细胞生物学（王金发版）第十二章 细胞周期与细胞分裂

第十二章细胞周期与细胞分裂12.1细胞周期12.1.1细胞周期过程变化12.1.2细胞周期调控12.1.2.1细胞周期调控模型12.1.2.2细胞周期调控12.1.2.3细胞周期关卡12.2细胞分裂12.2.1有丝分裂12.2.1.1有丝分裂时相及变化事件12.2.1.2有丝分裂机制12.2.2减数分裂12.2.2.1减数分裂时相及变化事件12.2.2.2减数分裂机制12.2.2.3减数分裂生物学意义12.1细胞周期12.1.1细胞周期过程（1）细胞周期时相及其活动=1\*GB3①G1期：细胞生长期，变化大。rRNA合成，蛋白质、糖类、脂质大量合成，末期DNA合成酶活性上升。=2\*GB3②S期：组蛋白的合成，及DNA的复制。DNA复制有顺序，常染色质、转录DNA、富含GC的DNA先转录。=3\*GB3③G2期：大量合成ATP、RNA、微管蛋白等，为有丝分裂做好准备。=4\*GB3④M期：进行有丝分裂，包括核分裂及胞质分裂。（2）细胞周期内细胞形态的变化=1\*GB3①细胞形态的变化：S期细胞扁平，紧贴培养瓶壁，表面微绒毛和小泡很少；G2后期细胞逐渐变为球状，表面微绒毛开始增多，容易与培养瓶壁分离；M期细胞呈球形。=2\*GB3②染色体的变化（后面）=3\*GB3③细胞器分裂和片段化：线粒体与叶绿体能够与细胞分裂同步，其它膜结合细胞器断成片段。（3）细胞周期的研究方法=1\*GB3①细胞同步化：诱导同步化；选择同步法。=2\*GB3②条件突变体的利用：温度敏感型突变体。12.1.2细胞周期调控基本组件：细胞周期的START基因，周期关键调节蛋白CDK（周期蛋白依赖性蛋白激酶），周期蛋白cyclin。关键事件：DNA复制，染色质凝聚，姐妹染色体分向两极，胞质分裂。12.1.2.1真核细胞周期调控模型控制细胞周期的三类CDK蛋白复合物：G1期、S期、有丝分裂期CDK复合物。=1\*GB3①G1期CDK复合物：G1期表达，受促分裂原的磷酸化诱导合成与激活。作用为激活DNA复制所需的酶类，及编码S期CDK复合物的合成，同时诱导S期CDK复合物抑制物的降解。促使G1期细胞进入S期。=2\*GB3②S期CDK复合物（SPF）：将DNA预复制起始复合物的蛋白质调节位点磷酸化，激活预复制起始复合物，启动DNA复制，同时阻止新的预起始复合物的装配。=3\*GB3③有丝分裂CDK复合物（MPF）：S期及G2期表达合成，但活性在DNA复制完成前受抑制。激活后诱导染色体凝聚、核膜解体、有丝分裂器的装配、凝聚染色体在中期赤道板上排列。有丝分裂CDK复合物激活后期启动复合物（APC），将后期抑制物通过遍在蛋白介导的蛋白酶解作用降解，导致将姐妹染色单体结合在一起的蛋白复合物失活，姐妹染色单体分向两极。同时APC也可诱导有丝分裂CDK复合物周期蛋白通过相同的机制降解，使得分离的姐妹染色单体去凝聚、核膜重建、胞质分裂，最后形成子细胞。MPF主要有四方面的作用：将核纤层磷酸化导致核膜解体；磷酸化凝聚蛋白，介导染色质凝聚；通过对GM130的磷酸化，导致内质网和高尔基体破裂形成小囊泡；磷酸化微管结合蛋白，是微管快速去聚合，形成中心粒的星微管。=4\*GB3④下一个细胞周期的G1期早期，激活的磷酸酶将预复制起始复合物的蛋白质去磷酸化，然后在DNA复制位点重新组装成复制起始复合物。G1期CDK复合物在G1期后期将APC复合物中的Cdh1磷酸化并使之失活，使有丝分裂周期蛋白得以在S期及G2期积累。12.1.2.2细胞周期调控（1）裂殖酵母的细胞周期调控裂殖酵母的MPF由周期蛋白Cdc13及调节蛋白Cdc2组成，Cdc2有三个磷酸化位点，两个为抑制型的磷酸化位点，一个为激活型的磷酸化位点。其MPF的调节机制：Wee1激酶将两个抑制型磷酸化位点（Thr14、Tyr15）磷酸化，抑制MPF的活性；CAK激酶将激活型的磷酸化位点（Thr161）磷酸化，最大限度地激活MPF的活性，但只有当Cdc25将Thr14、Tyr15位点去磷酸化后，CAK才能激活MPF。调控G2期进入M期。（2）芽殖酵母的细胞周期调控MPF由Cdc28（相当于Cdc2）及多种周期蛋白组成。调控从G1期进入S期。（3）哺乳动物的细胞周期调控限制点：从G1期控制进入S期的调节点。MPF由一个小型CDK家族调节。12.1.2.3细胞周期关卡（1）三个主要关卡：=1\*GB3①G1关卡（限制点）：检测环境的大小和环境状态。=2\*GB3②G2关卡：检测细胞大小，细胞所处的状态及DNA是否复制完毕。=3\*GB3③中期关卡：检测染色体是否与纺锤体相连，并排列在赤道板上。（2）其它检测事件=1\*GB3①DNA复制不完全：未复制DNA识别及MPF活性抑制。=2\*GB3②纺锤体装配不正常=3\*GB3③DNA损伤：受损伤的DNA能够稳定P53，并使之激活P21，抑制CDK复合物活性。12.2细胞分裂12.2.1有丝分裂12.2.1.1有丝分裂时相及变化事件前期：染色质凝聚、核膜解体、核仁消失、纺锤体出现确定分裂极。前中期：纺锤体装配，形成动力微管。中期：染色体移动到赤道板上。后期：姐妹染色单体分开，被拉向两极。末期：核膜围绕染色体重建，染色体解螺旋，形成核仁。胞质分裂及植物细胞壁的形成。12.2.1.2有丝分裂机制（1）有丝分裂器指导染色体移动有丝分裂器由中心粒形成，分为三种微管：动粒微管、极微管、星微管。动粒微管“+”端插入动力的外层，微管蛋白分子和动粒蛋白分子有亲和力，且有动力蛋白与微管结合。极微管为从两个中心粒发出的微管在中间部位结合。星微管相对于染色体的反方向，固定于膜上。染色体运动：=1\*GB3①后期A，由动粒微管的“+”端去聚合，以及动力蛋白的运输将染色体拉向两极；=2\*GB3②后期B，从动粒微管上解聚下来的微管蛋白在极微管的“+”端聚合，然后两个极微管发生滑动，将染色体推向两极。（2）胞质分裂由肌动蛋白和肌球蛋白在膜下形成一收缩环。在有丝分裂的早期，MPF活性升高，使肌球蛋白的轻链磷酸化，抑制了与肌动蛋白的结合，后期结束时，由于MPF的失活，肌球蛋白的轻链去磷酸化，收缩完成胞质分裂。（3）核重建前期核纤层因为MPF磷酸化导致核膜解体，形成核膜小泡；MPF失活后，核膜小泡重新围绕染色体组装成核膜，包括核孔复合体及新的核纤层。核内蛋白通过核定位信号进入核内。12.2.2减数分裂12.2.2.1减数分裂时相及变化事件（1）第一次减数分裂前期I：=1\*GB3①细线期，染色质凝聚，DNA发生断裂，重组发生，有核、核仁及转录活动；=2\*GB3②偶线期，染色质进一步凝聚，联会发生，同源染色体先在若干接触点接触，再配对形成联会复合体；=3\*GB3③粗线期，染色体变短，重组进行，形成重组结，P-DNA合成，大核仁存在；=4\*GB3④双线期，染色体去凝聚，联会复合体消失，形成交叉，多个核仁形成，RNA活跃合成，持续时间长；=5\*GB3⑤终变期，染色质重新凝聚，核仁消失，同源染色体交叉端化，核膜解体，纺锤体形成。中期I（类似有丝分裂）后期I（类似有丝分裂）末期I（类似有丝分裂）分裂间期：两种类型：完全回复到间期核状态；保持染色体凝聚状态。（2）