第十二章细胞的增殖与调控ppt课件

1、第一节第一节 细胞周期概述细胞周期概述第二节第二节 细胞分裂细胞分裂第三节第三节 细胞周期调控细胞周期调控有丝分裂(mitosis)减数分裂(meiosis) MPF细胞周期调控系统的主要作用细胞周期检验点(Cell Cycle Checkpoint)细胞周期运转的阻遏(细胞周期运转的负调控)Cyclin-Cdk复合物的多样性及细胞周期运转细胞周期细胞周期细胞周期中各个不同时相及其主要事件细胞周期中各个不同时相及其主要事件细胞周期长短测定细胞周期长短测定细胞周期同步化细胞周期同步化特异的细胞周期特异的细胞周期( (一一) ) 有丝分裂过程有丝分裂过程( (二二) ) 与有丝分裂直接相关的亚细胞

2、构造与有丝分裂直接相关的亚细胞构造( (三三) ) 与有丝分裂过程中染色体运动的动力机制与有丝分裂过程中染色体运动的动力机制前期(prophase)前中期(prometaphase)中期(metaphase)后期(anaphase) 末期(telophase)胞质分裂(cytokinesis)l中心体l动粒与着丝粒l纺锤体l染色体整列lMad蛋白，Bub蛋白:与微管捕捉染色体有关的蛋白质l“推拉实际l染色体分别l马达蛋白沿微管向极运动胞质分裂开场于细胞分裂后期,完成于细胞分裂末期.胞质分裂开场时,在赤道板周围细胞外表下陷,构成环形缢缩,称为分裂沟(furrow).逐渐加深,直到两个子代细胞完全

3、分开.中间体(midbody)收缩环(contractile ring)减数分裂概念与过程减数分裂概念与过程减数分裂的意义减数分裂的意义减数分裂特点减数分裂特点脊椎动物配子发生过程脊椎动物配子发生过程概念：概念： 细胞从一次有丝分裂终了到下一次有丝分细胞从一次有丝分裂终了到下一次有丝分 完成所阅历的一个有序过程。其间细胞遗传物完成所阅历的一个有序过程。其间细胞遗传物 质和其他内含物分配给子细胞。质和其他内含物分配给子细胞。细胞周期时相组成细胞周期时相组成细胞周期时间细胞周期时间根据增殖情况，细胞分类三类根据增殖情况，细胞分类三类Interphase: 间期，间期，G1 phase，S phas

4、e，G2 phaseM phase: 有丝分裂期有丝分裂期(Mitosis), 胞质分裂期胞质分裂期(Cytokinesis) 细胞沿着细胞沿着G1SG2MG1周期性运转，在间周期性运转，在间期细胞体积增大期细胞体积增大(生长生长)，在，在 M 期细胞先是核分裂，接期细胞先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个细胞周期。着胞质分裂，完成一个细胞周期。不同细胞的细胞周期时间差别很大不同细胞的细胞周期时间差别很大S+G2+M 的时间变化教小，细胞周期时间长短主要差的时间变化教小，细胞周期时间长短主要差别在别在G1期期有些分裂增殖的细胞缺乏有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期期延续分裂细胞延续分裂细胞(cy

5、cling cell)休眠细胞休眠细胞(Go细胞细胞)终末分化细胞终末分化细胞 Go期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划分，有的细胞过去以为属于终末分化细胞，目前分，有的细胞过去以为属于终末分化细胞，目前能够被以为是能够被以为是Go期细胞。期细胞。 G1期期 S 期期 G2期期 M 期期与与DNA合成启动相关，开场所成细胞生长所合成启动相关，开场所成细胞生长所 需求的多种蛋白质、需求的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂类、碳水化合物、脂类 等，同时染色质去凝集。等，同时染色质去凝集。 DNA复制完成，在复制完成，在G2期合成一定数量的期合成一定数量的蛋白质和

6、蛋白质和RNA分子分子M期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂要包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)和和减数分裂减数分裂(meiosis)。遗传物质和细胞内其。遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。他物质分配给子细胞。 DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠构造 S期DNA合成不同步脉冲标志脉冲标志DNADNA复制和细胞分裂指数察看测定法复制和细胞分裂指数察看测定法流式细胞仪测定法流式细胞仪测定法(Flow Cytometry)(Flow Cytometry)缩时摄像技术，缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间及分裂间可以

7、得到准确的细胞周期时间及分裂间 期和分裂期的准确时间。期和分裂期的准确时间。自然同步化，如有一种粘菌的变形体自然同步化，如有一种粘菌的变形体plasmodiaplasmodia， 某些受精卵早期卵裂某些受精卵早期卵裂 人工选择同步化人工选择同步化 药物诱导法药物诱导法 条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的运条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的运用：用： 将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移 到限定条件下培育，一切细胞便被同步化在细胞到限定条件下培育，一切细胞便被同步化在细胞 周期中某一特定时期。周期中某一特定时期。有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长

8、细胞。优点是细有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞。优点是细 胞未经任何药物处置，细胞同步化效率高。缺陷是胞未经任何药物处置，细胞同步化效率高。缺陷是 分别的细胞数量少。分别的细胞数量少。密度梯度离心法：根据不同时期的细胞在体积和分量密度梯度离心法：根据不同时期的细胞在体积和分量上存在差别进展分别。优点是方法上存在差别进展分别。优点是方法 简单省时，效率高，简单省时，效率高，本钱低。缺陷是对大多数种类的细胞并不适用。本钱低。缺陷是对大多数种类的细胞并不适用。 DNA合成阻断法合成阻断法 G1/S-TdR双阻断法：最终将双阻断法：最终将 细胞群阻断于细胞群阻断于G1/S交界处。优点是同步化效率高

9、，交界处。优点是同步化效率高， 几乎适宜于一切体外培育的细胞体系。缺陷是诱几乎适宜于一切体外培育的细胞体系。缺陷是诱 导过程可呵斥细胞非平衡生长导过程可呵斥细胞非平衡生长 分裂中期阻断法：经过抑制微管聚合来抑制细胞分裂中期阻断法：经过抑制微管聚合来抑制细胞 分裂器的构成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点分裂器的构成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点 是操作简便，效率高。缺陷是这些药物的毒性相对是操作简便，效率高。缺陷是这些药物的毒性相对 较大较大特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具 有的与规范的细胞周期相比有着鲜明特点的细 胞周期。 爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期 酵母细胞的细胞周期 植物细胞的细胞周

10、期 细菌的细胞周期细胞分裂快细胞分裂快,无无G1期期, G2期非常短期非常短,S期也短期也短(一切复一切复 制子都激活制子都激活), 以致以为仅含有以致以为仅含有S期和期和M期期无需暂时合成其它物质无需暂时合成其它物质子细胞在子细胞在G1、G2期并不生长，越分裂体积越小期并不生长，越分裂体积越小 细胞周期调控因子和调理机制与普通体细胞规范的细胞周期调控因子和调理机制与普通体细胞规范的 细胞周期根本是一致的细胞周期根本是一致的酵母细胞的细胞周期与规范的细胞周期在时相和酵母细胞的细胞周期与规范的细胞周期在时相和调控方面类似调控方面类似酵母细胞周期明显特点酵母细胞周期明显特点: 酵母细胞周期继续时间

11、较短；酵母细胞周期继续时间较短； 封锁式细胞分裂封锁式细胞分裂 ，即细胞分裂时核膜不解聚；，即细胞分裂时核膜不解聚； 纺锤体位于细胞核内；纺锤体位于细胞核内； 在一定环境下，也进展有性繁衍在一定环境下，也进展有性繁衍植物细胞的细胞周期与动物细胞的规范细胞周期植物细胞的细胞周期与动物细胞的规范细胞周期非常类似，含有非常类似，含有G1期、期、S期、期、G2期和期和M期四个时期。期四个时期。植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常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。组装纺锤体。植物细胞以构成中板的方式进展胞质分裂植物细胞以构成中板的方式进展胞质分裂 慢生长细菌细胞周期过程与真核细

12、胞周期过程有慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定类似之处。其一定类似之处。其DNA复制之前的预备时间与复制之前的预备时间与G1期期类似。分裂之前的预备时间与类似。分裂之前的预备时间与G2期类似。再加上期类似。再加上S期和期和M期，细菌的细胞周期也根本具备四个时期期，细菌的细胞周期也根本具备四个时期 细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最 根本的根本的DNA复制速度之间的矛盾复制速度之间的矛盾标志前期开场的第一个特征是染色质开场浓缩标志前期开场的第一个特征是染色质开场浓缩 (condensation)构成有丝分裂染色体构成有丝分裂染色体 (

13、mitotic chromosome 第二个特征细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体第二个特征细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体(mitotic spindle)开场装配开场装配Golgi体、体、ER等细胞器解体，构成小的膜泡等细胞器解体，构成小的膜泡这种染色体由两条染色单体这种染色体由两条染色单体(chromatid)构成构成 在前期末，染色体主缢痕部位构成一种蛋白复在前期末，染色体主缢痕部位构成一种蛋白复合物称为动粒合物称为动粒(kinetochore)间期动物细胞含一个间期动物细胞含一个MTOCMTOC，即中心体，在，即中心体，在 S S期末，两个中心粒在各自垂直的方向复制出一期末，两个中心粒在各自垂

14、直的方向复制出一个中心粒，构成两个中心体。当前期开场时，个中心粒，构成两个中心体。当前期开场时， 2 2个中心体移向细胞两极，并同时组织微管生个中心体移向细胞两极，并同时组织微管生 长，由两极构成的微管经过微管结合蛋白在正长，由两极构成的微管经过微管结合蛋白在正 极末端相连，最后构成有丝分裂纺锤体。极末端相连，最后构成有丝分裂纺锤体。核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中 特异的特异的SerSer残基磷酸化导致核纤层解体残基磷酸化导致核纤层解体纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体 每个已复制的染色

15、体有两个动粒，朝相反方向，保每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保 证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后， 构成三种类型的微管构成三种类型的微管 不断运动的染色体开场移向赤道板。细胞周期也由前中期不断运动的染色体开场移向赤道板。细胞周期也由前中期 逐渐向中期运转。逐渐向中期运转。一切染色体陈列到赤道板一切染色体陈列到赤道板(Metaphase Plate)上，上， 标志着细胞分裂已进入中期标志着细胞分裂已进入中期 是什么机制确保染色体正确陈列在赤道板上？是什么机制确保染色体正确陈列在赤道板上？ 着丝粒微管动态平衡构成的张力着丝粒微管动

16、态平衡构成的张力 陈列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分别陈列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分别 产生向极运动产生向极运动后期后期(anaphase)大致可以划分为延续的两个阶段，即大致可以划分为延续的两个阶段，即后期后期A和后期和后期B 后期后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动 后期后期B，极间微管长度添加，两极之间的间隔逐渐拉，极间微管长度添加，两极之间的间隔逐渐拉 长，介导染色体向极运动长，介导染色体向极运动染色单体到达两极，即进入了末期染色单体到达两极，即进入了末期telophase, 到达两极的染色单体开场去浓缩到达两极的染色单体开

17、场去浓缩核膜开场重新组装核膜开场重新组装 Golgi体和体和ER重新构成并生长重新构成并生长核仁也开场重新组装，核仁也开场重新组装，RNA合胜利能逐渐恢复合胜利能逐渐恢复, 有丝分裂终了有丝分裂终了 概念：减数分裂是细胞仅进展一次概念：减数分裂是细胞仅进展一次DNA复制，随复制，随 后进展两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的后进展两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的 有丝分裂有丝分裂减数分裂过程减数分裂过程确保世代间遗传的稳定性；确保世代间遗传的稳定性； 添加变异时机，确保生物的多样性，添加变异时机，确保生物的多样性，加强生物顺应环境变化的才干。加强生物顺应环境变化的才干。 减数分裂是生物有性

18、生殖的根底，减数分裂是生物有性生殖的根底， 是生物遗传、生物进化和生物多样性的重是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要根底保证。要根底保证。遗传物质只复制一次，细胞延续分裂两次，遗传物质只复制一次，细胞延续分裂两次， 导致染色体数目减半导致染色体数目减半S期继续时间较长期继续时间较长同源染色体在减数分裂期同源染色体在减数分裂期I(MeiosisI)配对联配对联会、基因重组会、基因重组减数分裂同源染色体配对陈列在中期板上减数分裂同源染色体配对陈列在中期板上, 第第 一次分列时一次分列时, 同源染色体分开同源染色体分开减数分裂前S期与有丝分裂前S期长度比较前期前期I I分为细线期，偶线期，粗线期，

19、双线期，分为细线期，偶线期，粗线期，双线期，终变期等五个阶段终变期等五个阶段构成联会复合体构成联会复合体(Synaptonemal Complex, SC)(Synaptonemal Complex, SC)同源染色体间遗传物质重组同源染色体间遗传物质重组, , 产生新的基因组合产生新的基因组合在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶 和蛋白和蛋白, ,然后本身失活然后本身失活( (正调控正调控) )确保每一时相事件的全部完成确保每一时相事件的全部完成( (负调控负调控) ) 对外界环境因子起反响对外界环境因子起反响( (如多细胞生物对增殖如多细胞生物对增殖

20、信号的反响信号的反响) ) 细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制细胞周期检验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 成并与外界环境要素相联络成并与外界环境要素相联络 细胞周期检验点及其作用细胞周期检验点及其作用 G1期检验点：酵母期检验点：酵母Start；动物细胞；动物细胞Restriction PointMPF的发现及其生化本质的发现及其生化本质Mitotic Cyclin-Cdk复合物的活化与功能复合物的活化与功能细胞交融与细胞交融与PCC(Premature chromosomal condense) 爪蟾卵子成熟

21、过程爪蟾卵子成熟过程 MPF的发现的发现MPF是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶；是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶； 由由M期期Cyclin-Cdk(Cyclin-dependent protein kinase) 构成的复合物。构成的复合物。MPF=CDK1=p34cdc2+cyclinB 活化活化 随随Cyclin浓度变化而变化浓度变化而变化 激酶与磷酸酶的调理，激酶与磷酸酶的调理， 活化的活化的MPF可使更多的可使更多的MPF活化活化 功能：启动细胞从功能：启动细胞从G2期进入期进入M期的相关事件期的相关事件Cyclin-CdkCyclin-Cdk复合物的多样性复合物的多样性 Cy

22、clin-Cdk- Cyclin-Cdk-调控细胞周期的引擎：不同的周期蛋调控细胞周期的引擎：不同的周期蛋白与白与 不同的不同的CDKCDK结合，构成不同的结合，构成不同的Cyclin-CdkCyclin-Cdk； 不同的不同的Cyclin-CdkCyclin-Cdk在不同的时相表现活性，影响不在不同的时相表现活性，影响不同的下游事件。同的下游事件。G1 Cyclin-CdkG1 Cyclin-Cdk复合物对复合物对RbRb蛋白磷酸化而调控蛋白磷酸化而调控G1G1检验点检验点Mitotic Cyclin-CdkMitotic Cyclin-Cdk复合物激活复合物激活 Anaphase Prom

23、oting Complex (APC), Anaphase Promoting Complex (APC), 调控纺锤体装配检验点调控纺锤体装配检验点周期细胞周期细胞M-CyclinM-Cyclin的调控的调控细胞周期调控模型总结细胞周期调控模型总结 G1 S G2/M Cyclin-Cdk Cyclin-Cdk Cyclin-Cdk Budding Yeast CLN1,2,3-CDC28 CLB5,(3,4)-CDC28 CLB1,2(3,4)-CDC28 Fission Yeast CIG1-CDC2 CIG2-CDC2 CIG13-CDC2 Higher Eukaryotes Cycl

24、inD1,2,3-CDK4/6 CyclinA-CDK2 CyclinB-CDC2 CyclinE1,2-CDK2G1 SubstratesS SubstratesG2/M SubstratesGrowth and MorphogenesisDNA ReplicationMitosisAPC介导选择性降解的靶蛋白与介导选择性降解的靶蛋白与Ubiquitin结合结合 (经过泛素依赖性途径降解经过泛素依赖性途径降解) APC主要介导两类蛋白降解主要介导两类蛋白降解: Anaphase Inhibitors和和Mitotic Cyclin. 前者维持姐妹染色单体粘连前者维持姐妹染色单体粘连, 抑抑制后期启动；后者的降解意味着有丝分裂即将结制后期启动；后者的降解意味着有丝