第十二章细胞增殖及其调控

1、l要点综述：要点综述：本章主要介绍了细胞周期、细胞分裂的方本章主要介绍了细胞周期、细胞分裂的方式以及细胞分裂的调控机制。式以及细胞分裂的调控机制。l第一部分第一部分主要涉及细胞周期、有丝分裂、减数分裂的主要涉及细胞周期、有丝分裂、减数分裂的相关概念，细胞分裂各时相的主要特点，以及在细胞分相关概念，细胞分裂各时相的主要特点，以及在细胞分裂的过程中与之相关的细胞器或细胞结构的变化及原因。裂的过程中与之相关的细胞器或细胞结构的变化及原因。l第二部分第二部分主要涉及细胞周期的调控机制，以主要涉及细胞周期的调控机制，以MPF的发的发现过程及生物学特性为主线，全面讲述了细胞通过调控现过程及生物学特性为主线

2、，全面讲述了细胞通过调控周期运转过程的三个关键性的限制点对整个细胞周期活周期运转过程的三个关键性的限制点对整个细胞周期活动进行的调节过程。动进行的调节过程。l细胞增殖细胞增殖(cell proliferation)的意义的意义l细胞周期概述细胞周期概述l细胞分裂细胞分裂l细胞周期的调控细胞周期的调控细胞增殖细胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)是细胞生命活动的重是细胞生命活动的重要特征之一要特征之一。 它是它是生物繁育的基础生物繁育的基础。 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。 多细胞生物由一个单

3、细胞多细胞生物由一个单细胞(受精卵受精卵)分裂发育而来，分裂发育而来， 细细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。胞增殖是多细胞生物繁殖基础。成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死亡的细胞，胞， 维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。维持个体细胞数量的相对平衡和机体的正常功能。机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要 依赖细胞增殖。依赖细胞增殖。有丝分裂有丝分裂(mitosis)(mitosis)胞质分裂胞质分裂(Cytokinesis)减数分裂减数分裂(Meiosis) 减数分裂与有丝分裂的区别减数分

4、裂与有丝分裂的区别有丝分裂与减数分裂的差异有丝分裂与减数分裂的差异:1、前者是体细胞的分裂方式；后者仅存在于生殖细胞中。、前者是体细胞的分裂方式；后者仅存在于生殖细胞中。2、前者、前者DNA复制一次染色体由复制一次染色体由2n2n，DNA含量含量4C2C，分裂一次；后者由分裂一次；后者由2nn，4CC，分裂两次。，分裂两次。3、前者、前者S期相对短、期相对短、G2期相对长；后者期相对长；后者DNA合成时间长，而合成时间长，而G2极短或无。极短或无。4、前者每一染色体独立活动；后者要发生配对联会交叉交换、前者每一染色体独立活动；后者要发生配对联会交叉交换（两个在一起）。（两个在一起）。5、前者时

5、间短、前者时间短12hr；后者较长：如人雄配子需；后者较长：如人雄配子需24hr，雌配，雌配子可达数年或数十年。子可达数年或数十年。 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细胞周期检验点细胞周期检验点(Cell Cycle Checkpoint)(Cell Cycle Checkpoint)MPFCyclin-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) )细胞周期细胞周期细胞周期中各个不同时相及其主要事件细胞周期中各个不同时相及其主要事件细胞周期长短测定细胞周期长短测定( (自

6、学）自学）细胞周期同步化细胞周期同步化特异的细胞周期特异的细胞周期( (自学）自学）前期前期(prophase)(prophase)前中期前中期(prometaphase)(prometaphase)中期中期(metaphase)(metaphase)后期后期(anaphase) 末期末期(telophase)(telophase)动物细胞胞质分裂动物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂减数分裂概念与过程减数分裂概念与过程减数分裂特点减数分裂特点减数分裂的意义减数分裂的意义脊椎动物配子发生过程脊椎动物配子发生过程概念：概念：细胞从一次分裂结束开始细胞从一次分裂结束开始, ,经过物质积累

7、过程经过物质积累过程, ,直到直到下一次细胞分裂结束所经历的一个有序过程。其间细胞下一次细胞分裂结束所经历的一个有序过程。其间细胞遗传物质和其他内含物分配给子细胞遗传物质和其他内含物分配给子细胞。细胞周期时相组成细胞周期时相组成细胞周期时间细胞周期时间根据增殖状况，细胞分类三类根据增殖状况，细胞分类三类间期间期(interphase): G1 phase(interphase): G1 phase，S phaseS phase，G2 phaseG2 phaseM phase: M phase: 有丝分裂期有丝分裂期(Mitosis), (Mitosis), 胞质分裂期胞质分裂期(Cytokin

8、esis)(Cytokinesis) 细胞沿着细胞沿着G1SG2MG1G1SG2MG1周期性运转，在间期细胞体积周期性运转，在间期细胞体积增大增大( (生长生长) )，在，在 M M 期细胞期细胞: : 先是核分裂，接着胞质分裂，先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个完成一个细胞周期细胞周期。不同细胞的细胞不同细胞的细胞周期时间差异周期时间差异很大很大S+G2+M S+G2+M 的时间变化较小，细胞周期时间长的时间变化较小，细胞周期时间长短主要差别在短主要差别在G1G1期期有些分裂增殖的细胞缺乏有些分裂增殖的细胞缺乏G1G1、G2G2期期连续分裂细胞或周期中细胞连续分裂细胞或周期中细胞(cycli

9、ng cell)(cycling cell)休眠细胞休眠细胞(Go(Go细胞细胞) )终末分化细胞终末分化细胞 G0G0期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划分，有的细胞过去认为属于终末分化细胞，目前分，有的细胞过去认为属于终末分化细胞，目前可能被认为是可能被认为是G0G0期细胞。期细胞。 G1G1期期 S S 期期 G2G2期期 M 期期与与DNADNA合成启动相关，合成启动相关，物质代谢活跃，细胞体积增大，物质代谢活跃，细胞体积增大，开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、RNARNA、碳水、碳水化合物、脂质等，同时染色质去

10、凝集。化合物、脂质等，同时染色质去凝集。 为进入为进入S期创造条件，期创造条件，G1期发生的事件与细胞增殖调期发生的事件与细胞增殖调控有关，如：不稳定蛋白（控有关，如：不稳定蛋白（unstable protein）简称）简称u蛋白，它的累积可有助于细胞通过蛋白，它的累积可有助于细胞通过G1期的限制点进入期的限制点进入S期，而期，而G0期细胞缺乏期细胞缺乏u蛋白和其它一些因子故暂时蛋白和其它一些因子故暂时不能通过限制点。不能通过限制点。 DNADNA复制完成，在复制完成，在G2G2期合成一定数量的蛋白质和期合成一定数量的蛋白质和RNARNA分子分子. . 如如成熟促进因子成熟促进因子(matur

11、ation promoting factor MPF)仅仅在在G2期合成，它们能使间期核被膜破裂染色质凝期合成，它们能使间期核被膜破裂染色质凝集成染色体。将提取出来的集成染色体。将提取出来的MPF加入间期核中发现加入间期核中发现15min后核纤层蛋白磷酸化，后核纤层蛋白磷酸化，30min后核被膜溶解。后核被膜溶解。M M期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂主要包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)(mitosis)和减数分裂和减数分裂(meiosis)(meiosis)。遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。遗传物质和细胞内其他物

12、质分配给子细胞。 DNADNA复制与组蛋白合成同步复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构，组成核小体串珠结构 SS期期DNADNA合成不同步合成不同步脉冲标记脉冲标记DNADNA复制和细胞分裂指数观察测定法复制和细胞分裂指数观察测定法流式细胞仪测定法流式细胞仪测定法(Flow Cytometry)(Flow Cytometry)缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间缩时摄像技术，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。及分裂间期和分裂期的准确时间。自然同步化，如有一种粘菌的变形体自然同步化，如有一种粘菌的变形体plasmodiaplasmodia， 某些某些受精卵早期卵裂受

13、精卵早期卵裂 人工选择同步化人工选择同步化 药物诱导法药物诱导法 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，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。有丝分裂选择法有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞。：用于单层贴壁生长细胞。优优点点是细是细 胞未经任何药物处理，细胞同步化效率胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。高。缺点缺点是分离的细胞数量少。是分离的细胞数量少。密度梯度离心法：密度梯度离

14、心法：根据不同时期的细胞在体积根据不同时期的细胞在体积和重量上存在差别进行分离和重量上存在差别进行分离( (如裂殖酵母如裂殖酵母) )。优优点点是方法简单是方法简单、省时，效率高，成本低。省时，效率高，成本低。缺点缺点是对大多数种类的细胞并不适用。是对大多数种类的细胞并不适用。 DNADNA合成阻断法合成阻断法 G1/S-TdR G1/S-TdR双阻断法：最终将细胞双阻断法：最终将细胞群阻断于群阻断于G1/SG1/S交界处。交界处。优点优点是同步化效率高，几乎适合是同步化效率高，几乎适合于所有体外培养的细胞体系。于所有体外培养的细胞体系。缺点缺点是诱导过程可造成细是诱导过程可造成细胞非均衡生长

15、。胞非均衡生长。 分裂中期阻断法分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。 优点优点是操作简便，效率高。是操作简便，效率高。 缺点缺点是这些药物的毒性相对较大。是这些药物的毒性相对较大。特异的细胞周期特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具有的是指那些特殊的细胞所具有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细胞周与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细胞周期。期。 爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期 酵母细胞的细胞周期酵母细胞的细胞周期 植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期 细菌的

16、细胞周期细菌的细胞周期细胞分裂快细胞分裂快, ,无无G1G1期期, G2, G2期非常短期非常短,S,S期也短期也短( (所有复所有复 制子都激活制子都激活),), 以至认为以至认为仅含有仅含有S S期和期和M M期。期。无需临时合成其它物质。无需临时合成其它物质。子细胞在子细胞在G1G1、G2G2期并不生长，越分裂子细胞体积越小期并不生长，越分裂子细胞体积越小 细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的 细胞周期基本是一致的。细胞周期基本是一致的。酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调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。

17、控方面相似。酵母细胞周期明显酵母细胞周期明显特点特点: : 酵母细胞周期持续时间较短酵母细胞周期持续时间较短, ,大约为大约为90min90min； 封闭式细胞分裂封闭式细胞分裂 ，即细胞分裂时核膜不解聚；，即细胞分裂时核膜不解聚； 纺锤体位于细胞核内；纺锤体位于细胞核内； 在一定环境下，也进行有性繁殖。在一定环境下，也进行有性繁殖。图13-16 裂殖酵母细胞周期植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞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，含有非常相似，含有G1G1期、期、S S期、期、G2G2期和期和M M期四个时期。期四个时期。植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常植物

18、细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常组装纺锤体。组装纺锤体。植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂. . 慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有有一定相似之处。其一定相似之处。其DNADNA复制之前的准备时间与复制之前的准备时间与G1G1期期类似。分裂之前的准备时间与类似。分裂之前的准备时间与G2G2期类似。再加上期类似。再加上S S期和期和M M期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期 细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和细菌在快速生长情况下，如何协调快速分裂和最最 基本的

19、基本的DNADNA复制速度之间的矛盾。复制速度之间的矛盾。标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩 (condensation)(condensation)形成形成有丝分裂染色体有丝分裂染色体(mitotic (mitotic chromosomechromosome）。）。 第二个特征第二个特征: :前期的较晚时期前期的较晚时期, ,动粒的装配。动粒的装配。细胞骨架解聚，在中心体的周围细胞骨架解聚，在中心体的周围, ,微管大量装配微管大量装配, ,星星体形成。中心体也进行了复制为两个。体形成。中心体也进行了复制为两个。GolgiGolgi体、体、ERE

20、R等细胞器解体，形成小的膜泡。等细胞器解体，形成小的膜泡。这种染色体由这种染色体由两条染色单体两条染色单体(chromatid)(chromatid)构成构成 在前期末，染色体主缢痕部位形成一种蛋白复在前期末，染色体主缢痕部位形成一种蛋白复合物称为合物称为动粒动粒(kinetochore)(kinetochore)。间期动物细胞含一个MTOC，即中心体，在 S期末，两个中心粒在各自垂直的方向复制出一个中心粒，形成两个中心体。当前期开始时， 2个中心体移向细胞两极，并同时组织微管生 长，由两极形成的微管通过微管结合蛋白在正 极末端相连，最后形成有丝分裂纺锤体。核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤

21、层蛋白中特异的核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中特异的SerSer残基磷酸化导致残基磷酸化导致核纤层解体核纤层解体 染色体形成明显的染色体形成明显的X X形染色体形染色体结构结构 有丝分裂有丝分裂纺锤体纺锤体(mitotic spindle)(mitotic spindle)开始装配开始装配纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体，每个已复制纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体，每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向，保证与两极的微管结合；纺锤体的染色体有两个动粒，朝相反方向，保证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染色体后，形成微管捕捉住染色体后，形成三种类型的微管三种类型

22、的微管 不断运动的染色体开始移向赤道板。细胞周期也由前中期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。逐渐向中期运转。所有染色体排列到赤道板所有染色体排列到赤道板( (Metaphase Plate) )上，上， 标志着细胞分裂已进入中期标志着细胞分裂已进入中期 是什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？是什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？ 着丝粒微管动态平衡形成的张力着丝粒微管动态平衡形成的张力 排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离 产生产生向极运动向极运动后期后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段，即大致可

23、以划分为连续的两个阶段，即后期后期A和后期和后期B 后期后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动动 后期后期B，极性微管长度增加，两极之间的距离逐渐，极性微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉拉 长，介导染色体向极运动长，介导染色体向极运动染色单体到达两极，即进入了末期（染色单体到达两极，即进入了末期（telophasetelophase）, , 到达两极的染色单体开始去浓缩到达两极的染色单体开始去浓缩核膜开始重新组装核膜开始重新组装 GolgiGolgi体和体和ERER重新形成并生长重新形成并生长核仁也开始重新组装，核仁也开始重新组装，RNARNA合成

24、功能逐渐恢复合成功能逐渐恢复, , 有丝有丝分裂结束分裂结束 胞质分裂胞质分裂(cytokinesis)(cytokinesis)开始于细胞分裂后期，在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，称为赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为 分裂沟分裂沟(furrow)(furrow)。分裂沟的位置与纺锤体极性微管和。分裂沟的位置与纺锤体极性微管和 钙离子浓度升高的变化有关钙离子浓度升高的变化有关胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体胞质分裂开始时，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，称为处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为

25、收缩环收缩环（contractile ring)contractile ring)。收缩环收缩、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处细胞膜融合并形成两个子细胞与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞 质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和细质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和细 胞壁而将细胞分开胞壁而将细胞分开l前期：前期：仁膜消失俩体现仁膜消失俩体现l DNA数：染色体数：染色单体数数：染色体数：染色单体数=2:1:2l中期：中期：赤道板上排整齐赤道板上排整齐l DNA数：染色体数：染色单体数数：染色体数：染色单体数=2:1:2l后期：

26、后期：点分数加向两级点分数加向两级l DNA数：染色体数：染色单体数数：染色体数：染色单体数=1:1:0l末期：末期：两消两现新壁建两消两现新壁建概念：概念：减数分裂是细胞仅进行一次减数分裂是细胞仅进行一次DNADNA复制，随后进行两次分裂，染色体数复制，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。目减半的一种特殊的有丝分裂。减数分裂减数分裂过程过程遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，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。导致染色体数目减半。S S期持续时间较长期持续时间较长同源染色体在减数分裂期同源染色体在减数分裂期I I(MeiosisI)配对联配对联会、

27、基因重组。会、基因重组。减数分裂同源染色体配对减数分裂同源染色体配对排列在中期板排列在中期板上上, ,第一次分列时第一次分列时, ,同源染色体分开。同源染色体分开。确保世代间遗传的稳定性；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。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，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是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。保证。 减 数 分 裂 前 S 期 有 丝 分 裂 前 S 期 蝾螈 10天 12小时 小鼠 14小时 56小时

28、 小麦 12小时 3.8小时 酵母 1.0小时 0.5小时 减数分裂前减数分裂前S S期与有丝分裂前期与有丝分裂前S S期长度比较期长度比较 前期前期I I分为细线期，偶线期，粗线期，双线期，分为细线期，偶线期，粗线期，双线期，终变期等终变期等五个阶段五个阶段。 形成形成联会复合体联会复合体(Synaptonemal Complex, SC)(Synaptonemal Complex, SC) 同源染色体间遗传物质重组同源染色体间遗传物质重组, ,产生新的基因组合产生新的基因组合在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶 和蛋白和蛋白, ,然后自身失活然后自身

29、失活( (正调控正调控) )确保每一时相事件的全部完成确保每一时相事件的全部完成( (负调控负调控) ) 对外界环境因子起反应对外界环境因子起反应(如多细胞生物对增殖信如多细胞生物对增殖信号的反应号的反应)细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制, , 主要是确保周期每一时相事件的有序、全部完主要是确保周期每一时相事件的有序、全部完 成并与外界环境因素相联系。成并与外界环境因素相联系。细胞周期检验点及其作用细胞周期检验点及其作用 G1期检验点：酵母期检验点：酵母Start； 动物细胞动物细胞Restriction PointMPF(Maturation-pr

30、omoting factor， Mitosis-promoting factor)的的发现及其生化实质发现及其生化实质Mitotic Cyclin-Cdk复合物的活化与功能复合物的活化与功能细胞融合与细胞融合与PCC(Premature chromosomal condense) 爪蟾卵子成熟过程爪蟾卵子成熟过程 MPF的发现的发现MPF是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶；由是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶；由M期期Cyclin-Cdk(Cyclin-dependent protein kinase) 形成的形成的复合物复合物。MPF=CDK1=p34cdc2+cyclinB SPF=p

31、34cdc2+cyclinA活化活化 随随Cyclin浓度变化而变化浓度变化而变化 激酶与磷酸酶的调节激酶与磷酸酶的调节， 活化的活化的MPF可使更多的可使更多的MPF活化活化 功能功能：启动细胞从：启动细胞从G2期进入期进入M期的相关事件期的相关事件Cyclin-Cdk复合物的多样性复合物的多样性G1 Cyclin-CdkG1 Cyclin-Cdk复合物对复合物对RbRb蛋白磷酸化而调控蛋白磷酸化而调控G1G1检验点检验点Mitotic Cyclin-Cdk复合物激活复合物激活 Anaphase Promoting Complex (APC), 调控纺锤体装配检验点调控纺锤体装配检验点周期细

32、胞周期细胞M-CyclinM-Cyclin的调控的调控细胞周期调控模型总结细胞周期调控模型总结G1SG2/MCyclin-CdkCyclin-CdkCyclin-CdkBuddingYeastCLN1,2,3-CDC28CLB5,(3,4)-CDC28CLB1,2(3,4)-CDC28FissionYeastCIG1-CDC2CIG2-CDC2CIG13-CDC2HigherEukaryotesCyclinD1,2,3-CDK4/6CyclinA-CDK2CyclinB-CDC2CyclinE1,2-CDK2G1SubstratesSSubstratesG2/MSubstratesGrowth

33、andMorphogenesisDNAReplicationMitosisAPCAPC介导选择性降解的靶蛋白与介导选择性降解的靶蛋白与UbiquitinUbiquitin结合结合 ( (通过通过泛素依赖性途径降解泛素依赖性途径降解) )APCAPC主要介导两类蛋白降解主要介导两类蛋白降解: : Anaphase Inhibitors和和Mitotic Cyclin. 前者维持姐妹染色单体粘连前者维持姐妹染色单体粘连, 抑抑制后期启动；后者的降解意味着有丝分裂即将结制后期启动；后者的降解意味着有丝分裂即将结束，即染色体开始去凝集，核膜重建。束，即染色体开始去凝集，核膜重建。 Cdc20 和和Ma

34、d2蛋白位于动粒上，在染色体结蛋白位于动粒上，在染色体结合有丝分裂纺锤体前将不能从动粒上释放，由合有丝分裂纺锤体前将不能从动粒上释放，由于于Mad2与与Cdc20结合而抑制结合而抑制APC的活性。所以的活性。所以只有所有染色体都与纺锤体结合后，只有所有染色体都与纺锤体结合后，APC才有才有活性，才启动细胞向后期转换。活性，才启动细胞向后期转换。细胞至少可通过两种不同机制阻遏细胞周期的运转：细胞至少可通过两种不同机制阻遏细胞周期的运转：Cdk抑制蛋白抑制蛋白(CDI)阻止阻止Cyclin-Cdk复合物的装配或活性；周复合物的装配或活性；周期调控系统组分停止合成。期调控系统组分停止合成。CDICD

35、I包括包括CIP/KIPCIP/KIP家族和家族和INK4INK4家族，其作用是抑制家族，其作用是抑制Cyclin-Cdk复合物的装配或活性，而将细胞阻止在不同的检验点。复合物的装配或活性，而将细胞阻止在不同的检验点。如如DNA受损后，细胞将受损后，细胞将停留于停留于G1 Checkpoint 让让DNA修复修复或者凋亡或者凋亡 周期调控系统组分停止合成，如周期调控系统组分停止合成，如G0细胞，大部分细胞，大部分Cyclin和和Cdk都消失，这在多细胞生物尤其明显。都消失，这在多细胞生物尤其明显。Experimental demonstration of the coordinated Syn

36、thesis of DNA and hitones.Experimentaldemonstrationoftheimportanceofmecha-nicaltensioninmetaphasecheckpointcontrol.减数分裂过程图解减数分裂过程图解l（1）前期前期I（prophase I）：）：持续时间长，可达几周持续时间长，可达几周几年甚至几十年，染色体变化复杂。根据细胞形态几年甚至几十年，染色体变化复杂。根据细胞形态变化，可以将其分为变化，可以将其分为5个亚时期（个亚时期（substages）：）：l细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期。细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变

37、期。细线期（细线期（leptonema）核的体积增大核仁也增大染核的体积增大核仁也增大染色体开始凝缩出现螺旋丝但比较细长，但两条染色单色体开始凝缩出现螺旋丝但比较细长，但两条染色单体的臂并不分离，仍呈细的单线状。体的臂并不分离，仍呈细的单线状。局部可见到染色粒（染色线螺旋紧密折叠的结果）染局部可见到染色粒（染色线螺旋紧密折叠的结果）染色体虽进行了复制但看不到结构上的双重线。色体虽进行了复制但看不到结构上的双重线。花束期（动物）凝线期。花束期（动物）凝线期。l偶线期（偶线期（zygotene）：）：主要发生同源染色体主要发生同源染色体（homologous chromosome）配对（）配对（p

38、airing）现象。）现象。l同源染色体同源染色体是指大小、形态结构相同，分别来自父母双是指大小、形态结构相同，分别来自父母双方的一对染色体。方的一对染色体。l同源染色体彼此靠拢并精确配对的过程称为同源染色体彼此靠拢并精确配对的过程称为联会（联会（synapsis）。）。l在联会过程中，配对的同源染色体之间形成了一种蛋在联会过程中，配对的同源染色体之间形成了一种蛋白质的复合结构，白质的复合结构，联会复合体（联会复合体（synaptonemal complex）。）。一对同源染色体通过联会所形成的复合一对同源染色体通过联会所形成的复合结构，称为二价体（结构，称为二价体（bivalent）。一个二

39、价体由两条）。一个二价体由两条同源染色体组成，包括同源染色体组成，包括4条染色单体，故又称为四分条染色单体，故又称为四分体（体（tetrad）。）。联会一般是从核膜的一端开始或在染色体全长联会一般是从核膜的一端开始或在染色体全长的若干位点同时进行。的若干位点同时进行。粗线期（粗线期（pachynema）或重组期）或重组期（recombination stage）1)染色体进一步变短变粗，同源染色体的非姐妹染色体进一步变短变粗，同源染色体的非姐妹染色单体间发生等位基因之间部分染色单体间发生等位基因之间部分DNA片段的交片段的交换（换（crossing-over）和重组，产生了新的等位基）和重组，

40、产生了新的等位基因组合。因组合。2)在联会复合体部位的中间，出现在联会复合体部位的中间，出现重组结。重组结。l3)合成合成P-DNA，大小约，大小约1001000bp，编码一些与，编码一些与DNA点切和修复有关的酶类。点切和修复有关的酶类。l4)合成减数分裂期专有的组蛋白，将体细胞类型的组合成减数分裂期专有的组蛋白，将体细胞类型的组蛋白部分或全部地置换下来。蛋白部分或全部地置换下来。l5)发生发生rDNA 扩增。扩增。双线期（双线期（diplonema）核仁缩小，两条同源染色体相互排斥）核仁缩小，两条同源染色体相互排斥并且开始分离但不完全分开，此期能清楚地看到四分体并发并且开始分离但不完全分开

41、，此期能清楚地看到四分体并发现非姊妹染色单体之间有交叉（交换的形态学表现为交叉）现非姊妹染色单体之间有交叉（交换的形态学表现为交叉） 终变期（终变期（diakinesis）染色体缩的很短，端化）染色体缩的很短，端化（terminalization）仍在进行，染色体分散经常靠近）仍在进行，染色体分散经常靠近核膜处，核仁核膜开始消失，此期是计算染色体数核膜处，核仁核膜开始消失，此期是计算染色体数目的时期。目的时期。 （2）前中期前中期 核膜解体纺锤体微管附着于二价体核膜解体纺锤体微管附着于二价体的着丝点上，此时每条同源染色体一般认为只有一的着丝点上，此时每条同源染色体一般认为只有一个着丝点即姊妹染

42、色单体的着丝点尚未分开，但有个着丝点即姊妹染色单体的着丝点尚未分开，但有人报告说每条同源染色体有人报告说每条同源染色体有2个着丝点即二价体有四个着丝点即二价体有四个着丝点，但姊妹染色单体的着丝点互相靠近并位个着丝点，但姊妹染色单体的着丝点互相靠近并位于染色体的同侧，作为一个功能单位。于染色体的同侧，作为一个功能单位。（3）中期中期 二价体排列于赤道面上形成赤道板，二价体排列于赤道面上形成赤道板，二价体着丝点被纺锤体的牵引丝牵引着准备分开。二价体着丝点被纺锤体的牵引丝牵引着准备分开。（4）后期后期 二价体中两条同源染色体分开分别向两二价体中两条同源染色体分开分别向两极移动，每一极得到极移动，每一

43、极得到n条染色体，染色体数目减半。条染色体，染色体数目减半。如人类染色体是如人类染色体是23对，染色体组合的方式有对，染色体组合的方式有223个（不个（不包括交换），因此除同卵孪生外，几乎不可能得到遗包括交换），因此除同卵孪生外，几乎不可能得到遗传上等同的后代。传上等同的后代。 （5）末期末期 染色体到达两极后开始末期染色体逐渐染色体到达两极后开始末期染色体逐渐解螺旋变成细丝状，核膜核仁重新出现，同时进行细解螺旋变成细丝状，核膜核仁重新出现，同时进行细胞质的分裂形成两个子细胞，但许多植物在减胞质的分裂形成两个子细胞，但许多植物在减时胞时胞质不分裂。质不分裂。2减数分裂间期减数分裂间期 很短、有

44、些甚至无间期和末期很短、有些甚至无间期和末期，而由后期而由后期直接转为前期直接转为前期。3减减 细胞分裂是同步的。其过程与有丝分裂相同。细胞分裂是同步的。其过程与有丝分裂相同。动物细胞的胞质分裂在减动物细胞的胞质分裂在减时由于胞质的不均等分裂时由于胞质的不均等分裂形成一个大的形成一个大的次级卵母细胞次级卵母细胞和一个小的和一个小的第一极体第一极体，减，减胞质仍不均等分裂形成卵和一个小的第二极体。胞质仍不均等分裂形成卵和一个小的第二极体。l假设一个细胞的染色体为假设一个细胞的染色体为n个，则个，则DNA数为数为n个。个。l减数前期减数前期：染色体数：染色体数：DNA数：单体数数：单体数= n：2

45、 n：2 nl末期末期1（减数前期（减数前期）：）：一个细胞分裂成两个一个细胞分裂成两个l染色体数：染色体数：DNA数：单体数数：单体数= n/2： n： nl减数后期减数后期：染色体分裂成两个染色体分裂成两个l染色体数：染色体数：DNA数：单体数数：单体数= n： n： 0l减数末期减数末期：细胞分裂成两个：细胞分裂成两个l染色体数：染色体数：DNA数：单体数数：单体数= n/2 ： n/2 ： 0细胞周期检验点细胞周期检验点(checkpoint)（1）G1期检验点期检验点(靠近靠近G1末期末期)：酵母酵母Start；动物细胞；动物细胞Restriction Point。主要是监测细胞的大

46、小和营养状态；是细胞周主要是监测细胞的大小和营养状态；是细胞周期的主要控制点，细胞一旦通过了该限制点，期的主要控制点，细胞一旦通过了该限制点，这些细胞就能够进入这些细胞就能够进入S期并完成其后的细胞周期并完成其后的细胞周期过程，因此它决定着细胞能否分裂。某些静期过程，因此它决定着细胞能否分裂。某些静息的细胞不能进入息的细胞不能进入G1期，还有一个关卡就是期，还有一个关卡就是DNA预复制的阻断。为了保证每一条预复制的阻断。为了保证每一条DNA在在细胞周期中只复制一次，一旦细胞周期中只复制一次，一旦DNA进行了复制，进行了复制，细胞就会通过对预复制复合物的装配控制细胞就会通过对预复制复合物的装配控

47、制DNA的再复制，直到细胞分裂结束。的再复制，直到细胞分裂结束。（2）G2期检验点期检验点(在在G2期结束点期结束点)当细胞周期进行到G2关卡时(G2关卡是裂殖酵母的主要关卡)，控制系统检测细胞的大小、细胞所处的状态以及细胞内DNA是否复制完毕，如果这些条件合适，就会进入有丝分裂。（3）纺锤体检验点）纺锤体检验点(在中期末在中期末)中期关卡控制系统监测所有的染色体是否都与纺锤体相连，并排列赤道板上；检测MPF是否失活了，否则不能进行有丝分裂和胞质分裂。MPF的结构组成的结构组成：催化催化亚基亚基，由，由cdc2编码，其产物编码，其产物为为p34（一种丝氨酸（一种丝氨酸/苏氨酸苏氨酸型蛋白激酶，

48、型蛋白激酶，34KD），在），在整个细胞周期中含量恒定，整个细胞周期中含量恒定，其活性有赖于周期蛋白，故其活性有赖于周期蛋白，故p34称为周期依赖性蛋白激称为周期依赖性蛋白激酶酶(cyclin-dependent protein kinase，Cdk1)；调节亚基调节亚基，周期蛋白周期蛋白(cyclin B)为调节亚为调节亚基，它的降解导致基，它的降解导致MPF的失的失活活CDK1的调节与活化的调节与活化; CAK=CDK1-Activiting Kinasel1.CDK的抑制引起P21与相关蛋白质结合形成复合体后导致细胞不能（）lA.从G1期进入S期lB.从S期进入G2期lC.从G1期进入G

49、0期lD.从M期进入G1期l答案：A、Bl一、名词解释一、名词解释lamitosis 无丝分裂无丝分裂lcell cycle 细胞周期细胞周期lcell cycle checkpoint 细胞周期检查点细胞周期检查点lcell cycle engine 细胞周期引擎细胞周期引擎lcell division cycle gene (cdc基因基因) 细胞分裂周期基因细胞分裂周期基因lchalone 抑素抑素lchiasma 交叉交叉lcyclin 细胞周期蛋白细胞周期蛋白lcyclin-dependent kinase 周期蛋白依赖性蛋白激酶（周期蛋白依赖性蛋白激酶（CDK激酶）激酶）lcycl

50、in-dependent kinase inhibitors，CDKIS CDK激酶抑制物激酶抑制物lcycling cell 周期中细胞周期中细胞lmeiosis 减数分裂减数分裂lmitosis 有丝分裂有丝分裂lmitosis-promoting factor，MPF 细胞促分裂因子细胞促分裂因子lmitotic apparatus 有丝分裂器有丝分裂器lmitotic index 有丝分裂指数有丝分裂指数lp34cdc2激酶激酶lpercentage of labelled mitosis(PLM法法) 标记有丝分裂百分标记有丝分裂百分数法数法lprematurely condense

51、d chromosome(P.C.C） 早熟凝集染色早熟凝集染色体体lrecombination nodules 重组节重组节lsynapsis 联会联会lsynaptonemal complex 联会复合体联会复合体lterminalization 端化端化ltetrad 二价体二价体lzyg DNA 偶线期偶线期DNAl二、选择题二、选择题l1.成熟促进因子是在（成熟促进因子是在（ ）合成的。）合成的。lA.G1 期期 B. S期期 C. G2 期期 D. M期期l答案：答案： Cl2.在细胞周期的哪个时期，周期蛋白的浓缩程度最高（在细胞周期的哪个时期，周期蛋白的浓缩程度最高（ ）。）。l

52、A.晚晚G1 期期 和早和早S期期 B.晚晚G2 期期 和早和早M期期lC.晚晚G1 期期 和晚和晚G2期期 D. 晚晚M期和晚期和晚S期期l答案：答案： C l3.中心粒的复制发生在哪期（中心粒的复制发生在哪期（ ）。（中国科学院）。（中国科学院）lA.G1 B. S C. G2 D. Ml答案：答案：Cl4.裂殖酵母中的裂殖酵母中的cdc2基因在芽殖酵母中的同源物是（基因在芽殖酵母中的同源物是（ ）（中科院（中科院2001）lA.cdc2 B.cdc25 C.cdc28 D.cdc20 l答案：答案：Cl5.CdK是否具有酶活性依赖于（是否具有酶活性依赖于（ ）。（中科院）。（中科院200

53、5）lA.G1期进入期进入S期期 B.从从S期进入期进入G2期期lC.从从G1期进入到期进入到G0期期 D.从从M期进入到期进入到G1期期l答案：答案：Al6.有丝分裂前期的最主要特征是（有丝分裂前期的最主要特征是（ ）lA.核仁、核膜、核仁组织者都要消失核仁、核膜、核仁组织者都要消失 lB.染色质凝缩成染色体染色质凝缩成染色体lC.核糖体解体核糖体解体 D.中心体消失中心体消失l7.下列细胞中，（下列细胞中，（ ）属于连续的细胞分裂群。）属于连续的细胞分裂群。lA.红细胞红细胞 B.多形式白血细胞多形式白血细胞lC.骨髓干细胞骨髓干细胞 D.以上都不是以上都不是l8.染色体出现成倍状态发生于

54、细胞周期中的（染色体出现成倍状态发生于细胞周期中的（ ）lA.G2期和早期和早M期期 B.G1期和期和S期期lC.晚晚M期和期和G1期期 D.G0期和期和G1期期l9.在细胞周期的哪个时期，周期蛋白的浓缩程度最高（在细胞周期的哪个时期，周期蛋白的浓缩程度最高（ ）。）。lA.晚晚G2期和早期和早M期期 B.晚晚G1期和早期和早S期期lC.晚晚G1期和晚期和晚G2期期 D.晚晚M期和晚期和晚S期期l10.在第一次减数分裂时，核膜的解体主要在（在第一次减数分裂时，核膜的解体主要在（ ）。）。lA.粗线期粗线期 B.偶线期偶线期lC.终变期终变期 D.中期中期1l1.什么是细胞周期？细胞周期各时期主

55、要变化是什么？（中科什么是细胞周期？细胞周期各时期主要变化是什么？（中科院水生所）院水生所）l2.减数分裂前期减数分裂前期1中的偶线期和双线期的中的偶线期和双线期的“偶偶”同同“双双”的涵义的涵义是不同的，请说明之。（中山大学）是不同的，请说明之。（中山大学）l答答“偶偶”指同源染色体配对形成的复合体，由于染色体的凝缩指同源染色体配对形成的复合体，由于染色体的凝缩程度不高，每一同源染色体中的两个姐妹染色单体是不可分的，程度不高，每一同源染色体中的两个姐妹染色单体是不可分的，仍为一条；仍为一条；l“双双”指每一同源染色体中的两个姐妹染色单体变得明显可见。指每一同源染色体中的两个姐妹染色单体变得明

56、显可见。l3.如何用实验证明细胞中有丝分裂促进因如何用实验证明细胞中有丝分裂促进因子（子（MPF）的存在？（北京师范大学）的存在？（北京师范大学）l答：将同步化的分裂期细胞与同步化的处答：将同步化的分裂期细胞与同步化的处于其他周期的细胞进行融合，然后分析染于其他周期的细胞进行融合，然后分析染色体的早熟现象。如有早熟，则证明有色体的早熟现象。如有早熟，则证明有MPF的存在。的存在。l4.举例说明蛋白磷酸化与去磷酸化在细胞周期调举例说明蛋白磷酸化与去磷酸化在细胞周期调控中的作用。（北京师范大学控中的作用。（北京师范大学2004）l答案：答案：1）CDK激酶本身的磷酸化修饰方面激酶本身的磷酸化修饰方

57、面l2）CDK1激酶通过使某些蛋白质磷酸化，改变其激酶通过使某些蛋白质磷酸化，改变其下游的某些蛋白质的结构和功能，实现其调控细下游的某些蛋白质的结构和功能，实现其调控细胞周期的目的胞周期的目的l3）Rb的磷酸化，导致转录因子的磷酸化，导致转录因子EF2的活性方面的活性方面l5.试列举人们研究细胞周期调控机制过程中所进行的一系试列举人们研究细胞周期调控机制过程中所进行的一系列重要实验。得出的结论如何？列重要实验。得出的结论如何？l答：实验一：细胞融合实验答：实验一：细胞融合实验-间期细胞的染色体超前凝间期细胞的染色体超前凝集集l实验二：非洲爪蟾的卵实验二：非洲爪蟾的卵-提出提出MPF的概念的概念

58、l实验三：实验三：MPF的纯化工作的纯化工作-p32和和p45l实验四：芽殖酵母温度敏感突变体实验四：芽殖酵母温度敏感突变体-cdc28l裂殖酵母温度敏感突变体裂殖酵母温度敏感突变体-cdc2l-CDK激酶的提出激酶的提出l间期：间期：进行进行DNA的复制和有关蛋白质的合成，即完成染的复制和有关蛋白质的合成，即完成染色体的复制。色体的复制。l结果：结果：DNA数目加倍，染色体经过复制，形成的两条由数目加倍，染色体经过复制，形成的两条由一个着丝点连在一起，还是称一条染色体，染色体数目一个着丝点连在一起，还是称一条染色体，染色体数目不变。不变。l前期前期：仁膜消失，两体现：仁膜消失，两体现lDNA数数:染色体数：染色单体数染色体数：染色单体数=2:1:2l6.试述试述cdc2（CDK1）基因在细胞周期调控中）基因在细胞周期调控中的作用以及它的发现在细胞周期调控研究中的的作用以及它的发现在细胞周期调控研究中的意义。（北京师范大学）意义。（北京师范大学）l中期中期：赤道板上排整齐：赤道板上排整齐lDNA数数:染色体数：染色单体数染色体数：染色单体数=2:1:2l后期：后期：点分数加向两级（着丝点分裂，一条染点分数加向两级（着