第十一章细胞增殖及其调控

1、第十一章第十一章 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控细胞增殖细胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)的意义的意义细胞周期与细胞分裂细胞周期与细胞分裂细胞周期调控细胞周期调控细胞增殖细胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)的意义的意义细胞增殖细胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)是细胞生命活动的是细胞生命活动的重要特征之一重要特征之一, ,是生物繁育的基础。是生物繁育的基础。单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增

2、加。多细胞生物由一个单细胞多细胞生物由一个单细胞( (受精卵受精卵) )分裂发育而来，分裂发育而来， 细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞，细胞， 维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。功能。机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要 依赖细胞增殖。依赖细胞增殖。第一节 细胞周期与细胞分裂细胞周期细胞周期(cell cycle)(cell cycle)概述概述有丝分裂有丝分裂( (mitos

3、is)mitosis)胞质分裂胞质分裂(Cytokinesis)减数分裂减数分裂(Meiosis) 二、有丝分裂二、有丝分裂有丝分裂的过程有丝分裂的过程与有丝分裂直接相关的亚细胞结构：中心与有丝分裂直接相关的亚细胞结构：中心体、动粒与着丝粒、纺锤体体、动粒与着丝粒、纺锤体有丝分裂过程中染色体运动的动力机制有丝分裂过程中染色体运动的动力机制有丝分裂过程中染色体运动的有丝分裂过程中染色体运动的动力机制动力机制染色体整列：染色体整列： Mad2和和Bub1蛋白：使动粒敏化，促使微蛋白：使动粒敏化，促使微管与动粒接触。管与动粒接触。染色体分离：染色体分离：后期后期A和后期和后期B两个阶段假说。两个阶段

4、假说。n后期后期A，动粒微管变短（解聚，动粒微管变短（解聚)，将染色，将染色体拉向两极。体拉向两极。n后期后期B，极性微管游离端（正极）在，极性微管游离端（正极）在ATP功能情况下与微管蛋白聚合，使极性微功能情况下与微管蛋白聚合，使极性微管加长，形成较宽的极性微管重叠区。管加长，形成较宽的极性微管重叠区。在在KRPs和胞质动力蛋白作用下，两极距和胞质动力蛋白作用下，两极距离拉长。离拉长。2001年诺贝尔生理医学奖获得者第二节第二节 细胞周期的调控细胞周期的调控(Cell-Cycle Control)细胞周期调控系统的主要作用细胞周期调控系统的主要作用MPF周期蛋白周期蛋白Cyclin-Cdk复

5、合物的多样性及细胞周期运转复合物的多样性及细胞周期运转细胞周期运转的阻遏细胞周期运转的阻遏( (细胞周期运转的负调控细胞周期运转的负调控) )三、周期蛋白三、周期蛋白特点特点各种周期蛋白均含有一段相当保守的氨基酸各种周期蛋白均含有一段相当保守的氨基酸序列，称为周期蛋白框。介导其与序列，称为周期蛋白框。介导其与CDK结合。结合。M期周期蛋白分子近期周期蛋白分子近N末端含有一段由末端含有一段由9个氨个氨基酸残基组成的特殊序列，称为破坏框。参基酸残基组成的特殊序列，称为破坏框。参与有泛素介导的周期蛋白与有泛素介导的周期蛋白A和和B的降解。的降解。G1期周期蛋白分子期周期蛋白分子C端含有一段特殊的端含

6、有一段特殊的PEST序列。与序列。与G1期周期蛋白的更新有关。期周期蛋白的更新有关。周期蛋白在细胞周期中的积累及其与周期蛋白在细胞周期中的积累及其与CDK激酶活性的关系激酶活性的关系n20012001年诺年诺贝尔贝尔生理生理学学/ /医医学奖学奖得主得主2001年诺贝尔生理学与医学奖年诺贝尔生理学与医学奖利兰利兰哈特韦尔发现了控制细胞周期的基因，哈特韦尔发现了控制细胞周期的基因，其中一种被称为其中一种被称为“START” 的基因对控制各个的基因对控制各个细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。细胞周期的最初阶段具有决定性的作用。保罗保罗纳西的贡献是发现了纳西的贡献是发现了CDK。蒂莫西蒂莫西亨特的

7、贡献是发现了调节亨特的贡献是发现了调节CDK的功能的功能物质物质CYCLIN.一、细胞周期一、细胞周期(cell cycle)(cell cycle)概述概述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检验点细胞周期检验点(Cell Cycle Checkpoint)(Cell Cycle Checkpoint)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）、有丝分裂有丝分裂(mitosis)(mitosis)过程过程前期前期(prophase)(prophase)前中期前中期(promet

8、aphase(prometaphase) )中期中期(metaphase)(metaphase)后期后期(anaphase) 末期末期(telophase(telophase) )前期两个中心体向两级移动前期两个中心体向两级移动中期的光镜和电镜中期的光镜和电镜前中期和中前中期和中期期后期姊妹染色体分离后期姊妹染色体分离末末期期三、胞质分裂三、胞质分裂(Cytokinesis)动物细胞胞质分裂动物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂四、减数分裂四、减数分裂(Meiosis)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（一）细胞周期（一）细胞周

9、期概念：概念：细胞从一次有丝分裂结束开始，经过物细胞从一次有丝分裂结束开始，经过物质积累过程，直到下一次细胞分裂结束质积累过程，直到下一次细胞分裂结束为止，称为一个细胞周期为止，称为一个细胞周期。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状况，细胞分类三类根据增殖状况，细胞分类三类细胞周期时相组成细胞周期时相组成间期间期(interphase(interphase): G1 phase): G1 phase，S phaseS phase，G2 phaseG2 phaseM phase: M phase: 有丝分裂期有丝分裂期(Mitosis), (Mitosis), 胞质

10、分裂期胞质分裂期(Cytokinesis(Cytokinesis) ) 细胞沿着细胞沿着G1SG2MG1G1SG2MG1周期性运转，在间期细胞体周期性运转，在间期细胞体积增大积增大( (生长生长) )，在，在 M M 期细胞期细胞 先是核分裂，接着胞质分裂，先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个完成一个细胞周期细胞周期。细胞周期时间细胞周期时间不同细胞的细胞不同细胞的细胞周期时间差异周期时间差异很大很大S+G2+M S+G2+M 的时间变化较小，细胞周的时间变化较小，细胞周 期时间长短主要差别在期时间长短主要差别在G1G1期期有些分裂增殖的细胞缺乏有些分裂增殖的细胞缺乏G1G1、G2G2期期根据增

11、殖状况，细胞分类三类根据增殖状况，细胞分类三类连续分裂细胞连续分裂细胞(cycling cell)(cycling cell)：周期中细胞：周期中细胞静止期细胞静止期细胞 (Go(Go细胞细胞) )：暂时脱离细胞周期，不进行增殖，但在：暂时脱离细胞周期，不进行增殖，但在适当刺激下可以重新进入细胞周期的细胞。适当刺激下可以重新进入细胞周期的细胞。终末分化细胞：指终端分化细胞，发生不可逆的脱离细胞周期，终末分化细胞：指终端分化细胞，发生不可逆的脱离细胞周期，丧失分裂能力，但保持生理机能活动的细胞。丧失分裂能力，但保持生理机能活动的细胞。 （二）（二）细胞周期细胞周期中不同时中不同时相及其主要事件及

12、其主要事件 G1G1期期 S S 期期 G2G2期期 M 期期周期中细胞形态结构的变化周期中细胞形态结构的变化n细胞形态的变化：细胞形态的变化：S期细胞呈扁平状，紧贴培期细胞呈扁平状，紧贴培养瓶壁，养瓶壁，M期变圆。期变圆。n细胞内部结构的变化：染色质结构的变化。在细胞内部结构的变化：染色质结构的变化。在S期染色体处于极松散状态，核仁的变化，分期染色体处于极松散状态，核仁的变化，分裂前期到中期，核仁消失，后期重新形成。裂前期到中期，核仁消失，后期重新形成。n细胞器的分裂和片段化：线粒体叶绿体与细胞细胞器的分裂和片段化：线粒体叶绿体与细胞分裂同步，数量加倍；其他膜结合细胞器生长分裂同步，数量加倍

13、；其他膜结合细胞器生长并断成片段。并断成片段。G1G1期期v 与与DNADNA合成启动相关，开始合成细胞生长所需合成启动相关，开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、糖类、脂质等，但不合成要的多种蛋白质、糖类、脂质等，但不合成DNADNA。同时染色质去凝集。同时染色质去凝集。v芽殖酵母（起始点），其他真核细胞（限制点芽殖酵母（起始点），其他真核细胞（限制点或检验点）或检验点）G2G2期期DNADNA复制完成，在复制完成，在G2G2期合成期合成一定数量的蛋白质和一定数量的蛋白质和RNARNA分子，包括微管蛋分子，包括微管蛋白和促成熟因子（白和促成熟因子（MPFMPF）M 期期M M期即细胞分裂期，真

14、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)(mitosis)和和减数分裂减数分裂(meiosis)(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。主要特点：染色体凝他物质分配给子细胞。主要特点：染色体凝集，并在纺锤体的作用下，两个姐妹染色集，并在纺锤体的作用下，两个姐妹染色单体被均等地分配到两个子细胞。单体被均等地分配到两个子细胞。S S期期 DNADNA复制与组蛋白合成同步复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结，组成核小体串珠结构构 S S期期DNADNA合成不同步：常染色质复制先

15、于异染色质，合成不同步：常染色质复制先于异染色质，能转录的能转录的DNADNA复制先于不能转录的；复制先于不能转录的；GCGC含量高的含量高的DNADNA复制先于复制先于ATAT含量高的。含量高的。细胞周期长短测定细胞周期长短测定脉冲标记脉冲标记DNADNA复制和细胞分裂指数观察测定复制和细胞分裂指数观察测定法法 H H3 3-TdR-TdR标记，洗涤，培养，定时取样，放射自显影分析标记，洗涤，培养，定时取样，放射自显影分析流式细胞仪测定法流式细胞仪测定法(Flow Cytometry(Flow Cytometry) ) 是一种快速测定和分析流体中细胞或颗粒物各种参数的大是一种快速测定和分析流

16、体中细胞或颗粒物各种参数的大型实验仪器。根据型实验仪器。根据DNADNA含量分类细胞，根据类群细胞的数含量分类细胞，根据类群细胞的数量推断时间。量推断时间。细胞周期各阶段的时间细胞周期各阶段的时间(细胞周期测定细胞周期测定) TG2G2期时间，期时间，TMM期时间，期时间，TSS期时间，期时间，TC细胞周期时间，细胞周期时间，TG1 TC （TG2 TM TS ）流式细胞仪检测细胞周期流式细胞仪检测细胞周期细胞周期同步化细胞周期同步化自然同步化，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， 某些某些受精卵早期卵裂受精卵早期卵裂 人工选择同步化人工选

17、择同步化 人工诱导法人工诱导法 条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用：条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用： 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 到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞 周期中某一特定时期周期中某一特定时期。人工选择同步化人工选择同步化有丝分裂选择法有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞。优点是细：用于单层贴壁生长细胞。优点是细 胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。缺点是胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。缺点是 分离的细胞数量少。分离的细胞数量少。密度梯度离心法：根据不同

18、时期的细胞在体积和重量密度梯度离心法：根据不同时期的细胞在体积和重量上存在差别进行分离。优点是方法上存在差别进行分离。优点是方法 简单省时，效率高，简单省时，效率高，成本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。成本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。药物诱导法药物诱导法 DNADNA合成阻断法合成阻断法 G1/S-TdR 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/SG1/S交界处。优点是同步化效率高，交界处。优点是同步化效率高， 几乎适合于所有体外培养的细胞体系。缺点是诱几乎适合于所有体外培养的细胞体系。缺点是诱 导过程可造成细胞非均衡生长导过程可造成细胞

19、非均衡生长 分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞 分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点 是操作简便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对是操作简便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对 较大较大TdR阻断法进行细胞同步化阻断法进行细胞同步化特异的细胞周期特异的细胞周期特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具 有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细 胞周期。胞周期。 爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期 酵母细胞的细

20、胞周期酵母细胞的细胞周期 植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期 细菌的细胞周期细菌的细胞周期爪蟾爪蟾早期胚胎细胞早期胚胎细胞的细胞周期的细胞周期细胞分裂快细胞分裂快, G1, G1期和期和G2G2期非常短期非常短,S,S期也短期也短( (所有复所有复 制子都激活制子都激活),), 以至认为仅含有以至认为仅含有S S期和期和M M期期无需临时合成其它物质无需临时合成其它物质子细胞在子细胞在G1G1、G2G2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节机制与一般体细胞标准的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细胞周期基本是一致的酵母细胞

21、的细胞周期酵母细胞的细胞周期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: : 酵母细胞周期持续时间较短；酵母细胞周期持续时间较短； 封闭式细胞分裂封闭式细胞分裂 ，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，也进行有性繁殖在一定环境下，也进行有性繁殖裂殖酵母细胞周期裂殖酵母细胞周期 芽殖酵母细胞周期芽殖酵母细胞周期植物细胞植物细胞的细胞周期的细胞周期植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细

22、胞周期非常相似，含有非常相似，含有G1G1期、期、S S期、期、G2G2期和期和M 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。植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂植物细胞成膜体的形成植物细胞成膜体的形成细菌的细胞周期细菌的细胞周期 慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有有一定相似之处。其一定相似之处。其DNADNA复制之前的准备时间与复制之前的准备时间与G1G1期期类似。分裂之前的准备时间与类似。分裂之前的准备时间与G2

23、G2期类似。再加上期类似。再加上S S期和期和M M期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期 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 基本的基本的DNADNA复制速度之间的矛盾复制速度之间的矛盾前期前期(prophase)(prophase)标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩 (condensation)(condensation)形成形成有丝分裂染色体有丝分裂染色体(mitotic (mitotic chromosomechromosome） 第二个特征细胞骨架解聚，第

24、二个特征细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体有丝分裂纺锤体(mitotic spindle)(mitotic spindle)开始装配开始装配GolgiGolgi体、体、ERER等细胞器解体，形成小的膜泡等细胞器解体，形成小的膜泡这种染色体由这种染色体由两条染色单体两条染色单体(chromatid(chromatid) )构成构成 在前期末，染色体主缢痕部位形成一种蛋白复在前期末，染色体主缢痕部位形成一种蛋白复合物称为合物称为动粒动粒(kinetochore(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 G1G1期末，两个中心粒在各自垂直

25、的方向复制出一期末，两个中心粒在各自垂直的方向复制出一个中心粒，形成两个中心体。当前期开始时，个中心粒，形成两个中心体。当前期开始时， 2 2个中心体移向细胞两极个中心体移向细胞两极，并同时组织微管生，并同时组织微管生 长，由两极形成的微管通过微管结合蛋白在正长，由两极形成的微管通过微管结合蛋白在正 极末端相连，最后形成极末端相连，最后形成有丝分裂纺锤体有丝分裂纺锤体。前期两个中心体向两极移动前期两个中心体向两极移动前中期前中期(prometaphase(prometaphase) )指由核膜解体到染色体排列到赤道面指由核膜解体到染色体排列到赤道面(equatorial plane)这一阶段这

26、一阶段核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中特异的核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中特异的SerSer残基磷残基磷酸化导致酸化导致核纤层解体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。每个已复制的染色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，形成住染色体后，形成三种类型的微管三种类型的微管不断运动的染色体开始移向赤道板。细胞周期也由前中期逐渐向中期不断运动的染色体开始移向赤道板。细胞周期也由前中期逐渐向中期运转。运转

27、。中期中期(metaphase)(metaphase)指从染色体排列到赤道面上，到姊妹染色单体开始分向两极指从染色体排列到赤道面上，到姊妹染色单体开始分向两极的一段时间，纵向观动物染色体呈辐射状排列。的一段时间，纵向观动物染色体呈辐射状排列。所有染色体排列到赤道板所有染色体排列到赤道板( (Metaphase Plate) )上，标志着细上，标志着细胞分裂已进入中期。染色体的整列或染色体的中板集合。胞分裂已进入中期。染色体的整列或染色体的中板集合。该期主要特点是姐妹染色单体位于赤道板上该期主要特点是姐妹染色单体位于赤道板上, ,着丝粒分别被两着丝粒分别被两端的中心体发出的纤维连接端的中心体发出

28、的纤维连接什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？ 着丝粒微管动态平衡形成的张力着丝粒微管动态平衡形成的张力 中期的主要特征中期的主要特征后期后期(anaphase) 排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离产生排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离产生向极运动向极运动后期后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段，即后期大致可以划分为连续的两个阶段，即后期A和后期和后期B后期后期A，指染色体向两极移动的过程。指染色体向两极移动的过程。 动粒微管去装配变短，染动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动。微管去聚合作用假说。色体产生两极运动。微管去聚合

29、作用假说。后期后期B，指两极间距离拉大的过程。指两极间距离拉大的过程。 极间微管长度增加，两极之极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐长，介导染色体向极运动间的距离逐渐长，介导染色体向极运动。纺锤体微管滑动学说纺锤体微管滑动学说。这一时期的主要特点是这一时期的主要特点是: :着丝粒分开着丝粒分开, ,染色单体移向两极。染色单体移向两极。 后期的主要特征后期的主要特征末期末期(telophase(telophase) )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（telophasetelophase）, , 到达两极的染色单体开始去浓缩到达两极的染色单体开始去浓缩核膜开始重新组

30、装核膜开始重新组装 Golgi Golgi体和体和ERER重新形成并生长重新形成并生长核仁也开始重新组装，核仁也开始重新组装，RNARNA合成功能逐渐恢复合成功能逐渐恢复, ,有丝分裂结束有丝分裂结束该期的主要特点是该期的主要特点是: :染色体解螺旋形成细丝染色体解螺旋形成细丝, ,出现核仁和核膜。出现核仁和核膜。 末期的主要特征末期的主要特征动物细胞动物细胞胞质分裂胞质分裂胞质分裂胞质分裂(cytokinesis(cytokinesis) )开始于细胞分裂后期，完成于细开始于细胞分裂后期，完成于细胞分裂末期。在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢胞分裂末期。在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢

31、缩，称为缩，称为分裂沟分裂沟(furrow)(furrow)。分裂沟的位置与纺锤体极性。分裂沟的位置与纺锤体极性微管和钙离子浓度升高的变化有关微管和钙离子浓度升高的变化有关胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中间体胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中间体 处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为 收缩环收缩环（contractile ring)contractile ring)。收缩环收缩、收缩环。收缩环收缩、收缩环 处细胞膜融合并形成两个子细胞处细胞膜融合并形成两个子细胞胞质分裂的过程胞质分裂的过程n分裂沟位置的确定分裂沟位置的确定n

32、肌动蛋白聚集和收缩环形成肌动蛋白聚集和收缩环形成n收缩环收缩收缩环收缩n收缩环处细胞质膜融合收缩环处细胞质膜融合植物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞 质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和细质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和细 胞壁而将细胞分开胞壁而将细胞分开减数分裂概念与过程减数分裂概念与过程概念：减数分裂是细胞仅进行一次概念：减数分裂是细胞仅进行一次DNADNA复制，随复制，随 后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的后进行两次分裂，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减数分裂过程过程减数分裂的意义减

33、数分裂的意义确保世代间遗传的稳定性；确保世代间遗传的稳定性； 增加变异机会，确保生物的多样性，增强生增加变异机会，确保生物的多样性，增强生物适应环境变化的能力。物适应环境变化的能力。 减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物遗减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。减数分裂减数分裂特点特点遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，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导致染色体数目减半S S期持续时间较长期持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 I(MeiosisI)配对联会、配对联会

34、、基因重组基因重组减数分裂前减数分裂前S S期与有丝分裂前期与有丝分裂前S S期长度比较期长度比较前期前期I I分为细线期，偶线期，粗线期，双线期，分为细线期，偶线期，粗线期，双线期，终变期等终变期等五个阶段五个阶段形成形成联会复合体联会复合体(Synaptonemal(Synaptonemal Complex, SC) 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思 考 题 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, ,然后自身失活然后自身失活确保每一时相事件的全部完成确保每一

35、时相事件的全部完成 对外界环境因子起反应对外界环境因子起反应(如多细胞生物对增殖如多细胞生物对增殖信号的反应信号的反应)一、细胞周期调控系统的主要作用一、细胞周期调控系统的主要作用（三）、细胞周期检验点(checkpoint) 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 成并与外界环境因素相联系成并与外界环境因素相联系 细胞周期检验点及其作用细胞周期检验点及其作用 G1G1期检验点：酵母期检验点：酵母StartStart；动物细胞；动物细胞Restriction Restr

36、iction PointPoint二、二、MPF(Maturation-promoting factor，Mitosis-promoting factor)MPF(Maturation-promoting factor， Mitosis-promoting factor)的的发现及其生化发现及其生化实质实质Mitotic Cyclin-Cdk复合物的活化与功能复合物的活化与功能MPF的发现及其生化实质的发现及其生化实质细胞融合细胞融合与与PCC(Premature chromosomal condense) 爪蟾卵子成熟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

37、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) 形成的形成的复合物复合物。MPF=CDK1=cdc2+cyclinBnCdc2:裂殖酵母，表达产物是相对分子裂殖酵母，表达产物是相对分子质量为质量为34103的蛋白质，称为的蛋白质，称为p34cdc2nCdc28：芽殖酵母，表达产物也是相对：芽殖酵母，表达产物也是相对分子质量为分子质量为34103的蛋白质，称为的蛋白质，称为p34cdc28细胞融合实验细胞融合实验研究者：研究者：1970年，年，Colorado 大学的大学的Potu Rao 和和

38、Robert Johnson n研究思路研究思路n研究方法研究方法Mitotic Cyclin-Cdk复合物的活化与功能复合物的活化与功能 活化活化 随随Cyclin浓度变化而变化浓度变化而变化 激酶与磷酸酶的调节激酶与磷酸酶的调节， 活化的活化的MPF可使更多的可使更多的MPF活化活化 功能功能：启动细胞从：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四、四、Cyclin-Cdk复合物的多样性及细胞周期运转复合物的多样性及细胞周期运转Cyclin-Cdk复合物的多样性复合物的多样性 Cyclin-Cdk-调控细胞周期的引擎：不同的周期蛋白调控细胞周期的引擎：不同的周期蛋白与不同的与不

39、同的CDK结合，构成不同的结合，构成不同的Cyclin-Cdk； 不同的不同的Cyclin-Cdk在不同的时相表现活性，影响不同在不同的时相表现活性，影响不同的下游事件。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-Cdk复合物激活复合物激活 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与与cdc2类似的类似的

40、CDK蛋白分子图解蛋白分子图解Cyclin-Cdk复合物的多样性复合物的多样性 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 CyclinD1,2,3-CDK4/6 CyclinA-CDK2 CyclinB-CDC2 CyclinE1,2-CDK2G1 SubstratesS SubstratesG2/M

41、 SubstratesGrowth and MorphogenesisDNA ReplicationMitosis多种周期蛋白多种周期蛋白:周期蛋白周期蛋白A：S期和期和M期周期蛋白期周期蛋白周期蛋白周期蛋白B：M期周期蛋白期周期蛋白周期蛋白周期蛋白D1、D2、D3：G1中周期蛋白中周期蛋白周期蛋白周期蛋白E：晚：晚G1期、期、S期周期蛋白期周期蛋白APCAPC介导选择性降解的靶蛋白与介导选择性降解的靶蛋白与UbiquitinUbiquitin结合结合 ( (通过通过泛素依赖性途径降解泛素依赖性途径降解) ) APCAPC主要介导两类蛋白降解主要介导两类蛋白降解: : Anaphase Inh

42、ibitors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分裂即将结束，即染色体开始去凝集，核膜重建。束，即染色体开始去凝集，核膜重建。 Cdc20 和和Mad2蛋白位于动粒上，在染色体结合有蛋白位于动粒上，在染色体结合有丝分裂纺锤体前将不能从动粒上释放，由于丝分裂纺锤体前将不能从动粒上释放，由于Mad2与与Cdc20结合而抑制结合而抑制APC的活性。所以只有所有染色的活性。所以只有所有染色体都与纺锤体结合后，体都与纺锤体结合后，APC才有活性，才启动细胞才有活性，才启动细胞向后期转换。向后期转换。五、细胞周期运转的阻遏五、细胞周期运转的阻遏( (细胞周期运转的负调控细胞周期运转的负调控) )细胞至少可通过两种不同机制阻遏细胞周期的运转：细胞至少可通过两种不同机制阻遏细胞周期的运转： Cdk抑制蛋白抑制蛋白(CDI)阻止阻止Cyclin-Cdk复合物的装配或复合物的装配或活性；周期调控系统组分停止合成。活性；周期调控系统组分停止合成。CDICDI包括包括CIP/KIPCIP/KIP家族和家族和INK4INK4家族，其作用是抑制家族，其作用是抑制Cyclin-Cdk复合物的装配或活性，而将细