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1、细胞增殖及其调控,细胞周期与细胞分裂 细胞周期调控,细胞的归宿 死亡 分裂 细胞增殖是生物繁育的基础 单细胞，多细胞 成体，需要细胞增殖弥补失去的细胞。,细胞周期和细胞分裂,细胞周期概述,从一次细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束，称为一个细胞周期。 细胞周期包括细胞生长（遗传物质的复制和其它物质的积累）和细胞分裂。 有丝分裂期和分裂间期。 分裂间期中，DNA合成(synthesis)只是其中一个时期，之前之后具有gap， G1-S-G2,周期中细胞，cycling cell 静止期细胞，quiescent cell 终末分化细胞，,G1期,分裂结束后，合成细胞生长需要的成分，不合成蛋白质。 G1
2、期晚期，有一特定时期，称checkpoint，或restriction point。 通过检验点（限制点），细胞顺利通过G1期，开始合成DNA。 营养，激素等可以影响细胞通过该点。 Cell division cycle gene, cdc基因 为内因。,S期,DNA合成synthesis ，组蛋白合成， 新合成DNA组装成核小体。,G2期,DNA含量为G1期两倍。 G2期检验点，检查DNA是否复制完成。,M期,细胞分裂，mitosis,有丝分裂,meiosis，减数分裂。,mitosis,特殊的细胞周期,爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期,细胞分裂快,无G1期, G2期非常短,S期也短(所有复制子都
3、激活), 以至认为仅含有S期和M期 子细胞在G1、G2期并不生长，越分裂体积越小,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 特点: 酵母细胞周期持续时间较短； 封闭式细胞分裂 ，即细胞分裂时核膜不解聚； 纺锤体位于细胞核内； 在一定环境下，也进行有性繁殖,酵母，yeast,在细胞周期研究中具有重要作用， 裂殖酵母 芽大小可估计细胞所处周期 芽殖酵母 长短可估计细胞所处周期,植物细胞的细胞周期,与动物细胞的标准细胞周期非常相似，含有G1期、S期、G2期和M期四个时期。 特点： 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。 植物细胞以形成中板的形式进行胞质分裂,细菌细胞周
4、期,慢速生长细菌与真核细胞周期过程有一定相似之处。其DNA复制之前的准备时间与G1期类似。分裂之前的准备时间与G2期类似。再加上S期和M期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期 快速生长 分裂，需要35min DNA复制，需要40min,细胞周期长短的测定,脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数 3H-TdR掺入，短暂培养细胞后S期的细胞被掺入同位素。 掺入到M期出现同位素标记细胞，为G2期时长。 出现M期到M期细胞最多，为M期时长 50%M期，到最多，再到50%，为S期时长。 从标记M期出现到下一次标记M期出现，为一个细胞周期时长。,流式细胞测定,可以逐个分析DNA含量， 从而得到G1期，S期，G2期
5、细胞的数量。,缩时摄影（像）技术,可以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,细胞周期同步化,自然同步化， 受精卵早期卵裂 人工选择同步化 药物诱导法 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。,有丝分裂,前期(prophase) 前中期(prometaphase) 中期(metaphase) 后期(anaphase) 末期(telophase),前期(prophase),是染色质开始浓缩，形成有丝分裂染色体 细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体开始装配 在S期末，中心体复制。前期，
6、中心体移向两极，组织微管生 长，由两极形成的微管形成纺锤体。 Golgi体、ER等细胞器解体，形成小的膜泡,前中期(prometaphase),核纤层解体，核膜破裂成小的膜泡 纺锤体微管与染色体的动粒结合， 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。,中期(metaphase),所有染色体排列到赤道板上，标志着细胞分裂已进入中期 着丝粒微管动态平衡形成的张力确保染色体正确排列在赤道板,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向极运动 后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段，即后期A和后期B 后期A，动粒微管去装配变短，染色体
7、产生两极运动 后期B，极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长，介导染色体向极运动,末期(telophase),染色单体到达两极，即进入了末期,到达两极的染色单体开始去浓缩 核膜开始重新组装 Golgi体和ER重新形成并生长 核仁也开始重新组装，RNA合成功能逐渐恢复, 有丝分裂结束,胞质分裂开始于细胞分裂后期，在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟。 胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为收缩环。收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞,减数分裂meoisis,概念：减数分裂是细胞仅进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，染色
8、体数目减半的一种特殊的有丝分裂,减数分裂特点,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. S期持续时间较长. 同源染色体在减数分裂期I(MeiosisI)配对联会、基因重组. 第一次分裂时,同源染色体分开。 第二次分裂时，姐妹染色单体分开,减数分裂的意义,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，是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。,减数分裂 （第一次成熟分裂）,前期： 持续时间长，数周到数十年，进行染色体配对，基因重组，合成一定RNA与蛋白质。分细线，偶线，粗线，双线，终变。 中期 ： 核
9、膜破裂，四分体排列于赤道板，具有四个动粒，姐妹染色单体的动粒位于同一侧。 后期 ： 同源染色体分离。 末期 ，胞质分裂与减数分裂间期： 1，回复到一般间期细胞，但无DNA复制 2，不完全回复到间期，直接进入第二次成熟分裂。,分裂前期分类,细线期 染色质开始凝集 偶线期： 同源染色体配对，形成二价体，也称四分体 其配对过程称联会，联会部位形成联会复合体。 粗线期： 染色体浓缩，DNA片段交换与重组。 双线期： 重组结束，同源染色体基本分离。 终变期 染色体形成短棒状结构,Visible evidence of crossing over,第二次成熟分裂：,与一般有丝分裂相似。 对于不回复到间期的
10、类型，染色体到达两极后，中心粒一分为二，纺锤体重新组装，染色体排列于新的赤道板上，进入中期。 减数分裂后产生四个细胞。,meiosis,细胞周期的调控,MPF的发现及其作用 P34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系 周期蛋白 CDK激酶和CDK激酶抑制物 细胞周期运转的调控,卵细胞促成熟因子-MPF,maturation-promoting factor 卵母细胞在发育到一定体积后，在减数分裂前期停止生长，此时孕酮可诱导卵母细胞成熟。 成熟后细胞质的某种成分（MPF）可诱导卵母细胞成熟。（即第二次成熟分裂中期，一般成熟卵细胞，等待受精）。 MPF即使在蛋白质合成抑制剂存在时，也可诱导。卵母细
11、胞内有前体MPF存在，,同样也代表mitosis promoting factor (MPF) ，在有丝分裂中起重要作用。 在有丝分裂与减数分裂的早期起促使核膜破裂，进入分裂期。在有丝分裂末期消失,P34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系,cdc基因 cell division cycle基因 cdc2基因是裂殖酵母中最重要的基因，其表达的产物为分子量34 K的蛋白，称P34cdc2其具有激酶活性。 MPF的p32与P34cdc2为同源物。,周期蛋白,Cyclin.在海胆中首先发现，在细胞间期内积累，在分裂期消失。证实存在于酵母到人。 Cyclin B 为MPF的另一种主要成分。 cdc2为
12、催化亚基，周期蛋白为调节亚基。,除周期蛋白B外，还发现多种其它周期蛋白。 有的只在G1期表达，在G1-S转化中起作用， 有些在间期表达，在M期作用。 不同周期蛋白与不同的CDK结合,周期蛋白和CDK结合区域相对保守，称周期蛋白框。不同的周期蛋白框识别不同的CDK。 M期周期蛋白的N端具有破坏框，由9个氨基酸构成，破坏框介导周期蛋白的降解。 G1期C端有一段特殊PEST序列，介导周期蛋白的降解。,CDK激酶,研究酵母cdc 2同源的蛋白发现一类蛋白 可与周期蛋白结合 表现蛋白激酶活性 Cyclin dependent kinase CDK激酶 与周期蛋白结合的结构域有一段较保守。 细胞内多种因子可修饰CDK，其中对其起负调控的称为CDK抑制物,细胞周期的运转调控,G2/M期转化与CDK1激酶的关键性调控作用。 可使得多种蛋白磷酸化，如组蛋白H1，核纤层蛋白A，B,C,核仁蛋白 促染色体凝集，核纤层解聚，核仁解体等。 M期周期蛋白与分裂中期向后期的转化。 分裂中期，M期周期蛋白A和B迅速降解，CDK1激酶活性丧失。 后期促进因子APC促进细胞周期素B降解。,G1/S期转化和G1期周期蛋白依赖性CDK激酶。 周期蛋白D，E DNA复制检验点调控S/G2/M期转化。,
