第九章-细胞增殖及其调控课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 细胞增殖及其调控,细胞增殖(cell proliferation)的意义,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。,1、单细胞生物细胞增殖导致生物,个体数量,的增加。,2、多细胞生物由,一个单细胞（受精卵）,分裂发育而来，所以细胞增殖是多细胞生物,繁殖,基础。,3、成体生物通过细胞增殖来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,。,4、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、细胞分裂前,的准备,DNA复制,其他物质的,积累,数量上,的积累,及时装配成,需要的结构,修饰,到一定的分子,结构和功能状态,第一节 细胞周期与细胞分裂,一、细胞周期(cell cycle),（一）细胞周期概述,2.概念：细胞物质积累与细胞分裂的循环过程,3.细胞周期时相组成,（1）间期(interphase):,G1、S、G2,（2）M,phase:有丝分裂期(Mitosis),（3）细胞沿着,G1SG2MG1,周期性运转，细胞在间期体积增大(生长)，在 M 期，先是核分裂胞质分裂完成一个细胞周期,减数分裂期(meiosis),细胞从,一次分裂结束,到,下一次分裂完成,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,。,4、细胞周期时间,（3）有些分裂增殖的细胞,缺乏G1、G2期,（1）不同细胞的,细胞周期时间差异很大,：,有的细胞增殖需几十分钟，有的需几十小时乃至几十年,（2）,S+G2+M 的时间变化较小,，细胞周期时间长短主要,差别在G1期。,5、根据增殖状况，细胞分三类,（1）,连续分裂细胞(cycling cell),也叫周期中细胞：细胞周期持续运转,（2）,休眠细胞(Go细胞),：也叫静止期细胞（quiescent cell）,有些细胞暂时离开细胞周期,停止细胞分裂,去执行一定的生物学功能,（3）,终末分化细胞：,一旦生成，终生不再分裂,（二）细胞周期中不同时,相,及其主要事件,时期,界定,事件,G1期,子代细胞生成,标志着G1期开始,与,DNA合成启动,相关,开始合成细胞生长所需物质,染色质去凝集,S期,G1期后合成,DNA,的时期,DNA复制与组蛋白合成同步,组成核小体串珠结构,G2期,DNA含量已,加倍,的时期,DNA复制完成,，合成一定数量,的蛋白质和RNA分子,M期,真正开始,分裂,的时期,遗传物质和细胞内其他,物质分配给子细胞,3、酵母细胞的细胞周期,（3）,纺锤体位于细胞核内,；,（1）酵母,细胞周期持续时间较短,，大约90分钟,（2）封闭式细胞分裂，即,细胞分裂时核膜不解聚,；,二、有丝分裂(mitosis),1、前期(prophase),（1）标志前期开始的第一个特征是：,染色质开始浓缩,(condensation)形成,有丝分裂染色体,(mitotic chromosome）,（2）第二个特征：,细胞骨架解聚,，有丝分裂纺锤体（mitotic spindle）开始,装配,（3）Golgi体、ER等细胞器解体，形成小的膜泡,（4）这种染色体由两条,染色单体(chromatid),构成,（5）在前期末，形成,动粒,(kinetochore),（6）形成星体,星体：中心体及其周围的微管一起被称为星体,2、前中期(prometaphase),（1）核膜破裂成小的膜泡，,核纤层解体,（2）,动粒微管,的形成:需要两种蛋白因子，Mad和Bub，它们可以促进微管和动粒结合，当结合成功后，Mad和Bub脱离动粒,（3）,三种类型的微管,：动粒微管、极性微管、星体微管,（4）中心体的分离,移动素类蛋白(KRPs)；细胞质动力蛋白,3、中期(metaphase),（1）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,（2）染色体排列机制,牵拉假说,微管的,牵拉,染色体向赤道板方向运动,微管越长，拉力越大,拉力相等,染色体稳定,在赤道板上,两极微管,长度相当,4、后期(anaphase),（1）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,（2）后期大致可以划分为连续的两个阶段：,后期A,和,后期B,后期A,：,动粒微管变短,，产生的力把,染色体拉向两极,5、末期(telophase),（4）核仁也开始重新组装，RNA合成功能逐渐恢复,有丝分裂结束,（1）,染色单体到达两极,，即进入了末期（telophase）,到达两极的,染色单体开始去浓缩,（2）核膜开始重新组装,（3）Golgi体和ER重新形成并生长,三、胞质分裂,(Cytokinesis),(一）动物细胞胞质分裂,1、胞质分裂开始于,细胞分裂后期,在胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体处组装成,微丝,并互相组成微丝束，环绕细胞，称为,收缩环（contractile ring）,2、,收缩环收缩,，在赤道板周围细胞表面,下陷,，形成环形缢缩，称为,分裂沟（cleavage furrow）,3、收缩环处,细胞膜融合,并形成两个子细胞,（二）植物细胞胞质分裂,以形成,中间板,的形式进行胞质分裂。,四、减数分裂,(Meiosis),(一）减数分裂概念与过程,1、概念：减数分裂是细胞仅进行一次DNA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,2、减数分裂过程,（二）减数分裂的意义,1、确保世代间,遗传的稳定性,2、,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,3、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保证,（三）减数分裂特点,1、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,2、,S期,持续时间,较长,3、同源染色体在减数分裂期I(MeiosisI),配对联会,、,基因重组,4、减数分裂同源染色体配对,排列在赤道面,上,第一次分裂时,同源染色体分开,第二节 细胞周期的调控,(Cell-Cycle Control),一、细胞周期调控系统的主要作用,1、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,),2、确保每一时相事件的全部完成(,负调控,),3、对外界环境因子起反应(如多细胞生物对增殖信号的反应,二、细胞周期检验点(checkpoint),（3）中/后转换点：,染色体是否与纺锤丝连接,1、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,有序、全部完成并与外界环境因素相联系,。,（1）G1/S转换点；,细胞大小、养分、生长因子、DNA损伤,（2）G2/M检验点；,细胞大小、DNA复制,三、调控细胞周期的诸因子概述,1、MPF,a、具体名称为,卵细胞促成熟因子,（maturation-promoting factor），或,细胞促分裂促进因子,（mitosis-promoting factor）或,M期促进因子,（M phase-promoting factor）。,b、功能：促进,细胞成熟,（分裂）,2、p34,cdc2,a、何为cdc：cdc是在,酵母中发现,的，与细胞分裂和细胞周期调控有关的,一类基因,，即,cdc（cell division cycle）基因,b、何为cdc2：根据cdc基因发现的先后对各种cdc基因进行命名，如cdc2、cdc25等，,cdc2是第一个被分离出来的cdc基因,c、何为p34,cdc2,：,是cdc2基因的表达产物,，因,具有蛋白激酶活性,又被称为p34,cdc2,激酶。,d、功能：促进G,2,/M期的转换,3、周期蛋白：诱导细胞进入M期所必需的一类蛋白质,4、MPF、p34,cdc2,和周期蛋白的关系：,MPF含有两个亚单位，一个是p34,cdc2,，另一个是周期蛋白（周期蛋白B）,三、,细胞周期运转的调控,（一）G2/M期转化与CDK1 激酶的关键性调控作用,1、,CDK：CDC2蛋白（如：P34,cdc2,蛋白）与周期蛋白结合才具有激酶的活性，被称为,周期蛋白依赖性蛋白激酶（,cyclin-depedent kinase）,2、,CDK1激酶，由P34,cdc2,（或P34,cdc28,）蛋白和周期蛋白B结合而成，,即MPF,2、CDK1激酶的活性首先,依赖于周期蛋白B含量的积累,（因为,P34,cdc2,在细胞周期中的含量相对稳定,）；,3、周期蛋白B,在G1期的晚期开始积累,，通过S期，其含量不断增 加，,到达G2期含量达到最大值,；,4、随着周期蛋白B含量达到一定的程度，,CDK1活性达到最大值,并一直维持到M期的中期阶段,（1）周期蛋白与CDK结合是CDK激酶活性表现的先决条件,（2）周期蛋白与CDK结合形成复合体后，wee1/mik1激酶和CAK激活酶催化CDK第14位苏氨酸（,Thr14,)、第15位的酪氨酸(,Tyr15,)和第161位的苏氨酸(,Thr161,）磷酸化。,（三个氨基酸的磷酸化）,（3）CDK在磷酸酶,cdc25c的催化,下，其中,Thr14、Tyr15去磷酸化,，,才能表现出激酶活性（,两个氨基酸的去磷酸化,）,（二）、CDK1的调节与活化,（三）M期周期蛋白与分裂中期向后期转化,1、细胞周期运转到,分裂中期后,，M期周期蛋白A和B将迅速降解，,周期蛋白与CDK分离,，在APC的作用下沿着,泛素化路径,降解。,（1）、泛素对分裂中期向后期转化的作用,、泛素：泛素(ubiquitin)是一种存在于大多数真核细胞中的小蛋白。它的,主要功能是标记需要分解掉的蛋白质，使其被水解,、作用：,降解周期蛋白,CDK1激酶活性丧失,磷酸化蛋白,去磷酸化,细胞,从中期向后期转化,、过程：,泛素+E1（非特异性泛素激活酶）,E1-泛素复合体,将泛素转给E2（泛素结合酶）,通过E3（泛素蛋白连接酶）,将,泛素转给靶蛋白,泛素相继连接,泛素化,靶蛋白,在蛋白质裂解体作用,下,靶蛋白被降解,(2)、APC为“后期促进复合物”（anaphase promoting complex），cdc20为APC有效的正调控因子，Mad2为其负调控因子；,2、APC主要介导两类蛋白降解:,Anaphase Inhibitors,维持姐妹染色单体粘连,抑制后期启动,Mitotic Cyclin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,3、Cdc20 和Mad2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,所有染色体都与纺锤体结合,Mad2从动粒上消失,对Cdc20的,抑制作用消除,APC活化,降解M期周期蛋白,M期,CDk激酶失活,细胞,向后期转化,Mad2与Cdc20,结合,抑制了Cdc20 的活性,APC无活性活性,