医学细胞生物学：减数分裂（meiosis）

1、（二）、有丝分裂的调控 1.1.有丝分裂促进因子（有丝分裂促进因子（maturation promoting factor，MPF）是是 一种调节细胞有丝分裂的必需的蛋白质激酶。一种调节细胞有丝分裂的必需的蛋白质激酶。 2.2.人类细胞的人类细胞的MPFMPF是由两种蛋白质组成的复合体，分子是由两种蛋白质组成的复合体，分子 量分别为量分别为34KU34KU和和56KU56KU，又称，又称P P34 34 （ （CDK）和和P P56 56 (周期素 周期素) 。 3.3.P P34 34（ （CDKCDK）在细胞周期中连续合成，含量相当稳定。在细胞周期中连续合成，含量相当稳定。 4.4.P P

2、56 56( (周期素 周期素) )在在G G1 1期开始合成，期开始合成，G G2 2和和M M期交界时达到高期交界时达到高 水平，有丝分裂中期达到峰值，后期时骤然下降。水平，有丝分裂中期达到峰值，后期时骤然下降。 Cycline(Cycline(P P56) 56)调节细胞周期过程 调节细胞周期过程 1. 1. 在在G G1 1期合成与期合成与CDK (CDK (P34)结合结合不具生物活性的不具生物活性的MPFMPF 前体物前体物特定氨基酸被磷酸化特定氨基酸被磷酸化 2. G2. G2 2期末期末CDK(PCDK(P34) 34)蛋白的酪氨酸受磷酸酶的作用 蛋白的酪氨酸受磷酸酶的作用 去

3、磷酸化去磷酸化MFPMFP产生活性（具有磷酸激酶的活性）产生活性（具有磷酸激酶的活性） 3.MPF3.MPF使染色质中的组蛋白使染色质中的组蛋白H H1 1、核纤层蛋白、微管、核纤层蛋白、微管 蛋白、肌动蛋白以及核仁蛋白磷酸化蛋白、肌动蛋白以及核仁蛋白磷酸化出现染色出现染色 质凝集，核被膜崩解，微管形成，核仁消失，细质凝集，核被膜崩解，微管形成，核仁消失，细 胞变圆及贴附能力下降等特征。胞变圆及贴附能力下降等特征。 4.4.有丝分裂后期有丝分裂后期CDK(PCDK(P34) 34)发生水解， 发生水解，CDK(PCDK(P34) 34)骤然 骤然 消失消失MPFMPF失活失活诱发底物一系列去磷

4、酸化诱发底物一系列去磷酸化染色质染色质 去去 凝集，纺锤体消失，核被膜及核仁重建等凝集，纺锤体消失，核被膜及核仁重建等细胞细胞 从从M M期进入期进入G G1 1期。期。 三、减数分裂（meiosis） 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 分裂主要是生殖细胞的分裂方式。 减数分裂的意义： n保证染色体数目稳定； n物种适应环境变化不断进化。 通过受精作用，恢复二倍体。 同源染色体间发生交换，使配子多样化，增加了 后代的适应性。 减数分裂特点 v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 vS期持续时间较长 v

5、减数分裂的第一次分裂主要标志是同源染 色体的分开，第二次分裂是姐妹染色单体分 开。 v同源染色体在减数分裂期I(MeiosisI)配对 联会、基因重组 l前期I-染色质凝集，同源染色体间片段交换 细线期 偶线期 粗线期 双线期 终变期 l中期I染色体排列在赤道面上 l后期I染色体分离向两极运动 l末期I及间期染色体到达两极 l与有丝分裂过程类似 l不发生DNA复制 l子细胞中，有23条以单体为单位的染色体， DNA含量为n 间期间期：间期间期和细胞的有丝分裂间期相似，细胞核中的染色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体完成自我复制，

6、每一条染色体经过自我复制成为两条姐妹染色 单体。单体。 前期前期：此期比较复杂，减数分裂许多特有的过程都发生在此此期比较复杂，减数分裂许多特有的过程都发生在此 期，可分为以下几个阶段。期，可分为以下几个阶段。 细线期（细线期（leptoteneleptotene stage stage）：）： a a：染色体呈细线状，相互交织呈网状，：染色体呈细线状，相互交织呈网状， 染色质丝开始凝缩。染色质丝开始凝缩。 b b：DNADNA复制已完成，每条染色体已形成双线（每条染色体复制已完成，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。由两条染色单体构成），但光镜下仍呈单线

7、状。 c c：细胞核和核仁增大。：细胞核和核仁增大。 1 1 减数分裂减数分裂 偶线期（偶线期（zygotenezygotene stage stage）同源染色体发生配对同源染色体发生配对 同源染色体（同源染色体（homologous chromosomehomologous chromosome） 指大小形态结构相同，一条来自父方，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。一条来自母方的一对染色体。 同源染色体配对的过程称同源染色体配对的过程称联会（联会（synapsissynapsis）。）。 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在联会的过程中，配对的

8、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，称为了一种蛋白质的复合物，称为联会复合体（联会复合体（synaptonemalsynaptonemal complexcomplex）, ,联会的结果，每对染色体形成一个联会的结果，每对染色体形成一个二价体二价体，如，如 n n对染色体的细胞中形成对染色体的细胞中形成n n个二价体（人形成个二价体（人形成2323个二价体）个二价体） 粗线期（粗线期（pachytonepachytone stage stage） a a、染色体进一步螺旋化，变粗变短。、染色体进一步螺旋化，变粗变短。 此时，每一条染色体可看到由两条染色单体构成，一个此时，每一

9、条染色体可看到由两条染色单体构成，一个 二价体由二价体由4 4条染色单体构成，叫四分体（条染色单体构成，叫四分体（tetradtetrad）每条）每条 染色体的两条染色单体互称染色体的两条染色单体互称姐妹染色单体（姐妹染色单体（sister chromatidsister chromatid） 同源染色体之间的染色单体，互称为同源染色体之间的染色单体，互称为 非姐妹染色单体（非姐妹染色单体（non-sister chromatidnon-sister chromatid） b b、非姐妹染色单体之间发生片段的交换，这种非姐妹染色单、非姐妹染色单体之间发生片段的交换，这种非姐妹染色单 体之间发生

10、的局部交换称为体之间发生的局部交换称为互换。互换。 a a、染色体进一步螺旋化而缩短、染色体进一步螺旋化而缩短 b b、同源染色体之间的联会复合体解体，、同源染色体之间的联会复合体解体， 同源染色体开始分离同源染色体开始分离 l同源染色体的非姐妹染色单体相互排斥趋向分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离，使互换后的染色体之间出现交叉交叉（chiasmachiasma）。）。 l交叉的存在表明同源染色体的非姐妹染色单体交叉的存在表明同源染色体的非姐妹染色单体 的交换，非姐妹染色单体上往往有一点或多点发生的交换，非姐妹染色单体上往往有一点或多点发生 交叉，交叉的

11、存在表明该处已互换了片段。交叉，交叉的存在表明该处已互换了片段。 终变期（终变期（diakinesisdiakinesis stage stage） a a、染色体变得最短粗、染色体变得最短粗 双线期（双线期（dipleotenedipleotene stage stage） b b、交叉渐移至两端非姐妹染色单体的交叉随时间的推移向、交叉渐移至两端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。末端移动，这种现象称为交叉端化。 中期中期 a a、 各四分体排列在赤道板上，纺锤体形成各四分体排列在赤道板上，纺锤体形成 b b、 同源染色体的两着丝点朝向两极，与纺锤丝相连。同源

12、染色体的两着丝点朝向两极，与纺锤丝相连。 a a、 同源染色体分开，每个四分体形成两个二分体，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。此时，每一极只获得同源染色体中的一条，分别移向两极。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。每一条染色体由两条姐妹染色单体组成。 c、 核仁核膜消失核仁核膜消失 末期末期 a a、 二分体移到两极，解旋松展，呈细线状二分体移到两极，解旋松展，呈细线状 b b、 核膜核仁出现，胞质分裂，形成两个子细胞，此时两个核膜核仁出现，胞质分裂，形成两个子细胞，此时两个 子细胞各具有子细胞各具有n n个二分体（人有个二分体

13、（人有2323个二分体）个二分体） 间期间期：很短，不进行很短，不进行DNADNA复制，此时每条染色复制，此时每条染色 体上由两条染色单体构成。体上由两条染色单体构成。 2.2.减数分裂减数分裂 b b、 非同源染色体随机组合如人有非同源染色体随机组合如人有2323对染色体，对染色体， 非同源染色体移向两极有非同源染色体移向两极有2 223 23种的组合方式。 种的组合方式。 后期后期 前期前期 中期中期 后期后期 末期末期 核膜核仁消失，每个细胞只有核膜核仁消失，每个细胞只有n n个染色体（一个染色个染色体（一个染色 体由两个染色单体成）。体由两个染色单体成）。 各染色体排列在细胞中央的赤道

14、板上，各染色体排列在细胞中央的赤道板上， 形成纺锤体。形成纺锤体。 着丝点纵裂，姐妹染色单体分开，并分别移向着丝点纵裂，姐妹染色单体分开，并分别移向 两极，形成两条染色体。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，每个细胞含有质分裂，形成两个子细胞，每个细胞含有n n条染色体。条染色体。 通过减数分裂，所形成的精细胞或卵的染色体数通过减数分裂，所形成的精细胞或卵的染色体数 目由目由2n2n减为减为n n。 a a、减数分裂过程中，分裂后，同源染色体分别进入不同的生、减数分裂过程中，分裂后，同源染色体分别

15、进入不同的生 殖细胞中；殖细胞中； b b、非同源染色体随机进入同一个生殖细胞。、非同源染色体随机进入同一个生殖细胞。 如有两对同源染色体，可形成如有两对同源染色体，可形成2 22 2=4=4种染色体组合的不同生殖细胞。种染色体组合的不同生殖细胞。 人类人类2323对染色体对染色体2 223 23=3388608 =3388608种染色体组合各不相同的生殖细胞，种染色体组合各不相同的生殖细胞， 如果包括互换、重组，通过减数分裂所形成的生殖细胞种类会更如果包括互换、重组，通过减数分裂所形成的生殖细胞种类会更 多，这正是有性生殖所表现出来的复杂遗传现象的细胞学基础。多，这正是有性生殖所表现出来的复

16、杂遗传现象的细胞学基础。 减数分裂过程减数分裂过程 1 .减数分裂减数分裂 I 间期间期 前期前期I(细线期细线期)前期前期I(偶线期偶线期) 1.同源染色体配同源染色体配 对对 联会联会 2.二价体形成二价体形成 姐妹染色单体姐妹染色单体 1和和2的染色质的染色质 姐妹染色单体姐妹染色单体 3和和4的染色质的染色质 联会复合体联会复合体 侧生组分侧生组分 中央组分中央组分 重组节重组节 前期前期I(粗线期粗线期) 1.二价体二价体四分体四分体 2.非姐妹染色单非姐妹染色单 体之间出现交体之间出现交 叉。叉。 同源染色体同源染色体I的的2 条姐妹染色单体条姐妹染色单体 同源染色体同源染色体II

17、的的2 条姐妹染色单体条姐妹染色单体 同源染色体同源染色体 I的着丝点的着丝点 同源染色体同源染色体 II的着丝点的着丝点 四分体四分体 前期前期I(双线期双线期) 1.联会复合体消失联会复合体消失 2.同源染色体某同源染色体某 些部分分离些部分分离 前期前期I(终变期终变期) 中期中期I后期后期I 1.同源染色体分离（四分体同源染色体分离（四分体二分体）二分体） 2.非同源染色体随机组合非同源染色体随机组合 末期末期I 2 . 减数分裂减数分裂 II 间期间期 前期前期 II 中期中期 II后期后期 II 1.姐妹染色单体分离（二分体姐妹染色单体分离（二分体单分体）单分体） 2.非姐妹染色单

18、体随机组合。非姐妹染色单体随机组合。 末期末期 II 间期间期前期前期I(细线期细线期)前期前期I(偶线期偶线期)前期前期I(粗线期粗线期)前期前期I(双线期双线期)前期前期I(终变期终变期) 中期中期 I后期后期 I 末期末期 I 间期间期 前期前期 II中期中期 II后期后期 II 末期末期 II 减数分裂的生物学意义减数分裂的生物学意义 1 .1 .维持了遗传物质的稳定（体细胞维持了遗传物质的稳定（体细胞2n=462n=46，生殖细，生殖细 胞胞 配子：精子和卵子配子：精子和卵子 n=23n=23，受精后受精卵为，受精后受精卵为 2n=462n=46） 2 .2 .是遗传学三大定律的细胞

19、学基础（分离律、自是遗传学三大定律的细胞学基础（分离律、自 由组合律、连锁互换律）由组合律、连锁互换律） 3 .3 .是遗传和变异的细胞学基础（同源染色体上的非是遗传和变异的细胞学基础（同源染色体上的非 姐妹染色单体的交换；非同源染色体以及非同源染姐妹染色单体的交换；非同源染色体以及非同源染 色体之间的非姐妹染色单体的自由组合。）色体之间的非姐妹染色单体的自由组合。） 特点是：特点是：细胞连续分裂两次，而染色体（细胞连续分裂两次，而染色体（DNADNA）只复制一次，结果）只复制一次，结果 形成的形成的4 4个细胞中，染色体数目减少一半故称减数分裂。由于两次个细胞中，染色体数目减少一半故称减数分

20、裂。由于两次 连续分裂发生在配子形成的成熟期，故又称连续分裂发生在配子形成的成熟期，故又称成熟分裂。成熟分裂。 减数分裂减数分裂 减数分裂减数分裂 减数分裂减数分裂 前期前期 中期中期 后期后期 末期末期 细线期细线期 偶线期偶线期 粗线期粗线期 双线期双线期 终变期终变期 前期前期 中期中期 后期后期 末期末期 减数分裂的减数分裂的过程过程及生物学意义及生物学意义 一 细胞增殖周期的概念 细胞增殖周期(cell cycle）： 细胞周期是指连续 分裂的细胞从一次有丝分裂结束开始，到下一次有 丝分裂完成所经历的整个连续过程。 第二节 细胞周期 n哺乳动物细胞标准的细胞周期包括 G1期，S期，G

21、2期，M期。 n细胞沿着G1SG2MG1周期性运转， n其中S期进行DNA的合成，又称DNA合成期； M期即有 丝分裂期。 细胞周期细胞周期 间期间期 丝裂期（丝裂期（MM期）期） DNADNA合成前期（合成前期（G G1 1期）期） DNADNA合成期（合成期（S S期）期） DNADNA合成后期（合成后期（G2G2期）期） 前期前期 中期中期 后期后期 末期末期 细胞周期细胞周期 中的细胞中的细胞 G G1 1期期 G G2 2期期 S S期期 MM期期 l 建立细胞增殖周期概念建立细胞增殖周期概念, ,主要的细胞代谢基础是主要的细胞代谢基础是 DNADNA含量的周期性变化。含量的周期性变

22、化。 二、细胞周期时间的测定 三、细胞周期同步化 n 细胞周期同步化：是指自然的、或经人为选择或 诱导获得大量同周期阶段的细胞。 细胞周期人工同步化细胞周期人工同步化 选择同步化选择同步化 诱导同步化诱导同步化 1.G1期（DNA合成前期） （1 1） G G1 1期期细胞的生长细胞的生长 Vn VcVn =0.30.5NP= 正常的核质比值大致稳定在0.30.5之间 NP 0.3, 细胞越过R点 分裂 NP 0.5 ，细胞经生长，等体积达到阈值 越过R点 分裂 四 细胞周期各时相的特点 G1期时间变化较大的根本原因具有一个调节细胞增 殖周期开和关的“阀门”，称为限制点 （restrictio

23、n point，R点） RNA阈值成为细胞由G1 A态进入G1 B 态的R点。 R R点：点：G1期细胞对外界各种因素（如RNA、蛋白质、 氨基酸、某些离子、温度、pH值）的敏感点. （2）G1期的滞留 抑素是一种蛋白，在G1期产生，使细胞停留在G1期。 （3 3） DNADNA复制的准备复制的准备 加速合成加速合成DNADNA复制所必须的各种前体物质及各种复制所必须的各种前体物质及各种 酶类。如胸腺嘧啶核苷激酶、脱氧胸腺嘧啶核苷酸酶类。如胸腺嘧啶核苷激酶、脱氧胸腺嘧啶核苷酸 合成酶、合成酶、DNADNA聚合酶、各种脱氧核苷、聚合酶、各种脱氧核苷、DNADNA解旋酶，解旋酶， 以及以及DNAD

24、NA合成启动因子合成启动因子 。 G1期的生化事件 G1期中期开始形成。 nG1后期合成DNA复制所需的原料脱氧核苷酸和胸 苷激酶；及合成DNA有关的酶类DNA聚合酶和胸苷 激酶；还进行H1组蛋白的磷酸化。 nG1末期：组蛋白和非组蛋白的合成；中心粒开始复 制，中心体的分离为中心体复制做好准备。 nG1期制造产生核蛋白体。 2、S期（DNA合成期,DNA synthetic phase） (1)DNA1)DNA合成的启动：合成的启动：S S期激活因子期激活因子(SPF,S-phase (SPF,S-phase Promotion factor), Promotion factor),又称又称S

25、 S期促进因子期促进因子 。 一个有趣的实验实验：一个有趣的实验实验： S期和G1早期细胞融合诱发G1细胞合成DNA G2期和G1期细胞融合不能诱导G1细胞合成DNA G2期和S期细胞融合 S期细胞继续合成DNA （2）DNA复制的严格程序性控制 人体每个细胞中DNA总长度为2m； 平均每条染色体DNA长度为40mm； 一个复制子约为30um； 每条染色体平均约有1200个复制子； 每个复制子完成复制需17分钟； 哺乳类动物细胞的TS一般是68小时。 （3）DNA合成与组蛋白合成强度同步进行 实验1：在S期的细胞中加入抑制蛋白质合成的药 物(如嘌呤霉素)，阻断蛋白质合成。 就会使DNA合成速度

26、明显减慢，以至于完全停止。 实验2：在S期细胞中加入抑制DNA合成的药物， 组蛋白的合成也被抑制。 3 3、G G2 2期（期（gapgap2 2或或DNA post-syntheDNA post-synthe tic tic） 此期主要为有丝分裂期准备物质和能量。 1.合成与核膜破裂、染色体凝聚相关的成熟促进因子 （M期促进因子，M-phase romoting factor） 2.微管蛋白合成达高峰，合成有丝分裂的因子和骨架系统的 蛋白质。 4.必须完成对S、G2期的修复才能进入M期，否则会出现染色 体畸变，这种细胞大多数通过不了检验点凋亡，而如果检 验点出现缺损，则可能发生癌变。 5.此

27、期的RNA合成水平S期，G1期。 4 4、M M期（有丝分裂期，期（有丝分裂期，MitotieMitotie phase phase） n有丝分裂期是细胞周期中占时间最短的时期，有丝分裂期是细胞周期中占时间最短的时期， 但细胞形态结构变化很大。但细胞形态结构变化很大。 n主要的事件有：染色质螺旋化为染色体；主要的事件有：染色质螺旋化为染色体； 有丝分裂器的生成；有丝分裂器的生成； 染色体的均分与细胞分裂；染色体的均分与细胞分裂； 核膜核仁的消失与重建等等。核膜核仁的消失与重建等等。 n细胞周期调控的主要研究内容细胞周期调控的主要研究内容 n细胞周期调控系统的主要作用细胞周期调控系统的主要作用

28、nMPF nCyclin-Cdk复合物的多样性及细胞周期运转复合物的多样性及细胞周期运转 n细胞进出细胞进出S期的调控期的调控 n细胞周期运转的阻遏细胞周期运转的阻遏(细胞周期运转的负调控细胞周期运转的负调控) n发生在发生在G1期的细胞周期调控事件期的细胞周期调控事件 n细胞周期检验点细胞周期检验点(Cell Cycle Checkpoint) 细胞周期调控的主要研究内容：细胞周期调控的主要研究内容： 一、一、寻找与细胞周期调控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。 二、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。

29、三、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。 细胞周期调控系统的主要作用细胞周期调控系统的主要作用 在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶 和蛋白,然后自身失活(正调控) 确保每一时相事件的全部完成(负调控) 对外界环境因子起反应(如多细胞生物对增殖信号 的反应) 一、一、MPF的发现及组成的发现及组成 二、二、MPFMPF的功能（细胞进出的功能（细胞进出M M期的调控）期的调控） 1.M期Cyclin-Cdk复合物（MPF）的活化 随Cyclin浓度变化而变化 激酶与磷酸酶的调节 活化的MPF可使更多的MPF活化 2. MPFMPF的失活的失活 3.功能功能：启动细胞从G2

30、期进入M期的相关事件 Cyclin在细胞周期中周期性的产生和降解，CDK的含量在细胞 周期中虽然是恒定的，但它的活性受Cyclin（周期素）的调 控。Cyclin周期性的与CDK结合并调节其活性，驱动细胞周期 的进程。 MPF Cdk=M-CdK= CdK1(CDK1)=cdc2 kinase MPF cyclin=M-cyclin=CyclinB,浓度随细胞周期变化而变化浓度随细胞周期变化而变化 CAK=CDK1-Activiting Kinase, 细胞进入细胞进入G2 期，期，CyclinB浓度及活性升高，它与浓度及活性升高，它与CDK1结合，结合， 使使CDK1的活性位点暴露出来，此时

31、的活性位点暴露出来，此时CAK进一步磷酸化进一步磷酸化CDK1， 但是由于但是由于CDK分子内尚有另外两个抑制性位点被分子内尚有另外两个抑制性位点被Wee1磷酸化，磷酸化， 使使CDK1仍处于抑制状态，属于负调控。仍处于抑制状态，属于负调控。 Cdc:细胞分裂周期基因细胞分裂周期基因 到到G G2 2期末，磷酸酶期末，磷酸酶cdc25cdc25使使CDK1CDK1的两个抑制性位点去磷的两个抑制性位点去磷 酸化，解除了酸化，解除了Wee1Wee1的抑制作用，使的抑制作用，使CDK1CDK1有活性，属正调控。有活性，属正调控。 CAK Weel cdc25 lWee1使CDK Thr14（苏氨酸）

32、和Tyr（酪 氨酸）15磷酸化，遮蔽CDK激酶活性位点。 lcdc25 去除Thr14和Tyr15磷酸化，恢复 CDK激酶活性。 磷酸激酶磷酸激酶 磷酸水解酶磷酸水解酶 cdc25 活化的MPF能促进 磷酸酶cdc25的激 活，从而使更多 的MPF活化，这是 一个正反馈。 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 （anaphase promoting complex, APC）。 MPFMPF的失活：的失活：CyclinBCyclinB的降解的降解 APC是一种遍在蛋白连接 酶(Ubiquitin ligase), APC使CyclinB发生遍在

33、蛋白多聚化（泛素化）, 使蛋白酶体(proteosome） 能识别并降解CyclinB， 称遍在蛋白化降解机制。 M M期期CyclinCyclin的的N N端端 有一段序列与其有一段序列与其 降解有关，叫降解有关，叫降降 解盒解盒。 当当MPFMPF活性最高时，通过遍活性最高时，通过遍 在蛋白连接酶催化遍在蛋白在蛋白连接酶催化遍在蛋白 与与cyclinBcyclinB结合，结合，cyclinBcyclinB随随 后被蛋白酶体水解。后被蛋白酶体水解。 遍在蛋白:由76个氨基酸组成，高度保守，普遍存在 于真核细胞，故名遍在蛋白。共价结合遍在蛋白的蛋 白质能被蛋白酶体识别和降解，这是细胞内短寿命蛋

34、 白和一些异常蛋白降解的普遍途径，遍在蛋白相当于 蛋白质被摧毁的标签。蛋白酶体是一个大型的蛋白酶， 可将遍在蛋白化的蛋白质分解成短肽。 APC还可以用遍在蛋白化降解机制降解连接姐妹染色 单体的蛋白，促使姐妹染色单体分开，使细胞从M中 期进入M后期。 MPFMPF（M-CdKM-CdK, CDK1, CDK1）激发）激发M M期事件使细胞进入期事件使细胞进入M M期期 M-CdK 核纤层蛋核纤层蛋 白磷酸化白磷酸化 组蛋白组蛋白H1 磷酸化磷酸化 核膜破裂核膜破裂染色体凝集染色体凝集 相关蛋白相关蛋白 磷酸化磷酸化 纺锤体形成纺锤体形成 相关蛋白相关蛋白 磷酸化磷酸化 骨架和细胞骨架和细胞 器重

35、排器重排 M期开始期开始 M-CdK的活性下降导致细胞走出M期 由于前述的遍在蛋白化降解机制，CyclinB降解， M-CdK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。 20012001年年1010月月8 8日日 美国人美国人 LelandLeland HartweHartwe llll、英国人、英国人 Paul NursePaul Nurse、 TimothyTimothy HuntHunt 因对细胞周期因对细胞周期 调控机理的研调控机理的研 究而荣获诺贝究而荣获诺贝 尔生理医学奖。尔生理医学奖。 n在20 世纪60 年代末

36、, 哈特韦尔采用遗传学方法, 用芽殖 酵母( S accharymyces cerevisiae )作为实验对象研究 细胞周期. 也许是巧合, 后来这种酵母被证明非常适合于 细胞周期的实验工作.70 年代初, 他通过温度敏感突变技 术筛选出突变酵母细胞, 这些细胞的生长停滞在特定的细 胞周期时相, 从而确定缺陷基因所编码的蛋白质在细胞周 期调控中的作用, 他成功地分离出上百个涉及细胞周期调 控的基因,并命名为cdc 基因. n 野生型细胞的长度加倍并一分为二, 而cdc25 缺陷的细胞 已长的很长却不分裂.cdc25 是细胞从G2 期进入M 期必需的 基因, 它负责CDK2的去磷酸化. ncd

37、c4 、6 、7 、8 等控制DNA 复制, 如cdc8 具有起始DNA 合成 的功能; cdc5 、14 、15 等参与染色体分离的调控; cdc3 、10 、 11 、13等调控细胞质的分裂;另外, cdc1 、4 、24 、28 、33 等 在受精卵雌雄核融合过程中起重要的作用.被命名为cdc28 的基 因, 启动细胞从G1期进入S期.该基因编码的蛋白质是其他cdc 基因产物执行功能的前提, 所以又被称为“start ”. Cyclin-CdkCyclin-Cdk复合物的多样性复合物的多样性 l Cyclin：细胞周期素，能与CDK结合，通过调节CDK的 活性，间接调节细胞周期的运行。脊

38、椎动物的Cyclin有 Cyclin A （S期细胞周期素）， Cyclin B （M期细胞 周期素）， Cyclin D（ G1 期细胞周期素） Cyclin E （ G1 /S 期细胞周期素）等。 l CDK：细胞周期素依赖性蛋白激酶（cyclin- dependent protein kinase），通过磷酸化靶蛋白控制 细胞周期中的事件，包括G1 、 G1 /S、 S和 M期CDK l Cyclin-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。 细胞

39、进出细胞进出S S期的调控期的调控 （一）（一）DNADNA复制启动的调控复制启动的调控 n DNA的复制是由起始复制点开始的，起始复制点是一 种自主复制序列，散布在染色体上。在整个细胞周期 中，起始复制点上结合有起始识别复合体（Origin recognition complex, ORC），其作用就象一个停泊点， 供其它调节因子停靠。 nCdc6是一种调节因子，在G1期Cdc6含量瞬间提高， Cdc6结合在ORC上，在ATP供能下，促进6个亚单位构 成的 Mcm复合体和其他一些蛋白结合到ORC上，形成 前复制复合体（pre-replicative complex，pre-RC）， Mcm实

40、际上就是DNA解旋酶。 ORC-binding ORC-binding sitesite即起始复制即起始复制 点；点； S-CdKS-CdK主要通过与主要通过与 DNADNA起始复制点的起始复制点的 pre-RCpre-RC结合，启结合，启 动动DNADNA的合成。的合成。 S-CdK触发pre-RC的启 动，同时阻止了DNA再 次进行复制，因为S- CdK将Cdc6磷酸化，使 其脱离ORC，磷酸化的 Cdc6随后被遍在蛋白化 途径降解。 S-CdK的活 性可持续到M早期，另 外， M-CdK也能磷酸化 Cdc6和Mcm，从而保证 了DNA仅复制一次。 （二）防止（二）防止DNADNA重复复重

41、复复 制的调控制的调控 至M末期，细胞中的M-CdK和S-CdK活性均下 降到0， Cdc6和 Mcm 蛋白去磷酸化，重新 与ORC结合形成pre-RC，细胞进入G1期，为 下一周期DNA复制作准备。 细胞周期运转的阻遏细胞周期运转的阻遏( (细胞周期运转的负调控细胞周期运转的负调控) ) 细胞周期调控蛋白的种类 1.CDKCDK分子的含量在整个细胞周期中比较恒定。 CDK具有激酶活性位点，但其本身没有激酶活性。只有 在与特定的cyclin分子结合后，同时其分子内某些氨基 酸位点处于正确的磷酸化状态时，CDK分子才有活性。 2.细胞周期素（Cyclin）含量呈周期性变化，能与CDK结 合，使CDK磷酸化和活化的蛋白，包括G1 、 G1 /S、 S 和 M期细胞周期素. 3.CDK抑制因子（CDK inhibitor, CKI）抑制CDK的激活 性，阻断或延迟细胞周期的运行。 细胞至少可通过两种不同机制阻遏细胞周期的运转： Cdk抑制蛋白(CKI)阻止Cyclin-Cdk复