第九章细胞的增殖与分化问答题

1、问答题1.细胞分裂间期的各时期发生有哪些主要事件？2.请简述P53蛋白在G期调控中的作用机制与意义。3.简述基因表达的调控机制。4.试述细胞进入M期的调控。5.细胞增殖的调控因素有哪些？它们是如何调控细胞增殖的。6.细胞周期调控蛋白有哪几种？它们在细胞周期调控中是如何发挥其功能的?7.简述Cyclin-Cdk的组成与作用？8什么是成熟促进因子 MPF有何作用？9.细胞周期中有哪些主要检查点？细胞周期检查点的生理作用是什么？10何谓细胞周期检查点？它有何作用？11.简述分化细胞的特点。12.为什么说细胞分化是基因选择性表达的结果？13.什么是基因的差别表达？在细胞分化中有什么作用？14. 什么是

2、细胞决定？与细胞分化的关系如何？15.以血细胞为例，简要说明细胞分化潜能的变化。参考答案二、问答题1.细胞分裂间期的各时期发生有哪些主要事件？细胞增殖周期是细胞从一次分裂结束开始，到下一次分裂终了所经历的全过程，可分为间期和分裂期。与分裂期细胞的急剧而明显的形态变化相比，间期细胞的形态变化不明显， 但其间进行着比较复杂的化学变化。间期细胞最显著的特征就是进行DNA勺复制，其次就是进行RNA和蛋白质的合成。根据DNA勺合成情况，又可把间期分为 DNA合成前期（Gi期）、DNA 合成期（S期）、DNA合成后期（G2期）。其中G期非常重要，G期的限制点（R点）是控制细胞增殖的关键，决定了细胞的 3种

3、不 同命运：继续增殖细胞，细胞通过R点，连续进行增殖，始终保持旺盛的增殖活性，能量代谢和物质代谢水平高，对外界信号高度敏感，分化程度低，周期时间较为恒定； 暂不增殖细胞，细胞长时间地停留在G期，合成大量特异性的 RNA和蛋白质，在结构和功能上发生分化。随后，代谢活性下降，处于细胞增殖的静止状态（G。期），但并没有丧失增殖的能力， 在适宜的条件下被激活成增殖状态；不再增殖细胞，细胞丧失了增殖能力，始终停留在 G期，结构和功能上发生高度分化，直至衰老死亡。细胞越过R点后，就加速合成 DNA复制所必须的各种前体物质和酶，同时，DNA解旋酶和DNA合成启动因子也急剧增加，为进入 S期DNA复制作准备。

4、S期最主要的特点是 DNA复制和组蛋白、非组蛋白等染色体组成蛋白质的合成，通过DNA复制精确地将遗传物质传递给M期分裂的子细胞，保证遗传性状的稳定性。因此， S期是整个细胞周期中最关键的阶段。G2期中加速合成 RNA和蛋白质，其中最主要的是合成有丝分裂因子和微管蛋白等有丝分 裂器的组分，另外细胞成分如磷脂的合成增加并进行ATP能量的积累，为有丝分裂进行物质和能量准备。总而言之，有丝分裂间期主要是细胞积累物质的生长过程，只有缓慢的体积增加， 形态上看不到明显的变化，但其间进行着旺盛的细胞代谢反应，进行DNA的复制、RNA和蛋白质的合成，为有丝分裂作准备。2.请简述p53蛋白在G期调控中的作用机制

5、与意义。G1期是从分裂完成到 DNA复制前的时期，又叫合成前期。合成rRNA、蛋白质、脂类和糖类。在末期，DNA合成酶活性增加。G期非常重要，存在于 G1晚期的G1/S检查点是控制 细胞增殖的关键，在酵母中称start点，在哺乳动物中称 R点（restriction poi nt） ，控制细胞由静止状态的 G1进入DNA合成期，相关的事件包括：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？在G1期检查点监视到 DNA损伤时，损伤修复机制使p53蛋白被磷酸化而激活，活化的p53作为转录激活因子诱导 Cdk抑制因子p21的表达，p21结合G1/S-Cdk和S-Cdk抑制 它们的活性，从而

6、使细胞周期阻断， 待损伤DNA修复后继续，从而防止损伤的DNA进行复制 和产生基因突变或重排现象。如果修复失败，p53蛋白引发细胞凋亡。抑癌基因 p53的表达产物对细胞周期起负控作用， 是细胞周期正常运转所必需的， 避免带有受损 DNA的细胞分裂， 能抑制肿瘤的发生，是基因组的保护神。3.简述基因表达的调控机制。真核细胞表达调控是多极调控系统，主要发生在三个彼此相对独立的水平上。转录水平的调控，决定某个基因是否会被转录，并决定转录的频率。真核细胞在特定时 间通过差别基因转录选择性地合成蛋白质，转录水平的调控包括转录的激活和转录的阻抑， 既与顺式调控元件有关，又与反是作用因子有关。加工水平的调控

7、，决定初始 mRNA专录物被加工为能翻译成多肽的信使RNA的途径，选择性剪接是一种广泛存在的RNA加工机制，通过这种方式，一个基因能编码两个或多个相关蛋白质，产生蛋白质多样性， 这是在RNA加工水平上调节基因表达的重要方式。翻译水平的调控，决定某种 mRNA!否真正得到翻译，如果能得到翻译，还决定翻译的频率和时间的长 短。翻译水平的调控机制，一般都是通过细胞质中特异的mRNA和多种蛋白质之间的相互作用来实现的。涉及到 mRNA勺细胞质定位，mRNA羽译的调控和mRNA急定性的调控等。4.试述细胞进入M期的调控。M期细胞发生序列形态结构的变化，分为前期、前中期、中期、后期、末期五个时期。每个时期

8、都发生着特定的事件。M期有双重任务，既要把一个细胞分成两个子细胞，又要将两套染色体准确均等地进行分配。真核生物的G2/M的转换实际上就是 MPF的完全激活。CDK1激酶的激活首先是 CDK要和周期蛋白cycli nB结合形成复合体，形成的是无活性 的MPF然后在激酶 wee1、mik1激酶和CDK激酶催化CDK的第14位的苏氨酸（Thr14）、第 十五位的酪氨酸（Tyr15）和第161位的苏氨酸（Thr161）磷酸化。但此时的 CDK仍不表现激 酶活性（成为前体 MPF。然后，CDK在磷酸酶Cdc25c的催化下，其Thr14和Tyr15去磷酸化， 才能表现出激酶活性。MPF可使许多蛋白磷酸化，

9、 其中包括组蛋白H1、核纤层蛋白A、B C,核仁蛋白、P60csrc、 C-abl等。组蛋白H1磷酸化，促进染色体凝集，核纤层蛋白磷酸化，促进核纤层解体，核 膜破裂，核仁蛋白磷酸化，核仁解体,P60 csrc蛋白磷酸化，促使细胞骨架重排，C-abl蛋白磷酸化，促使调整细胞形态等。细胞分裂运转到中期后，M期周期蛋白迅速降解，CDK1激酶活性丧失，上述被 CDK1激 酶磷酸化的蛋白去磷酸化，细胞周期便从中期向后期转化。5.细胞增殖的调控因素有哪些？它们是如何调控细胞增殖的。细胞周期是高度准确和有组织的时序调控过程。细胞周期的调控可分为外源和内源性调控，外源性调控主要是细胞因子以及其它外界刺激引起；

10、内源性调控主要是通过 Cycli n CD CDI的网络调控来实现。该过程一方面依赖于细胞内部由CdK激酶(cyclin-dependent kinase)和周期蛋白(cycli n )为中心的引擎分子周期变化所诱发的一系列事件的顺序发生，以及与细胞周期有 关的基因之有序表达，从而使细胞周期能严格按照G1T ST G2 M顺序循环进行。细胞周期过程受内外环境因素调节，生长因子或激素，可以作为信号分子与细胞内受体结合，通过信号传递系统将调控信息传递并影响细胞核内相关转录因子和细胞周期调控蛋 白，从而影响细胞周期。还有不少其他因素参与细胞周期调控，其中最为重要的一类因素为癌基因和抑癌基因。癌基因和

11、抑癌基因均是细胞生命活动所必需的基因，其表达产物对细胞增殖和分化起着重要的调控作用。癌基因非正常表达可导致细胞转化，增殖过程异常，甚至癌变。细胞和机体外界因素对细胞周期也有重要影响，如离子辐射、化学物质作用、病毒感染、温度变化、pH变化等。细胞增殖过程中，细胞内出现了一系列结构功能的变化。细胞增殖 是多阶段、多因子参与的精确、有序的调节过程，增殖调控的紊乱引起细胞增殖、分化异常， 发生癌变，甚至死亡。6.细胞周期调控蛋白有哪几种？它们在细胞周期调控中是如何发挥 其功能的？细胞周期调控蛋白有三类：Cdk分子、细胞周期蛋白、Cdk抑制因子。Cdk分子的含量在整个细胞周期中比较恒定。Cdk具有激酶活

12、性位点，但其本身没有激酶活性。只有在与特定的cyclin分子结合后，同时其分子内某些氨基酸位点处于正确的磷酸化状态时，CDK分子才有活性。 细胞周期蛋白(Cyclin )含量呈周期性变化，能与 CDK结合，使CDK磷酸化和活化 的蛋白，包括 G1、G1 /S、S和M期细胞周期蛋白。Cdk抑制因子(CDK inhibitor, CKI )抑制CDK的激酶活性，阻断或延迟细胞周期的 运行。细胞周期的调控可分为外源和内源性调控，外源性调控主要是细胞因子以及其它外界刺激引起；内源性调控主要是通过 Cyclin CD CDI的网络调控来实现。各种细胞周期蛋白 随特定细胞时相而出现：G1早期，cyclin

13、D表达并与CDK2或 CDK4结合，成为始动细胞周 期的启动子；G1晚期、进入S早期后cyclinE 表达，并与CDK2结合，推动细胞进入 S期； 进入 S 期后，cyclin A 表达，cyclinD、cyclin E降解；S 晚期、G2早期，cyclIin A cyclin B表达，并与cdc2结合，促进细胞进入 M期。7.简述Cyclin-Cdk的组成与作用？由周期蛋白依赖激酶(cyclin-dependent Kinase , Cdk)与细胞周期蛋白(cyclin )结合形成的Cyclin-Cdk复合物，Cdk与周期蛋白结合后，再经过一定的程序被激活，便可磷酸化 多种蛋白质，通过这些磷

14、酸化蛋白在细胞周期周期中DNA复制和有丝分裂事件中起重要调节作用。Cyclin-Cdk复合物在细胞周期调控中起核心作用，不同类型的周期蛋白与不同的Cdk结合，对细胞周期不同时期进行调节，从而使细胞周期能严格按照GH ST GM M顺序循环进行。在真核细胞的细胞周期有 3种类型CDK : G1期、S期和M期CDK复合物。细胞被激活进入细胞周期T G1CDK复合物表达T诱导 S期CDK抑制物降解，激活 S 期CDK复合物T将DNA预复制物中蛋白质的调节位点磷酸化T激活DNA预复制物，阻止新预复制复合物形成T DNA复制T激活M期CDK复合物T诱导染色体凝聚、核膜解体、 纺锤体装配，激活后期启动复合

15、物T使后期抑制物降解，细胞从M期转到后期T APC诱导M期周期蛋白降解T M期CDK活性降低T染色体去凝聚、核膜重建，形成两个子细胞。8什么是成熟促进因子MPF有何作用？MPF即卵细胞促成熟因子，或细胞促分裂因子，或M期促进因子。MPF的研究是从上世纪70年代就开始的。MPF是由两个亚单位组成的二聚体。其中一个是催化亚基，是细胞周 期蛋白依赖性激酶 CDK1(P34dc2)。另一个亚单位是细胞周期蛋白B。CDK1(P34dc2)具激酶活性，含量恒定，可催化不同底物磷酸化。需与CyclinB结合才能被激活。CyclinB是MPF的调节亚基，含量呈周期性变化，一般在G1晚期开始合成，通过S 期其含

16、量不断增加，到达 G2期，其含量达到最大值。CyclinB具有调节P34cdc2的活性和选择激酶底物的作用。激活的CDK1可将靶蛋白磷酸化而产生相应的生理效应，如组蛋白H1、核纤层蛋白、微管蛋白等，H 1组蛋白的磷酸化可参于有丝分裂的启动和染色质的凝集。核纤层蛋白的磷 酸化可引起核纤层的解体，核膜的破裂。这些效应进而促进细胞通过G2/M期及完成M期过程。9.细胞周期中有哪些主要检查点？细胞周期检查点的生理作用是什 么？细胞要分裂，须正确复制 DNA和达到一定体积，在获得足够物质支持前，细胞不能进 行分裂。细胞周期的运行，是在一系列称为细胞周期检查点(cell cycle checkpoint

17、)的严格监控下进行的，当 DNA发生损伤，复制不完全或纺锤体形成不正常，周期将被阻断。细胞 周期检查点是细胞周期调控的一种机制，主要是确保周期每一时相事件的有序、全部完成并与外界环境因素相联系。细胞周期检查点主要有：G1检查点：存在于G1晚期，在酵母中称start点，在哺乳动物中称 R点(restriction point)，控制细胞由静止状态的G1进入DNA合成期，相关的事件包括：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？G2或G2/M检查点：是决定细胞一分为二的控制点， 相关的事件包括：DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？DNA复制检查点（S检查点）：DNA复制是否完成？ 有

18、丝分裂期中期检查点（纺锤体组装检查点）：任何一个着丝点没有正确连接到纺锤体上，都会抑制 APC的活性，引起细胞周期中断。通过细胞周期检查点的调控使细胞周期能正常动转，从而保证了遗传物质能精确地均等分配，产生具有正常遗传性能和生理功能的子代细胞，如果上述检验点调控作用丢失，就会导致基因突变、重排，使细胞遗传性能紊乱，增殖、分化异常，细胞癌变甚至死亡。10.何谓细胞周期检查点？它有何作用？细胞周期运转是十分有序的， 沿着G1T S TG2TM的顺序进行，这是与细胞周期进行有关的基因有序表达的结果。这些基因的有序表达是受周期中一些检查点调节的，其作用于细胞周期转换程序的调控通路，保证细胞周期中关键事

19、件高度准确地完成。细胞周期检查点受一系列特异或非特异环境信号的影响，从分子水平看是基于一些基因及其产物对外界信号的反应。因而有人提出检验电视信号转导通路，可能也包含有起始信号、感受因子、转导因子和效应因子等。细胞周期检查点普遍存在于高等真核生物和酵母中。许多检查点通路最初是通过分析酵母中cdc突变株鉴定出来的。如存在于酵母细胞中 DNA合成开始前的启动点和高等真核生物G1期中的R点或限制点、DNA损伤检查点、DNA复制检查点、G2/M检验点、M中期至M后期即纺锤体组装检查点等。这些检查点监视和调控周期时相正常 转换与按顺序严格地进行。如当细胞DNA损伤时，DNA损伤检查点检测到 DNA损伤即产

20、生信号将细胞周期阻断在G1期或G2期，诱导修复基因的转录等。如DNA损伤未修复前就不能从 G1期进入S期和从G2期进入M期。从而防止了由于损伤的碱基的拷贝所引起的基因突变和损伤DNA勺复制引起的染色体高频率重排。在哺乳动物中p53和CDK抑制因子p21等在DNA损伤检验点起作用。又如，当细胞从M期进入后期时，正常的染色单体分离是需要建立在完成 M期的一系列 事件的基础上的，如两极的纺锤丝正确组装、染色体通过动粒附着在纺锤体上、 正确附着的 染色体不许排列在赤道板上等。 当上述过程未正确完成前如纺锤体组装异常等，则可通过纺锤体组装检查点发挥作用，影响染色单体的分离，导致细胞不能进入后期， 在此过

21、程中，纺锤体组装中一些组分可能在该检查点中作为信号而被感受。因此不难看出，通过上述各个检查点保证了产生具有正常遗传性能和生理功能的子细胞，如果这些调控途经异常，周期不能正常运转和丧失周期关键事件的忠实性，从而导致遗传性能紊乱、增殖分化异常和细胞癌变，甚至导致死亡。11.简述分化细胞的特点。个体中所有不同种类的细胞都是来自共同的母细胞一一受精卵，它们的遗传物质完全相同，也就是说，它们的遗传背影完全一样。分化细胞彼此之间在形态、结构、功能方面的不同是由于其拥有不同的蛋白质所致。如人的红细胞形似小圆碟，无核，其功能是运输氧气和二氧化碳，细胞内有血红蛋白。 而平滑肌细胞呈菱形，其功能是收缩，其原因是肌

22、细胞合成了肌动蛋白、肌球蛋白。 稳定性。细胞分化中最显著的特点是分化状态的稳定性。在正常生理状态下，细胞分化的状态一旦确定， 将终身不变，既不能逆转也不能互变。 如神经元细胞和骨骼肌细胞在机 体的整个生命过程中始终保持着稳定分化状态；黑色素细胞在体外培养30多代后仍能合成黑色素颗粒。大多数细胞以结合成组织和器官的形式存在，因而细胞的形状一般与其存在的部位和行使的功能有关。 可逆性。虽然细胞分化是一种相对稳定和持久的过程，但在一定条件下，细胞分化又是可逆的。这是因为分化细胞保持有全部基因组，所以可以通过适当条件去分化。而分化的可逆性是有条件的，首先细胞核需处于有利分化细胞逆转的特定环境中；其次分

23、化的逆转只发生在于具有增殖能力的组织中；其三分化能力的逆转必须具有相应的遗传物质基础，去核的细胞不能分裂，也谈不上去分化了。教材p247细胞分化的基本特征细胞分化是一种普遍的生命现象。 在生物的整个发育过程中均有细胞分化活动， 但胚胎 期是最重要的细胞分化时期。 此时细胞分化不仅表现得十分明显， 而且异常迅速。在成体动 物体中，仍能产生新的分化细胞，在各种组织中都保留了一部分未分化的干细胞，作为分化细胞的预备队，由它们产生子细胞来替代衰老死亡的细胞使组织不断地得到更新。（一）细胞形态结构出现稳定性差异在正常生理状态下，细胞分化的状态一旦确定，将终身不变，既不能逆转也不能互变。如神经元细胞和骨骼

24、肌细胞在机体的整个生命过程中始终保持着稳定分化状态；黑色素细胞在体外培养30多代后仍能合成黑色素颗粒。大多数细胞以结合成组织和器官的形式存在， 因而细胞的形状一般与其存在的部位和行使的功能有关。（二）细胞分化的时空性多细胞生物既有时间上的分化，又有空间上的分化。 在个体发育的过程中， 细胞数目大量增加，分化程度也越来越复杂， 细胞间的差异也越来越大， 而且同一个体的细胞由于所处 位置不同，而在细胞间出现功能分工，头与尾、背与腹、内与外等不同空间的细胞会出现明显的差别。在不同的发育阶段， 一个细胞可以有不同的形态和功能，这是时间上的分化。单 细胞生物只有时间上的分化。 多细胞生物既有时间上的分化

25、，又有空间上的分化。 分化的时空差异为形成各异的多种组织和器官提供了基础。（三）细胞分化的可逆性分化细胞可以在特定条件的诱导下失去特有的结构和功能，而变成具有未分化细胞特征，即去分化(dedifferentiation)，也称脱分化，是细胞分化的一种可逆现象。在细胞工程中，可以采用人工的方法进行诱导去分化，如用激素等。在近年研究中，还发现了一种转分化(transdifferentiation)现象，它是指从一种特化的细胞类型转变成为另一种类型的分化细胞的现象。(四)个体发育中细胞分化的潜能性1.细胞的发育潜能在发育过程中逐渐变窄2.细胞生理状态随分化水平而变化3.分化细胞核的全能性12.为什么

26、说细胞分化是基因选择性表达的结果？细胞分化是结构和功能发生差异的过程，而结构和功能是由蛋白质所体现出来的，所以细胞分化的实质是细胞发育过程中特异蛋白质的合成，分化的过程就是产生新的专一的结构蛋白和功能蛋白的过程，如肌细胞和红细胞同是来自中胚层，后来它们在结构和功能上发生分工，红细胞合成血红蛋白，而肌细胞合成肌动蛋白和肌球蛋白；蛋白质又是通过承继DNA遗传信息的mRNA羽译而来，所以细胞分化的实质在于基因选择性的表达。13.什么是基因的差别表达？在细胞分化中有什么作用？分化的细胞虽然保留了全套的遗传信息，但只有某些基因得到表达，即细胞分化主要是组织特异性基因中某些种(或某些)特定基因的选择性表达的结果， 这些蛋白和分化细胞的特 异性状密切相关，但不是细胞基本生命活动必不可少的。研究证明，细胞分化是奢侈基因按一定顺序表达的结果，表达的基因数约占基因总数的5%10%。也就是说，某些特定奢侈基因表达的结果生成一种类型的分化细胞，另一组奢 侈基因表达的结果导致出现另一类型的分化细胞。另外，分化细胞间的差异往往是一群基因表达的差异，而不仅仅是一个基因表达的差异。由于细胞产物的不同，细胞形态功能出现差异，形成不同