第十三章 细胞分裂与细胞周期课件

第十三章细胞分裂与细胞周期第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂细胞分裂：一个亲代细胞形成两个子代细胞的过程。第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂一、无丝分裂（直接分裂）1.过程：DNA复制——细胞核增大拉长——高尔基体位移至中心体——胞核断裂——胞质断裂分离。期间不涉及纺锤体形成及染色体变化，故称为无丝分裂.2.特点：子代获得遗传物质和胞质成分不一定均等。3.优点：快速，能耗少，分裂过程中仍可行使功能。4.存在于低等生物或动物的创伤、癌变和衰老组织中，可与有丝分裂相互转化。第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂二、有丝分裂(mitosis)又称间接分裂(indirectdivision),特点是有纺锤体的出现和染色体的变化,最终子染色体被平均分配到子细胞,普遍存在于高等动植物.子细胞染色体数目保持恒定,从而维持了遗传的稳定性。

间期

分裂期:前期、中期、后期、末期。第十三章细胞分裂与细胞周期第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂（一）分裂前期：染色质凝集：染色质纤维螺旋化，形成染色体，着丝粒两侧附着动粒，组蛋白磷酸化。核仁消失，rRNA合成停止第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂中心体分离移动到细胞两极，形成星体第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂核膜破裂，染色体向赤道面移动，纺锤体形成第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂纺锤体：由大量微管纵向排列组成的中间宽两极小的细胞器,对细胞分裂和染色体分离有重要作用，形似纺锤,故称纺锤体(spindle).重叠微管：一极与另一极相连的纺锤丝,但绝大多数极间丝(连续丝)并非真正连续,而是来自两极的微管在赤道面彼此相搭,侧面结合.动粒微管:一端由极部发出,另一端结合到着丝点上的微管.

星体微管:围绕中心粒向外辐射状发射的微管，在纺锤体形成过程中起主导作用第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂（二）分裂中期：染色体到达最大程度的凝集染色体着丝粒分布于同一平面，两端微管长度相等，动力平衡有丝分裂器：染色体，星体，中心粒和纺锤体构成第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂（三）分裂后期（分为后期A和后期B）1.姐妹染色单体分离——着丝粒分离2.染色单体向极运动前期——纺锤体微管牵引（后期A）3.染色单体向极运动后期——纺锤体拉长，重叠微管长度增长及彼此间滑动（后期B）第十三章细胞分裂与细胞周期第十三章细胞分裂与细胞周期第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂（四）分裂末期细胞核形成：组蛋白去磷酸化，染色体解旋为染色质，核仁形成，rRNA合成，核膜组装。纺锤体解聚，形成中体，收缩环形成，胞质分裂。第十三章细胞分裂与细胞周期第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂三、减数分裂有性生殖细胞成熟过程中，DNA只复制一次，细胞连续分裂两次，成为仅具有单倍体遗传物质的配子细胞过程。对于维持生物世代遗传的稳定性具有重要意义。第一次减数分裂第二次减数分裂第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂（一）第一次减数分裂间期：S期持续时间长,且DNA进行不完全复制,复制总量的99.7-99.9%.1.前期I细线期：染色质开始凝集，同源染色体开始配对。染色体仍呈细线状，通过端粒附着于核膜上。偶线期：同源染色体配对（联会），形成二价体/四分体，可能与端粒对核膜的附着有关。合成Z-DNA第十三章细胞分裂与细胞周期侧生成份：蛋白质和DNA中央成分重组小节L-C纤维第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂联会复合体：第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂粗线期：染色体进一步凝集，同源染色体交换重组（形成重组小结），核仁融合为一个，合成P-DNA，保持染色体完整性。合成减数分裂期专用的组蛋白.双线期：同源染色体去联会，残留接触点（交叉），交叉端化。此期持续时间较长。终变期：染色体再凝集，交叉在端部。核仁核膜消失，形成纺锤体。中心体复制完成，并向两级移动。第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂2.中期I：四分体排列于赤道面。3.后期I：同源染色体分离，向两级随机移动。4.末期I：染色体去凝集（或不去），核仁出现，胞质分裂。子代细胞染色体数为亲代细胞的一半。（二）短暂间期：时间较短，无DNA合成（三）第二次减数分裂：与有丝分裂类似，姐妹染色单体分离，染色体数目不变。第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂第十三章细胞分裂与细胞周期第一节细胞分裂减数分裂的意义：

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,是遗传、发育和遗传多样性的重要保证第十三章细胞分裂与细胞周期第二节细胞周期及调控一、细胞周期的基本概念从一次细胞分裂结束开始到下一次细胞分裂结束为止所经历的整个过程.细胞周期分为：物质积累期(间期或静止期)和细胞分裂期(M期).第十三章细胞分裂与细胞周期第二节细胞周期及调控CellCycle有丝分裂期（M期）前期中期后期末期分裂间期G1期S期G2期G0期准备DNA复制，合成多种蛋白质DNA复制准备细胞分裂第十三章细胞分裂与细胞周期第二节细胞周期及调控同种细胞间周期时间长短相似或相同;不同种类细胞间,周期长短差别很大.S+G2+M的时间变化较小,细胞周期时间长短差别在G1期.部分细胞的细胞周期没有G1、G2期第十三章细胞分裂与细胞周期第二节细胞周期及调控二、细胞周期各时的动态变化与生物大分子的合成（一）G1期：1.活跃的RNA和蛋白质合成，为S期DNA复制起始和延伸所必须的酶和其他蛋白质。2.多种蛋白质磷酸化修饰，包括组蛋白、非组蛋白和激酶3.物质转运作用加强第十三章细胞分裂与细胞周期第二节细胞周期及调控（二）S期：1.DNA复制2.合成组蛋白和非组蛋白3.组蛋白持续磷酸化4.中心粒复制（三）G2期：1.合成大量RNA,ATP及相关蛋白质，如微管蛋白，成熟促进因子等2.中心粒分离并向细胞两极移动（四）M期：1.有丝分裂期，形态结构显著改变。2.蛋白含量低，RNA合成受抑制。第十三章细胞分裂与细胞周期第二节细胞周期及调控三、细胞周期的调控（一）细胞周期蛋白与细胞周期蛋白依赖激酶(Cyclin-CDK)构成细胞周期调控系统的核心1.细胞周期蛋白(Cyclin)真核细胞中随着不同细胞周期有规律地出现及消失的一类蛋白家族。第十三章细胞分裂与细胞周期第二节细胞周期及调控Cyclin的降解：CyclinA,B：蛋白N端的破坏框CyclinC,D,E：蛋白C端的PEST序列泛素化降解：泛素活化酶E1活化——转移到泛素结合酶E2——泛素连接酶E3将其连接到蛋白质赖氨酸残基处——重复依次将泛素连接——蛋白酶体识别并降解被泛素修饰的蛋白第十三章细胞分裂与细胞周期第二节细胞周期及调控2.细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)：必须与相应的Cyclin相结合，暴露活性位点必须被多重磷酸化（14Thr,15Tyr,161Thr）CKI蛋白对于CDK活性负调节第十三章细胞分裂与细胞周期第二节细胞周期及调控3.Cyclin/CDK复合物的调节作用1).G1期CyclinD/CDK4,6——磷酸化转录因子——G1向S期转变CyclinE/CDK2——磷酸化转录因子——S期起始磷酸化S期CKI——S期CKI被泛素化降解——S期Cyclin/Cdk复合物活性被激活第十三章细胞分裂与细胞周期第二节细胞周期及调控2).S期CyclinD,E/Cdk复合物不可逆降解CyclinA/Cdk复合物形成——启动DNA复制，阻止已复制DNA再复制3).G2/M期CyclinB/Cdk1（成熟促进因子,MPF）形成——促进细胞向M期转换Cdk1:本身为激酶，被去磷酸化激活CyclinB：调节活性，选择底物MPF：磷酸化组蛋白，染色体凝集蛋白，核纤层蛋白，APC，肌动蛋白和肌球蛋白。第十三章细胞分裂与细胞周期第二节细胞周期及调控（二）细胞周期检测点：细胞中存在着一系列监控系统，对细胞周期发生的重要事件及出现的故障加以检测，只有当这些事件完成或故障修复后，才允许细胞周期进一步运行，该监控系统即为检测点(Checkpoint)。1.未复制DNA检测点：ATR与Chk1识别未复制完成的DNA——磷酸化(抑制)cdc25——抑制CyclinA/B-Cdk1复合物2.纺锤体组装检测点：Mad2识别未与纺锤体微管相连的动粒——抑制cdc20——抑制APC活性——securin降解受阻3.染色体分离检测点：分裂后期子代细胞中特有的GEF作用并活化Tem1，水解GTP激活Cdc14，促使CyclinB磷酸化后被泛素化降解，使MPF失活。（出芽酵母中）4.DNA损伤检测点：DNA损伤，激活Chk2——磷酸化Cdc25，泛素化降解——Cdk2无法去磷酸化——CyclinE/A-Cdk2失活——细胞周期停止；ATM/ATR激活——磷酸化p53——激活如p21表达——抑制细胞周期第十三章细胞分裂与细胞周期第二节细胞周期及调控（三）多种因素与细胞周期调控密切相关1.生长因子：通过与特异性受体结合，经信号转导和传递影响周期，大多影响位点在G1/S期，可产生促进或抑制效应。2.抑素：细胞自身分泌的抑制细胞周期的糖蛋白，主要影响位点在G1期末（S因子）或G2期末（M因子），具有组织特异性。3.cAMP与cGMP：cAMP抑制，cGMP促进细胞周期，两者相互拮抗。4.RNA间接因子SR蛋白及SR蛋白特异的激酶：SRPK1特异性磷酸化修饰并调控SR活性，与细胞周期呈相关性变化。第十三章细胞分裂与细胞周期第二节细胞周期及调控四、癌基因和抑癌基因在细胞周期调控中的作用病毒癌基因(V-onc):逆转录病毒基因组中具有的异常活化可使细胞无限增殖而癌变的DNA序列。细胞癌基因(C-onc):脊椎动物正常细胞中与病毒癌基因同源的一类显性基因。正常状态下表达较少，但为正常生长、增殖所必须。突变或过度表达可引起细胞增殖异常，发生癌变。生长因子类蛋白或生长因子受体类蛋白：模拟生长因子激活胞内相关信号转导信号转到相关癌基因：通过激酶等活性调控信号转导途径转录因子类癌基因：直接参与周期相关基因调控。第十三章细胞分裂与细胞周期第二节细胞周期及调控（二）抑癌基因正常细胞所具有的，能抑制细胞恶性增殖的一类基因，为隐性基因，多为转录因子或能和转录因子结合。Rb基因：其产物可随着细胞周期被Cyclin/Cdk复合物规律性的磷酸化修饰，从而控制转录因子（如E2F）活性，影响周期相关基因表达。p53基因：转录因子，也可与其他转录因子相结合，调控多种基因表达，其自身受调控机制非常复杂。第十三章细胞分裂与细胞周期第二节细胞周期及调控五、卵母细胞减数分裂及其调控两个调控位点：第一次减数分裂的双线期和第二次减数分裂的中期也是由Cdk1/cyclinB复合物活性调控在后期Cdk1活性下降，并不消失，进入第二次减数分裂时再次升高细胞静止因子(CSF)，引起细胞停止在中期，防止Cdk1失活。通过MEK-ERK途径促进cycl