3..知识点汇总-细胞周期

IV 细胞周期知识点汇总细胞周期知识点汇总 核心知识点 约占考试总分值的60 2 8 12 17 21 31 32 36 40 普通知识点 约占考试总分值的30 1 5 6 7 9 10 11 14 19 20 22 24 26 27 29 30 35 42 44 49 扩展知识点 约占考试总分值的10 3 4 13 15 16 18 23 25 28 33 34 37 38 39 41 43 45 46 47 48 1 细胞周期的定义及持续时间 A 定义 细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程 B 持续时间 细胞周期的持续时间在不同的细胞种类里差别很大 这种差别主 要是由于 G1 期持续时间的多变性造成的 2 细胞周期的时期划分 A 整个细胞周期分为分裂期 M 期 和分裂间期 间期 B 间期分为 G1 期 S 期和 G2 期 C M 期包括两个主要的分裂事件 分别是核分裂 mitosis 和胞质分裂 cytokinesis D 核分裂分为五个时期 前期 prophase 前中期 prometaphase 中期 metaphase 后期 anaphase 和末期 telophase E 胞质分裂期相对独立 发生于核分裂后期 完成于核分裂末期结束之后 是 M 期真正的终点 3 间期的物质储备 A 间期是细胞周期中为 M 期做物质储备的时期 该时期从外界摄取大量的营 养物质 合成代谢旺盛 B S 期细胞合成 DNA 是遗传物质的储备时期 C G1 期和 G2 期细胞合成除 DNA 以外的其他蛋白和细胞结构组分 是非遗传 物质的储备时期 4 基于细胞周期的细胞分群 A 周期中细胞 cycling cell 细胞周期持续运转 细胞持续分裂 如上皮组 织的基底层细胞 B G0 期细胞 静止期细胞 quiescent cell 在 G1 期细胞暂时脱离细胞周期进 入 G0 期 停止细胞分裂 一旦受到信号指使 会快速返回细胞周期并分裂增 殖 如结缔组织的成纤维细胞 C 终末分化细胞 分化程度很高 一旦特化定型后 终生不再分裂 只执行特 定的功能 如骨骼肌细胞 5 细胞周期调控系统 cell cycle control system 及检验点 checkpoints A 细胞周期调控系统 由一系列细胞周期调控蛋白组成的调节细胞周期运行的 网络系统 能够接受上游调控信号和下游反馈信号并触发或延迟细胞周期中某 一特定事件的发生 B 检验点 细胞周期的调控点 检验细胞从一个周期时相进入下一个周期时相 的条件是否适合 6 细胞周期调控系统的组成及运作模式 A 细胞周期调控系统由三部分组成 分别是上游调控蛋白 核心调控蛋白和效 应蛋白 B 核心调控蛋白包括两类蛋白家族 分别是周期蛋白 cyclin 和周期蛋白依 赖性蛋白激酶 cyclin dependent kinase CDK C 周期蛋白不具备酶活性 其浓度随着细胞周期的运行而周期性的变化 每一 种周期蛋白都能与特定的 CDK 结合形成 cyclin CDK 复合物 cyclin CDK complex D CDK 具有激酶结构域 然而游离的 CDK 蛋白不具备激酶活性 其激酶活性 必须在 cyclin CDK 复合物内才能被激活 因此虽然 CDK 的蛋白浓度在整个细 胞周期内相对恒定 但其激酶活性仍然随着细胞周期的运行而周期性的变化 一种 cyclin CDK 复合物只在细胞周期内的某个特定时期表现活性 从而对细胞 周期的不同时期进行调节 E cyclin CDK 复合物的底物是一系列效应蛋白 这些效应蛋白在被 cyclin CDK 磷酸化后直接参与细胞周期中各细胞事件的启动与运行 F cyclin 的浓度和 cyclin CDK 的激酶活性的周期性变化依赖于上游调控蛋白的 调控作用 这些调控作用主要有三种 CDK 的磷酸化和去磷酸化 Cyclin 的泛 素化降解 CDK 抑制因子对 CDK 酶活性的抑制作用 7 哺乳动物细胞 cyclin 的主要种类及其周期性变化曲线 A 哺乳动物细胞内的 cyclin 有很多种 其中较重要的 cyclin 有四种 cyclin A cyclin B cyclin D cyclin E B 四种 cyclin 在细胞周期内的浓度变化曲线如下图 C cyclin A 的合成起始于 G1 期早期 浓度峰值维持在 S 期和 G2 期 降解发生 在 M 期初始 D Cyclin B 的合成起始于 G1 期晚期 浓度峰值维持在 M 期的前期和中期阶段 降解发生在 M 期的后期 降解速度极快 E Cyclin D 在整个细胞周期中持续表达并维持在一个相对稳定的浓度水平上 F Cyclin E 的合成起始于 G1 期早期 浓度在 G1 期晚期达到浓度峰值后逐渐下 降 到 G2 期晚期降至最低点 降解速度缓慢 8 哺乳动物细胞 CDK 的主要种类及细胞周期中的几个关键性 cyclin CDK 复合 物 A 哺乳动物细胞内的 CDK 有很多种 其中较重要的 CDK 有四种 CDK1 CDK2 CDK4 CDK6 B 四种 CDK 与相应的 cyclin 结合形成了细胞周期调控中四种关键性的 cyclin CDK 复合物 按照其起作用的主要时期命名为 G1 CDK complex G1 S CDK complex S CDK complex M CDK complex 组成这些复合物的 cyclin 和 CDK 组分如下表 9 cyclin 的分子结构特征 A cyclin 分子主要包含三种特征序列 分别是 周期蛋白框 破坏框和 PEST 序 列 B 周期蛋白框在所有 cyclin 分子中都存在 是 cyclin 与相应 CDK 的结合位点 C 破坏框在部分 cyclin 分子中存在 如 cyclin A 和 cyclin B 破坏框在 APC 介 导的泛素化降解途径中起到关键性作用 D PEST 序列在部分 cyclin 分子中存在 如 cyclin D 和 cyclin E PEST 序列在 SCF 介导的泛素化降解途径中起到关键性作用 10 CDK 的分子结构特征 A CDK 分子主要包含两种特征序列 分别是 CDK 激酶结构域和 PSTAIRE 序 列 B CDK 激酶结构域在所有 CDK 分子中都存在 是决定 CDK 激酶活性的关键性 结构域 C PSTAIRE 序列是 CDK 激酶结构域内一段高度保守的蛋白序列 目前被认为 与 cyclin 和 CDK 的结合有关 11 以 cyclin 为靶点的上游泛素化降解调控途径 A 细胞内的 cyclin 浓度周期性变化由蛋白合成与降解共同控制 在浓度上升阶 段蛋白合成起主要作用 在浓度降低阶段蛋白降解起主要作用 蛋白合成是相 应基因表达的结果 蛋白降解是通过上游调控蛋白对 cyclin 的泛素化来实现的 B 细胞内以 cyclin 为靶点的泛素化降解途径有两条 分别是 APC 泛素化降解途 径和 SCF 泛素化降解途径 C APC 泛素化降解途径主要发生在 M 期 通过 APC 降解的 cyclin 主要是 cyclin A 和 cyclin B 起关键性作用的 cyclin 结构域是破坏框 D SCF 泛素化降解途径主要发生在间期 通过 SCF 降解的 cyclin 主要是 cyclin D 和 cyclin E 起关键性作用的 cyclin 结构域是 PEST 序列 E cyclin 的泛素化降解会造成 cyclin CDK 复合物的解体及其激酶活性的消失 12 以 CDK 为靶点的上游磷酸化调控途径 A 随着 cyclin 浓度的升高 相应的 cyclin CDK 复合物浓度也随之升高 但这种 复合物是无酶活性的 需要上游磷酸化调控来激活其激酶活性 B 以 CDK 为靶点的上游磷酸化调控途径包含磷酸化和去磷酸化两个步骤 介 导磷酸化的上游调控蛋白是抑制型 CDK 激酶 inhibitory CDK kinase 和激活 型 CDK 激酶 activating CDK kinase 介导去磷酸化的上游调控蛋白是激活型 CDK 磷酸酶 activating CDK phosphatase C CDK 分子上有三个氨基酸位点可被上游调控蛋白磷酸化 其中两个是抑制型 磷酸化位点 能够被抑制型 CDK 激酶磷酸化并能被激活型 CDK 磷酸酶去磷酸 化 另一个是激活型磷酸化位点 能够被激活型 CDK 激酶磷酸化 D 两种类型的磷酸化位点中 抑制型磷酸化位点在对 CDK 激酶活性的调节过程 中占主导地位 E 抑制型 CDK 激酶和激活型 CDK 激酶在整个细胞周期内都以活性形式存在 当 CDK 与 cyclin 结合形成复合物之后立刻被两种类型的 CDK 激酶磷识别 使 得三个磷酸化位点均被磷酸化 由于两个抑制型磷酸化位点占主导地位 此时 的 cyclin CDK 复合物仍然不具备激酶活性 F 在细胞周期进行到相应时刻 激活型 CDK 磷酸酶被活化 将 CDK 分子上的 两个抑制型磷酸分子移除 此时 cyclin CDK 复合物的激酶活性被激活 G 激活后的 cyclin CDK 复合物在完成细胞周期调控任务后随着 cyclin 的降解而 解体 酶活性消失 H 对于 CDK1 分子和由其组成的 M CDK 复合物 其对应的上游调控蛋白分别 是 wee1 抑制型 CDK 激酶 CAK 激活型 CDK 激酶 和 cdc25c 激活型 CDK 磷酸酶 CDK1 分子上的两个抑制型磷酸化位点分别是 Thr14 和 Tyr15 一个激活型磷酸化位点是 Thr161 13 CDK 抑制因子 CKI 与细胞周期检验点 checkpoints A 除上游磷酸化调控途径外 细胞内还存在一类对 CDK 活性起负调控作用的 蛋白质 称为 CDK 抑制因子 CKI B CKI 在上游调控信号或下游反馈信号的刺激下 与 cyclin CDK 复合物直接结 合并抑制其激酶活性 C CKI 对 CDK 激酶活性的调节作用在级别上高于上游磷酸化调控途径 主要功 能是在细胞周期检验点中强行中止细胞周期的运行 因此 CKI 也被称为细胞周 期的分子闸 molecular brake 14 S 期 DNA 复制的启动与调控 A S 期 DNA 复制的启动与调控共分为四个阶段 分别是 复制起点的识别 复制前复合物的组装及执照因子发行 复制前复合物的解体 DNA 复制 启动 B 复制起点的识别 细胞内存在一种多亚基复合物 称为复制起点识别复合物 ORC ORC 在整个细胞周期内都以活性形式存在并始终与 DNA 复制起点序 列结合 ORC 是其他复制起始调控蛋白在复制起点募集的平台 C 复制前复合物 PRC 的组装及执照因子发行 在 M 期晚期到 G1 期早期 cdc6 结合到 ORC 上并以 ORC 为平台进一步募集一系列蛋白亚基在该位点组装 成 PRC 组成 PRC 的蛋白亚基中包含一类重要的蛋白 Mcm 蛋白 也被称 为执照因子 Mcm 蛋白在 ORC 上的组装标志着 DNA 复制已经处于准备状态 ready to fire 6个Mcm蛋白分子在ORC上组装成的环形多聚物即为DNA 复制时的解旋酶复合物 红色字部分不在要求掌握的范围内 D 复制前复合物的解体 在 S 期起始阶段 S CDK 复合物活化并磷酸化 cdc6 cdc6 的磷酸化进一步诱导该蛋白的迅速降解 从而导致 PRC 的解体 E DNA 复制启动 PRC 解体后 Mcm 蛋白仍然停留在 ORC 上 并在 S CDK 复 合物的调控下与其他蛋白亚基共同构成 DNA 复制起始复合物 启动 DNA 复制 反应 F cdc6 在 PRC 组装过程中充当 胶水 的角色 cdc6 不在的话 PRC 就无法组装 由于 S CDK 在整个 S 期均有活性 因此 cdc6 在 S 期内均处于低浓度状态 无 法启动 PRC 在 ORC 上的组装 保证了在 DNA 合成过程中 每个复制起点只 启动一次复制反应 在 M 期晚期和 G1 期早期 由于 S CDK 的失活 cdc6 重 新恢复到高浓度状态 启动了 PRC 再 ORC 上的组装 为下一轮 DNA 复制做 准备 15 Smc 复合物与染色体结构组织 A 不同水平的染色体高级结构的组织是依赖于不同的 Smc structural maintenance of chromosome 蛋白复合物来维持的 B Smc 蛋白复合物以二聚体的形式介导染色质分子的交联 交联过程需要 ATP 的参与 C Smc 蛋白复合物主要有两类 分别是黏连蛋白 cohesin 和凝缩蛋白 condensin 黏连蛋白介导 S 期姐妹染色单体间的交联 凝缩蛋白介导 M 期 前期染色质的凝缩 16 DNA 损伤检验点 DNA damage checkpoints A 细胞周期内的 DNA 损伤检验点有三处 分别位于 G1 期 S 期和 G2 期 B G1 期 DNA 损伤检验点主要检查在 S 期 DNA 合成前模板 DNA 的损伤情况 模板 DNA 损伤可以激活 p53 蛋白 活化的 p53 蛋白作为转录因子进一步激活 p21 基因的表达 p21 蛋白是一类 CDK 抑制因子 能够特异的与 G1 S CDK 复 合物和 S CDK 复合物结合并抑制其激酶活性 从而使细胞周期停止于 G1 期 C S 期 DNA 损伤检验点主要检查在 S 期 DNA 合成时出现的 DNA 损伤或复制 叉的停滞现象 DNA 损伤或复制叉停滞可以通过一系列信号转导途径诱导 cdc25a 的降解 cdc25a 是 S CDK 复合物的激活型磷酸酶 cdc25a 的降解导致 S CDK 复合物失活 细胞周期停止于 S 期 D G2 期 DNA 损伤检验点主要检查在细胞分裂前的 DNA 损伤情况 DNA 损伤 可以通过一系列信号转导途径诱导 cdc25c 的降解 cdc25c 是 M CDK 复合物的 激活型磷酸酶 cdc25c 的降解导致 M CDK 复合物的失活 细胞周期停止于 G2 M 交界处 无法顺利进入 M 期 17 M CDK 复合物活性的调控过程 A M CDK 复合物主要由 CDK1 和 cyclinB 组成 B 在 M 期后期和 G1 期早期 cyclinB 浓度很低 CDK1 以游离形式存在于细胞 质中 三个磷酸化位点 Thr14 Tyr15 和 Thr161 均无磷酸分子结合 C cyclinB 基因表达起始于 G1 期晚期 随着 cyclinB 浓度的升高 M CDK 复合 物的浓度也随之升高 新形成的 M CDK 复合物上的三个磷酸化位点被磷酸化 其中两个抑制型磷酸化位点 Thr14 和 Tyr15 的磷酸化由 wee1 催化 一个激 活型磷酸化位点 Thr161 的磷酸化由 CAK 催化 D 在 G2 M 交界处 cdc25c 被活化并催化 Thr14 和 Tyr15 位点的去磷酸化 M CDK 的激酶活性被启动 活化后的 M CDK 对上游的 cdc25c 有正反馈调节作用 进一步加速 M CDK 的活化速度 形成 M CDK 活性的爆炸式增长 促使细胞 快速进入 M 期 E 在 M 期中期 后期交界处 APC 被活化并催化 cyclinB 的降解 M CDK 复合 物失活并解体 细胞进入 M 期后期 F M CDK 解体后 CDK1 重新游离于细胞质中 Thr161 位点去磷酸化 18 M CDK 的重要底物 效应蛋白 A M CDK 的活化导致一系列底物效应蛋白的磷酸化 从而启动一系列 M 期细 胞事件 其中较重要的两种底物效应蛋白分别是 组蛋白 H1 和核纤层蛋白 B 组蛋白 H1 的磷酸化介导了 M 期前期的染色质凝缩过程 C 核纤层蛋白的磷酸化介导了 M 期前中期的核膜崩解过程 19 M 期的两套临时性分裂装置分别是 纺锤体 spindle 和胞质收缩环 contractil ring 20 哺乳动物细胞 M 期各时期特点概述 A M 期包括两个主要的分裂事件 分别是核分裂 mitosis 和胞质分裂 cytokinesis B 核分裂分为五个时期 前期 prophase 前中期 prometaphase 中期 metaphase 后期 anaphase 和末期 telophase C 胞质分裂期相对独立 发生于核分裂后期 完成于核分裂末期结束之后 是 M 期真正的终点 D 前期 染色质开始凝缩 间期复制完成的两个中心体开始分离 纺锤体在核 外开始装配 E 前中期 染色质进一步凝缩 核膜崩解 纺锤体微管进入核区域完成核内装 配 染色体在纺锤体微管的作用下开始向纺锤体赤道面移动 即纺锤体整列 F 中期 染色质凝缩程度达到最高 染色体整列完成 所有染色体都排列在纺 锤体赤道面上 G 后期 姐妹染色单体分离 在纺锤体微管的作用下向两极移动 纺锤体两极 间的距离也进一步拉大 H 末期 染色体到达两极并开始解聚 新的核膜在染色体表面开始装配 I 胞质分裂期 纺锤体赤道面边缘皮层区域出现胞质收缩环结构 胞质收缩环 不断收缩直至将整个细胞质一分为二 21 纺锤体的结构 A 纺锤体 spindle 是由分裂极和微管组成的双极化微管网络结构 B 动物细胞的纺锤体分裂极是含有中心粒的中心体 在纺锤体分裂极建立过程 中 中心体分离并向四周辐射微管 最终形成两个星体结构并确定了纺锤体的 两个分裂极 因此动物细胞的纺锤体也叫做有星纺锤体 C 植物细胞的纺锤体分裂极是微管负极端在交联蛋白的作用下聚集而成 在纺 锤体分裂极建立过程中 并没有中心体的参与和星体结构的出现 因此植物细 胞的纺锤体也叫做无星纺锤体 D 动物细胞纺锤体中包含三种类型的微管 分别是 星体微管 astral microtubules 极间微管 interpolar microtubules 和动粒微管 kinetochore microtubules E 星体微管是纺锤体组装过程中由中心体发出的向四周辐射生长的微管结构 星体微管在皮层区能与微丝骨架结合 F 极间微管是由两根从不同分裂极发出的星体微管相互作用而形成的 组成极 间微管的两根微管的正极端反相平行排列并通过微管结合蛋白彼此交联 G 动粒微管是星体微管在核内捕获染色体动粒而形成的微管结构 22 纺锤体中的马达蛋白的种类及功能 A 纺锤体的组装及功能行使都依赖于马达蛋白 在纺锤体中存在的马达蛋白包 括两大类 分别是 驱动蛋白相关蛋白 KRPs 和胞质动力蛋白 dynein 驱 动蛋白主要包括 kinesin 4 5 10 14 四个家族成员 B kinesin 5 以二聚体的形式存在于极间微管正极端 两个单体分子的货物结合 结构域彼此相连 马达结构域分别与极间微管的两根反相平行微管的管壁结合 Kinesin 5 属于 N 驱动蛋白 马达结构域向微管正极端移动 能够驱动极间微管 向正极方向的相互滑动 导致纺锤体两极的彼此远离 C kinesin 14 以单体的形式存在于极间微管正极端 马达结构域与极间微管中的 一根微管管壁结合 货物结合结构域与极间微管的另一根微管管壁结合 kinesin 14 属于 C 驱动蛋白 马达结构域向微管负极端移动 能够驱动极间微 管向负极方向的相互滑动 导致纺锤体两极的彼此靠近 D kinesin4 和 kinesin10 也叫做染色体驱动蛋白 chromokinesins 以单体的形 式存在于极间微管上 马达结构域与极间微管的管壁结合 货物结合结构域与 姐妹染色单体的染色体臂结合 Kinesin4 和 kinesin10 都是 N 驱动蛋白 马达结 构域向微管正极端移动 能够拖拽染色体向极间微管正极端即纺锤体赤道面移 动 有助于前中期染色体整列的完成 E dynein 以单体形式存在于分裂极外侧皮层区域内星体微管的正极端 马达结 构域与星体微管壁结合 另一端通过动力蛋白激活蛋白与皮层区微丝骨架结构 相结合 Dynein 的马达结构域向微管负极端移动 能够驱动纺锤体两极向外侧 皮层区域移动 导致纺锤体两极的彼此分离 23 细胞内纺锤体的长度调节机制 A 细胞内存在两种调控纺锤体长度的力 分别是使两极分离的力和使两极拉近 的力 两种力的对抗结果决定了纺锤体的最终长度 B 哺乳动物细胞内使纺锤体两极分离的力来自于 kinesin 5 和 dynein 使两极 拉近的力来自于 kinesin 14 C 认为干扰两种力的平衡会造成纺锤体长度的改变 如在酵母细胞中过表达 kinesin 5 的类似物会造成纺锤体变长 过表达 kinesin 14 的类似物会造成纺锤 体变短 24 有星纺锤体组装过程中的两个主要阶段 A 动物细胞纺锤体 有星纺锤体 的组装过程可以分为两个主要阶段 分别是 核膜崩解前的早期纺锤体组装和核膜崩解后的晚期纺锤体组装 B 早期纺锤体组装的主要任务是确立两个分裂极即两个星体 这个过程依赖于 中心体 C 晚期纺锤体组装的主要任务是在核区域内纺锤体的自我组织 这个过程依赖 于染色体 25 中心体的复制 A 中心体周期 随着细胞周期的运行 细胞内中心体也经历复制和分离的周期 性变化 称为中心体周期 B 细胞内中心体的复制发生于 G1 期末 S 期初 在 S 期内完成 中心体复制 反应由 G1 S CDK 复合物触发 C 中心体的复制方式为半保留复制 与 DNA 复制类似 中心体内的两个中心 粒以自身为模板分别复制形成一个新的中心粒并进一步组装成两个子代中心体 D 中心体在每个细胞周期内只能被复制一次 对中心体复制次数的控制机制尚 不清楚 但已知在某些细胞内中心体复制次数的控制依赖于同时期发生的 DNA 复制过程 26 早期有星纺锤体的组装 A M CDK 复合物的活化触发了早期有星纺锤体的组装 早期有星纺锤体组装发 生在 M 期的前期 其主要任务是形成两个星体结构并确定纺锤体的两个分裂极 B 星体结构的形成主要依赖于两个细胞事件 分别是中心体成熟和微管动力学 不稳定性升高 C 中心体成熟是指中心体基质中的 微管蛋白环状复合物的数量增多 使得成 熟中心体的微管成核能力大幅提高 D 微管动力学不稳定性升高使得星体微管的组装与去组装平衡更倾向于微管的 解聚 E 星体结构的特点是以成熟中心体为中心向四周高频辐射较短的 不稳定性高 的星体微管 这些特点有利于晚期有星纺锤体组装的完成 27 晚期有星纺锤体的组装 A 晚期有星纺锤体的组装开始于核膜的崩解 B 在核膜崩解前 核内的染色体完成了复制和凝缩的准备过程 核外的纺锤体 也完成了星体结构和分裂极建立的准备过程 C 核膜崩解后 核外星体发出的星体微管迅速进入核区域 在核区域内 星体 微管正极端通过 kinesin 5 相互交联形成极间微管 或者星体微管正极端捕获染 色体动粒形成动粒微管 D 核膜崩解后 染色体周围的 Ran GTP cloud 能够激活微管稳定系统 使进入 核区域内的星体微管在形成极间微管和动力微管后保持稳定状态 不会轻易发 生降解反应 28 无星纺锤体的组装过程 A 无星纺锤体的组装起始于核膜的崩解 B 核膜崩解后 微管蛋白异源二聚体和多种马达蛋白涌入核区域 在染色体附 近开始组装成微管并进一步形成无星纺锤体的主体结构 C 染色体周围的 Ran GTP cloud 能启动染色体附近区域的微管成核反应 同时 还能激活微管稳定系统 使得在染色体附近区域能够产生大量的稳定的微管结 构 D 染色体附近区域产生的微管在生长过程中受到多种马达蛋白的调控最终形成 无星纺锤体结构 E kinesin 5 二聚体交联相邻微管并介导微管间向正极方向的滑动 最终形成极 间微管的反向平行排列形式 F Kinesin 4 和 kinesin10 的货物结合结构域与染色体臂结合 马达结构域沿微管 管壁向正极方向行走 使得微管的正极端总是维持在染色体附近 受到 Ran GTP cloud 的保护不发生降解 同时微管的负极端随着微管不断生长逐渐向两 极迁移 G Kinesin 14 和 dynein 使微管负极端交联形成两个分裂极 同时交联作用也稳 定了离开 Ran GTP cloud 的微管负极端使其不发生降解反应 H 在微管产生过程中 一些微管的微管壁与染色体动粒接触 触发了捕获动粒 的反应 形成了动力微管 29 染色体动粒和动力微管结合位点的基本结构 A 染色体动粒存在于染色体着丝粒区域 主缢痕区域 姐妹染色单体两侧各 有一个动粒结构 背靠背对称分布 B 染色体动粒是有多个蛋白亚基 动粒蛋白 共同聚合而成的庞大的复合物结 构 每个动粒上都具有动粒微管结合位点 不同细胞动粒上的动粒微管结合位 点的数量差异很大 C 动粒微管结合位点由蛋白项圈 protein collar 连接蛋白和底板三部分组成 动粒微管正极端进入结合位点后暴露于蛋白项圈与底板间的内部空隙内 蛋白 项圈与微管管壁结合并能在微管管壁上滑动 D 动粒微管正极端在结合位点内部仍然具备动态组装和去组装的能力 在 M 期前中期和中期动粒微管正极端主要发生组装反应 在 M 期后期动粒微管正极 端主要发生去组装反应 30 动粒微管的捕获行为 A 星体微管捕获动粒形成动粒微管的过程可以分为四个过程 粘附 滑动 解 聚和捕获 B 粘附 星体微管在延伸过程中 附近的染色体动粒与星体微管管壁结合 C 滑动 结合在星体微管上的染色体动粒在马达蛋白的作用下沿星体微管向两 极移动 D 解聚 星体微管正极端由于动力学不稳定性发生解聚 E 捕获 快速解聚的星体微管正极端在到达染色体动粒时进入动粒上的微管结 合位点内 形成稳定的动粒微管 31 动粒微管捕获行为的错误筛查机制 A 细胞内动粒微管捕获染色体的过程中可能出现三种捕获形式 其中一种是正 确的 两种是错误的 B 正确的捕获形式是一对姐妹染色单体的两个动粒分别被来自两极的动粒微管 捕获 每个动粒只被同一极发出的动力微管捕获 同一极发出的动粒微管只捕 获一个动粒 C 错误的捕获形式 1 来自同一极的多条动粒微管同时捕获了一对姐妹染色单 体的两个动粒 D 错误的捕获形式 2 一个动粒同时被来自两极的动粒微管捕获 E 染色体动粒的背靠背对称分布在结构上尽量避免了错误的捕获形式的发生 但这种结构上的设计仍然无法完全阻止错误的发生 F 在染色体动粒结构内存在一种基于张力的捕获筛查机制 能够及时发现并修 正错误的捕获形式 正确的捕获形式使得动粒处于高张力状态 此时动粒内的 捕获抑制信号被封闭 动粒微管可以与动粒紧密结合 相反 错误的捕获形式 使得动粒处于低张力状态 此时动粒内的捕获抑制信号被激活 动粒微管与动 粒间的结合受到抑制 动粒微管脱离结合位点并解聚 32 驱动染色体沿纺锤体运动的三种力 A 在纺锤体内存在三种力驱动染色体沿纺锤体的运动 这三种力分别来自 动 粒微管正极端解聚 微管流动和马达蛋白 B 来自动粒微管正极端解聚的力 在 M 期后期 动粒微管正极端发生解聚 微 管在形成过程中 GTP 水解为 GDP 后储藏在微管构象中的能量随着正极端的解 聚而释放 正极端微管蛋白纤维向外侧弯折 推动蛋白项圈沿微管壁向两极快 速滑动 整个过程无需 ATP 参与 是后期姐妹染色单体分离的主要驱动力 C 来自微管流动的力 动粒微管负极端存在一种特殊的解聚机制 在整个纺锤 体存在阶段 动粒微管的负极端一直在两极不断解聚 解聚过程中动粒微管的 负极端始终固定在两极内 使得整根微管随着负极端的缩短而向两极移动 形 成微管流动 微管流动产生一种向两极的牵拉力 这种力在前中期和中期微管 整列过程中是维持动粒张力的主要驱动力 在后期是姐妹染色单体分离的辅助 驱动力 D 来自马达蛋白的力 驱动染色体沿纺锤体运动的马达蛋白主要是 kinesin 4 和 kinesin10 他们能够拖拽染色体臂向极间微管正极端方向移动 由于极间微 管的正极端反相平行排列总是在纺锤体的赤道面附近 因此马达蛋白拖拽染色 体的移动方向总是指向纺锤体赤道面 因此这种力是前中期和中期染色体整列 的主要驱动力 33 染色体整列 A M 期染色体在纺锤体的作用下向赤道面移动的过程称为染色体整列 染色体 整列发生在 M 期前中期 完成于 M 期中期 B 染色体整列是两种力共同作用的结果 牵拉作用力来自微管流动 外推作用 力来自马达蛋白 C 目前认为来自马达蛋白的外推作用力是驱动染色体整列的主要作用力 来自 微管流动的牵拉作用力主要是维持动粒的张力 以稳定动粒微管与动粒间的结 合 34 后期促进因子复合体 APC 在 M 期后期启动中的作用 A M CDK 复合物的活化启动了 M 期并使 M 期持续运行到染色体整列完毕 即 M 期中期 在染色体完成整列之后 细胞通过纺锤体组装检验点 激活 APC APC 催化 M CDK 复合物中 cyclin B 的降解 使 M CDK 复合物失活 同时启动一些列细胞事件 促使 M 期后期的启动 B 纺锤体组装检验点的作用机制不明 已知只有正确装配的纺锤体才能顺利通 过该检验点 正确装配的纺锤体的动粒处于高张力状态 不会触发抑制性信号 而错误装配的纺锤体动粒处于低张力状态 低张力状态的动粒会向周围传递扩 散性抑制信号 该信号能够抑制 APC 的活化 阻止细胞进入 M 期后期 C 后期启动的关键性细胞事件是姐妹染色单体分离 35 促使姐妹染色单体分离的分子机制 A 姐妹染色单体在 S 期复制完成后即被黏连蛋白复合物绑定 直到 M 期后期 启动的时候黏连蛋白的绑定作用才被解开 B 细胞内直接调控黏连蛋白活性的是分离酶 separase 分离酶能够催化黏连 蛋白复合物的水解并释放姐妹染色单体 C 在后期启动前 分离酶与分离酶抑制蛋白 securin 紧密结合并处于失活状 态 APC 活化后催化 securin 的水解 释放出有活性的分离酶 分离酶进一步水 解黏连蛋白复合物 促使姐妹染色单体分离 36 后期 A 与后期 B A 后期根据纺锤体作用方式的不同可以分为后期 A 和后期 B B 后期 A 动粒微管缩短 拖拽姐妹染色单体向两极运动 驱动力来自动粒微管 正极端解聚和微管流动 C 后期 B 极间微管变长 两极间距增大 姐妹染色单体进一步分离 驱动力来 自 kinesin 5 介导的极间微管间滑动和 dynein 介导的纺锤体分裂极向外侧皮层区 域的移动 D 后期 A 发生在前 后期 B 发生在后 两个时期有一定的时间重叠 在不同 细胞内二者对姐妹染色单体分离的贡献程度有很大变化 37 末期细胞事件概述 A 末期与后期之间无明显界限 也没有检验点存在 可以看做是后期的自然延 续 B 末期细胞事件的发生依赖于 M CDK 复合物的失活和相关效应蛋白的去磷酸 化 C 末期发生的主要细胞事件包括 纺锤体解体 染色体解聚成染色质 核膜重 新形成 基因转录恢复 38 减数分裂的类型 减数分裂根据发生阶段的不同可分为三种类型 配子 终末减数分裂 gametic terminal meiosis 孢子 居间减数分裂 sporic intermediate meiosis 合子 起始减数分裂 zygotic initial meiosis 39 减数分裂的时期划分和主要细胞事件 A 减数分裂根据染色体的分离方式可以划分为两个时期 减数分裂 I 和减数分 裂 II 减数分裂 I 期发生的是同源染色体的分离 减数分裂 II 期发生的是姐妹 染色单体的分离 在减数分裂 I 期之前的是减数分裂前间期 与有丝分裂间期 类似 在减数分裂 I 和减数分裂 II 之间的是减数分裂间期 该时期很短暂 没 有 DNA 复制 也没有 G1 S G2 的时相划分 B 减数分裂 I 和减数分裂 II 与有丝分裂类似 都包含前期 前中期 中期 后 期 末期和胞质分裂期等六个时期 C 减数分裂 I 前期 前期 I 持续时间很长 在此时期发生减数分裂特有的同源 染色体配对和基因重组 这个时期根据染色体配对和基因重组事件的发展进程 可以细分为五个时期 分别是细线期 偶线期 粗线期 双线期 终变期 40 同源染色体的配对与重组过程 A 同源染色体配对和重组是一个复杂的过程 经过三个阶段的逐级靠近使同源 染色体间的距离最终拉近到 100nm 三个阶段分别是 配对位点相互作用 重 组复合物募集 联会复合体组装 B 配对位点相互作用 同源染色体间存在大量的同源互补序列 这些序列构成 同源染色体内散在分布的大量配对位点 pairing sites 常染色体的配对位点遍 布整条染色体 而性染色体的配对位点则集中分布于末端同源区域内 同源染 色体配对起始于配对位点通过互补序列间的相互作用 这种相互作用促使一对 同源染色体的四条姐妹染色单体彼此靠近 形成二价体 bivalent C 重组复合物募集 二价体形成后 细胞内启动一种特殊的 DNA 程序性切割 机制 在 DNA 分子上切割产生多个 DNA 双链断裂损伤位点 DSB DSB 进 一步募集重组复合物到该位点 重组复合物以临近的同源染色体单体为模板启 动同源重组修复反应 修复过程中同源染色体单体被重组复合物拉近到 400nm 间距 D 联会复合体组装 在同源重组修复开始的时候 联会复合体也开始在重组区 域组装 组装好的联会复合体将同源染色体单体间的距离拉近到 100nm E 同源重组修复会有一定概率产生一种特殊的染色体结构 叫做交叉 chiasma 交叉产生于 400nm 间距时期 完成于联会复合体组装完成之后 41 同源染色体配对过程中染色体末端的移动 A 在同源染色体开始配对的时候 染色体末端的端粒结构就已经与核被膜内侧 的核纤层相连 形成接触斑 B 在同源染色体配对过程中 接触斑发生有规律的动态移动 由最初的分散到 集中再到分散 具体作用机制不明 目前认为接触斑集中的过程对同源染色体 的配对起到重要作用 42 减数分裂 I 期动粒的替代物 A 减数分裂 I 期同源染色体的分离也依赖于纺锤体 动粒微管牵拉同源染色体 向两极分离 在同源染色体整列和分离过程中 必须有一种结构来行使动粒在 有丝分裂过程中起到的类似作用 即连接同源染色