细胞生物学课件细胞周期

第二节细胞周期细胞经过一系列生化事件复制其组分，然后一分为二，周期性的复制和分裂过程。1细胞生物学课件细胞周期5/9/2024细胞增殖周期（细胞周期）：细胞从一次有丝分裂结束开始，到下一次有丝分裂结束为止所经历的全过程。细胞周期间期interphase丝裂期（M期mitoticphaseDNA合成前期（G1期）DNA合成期（S期）DNA合成后期（G2期）前期prophase中期metaphase后期anaphase末期telophase一、细胞周期的基本概念G0期细胞周期中的细胞G1期G2期S期M期2细胞生物学课件细胞周期5/9/2024增殖周期中的细胞G1期G2期S期M期死亡不分裂细胞G0期暂不增殖细胞从增殖的角度来看，可将高等动物的细胞分为三类：连续分裂细胞连续分裂细胞(cyclingcell)在细胞周期中连续运转因而又称为周期细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。休眠细胞(G0细胞)暂不分裂，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，称G0期细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。终末分化细胞不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形性白细胞、红细胞等等。3细胞生物学课件细胞周期5/9/2024

二、细胞周期各时相动态G1期：细胞生长、分裂决定和复制准备G1早期：合成三种RNA、cAMP、cGMP、核糖体、蛋白质以及糖类。氨基酸及糖的转运迅速进行。限制点：决定细胞将来是否分裂的关键点，又称R点。G1晚期：急剧合成与DNA复制有关的酶类、蛋白（DNA聚合酶、解旋酶、触发蛋白、钙调蛋白、周期蛋白等），还进行H1组蛋白、非组蛋白和一些蛋白激酶的磷酸化、RNA的合成。4细胞生物学课件细胞周期5/9/2024限制点,R限制点（R点）：G1期对一些环境因素的敏感点，可限制正常细胞通过周期。是控制细胞增殖的关键。5细胞生物学课件细胞周期5/9/2024S期S期：从DNA合成开始到DNA合成结束的全过程，是细胞增殖周期的关键阶段。组蛋白、非组蛋白等染色质蛋白合成与DNA复制同步进行。主要特点：1.DNA的复制2.染色质组装3.中心粒的复制6细胞生物学课件细胞周期5/9/2024G2期G2期:从DNA复制完成到有丝分裂开始前的时期，为有丝分裂进行物质条件和能量的准备（加速RNA和有丝分裂相关蛋白的合成）。合成微管蛋白等纺锤体的成分；合成染色质凝集相关蛋白；合成M期调控蛋白成熟促进因子(MPF)；4.

中心粒开始向两极移动，体积膨大。7细胞生物学课件细胞周期5/9/2024M期M期:染色质螺旋化变为染色体，并均匀分配到两个子细胞的过程。同时伴有核的一系列变化和胞质分裂。8细胞生物学课件细胞周期5/9/2024三、细胞周期的调控真核细胞有一个复杂的细胞周期调节蛋白网络，称为细胞周期调控系统（cell‐cyclecontrolsystem）,控制着细胞周期的进程。其核心是一系列顺序的生化反应开关，以控制DNA复制、复制后的染色体分离等细胞周期主要事件。9细胞生物学课件细胞周期5/9/2024(一）研究细胞周期的常用细胞：

芽殖酵母、裂殖酵母爪蟾胚胎细胞体外培养哺乳动物细胞细胞的同步化使处于细胞周期不同阶段的细胞共同进入周期某一特定阶段的过程称为细胞的同步化（synchronizationofcell）。1.有丝分裂摇落法；2.活细胞离心淘洗法3.化学同步法（DNA合成阻断法；有丝分裂中期阻断法）10细胞生物学课件细胞周期5/9/2024（二）细胞周期引擎：Cyc-Cdk蛋白质磷酸化调控系统蛋白质活性的磷酸化调控是细胞周期调控的主要机制。其核心是周期蛋白（cyclin,Cyc)与周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependentkinase,Cdk)的周期性相互作用。Cyc-Cdk复合物Cyc-调解亚基Cdk-催化亚基CdK是催化亚单位，Cyc是调节亚单位，两者结合才具有激酶活性。由于Cyc呈周期性表达和降解，而CdK的激酶活性是驱动细胞周期的关键。因此Cyc-CdK被称为细胞周期引擎（cellcycleengine)。

11细胞生物学课件细胞周期5/9/2024如酵母细胞的周期蛋白：Cln1、Cln2、Cln3、Clb1、Clb2、Clb3、Clb4、Clb5、Clb6；高等真核生物迄今为止已鉴定出周期蛋白有cyclinA(A1、A2)、B(B1、B2、B3)、C、D(D1、D2、D3)、E(E1、E2)、F、G、H、H、T等。1983年TimothyHunt首次发现了调节CDK功能的物质cyclin（细胞周期蛋白）。1、细胞周期蛋白(cyclin)12细胞生物学课件细胞周期5/9/2024周期蛋白框PESTPESTPESTPESTPEST48X10348X10333X10332X10344X10366X10387X10329X103A2B1GFCln3EDC相对分子质量周期蛋白破坏框破坏框R42R42均含有一段相当保守的搭配序列——周期蛋白框（cyclinbox），周期蛋白框介导周期蛋白的周期蛋白依赖激酶（cyclindependentkinase，CDK）结合。13细胞生物学课件细胞周期5/9/2024细胞周期蛋白的分类依据细胞周期蛋白所处的细胞周期阶段来定义，可以将其分为4类，它们在其所处阶段与Cdk结合并发挥特定功能：①G1／S-细胞周期蛋白在G1期末期与Cdk结合并决定细胞进行DNA复制；②S-细胞周期蛋白

在S期与Cdk结合,为DNA复制起始所需要的蛋白；③M-细胞周期蛋白

与Cdk结合后促进有丝分裂;④G1-细胞周期蛋白

G1-Cdk有助于促进通过G1末期的限制点

14细胞生物学课件细胞周期5/9/20242、细胞周期蛋白依赖性激酶（CdK)这类基因所编码的蛋白产物均为34Kd的蛋白，称为P34cdc2和P34cdc28,,和有关蛋白结合后，可使多种蛋白底物磷酸化，统称为周期蛋白依赖性激酶（cyclindependentkinase，Cdk）。

20世纪70年代初，LelandHarwell和PaulNurse分别以不同种的酵母为材料，利用遗传学方法先后分离出cdc28和cdc2基因。15细胞生物学课件细胞周期5/9/2024PSTAIREPSTAIREPSTAIREPV/STVREPSSALREPLSTIRENRTAIRECDK7(p40MO15)与Cdc序列相识度百分比例100%65%66%44%57%47%40%CDK蛋白Cdc2(CDK1)CDK3CDK4CDK5CDK6CDK2激酶活性区这些蛋白均含有Cdk激酶结构域（Cdkkinasedomain），Cdk通过该结构域中的一段保守序列与细胞周期蛋白结合。Cdk家族蛋白中还存在一些可磷酸化的氨基酸残基，这些氨基酸的磷酸化与调节该酶的活性密切相关。16细胞生物学课件细胞周期5/9/2024

在细胞周期的各个特定阶段，不同的Cdk结合特定的周期蛋白，使相应的蛋白质磷酸化，对细胞周期的相关活动进行调节。因细胞周期进程中cyclin可不断的被合成和降解，Cdk对蛋白质磷酸化的作用也呈现出周期性变化。17细胞生物学课件细胞周期5/9/2024

Cdk的激酶活性需要在cyclin和磷酸化的双重作用下才能被激活。在细胞周期蛋白与Cdk结合并引起其活化的过程中，Cdk活化激酶（Cdkactivatingkinase,CAK）起重要的催化作用。18细胞生物学课件细胞周期5/9/2024193.Cdk活性抑制因子（1）磷酸化抑制

激酶Weel、Myt1、Waf1、Cip1等通过对Cdk蛋白进行磷酸化修饰来抑制其活性。Cyclin-Cdk复合物的活性可以被Cdk活化位点顶部一对氨基酸的磷酸化所抑制，这些位点氨基酸的磷酸化为Wee1蛋白激酶催化；而该位点的去磷酸化则由Cdc25磷酸酶完成。19细胞生物学课件细胞周期5/9/2024（2）结合抑制Cdk的活性也受到Cdk抑制蛋白（CKI）的负性调节。CKI对Cdk的抑制作用是通过与cyclin-Cdk复合物结合，改变Cdk分子活性位点空间位置来实现的。CKI主要包括INK4家族的p15、p16、p18、p19和CIP/KIP家族的p21、p27、p57等。G1/S转换和G2/M转换都需要特定的机制来解除CKI的抑制。20细胞生物学课件细胞周期5/9/20244.泛素化蛋白质降解系统要实现细胞周期的时相转换：终止前一阶段的事件；解除对后一阶段事件的抑制。蛋白质降解系统可以选择性地清除某些活性蛋白和抑制蛋白，为细胞周期的进程扫清道路，保证细胞周期的方向。细胞内的选择性蛋白质降解主要由泛素化蛋白质降解系统来完成。21细胞生物学课件细胞周期5/9/2024由76个氨基酸组成，高度保守，普遍存在于真核细胞。共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解，这是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径，泛素相当于蛋白质被摧毁的标签。泛素ubiquitin22细胞生物学课件细胞周期5/9/2024在蛋白质的泛素化过程中泛素活化酶E1水解ATP而激活泛素，然后E1将泛素交给泛素结合酶E2，最后在泛素连接酶E3的作用下构成多聚泛素链，被蛋白酶体（proteasome）识别降解。。参与细胞周期调控的泛素连接酶至少有两类：SCF（skp1-cullin-F-boxprotein）APC(anaphasepromotingcomplex)后期促进复合体23细胞生物学课件细胞周期5/9/202424细胞生物学课件细胞周期5/9/2024（三）细胞周期蛋白-Cdk复合体与细胞周期事件的调控1.从G1期进入S期G1‐Cdk活性的增加，使细胞能够跨越G1晚期的限制点（R点）。活化的G1‐Cdk能引发G1／S-细胞周期蛋白基因的转录，导致G1／S-细胞周期蛋白的合成及形成G1／S‐Cdk复合物。G1／S‐Cdk能促进S-周期蛋白的基因转录，导致S-周期蛋白的合成以及S‐Cdk复合物的形成。G1／S‐Cdk的激活引起与S期DNA复制相关基因的转录，促使细胞进入S期。25细胞生物学课件细胞周期5/9/2024G1‐Cdk介导的Rb蛋白与转录因子E2F间的相互作用在细胞从G1期进入S期中起重要作用。

26细胞生物学课件细胞周期5/9/2024S‐Cdk不仅起始DNA复制，而且还防止DNA的再次复制。在G2期和有丝分裂早期，S‐Cdk活性保持在较高水平，阻止在S期结束后再次发生复制。2.S期的DNA复制27细胞生物学课件细胞周期5/9/2024

MPF的结构组成:CdK1cyclinBMPF是由两个亚单位组成：催化亚单位为细胞周期依赖蛋白激酶P34cdc2（cdk1）,调节亚单位为细胞周期蛋白B（cyclinB）。M-Cdk又称为成熟促进因子(maturation-promotingfactor,MPF)3.M期的进出与有丝分裂的触发28细胞生物学课件细胞周期5/9/2024M期的启动M期的启动由于磷酸酶Cdc25解除了Cdk1的磷酸化抑制。29细胞生物学课件细胞周期5/9/2024

MPF的作用机理Cdk1与CyclinB结合后具有Ser/Thr(丝氨酸/苏氨酸)激酶活性，可使多种底物蛋白磷酸化。30细胞生物学课件细胞周期5/9/2024M周期蛋白Cdk1+有丝分裂染色质凝集组蛋白H1p核纤层解体核膜破裂核纤层蛋白p降低与DNA结合的能力,促进染色体的凝集某些DNA结合蛋白p细胞周期中微管动力学变化微管蛋白p31细胞生物学课件细胞周期5/9/2024细胞周期的原动力：周期性表达基因细胞周期的进程导致特定基因的表达，产物蛋白的活性又推动细胞周期的新进程。细胞周期的外动力：生长因子信号转导系统生长因子是一大类与细胞增殖有关的信号物质，目前发现的生长因子多达几十种，多数有促进细胞增殖的功能。32细胞生物学课件细胞周期5/9/2024（四）细胞周期检查点（cellcyclecheckpoint)检查点是检查和控制细胞周期进程的信号通路。