◆所有染色體排列到赤道板(Meta104第十二章細胞周期與課件105后期(anaphase)

◆排列在赤道面上的染色體的姐妹染色單體分離產生向極運動，速度為1~2μm/min?！艉笃?anaphase)持續(xù)約數分鐘，大致可以劃分為連續(xù)的兩個階段：動粒微管去裝配變短，染色體產生兩極運動極間微管長度增加，兩極之間的距離逐漸拉長，介導染色體向極運動后期(anaphase)◆排列在赤道面上的染色體的姐妹染色106第十二章細胞周期與課件107第十二章細胞周期與課件108末期(telophase)◆染色單體到達兩極，即進入了末期（telophase）,到達兩極的染色單體開始去濃縮◆核膜開始重新組裝◆Golgi體和ER重新形成并生長◆核仁也開始重新組裝，RNA合成功能逐漸恢復,有絲分裂結束末期(telophase)◆染色單體到達兩極，即進入了末期（109第十二章細胞周期與課件110細胞胞質分裂動物細胞胞質分裂◆胞質分裂開始時，大量肌動蛋白和肌球蛋白在中體處組裝成微絲并相互組成微絲束，環(huán)繞細胞，稱為收縮環(huán)（contractilering)。收縮環(huán)收縮、收縮環(huán)處細胞膜融合并形成兩個子細胞。 ◆胞質分裂(cytokinesis)開始于細胞分裂后期，在赤道板周圍細胞表面下陷，形成環(huán)形縊縮，稱為分裂溝(furrow)。至分裂末期，分裂溝逐漸加深，最后兩個子細胞完全分開，分裂過程結束。分裂溝的位置與紡錘體極性微管和鈣離子濃度升高的變化有關植物細胞胞質分裂◆與動物細胞胞質分裂不同的是，植物細胞胞質分裂是因為在細胞內形成新的細胞膜和細胞壁而將細胞分開，而不是激動蛋白收縮環(huán)。細胞胞質分裂動物細胞胞質分裂111第十二章細胞周期與課件112二、有絲分裂機制

與有絲分裂有關的亞細胞結構：中心體、動粒與著絲粒、紡錘體。有絲分裂的核心問題是遺傳物質均等地分配給兩個子細胞。而這主要是靠紡錘體的形成、運動和解聚來完成的。二、有絲分裂機制與有絲分裂有關的亞細胞結構：中心體、動粒113中心體

·中心體結構:位于中央的中心粒和其周圍的無定型物質組成，兩個中心粒相互垂直排列。·中心體復制周期

中心體 ·中心體結構:位于中央的中心粒和其周圍的無定型物質組114第十二章細胞周期與課件115紡錘體紡錘體是細胞分裂過程中出現的臨時結構，兩端為星體，中間由動粒微管和極性微管相聯。動粒微管一端與星體相連，一端與動粒相連。極性微管一端與星體相連，一端游離于紡錘體中部，且常在赤道板處相互搭橋。紡錘體紡錘體是細胞分裂過程中出現的臨時結構，兩端為星體，中間116第十二章細胞周期與課件117動粒與著絲粒

著絲粒：染色體的主縊痕部位的染色體。

動粒：附著于著絲粒，內側與著絲粒相互交織，外側與紡錘體微管附著。動粒與著絲粒著絲粒：染色體的主縊痕部位的染色體。118第十二章細胞周期與課件119染色體分離的兩個階段

染色體在紡錘體微管的作用下向極運動，彼此分離。此過程分為兩個：染色體的向極，伴隨動粒微管的縮短，通常稱為后期A；兩極分離的本身伴隨著極性微管的延長，稱為后期B。染色體分離的兩個階段染色體在紡錘體微管的作用下向極運動120第十二章細胞周期與課件121三、減數分裂◆減數分裂是細胞僅進行一次DNA復制，隨后進行兩次分裂，染色體數目減半的一種特殊的有絲分裂◆減數分裂意義：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。三、減數分裂◆減數分裂是細胞僅進行一次DNA復制，隨后進行兩122第十二章細胞周期與課件123減數分裂前間期：減數分裂前的細胞間期。間期也可分為G1期、S期和G2期。G2期是有絲分裂向減數分裂轉化的關鍵時期。減數分裂的S期時間較長，DNA不完全，部分（約0.3%左右）是在合線期合成的。一、減數分裂的過程減數分裂前間期：減數分裂前的細胞間期。一、減數分裂的過程124二、減數分裂過程（一）減數分裂I1、前期I減數分裂的特殊過程主要發(fā)生在前期I，通常分為5個時期：①細線期（leptotene），②合線期（zygotene），③粗線期（pachytene），④雙線期（diplotene），⑤終變期（diakinesis）。二、減數分裂過程（一）減數分裂I1251）細線期：染色體呈細線狀，具有念珠狀的染色粒。2）合線期：亦稱偶線期，是同源染色體配對的時期。概念：聯會復合體(synaptonemalcomplex，SC）二價體（bivalent）四分體（tetrad）。這一時期合成約0.3%左右的DNA，稱為Z-DNA。3）粗線期：同源染色體的非姊妹染色單體間發(fā)生交換的時期。4）雙線期：聯會的同源染色體相互排斥、開始分離，交叉開始端化(terminalization)。聯會復合體消失。1）細線期：染色體呈細線狀，具有念珠狀的染色粒。126補充：植物細胞雙線期一般較短，許多動物卵細胞中雙線期停留的時間非常長。人的卵母細胞在五個月胎兒中已達雙線期，而一直到排卵都停在雙線期，排卵年齡大約在12-50歲之間。魚類、兩棲類、爬行類、鳥類以及無脊椎動物的昆蟲中，雙線期的二階體解螺旋而形成燈刷染色體，這一時期是卵黃積累的時期。

5）終變期：染色體重新凝集形成棒狀結構，交叉端化過程的進一步發(fā)展，核仁消失，核被膜解體。補充：植物細胞雙線期一般較短，許多動物卵細胞中雙線期停留的時1272、中期I3、后期I二價體的兩條同源染色體分開，分別向兩極移動。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I5、減數分裂間期。（二）減數分裂II可分為前、中、后、末四個四期，與有絲分裂相似。一個精母細胞形成4個精子；一個卵母細胞形成一個卵子及2-3個極體。2、中期I128SC由兩條同源染色體沿縱軸形成，外觀呈梯子狀。SC幫助交換的完成，SC上有重組節(jié)(recombinationnodules)，是交換發(fā)生的部位。SC主要由堿性蛋白質和RNA組成，并含有少量DNA。SC形成合線期，成熟于粗線期，消失于雙線期。在細線期或合線期加入DNA合成抑制劑，則抑制SC的形成。三、聯會復合體與聯會SC由兩條同源染色體沿縱軸形成，外觀呈梯子狀。三、聯會復合體129第十二章細胞周期與課件130四、減數分裂過程中的DNA重組染色體組的重組合發(fā)生在減數分裂的中期I。由于染色體在赤道板上排列的隨機性，會出現自由組合重組染色體的交換與交叉發(fā)生在減數分裂的前期I。偶線期，同源染色體發(fā)生斷裂和重組，同源染色體間發(fā)生染色體的交換。出現交叉端化。四、減數分裂過程中的DNA重組染色體組的重組合131五、減數分裂類型配子減數分裂合子減數分裂孢子減數分裂五、減數分裂類型配子減數分裂132配子減數分裂

所有多細胞動物和很多原生生物的減數分裂發(fā)生在(生殖細胞）形成過程的最后兩次分裂，所以這類生物的減數分裂叫做配子減數分裂。在雄性脊椎動物中，一個精母細胞經過減數分裂形成4個精細胞，后者在經過一系列的變態(tài)發(fā)育，形成成熟的精子。在雌性脊椎動物中，一個卵母細胞經過減數分裂形成1個卵細胞和2-3個極體。

配子減數分裂所有多細胞動物和很多原生生133合子減數分裂

僅發(fā)生于某些原生生物真菌和很少的藻類。在受精后，合子發(fā)生減數分裂，產生單倍體的孢子，孢子通過有絲分裂形成單倍體的子代。由于這種減數分裂發(fā)生在有性生活史的開始，所以又稱為始端減數分裂。合子減數分裂僅發(fā)生于某些原生生物真菌和134孢子減數分裂

發(fā)生于所有高等植物和一些藻類。其特點是減數分裂和配子發(fā)生、受精作用沒有直接的關系，減數分裂的結果是形成單倍體的配子體（小孢子和大孢子）。小孢子再經過兩次有次分裂形成包含一個營養(yǎng)核和兩個雄配子（精子）的成熟花粉（雄配子體），大孢子經過三次有絲分裂形成胚囊（雌配子體），內含一個卵核、兩個極核、3個反足細胞和兩個助細胞。

孢子減數分裂發(fā)生于所有高等植物和一些藻類135Minimumnumberofgametetypes=2n,Inhumans,n=23Minimumnumberofgametetypes136第十二章細胞周期與課件137第十二章細胞周期與課件138第四節(jié)、細胞周期的調控機制

2001年10月8日美國人Leland

Hartwell、英國人PaulNurse、Timothy

Hunt因對細胞周期調控機理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學獎。

與細胞調控相關的分子

細胞周期運轉的調控第四節(jié)、細胞周期的調控機制2139一、與細胞調控相關的分子MPF及其作用酵母中cdc基因的發(fā)現周期蛋白的發(fā)現及特性CDK激酶及其抑制物一、與細胞調控相關的分子MPF及其作用140MPF及其作用MPF：促成熟因子（maturationpromotingfactor）。與細胞的成熟和分裂有關，是由p32和p45兩種蛋白組成的蛋白激酶，而且只有當p32和p45結合后，MPF的激酶活性才能表現出來，引起與細胞周期運轉相關的蛋白底物磷酸化。MPF及其作用MPF：促成熟因子（maturationp141酵母中cdc基因的發(fā)現

cdk基因：細胞分裂周期(celldivisioncycle,cdk)基因。其表達產物是一些蛋白激酶、磷酸酶等。這些酶的活性變化將影響到細胞周期的變化，而這些酶活性的變化本身又受到許多內在和外在因素的立體調解。酵母中cdc基因的發(fā)現 cdk基因：細胞分裂周期(cel142周期蛋白的發(fā)現及特性特點：在細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，介導周期蛋白與CDK結合。作用：激活CDK（周期蛋白依賴性蛋白激酶），引導CDK作用于不同底物。已知30余種，如酵母的Cln1、Cln2、Cln3、Clb1~Clb6,高等動物中為A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。分為4類：G1期周期蛋白、G1/S期周期蛋白、S期周期蛋白、M期周期蛋白。M期周期蛋白的近N端含有一段由9個氨基酸組成的破壞框，破壞框后為一段由40個左右的氨基酸組成的賴氨酸富集區(qū)。破壞框主要參與由泛素介導的周期蛋白A和B的降解。G1期周期蛋白不含破壞框，但其C端含一段特殊的PEST序列，可能與G1期周期蛋白的更新有關。周期蛋白的發(fā)現及特性特點：在細胞周期中呈周期性變化。含有一段143CDK激酶及其抑制物CDK：周期蛋白依賴性蛋白激酶，不同的CDK激酶要求結合的周期蛋白不同，在細胞中執(zhí)行調節(jié)的功能也不同。結構特點：一、都含有一段類似的氨基酸序列，其中有一小段的序列相當保守，即PSTAIRE序列，此序列與周期蛋白結合有關。二、都能與周期蛋白結合，并將周期蛋白作為其調節(jié)亞基。CDK激酶抑制物：CDK激酶進行負調控的蛋白。包KIP/CIP家族和INK4家族。CDK激酶及其抑制物CDK：周期蛋白依賴性蛋白激酶，不同的C144二、細胞周期運轉的調控G1/S轉換G2/M轉換的調控機制分裂中期向后期的轉換與后促進因子二、細胞周期運轉的調控G1/S轉換145第十二章細胞周期與課件146G1/S轉換G1期，在生長因子的刺激下，cyclinD表達，并與CDK4、CDK6結合，使下游的蛋白質如Rb磷酸化，Rb釋放出轉錄因子E2F，促進許多基因的轉錄，如編碼cyclinE、A和CDK1的基因。G1-S期，cyclinE與CDK2結合，促進細胞進入S期。C