《《细胞生物学》教学课件：第12章 -细胞增殖与调控》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《细胞生物学》教学课件：第12章 -细胞增殖与调控（101页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十二章第十二章细胞增殖及细胞增殖及调控调控赵赵凌凌教授教授动科动医学院动科动医学院世界上最远的距离：我在看你你在看手机诺贝尔生理学或医学奖诺贝尔生理学或医学奖p201人人自从1901年诺贝尔生理学或医学奖首次颁发到2012年，已经有201人获得该奖。p最年轻的获奖者最年轻的获奖者1923年，32岁的加拿大医学家弗雷德里克格兰特班廷爵士因发现胰岛素获得了诺贝尔医学奖，这使他成为有史以来最年轻的医学奖获得者。p最年长的获奖者最年长的获奖者有史以来年龄最大的医学奖获得者为美国微生物学家、肿瘤诱导病毒的发现者弗朗西斯佩顿劳斯。劳斯因提出病毒致癌学说，开创癌症起因研究的新纪元而获得1966年诺贝尔生理
2、学或医学奖，获奖时，他已经87岁。p平均年龄平均年龄这201人获奖时的平均年龄是57岁。p生日生日获奖者中，最常见的两个生日是5月21日和2月28日。11位华人诺贝尔奖获得者位华人诺贝尔奖获得者李政道：1926年生于上海，美籍华人，1957年因“发现宇称原理的破坏”而被授予诺贝尔物理学奖，时年31岁；杨振宁：1922年生于安徽，美籍华人，1957年因“发现宇称原理的破坏”而被授予诺贝尔物理学奖，时年35岁；丁肇中：1936年生于美国，美籍华人，1976年因“发现一类新的基本粒子”而获得诺贝尔物理学奖，时年40岁；李远哲：1936年生于台湾，美籍华人，1986年因“发明了交叉分子束方法使详细了解
3、化学反应的过程成为可能，为研究化学新领域反应动力学作出贡献”而获得诺贝尔化学奖，时年50岁；朱棣文：1948年生于美国，美籍华人，1997年因“发明了用激光冷却和俘获原子的方法”荣获诺贝尔获物理学奖，时年49岁；崔琦：1939年生于河南，美籍华人，1998年诺贝尔获物理学奖，时年59岁；达赖：1935年生于西藏，中国国籍，1989年诺贝尔和平奖，时年54岁；高行健：1948年生于江西，获奖的同年加入法国籍，2000年诺贝尔获文学奖，时年52岁刘晓波：2010年诺贝尔获文学奖莫言：2012年诺贝尔获文学奖p2001年年10月月8日日美国人美国人LelandHartwell、英国人英国人PaulN
4、urse、TimothyHunt因对因对细胞周期调控机理细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。尔生理医学奖。细胞增殖细胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)的意义的意义u 细细胞胞增增殖殖(cell (cell proliferation)proliferation)是是细细胞胞生生命命活活动动的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。u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加。u多多细细胞胞生生物物由由一一个个单单细细胞胞(受受精精卵卵)分分裂裂发发育
5、育而而来来，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。u成成体体生生物物仍仍然然需需要要细细胞胞增增殖殖，以以补补偿偿衰衰老老和和死死亡亡的的细胞。细胞。u机机体体创创伤伤愈愈合合、组组织织再再生生、病病理理组组织织修修复复等等，都都要要依赖细胞增殖依赖细胞增殖。u初生婴儿初生婴儿10101212个细胞，成人个细胞，成人10101414个，约个，约200200种类型。种类型。u成人每秒钟有数百万新细胞产生。成人每秒钟有数百万新细胞产生。u一一个个大大肠肠杆杆菌菌若若按按2020分分钟钟分分裂裂一一次次，并并保保持持这这一一速度，则两天即可超过地球的重量。速度，则两天即可超过地
6、球的重量。1.Cell周期概述周期概述细胞分裂间期细胞分裂间期细胞分裂细胞分裂2.Cell周期是如何有条周期是如何有条不紊的进行的（不紊的进行的（细胞周细胞周期调控期调控）本 章 目 录本章重点：本章重点：Cell周期（基本概念）周期（基本概念）Cell周期的调控周期的调控本章难点：本章难点：Cell周期是如何调控的周期是如何调控的Cell周期概述周期概述细胞增殖细胞增殖(cellproliferation)直观表现是细胞分裂(celldivision)细胞物质积累物质积累与细胞分裂细胞分裂的循环过程。细胞周期细胞周期(cellcycle)从一次细胞分裂细胞分裂结束开始，经过物质积累物质积累的
7、过程，直至下一次细细胞分裂胞分裂结束为止。一个细胞周期即是一个细胞的整个生命过程，即由一个老的细胞变为两个新的细胞。Cell周期概述周期概述分裂期（分裂期（Division）则是细胞增殖的实施过程，即M期。物质准备和积累的过程即是分裂间期（分裂间期（interphase）：G1期，S期，G2期。细胞沿着G1SG2MG1周期性运转Atypicalmammaliancellhasacellcycletimeof24hours,with12hrG1,6-8hrS,3-4hrG2,and1hrM一、分裂间期一、分裂间期S期为期为DNA合成期合成期G1期是细胞生长和期是细胞生长和DNA合成准备期，合合成
8、准备期，合成生长所需要的蛋白成生长所需要的蛋白质、糖和脂质。质、糖和脂质。G2期为有丝分裂准备期，期为有丝分裂准备期，合成合成RNA和蛋白质和蛋白质G0期是细胞暂时离开期是细胞暂时离开细胞周期，停止分裂，细胞周期，停止分裂，去执行一定的生物学去执行一定的生物学功能。功能。细胞一分为二，遗传物质平细胞一分为二，遗传物质平均分配到两个子细胞的过程均分配到两个子细胞的过程Mitosis:有丝分裂Mothercell分裂间期分裂间期G1期期是细胞生长和是细胞生长和DNA合成准备期，是细胞周期的合成准备期，是细胞周期的第一阶段。第一阶段。开始合成细胞生长所需要的各种开始合成细胞生长所需要的各种蛋白质、糖
9、类、脂质蛋白质、糖类、脂质等，等，但不合成但不合成DNA。G1期分为期分为G1早期和早期和G1晚期，两期之间有一个晚期，两期之间有一个限制点限制点（restrictionpoint,R点）或检查点（点）或检查点（checkpoint），是细，是细胞在胞在G1期的重要调控点，作用是期的重要调控点，作用是保证基因和基因组的稳定性保证基因和基因组的稳定性。G1，S，G2和纺锤体组装检查点。和纺锤体组装检查点。限制点的影响因素：（1）外在因素：营：营养供给及激素刺激等；养供给及激素刺激等；（2）内在因素：细：细胞内与细胞分裂周期调胞内与细胞分裂周期调控相关的基因（控相关的基因（celldivision
10、cyclegene,cdc)。分裂间期分裂间期S期期为为DNA合成期合成期1.DNA半保留复制，遗传物质半保留复制，遗传物质DNA数量增加一倍；数量增加一倍；2.合成新的组蛋白；合成新的组蛋白；3.真核生物新合成的真核生物新合成的DNA立即与组蛋白结合，共同组成核立即与组蛋白结合，共同组成核小体串珠结构。小体串珠结构。G2期期为有丝分裂准备期为有丝分裂准备期合成细胞进入合成细胞进入M期所必需的期所必需的RNA和和蛋白质蛋白质检验点检验点：DNA复制完成？细胞长到合适大小？环境是否有利复制完成？细胞长到合适大小？环境是否有利？细胞周期长短细胞周期长短1.同种细胞，周期相似；细胞不同，周期不同。同
11、种细胞，周期相似；细胞不同，周期不同。细菌：周期短细菌：周期短小肠上皮细胞：周期长（小肠上皮细胞：周期长（3-6天）天）2.与环境相关与环境相关温度高，增殖快温度高，增殖快3.主要取决于主要取决于G1期，其它期则相对固定。期，其它期则相对固定。根据细胞周期可将高等动物细胞分为根据细胞周期可将高等动物细胞分为3类类：1.连续分裂细胞连续分裂细胞，如表皮生发层、骨髓干细胞。，如表皮生发层、骨髓干细胞。2.休休眠眠细细胞胞，暂暂不不分分裂裂，适适当当刺刺激激下下可可重重新新进进入入细细胞胞周周期期，称称G0期期细细胞胞，如如淋淋巴巴细细胞胞、肝肝、肾细胞等。肾细胞等。3.不不分分裂裂细细胞胞，又又称
12、称终终端端细细胞胞，不不再再分分裂裂，如如神经、肌肉、多形核细胞等。神经、肌肉、多形核细胞等。儿童白血病细胞周期的临床分析儿童白血病细胞周期的临床分析？（华中科技大学附属同济医院儿（华中科技大学附属同济医院儿科）科）白血病细胞的细胞周期比正常细胞周期延长,增殖能力较低。注射用甲氨蝶呤等新型药物对细胞周期的影响？注射用甲氨蝶呤等新型药物对细胞周期的影响？（药效评价）（药效评价）IFN-a的信号转导通路及其对细胞周期的影响？的信号转导通路及其对细胞周期的影响？（科研）（科研）思考一思考一细胞周期通常可以反应细胞的状态，细胞周期的测定在临细胞周期通常可以反应细胞的状态，细胞周期的测定在临床诊断，新型
13、药物效果评价、科研等方面经常用到。床诊断，新型药物效果评价、科研等方面经常用到。如何测定细胞周期？如何测定细胞周期？1.为什么需要测定细胞周期？为什么需要测定细胞周期？2.测定细胞周期基于什么原理呢？测定细胞周期基于什么原理呢？如何测定细胞周期？如何测定细胞周期？基本原理是选择细胞周期中有变化规律的物质基本原理是选择细胞周期中有变化规律的物质作标记，通过观察这些标记物在细胞周期中的变化，作标记，通过观察这些标记物在细胞周期中的变化，间接计算细胞周期各时相的时间。间接计算细胞周期各时相的时间。思考二思考二标记有丝分裂百分率法（percentagelabeledmitoses，PLM）TDR：胸腺
14、嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷，是DNA的特异前体，能被S期细胞摄入，而掺进DNA中。天然同步化天然同步化：自然界存在的细胞周期同步过程。：自然界存在的细胞周期同步过程。（同一时相的卵细（同一时相的卵细胞，同时受精，同时卵裂）胞，同时受精，同时卵裂）如何实现细胞周期同步化？如何实现细胞周期同步化？思考二思考二人工选择和人工诱导的方式实现细胞周期同步化。人工选择和人工诱导的方式实现细胞周期同步化。有丝分裂选择法有丝分裂选择法：对数生长期的单层细胞分裂活跃，在：对数生长期的单层细胞分裂活跃，在培养瓶上隆起，与培养瓶的附着力减弱。优点是细胞未培养瓶上隆起，与培养瓶的附着力减弱。优点是细胞未经任何药物处理，细胞
15、同步化效率高。缺点是分离的细经任何药物处理，细胞同步化效率高。缺点是分离的细胞数量少，成本较高。胞数量少，成本较高。密度梯度离心法密度梯度离心法：根据不同时期的细胞在体积和重量上：根据不同时期的细胞在体积和重量上存在差别进行分离。优点是方法存在差别进行分离。优点是方法简单省时，效率高，成简单省时，效率高，成本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。人人工工选选择择人人工工诱诱导导同同步步化化DNA合成阻断法合成阻断法：低毒或无毒的：低毒或无毒的DNA合成抑制剂合成抑制剂（胸腺嘧啶核苷）（胸腺嘧啶核苷）可逆地抑制可逆地抑制DNA合成，而不影合成，而不影响其他
16、时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在响其他时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在S期或期或G/S交界处。优点是同步化程度高，适用交界处。优点是同步化程度高，适用于任何培养体系。可将几乎所有的细胞同步化。于任何培养体系。可将几乎所有的细胞同步化。缺点是产生非均衡生长，个别细胞体积增大。缺点是产生非均衡生长，个别细胞体积增大。分裂中期阻断法分裂中期阻断法：秋水仙素等药物通过：秋水仙素等药物通过抑制微管抑制微管聚合聚合来抑制细胞来抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细分裂器的形成，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较大，处
17、理时间过长，细胞这些药物的毒性相对较大，处理时间过长，细胞不能恢复正常。不能恢复正常。TdR两步法实现细胞周期同步化：两步法实现细胞周期同步化：（1）处于对数生长期的细胞）处于对数生长期的细胞（2）第一次加入）第一次加入TdR，并培养一定时间，并培养一定时间（G2+M+G1），），将所有细将所有细胞抑制在胞抑制在S期期（3）洗去）洗去TdR，正常培养细胞，正常培养细胞（4）在细胞到达）在细胞到达G1期终点前期终点前，所有的细胞已离开，所有的细胞已离开S期，再次加入期，再次加入TdR，将所有的细胞抑制在，将所有的细胞抑制在G1/S期期的交界处。的交界处。TdR：胸腺嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷，是DNA
18、的特异前体，能被S期细胞摄入，而掺进DNA中。细菌的细胞周期（以大肠杆菌为例）细菌的细胞周期（以大肠杆菌为例）：环状分子，一个复制起始点。环状分子，一个复制起始点。DNA复制前准备（复制前准备（G1）约）约10分钟；分钟；DNA复制（复制（S）约）约40分钟分钟；分裂前准备（；分裂前准备（G2）约）约20分钟；一个周期分钟；一个周期70分钟。分钟。实际上分裂和复制同时进行，一个周期只需实际上分裂和复制同时进行，一个周期只需35分钟。分钟。2个拷贝DNA4个拷贝DNADNA复制完成一半DNA复制完成一半细细胞分裂的类型胞分裂的类型p无丝分裂：又又称称直直接接分分裂裂，由由Remark（1841）
19、发发现现于鸡胚血细胞，不涉及纺锤体形成及染色体变化于鸡胚血细胞，不涉及纺锤体形成及染色体变化。p有丝分裂：又又称称间间接接分分裂裂，由由Fleming (1882)和和Strasburger(1880)发现。发现。p减数分裂：DNA复制复制1次，细胞连续分裂次，细胞连续分裂2次次。二、细胞分裂二、细胞分裂有丝分裂：是：是体细胞体细胞分裂的主要分裂的主要方式，其特点是细胞通过纺锤体方式，其特点是细胞通过纺锤体将遗传物质精确地等分到两个子将遗传物质精确地等分到两个子细胞中去，以保证细胞在增殖的细胞中去，以保证细胞在增殖的过程中保持遗传稳定。过程中保持遗传稳定。减数分裂：生殖细胞生殖细胞仅进行一次仅
20、进行一次DNADNA复制，随后进行两次分裂，复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。减数分裂主要是生殖细丝分裂。减数分裂主要是生殖细胞的分裂方式。胞的分裂方式。有有丝丝分分裂裂分裂间期：分裂间期：G1+S+G2有丝分裂：有丝分裂：1.前期（前期（prophase）2.前中期前中期（prometaphase）3.中期（中期（metaphase）4.后期（后期（anaphase）5.末期（末期（telophase）6.胞质分裂胞质分裂（cytokinesis）Mitosis有丝分裂有丝分裂间期间期（G1+S+G2）：主要进行）：主要进行DNA复制、中
21、心体复制、细胞复制、中心体复制、细胞体积增大等准备工作。细胞核结构清晰，微管以中心体为核心体积增大等准备工作。细胞核结构清晰，微管以中心体为核心向四周辐射。向四周辐射。（一）前期（一）前期（prophase）（1）染色体凝缩）染色体凝缩（2）分裂极的确立与纺锤体的装配）分裂极的确立与纺锤体的装配p早期染色体由两条棒状的染色单体并列而成，中间有早期染色体由两条棒状的染色单体并列而成，中间有着丝粒着丝粒相连。相连。着丝粒的外侧部附有着丝粒的外侧部附有动粒动粒，动粒是染色体与纺锤体中的动粒微管，动粒是染色体与纺锤体中的动粒微管相连的部位。相连的部位。有丝分裂有丝分裂动粒动粒p中心体在间期也进行了复制
22、。前期两个中心体彼此中心体在间期也进行了复制。前期两个中心体彼此分开，并分别向两极移动。分开，并分别向两极移动。有丝分裂有丝分裂（二）前中期（二）前中期（prometaphase）（1）核膜崩解核膜崩解标志着前中期的开始标志着前中期的开始（2）纺锤体组装纺锤体组装（3）染色体整列染色体整列：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，染色体向赤道面上运动。染色体向赤道面上运动。p核纤层纤维磷酸化，降解为可溶的核纤层蛋白。核纤层纤维磷酸化，降解为可溶的核纤层蛋白。p核膜失去核纤层的支持，裂解成小泡，分散到胞质中，造成核膜破裂。核膜失去核纤层的支持，裂
23、解成小泡，分散到胞质中，造成核膜破裂。有丝分裂有丝分裂1.1.核膜崩解核膜崩解核膜崩解核膜崩解p纺锤体微管与染色体的动粒结合，纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体，染色体向赤道面上运捕捉住染色体，染色体向赤道面上运动。动。有丝分裂有丝分裂星体微管星体微管纺锤体微管纺锤体微管极微管极微管2.2.纺锤体组装纺锤体组装纺锤体组装纺锤体组装中心体中心体p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，染色体向赤道面上运动。染色体向赤道面上运动。有丝分裂有丝分裂DAPI抗微管蛋白抗微管蛋白3.3.染色体整列染色体整列染色体整列染色体整列（三）中期（三）中期（
24、metaphase）标志标志：染色体整列完成，所有染色体排列到赤道面上，纺锤体：染色体整列完成，所有染色体排列到赤道面上，纺锤体结构呈现典型的纺锤样。结构呈现典型的纺锤样。有丝分裂有丝分裂图片来自http:/www.wadsworth.org/染色体整列染色体整列（染色体向（染色体向赤道面上运动的过程）赤道面上运动的过程）有丝分裂有丝分裂动粒动粒极微管极微管动力微管动力微管动粒上有动粒上有Mad2和和Bub1蛋白，蛋白，可以使动粒敏化，促使动粒可以使动粒敏化，促使动粒微管与动粒接触。微管与动粒接触。星体微管星体微管纺纺锤锤体体和和中中期期染染色色体体有丝分裂有丝分裂染色体整列完成染色体整列完成
25、染色体整列完成染色体整列完成（四）后期（四）后期（anaphase）p标志是妹妹染色体单体分开并分别向两级运动。p分为后期A、后期B两个过程。有丝分裂有丝分裂后期后期A-染色体分开染色体分开后期后期B-极分开极分开AnaphaseA:separationofthesisterchromatids.有丝分裂有丝分裂染色体分开染色体分开AnaphaseB:separationofthepoles.有丝分裂有丝分裂极分开极分开（五）末期（五）末期（telophase）（1）染色单体到达纺锤体两极）染色单体到达纺锤体两极即进入末期，染色单体去浓缩。即进入末期，染色单体去浓缩。（2）核膜开始重新组装核膜
26、开始重新组装，核仁，核仁也开始重新组装，也开始重新组装，RNA合成功能合成功能逐渐恢复。逐渐恢复。（3）主要标志是两个）主要标志是两个子细胞核子细胞核的形成的形成和和胞质分裂胞质分裂。有丝分裂有丝分裂p末末期期核核纤纤肽肽B去去磷磷酸酸化化，介介导导核核膜膜重重新新装装配配，同时染色体解聚缩，核仁出现和核膜重新形成。同时染色体解聚缩，核仁出现和核膜重新形成。p核核分分裂裂与与胞胞质质分分裂裂是是相相继继发发生生的的，属属于于两两个个分分离的过程，如：离的过程，如：大大多多数数昆昆虫虫的的卵卵，核核可可进进行行多多次次分分裂裂而而无无胞胞质质分分裂裂，某某些些藻藻类类的的多多核核细细胞胞可可长长
27、达达数数尺尺，以以后后胞胞质质才才分分裂裂形成单核细胞。形成单核细胞。子核的形成与胞质分裂子核的形成与胞质分裂（六）胞质分裂（六）胞质分裂（cytokinesis）始于细胞分裂后期，完成于细胞分裂末期。始于细胞分裂后期，完成于细胞分裂末期。胞质分裂可简单归纳为胞质分裂可简单归纳为4个步骤：个步骤：1.分裂沟位置确定分裂沟位置确定2.肌动蛋白聚集和收缩环形成肌动蛋白聚集和收缩环形成3.收缩环收缩收缩环收缩4.收缩环处细胞膜融合形成两个子细胞收缩环处细胞膜融合形成两个子细胞有丝分裂有丝分裂DividingMuscleMyoblast(成肌纤维细胞，primativemusclecell)(SEMx
28、8,000)有丝分裂有丝分裂分裂沟分裂沟分裂沟分裂沟胞质分裂沟：1）中央纺锤体和星体微管中央纺锤体和星体微管共同决定了共同决定了分裂沟形成的位置；分裂沟形成的位置；2）钙离子的浓度钙离子的浓度变化也会影响变化也会影响分裂沟的形成。分裂沟的形成。有丝分裂有丝分裂分裂沟位置确定分裂沟位置确定p动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现，动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现，收缩环收缩环由大量平行排列的由大量平行排列的肌动蛋白肌动蛋白组成。组成。有丝分裂有丝分裂动物细胞的胞质收缩环动物细胞的胞质收缩环分裂沟分裂沟收缩环收缩收缩环收缩有丝分裂有丝分裂有丝分裂分期有丝分裂分期有丝分裂有丝分裂与微管
29、装配和细胞分裂密切相关，有一对位于细胞中央与微管装配和细胞分裂密切相关，有一对位于细胞中央的中心粒和周围的无定型物质构成。中心体连同四射的微的中心粒和周围的无定型物质构成。中心体连同四射的微管构成管构成“星体星体”。中心体中心体G1期末开始复制，期末开始复制，S期结束，期结束，G2期开始分开并向期开始分开并向两级移动。两级移动。与有丝分裂直接相关的亚细胞结构与动力机制与有丝分裂直接相关的亚细胞结构与动力机制（一）（一）中中心心体体功能：生成星体周围微管。功能：生成星体周围微管。中心体中心体G1期末开始复制，期末开始复制，S期结束，期结束，G2期开始分开并向两级移动。期开始分开并向两级移动。有丝
30、分裂有丝分裂细胞分裂的中心体循环细胞分裂的中心体循环（二）（二）纺纺锤锤体体与染色体的分离直接相关，主要由微管和微管结合蛋白组与染色体的分离直接相关，主要由微管和微管结合蛋白组成，两端为成，两端为星体星体(aster)。动粒微管动粒微管连接动粒和中心体，连接动粒和中心体，极性微极性微管管的一端游离，从两级发出的极性微管常在赤道处搭桥。的一端游离，从两级发出的极性微管常在赤道处搭桥。有丝分裂有丝分裂（三）（三）染色体整列染色体整列有数种蛋白与染色体的有数种蛋白与染色体的整列有关，包括整列有关，包括Mad2和和Bub1，他们可使动粒敏感，他们可使动粒敏感化，便于微管与动粒接触。化，便于微管与动粒接
31、触。动粒被微管捕捉后如何排动粒被微管捕捉后如何排列在赤道板上有两种解释，列在赤道板上有两种解释，即即牵拉假说（动粒微管牵（动粒微管牵拉）和拉）和外推假说（星体的（星体的排斥力）。排斥力）。Mad2蛋白和蛋白和Bub1蛋白使动蛋白使动粒敏感化，使动粒与微管接粒敏感化，使动粒与微管接触触拉力或推力的平衡拉力或推力的平衡有丝分裂有丝分裂（四）（四）染色体分离染色体分离有丝分裂后期，染色单体分离和向两极移动的运动机制有丝分裂后期，染色单体分离和向两极移动的运动机制,主主要有后期要有后期A和后期和后期B两个阶段的假说。两个阶段的假说。后期后期A：动粒微管动粒微管在动粒端在动粒端解聚解聚，动粒微管变短，是
32、由于动，动粒微管变短，是由于动粒蛋白沿微管向极部运动的结果。粒蛋白沿微管向极部运动的结果。后期后期B：极性微管极性微管蛋白蛋白聚合聚合，微管拉长，纺锤体两级和染色，微管拉长，纺锤体两级和染色体进一步分开。体进一步分开。有丝分裂有丝分裂有丝分裂后期有丝分裂后期ATP驱动的马达蛋白沿动粒驱动的马达蛋白沿动粒微管向极部运动使染色体分离微管向极部运动使染色体分离有丝分裂有丝分裂动粒动粒动粒微管动粒微管解聚后的微管二聚体解聚后的微管二聚体沿微管运动的马达蛋白沿微管运动的马达蛋白着丝粒着丝粒纺锤体装配及运动过程纺锤体装配及运动过程负向运动负向运动的马达蛋白先的马达蛋白先负责搭桥，将被结合的微负责搭桥，将被
33、结合的微管牵拉在一起，形成早期管牵拉在一起，形成早期纺锤体，纺锤体，正向运动正向运动马达蛋马达蛋白将纺锤体拉长。白将纺锤体拉长。负向运动负向运动的马达蛋白在的马达蛋白在细胞质膜和细胞质膜和星体微管星体微管间搭间搭桥，借助负向运动，拉近桥，借助负向运动，拉近中心体与质膜，纺锤体进中心体与质膜，纺锤体进一步被拉长。一步被拉长。有丝分裂有丝分裂有丝分裂有丝分裂l纺锤体是如何牵引姐妹染色单体分离的？1.染色体整列过程，染色体整列过程，Mad2和和Bub1介导动粒微管捕获染色体，介导动粒微管捕获染色体，并排列到赤道面上。并排列到赤道面上。有丝分裂有丝分裂l纺锤体是如何牵引姐妹染色单体分离的？后期后期A：
34、动粒微管与染色体之间的相互作用对染色体产生拉力。动粒微管与染色体之间的相互作用对染色体产生拉力。l姐妹染色单体分开是染色体向两极运动的重要条件；姐妹染色单体分开是染色体向两极运动的重要条件；有丝分裂有丝分裂l纺锤体是如何牵引姐妹染色单体分离的？2.后期后期B：负向运动的马达蛋白将：负向运动的马达蛋白将极微管搭桥极微管搭桥，正向运动的，正向运动的马达蛋白将马达蛋白将纺锤体拉长纺锤体拉长。有丝分裂有丝分裂l纺锤体是如何牵引姐妹染色单体分离的？3.负向运动的马达蛋白在细胞质膜和星体微管间搭桥，借助负向运动的马达蛋白在细胞质膜和星体微管间搭桥，借助负向运动，拉近中心体与质膜，纺锤体进一步被拉长。负向运
35、动，拉近中心体与质膜，纺锤体进一步被拉长。二、细胞分裂期二、细胞分裂期有丝分裂：是：是体细胞体细胞分裂的主要分裂的主要方式，其特点是细胞通过纺锤体方式，其特点是细胞通过纺锤体将遗传物质精确地等分到两个子将遗传物质精确地等分到两个子细胞中去，以保证细胞在增殖的细胞中去，以保证细胞在增殖的过程中保持遗传稳定。过程中保持遗传稳定。减数分裂：生殖细胞生殖细胞仅进行一次仅进行一次DNADNA复制，随后进行两次分裂，复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。减数分裂主要是生殖细丝分裂。减数分裂主要是生殖细胞的分裂方式。胞的分裂方式。减减数数分分裂裂-一种特殊的
36、有丝分裂一种特殊的有丝分裂减数分裂（减数分裂（Meiosis）的特点是）的特点是DNA复制一次复制一次，而细胞连续分裂两次，而细胞连续分裂两次，形成单倍体的精子和卵子形成单倍体的精子和卵子，通过受精，通过受精作用又恢复二倍体。作用又恢复二倍体。减数分裂过程中减数分裂过程中同源染色体间发生交换同源染色体间发生交换，使配子的遗，使配子的遗传多样化，增加了后代的适应性，因传多样化，增加了后代的适应性，因此此减数分裂不仅是保证生物种染色体减数分裂不仅是保证生物种染色体数目稳定的机制，同且也是物种适应数目稳定的机制，同且也是物种适应环境变化不断进化的机制环境变化不断进化的机制。减数分裂的第一次分裂主要标
37、志是减数分裂的第一次分裂主要标志是同源染色体同源染色体的分开，第二次分裂是的分开，第二次分裂是姐姐妹染色单体妹染色单体分开。分开。减数分裂减数分裂联会复合体：与同源染色体的：与同源染色体的联会联会和和基因重组基因重组有关。有关。减数分裂减数分裂重组节：含有催化遗传重组的酶，与染色体重组有关。重组节：含有催化遗传重组的酶，与染色体重组有关。染色体交换、基因重组染色体交换、基因重组减数分裂减数分裂Geneticrecombination减数分裂减数分裂着丝粒着丝粒交叉点交叉点减数分裂减数分裂交叉点交叉点着丝粒着丝粒减减数数分分裂裂前减数分裂间期前减数分裂间期减数分裂减数分裂I减数分裂减数分裂II前
38、期前期I染色质凝集，染色质凝集，同源染色同源染色体间片段交换体间片段交换（细线期、偶线期、（细线期、偶线期、粗线期、粗线期、双线期、终变期）双线期、终变期）中期中期I染色体排列在赤道面上染色体排列在赤道面上后期后期I同源染色体同源染色体分离向两极分离向两极运动运动末期末期I染色体到达两极染色体到达两极（同源染色体的分开同源染色体的分开）（姐妹染色单体分开姐妹染色单体分开）前期前期II中期中期II后期后期II末期末期II胞质分裂胞质分裂II减数分裂减数分裂间期间期前减数分裂间期前减数分裂间期G1、S、G2DNA复制不完全，复制不完全，占总量的占总量的99.7-99.9%，留下许多，留下许多小片段
39、，可能与减数分裂前期小片段，可能与减数分裂前期I染色体配对和基因重染色体配对和基因重组有关。组有关。减数分裂减数分裂减数分裂减数分裂I前期前期I（染色质凝集，（染色质凝集，同源染色体间片段交换同源染色体间片段交换）l染色质凝集，但染色单体的臂并不分离。染色质凝集，但染色单体的臂并不分离。l染色体端粒通过接触斑与核膜相连，染色体端粒通过接触斑与核膜相连，花束期花束期细线期细线期偶线期偶线期l同源染色体配对同源染色体配对(联会联会)l合成未复制的约合成未复制的约0.3%DNA粗线期粗线期l等位基因部分等位基因部分DNA片段的交换和重组片段的交换和重组l组蛋白置换组蛋白置换双线期双线期l同源染色体相
40、互分离，交叉。同源染色体相互分离，交叉。终变期终变期l染色体重新开始凝集，并均匀分散与细胞核中染色体重新开始凝集，并均匀分散与细胞核中l核仁此时开始消失，核被膜解体核仁此时开始消失，核被膜解体减数分裂减数分裂中期中期Il中期中期I的主要特点是染色体排列在赤道面上。的主要特点是染色体排列在赤道面上。l每个二价体有每个二价体有4个着丝粒、姊妹染色单体的着丝粒定向于纺锤体的同一个着丝粒、姊妹染色单体的着丝粒定向于纺锤体的同一极，因此减数分裂极，因此减数分裂I期只会导致期只会导致同源染色体同源染色体的分离，而不是分离姐妹染色的分离，而不是分离姐妹染色单体。单体。l染色体到达两极染色体到达两极l核膜重新
41、组装，胞质分裂，形成两个间期子细胞。核膜重新组装，胞质分裂，形成两个间期子细胞。后期后期Il同源染色体同源染色体分离向两极运动，产生多种组合方式分离向两极运动，产生多种组合方式末期末期I及间期及间期减数分裂减数分裂II与有丝分裂相似（姐妹染色单体分开与有丝分裂相似（姐妹染色单体分开）前期前期II中期中期II后期后期II末期末期II胞质分裂胞质分裂II减数分裂减数分裂上节回顾上节回顾有有丝丝分分裂裂分裂间期：分裂间期：G1+S+G2有丝分裂：有丝分裂：1.前期（前期（prophase）2.前中期前中期（prometaphase）3.中期（中期（metaphase）4.后期（后期（anaphase
42、）5.末期（末期（telophase）6.胞质分裂胞质分裂（cytokinesis）减减数数分分裂裂-一种特殊的有丝分裂一种特殊的有丝分裂减数分裂减数分裂第二部分第二部分细胞周期调控细胞周期调控MPF研究背景研究背景p1970sRao等发现与M期细胞(Hela)融合的间期细胞染色体发生凝缩，称为早熟凝集染色体。G1期PCC为单线状，因DNA未复制。S期PCC为粉末状，因DNA由多个部位开始复制。G2期PCC为双线染色体，说明DNA复制已完成。p1970年年Rao等在等在Hela细胞发现与细胞发现与M期细胞融合的间期细胞产生期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的早熟凝集染色体，提示了形态各异的早熟
43、凝集染色体，提示M期细胞中可能存在一种诱期细胞中可能存在一种诱导染色体凝集的导染色体凝集的细胞有丝分裂促进因子。细胞有丝分裂促进因子。G1SG2一、一、MPF早熟染色体凝缩早熟染色体凝缩单线状粉末状双线染色体状p1971年年Masui等用孕酮诱导非洲爪蟾卵母细胞成熟；成熟等用孕酮诱导非洲爪蟾卵母细胞成熟；成熟卵细胞质中，含有卵母细胞成熟的因子，称做卵细胞质中，含有卵母细胞成熟的因子，称做卵细胞成熟促卵细胞成熟促进因子进因子(maturation-promotingfactor,MPF)。CDK蛋白激酶pMPF含有两个亚单位，含有两个亚单位，CDK(cdc2)为催化亚单位，周期蛋白为为催化亚单位
44、，周期蛋白为调解亚单位。调解亚单位。p只有当只有当周期蛋白周期蛋白与与CDK结合后，才能发挥结合后，才能发挥MPF的蛋白激酶活性，的蛋白激酶活性，催化多种蛋白质底物磷酸化，参与细胞周期调控。催化多种蛋白质底物磷酸化，参与细胞周期调控。周期蛋白依赖性蛋白激酶（周期蛋白依赖性蛋白激酶（Cyclin-dependentkinase,CDK）pCDK分子分子激酶结构域激酶结构域内有一段保内有一段保守序列，即守序列，即PSTAIRE，与周期蛋白与周期蛋白的结合有关。的结合有关。pCDK的活性除了受到的活性除了受到cyclin正调控外，还受到正调控外，还受到CDK激激酶抑制物（酶抑制物（CDKI）的负调节
45、。）的负调节。PSTAIRE antibodyBinds ALL CDKsCDK Cyclin-dependent kinase CDKICDK kinase domainCDK kinase structure domainCdk1=cdc2Cdk3cdk8周期蛋白（周期蛋白（cyclin）介导周期蛋白与CDK结合与泛素依赖的周期蛋白A和B的降解G1期周期蛋白的更新l人体已经发现25种周期蛋白，包括G1和M期周期蛋白。lG1期周期蛋白在细胞周中存在时间相对较短，M期周期蛋白则相对稳定。p不同周期蛋白的表达时期不同，与不同的不同周期蛋白的表达时期不同，与不同的CDK结合，调结合，调节不同节不同
46、CDK激酶的活性。激酶的活性。p不同周期蛋白的表达时期不同，与不同的不同周期蛋白的表达时期不同，与不同的CDK结合，调结合，调节不同节不同CDK激酶的活性。激酶的活性。细胞周期调控的运转细胞周期调控的运转例：细胞进出例：细胞进出M期的调节期的调节CDK1激酶激酶pCDK1激酶通过使某些蛋白磷酸化，改变其下游蛋激酶通过使某些蛋白磷酸化，改变其下游蛋白的结构和功能，实现其对细胞周期的调控。白的结构和功能，实现其对细胞周期的调控。p细胞进入细胞进入G2期后，期后，CyclinB浓度及活性升高，与浓度及活性升高，与CDK结合，结合，发挥发挥CDK1激酶的活性，促使细胞进入激酶的活性，促使细胞进入M期。
47、期。p在分裂中期，周期蛋白通过泛素化途径降解，在分裂中期，周期蛋白通过泛素化途径降解，CDK1激酶活激酶活性丢失，细胞走出性丢失，细胞走出M期。期。MPF的活性与细胞进出的活性与细胞进出M期的调节期的调节前体MPF蛋白磷酸水解酶蛋白质泛素化途径的裂解蛋白质泛素化途径的裂解过程过程蛋白酶体泛素p泛素就像标签一样，被贴上标签的蛋白质通常就会发生降泛素就像标签一样，被贴上标签的蛋白质通常就会发生降解。因此，泛素又被人称作解。因此，泛素又被人称作“死神之吻死神之吻”。细胞周期蛋白的降解盒与细胞周期蛋白的降解盒与降解途径降解途径p在分裂中期，周期蛋白通过泛素化途径降解，在分裂中期，周期蛋白通过泛素化途径
48、降解，CDK1激酶激酶活性丢失，细胞走出活性丢失，细胞走出M期。期。周期蛋白泛素化降解受周期蛋白泛素化降解受APC调控调控p后期促进复合物后期促进复合物(anaphasepromotingcomplex，APC),促进细胞分裂从分裂中期向后期转化的一类复合物。至少由15种蛋白质组成，分别称为APC1-APC15。APC活性的调节活性的调节1.M期期CDK激酶可激活激酶可激活APC多个组分。多个组分。APC各个组分在分裂间各个组分在分裂间期中也是表达的，但只有到达期中也是表达的，但只有到达M期后才表现出活性。期后才表现出活性。APC活性的调节活性的调节2.CDC20浓度的调控浓度的调控pcdc2
49、0为APC有效的正调控因子，cdc20位于染色体动粒上，为姐妹染色单体分离所必需。p通常情况下与Mad2(mitosisarrestdeficient2)结合，从而cdc20活性受到抑制。APC活性的调节活性的调节3.受纺锤体组装检验点蛋白受纺锤体组装检验点蛋白Mad2的检控。的检控。1）Mad2和Bub1蛋白位于染色体的动粒上，使动粒敏化，促使微管与动粒接触。如果染色体被动粒微管捕获，则Mad2和Bub1蛋白很快从动粒上消失。2）cdc20位于染色体动粒上，与Mad2结合，从而cdc20活性受到抑制。3）当纺锤体组装不完全，动粒不能被动粒微管捕捉，Mad2不能从动粒上消失，Mad2-cdc2
50、0不能激活APC。4）当纺锤体组装完全，动粒全部被动粒微管捕捉，Mad2从动粒上消失，cdc20抑制作用解除，促进APC活化，降解M周期蛋白，使CDK1激酶活性丧失，细胞出M中期。3.受纺锤体组装检验点蛋白受纺锤体组装检验点蛋白Mad2的检控。的检控。APC活性的调节活性的调节细胞周期调控的运转细胞周期调控的运转细胞进出细胞进出M期的调节期的调节周期蛋白浓度周期蛋白浓度周期蛋白降解周期蛋白降解APC二、其它内外因素对细胞周期的调控二、其它内外因素对细胞周期的调控癌基因：细胞转化，增值异常，甚癌基因：细胞转化，增值异常，甚至癌变。至癌变。抑癌基因：负调节作用（抑癌基因：负调节作用（p53-1979年发现的第一个抑癌基因）年发现的第一个抑癌基因）离子辐射（离子辐射（DNA损伤）、化损伤）、化学物质、病毒感染、温度变化、学物质、病毒感染、温度变化、pH变化等等。变化等等。外界外界因素因素例如：例如：DNA损伤修复过程中，诱导损伤修复过程中，诱导p53高表达，高表达，通过调节一些下游调控因子（如通过调节一些下游调控因子（如p21），抑制），抑制CDK等激酶活性，从而影响细胞周期运转。等激酶活性，从而影响细胞周期运转。
