细胞生物学第12章细胞增殖及其调控课件

第十二章 细胞增殖及其调控 Chapter Cell reproduction & Cell Cycle Control,细胞增殖是生命的基本特征，种族的繁衍、个体的发育、机体的修复等都离不开细胞增殖。 细胞增殖（cell reproduction）：指亲代细胞(mother cell)经物质准备，分裂（cell division）产生子代细胞(daughter cell)的过程。,第一节 细胞周期概述,细胞周期是指细胞从一次分裂开始，到第二次分裂开始所经历的全过程。在这一过程中，细胞遗传物质复制，各种组分加倍，平均地分配到两个子细胞中去。 标准的细胞周期包括G1、S、G2和M四个时期。在一般的细胞中，S+G2+M的时间变化较小，G1时间差异较大。根据细胞的分裂增殖情况，可分为连续分裂细胞（周期中细胞）、休眠细胞（G0期细胞）及不分裂细胞（终端分化细胞）。,细胞周期的各时期,周期中细胞(cycling cell)：在细胞周期中连续运转细胞，如上皮细胞，通过持续不断的分裂以弥补死亡脱落造成的损失。 静止期细胞(quiescent cell)又称G0期细胞，细胞暂时离开细胞周期，停止分裂，一旦得到信号，会快速返回细胞周期分裂的细胞。如淋巴细胞、肝、肾细胞等。结缔组织中的成纤维细胞所在组织受到伤害回马上返回细胞周期，产生大量细胞于伤口部位，促使愈合。 终末分化细胞(terminal differentiation cell)：不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等等。,二、细胞周期时相及其主要事件 （一）G1期 细胞进入G1期后，即开始为下一次分裂做准备，该期的特征：（1）物质代谢活跃，主要是合成蛋白质、RNA和酶类，测定发现各种与DNA复制有关的酶，RNA在G1期明显增多；（2）细胞体积增大，线粒体、叶绿体、核糖体明显增多，内质网更新扩大，高尔基体、溶酶体数目增加；（3）中心粒开始复制。动物细胞中，2个中心粒彼此分离，开始复制。 在G1期的检验点 (G1 checkpoint)又称限制点 restriction ,R点：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？。在芽殖酵母中称为起始点Start。,（二）S期 S期的主要是进行DNA的合成及染色质包装。（1）进行DNA的复制合成，该期核中每条染色质细丝会复制出一条相同的染色质细丝；（2）组蛋白合成，染色质包装成核小体。 S期检验点：DNA复制是否完成？ （三）G2期 （1）染色质开始螺旋化并缩短；（2）中心粒复制完成，成为二对；（3）微管蛋白合成完成，微管蛋白在S期开始合成，G2期完成。 G2/M检验点：DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？,（四）M期 M期又称D期(mitosis or division)，细胞分裂开始到结束。真核细胞的细胞分裂主要包括有丝分裂和减数分裂。 中-后期检验点：纺锤体组装检验点。,细胞周期检验点小结 细胞周期中的三个主要关卡（检验点） 在每一个关卡，由细胞所处的状态和环境决定细胞能否通过此关卡,进入下一个阶段。 1. G1期的检验点（G1 checkpoint，又称限制点 restriction ,R点）：影响G1期的检验点信息主要是DNA是否损伤、细胞外环境是否适宜、细胞体积是否足够大。 2. G2/M检验点：影响G2/M检验点的因素主要是DNA是否正确复制和是否复制完全、细胞是否生长得足够大。 3. 中-后期检验点（纺锤体组装检验点）：影响中-后期检验点的主要信息是染色体是否完全分离。 其他一些事件影响细胞周期的正常进行，如射线或化学因素引起的DNA损伤、未复制的DNA等。,细胞周期调控及主要关卡示意,三、细胞周期长短测定（Mensurate the Cell cycle） （一）脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法 1、脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法是最经典的测定细胞周期各时相时间的方法，利用3H-TdR（胸腺嘧啶核苷）掺入DNA和放射自显影技术。 2、适用于细胞类群相对简单，细胞周期时间相对较短，周期运转均匀的细胞群体。,3、基本原理：用3H-TdR给待测细胞以脉冲标记（即给动物一次3H-TdR 注射，或加3H-TdR于细胞培养液中短暂培养然后洗脱），使在该段时间内已处于S期不同阶段的全部细胞其DNA被3H标记，而处于其它时相的细胞则不被标记。随后，每隔一定时间取样做细胞放射自显影，找出正处于有丝分裂的细胞，计算其中带3H标记的细胞占有丝分裂细胞的百分数，绘制曲线即可测得各时相持续时间。,4、脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法测定细胞周期的过程 （1）经3H-TdR 脉冲标记后，S期的细胞DNA具3H。以PLM对时间T作图。 PLM：被标记分裂期细胞占所有分裂期细胞的百分比。 T：从洗脱、更换培养液开始计时，隔一定时间测PLM。 在被标记细胞进入M期之前，PLM=0,（2）从洗脱（0时）到标记细胞开始进入M期的时间是G2期持续的时间，记作TG2。标记细胞将陆续进入M期，PLM相应升高。 （3）当最早进入M期的标记细胞结束M期时，PLM达到理论最大值=1；所以，从标记细胞开始进入M期到这一时刻所持续的时间即为M期，记作TM。 （4）直到最晚进入M期的标记细胞开始进入M期时，PLM始终保持理论最大值=1，然后，随着周期运转PLM值将下降。 从标记细胞开始进入M期到PLM开始下降，所持续的时间段即为S期长，记作TS。,在实际工作中测定Ts时，由于各种因素的影响，PLM的最大值达不到1。为减少误差，常采用半高度法读数，即从PLM值上升到0.5时开始，经历最大值，再下降到0.5时为止，所经历的时间计为TS。 （5）一个细胞周期的总时间（TC）：从M期开始出现标记细胞并逐渐消失，到下次M期再次出现标记细胞，所历经时间。TG1= TC（ TG2 TM TS）,3H TdR标记法测定细胞周期的时间,5、脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法的优缺点 优点：可以测出细胞周期的总时间和各时期所持续的时间。 缺点：放射自显影技术要求一定的防护措施；放射性同位素对细胞周期有一定影响；当细胞类群较为复杂时，此法不适用。,（二） 流式细胞仪测定法 (Flow Cytometry) 从DNA含量着眼，G1期和G2、M期细胞含有固定含量的DNA；S期细胞的DNA含量介于他们之间。用流式细胞仪通过监察细胞DNA含量在不同时期的变化，从而测定细胞周期长短。,流式细胞仪测定细胞周期原理,四、细胞周期同步化（Cell cycle Synchronization） 细胞周期同步化是指在自然过程中发生或经人为处理造成的细胞周期一致的现象。 （一）自然同步化 （1）多核体：如：粘菌、疟原虫。 （2）某些水生动物的受精卵：如海胆、海参、两栖类。 （3）增殖抑制解除后的同步分裂：如真菌的休眠孢子移入适宜环境后，它们一起发芽，同步分裂。,（二）人工同步化 1、选择同步化 1）有丝分裂选择法：M期细胞与培养皿的附着性低，振荡脱离器壁收集。 优点：操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害。 缺点：获得的细胞数量较少（分裂细胞约占1%2%） 。 2）细胞沉降分离法： M期细胞体积大，可用离心分离。 优点：可用于任何悬浮培养的细胞。 缺点：同步化程度较低。,培养细胞的M期细胞的人工选择同步化,2、诱导同步化 1）DNA合成阻断法：选用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成。 常用TDR双阻断法：在细胞处于对数生长期的培养基中加入过量胸腺嘧啶核苷（TDR）（Hela 2mol/L；CHO 7.5mol/L），S期细胞被抑制。移去TDR，释放时间大于TS时，再次加入过量TDR，细胞停在G1/S交界处。 优点：同步化程度高 缺点：产生非均衡生长，个别细胞体积增大。,DNA合成阻断法进行细胞周期同步化,2）细胞分裂中期阻断法 用秋水仙素等细胞分裂抑制剂将细胞阻断在中期。优点是无非均衡生长现象，缺点是可逆性较差。 3）应用条件依赖性突变株使细胞周期同步化 将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞周期中某一特定时期。,五、特殊的细胞周期（Extraordinary Cell cycle） （一）早期胚胎细胞的细胞周期 1、无需临时合成其它物质，细胞分裂快，无G1期，G2期非常短，S期也短(所有复制子都激活)，以至认为仅含有S期和M期； 2、子细胞在G1、G2期并不生长，越分裂体积越小； 3、细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的细胞周期基本是一致的；,（二）酵母细胞的细胞周期 1、酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似； 2、酵母细胞周期明显特点：酵母细胞周期持续时间较短；封闭式细胞分裂 ，即细胞分裂时核膜不解聚；纺锤体位于细胞核内；在一定环境下，也进行有性繁殖。,芽殖酵母的分裂周期,裂殖酵母的分裂周期,（三）植物细胞的细胞周期 植物细胞的细胞周期的两个突出特点：1、植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常组装纺锤体。2、植物细胞以形成细胞板的形式进行胞质分裂。 （四）细菌的细胞周期 慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定相似之处。细菌在快速生长情况下，细胞周期变化较大（见微生物学）。,第二节 细胞分裂,一、有丝分裂（Mitosis） 细胞分裂(cell division)可分为无丝分裂(amitosis)、有丝分裂(mitosis)和减数分裂(meiosis)三种类型。 无丝分裂又称为直接分裂，由R. Remark（1841）首次发现于鸡胚血细胞。表现为细胞核伸长，从中部缢缩，然后细胞质分裂，其间不涉及纺锤体形成及染色体变化，故称为无丝分裂。无丝分裂不仅发现于原核生物，同时也发现于高等动植物，如植物的胚乳细胞、动物的胎膜，间充组织及肌肉细胞等等。,有丝分裂，又称为间接分裂，由W. Fleming (1882)年首次发现于动物及E. Strasburger（1880）年发现于植物。特点是有纺锤体染色体出现，子染色体被平均分配到子细胞，这种分裂方式普遍见于高等动植物。 减数分裂是指染色体复制一次而细胞连续分裂两次的分裂方式，是高等动植物配子体形成的分裂方式。,动物细胞有丝分裂过程,动物细胞的胞质分裂,植物细胞的胞质分裂,（一）有丝分裂过程 根据细胞形态结构的变化，将有丝分裂人为地划分为6个时期：前期(prophase)、前中期(premetaphase)、中期(metaphase)、后期(anaphase)和末期(telophase)、胞质分裂。 1、前期 Prophase （1）染色质(chromatin)凝缩成染色体(由两条染色单体组成)； （2）中心体(centrosome)移向两极，分裂极确立，纺锤体(spindle)开始装配； （3）核仁(nucleonus)消失，核被膜裂解；,2、前中期 Prometaphase （1）染色体进一步凝集浓缩，变粗变短； （2）纺锤体形成，纺锤丝捕获染色体，并拉动染色体向纺锤体赤道面移动。 纺锤体spindle与星体aster 构成纺锤体的微管(MT)可分为2种：动粒微管(kinetochore MT)、极性微管(polar MT) 构成星体的微管称为星体微管(astral MT)。,3、中期 metaphase （1）所有染色体排列到赤道板(equatorial plate)； （2）纺锤体呈典型的纺锤样，位于染色体两侧的动粒微管长度相等，作用力均衡。 4、后期 anaphase 中期染色体的两条染色单体相互分离，形成子代，并分别向两极运动。 后期可大致划分为连续的两个阶段：(1)后期A（anaphase A）：动粒微管缩短，拉动染色单体移向两极；(2)后期B（anaphase B）：极性微管延长，两极间距离逐渐增长。,5、末期 telophase （1）染色单体到达两极，并开始去浓缩变成染色质，核仁重新出现，核膜开始重新装配，形成子代细胞核。（2）动粒微管消失，纺锤体散开。极性微管继续加长，最终参与构建胞质分裂的分裂沟(furrow)或细胞板。,6、胞质分裂 cytokinesis 多数细胞的胞质分裂开始于细胞分裂的后期，完成于末期。亲代细胞的细胞质和细胞器被分配到两个子代细胞中，子代细胞分离。 (1)动物细胞：在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟(furrow)。分裂沟的形成和收缩环有关。胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为收缩环（contractile ring)。,(2)植物物细胞：以形成细胞板(cell plate)的形式完成。植物细胞末期近两极处纺锤丝消失，中间微管保留，并数量增加，其中不断加入囊状物和电子密度高的物质，形成成膜体。成膜体的囊泡来自高尔基体。小囊泡不断融合扩大形成质膜，即细胞板(cell plate)，将细胞一分为二，最后在细胞板两侧积累多糖，形成细胞壁。,虽然核分裂与胞质分裂（cytokinesis）是相继发生的，但属于两个分离的过程，例如大多数昆虫的卵，核可进行多次分裂而无胞质分裂，某些藻类的多核细胞可长达数尺，以后胞质才分裂形成单核细胞。,（二）与有丝分裂直接相关的亚细胞结构 1、中心体(centrosome) 中心体(centrosome)由两个相互垂直的中心粒组成，间期细胞中，微管围绕中心体装配形成星体（星体：中心体及以其为核心向四周辐射的微管统称），分裂时，星体参与装配纺锤体。它在G1期末期开始复制，到达S期已含一对，到达G2期，一对中心体开始分离并向细胞两极移动，同时参与纺锤体装配，分裂结束，两子细胞各获一个中心体。,几种有丝分裂器,2、动粒与着丝粒 动粒(kinetochore)又称着丝点，其外侧与纺锤体微管附着，内侧与着丝粒相互交织，每条中期染色体两侧各有一个动粒。染色体依靠动粒捕捉由纺锤体极体发出的微管，并在微管的牵引下，和其它染色体一起向两极运动。,动粒结构模型,3、纺锤体 纺锤体(spindle)主要由微管与微管结合蛋白组成，呈纺锤状，两端为星体。其微管有动粒微管（一端与中心体相连，另一端与动粒相连）与极性微管（一端与中心体相连，另一端游离），从两极发出的极性微管常在赤道处相互搭桥。,纺锤体结构示意图,纺锤体形成,纺锤体解体,（三）有丝分裂过程中染色体运动的动力机制 1、染色体列队(chromosome alignment)：染色体向赤道板上运动的过程。 （1）意义：是启动染色体分离并向两子细胞平均分配的先决条件。如果列队不整齐，细胞不能由中期向后期转化，染色单体不能分离；即使能分离，但染色体分配不平均，最终细胞死亡。,（2）与染色体列队有关的蛋白质：Mad蛋白和Bub蛋白。两蛋白可使动粒敏化，促使微管与动粒接触，一旦染色体被微管捕获，即从动粒上消失。于是分裂由中期向后期转化。如果染色体不能被微管及时捕获，则它们不从动粒上消失，后期不能启动。原因是动粒与微管结合之前，回发出抑制信号，通过Mad2与后期促进因子APC结合抑制其活性，阻止细胞周期向下一个阶段转化。,（3）染色体列队机制 牵拉假说：染色体向赤道方向运动是由于动粒微管牵拉的结果。动粒微管越长，拉力越大，当来自两极的动粒微管的拉力相等时，染色体即被稳定在赤道板上。 外推假说：染色体向赤道方向运动是由于星体的排斥力将染色体外推的结果。染色体距中心体越近，星体对它的外推力越强，当来自两极的动粒微管的推力相等时，染色体即被稳定在赤道板上。,2、染色体分离 后期A，动粒微管变短，将染色体逐渐拉向两极：微管动力蛋白结合到动粒上，消耗ATP的情况下，带动动粒和染色单体沿动粒微管向极部运动，动粒微管末端随之降解而变短，动粒和染色单体与两极之间的距离逐渐拉近。 后期B：极性微管游离端在消耗ATP的情况下，微管蛋白聚合，使极性微管加长。移动素类蛋白在来自两极的极性微管之间搭桥，向微管正极行走，使重叠区逐渐变得狭长；胞质动力蛋白在星体微管与细胞膜间搭桥，并向星体微管负极运动，进一步将两极距离拉长。,二、减数分裂 特点：DNA复制一次，而细胞连续分裂两次 。 意义：保持后代的遗传性，确保生物的多样性，增强生物适应环境变化的能力。减数分裂过程中同源染色体间发生交换，使配子的遗传多样化，也增加了后代的适应性。由紧密连接的两次分裂构成。,（一）减数分裂前间期 特点：S期持续时间长；S期仅复制DNA总量的99.7%-99.9%，剩下的要到减数分裂前期才复制。 （二）减数分裂过程 1、减数分裂期I （1）前期I：人为划分为5个时期： 细线期：染色体呈细线状，具有念珠状的染色粒，染色体端粒通过接触斑与核膜相连，染色体的其它部分以放射状伸到核质中，形似花束称为花束期。,偶线期：同源染色体配对，这种配对称为联会。这一时期同源染色体间形成联会复合体。在光镜下可以看到两条结合在一起的染色体，称为二价体。每一对同源染色体都经过复制，含四个染色单体，所以又称为四分体；合成S期未合成的约0.3%DNA（偶线期DNA即zygDNA）,粗线期：染色体进一步浓缩、变短；同源染色体的非姊妹染色单体之间发生部分交换与重组（在联会复合体中间出现重组节 ）；合成S期未合成的DNA（P-DNA）；合成减数分裂期专有的组蛋白。 双线期：联会的同源染色体相互分离，但在交叉点上还保持着联系。,终变期：染色体凝集形成短棒状结构；交叉向端部移动（端化 ），交叉端化过程的进一步发展，故交叉数目减少，到达终变期末，同源染色体间仅在端部与着丝粒处相互连接。 （2）中期I 主要特点：核仁消失，核被膜解体；纺锤体装配并侵入核内捕获四分体，每个四分体含有四个动粒，位于两侧；四分体逐渐向赤道方向移动并最终排列在赤道面上。,（3）后期 I 特点：两条同源染色体分开并向两极移动。由于相互分离的同源染色体均是含有染色单体的二倍体，所以到达两极的染色体数目为细胞内总数的一半。 （4）末期I 染色体到达两极后，去凝集，在染色体周围核膜重新装配形成两个子细胞核，同时进行胞质分裂形成两个间期子细胞。,在减数分裂I和II之间的间期很短，不进行DNA的合成，有些生物没有间期，而由末期I直接转为前期II。 （二）减数分裂 分为前、中、后、末、胞质分裂几个时期，与有丝分裂相似。染色体到达两极后，减数分裂I的纺锤体去装配，两极的中心粒与5体一分为二，重新装配成两个纺锤体，染色体两极的位置重新排列，形成新的赤道板，此后的发生与有丝分裂相似。通过第二次减数分裂共形成4个子细胞一个精母细胞形成4个精子。而一个卵母细胞形成一个卵子及2-3个极体。,总结：减数分裂特征（和有丝分裂比较） 1.减数分裂主要是发生在生殖细胞产生的某个阶段； 2.遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，导致染色体数目减半； 3.减数分裂前间期的S期持续时间较长，少量DNA没有复制； 4.前期变化复杂，同源染色体配对、联会、重组，产生遗传多样性； 5.减数分裂时间较长。,（三）减数分裂过程的特殊结构-联会复合体(synaptonemal complex) 联会复合体(synaptonemal complex, SC)是减数分裂偶线期两条同源染色体之间形成的一种结构，它与染色体的配对，交换和分离密切相关。 联会复合体的成分是蛋白质与DNA，染色体的任何部分都可能与联会复合体的侧成分结合，DNA片段很可能完全穿越侧成分而进入中央成分，并在此参与同源染色体的基因重组。,联会复合体和重组结的结构模式图,联会复合体装配与去装配,减数分裂过程中染色体组的自由组合重组,同源染色体联会时的交换与交叉过程,第三节 细胞周期调控 Regulation of Cell Cycle,一、MPF的发现及其作用 MPF(maturation promoting factor)即卵细胞促成熟因子，或细胞促分裂因子(mitosis promoting fator)，或M期促进因子(M phase-promoting factor)。 1970年，用Hela细胞做实验：将间期细胞与M期细胞融合，发现与M期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的染色体凝集，称染色体超前凝集(PCC)。意味着M期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子，称为细胞促分裂因子。,1971年，用非洲爪蟾卵做实验：用孕酮诱导卵母细胞成熟，将其细胞质注射到卵母细胞中，可诱导后者成熟，再将后者细胞质少量注射到新的卵母细胞中，这些新的卵母细胞仍被诱导成熟。说明成熟的卵母细胞质中存在可诱导卵母细胞成熟的物质称为促成熟因子。 MPF被发现后，不少学者便进行纯化工作，发现其含两种蛋白质，并表现激酶活性，因而认为MPF是一种蛋白激酶，含p32和p45两种蛋白。,爪蟾卵细胞成熟实验,注射实验表明：孕酮诱导卵母细胞成熟；成熟卵细胞质中，含有卵母细胞成熟的因子，称做MPF。,成熟卵母细胞质移植实验证明MPF的存在,二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系 1、研究背景 在MPF(细胞促分裂因子)研究的同时，另一批生物学家也在做着相关的研究。 1960s以芽殖酵母为实验材料，利用温度敏感突变株分离出了与细胞分裂有关的基因（cell division cycle gene，CDC）。温度敏感突变株在允许温度条件下能正常生长繁殖，在限定温度条件下则不能分裂繁殖，表明它的某个与分裂有关的基因发生突变，统称为CDC基因。 1970s 以裂殖酵母为实验材料，同样发现了许多细胞周期调控基因。,2、细胞周期调控基因： 根据基因发现的先后顺序，命名为cdc2、 cdc25、 cdc28等。它们的突变，会使细胞停留在G2/M交界处。 3、基因表达产物为： 研究发现cdc2和cdc28都编码一个34K的蛋白，称之为p34cdc2、p34cdc28，进一步研究发现p34cdc2、p34cdc28具蛋白激酶活性，可使多种蛋白底物磷酸化，促进细胞周期的进行,故称为 p34cdc2激酶。,4、p34cdc2与MPF的关系 MPF的实质是CDC2蛋白+周期蛋白，CDC2蛋白为催化亚单位，周期蛋白为调节亚单位，二者结合才表现激酶活性。,MPF结构,CDK：CDC2须与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，称为细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinase，CDK)，因此CDC2又被称为CDK1。 2001年10月8日美国人Leland Hartwell、英国人Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。,三、周期蛋白 周期蛋白含量随细胞周期进程变化而变化的蛋白质。 1、周期蛋白种类 G1期周期蛋白：只在G1期表达并在G1/S期转化过程中执行调节功能。主要有周期蛋白D、E、A。 M期周期蛋白：只在间期表达和积累但到M期才表现出调节功能。主要有周期蛋白A、B。,2、周期蛋白分子结构 各种周期蛋白有着共同的分子结构特点： 周期蛋白框(cyclin box)：各种周期蛋白都含有周期蛋白框，是一段相当保守的氨基酸序列，介导周期蛋白与CDK结合，不同的周期蛋白框识别不同的CDK，表现出不同的CDK激酶活性； 破坏框(destruction box)：M期周期蛋白近N端含有的一段由9个氨基酸残基组成的特殊序列，主要参与泛素介导的周期蛋白A、B的降解。 PEST序列：G1期周期蛋白不含破坏框，在其C端含PEST序列，与G1周期蛋白更新有关。,周期蛋白分子结构特征,3、周期蛋白的表达时期 不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时期不同，与不同的CDK（细胞周期蛋白依赖性激酶）结合，调节不同的CDK激酶活性。 周期蛋白A：G1期早期开始表达并逐渐积累，至G1/S交界处，含量达最大并维持到G2/M 。 周期蛋白B：G1期晚期开始表达并逐渐积累，至G2期后期含量达最大并维持到M期中期，然后迅速降解。 周期蛋白D：在细胞周期中持续表达。 周期蛋白E： M期晚期和G1期早期开始表达并逐渐积累，到达G1期晚期含量达最大，然后逐渐下降，至G2期晚期含量达最低。,部分哺乳动物和酵母细胞周期蛋白的周期性变化及其与CDK激酶活性的关系,四、CDK激酶与CDK激酶抑制物 1、CDK激酶 CDK激酶（细胞周期蛋白依赖性激酶）都含有异端类似的氨基酸序列，都必须与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，目前已发现并命名的有：CDK激酶种类： CDK1 CDK8 CDK激酶结构特点：均含有一段相似的激酶结构域，这一区域有一段保守序列，与周期蛋白的结合有关；含有磷酸化修饰位点。 2、CDK激酶抑制物 分别归为CIP/KIP家族和Ink4家族，对细胞周期起负调控作用 。,五、细胞周期运转调控 不同种类的周期蛋白与不同种类的CDK结合，构成不同的CDK激酶，不同的CDK激酶在细胞的不同时期表现出活性，对细胞周期的不同时期进行调控。,（一）G2/M期转化与CDK激酶1的调控作用 1、CDK激酶1是由p34cdc2蛋白与周期蛋白B结合而成，周期蛋白B在G1期晚期开始合成，通过S期，到达G2期晚期周期蛋白B含量达最大，与CDK1结合。 2、结合周期蛋白的CDK1因为Wee1激酶将CDK1的Thr14、Tyr15和Thr161磷酸化而不具酶活。 3、M期，Wee1的酶活下降；CDC25（磷酸酶）使CDK1的Thr14、Tyr15去磷酸化而激活CDK1。 4、激活的CDK1使底物蛋白磷酸化，如将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩；核纤层蛋白磷酸化，使核纤层解聚、核膜解体等。G2/M期转化。,（二）M期周期蛋白与分裂中期向后期转化 1、调控方式：进入分裂中期后，MPF活性达到最高，激活后期促进因子APC，将泛素连接在cyclinB上，导致cyclinB被蛋白酶体（proteasome）降解，CDK1活性丧失，被CDK1激酶磷酸化的蛋白质去磷酸化，细胞周期从分裂中期向后期转化。,周期蛋白B周期性调节CDK1激酶活性,CDK1激酶活性的综合调控,2、周期蛋白的泛素降解途径：泛素由76个氨基酸组成，高度保守，普遍存在于真核细胞，故名泛素。周期蛋白N端有一段序列称破坏框，与其降解有关，当MPF活性达到最高时，通过泛素连接酶催化泛素与cyclin结合（泛素C端与泛素激活酶E1结合，形成E1-泛素复合物，E1-泛素复合物再将泛素转移给泛素结合酶E2，在泛素连接酶E3的作用下，直接将泛素转移到靶蛋白上，泛素分子相继连上形成泛素链)。泛素化的靶蛋白在蛋白酶体的作用下，逐步降解，泛素链解聚被重新利用。,蛋白质泛素化途径的裂解过程,3、APC活性的调节 （1）M期CDK激酶活性能激活APC的活性。 （2）CDC20为其正调控因子。CDC20位于动粒上，纺锤体装配不完全或动粒不能被动粒微管捕获，Mad2不能从动粒上消失，则Mad2与CDC20结合而将其活性抑制。只有当纺锤体装配完全或动粒被动粒微管捕获，Mad2从动粒上消失，抑制作用被解除，APC活化，降解M期周期蛋白，使其CDK激酶活性丧失，细胞由中期向后期转化。,（三）G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK激酶 1、成分 G1期周期蛋白：周期蛋白D、E、A G1期周期蛋白