年競賽輔導(dǎo)細(xì)胞增殖及其調(diào)控

第十二章細(xì)胞增殖及其調(diào)控春發(fā)夏長秋收冬藏細(xì)胞增殖(cellproliferation)的意義第一節(jié)、細(xì)胞周期與細(xì)胞分裂第二節(jié)、細(xì)胞周期調(diào)控細(xì)胞增殖的意義細(xì)胞增殖是細(xì)胞生命活動(dòng)的重要特征之一,是生物繁育的基礎(chǔ)。單細(xì)胞生物細(xì)胞增殖導(dǎo)致生物個(gè)體數(shù)量的增加。多細(xì)胞生物由一個(gè)單細(xì)胞(受精卵)分裂發(fā)育而來，細(xì)胞增殖是多細(xì)胞生物繁殖基礎(chǔ)。成體生物仍然需要細(xì)胞增殖，主要取代衰老死亡的細(xì)胞，維持個(gè)體細(xì)胞數(shù)量的相對(duì)平衡和機(jī)體的正常功能。機(jī)體創(chuàng)傷愈合、組織再生、病理組織修復(fù)等，都要依賴細(xì)胞增殖。（五）人的發(fā)育

生命之吻--只有一名幸運(yùn)者受精后第三星期。小小的胚胎才2毫米，但它已具備發(fā)育成全身各個(gè)器官的原始結(jié)構(gòu)。第四星期的胚胎。6毫米長的小生命已經(jīng)出現(xiàn)腦、脊柱、心臟和肝臟了。

第五個(gè)半星期的胚胎。已長到了14毫米，有眼睛有鼻子，還有小嘴巴，盡管它們還只是雛形。第六星期的胚胎。皮膚下面直直的脊柱挺起來了，肌肉、肋骨已長出，一些腺體已開始形成，手指也初步長出。第八星期的胚胎。長達(dá)4厘米，幾乎所有的器官已就位，腦袋中，腦神經(jīng)細(xì)胞已大量形成。初生嬰兒有1012個(gè)細(xì)胞，成人1014個(gè)，約200種類型。第一節(jié)細(xì)胞周期與細(xì)胞分裂一、細(xì)胞周期(cellcycle)概述二、有絲分裂(mitosis)三、減數(shù)分裂(Meiosis)

第二節(jié)細(xì)胞周期的調(diào)控

(Cell-CycleControl)一、細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的主要作用二、細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)三、MPF四、細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)控五、細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)的阻遏(細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)調(diào)控)一、細(xì)胞周期概述細(xì)胞周期細(xì)胞周期中各個(gè)不同時(shí)相及其主要事件細(xì)胞周期長短測定細(xì)胞周期同步化特異的細(xì)胞周期二、有絲分裂一、有絲分裂過程

前期(prophase)前中期(prometaphase)

中期(metaphase)后期(anaphase)

末期(telophase)胞質(zhì)分裂期(cytokinesis)二、與有絲分裂直接相關(guān)的亞細(xì)胞器結(jié)構(gòu)

中心體

動(dòng)粒與著絲粒

紡綞體三、有絲分裂過程中染色體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力機(jī)制染色體整列染色體分離中心體是高等動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)與微管裝配和細(xì)胞分裂密切相關(guān)的細(xì)胞器。中心體一般由一對(duì)位于中央的中心粒和其周圍的無定型物質(zhì)構(gòu)成。中心體在細(xì)胞周期過程中也要進(jìn)行復(fù)制，并經(jīng)歷一系列的發(fā)育過程，稱為中心體周期。動(dòng)粒稱為著絲點(diǎn)，是附于著絲粒上的一種細(xì)胞結(jié)構(gòu)。著絲粒是指染色體主縊痕部位的染色質(zhì)。目前已分離了幾種動(dòng)粒蛋白成分。CENP-E是一種驅(qū)動(dòng)蛋白，定位于動(dòng)粒外層表面的冠上。CENP-E被認(rèn)為在促使與染色體與來自兩極的微管相聯(lián)結(jié)過程中起重要作用。紡綞體是細(xì)胞分裂過程中的一種與染色體分離直接相關(guān)的細(xì)胞裝置。高等細(xì)胞的紡綞體呈紡綞狀，主要由微管和微管結(jié)合蛋白組成。紡綞體的兩端為星體。胞質(zhì)分裂(Cytokinesis)動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂植物細(xì)胞胞質(zhì)分裂四、減數(shù)分裂(Meiosis)減數(shù)分裂概念與過程減數(shù)分裂的意義減數(shù)分裂各時(shí)相及其主要事件脊椎動(dòng)物配子發(fā)生過程細(xì)胞周期細(xì)胞周期：連續(xù)分裂的細(xì)胞從一次分裂結(jié)束到下一次分裂完成所經(jīng)歷的一個(gè)有序過程。細(xì)胞周期時(shí)相組成細(xì)胞周期時(shí)間根據(jù)增殖狀況，細(xì)胞分類三類細(xì)胞周期時(shí)相組成間期(interphase):G1期，S期，G2期M期:有絲分裂期(Mitosis)，胞質(zhì)分裂期(Cytokinesis)

細(xì)胞沿著G1→S→G2→M→G1周期性運(yùn)轉(zhuǎn)，在間期細(xì)胞體積增大(生長)，在M期細(xì)胞先是核分裂，接著胞質(zhì)分裂，完成一個(gè)細(xì)胞周期。細(xì)胞周期時(shí)間不同細(xì)胞的細(xì)胞周期時(shí)間差異很大；S+G2+M的時(shí)間變化較小，細(xì)胞周期時(shí)間長短主要差別在G1期。根據(jù)增殖狀況，細(xì)胞分類三類周期中細(xì)胞(cyclingcell)(上皮組織的基底層細(xì)胞等)靜止期細(xì)胞(G0期細(xì)胞)(淋巴細(xì)胞、肝、腎細(xì)胞等)有些細(xì)胞會(huì)暫時(shí)離開細(xì)胞周期，停止細(xì)胞分裂，但受到適當(dāng)剌激時(shí)又可重新進(jìn)入細(xì)胞周期的細(xì)胞稱為G0期細(xì)胞。終末分化細(xì)胞(神經(jīng)、肌肉、多形核細(xì)胞等)體內(nèi)的某些細(xì)胞由于分化程度很高，一經(jīng)形成終生不再分裂。

G0期細(xì)胞和終末分化細(xì)胞的界限有時(shí)難以劃分，有的細(xì)胞過去認(rèn)為屬于終末分化細(xì)胞，目前可能被認(rèn)為是G0期細(xì)胞。在細(xì)胞社會(huì)中，有些細(xì)胞可能會(huì)持續(xù)分裂，即細(xì)胞周期持續(xù)運(yùn)作。這些細(xì)胞稱為周期中細(xì)胞。如上皮組織的基底層細(xì)胞。細(xì)胞周期中不同時(shí)相及其主要事件◆G1期◆S期◆G2期◆M

期G1期與DNA合成啟動(dòng)相關(guān)，開始合成細(xì)胞生長所需要的多種蛋白質(zhì)、RNA、碳水化合物、脂等，同時(shí)染色質(zhì)去凝集。G1期早期合成的物質(zhì)主要與細(xì)胞生長相關(guān)；后期合成的物質(zhì)主要與細(xì)胞進(jìn)入S期相關(guān)。不同的物種G1期的長短不同。G1期能否進(jìn)入S期取決于細(xì)胞能否通過限制點(diǎn)（restrictionpointR點(diǎn)）。如能通過R點(diǎn)則細(xì)胞就可以進(jìn)入S期，如不能通過則細(xì)胞就會(huì)進(jìn)入G0期。G2期DNA復(fù)制完成，在G2期合成一定數(shù)量的蛋白質(zhì)、ATP和RNA分子，包括微管蛋白和促成熟因子，為細(xì)胞進(jìn)入M期做準(zhǔn)備。細(xì)胞在從G2期向M期過渡的時(shí)候也存在R點(diǎn)。只有少數(shù)種類的細(xì)胞不能通過R點(diǎn)從而停在G2期。M期M期即細(xì)胞分裂期，真核細(xì)胞的細(xì)胞分裂主要包括兩種方式，即有絲分裂(mitosis)和減數(shù)分裂(meiosis)。遺傳物質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)其他物質(zhì)分配給子細(xì)胞。S期DNA合成期；DNA復(fù)制的起始和復(fù)制過程受到多種細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子的嚴(yán)密調(diào)控；DNA復(fù)制與組蛋白合成同步，組成核小體串珠結(jié)構(gòu)。細(xì)胞周期長短測定脈沖標(biāo)記DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂指數(shù)觀察測定法流式細(xì)胞儀測定法圖中2N代表G0/G1期細(xì)胞，4N代表G2/M期細(xì)胞，兩者中間代表S期細(xì)胞。這是以2倍體和4倍體細(xì)胞為主的流式DNA圖流式細(xì)胞儀：是一種快速測定和分析流體中細(xì)胞或顆粒物各種參數(shù)的大型實(shí)驗(yàn)儀器。對(duì)象：適用于細(xì)胞種類構(gòu)成簡單、細(xì)胞周期較短、周期運(yùn)轉(zhuǎn)均勻的細(xì)胞群體。原理：對(duì)測定細(xì)胞進(jìn)行脈沖標(biāo)記、定時(shí)取材、利用放射自顯影技術(shù)顯示標(biāo)記細(xì)胞，通過統(tǒng)計(jì)標(biāo)記有絲分裂細(xì)胞百分?jǐn)?shù)的辦法來測定細(xì)胞周期。放射標(biāo)記物為3H或者14C標(biāo)記的TdR。細(xì)胞周期MG2S1n細(xì)胞周期同步化使整個(gè)細(xì)胞群體處于細(xì)胞周期的同一個(gè)時(shí)相。人工選擇同步化人工誘導(dǎo)法人工選擇同步化概念：人為的將處于不同時(shí)期的細(xì)胞分離開來，從而獲得不同時(shí)相的細(xì)胞群體。有絲分裂選擇法：用于單層貼壁生長細(xì)胞。優(yōu)點(diǎn)是細(xì)胞未經(jīng)任何藥物處理，細(xì)胞同步化效率高。缺點(diǎn)是分離的細(xì)胞數(shù)量少。密度梯度離心法：根據(jù)不同時(shí)期的細(xì)胞在體積和重量上存在差別進(jìn)行分離。優(yōu)點(diǎn)是方法簡單省時(shí)，效率高，成本低。缺點(diǎn)是對(duì)大多數(shù)種類的細(xì)胞并不適用。Scanningelectronmicrographofratfibroblastsgrowingontheplasticsurfaceofatissue-culturedish藥物誘導(dǎo)法DNA合成阻斷法：最終將細(xì)胞群阻斷于G1/S交界處。優(yōu)點(diǎn)是同步化效率高，幾乎適合于所有體外培養(yǎng)的細(xì)胞體系。分裂中期阻斷法：通過抑制微管聚合來抑制細(xì)胞分裂器的形成，將細(xì)胞阻斷在細(xì)胞分裂中期。優(yōu)點(diǎn)是操作簡便，效率高。缺點(diǎn)是這些藥物的毒性相對(duì)較大。SynchronizationofcellsinducedbydrugsBlockingDNAsynthesisbyTdRG1/S—TdRG1SG2MG1/SBlockingcellsinmetaphasebycolchicineAffecttheassemblyofmitoticspindle特殊的細(xì)胞周期

特殊的細(xì)胞周期是指那些特殊的細(xì)胞所具有的與標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期相比有著鮮明特點(diǎn)的細(xì)胞周期。

◆早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期◆酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期◆植物細(xì)胞的細(xì)胞周期◆細(xì)菌的細(xì)胞周期爪蟾早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期細(xì)胞分裂快,

G1期,G2期非常短,S期也短(所有復(fù)制子都激活),

以至認(rèn)為僅含有S期和M期無需臨時(shí)合成其它物質(zhì)。子細(xì)胞在G1、G2期并不生長，越分裂體積越小。細(xì)胞周期調(diào)控因子和調(diào)節(jié)機(jī)制與一般體細(xì)胞標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期基本是一致的。酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期與標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期在時(shí)相和調(diào)控方面具有相似性。酵母細(xì)胞周期明顯特點(diǎn):

酵母細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間較短；封閉式細(xì)胞分裂，即細(xì)胞分裂時(shí)細(xì)胞核核膜不解聚；紡錘體位于細(xì)胞核內(nèi)；在一定環(huán)境下，也進(jìn)行有性繁殖。植物細(xì)胞的細(xì)胞周期植物細(xì)胞的細(xì)胞周期與動(dòng)物細(xì)胞的標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞周期非常相似，含有G1期、S期、G2期和M期四個(gè)時(shí)期。植物細(xì)胞不含中心體，但在細(xì)胞分裂時(shí)可以正常組裝紡錘體。植物細(xì)胞以形成細(xì)胞板的形式進(jìn)行胞質(zhì)分裂。細(xì)菌的細(xì)胞周期細(xì)菌的細(xì)胞周期也基本具備四個(gè)時(shí)期。在快速生長時(shí)，細(xì)菌每分裂一次僅需要35min，而理論上卻需要70min（10min復(fù)制起始準(zhǔn)備+40minDNA復(fù)制+20min染色體分離和細(xì)胞分裂）。細(xì)菌在快速生長情況下，如何協(xié)調(diào)快速分裂和最基本的DNA復(fù)制速度之間的矛盾。上一次細(xì)胞分裂結(jié)束時(shí)，細(xì)胞內(nèi)DNA已經(jīng)復(fù)制到一半路程。前期(prophase)標(biāo)志前期開始的第一個(gè)特征是染色質(zhì)開始濃縮形成有絲分裂染色體(mitoticchromosome）。第二個(gè)特征細(xì)胞骨架解聚，有絲分裂紡錘體(mitoticspindle)開始裝配。這種染色體由兩條染色單體(chromatid)構(gòu)成。在前期末，染色體主縊痕部位形成一種蛋白復(fù)合物稱為著絲粒。

間期動(dòng)物細(xì)胞含一個(gè)中心體，在間期末，兩個(gè)中心粒在各自垂直的方向復(fù)制出一個(gè)中心粒，形成兩個(gè)中心體。當(dāng)前期開始時(shí)，2個(gè)中心體移向細(xì)胞兩極，并同時(shí)組織微管生長，最后形成有絲分裂紡錘體。前中期(prometaphase)◆核膜破裂成小的膜泡，核纖層也隨之解聚成核纖層蛋白，核骨架結(jié)構(gòu)也發(fā)生劇烈變化，染色體進(jìn)一步凝縮。◆紡錘體微管與染色體的動(dòng)粒結(jié)合，捕捉住染色體每個(gè)已復(fù)制的染色體有兩個(gè)動(dòng)粒，朝相反方向，保證與兩極的微管結(jié)合；紡錘體微管捕捉住染色體后，形成三種類型的微管◆不斷運(yùn)動(dòng)的染色體開始移向赤道板。細(xì)胞周期也由前中期逐漸向中期運(yùn)轉(zhuǎn)。中期

(metaphase)所有染色體排列到赤道板(MetaphasePlate)上，標(biāo)志著細(xì)胞分裂已進(jìn)入中期；位于染色體兩側(cè)的動(dòng)力微管長度相等，作用力均衡。

后期

(anaphase)

排列在赤道面上的染色體的姐妹染色單體分離產(chǎn)生向極運(yùn)動(dòng)。后期大致可以劃分為連續(xù)的兩個(gè)階段，即后期A和后期B后期A，動(dòng)粒微管變短，染色體產(chǎn)生兩極運(yùn)動(dòng)；后期B，極性微管長度增加，兩極之間的距離逐漸拉長。秋水仙素處理，染色體運(yùn)動(dòng)停止。末期

(telophase)染色單體到達(dá)兩極，即進(jìn)入了末期，到達(dá)兩極的染色單體開始去濃縮；核膜開始重新組裝，分別形成兩個(gè)子代細(xì)胞核；核仁也開始重新組裝，RNA合成功能逐漸恢復(fù)。動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂開始于細(xì)胞分裂后期，在赤道板周圍細(xì)胞表面下陷，形成環(huán)形縊縮，稱為分裂溝(furrow)。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(guān)。胞質(zhì)分裂開始時(shí)，大量肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白在中間體處組裝成微絲并相互組成微絲束，環(huán)繞細(xì)胞，稱為收縮環(huán)（contractilering)。收縮環(huán)收縮、收縮環(huán)處細(xì)胞膜融合并形成兩個(gè)子細(xì)胞。植物細(xì)胞胞質(zhì)分裂植物細(xì)胞胞質(zhì)分裂是因?yàn)樵诩?xì)胞內(nèi)形成新的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁而將細(xì)胞分開。減數(shù)分裂概念與過程概念：減數(shù)分裂是細(xì)胞僅進(jìn)行一次DNA復(fù)制，隨后進(jìn)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(jī)會(huì)，確保生物的多樣性，增強(qiáng)生物適應(yīng)環(huán)境變化的能力。減數(shù)分裂是生物有性生殖的基礎(chǔ)，是生物遺傳、生物進(jìn)化和生物多樣性的重要基礎(chǔ)保證。減數(shù)分裂各時(shí)相及其主要事件減數(shù)分裂特點(diǎn)第一次減數(shù)分裂前期I分為細(xì)線期，偶線期，粗線期，雙線期，終變期等五個(gè)階段；中期I同源染色體配對(duì)排列在中期板上；后期I時(shí)，同源染色體分開；未期I后，細(xì)胞可分為兩種類型。第二次減數(shù)分裂同源染色體對(duì)彼此分離并向兩極移動(dòng)，標(biāo)志著減數(shù)分裂后期I的開始；移向兩極的同源染色體均含有兩條染色單體；各四分體之間同源染色體向兩極移動(dòng)是一個(gè)隨機(jī)的過程。中期I后期I中期II后期II減數(shù)分裂特點(diǎn)遺傳物質(zhì)只復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，導(dǎo)致染色體數(shù)目減半；S期持續(xù)時(shí)間較長；同源染色體在減數(shù)分裂期I(MeiosisI)配對(duì)聯(lián)會(huì)、基因重組；減數(shù)分裂同源染色體配對(duì)排列在中期板上，第一次分列時(shí)，同源染色體分開。細(xì)線期(leptotene)染色質(zhì)凝集，但是兩條染色單體的臂并不分離；在細(xì)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(zygotene)偶線期同源染色體配對(duì)形成聯(lián)會(huì)復(fù)合體(SynaptonemalComplex,SC)，同源染色體配對(duì)的過程稱為聯(lián)會(huì)；合成在S期未合成的0.3%的DNA（偶線期DNA，即zDNA）。粗線期(pathytene)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(diǎn)切和修復(fù)相關(guān)的酶類；合成減數(shù)分裂期專有的組蛋白，并將體細(xì)胞類型的組蛋白置換下來，在一定程度上參與了基因重組過程。雙線期(diplotene)同源染色體相互分離，僅有幾處相互聯(lián)系，相互聯(lián)系的部位稱為交叉；同源染色體間遺傳物質(zhì)重組后產(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(dialinesis)染色體凝集成棒狀結(jié)構(gòu)；交叉向染色體臂的端部移行，這個(gè)過程稱為端化；到達(dá)終變期末，同源染色體之間僅在其端部和著絲粒處相互聯(lián)結(jié)。終變期的結(jié)束標(biāo)志著前期I的完成。黑麥花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂減數(shù)分裂前S期與有絲分裂前S期長度比較減數(shù)分裂前S期有絲分裂前S期蠑螈10天12小時(shí)小鼠14小時(shí)5---6小時(shí)小麥12小時(shí)3.8小時(shí)酵母1小時(shí)0.5小時(shí)在適當(dāng)時(shí)候激活細(xì)胞周期各個(gè)時(shí)相的相關(guān)酶和蛋白,確保細(xì)胞周期向下一個(gè)階段進(jìn)行，然后以某種方式失活(正調(diào)控)。當(dāng)細(xì)胞周期中出現(xiàn)異常時(shí)，細(xì)胞會(huì)啟動(dòng)一系列的負(fù)調(diào)控機(jī)制，使細(xì)胞停滯在某個(gè)特定的時(shí)期，這種調(diào)節(jié)機(jī)制可確保每一時(shí)相事件的全部完成。一、細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)的主要作用二、細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)(checkpoint)細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)及其作用細(xì)胞要分裂，必須正確復(fù)制DNA和達(dá)到一定的體積，在獲得足夠物質(zhì)支持分裂以前，細(xì)胞不可能進(jìn)行分裂。細(xì)胞周期的運(yùn)行，是在一系列稱為檢驗(yàn)點(diǎn)（checkpoint）的嚴(yán)格檢控下進(jìn)行的。細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)是細(xì)胞周期調(diào)控的一種機(jī)制，主要是確保周期每一時(shí)相事件的有序、全部完成并與外界環(huán)境因素相聯(lián)系。細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)（checkpoint）主要檢驗(yàn)點(diǎn)：G1/S檢驗(yàn)點(diǎn)：DNA是否損傷？細(xì)胞外環(huán)境是否適宜？細(xì)胞體積是否足夠大？在哺乳動(dòng)物中稱R點(diǎn)(restrictionpoint)。G2/M檢驗(yàn)點(diǎn)：DNA復(fù)制是否完成？

細(xì)胞體積是否足夠大？中-后期檢驗(yàn)點(diǎn)：紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)。MPF(Maturation-promotingfactor)MPF發(fā)現(xiàn)過程中的重要事件周期蛋白CDK卵細(xì)胞促成熟因子(maturation-promotingfactor)細(xì)胞分裂促進(jìn)因子（mitosis-promotingfactor）M期促進(jìn)因子（Mphase-promotingfactor）歷年研究生入學(xué)考試真題：簡述MPF的組成和在G2/M期進(jìn)程中的作用。（北京大學(xué)）MPF是如何通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的?

（北京師范大學(xué)）什么是MPF?它是由什么組成的?其功能是什么?

（上海交通大學(xué)）談?wù)劶?xì)胞周期調(diào)控方面研究的最新進(jìn)展。（中國科學(xué)院）試述真核細(xì)胞周期控制的機(jī)制。（浙江理工大學(xué)）…………2001年NobelPrizeM&P授予在細(xì)胞周期關(guān)鍵調(diào)控因子中作出突出貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家L.Hartwell，發(fā)現(xiàn)芽殖酵母中控制細(xì)胞周期的cdc28基因，并于1988年提出檢測點(diǎn)的概念P.Nurse，發(fā)現(xiàn)裂殖酵母中控制細(xì)胞周期的cdc2基因，并提出了CDK的概念TimHunt，發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞周期蛋白cyclin周期蛋白(cyclin)在細(xì)胞周期中呈周期性變化。分為4類：G1型、G1/S型、S型、M型。

G1期表達(dá)并起作用的稱為G1期周期蛋白；M期表達(dá)并起作用的稱為M期周期蛋白。各種周期蛋白之間的共性：1、含有一段保守氨基酸序列，稱為周期蛋白框，這一序列是周期蛋白和催化亞基結(jié)合的位點(diǎn)；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(guān)。部分周期蛋白分子結(jié)構(gòu)特征

CDK

人們從不同物種成功分離到了十多個(gè)cdc相關(guān)基因，它們編碼的產(chǎn)物共同之處在于：均含有一段相似保守序列，即PSTAIRE。都可以與周期蛋白結(jié)合，并將周期蛋白作為其調(diào)節(jié)亞單位，進(jìn)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激酶。由于cdc2是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的cdc蛋白，因此被命名為CDK1。各種CDK分子均含有一段類似的CDK激酶結(jié)構(gòu)域。在CDK激酶結(jié)構(gòu)域中，有一小段序列相當(dāng)保守，即PSTAIRE序列，與周期蛋白結(jié)合有關(guān)。ThestructuralbasisofCdkactivation(CAK)細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子CDKinhibitor,CDKI對(duì)細(xì)胞周期起負(fù)調(diào)控作用，分為：①Ink4(Inhibitorofcdk4):P16ink4a,P15ink4b,P18ink4c,P19ink4d。特異性抑制cdk4·cyclinD1,cdk6·cyclinD1。②Kip(Kinaseinhibitionprotein)：P21cip1(cyclininhibitionprotein1）P27kip1、P57kip2，抑制大多數(shù)CDK的激酶活性。P21cip1還能與DNA聚合酶δ的輔助因子PCNA（proliferatingcellnuclearantigen）結(jié)合，直接抑制DNA的合成。在MPF的發(fā)現(xiàn)過程中的重要事件Johnson和Rao進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)及其發(fā)現(xiàn)Mausi利用爪蟾卵母細(xì)胞進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)及MPF的提出P.Nurse等人利用裂殖酵母進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)及其發(fā)現(xiàn)Hartwell等人利用芽殖酵母進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)及其發(fā)現(xiàn)p34cdc2激酶與MPF的關(guān)系TimHunt利用海膽卵細(xì)胞進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)及其發(fā)現(xiàn)結(jié)論Maller實(shí)驗(yàn)室和Nurse實(shí)驗(yàn)室合作：

MPF中p32可以被p34cdc2特異抗體所識(shí)別，并且p34cdc2多肽片段可以增強(qiáng)MPF活性，表明MPF中p32和p34cdc2兩者為同源物。Hartwell等利用芽殖酵母進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)是利用溫度敏感的芽殖酵母為材料來進(jìn)行的。在芽殖酵母中分離得到的cdc基因是cdc

28，它的表達(dá)產(chǎn)物為p34cdc28，它是一種蛋白激酶。cdc

28突變可使細(xì)胞停在G1/S交界處或G2/M交界處。Fissionyeast

buddingyeast

Cdc25&Wee1mutant1980sTimothyHunt發(fā)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，命名為周期蛋白(cyclinA和B)。后來發(fā)現(xiàn)各類動(dòng)物來源的細(xì)胞周期蛋白mRNA均能誘導(dǎo)蛙卵的成熟。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(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)MPF=CDC2+clyclinBJohnson和Rao進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)及其發(fā)現(xiàn)1970Rao和Johnson發(fā)現(xiàn)與M期細(xì)胞(Hela)融合的間期細(xì)胞染色體發(fā)生凝縮，稱為早熟染色體凝集(prematurelycondensedchromosome，PCC)。將處于間期不同時(shí)期的細(xì)胞與M期細(xì)胞進(jìn)行融合，觀察到特異的超前凝集染色體。結(jié)論：在M期細(xì)胞中存在有誘導(dǎo)染色體凝集的因子，稱為細(xì)胞促成熟因子(maturationpromotingfactor)。P.Nurse利用裂殖酵母進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)材料是裂殖酵母的溫度敏感的突變株。在正常溫度下這些突變體可以正常分裂增殖，但是當(dāng)溫度升高時(shí)就不能進(jìn)行正常的分裂，這是由于在這些溫變突變體內(nèi)缺少某個(gè)特定的基因而引起的。這些基因是與細(xì)胞分裂和細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)的基因，稱為cdc（celldiversioncycle）基因。從中分離得到了第一個(gè)cdc

基因---cdc

2。它的表達(dá)產(chǎn)物為p34cdc2。cdc

2基因的突變可使細(xì)胞停在G2/M交界處。P34cdc2

（或P34cdc28）必須與p56cdc13結(jié)合后才表現(xiàn)出激酶的活性。TimHunt利用海膽卵細(xì)胞進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)他在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在海膽的卵細(xì)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(xì)胞周期的進(jìn)程變化而變化，這種蛋白質(zhì)被命名為細(xì)胞周期蛋白（cyclin）。為誘導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入M期所必需。Maller實(shí)驗(yàn)室和Hunt實(shí)驗(yàn)室合作：周期蛋白B與p56cdc13為同源物比較這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論MPF的p32亞基與酵母中的p34cdc2為同源物，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=cyclinB=p56cdc

13

（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；MPF=Cdc2+cyclinBMitoticCyclin-Cdk（MPF）的活化與功能與MPF活化相關(guān)的因素

隨Cyclin濃度變化而變化激酶與磷酸酶的調(diào)節(jié)活化的MPF可使更多的MPF活化

Cyclin的降解CDK激酶抑制蛋白的作用功能：啟動(dòng)細(xì)胞從G2期進(jìn)入M期的相關(guān)事件四、細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)控CDK激酶是調(diào)控細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)的引擎：不同的周期蛋白與不同的CDK結(jié)合，構(gòu)成不同的Cyclin-Cdk；不同的Cyclin-Cdk在不同的時(shí)相表現(xiàn)活性，影響不同的下游事件。MPF(G2/M轉(zhuǎn)化)(的作用)M期周期蛋白與中期向后期的轉(zhuǎn)化AnaphasePromotingComplex(APC),G1/S轉(zhuǎn)化細(xì)胞周期調(diào)控模型總結(jié)Cyclin-Cdk復(fù)合物的多樣性APC的活化：Cdc20是APC的活化因子。Cdc20和Mad2蛋白位于動(dòng)粒上，在染色體結(jié)合有絲分裂紡錘體前將不能從動(dòng)粒上釋放，由于Mad2與Cdc20結(jié)合而抑制APC的活性。所以只有所有染色體都與紡錘體結(jié)合后，APC才有活性，才啟動(dòng)細(xì)胞向后期轉(zhuǎn)換。APC主要介導(dǎo)兩類蛋白降解:AnaphaseInhibitors（后期抑制因子）和MitoticCyclin。前者維持姐妹染色單體粘連,抑制后期啟動(dòng)；后者的降解意味著有絲分裂即將結(jié)束，即染色體開始去凝集，核膜重建。APC介導(dǎo)選擇性降解的靶蛋白與Ubiquitin結(jié)合

Mad2proteinonunattachedkinetochores.ExitfrommitosisrequirestheinactivationofM-CdkM-Cdkinactivationoccursmainlybyubiquitin-dependentproteolysisofM-cyclins五、細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)的阻遏細(xì)胞至少可通過兩種不同機(jī)制阻遏細(xì)胞周期的運(yùn)轉(zhuǎn)：Cdk抑制蛋白(CDI)阻止Cyclin-Cdk復(fù)合物的裝配或活性；周期調(diào)控系統(tǒng)組分停止合成；Cdk抑制蛋白（CDI），其作用是抑制Cyclin-Cdk復(fù)合物的裝配或活性，而將細(xì)胞阻止在不同的檢驗(yàn)點(diǎn)。如DNA受損后，細(xì)胞將停留于G1Checkpoint讓DNA修復(fù)或者凋亡；周期調(diào)控系統(tǒng)組分停止合成，如G0細(xì)胞，大部分Cyclin和Cdk都消失。Atypicalmammaliancellhasacellcycletimeof24hours,with12hrG1,6-8hrS,3-4hrG2,and1hrM細(xì)胞類型細(xì)胞周期時(shí)間兩棲類早期胚胎細(xì)胞30分鐘酵母細(xì)胞1.5---3小時(shí)小腸上皮細(xì)胞約12小時(shí)體外培養(yǎng)的哺乳類上皮細(xì)胞約20小時(shí)人類肝細(xì)胞約1年Fruitflyembryo中心粒星體微管極微管赤道板紡錘體極著絲粒，動(dòng)粒動(dòng)粒微管中心體

.

.

MTbehaviorduringformationofthemetaphaseplate.Initially,MTfromoppositepolesaredifferentinlength.Experimentaldemonstrationoftheimportanceofmecha-nicaltensioninmetaphasecheckpointcontrol.間期前期I中期I后期I末期I前期I中期I后期I末期I單倍體細(xì)胞細(xì)線期偶線期粗線期雙線期終變期著絲粒聯(lián)會(huì)復(fù)合體四分體交叉中期Ia.ElectronmicrographofSCofhumanpachytenebivalent.

(K:kinetochore;arrow:recombinationnodules);

b.SchematicdiagramofSC;

c.ElectronmicrographofSCaftertreatmentwithDNasetoremovechromasomalfibers.有絲分裂減數(shù)分裂Visibleevidenceofcrossingover卵子發(fā)生：時(shí)期：青春期到絕經(jīng)期形成：初級(jí)卵母細(xì)胞（出生時(shí)）次級(jí)卵母細(xì)胞（1個(gè)）+第一極體（死亡）排出卵子（1個(gè)）+第二極體（死亡）受精

人M期細(xì)胞與袋鼠（Ptk）G1、S、G2期細(xì)胞融合誘導(dǎo)G1SG2處于第六期的爪蟾卵母細(xì)胞，具生發(fā)泡（GV）。

卵母細(xì)胞卵細(xì)胞胚胎受精卵注射實(shí)驗(yàn)表明：孕酮誘導(dǎo)卵母細(xì)胞成熟；成熟卵細(xì)胞質(zhì)中，含有卵母細(xì)胞成熟的因子，稱做MPF。

1988年Maller實(shí)驗(yàn)室分離純化了MPF，證明它主要含有p32和p45兩種蛋白，二者結(jié)合后，表現(xiàn)出蛋白激酶的活性，可以使多種蛋白質(zhì)底物磷酸化。CDK1的調(diào)節(jié)與活化;CAK=CDK1-ActivitingKinase在G2-M期，cyclinA、cyclinB與CDK1結(jié)合，CDK1使底物蛋白磷酸化、如將組蛋白H1磷酸化導(dǎo)致染色體凝縮，核纖層蛋白磷酸化使核膜解體。OneinlateG1:proventsentryintoSphase;P53:

generegulatoryprotein.DNAd