细胞生物学：第十三和十四章 细胞增殖及其调控

1、第十三和十四章 细胞增殖及其调控细胞增殖(cell proliferation)是细胞生命活动的重要特征之一,是生物繁育的基础。单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。多细胞生物由一个单细胞(受精卵)分裂发育而来，细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胞， 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，都要依赖细胞增殖。1第一节 细胞周期概述第二节 细胞分裂第三节 细胞周期的调控2第一节 细胞周期概述一、细胞周期1、概念细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束后开始生长到下次有丝分裂终止所经历的全过程。在这一过程

2、中,细胞的遗传物质进行复制并均等地分配给两个子细胞。32、细胞周期时相组成间期(interphase): G1 phase，S phase，G2 phaseG1期(Gap 1 phase),即从M期结束到S期开始前的一段间歇期;S期,即DNA合成期(DNA synthetic phase);G2期(Gap 2 phase), 即DNA合成后(S期)到有丝分裂前的一个间歇期;M期,即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂包括有丝分裂和减数分裂，细胞沿着G1SG2MG1周期性运转，在间期细胞体积增大(生长)，在 M 期细胞 先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个细胞周期。不一定每种细胞都有四个时期，如胚胎细胞

3、没有G1期。453、细胞周期时间不同细胞的细胞周期时间差异很大S+G2+M 的时间变化教小，细胞周期时间长短主要差别在G1期有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期64、根据增殖状况，细胞分类三类连续分裂细胞(cycling cell)：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(Go细胞)：暂不分裂，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。终末分化细胞：不分裂细胞，指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、多形核细胞等等。 G0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，目前可能被认

4、为是G0期细胞。7二、细胞周期中各个不同时相及其主要事件、G1期：与DNA合成启动相关，开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂 等，同时染色质去凝集。81、Gl期的晚期阶段有一个特定时期。如果细胞继续走向分裂，则可以通过这个特定时期，进入S期，开始合成DNA，并继续前进，直到完成细胞分裂。在芽殖酵母(Saccharomyces cerevisiae)中，这个特定时期被称为起始点(start)。在其他真核细胞中，这一特定时期称为限制点(restriction point，R点)，或检验点(checkpoint)。2、起始点被认为是G1期晚期的一个基本事件。3、影响起始点事件的

5、内在因素主要是一些与细胞分裂周期基因(cell division cycle gene，cdc基因)调控过程相关的因素相关酶类；外在因素主要包括营养供给和相关的激素刺激等。4、检验点不仅存在于G1期，也存在于其他时期，如S期检验点、G2期检验点、纺锤体装配检验点等。9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、全部完成并与外界环境因素相联系.1011、S期：DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构12、G2期：DNA复制完成，在G2期合成一定数量的蛋白质和RNA分子主要为细胞进入M期所需的结构及功能进行准备。如合成染色质凝集和有丝分裂装置构成所必需的组分：

6、着丝点蛋白的复制。此外M期调控因子即成熟促进因子（maturation promoting factor,MPF)在G2期中逐渐形成并从非活性状态逐步转变为活化状态。G2期检验点要检查DNA是否完成复制，细胞是否已生长到合适大小。只有当所有条件都满足时，细胞才能顺利实现从G2期到M期的转化。、M 期:M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(mitosis)和减数分裂meiosis)。遗传物质和细胞内其他物质分配给子细胞。体细胞一般进行有丝分裂；成熟过程中的生殖细胞进行减数分裂。13三、细胞周期长短测定脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法流式细胞仪测定法(Flow

7、 Cytometry)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。1415自然同步化：如有一种粘菌的变形体plasmodia，某些受精卵早期卵裂 。16人工选择同步化有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞。优点是细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。缺点是分离的细胞数量少。密度梯度离心法：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 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。17药物诱导法DNA合成阻断法 G1/S-TdR双阻断法：最终将 细胞群阻断于G1/S交界处。优点是同步化效率高， 几乎适合于所有体外培养的细胞体系。缺点是诱 导

8、过程可造成细胞非均衡生长。分裂中期阻断法：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。优点是操作简便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对较大。18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，所有细胞便被同步化在细胞周期中某一特定时期。19五、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与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细胞周期。201、早期胚胎细胞的细胞周期细胞分裂快,无G1期, G2期非常短,S期也短(所有复制子都激活), 以至认为仅含有S期和M期。无需临时合成其它物质。子细胞在G1、G2期并不生长

9、，越分裂体积越小。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基本是一致的。21222、酵母细胞的细胞周期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酵母细胞周期明显特点:酵母细胞周期持续时间较短；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；在一定环境下，也进行有性繁殖。233、植物细胞的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G1期、S期、G2期和M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组装纺锤体。植物细胞以形成中板的形式进行胞质分裂。24254、细菌的细胞周期慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定相似之处。

10、其DNA复制之前的准备时间与G1期类似。分裂之前的准备时间与G2期类似。再加上S期和M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最 基本的DNA复制速度之间的矛盾26第二节 细胞分裂一、有丝分裂(mitosis)前期、前中期、中期、后期、末期、胞质分裂（一）有丝分裂过程1、前期(prophase)标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩 形成有丝分裂染色体(mitotic chromosome）这种染色体由两条染色单体(chromatid)构成2728在前期末，染色体主缢痕部位形成一种蛋白复合物称为动粒29第二个特征细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体开始装配。间期动

11、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。Golgi体、ER等细胞器解体，形成小的膜泡30312、前中期(prometaphase)核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋白中特异的Ser残基磷酸化导致核纤层解体32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；纺锤体微管捕捉住染色体后形成三种类型的微管33不断运动的染色体开始移向赤道板。细胞

12、周期也由前中期逐渐向中期运转。343、中期(metaphase)所有染色体排列到赤道板(Metaphase Plate)上，标志着细胞分裂已进入中期着丝粒微管动态平衡形成的张力确保染色体正确排列在赤道板上35364、后期(anaphase)排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离 产生向极运动后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段，即后期A和后期B 后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动 后期B，极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长，介导染色体向极运动37385、末期(telophase)染色单体到达两极，即进入了末期（telophase）, 到达两极的染色单体开始去

13、浓缩核膜开始重新组装 Golgi体和ER重新形成并生长核仁也开始重新组装，RNA合成功能逐渐恢复, 有丝分裂结束 。39406、胞质分裂(Cytokinesis)1）动物细胞胞质分裂胞质分裂(cytokinesis)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，称为分裂沟(furrow)。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41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 收缩环（contractile ring)。收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞422）植物细胞胞质分裂与动物细胞胞质分裂不同的是，植

14、物细胞胞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。43（二）与有丝分裂直接相关的亚细胞结构1、中心体有一对位于中央的中心粒和周围的无定型物质构成。两个中心粒相互成直角。每个中心粒为一个桶状结构，圆桶壁由9组三联微管构成三联微管构成的主要成分为：、微管蛋白。442、动粒与着丝粒动粒是由着丝粒结合蛋白在有丝分裂期间特别装配起来的、附着于主缢痕外侧的圆盘状结构，内侧与着丝粒结合，外侧与动粒微管结合。每一个中期染色体含有两个动粒,位于着丝粒的两侧。 哺乳动物的动粒有三个不同的区域: 即内层、中间层和外层, 直径约为200nm。中间层(middle layer)染色浅, 它将内层和外层隔开

15、，中间层有一些纤维，它起着联系内外两层结构的桥梁作用; 内层(inner layer)是染色质的特化层, 它附着在着丝粒的异染色质上; 外层(outer layer)含有与微管正端结合的蛋白质。45动粒蛋白：CENP-A 、CENP-C： :位于动粒内层CENP-B:内层的着丝粒上CENP- E：是一种驱动蛋白位于动粒外层表面的冠上，在前中期与微管结合以后逐渐转移到动粒上，到分裂后期，离开动粒转移到纺锤体的中间区。CENP-F是一种骨架蛋白，在分离前期，转移到动粒上，到分离后期转移到纺锤体的中间区，到末期再度转移到中体上。46着丝粒centromere:是在主溢痕处两条染色单体连接的中心部位，

16、即主溢痕的内部结构。着丝粒的位置时鉴定染色体类型的一个重要标记。473、纺锤体 与染色体的分离直接相关，主要由微管和微管蛋白组成，两端为星体。动粒微管连接动粒和中心体，极性微管的一端游离，从两级发出的极性微管常在赤道处搭桥。 中心体装配涉及中心体周围微管的装配和中心体分离，中心体分离需要驱动蛋白相关蛋白(kinesin related proteins KRPs)和细胞质动力蛋白(dynein)的作用。前者负责微管向正极移动，后者负责微管向负极移动。负向运动的蛋白先负责搭桥，将被结合的微管牵拉在一起，正向运动蛋白将纺锤体拉长。481）纺锤体微管类型49（三）有丝分裂过程中染色体运动的动力机制1

17、、染色体列队有数种蛋白与染色体的排队有关，包括Mad和Rub，他们可使动粒敏感化，便于微管与动粒接触。动粒被微管捕捉后如何排列在赤道板上有两种解释，即牵拉假说和外推假说。50牵拉假说（pull hypothesis)染色体向赤道板方向移动与动粒微管之延伸所产生的牵拉有关。因此当动粒微管越长时，拉力越大。当来自两极的动粒微管牵拉力相等时，染色体即稳定在赤道板上。外推假说(push hypothesis)染色体向赤道板移动，是由于星体的排斥力将染色体外推的结果。染色体距离中心体越近，星体对染色体的外推力越强，当来自两极的推力平衡时，染色体即稳定在赤道板上。512、染色体分离 后期A：微管在动粒端解

18、聚，动粒微管变短，是由于动粒蛋白沿微管向极部运动的结果。 后期B：极性微管蛋白聚合，微管拉长。52二、 减数分裂 减数分裂（Meiosis）的特点是DNA复制一次，而细胞连续分裂两次，形成单倍体的精子和卵子，通过受精作用又恢复二倍体，减数分裂过程中同源染色体间发生交换，使配子的遗传多样化，增加了后代的适应性。 减数分裂由紧密连接的两次分裂构成。通常减数分裂I分离的是同源染色体，所以称为异型分裂或减数分裂。减数分裂II分离的是姊妹染色体，类似于有丝分裂，所以称为同型分裂或均等分裂。和有丝分裂一样为了描述方便将减数分裂分为几个期和亚期。53减数分裂可分为3种主要类型：配子减数分裂（gametic

19、meiosis），也叫终端减数分裂(terminal meiosis)，其特点是减数分裂和配子的发生紧密联系在一起，在雄性脊椎动物中，一个精母细胞经过减数分裂形成4个精细胞，后者在经过一系列的变态发育，形成成熟的精子。在雌性脊椎动物中，一个卵母细胞经过减数分裂形成1个卵细胞和2-3个极体。54孢子减数分裂（sporic meiosis），也叫中间减数分裂(intermediate meiosis)，见于植物和某些藻类。其特点是减数分裂和配子发生没有直接的关系，减数分裂的结果是形成单倍体的配子体（小孢子和大孢子）。小孢子再经过两次有丝分裂形成包含一个营养核和两个雄配子（精子）的成熟花粉（雄配子体

20、），大孢子经过三次有丝分裂形成胚囊（雌配子体），内含一个卵核、两个极核、3个反足细胞和两个助细胞。55合子减数分裂（zygotic meiosis），也叫初始减数分裂(initial meiosis),仅见于真菌和某些原核生物，减数分裂发生于合子形成之后，形成单倍体的孢子，孢子通过有丝分裂产生新的单倍体后代。56一、前减数分裂间期 有丝分裂细胞在进入减数分裂之前要经过一个较长的间期，称减数分裂前间期(premeiotic interphase) 。S期持续时间较长57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S期持续时间较长同源染色体在减数分裂期I(MeiosisI)配对联会、基

21、因重组减数分裂同源染色体配对排列在中期板上,第一次分裂时,同源染色体分开减数分裂特点581、减数分裂期I（1）前期I 减数分裂的特殊过程主要发生在前期I，通常人为划分为5个时期：细线期（leptotene）、偶线期（zygotene）、粗线期（pachytene）、双线期（diplotene）、终变期（diakinesis）。这5个阶段本身是连续的，之间没有截然的界限。591）细线期: 染色体呈细线状，具有念珠状的染色粒。持续时间最长，占减数分裂周期的40%。细线期虽然染色体已经复制，但光镜下分辨不出两条染色单体。由于染色体细线交织在一起，偏向核的一方，所以又称为凝线期(synizesis)，

22、在有些物种中表现为染色体细线一端在核膜的一侧集中，另一端放射状伸出，形似花束，称为花束期。60 2）偶线期：持续时间较长，占有丝分裂周期的20%。是同源染色体配对的时期，这种配对称为联会(synapsis)。这一时期同源染色体间形成联会复合体(synaptonemal complex，SC)。在光镜下可以看到两条结合在一起的染色体，称为二价体（bivalent）。每一对同源染色体都经过复制，含四个染色单体，所以又称为四分体。613) 粗线期：持续时间长达数天，此时染色体变短，结合紧密，在光镜下只在局部可以区分同源染色体，这一时期同源染色体的非姊妹染色单体之间发生交换的时期。在果蝇粗线期SC上具

23、有与SC宽度相近的电子致密球状小体，称为重组节，与DNA的重组有关。62 4）双线期：联会的同源染色体相互排斥、开始分离，但在交叉点(chiasma)上还保持着联系。双线期染色体进一步缩短，在电镜下已看不到联会复合体。交叉的数目和位置在每个二价体上并非是固定的，而随着时间推移，向端部移动，这种移动现象称为端化(terminalization)，端化过程一直进行到中期。63 5）终变期：二价体显著变短，并向核周边移动，在核内均匀散开，由于交叉端化过程的进一步发展，交叉数目减少，通常只有一至二个交叉。终变期二价体的形状表现出多样性,如V形、O形等。核仁此时开始消失，核被膜解体。64（2）中期I核被

24、膜的破裂是前期向中期转化的标志。纺锤体侵入核区,分散于核中的四分体开始向四分体的中部移动。与有丝分裂不同的是,四分体上有四个着丝点, 一侧纺锤体只和同侧的两个着丝点相连。最后染色体排列在赤道板上。65（3）后期I同源染色体分开,发生数量的减半,而且,染色体移向两极是随机的。由于每条染色体仍含有两条染色单体,因而每个极仍含有两套染色体。不同的同源染色体对向两极的移动是随机的、独立的、父方、母方来源的染色体要发生随机组合,有利于减数分裂产物的基因组变异。66（4）末期I及间期在自然界中,末期和间期的类型有二染色体到达两极，开始去凝集，核被膜、核仁出现，胞质分裂，形成两个子细胞，分别含有每对同源染色

25、体中的一条染色体，结果数目减半。在动物就形成了两个次级精母细胞。进入间期。细胞进入末期后，不经过间期，染色体不去凝集，即进入了第二次减数分裂。大多数种类,末期和间期是在第一次及第二次减数分裂期之间的短暂停顿,在所知的生物中,未见有DNA的合成。672、第二次减数分裂1)分为前期II、中期II、后期II、末期II，前期历时很短，染色体呈线状。随着纺锤体出现，核被膜破裂，其后中期、后期和末期通常很快相继进行，与有丝分裂不同的是每个染色体只有1个拷贝，而不是两个同源的。在末期，核被膜形成围绕4个单倍体的核，形成四个单倍体细胞。完成整个减数分裂过程。2)经过第二次减数分裂，共形成4个子细胞。但它们以后

26、的命运随生物种类不同而不同。在雌性动物，第一次分裂为不等分裂，即第一次分裂后产生一个大的卵母细胞和一个小的极体，称为第一极体。第一极体将很快死亡解体，有时也会进一步分裂为两个小细胞，但没有功能。卵母细胞将继续进行第二次减数分裂，也为不等分裂。其结果是产生一个卵细胞和一个第二极体。第二极体也没有功能，很快解体。因此，雌性动物减数分裂仅形成一个有功能的卵细胞。高等植物减数分裂与动物减数分裂类似，即雄性产生4个有功能活性的精子，而雌性仅产生一个有功能活性的卵细胞。68（三）减数分裂过程的特殊结构及其变化、性染色体的分离一般：雌性XX;雄性XY或XO(无Y染色体)，正常XX象常染色体一样配对，交换和分

27、离，前期XY也可象常染色体一样配对，到第二次减数分裂，XY两条姐妹染色单体再进行分离XO第一次减数分裂X移向一极，则一个含有X，另一个不含性染色体的细胞。69、联会复合体和基因重组在减数分裂过程中发生了两种方式的遗传重组同源染色体的部分交换（基因重组）染色体分离时的自由组合（染色体组重组）。70联会复合体(synaptonemal complex, SC)的形成重组节(recombination nodules)重组节是同源染色体配对联会复合体中的球形、椭圆型或棒状的结节,直径为90nm,内含蛋白质,结构不清楚。它是一种含有多种酶的重组机器,横跨100nm的SC宽度,将父母的单体DNA, 局部

28、区域结合在一起,通过它发生活跃的重组过程。71染色体重组-交换与交叉在同源染色体联会期间，同源染色体要 发生断裂和重接，在此过程中发生同源染色体间的交换，在显微镜下可见到交叉（chiasma）。交叉(crossover)是交换的结果。72长期以来人们认为SC将同源染色体组织在一起，使伸入SC的DNA之间产生重组，但实验证明不仅SC的形成晚于基因重组的启动，而且基因突变不能形成SC的酵母中，同源染色体间照样可以发生交换。现在一般认为它与同源染色体间交换的完成有关。从形态学来看，SC形成偶线期，成熟于粗线期，并存在数天，消失于双线期。联会复合体的形成与偶线期DNA(Zyg-DNA)有关，在细线期或

29、偶线期加入DNA合成抑制剂，则抑制SC的形成。（四）减数分裂与有丝分裂的比较不同点有丝分裂是体细胞的分裂方式，减数分裂主要是产生配子的过程;有丝分裂是一次细胞周期, DNA复制一次, 分裂一次,染色体由2n2n; 减数分裂是两次细胞周期,DNA复制一次,细胞分裂两次, 染色体由2n1n;有丝分裂中,每个染色体是独立活动; 减数分裂,染色体要配对、联会、交换和交叉。73有丝分裂之前,经DNA合成,进入G2期,才进行有丝分裂;减数分裂之前,DNA合成时间很长(99.7%合成,0.3%未合成),一旦合成,即进入减数分裂期,G2期短或没有;有丝分裂时间短,1-2小时;减数分裂时间长,20多小时,至几年

30、。7475（五）减数分裂的生物学意义保证了染色体数目在世代交替中的恒定, 先减半成1n, 形成合子时, 又成为2n;染色体间分离时的重组,提供了遗传的多样性;同源染色体配对时交换重组,提高了基因内、基因间重组的频率,加快了进化的速度。76第二节 细胞周期的调控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)77一、MPF的发现及其作用成熟促进因子(maturation promoting factor，MPF）,早期称为M-期促进因子(M-phase promoting factor,

31、 MPF)，是指M期细胞中存在的促进细胞分裂的因子。Johnson和 Rao(1970)将Hela细胞同步于不同阶段，然后与M期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞融合，发现与M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(prematurely condensed chromosome，PCC)。781970年，Colorado 大学的Rao 和 Johnson 仙台病毒介导G1期细胞与M期细胞融合PCC为单线状，因DNA未复制79S期细胞与M期细胞融合S期PCC为粉末状，因DNA由多个部位开始复制；80G2期细胞与M期细胞融合G2期PCC为双线染色体，说明DNA复制已完成。818

32、2不仅同类M期细胞可以诱导PCC，不同类的M期细胞也可以诱导PCC产生，如人和蟾蜍的细胞融合时同样有这种效果，这就意味着M期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子，即成熟促进因子(maturation promoting factor，MPF)。早在1960s，Yoshio Masui发现成熟蛙卵的提取物能促进未成熟卵的生发泡破裂(Germinal Vesicle Breakdown，GVBD)，后来Sunkara将不同时期Hela细胞的提取液注射到蛙卵母细胞中，发现G1和S期的抽取物不能诱导GVBD，而G2和M期的则具有促进胚胞破裂的功能，它将这种诱导物质称为有丝分裂因子(MF)。后来在CH

33、O细胞，酵母和粘菌中也提取出相同性质的MF。这类物质被统称为MPF，MPF是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶。83处于第六期的爪蟾卵母细胞（RD前期I），具GV。84注射实验表明：孕酮诱导卵母细胞成熟；成熟卵细胞质中，含有卵母细胞成熟的因子，称做MPF。85二、P34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系 1960s L. Hartwell以芽殖酵母为实验材料，利用阻断在不同细胞周期阶段的温度敏感突变株（在适宜的温度下和野生型一样），分离出了几十个与细胞分裂有关的基因(cell division cycle gene，CDC)，如芽殖酵母的cdc28基因，在G2/M转换点发挥重要的功能。Har

34、twell还通过研究酵母菌细胞对放射线的感受性，提出了checkpoint（细胞周期检验点）的概念，意指当DNA受到损伤时，细胞周期会停下来。86 以P.Nurse为代表的另一批酵母生物学家研究不同温度下培养的裂殖酵母细胞，也分离出数十种温度敏感的突变体。这些不同的突变体在限定温度下，会滞留在细胞周期的某个阶段。这些与细胞分裂和周期调控有关的基因被称为cdc(cell division cycle)基因，根据被发现的先后顺序被命名。87 cdc2是第一个被分离出来的cdc基因，表达34kDa的蛋白，称p34cdc2。进一步研究发现其具有激酶活性，可以使许多蛋白磷酸化，在裂殖酵母的周期调控中起重

35、要作用。芽殖酵母中的一个关键cdc基因是cdc28，是第二个被分离出来的cdc基因，编码34kDa的蛋白，具有激酶活性。 p34cdc28是 p34cdc2的同源物，调控细胞周期，特别是G2/M期转变。但研究者很快发现， p34cdc28 或p34cdc2单独并不具有激酶活性，需要同相关蛋白结合后才具有活性（如p34cdc2和蛋白p56cdc13结合）。88 J.Maller和P.Nurse实验室很快证明爪蟾卵中的p32与p34cdc2是同源物。与此同时，T.Hunt实验室等以海胆卵为材料研究细胞周期调控，发现一类与细胞分裂有关的蛋白，称为周期蛋白(cyclin)。然后J.Maller和T.H

36、unt实验室合作，发现周期蛋白B，证明与p45和cyclin B为同源物。1988年M. J. Lohka 纯化了爪蟾的MPF，经鉴定由32KD和45KD两种蛋白组成，二者结合可使多种蛋白质磷酸化。MPF=p34cdc2+cyclin B892001年10月8日,L.Hartwell、P. Nurse、T.Hunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。90三、CDK激酶和CDK激酶抑制物 在酵母cdc2和cdc28基因被分离后，得到了一系列与cdc2相关的基因。他们有两个共同的特点，一是含有一段类似的氨基酸序列，二是都可以同周期蛋白结合。统称为周期蛋白依赖性蛋白激酶，CDK激酶。

37、已经命名的CDK激酶包括：CDK1-8。各种CDK分子都含有一段类似的CDK激酶结构域，其中一段PSTAIRE的序列相当保守，与周期蛋白的结合有关。另外，一些位点的磷酸化与激酶的活性有关。 CDK激酶效应：将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失，将H1磷酸化导致染色体的凝缩等等。这些效应的最终结果是细胞周期的不断运行，起核心调控作用，因此，CDK激酶和其调节因子又被称作细胞周期引擎。91与cdc2类似的CDK蛋白分子图解92 细胞中还具有细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CDKinhibitor，CKI）对细胞周期起负调控作用，目前发现的CDKI分为两大家族： Ink4:P16ink4a、P

38、15ink4b、P18ink4c、P19ink4d，特异性抑制cdk4cyclin D1、cdk6cyclin D1复合物。 CIP/Kip：包括P21cip/waf1 、P27kip1、P57kip2等，能抑制大多数CDK的激酶活性，P21cip/waf1还能与DNA聚合酶的辅助因子PCNA结合，直接抑制DNA的合成。93四、周期蛋白 自发现周期蛋白后，在不长的时间里有数十种周期蛋白被克隆和分离。如酵母的Cln1,Cln2,Clin3,Clb1-Clb6，在脊椎动物的A1-2、B1-3 、C、 D1-3、E1-2、F、G、H等。各类周期蛋白均含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框

39、，介导周期蛋白与CDK结合，表现不同的CDK激酶活性。 M期周期蛋白分子的近N端含有一段9个氨基酸组成的破坏框，参与泛素介导的周期蛋白A和B的降解。G1期周期蛋白分子的C端含有一段特殊的PEST序列，可能与G1期周期蛋白的更新有关。94周期蛋白分子结构特征95 不同周期蛋白的表达时期不同，与不同的CDK结合，调节不同CDK激酶的活性。 部分哺乳动物和酵母细胞周期蛋白在细胞周期中的积累及其与CDK激酶活性的关系。96979899100101DNA复制当且仅当一次1、DNA的复制是由起始复制点（origins of replication）开始的，散布在染色体上。在整过细胞周期中，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。2、