细胞周期与胞质分裂

关于细胞周期与胞质分裂第1页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三2细胞周期细胞通过分裂形成的新细胞必须与亲代细胞具有相似的遗传性；细胞分裂的前提是遗传物质的复制、各种细胞器及生物大分子的倍增与细胞体积的增大；通过分裂，将复制的遗传物质均等分配到两个子细胞中，保证遗传的稳定。第2页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三3细胞周期的时相分裂期（M期）间期新细胞的生长期核分裂胞质分裂G1期（gap1）:不同细胞时间变化较大S期（synthetic）：合成期G2期（gap2）第3页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三4细胞周期的时间正常情况下，完整的细胞周期应该沿着

G1SG2M期的路线运转；一般认为，S+G2+M的时间变化较小，而G1的持续时间差异很大；细胞周期的长度主要取决于G1期的长短不同的细胞G1期时间差别较大第4页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三5不同分裂状态的细胞持续分裂细胞：在细胞周期中持续运转，使机体内组织不断更新；性细胞；造血干细胞；上皮基底层细胞；植物根尖细胞终端分化细胞：永久失去分裂能力的细胞；往往是高度特化的细胞红细胞；神经细胞；白细胞，肌细胞等G0细胞：休眠细胞，暂时脱离细胞周期，在某些条件下可以诱导重新开始合成DNA，进入细胞周期；成熟肝细胞，淋巴细胞等第5页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三6各时相的合成活动G1期：合成前期，有丝分裂完成到DNA复制前合成rRNA，蛋白质，脂类和糖类G1后期，DNA合成酶活性增加G1进入S期受到S期激活因子的影响S期DNA合成期，组蛋白同时合成，DNA复制所需的酶合成不同序列组成的DNA复制顺序不同常染色质先合成，异染色质后合成能转录的DNA复制在先，不能转录的在后GC含量高的先合成，AT高的后合成第6页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三7G2期DNA合成的后期为有丝分裂做准备主要合成ATP，RNA，蛋白质，包括微管蛋白和促成熟因子等M期分裂期包括核分裂和胞质分裂染色体聚集，在纺锤体的作用下，姐妹染色单体被均等分配至两个细胞第7页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三8周期中细胞形态结构的变化细胞形态的变化细胞周期的生化变化引起表型变化S期往往呈扁平状，到G2，M期细胞逐渐鼓起来，变成球形细胞内部结构的变化最大的变化是染色质结构的变化S期，染色质呈松散的状态，进行

DNA的半保留复制；M期，形成染色单体间期到M期过程中，两点变化：纺锤体形成，需要大量微管蛋白细胞表面微绒毛形成，与细胞骨架的肌动蛋白纤维有关第8页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三9细胞器的分裂和片段化线粒体和叶绿体不能自我装配，必须通过已有的线粒体和叶绿体生长和分裂增殖，加倍；内质网，高尔基体等生长并断裂成片段，增加均等分配的机会第9页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三10细胞周期的调控细胞周期中的基本事件，如DNA复制、有丝分裂、胞质分裂等都是通过控制系统控制的；控制模式典型的通过生化装置来进行调控第10页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三11细胞周期调控研究的历史进程细胞周期控制系统是一个典型的生化控制装置，由一套相互作用的蛋白质组成，这些蛋白质的相互作用，调控了细胞周期的进程。细胞融合实验促成熟因子的发现第11页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三12细胞融合实验1DNA复制受什么控制？G1-S转变受什么控制？染色体凝聚受什么控制？第12页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三13细胞融合实验2G1期(Hela)与S期(kangarooPtK2)融合G1期细胞质开始了DNA复制S期中含有诱导G1-S的因子细胞融合实验现象说明问题M期与其他阶段融合M期诱导其他期细胞的染色质凝聚M期中含有使松散状态的染色质凝聚的因子（细胞周期调节因子）研究细胞质中是否有影响细胞周期活动的调节因子运用不同细胞周期的同步化细胞进行融合第13页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三14促成熟因子的发现用非洲爪蟾的卵母细胞作为研究对象处于G2期，如果受到促分裂活性物质的诱导，则进入M期；发现将M期的细胞质注射进卵母细胞诱导进入M期，表明M期促进因子（MPF，促成熟因子）的存在第14页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三15MPF（促成熟因子）二聚体，细胞周期蛋白-CDK复合物CDK：蛋白激酶（依赖细胞周期蛋白的丝苏氨酸激酶）细胞周期蛋白（cyclin）：浓度在细胞周期中呈周期性变化第15页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三16破坏框多遍在蛋白化（泛素化）细胞周期蛋白为什么会周期性的减少？被遍在蛋白（泛素）介导的蛋白质降解途径所降解通过N端的破坏框（相当于泛素的识别标签）进行泛素化，进而被蛋白酶体识别并降解E1,E2,E3复合物负责将泛素加到待降解蛋白上E1：泛素活化酶：激活泛素E2：泛素缀合酶：与激活的泛素连接E3：泛素连接酶（APC，促后期复合物）：将泛素连接到蛋白上细胞周期蛋白的降解促使细胞退出有丝分裂间期M期间期第16页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三17蛋白质降解机器E1：几种E2：几十种泛素化（‘死亡之吻’）E3：几百种，特异性26s蛋白酶体2004NobelPrize泛素第17页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三18细胞周期蛋白水平的调节当MPF活性高时，APC（E3）被激活，泛素化周期蛋白，进而导致细胞周期蛋白B被降解，随后MPF活性降低，进入有丝分裂末期；胞质分裂后，细胞周期蛋白B在间期合成，APC的活性保持到G1期的后期，细胞周期蛋白与CDK失活。间期分裂期细胞周期蛋白水平受到泛素化蛋白质降解途径的调节第18页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三19真核生物细胞周期调控的一般模型三种CDK复合物调控细胞周期的进程通过磷酸化作用使某些组分失活或激活G1期合成，在DNA复制起点处装配开始被抑制，在DNA合成完成后被激活第19页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三20细胞周期调控的特点蛋白质降解起到重要调控作用，保证了细胞周期的方向性；高等生物中，细胞周期的调控主要调节G1-CDK复合物的合成和活性通过调控催化亚基的磷酸化状态来调节；促分裂原诱导G1-CDK的合成与激活，一旦作用了一段时间以后，超过晚G1期的某个点，除去促分裂原也会继续完成分裂，这个点称为为限制点第20页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三21细胞周期的关卡细胞周期的运转有序，是基因（细胞分裂周期基因）有序表达的结果；基因表达的有序性受到一系列控制系统的监测；如酵母中S前存在启动点（START），哺乳动物中存在限制点；DNA损伤未修复前不能进入S期；S期DNA合成未完成不能进入M期；M期纺锤体和染色体组装不正常则不能进入后期第21页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三223个主要关卡在每一个关卡，细胞的状态和环境决定了细胞是否通过此关卡进入下一个步骤；G1关卡新生细胞生长是否足够大、内部环境（rRNA合成和蛋白质合成）是否合适G2关卡DNA复制是否正确、完全，细胞是否够大中期关卡染色体是否完全分离第22页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三23P53调控细胞周期肿瘤抑制基因；将具有损伤的DNA阻止在G1期或G2期，直到受到损伤的DNA修复为止；作用机制正常情况下，P53不稳定，浓度低；损伤DNA使P53稳定，浓度大大增加，激活P21转录，P21通过与靶蛋白的结合抑制CDK和PCNA（控制DNA复制）的活性，细胞被阻止在G1期第23页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三24MPF的作用机制MPF的一个亚基是周期蛋白依赖的蛋白激酶，因此，其作用机制必然为将某些特异的蛋白质磷酸化的结果；蛋白的磷酸化/去磷酸化与染色质的凝聚与去凝聚、有丝分裂的启动、核仁的功能、核膜的崩溃和重组都有密切关系。第24页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三25MPF参与其他有丝分裂的事件第25页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三26有丝分裂细胞分裂的类型细胞分裂是细胞增殖的方式；分为两种类型有丝分裂：产生两个含有全套染色体的子细胞；减数分裂：产生在遗传上有变异的单倍体细胞第26页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三27有丝分裂是指在细胞周期的M期（分裂期）进行的分裂活动；通过纺锤丝的形成和运动，把在S期复制好了的DNA平均分配到两个子细胞，以保证遗传的连续性和稳定性；主要特征是出现纺锤丝；分为核分裂和胞质分裂两个过程，一般在核分裂之后随之发生质分裂第27页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三28有丝分裂的过程前期染色体凝聚，分裂极的确定、核仁消失、核膜解体前中期纺锤体装配中期染色体排列与赤道板上后期着丝粒分开，染色单体移向两级末期核膜小泡重新包围两组染色体，染色体解旋成细丝，重新出现核膜与核仁第28页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三29胞质分裂与植物的细胞壁除了染色体的分配，细胞中其他物质、包括膜、骨架、细胞器及可溶性的蛋白质通过胞质分裂进行分配；通常起始于有丝分裂后期，由MPF失活所触发；动植物的不同动物细胞：缢缩和起沟：由肌动蛋白和肌球蛋白装配成收缩环，通过滑动模型起作用；植物细胞：靠细胞内新细胞壁的形成第29页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三30有丝分裂的机制纺锤体微管的形成动力微管极微管星微管中心体的复制中心体循环第30页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三31染色体分离过程中的力根据力的不同，有丝分裂后期分为后期A，后期B后期A：动粒微管的去装配产生的力，染色体向极运动；后期B：极微管的聚合，染色体极分离运动“拉力”“推力”第31页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三32纺锤体微管运动机制微管去聚合作用假说解释后期A的向极运动动粒微管不断解聚缩短，将染色体拉向两级，解离下来的微管蛋白在极微管末端聚合，使极微管加长机制：微管插入动粒的外层，微管蛋白在此去组装，ATP在此过程中提供能量，驱动动力蛋白的移动第32页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三33纺锤体微管滑动假说解释后期B的力机制：极微管伸长产生重叠带；极微管间通过发动机蛋白产生滑动，形成两级分开的力，ATP可以诱导该过程；第33页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三34胞质分裂的机制肌动蛋白和肌球蛋白组成了胞质分裂的收缩环；MPF调控收缩环的机制有丝分裂早期，MPF活性高，磷酸化肌球蛋白的轻链，抑制其与肌动蛋白的结合；有丝分裂后期，周期蛋白B降解，MPF失活，去磷酸化，收缩机制被激活，形成收缩环；染色体分离到细胞两级之后（此时M期的后期），通过胞质分裂形成2个子细胞第34页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三35核的重建核被膜的重建需要一些特异蛋白质的磷酸化，与MPF有关；细胞周期后期，周期蛋白B被降解之后，MPF很快失活核重建在有丝分裂末期，核解体时形成的核被膜小泡重新聚集和融合成子细胞的核膜；核孔复合体在核被膜重建过程中重新装配；前期磷酸化的核纤层蛋白去磷酸化后重新装配成核纤层；在核被膜重建之后，散布在细胞质中的核蛋白通过定位信号经核孔输入进细胞核之中；染色体随后解凝聚，新细胞开始它的生命周期。第35页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三36减数分裂有性生殖是通过两个配子的融合产生新的生物个体的过程；一个来自父本，一个来自母本配子是通过减数分裂产生的两次连续的有丝分裂，而DNA只复制一次第36页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三37减数分裂的特点两次连续的有丝分裂减数分裂I前期I，中期I，后期I，末期I减数分裂II前期II，中期II，后期II，末期II染色体只在减数分裂I前复制了一次，因此经过减数分裂后导致染色体的数目减少一半。第37页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三38第一次减数分裂2个特点:1对同源染色体分开，进入子细胞，分开前，进行同源重组；同源染色体的分离是随机的，染色体组发生重组合。第38页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三39第二次减数分裂第39页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三40遗传重组及其机制减数分裂中两种方式的遗传重组：同源染色体的部分交换；同源染色体分离时染色体组的自由组合第40页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三41染色体重组——交换与交叉联会期间，同源染色体发生断裂与重接；发生同源染色体的交换（重组）；交叉逐渐远离着丝粒（交叉端化），此时交换已经完成第41页，讲稿共47页，2023年5月2日，星期三42