细胞分裂和细胞周期

细胞分裂和细胞周期

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一切细胞来自细胞1整理ppt“一切细胞来自细胞〞2整理ppt细胞周期是指由细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的过程。分裂期〔M期〕：〔无丝分裂、有丝分裂、减数分裂〕前期，中期，后期，末期间期：DNA合成前期〔G1期〕DNA合成期〔S期〕DNA合成后期〔G2期〕3整理ppt一、无丝分裂〔amitosis〕

特点：1.不形成纺缍体，也不形成染色体；

2.遗传物质不一定平均分配到两个子细胞。4整理ppt二、有丝分裂〔mitosis〕有丝分裂分期：间期(interphase〕；前期(prophase)；前中期(premetaphase)中期(metaphase)；后期(anaphase)；末期(telophase)。

其中间期包括G1期、S期和G2期，主要进行DNA复制、中心体复制、细胞体积增大等准备工作。5整理ppt1〕前期特征：染色质凝集、分裂极确定、核仁缩小并解体。凝缩蛋白和染色体凝集

染色体结构维持蛋白(SMC)是20世纪90年代初发现的一类蛋白。凝缩蛋白(condensin)由两个SMC亚基〔Smc2,Smc4〕和三个非SMC亚基组成,是染色质的构成局部,参与有丝分裂染色体集缩和别离。粘连蛋白(cohesin)由smc1,smc3,scc1,scc3组成蛋白复合体，促成姐妹染色体之间的缔合。6整理ppt1〕微管的极性〔复习：细胞骨架内容〕微管的组装和极性微管是以αβ二聚体作为根本构件进行组装的，并且是以首尾排列的方式进行组装，所以每一根原纤维都有相同的极性(方向由负极到正极)，这样,组装成的微管的一端是α-微管蛋白亚基组成的环，而相对的一端是以β-微管蛋白亚基组成的环。极性的另一层涵义是两端的组装速度是不同的,正端生长得快,负端那么慢,同样,如果微管去组装也是正端快负端慢分裂极确定：马达蛋白与中心体极向移动7整理ppt2〕体内组装微管组织中心〔microtubuleorganizingcenter，MTOCs〕微管进行组装的区域，着丝粒、成膜体、中心体、基体均具有微管组织中心的功能。所有微管组织中心都具有γ微管球蛋白，这种球蛋白的含量很低，可聚合成环状复合体，像模板一样参与微管蛋白的核化，帮助α和β球蛋白聚合为微管纤维。8整理ppt体内组装9整理ppt

微管结合而起运输作用的马达蛋白有两大类：驱动蛋白kinesin，动力蛋白dynein，两者均需ATP提供能量。A.驱动蛋白〔kinesin〕：发现于1985年，是由两条轻链和两条重链构成的四聚体，外观具有两个球形的头〔具有ATP酶活性〕、一个螺旋状的杆和两个扇子状的尾。向着微管〔+〕极运输小泡。10整理pptB.动力蛋白(Dynein):发现于1963年，由两条相同的重链和一些种类繁多的轻链以及结合蛋白构成。其作用主要有以下几个方面：在细胞分裂中推动染色体的别离、驱动鞭毛的运动、向着微管〔-〕极运输小泡。11整理ppt12整理ppt马达蛋白与中心体极向移动①动粒微管〔kinetochoremt〕：由中心体发出，连接在着丝点上，负责将染色体牵引到纺锤体上，着丝点上具有马达蛋白。②星体微管〔astralmt〕：由中心体向外放射出，末端结合有分子马达，负责两极的别离，同时确定纺锤体纵轴的方向。③极性／重叠微管〔polarmt或overlapmt〕：由中心体发出，在纺锤体中部重叠，重叠部位结合有分子马达，负责将两极推开。有两类马达蛋白参与染色体、分裂极的别离，一类是dynein，另一类是kinesin。13整理ppt14整理ppt2〕前中期特点：核膜崩解，纺锤体形成，染色体向赤道面移动。核膜崩解和蛋白质磷酸化。15整理ppt纺锤体形成及其机制纺锤体(SpindleApparatus)产生于细胞分裂细胞分裂前初期(Pre-Prophase)到末期(Telophase)的一个特殊细胞器。其主要元件包括微管(Microtubules)，附着微管的动力分子分子马达(Molecularmotors),以及一系列复杂的超分子结构。一般来讲，在动物细胞中，中心体也是纺锤体的一局部。动粒微管形成：16整理ppt(复习：细胞核内容)着丝粒及动粒着丝粒：染色体中将两条姐妹染色单体结合起来的区域。由无编码意义的高度重复DNA序列组成，一般位于染色体的主缢痕或染色体端部，使姐妹染色单体连在一起，在其两侧各有一由蛋白质构成的动粒。动粒：由多种蛋白质在有丝分裂染色体着丝粒部位形成的一种圆盘状结构。微管与之连接，与染色体别离密切相关。每一个中期染色体含有两个动粒，位于着丝粒的两侧。动粒结构域：内板＋中间间隙＋外板中心结构域：富含高度重复DNA序列，高度浓缩的异染色质所组成。配对结构域：姐妹染色单体间的相互作用位点，的蛋白有内部着丝粒蛋白(INCENP)和染色单体连接蛋白(CLIPS)。17整理ppt18整理ppt中心体放出星体纤维和动粒结合，动粒微管形成。染色体沿该微管向中心粒移动。来自纺锤体另一面的微管结合于染色体另一姐妹染色单体的动粒上，实现了纺锤体双极对染色体的稳定附着。19整理ppt3〕中期(metaphase)特点：染色体到达最大程度的聚集，赤道板形成。20整理ppt4)后期〔anaphase〕特点：姐妹染色单体别离，子代染色体形成并移向细胞两极。别离染色单体的极向运动依靠纺锤体微管的牵引完成，包括过程微管正端的微管蛋白去组装，缩短长度，带动染色体的动粒向两极移动。通过使极性微管延长，细胞两极间距离增大，使染色体发生极向运动。21整理ppt22整理ppt5〕末期(telophase)特点：从子染色体到达两极，至形成两个新细胞为止的时期。涉及子核的形成和胞质分裂两个方面。23整理ppt6)胞质分裂特点：胞质收缩环〔肌动蛋白、肌球蛋白II、及多种结构蛋白、调节蛋白组成的环状结构。〕24整理ppt三、减数分裂〔meiosis〕定义：减数分裂是有性生殖个体形成生殖细胞过程中发生的一种特殊分裂方式。经两次细胞分裂，而DNA只复制一次，因此子细胞中染色体数目减半〔2n→n〕。对维持世代遗传的稳定性、生物变异及多样性具有一定作用。25整理ppt26整理ppt减数分裂I前期I:减数分裂的特殊过程主要发生在前期I①细线期〔leptotene〕②合线期〔zygotene〕③粗线期〔pachytene〕④双线期〔diplotene〕⑤终变期〔diakinesis〕27整理ppt细线期：染色质开始凝集呈细丝状。偶线期〔合线期〕：特点：同源染色体配对——联会〔synapsis〕。联会：细线期中两条同源染色体随机排列，到了偶线期同源染色体与核膜相连的局部〔端粒〕移位在一起，然后它们的侧面沿中轴紧密相贴进行配对，形成四分体。联会复合体：在联会部位〔紧密相贴处〕形成一种特殊结构，沿同源染色体纵轴分布，该结构由蛋白质构成，可分为侧生组分和中央组分，是一暂时性的结构。28整理ppt29整理ppt粗线期：染色体明显变粗变短；同源染色体的非姊妹染色单体间发生DNA的片断互换〔crossing-over)，在光镜下可看到交叉(chiasma)现象，可产生新的等位基因组合。30整理ppt双线期：同源染色体开始逐渐分开，但仍有几处相连；

联会复合体消失。终变期：染色体进一步浓缩，交叉端化。2.中期Ⅰ

二价体排列在赤道面上，染色体的形态因着丝粒位置不同而异。3.后期Ⅰ

同源染色体在纺缍丝牵引下向两极移动，非同源染色体自由组合。4.末期Ⅰ

两极各得到n条染色体，数目由2n→n。31整理ppt减数分裂II可分为前、中、后、末四个四期，与有丝分裂相似。一个精母细胞形成4个精子；一个卵母细胞形成一个卵子及2-3个极体。

32整理ppt33整理ppt减数分裂的生物学意义：使有性生殖生物体的染色体数目世代保持恒定。同源染色体配对、交换重组、非同源染色体自由组合形成了众多的由不同染色体组成的配子〔223〕，增加了变异性，扩大了后代的变异范围，增强了个体对环境的适应性。为遗传三大定律的细胞学根底。基因的分离定律基因的自由组合定律基因的连锁和交换定律34整理ppt35整理ppt四、细胞周期

1、概念：由细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的过程。间期〔Interphase〕:G1-S-G2分裂期〔Mphase〕:Mitosis,Cytokinesis36整理pptLelandHartwellBiodesignInstituteCo-director,CenterforSustainableHealthPaulNurseChiefExecutiveandDirectorFrancisCrickInstituteTimothyHuntCancerResearchUKSouthMimmsUniversityofCambridge这一研究成果有可能对于攻克癌症这种顽症有重大的启示作用。所有癌细胞的循环周期中都存在缺陷，此项重大的发现只是为研究这一循环周期对癌细胞的影响打下了一个根底。2001年诺贝尔生理医学奖---细胞周期调控机理37整理pptRao和Johnson(1970、1972、1974)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(prematurelycondensedchromosome，PCC)，这种现象叫做早熟染色体凝集(prematurechromosomecondensation)。G1期PCC为单线状，因DNA未复制。S期PCC为粉末状，因DNA由多个部位开始复制。G2期PCC为双线染色体，说明DNA复制已完成。38整理ppt1960sLelandHartwell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，别离出了几十个与细胞分裂有关的基因(celldivisioncyclegene，CDC)。如芽殖酵母的cdc28基因，在G2/M转换点发挥重要的功能。Hartwell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。39整理ppt1970sPaulNurse等人以裂殖酵母为实验材料，同样发现了许多细胞周期调控基因，如：裂殖酵母cdc2、cdc25的突变型和在限制的温度下无法分裂；wee1突变型那么提早分裂，而cdc25和wee1都发生突变的个体却会正常地分裂。进一步的研究发现cdc2和cdc28都编码一个34KD的蛋白激酶，促进细胞周期的进行。而weel和cdc25分别表现为抑制和促进CDC2的活性。40整理ppt1983年TimothyHunt首次发现海胆卵受精后，在其卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期剧烈振荡，在每一轮间期开始合成，G2/M时到达顶峰，M结束后突然消失，下轮间期又重新合成，故命名为周期蛋白(cyclin)。后来在青蛙、爪蟾、海胆、果蝇和酵母中均发现类似的情况，各类动物来源的细胞周期蛋白mRNA均能诱导蛙卵的成熟。41整理ppt细胞周期的生物化学事件G1期---DNA合成前期DNA复制相关蛋白的合成细胞生长相关蛋白的合成触发蛋白等的合成S期---DNA合成期

DNA和组蛋白合成中心粒复制G2期---DNA合成后期

微管及其染色体凝集相关蛋白合成M期---有丝分裂,减数分裂

42整理ppt细胞周期长度SomeeukaryoticcellcycletimesThegreatestvariationoccursinthedurationofG1增殖型细胞：细胞周期中能持续分裂的细胞，包括上皮基底型细胞、局部骨髓细胞、性细胞等。暂不增殖型细胞：细胞在受到刺激后进入细胞周期开始分裂的细胞，包括肝脏和肾脏细胞等。不增殖型细胞：结构和功能都高度特化的，致死也不分裂的细胞，包括神经细胞、肌肉细胞及成熟红细胞等。43整理ppt2.细胞周期调控1〕细胞周期所需蛋白和激酶特点：在细胞周期中呈周期性变化。含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框，介导周期蛋白与CDK结合。作用：激活CDK，引导CDK作用于不同底物。30余种，在脊椎动物中为A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等。分为4类：G1型、G1/S型、S型、M型。细胞周期蛋白〔cyclin〕44整理ppt45整理ppt细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶〔cyclin-dependentkinase，Cdk〕在动物中8种CDK。均含有一段相似的激酶结构域，这一区域有一段保守序列，即PSTAIRE，与周期蛋白的结合有关。CDK活性周期性变化启动和调节DNA复制、有丝分裂与细胞质分裂。46整理pptCDK种类可能结合的周期蛋白执行功能的可能时期CDK1（p34cdc2

）A，B1，B2，B3G2/MCDK2A，D1，D2，D3，EG1/S，SCDK3G1/SCDK4D1，D2，D3G1/SCDK5D1，D3CDK6D1，D2，D3G1/SCDK7HCDK8C47整理pptCDK/cyclin复合体

脊椎动物

芽殖酵母

激酶复合体

Cyclin

CDK

Cyclin

CDK

G1-CDK

CyclinD*

CDK4、6

Cln3

CDK1(CDC28)

G1/S-CDK

CyclinE

CDK2

Cln1、2

CDK1(CDC28)

S-CDK

CyclinA

CDK2

Clb5、6

CDK1(CDC28)

M-CDK

CyclinB

CDK1(CDC2)

Clb1-4

CDK1(CDC28)

48整理ppt2〕细胞周期蛋白依赖性激酶的活化Cdk的两个氨基酸残基位点的磷酸化和其活性有密切的关系。Thr161位于T环上，磷酸化后结合能力增强，Cdk活性增高。Tyr15存在于Cdk与ATP结合的区域，其磷酸化发生于Thr161前。当Thr161被磷酸化后，Tyr15再发生去磷酸化，cdk被激活49整理ppt细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白〔Cdkinhibitorprotein，CKI〕

CDKinhibitor,CKI对细胞周期起负调控作用，分为：①Ink4(Inhibitorofcdk4):P16ink4a,P15ink4b,P18ink4c,P19ink4d。特异性抑制cdk4·cyclinD1,cdk6·cyclinD1。②Kip(Kinaseinhibitionprotein)：P21cip1

、P27kip1、P57kip2，抑制大多数CDK的激酶活性。P21cip1还能与DNA聚合酶δ的辅助因子PCNA结合，直接抑制DNA的合成。50整理ppt51整理ppt3〕细胞周期蛋白依赖性激酶的抑制CDI的抑制作用Cdk的磷酸化调控〔Weel促磷酸化，Cdc25去磷酸化〕52整理pptSKP1-CUL1-F-box-proteincomplex(SCF)andtheAPC/CSCFactivityisinvolvedinG1/Stransition,whereasAPC/CregulatestheprogressionthroughmitosisandG14〕细胞周期蛋白及其激酶的泛素化降解53整理ppt54整理ppt2、细胞周期各期特点和调控G1期(gap1):指从有丝分裂完成到DNA复制之前的间隙时间，染色质去凝集，合成某些RNA及蛋白质，为DNA复制作准备。RNA聚合酶活性增高，蛋白质含量增加。触发蛋白,钙调蛋白蛋白质磷酸化〔组蛋白和非组蛋白〕。细胞膜对物质的转运作用增强。55整理pptG1期调控G1期周期蛋白G1期周期蛋白激酶蛋白底物作用D(D1,D2,D3)CDK4,CDK6RBG1/S期转化所必需ECDK2p107S期启动所必需A？CDK2p107G1/S期转化和DNA复制56整理ppt57整理pptS期〔synthesisphase〕DNA复制期DNA复制组蛋白合成组蛋白持续磷酸化中心粒复制58整理pptS期调控复制前复合体〔pre-RC〕:起点识别复合体〔ORC〕+Cdc6+Mcm

S-Cdk〔cyclinA+Cdk2):ORC磷酸化激活复制点，激活Mcm的解旋酶功能；复制后磷酸化复制前复合体使Cdc6降解，同时使Mcm向核外转运，阻止DNA复制再次启动。磷酸化cdc6、ORC、Mcm59整理pptG2期(gap2):指DNA复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间.合成某些RNA及蛋白质，其它结构物质和亚细胞结构也为细胞分裂进行了必要的准备。合成纺锤丝所需的微管蛋白促成熟因子〔MPF〕形成分裂期所需的蛋白质中心体体积增大移向两极60整理pptRao和Johnson将Hela细胞同步于不同阶段，然后与M期细胞混合，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，这种现象叫做早熟染色体凝集。提示M期中有促进染色质凝集的因子早在1960’s，Y.Masui等首先在非洲爪蟾中发现，成熟卵母细胞中存在一种物质，把这种物质注射到未成熟卵母细