细胞周期及其调控

细胞周期及其调控第一页，共87页。1细胞周期及其调控5/9/2024第一节、细胞周期（cellcycle）一、细胞周期的概念细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个过程。第二页，共87页。细胞周期及其调控25/9/2024分为四个时期：G1、S、G2、M。G1期(gap1)，指从有丝分裂完成到DNA复制之前的间隙时间。S期(synthesisphase)，指DNA复制的时期。G2期(gap2)，指DNA复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间。M期又称D期(mitosisordivision)，细胞分裂开始到结束。第三页，共87页。细胞周期及其调控35/9/2024第四页，共87页。细胞周期及其调控45/9/2024二、细胞周期时间（Tc）Tc：细胞周期全过程所需时间Tc＝TG1+Ts+TG2+TMTc的长短主要由TG1决定第五页，共87页。细胞周期及其调控55/9/2024第二节、细胞周期各时相及主要事件细胞周期最重要的事件有二个：

DNA在S期精确复制（染色体精确复制）；遗传物质平均分配到两个子细胞（在M期，染色体平均分配到两个子细胞）。但是，每个时相都有一些特定的重要事件发生。第六页，共87页。细胞周期及其调控65/9/2024一、间期（interphase)1.

G1期⑴细胞体积增大，有RNA、核糖体及多种蛋白质合成（结构蛋白、酶），特别是DNA聚合酶含量开始增加。⑵主要合成为S期DNA复制所必须的酶类⑶中心粒开始复制。⑷细胞周期时间的长短主要由G1期决定⑸有调控细胞周期主要的检查点第七页，共87页。细胞周期及其调控75/9/2024三种不同命运的细胞1.连续分裂细胞在细胞周期中连续运转的细胞。2.G0期细胞由于R点作用，暂时脱离细胞周期不进行增殖（处于G1期），但给予适当刺激后可重新进入细胞周期。3.不分裂细胞不可逆脱离细胞周期，丧失分裂能力

第八页，共87页。细胞周期及其调控85/9/2024第九页，共87页。细胞周期及其调控95/9/20242、S期：染色质复制的时期（1）进行DNA的复制合成，该期核中每条染色质细丝会复制出一条相同的染色质细丝；（2）组蛋白合成，染色质包装成核小体。

3.G2期：为细胞分裂期提供物质准备。（1）染色质开始螺旋化并缩短；（2）中心粒复制完成，成为二对；（3）微管蛋白合成完成，微管蛋白在S期开始合成，G2期完成。4、M期：M期即细胞分裂期真核细胞的细胞分裂主要包括有丝分裂和减数分裂。第十页，共87页。细胞周期及其调控105/9/2024第十一页，共87页。细胞周期及其调控115/9/2024四、细胞同步化细胞同步化(synchronization)是指在自然过程中发生或经人为处理造成的细胞周期同步化。（一）自然同步化（二）人工同步化第十二页，共87页。细胞周期及其调控125/9/20241、选择同步化1）有丝分裂选择法：M期细胞与培养皿的附着性低，振荡脱离器壁收集。优点：操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害。缺点：获得的细胞数量较少（分裂细胞约占1%～2%）。2）细胞沉降分离法：M期细胞体积大，可用离心分离。优点：可用于任何悬浮培养的细胞。缺点：同步化程度较低。第十三页，共87页。细胞周期及其调控135/9/2024第十四页，共87页。细胞周期及其调控145/9/20242、诱导同步化1）DNA合成阻断法：选用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成。：在细胞处于对数生长期的培养基中加入过量TDR。S期细胞被抑制，停在G1/S交界处。优点：同步化程度高缺点：产生非均衡生长，个别细胞体积增大。2）中期阻断法用秋水仙素等细胞分裂抑制剂将细胞阻断在中期。优点是无非均衡生长现象，缺点是可逆性较差。第十五页，共87页。细胞周期及其调控155/9/2024爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期

细胞在成熟过程已经积累了大量的物质，不需要临时合成物质。G1期、G2期非常短，以至于认为细胞周期只有S期和M期。子细胞在G1期、G2期不生长，越分裂体积越小。五、特异的细胞周期一些特殊的细胞所具有的细胞周期。第十六页，共87页。细胞周期及其调控165/9/2024第十七页，共87页。细胞周期及其调控175/9/2024酵母细胞的细胞周期特点：细胞周期持续时间短；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；第十八页，共87页。细胞周期及其调控185/9/2024

裂殖酵母细胞周期

第十九页，共87页。细胞周期及其调控195/9/2024芽殖酵母细胞周期

第二十页，共87页。细胞周期及其调控205/9/2024植物细胞的细胞周期

植物细胞周期的时相和动物细胞的标准细胞周期相似，都含有G1、G2、S、M期。植物细胞没有中心体，但细胞分裂时可以正常组装纺锤体；植物细胞的形态不发生变化，以形成中间板的形式进行胞质分裂。第二十一页，共87页。细胞周期及其调控215/9/2024植物细胞成膜体的形成

第二十二页，共87页。细胞周期及其调控225/9/2024细菌的细胞周期。E.coli细胞生长分为慢生长和快生长。慢生长时具有G1、G2、S和M期四个时期快生长时，DNA重叠复制。第二十三页，共87页。细胞周期及其调控235/9/2024一、细胞分裂的类型无丝分裂(amitosis)：又称直接分裂，不涉及纺锤体形成及染色体变化。有丝分裂(mitosis)：又称为间接分裂，涉及纺锤体形成及染色体变化。减数分裂(meiosis）：染色体复制一次，细胞连续分裂两次。第二十四页，共87页。细胞周期及其调控245/9/2024二、有丝裂期为了便于描述人为的划分为四个时期：前期(prophase)；中期(metaphase)；后期(anaphase)；末期(telophase)。第二十五页，共87页。细胞周期及其调控255/9/2024（一）前期①染色质凝缩②分裂极确立与纺锤体开始形成③核仁解体④核膜消失。（二）前中期核膜解体到染色体排列到赤道面(equatorialplane)上。S期中心粒已完成复制，在前期移向两极，两对中心粒之间形成纺锤体微管，核膜解体时，中心粒已到达两极，并形成纺锤体。第二十六页，共87页。细胞周期及其调控265/9/2024第二十七页，共87页。细胞周期及其调控275/9/2024（三）中期染色体排列到赤道面上。第二十八页，共87页。细胞周期及其调控285/9/2024纺锤体有三种微管结构：①极体微管（polarmt）两极间的微管，在纺锤体中部重叠，重叠部位结合有分子马达。②着丝点微管（kinetochoremt），是从着丝点到另一极的微管；③星体微管（astralmt），由中心粒放射出来的微管。植物没有中心粒和星体，其纺锤体称无星纺锤体。第二十九页，共87页。细胞周期及其调控295/9/2024第三十页，共87页。细胞周期及其调控305/9/2024第三十一页，共87页。细胞周期及其调控315/9/2024（四）后期指妹妹染色体单体分开并移向两极的时期。第三十二页，共87页。细胞周期及其调控325/9/2024后期又可分为后期A、后期B两个过程。后期A：动粒微管变短，染色体逐渐向两极运动后期B:极性微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长。第三十三页，共87页。细胞周期及其调控335/9/2024第三十四页，共87页。细胞周期及其调控345/9/2024MicrotubulesandMotorsinthespindle第三十五页，共87页。细胞周期及其调控355/9/2024（五）末期从子染色体到达两极，至形成两个新细胞为止的时期。涉及子核的形成和胞质分裂两个方面。第三十六页，共87页。细胞周期及其调控365/9/2024末期子核的形成，大体经历了与前期相反的过程，即染色体解聚缩，核仁出现和核膜重新形成。核纤肽B去磷酸化，介导核膜重新装配。子核的形成第三十七页，共87页。细胞周期及其调控375/9/2024出现在后期末或末期初，在细胞中部发生缢缩，致使细胞膜在此处断裂，形成两个子细胞。第三十八页，共87页。细胞周期及其调控385/9/2024动物细胞的胞质分裂通过胞质收缩环的收缩实现，收缩环由大量平行排列的肌动蛋白组成。用细胞松弛素处理这一时期的细胞，会出现什么现象？第三十九页，共87页。细胞周期及其调控395/9/2024第四十页，共87页。细胞周期及其调控405/9/2024第四十一页，共87页。细胞周期及其调控415/9/2024第四十二页，共87页。细胞周期及其调控425/9/2024中心体周期第四十三页，共87页。细胞周期及其调控435/9/2024第三节减数分裂Meiosis第四十四页，共87页。细胞周期及其调控445/9/2024减数分裂：是有性生殖的生物体在生殖细胞形成过程中产生的一种特殊形式的细胞分裂。减数分裂概念特点是：细胞连续分裂两次，而染色体（DNA）只复制一次，结果形成的4个细胞中，染色体数目减少一半故称减数分裂。第四十五页，共87页。细胞周期及其调控455/9/2024减数分裂减数分裂Ⅰ减数分裂Ⅱ前期Ⅰ中期Ⅰ后期Ⅰ末期Ⅰ细线期偶线期粗线期双线期终变期前期Ⅱ中期Ⅱ后期Ⅱ末期Ⅱ减数分裂的过程第四十六页，共87页。细胞周期及其调控465/9/2024⑴间期Ⅰ：间期Ⅰ和细胞的有丝分裂间期相似，细胞核中的染色体完成自我复制，每一条染色体经过自我复制成为两条姐妹染色单体。⑵前期Ⅰ：此期比较复杂。①细线期（leptotenestage）：a：染色体呈细线状，相互交织呈网状，染色质丝开始凝缩。b：DNA复制已完成，每条染色体已形成双线（每条染色体由两条染色单体构成），但光镜下仍呈单线状。1减数分裂Ⅰc：染色体端粒与核膜相连，染色体呈花束状向核内其他部位延伸，又称花束期。第四十七页，共87页。细胞周期及其调控475/9/2024②偶线期（zygotenestage）同源染色体发生配对同源染色体——指大小形态结构相同，一条来自父方，一条来自母方的一对染色体。联会——同源染色体配对的过程称。联会复合体——在联会的过程中，配对的同源染色体之间侧面紧密相贴形成了一种蛋白质的复合物。二价体——联会的结果，每对同源染色体形成一个二价体。四分体——联会后的每对同源染色体含有4条染色单体。第四十八页，共87页。细胞周期及其调控485/9/2024③粗线期（pachytonestage）a、染色体进一步螺旋化，变粗变短。b、非姐妹染色单体之间发生DNA片段的交换和重组第四十九页，共87页。细胞周期及其调控495/9/2024a、染色体进一步螺旋化而缩短b、同源染色体之间的联会复合体解体，同源染色体开始分离交叉——同源染色体的非姐妹染色单体相互排斥趋向分离，使互换后的染色体之间出现交叉（chiasma）。交叉的存在表明同源染色体的非姐妹染色单体的在该处互换了片段，非姐妹染色单体上往往有一点或多点发生交叉④双线期（dipleotenestage）第五十页，共87页。细胞周期及其调控505/9/2024⑤终变期（diakinesisstage）a、染色体变得最短粗

b、交叉渐移至两端交叉端化——非姐妹染色单体的交叉随时间的推移向末端移动，这种现象称为交叉端化。c、核仁核膜消失第五十一页，共87页。细胞周期及其调控515/9/2024⑵中期Ⅰa、各四分体排列在赤道板上，纺锤体形成b、同源染色体的两着丝点朝向两极，与纺锤丝相连。第五十二页，共87页。细胞周期及其调控525/9/2024⑶后期Ⅰa、同源染色体分开，每个四分体形成两个二分体，分别移向两极。b、此时，每一极只获得同源染色体中的一条，每一条染色体由两条姐妹染色单体组成。第五十三页，共87页。细胞周期及其调控535/9/2024⑷末期Ⅰa、二分体移到两极，解旋松展，呈细线状b、核膜核仁出现，胞质分裂，形成两个子细胞，此时两个子细胞各具有n个二分体（人有23个二分体）第五十四页，共87页。细胞周期及其调控545/9/2024⑴间期Ⅱ：很短，不进行DNA复制，此时每条染色体上由两条染色单体构成。2.减数分裂Ⅱ第五十五页，共87页。细胞周期及其调控555/9/2024⑵前期Ⅱ⑶中期Ⅱ⑷后期Ⅱ⑸末期Ⅱ核膜核仁消失，每个细胞只有n个染色体（一个染色体由两个染色单体成）。各染色体排列在细胞中央的赤道板上，形成纺锤体。姐妹染色单体分开，并分别移向两极，形成两条染色体。染色体移到两极并解螺旋化，核膜核仁出现，胞质分裂，形成两个子细胞，每个细胞含有n条染色体。第五十六页，共87页。细胞周期及其调控565/9/2024间期前期I(细线期)前期I(偶线期)前期I(粗线期)前期I(双线期)前期I(终变期)中期I后期I末期I间期前期II中期II后期II末期II第五十七页，共87页。细胞周期及其调控575/9/2024第五十八页，共87页。细胞周期及其调控585/9/2024

减数分裂的生物学意义1.维持了遗传物质的稳定（体细胞2n=46，生殖细胞精子和卵子n=23，受精后受精卵为2n=46）b、减数分裂过程中，同源染色体分别进入不同的生殖细胞中；c、第二次分裂时，姐妹染色单体随机进入生殖细胞。2.是遗传和变异的细胞学基础a、同源染色体上的非姐妹染色单体的交换第五十九页，共87页。细胞周期及其调控595/9/2024第六十页，共87页。细胞周期及其调控605/9/2024；第六十一页，共87页。细胞周期及其调控615/9/2024研究思路：1、寻找与细胞周期调控密切相关的基因及其表达蛋白，研究它们在细胞周期中的动态变化及相互作用的规律2、这些基因和蛋白如何启动和影响细胞周期各时相发生的分子事件，进而影响细胞周期的表型3、内外环境因素是怎样通过细胞内信号传递系统影响细胞周期的第三节、细胞增殖的调控第六十二页，共87页。细胞周期及其调控625/9/2024一、MPF的发现及组成1、发现把M期细胞的细胞质注射到卵细胞，发现可以促进卵细胞成熟分裂，继续用该卵细胞细胞质诱导新的卵细胞，仍然可以促进卵细胞成熟分裂。因而他们推测M期细胞中必然有一种物质可以诱导卵细胞成熟分裂，即促细胞成熟因子（maturationpromotingfactor,MPF）。第六十三页，共87页。细胞周期及其调控635/9/2024聚丙烯酰胺凝胶电泳第六十四页，共87页。细胞周期及其调控645/9/2024第六十五页，共87页。细胞周期及其调控655/9/2024第六十六页，共87页。细胞周期及其调控665/9/20242、MPF的组成：MPF是一种蛋白复合物，具有蛋白激酶活性由两个亚单位组成细胞周期素（Cyclin）,能与CDK结合，通过调节CDK的活性，间接调节细胞周期的运行，含量呈周期性变化。细胞周期素依赖性蛋白激酶(Cyclin-dependentproteinkinase，CDK）,通过磷酸化靶蛋白控制细胞周期中的事件，CDK分子的含量在整个细胞周期中比较恒定。第六十七页，共87页。细胞周期及其调控675/9/20243、MPF的功能第六十八页，共87页。细胞周期及其调控685/9/2024MPF激发M期事件使细胞进入M期MPF核纤层蛋白磷酸化组蛋白H1磷酸化核膜破裂染色体凝集相关蛋白磷酸化纺锤体形成相关蛋白磷酸化骨架和细胞器重排M期开始第六十九页，共87页。细胞周期及其调控695/9/2024MPF的活性下降导致细胞出M期CyclinB降解，MPF活性下降，到M末期达到最低点，原来磷酸化的蛋白去磷酸化，从而发生了与进入M期相反的过程，细胞就走出了M期。结论：MPF的功能细胞进出M期的调控第七十页，共87页。细胞周期及其调控705/9/20244、MPF的的信号系统调控细胞周期过程受内外环境因素调节生长因子或激素可以作为信号分子与细胞内受体结合，通过信号传递系统将调控信息传递并影响细胞核内相关转录因子和细胞周期调控蛋白生长因子：表皮生长因子（EGF）、转化生长因子（TGF）等。激素：分蛋白类激素和固醇类激素，前者受体位于靶细胞膜，后者受体位于靶细胞质内。第七十一页，共87页。细胞周期及其调控715/9/2024第七十二页，共87页。细胞周期及其调控725/9/2024二、Cyclin-Cdk复合物的多样性

Cyclin：脊椎动物的Cyclin有CyclinA（S期细胞周期素），CyclinB（M期细胞周期素），CyclinD（G1期细胞周期素），CyclinE（G1/S期细胞周期素）等。CDK：包括G1、G1/S、S和M期CDKCyclin-Cdk:调控细胞周期的引擎,不同的细胞周期素与不同的CDK结合，构成不同的Cyclin-Cdk复合物；不同的Cyclin-Cdk复合物在不同的时相表现活性，影响不同的下游事件。第七十三页，共87页。细胞周期及其调控735/9/2024第七十四页，共87页。细胞周期及其调控745/9/2024第七十五页，共87页。细胞周期及其调控755/9/2024第七十六页，共87页。细胞周期及其调控765/9/2024三、细胞进出S期的调控1、DNA复制启动的调控

DNA的复制是由起始复制点开始的，起始复制点上结合有起始识别复合体（Originrecognitioncomplex,ORC）。Cdc6是一种调节因子，在G1期Cdc6含量瞬间提高，Cdc6结合在ORC上，促进DNA解旋酶(Mcm复合体))和其他一些蛋白结合到ORC上。2、防止DNA重复复制的调控Cdc6被磷酸化后，脱离ORC，被遍在蛋白化途径降解。另外，M-CdK也能磷酸化Cdc6和Mcm，从而保证了DNA仅复制一次。第七十七页，共87页。细胞周期及其调控775/9/2024

第七十八页，共87页。细胞周期及其调控785/9/2024调节性激酶和磷酸酶Wee1使CDK1Thr14和Tyr15磷酸化，遮蔽CDK1激酶活性位点。cdc25去除Thr14和Tyr15磷酸化，恢复CDK1激酶活性。四、细胞进出M期的调控第七十九页，共87页。细胞周期及其调控795/9/2024过程①细胞进入G2期，CyclinB浓度及活性升高，它与CDK1结合，使CDK1的活性位点暴露出来但是由于CDK分子内尚有另外两个抑制性位点被Wee1磷酸化，使CDK1仍处于抑制状态。②到G2期末，磷酸酶cdc25使CDK1的两个抑制性位点去磷酸化，解除了Wee1的抑制作用，使CDK1有活性。③到了M中期末，CDK1的激酶活性达到高峰，通过一种未知的途径，激活促后期蛋白复合体（anaphasepromotingcomplex,APC）。第八十页，共87页。细胞周期及其调控805/9/2024④APC使CyclinB发生泛素化(遍在蛋白)，使蛋白酶体能识别并降解CyclinB第八十一页，共87页。细胞周期及其调控815/9/2024第八十二页，共87页。细胞周期及其调控825/9/2024五、细胞周期运转的阻遏

CDK抑制因子（CDKinhibitor,CKI）：阻止Cyclin-Cdk复合物的装配或活性，将细胞阻止在不同的检验点。CKI包括CIP/KIP家族和INK4家族CIP/KIP家族（包括p21,p27,p57）Ink4家族（