第十一章细胞增殖及其调控.pptx

第十一章细胞增殖及其调控第一节 细胞周期与细胞分裂细胞周期细胞周期(cell cycle)(cell cycle)概述概述有丝分裂有丝分裂(mitosis)(mitosis)胞质分裂胞质分裂(Cytokinesis)减数分裂减数分裂(Meiosis)二、有丝分裂二、有丝分裂有丝分裂得过程有丝分裂得过程与有丝分裂直接相关得亚细胞结构与有丝分裂直接相关得亚细胞结构:中心体、中心体、动粒与着丝粒、纺锤体动粒与着丝粒、纺锤体有丝分裂过程中染色体运动得动力机制有丝分裂过程中染色体运动得动力机制有丝分裂过程中染色体运动得有丝分裂过程中染色体运动得动力机制动力机制染色体整列染色体整列:Mad2和和Bub1蛋白蛋白:使动粒敏化使动粒敏化,促使微管促使微管与动粒接触。与动粒接触。染色体分离染色体分离:后期后期A和后期和后期B两个阶段假说。两个阶段假说。n后期后期A,动粒微管变短动粒微管变短(解聚解聚),将染色体拉将染色体拉向两极。向两极。n后期后期B,极性微管游离端极性微管游离端(正极正极)在在ATP功功能情况下与微管蛋白聚合能情况下与微管蛋白聚合,使极性微管加使极性微管加长长,形成较宽得极性微管重叠区。在形成较宽得极性微管重叠区。在KRPs和胞质动力蛋白作用下和胞质动力蛋白作用下,两极距离两极距离拉长。拉长。牵拉假说牵拉假说牵拉假说牵拉假说:染色体向赤道板方向运动染色体向赤道板方向运动染色体向赤道板方向运动染色体向赤道板方向运动,就是由于动粒微管牵拉得结就是由于动粒微管牵拉得结就是由于动粒微管牵拉得结就是由于动粒微管牵拉得结果。动粒微管越长果。动粒微管越长果。动粒微管越长果。动粒微管越长,拉力越大拉力越大拉力越大拉力越大,当来自两极得动粒微管得拉力相当来自两极得动粒微管得拉力相当来自两极得动粒微管得拉力相当来自两极得动粒微管得拉力相等时等时等时等时,染色体被稳定在赤道板上。染色体被稳定在赤道板上。染色体被稳定在赤道板上。染色体被稳定在赤道板上。外推假说外推假说外推假说外推假说:染色体向赤道板方向得移动染色体向赤道板方向得移动染色体向赤道板方向得移动染色体向赤道板方向得移动,就是由于星体得排斥力将就是由于星体得排斥力将就是由于星体得排斥力将就是由于星体得排斥力将染色体外推得结果。染色体距离中心体越近染色体外推得结果。染色体距离中心体越近染色体外推得结果。染色体距离中心体越近染色体外推得结果。染色体距离中心体越近,星体对染色体得外星体对染色体得外星体对染色体得外星体对染色体得外推力越强推力越强推力越强推力越强,当来自两极得推力达到平衡时当来自两极得推力达到平衡时当来自两极得推力达到平衡时当来自两极得推力达到平衡时,染色体被稳定在赤道染色体被稳定在赤道染色体被稳定在赤道染色体被稳定在赤道板上。板上。板上。板上。2001年诺贝尔生理医学奖获得者第二节第二节 细胞周期得调控细胞周期得调控(Cell-Cycle Control)细胞周期调控系统得主要作用细胞周期调控系统得主要作用MPF周期蛋白周期蛋白Cyclin-Cdk复合物得多样性及细胞周期运转复合物得多样性及细胞周期运转细胞周期运转得阻遏细胞周期运转得阻遏(细胞周期运转得负调控细胞周期运转得负调控)三、周期蛋白三、周期蛋白特点特点各种周期蛋白均含有一段相当保守得氨基酸各种周期蛋白均含有一段相当保守得氨基酸序列序列,称为周期蛋白框。介导其与称为周期蛋白框。介导其与CDK结合。结合。M期周期蛋白分子近期周期蛋白分子近N末端含有一段由末端含有一段由9个氨个氨基酸残基组成得特殊序列基酸残基组成得特殊序列,称为破坏框。参与称为破坏框。参与有泛素介导得周期蛋白有泛素介导得周期蛋白A和和B得降解。得降解。G1期周期蛋白分子期周期蛋白分子C端含有一段特殊得端含有一段特殊得PEST序列。与序列。与G1期周期蛋白得更新有关。期周期蛋白得更新有关。大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点周期蛋白在细胞周期中得积累及其与周期蛋白在细胞周期中得积累及其与CDK激酶活性得关系激酶活性得关系n20012001年诺年诺贝尔贝尔生理生理学学/医医学奖学奖得主得主2001年诺贝尔生理学与医学奖年诺贝尔生理学与医学奖利兰利兰哈特韦尔发现了控制细胞周期得基因哈特韦尔发现了控制细胞周期得基因,其中一种被称为其中一种被称为“START”得基因对控制各个得基因对控制各个细胞周期得最初阶段具有决定性得作用。细胞周期得最初阶段具有决定性得作用。保罗保罗纳西得贡献就是发现了纳西得贡献就是发现了CDK。蒂莫西蒂莫西亨特得贡献就是发现了调节亨特得贡献就是发现了调节CDK得功得功能物质能物质CYCLIN、一、细胞周期一、细胞周期(cell cycle)(cell cycle)概述概述细胞周期细胞周期细胞周期中各个不同时相及其主要事件细胞周期中各个不同时相及其主要事件细胞周期检验点细胞周期检验点(Cell Cycle Checkpoint)(Cell Cycle Checkpoint)细胞周期长短测定细胞周期长短测定细胞周期同步化细胞周期同步化特异得细胞周期特异得细胞周期(一一)、有丝分裂有丝分裂(mitosis)(mitosis)过程过程前期前期(prophase)(prophase)前中期前中期(prometaphase)(prometaphase)中期中期(metaphase)(metaphase)后期后期(anaphase)末期末期(telophase)(telophase)前期两个中心体向两级移动前期两个中心体向两级移动中期的光镜和电镜中期的光镜和电镜前中期和中前中期和中期期后期姊妹染色体分离后期姊妹染色体分离末期末期三、胞质分裂三、胞质分裂(Cytokinesis)动物细胞胞质分裂动物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂四、减数分裂四、减数分裂(Meiosis)减数分裂概念与过程减数分裂概念与过程:减数分裂得意义减数分裂得意义减数分裂特点减数分裂特点(一一)细胞周期细胞周期概念概念:细胞从一次有丝分裂结束开始细胞从一次有丝分裂结束开始,经过物质经过物质积累过程积累过程,直到下一次细胞分裂结束为止直到下一次细胞分裂结束为止,称为一个细胞周期称为一个细胞周期。细胞周期时相组成细胞周期时相组成细胞周期时间细胞周期时间根据增殖状况根据增殖状况,细胞分类三类细胞分类三类细胞周期时相组成细胞周期时相组成间期间期(interphase):G1 phase,S phase,G2 phase(interphase):G1 phase,S phase,G2 phaseM M phase:phase:有有 丝丝 分分 裂裂 期期(Mitosis),(Mitosis),胞胞 质质 分分 裂裂 期期(Cytokinesis)(Cytokinesis)细细胞胞沿沿着着G1SG2MG1G1SG2MG1周周期期性性运运转转,在在间间期期细细胞胞体体积积增增大大(生生长长),),在在 M M 期期细细胞胞 先先就就是是核核分分裂裂,接接着着胞胞质质分分裂裂,完完成一个成一个细胞周期细胞周期。细胞周期时间细胞周期时间不同细胞得细胞不同细胞得细胞周期时间差异周期时间差异很大很大S+G2+M S+G2+M 得时间变化较小得时间变化较小,细胞周细胞周 期时间长短主要差别在期时间长短主要差别在G1G1期期有些分裂增殖得细胞缺乏有些分裂增殖得细胞缺乏G1G1、G2G2期期根据增殖状况根据增殖状况,细胞分类三类细胞分类三类连续分裂细胞连续分裂细胞(cycling cell):(cycling cell):周期中细胞周期中细胞静静止止期期细细胞胞 (Go(Go细细胞胞):):暂暂时时脱脱离离细细胞胞周周期期,不不进进行行增增殖殖,但但在在适适当刺激下可以重新进入细胞周期得细胞。当刺激下可以重新进入细胞周期得细胞。终终末末分分化化细细胞胞:指指终终端端分分化化细细胞胞,发发生生不不可可逆逆得得脱脱离离细细胞胞周周期期,丧失分裂能力丧失分裂能力,但保持生理机能活动得细胞。但保持生理机能活动得细胞。(二二)细胞周期细胞周期中不同时中不同时相及其主要事件及其主要事件 G1G1期期 S S 期期 G2G2期期 M 期期周期中细胞形态结构得变化周期中细胞形态结构得变化n细胞形态得变化细胞形态得变化:S期细胞呈扁平状期细胞呈扁平状,紧贴培养紧贴培养瓶壁瓶壁,M期变圆。期变圆。n细胞内部结构得变化细胞内部结构得变化:染色质结构得变化。在染色质结构得变化。在S期染色体处于极松散状态期染色体处于极松散状态,核仁得变化核仁得变化,分裂前分裂前期到中期期到中期,核仁消失核仁消失,后期重新形成。后期重新形成。n细胞器得分裂和片段化细胞器得分裂和片段化:线粒体叶绿体与细胞线粒体叶绿体与细胞分裂同步分裂同步,数量加倍数量加倍;其她膜结合细胞器生长并其她膜结合细胞器生长并断成片段。断成片段。G1G1期期v 与与DNADNA合合成成启启动动相相关关,开开始始合合成成细细胞胞生生长长所所需需要要得得多多种种蛋蛋白白质质、糖糖类类、脂脂质质等等,但但不不合合成成DNADNA。同时染色质去凝集。同时染色质去凝集。v芽芽殖殖酵酵母母(起起始始点点),),其其她她真真核核细细胞胞(限限制制点点或或检检验点验点)G2G2期期DNADNA复制完成复制完成,在在G2G2期合成期合成一定数量得蛋白质和一定数量得蛋白质和RNARNA分子分子,包括微管蛋包括微管蛋白和促成熟因子白和促成熟因子(MPF)(MPF)M 期期MM期即细胞分裂期期即细胞分裂期,真核细胞得细胞分裂主真核细胞得细胞分裂主要包括两种方式要包括两种方式,即有丝分裂即有丝分裂(mitosis)(mitosis)和和减数分裂减数分裂(meiosis)(meiosis)。遗传物质和细胞内其。遗传物质和细胞内其她物质分配给子细胞。主要特点她物质分配给子细胞。主要特点:染色体凝集染色体凝集,并在纺锤体得作用下并在纺锤体得作用下,两个姐妹染色单体被两个姐妹染色单体被均等地分配到两个子细胞。均等地分配到两个子细胞。S S期期 DNADNA复复制制与与组组蛋蛋白白合合成成同同步步,组组成成核核小小体体串串珠珠结结构构 SS期期DNADNA合合成成不不同同步步:常常染染色色质质复复制制先先于于异异染染色色质质,能能转转录录得得DNADNA复复制制先先于于不不能能转转录录得得;GC;GC含含量量高高得得DNADNA复制先于复制先于ATAT含量高得。含量高得。细胞周期长短测定细胞周期长短测定脉冲标记脉冲标记DNADNA复制和细胞分裂指数观察测定法复制和细胞分裂指数观察测定法 H H3 3-TdR-TdR标记标记,洗涤洗涤,培养培养,定时取样定时取样,放射自显影分析放射自显影分析流式细胞仪测定法流式细胞仪测定法(Flow Cytometry)(Flow Cytometry)就就是是一一种种快快速速测测定定和和分分析析流流体体中中细细胞胞或或颗颗粒粒物物各各种种参参数数得得大大型型实实验验仪仪器器。根根据据DNADNA含含量量分分类类细细胞胞,根根据据类类群群细细胞胞得得数数量推断时间。量推断时间。细胞周期各阶段得时间细胞周期各阶段得时间(细胞周期测定细胞周期测定)TG2G2期时间期时间,TMM期时间期时间,TSS期时间期时间,TC细胞周期时间细胞周期时间,TG1 TC(TG2 TM TS)流式细胞仪检测细胞周期流式细胞仪检测细胞周期细胞周期同步化细胞周期同步化自然同步化自然同步化,如有一种粘菌得变形体如有一种粘菌得变形体plasmodia,plasmodia,某些某些受精卵早期卵裂受精卵早期卵裂 人工选择同步化人工选择同步化 人工诱导法人工诱导法 条件依赖性突变株在细胞周期同步化中得应用条件依赖性突变株在细胞周期同步化中得应用:将与细胞周期调控有关得条件依赖性突变株转移将与细胞周期调控有关得条件依赖性突变株转移 到限定条件下培养到限定条件下培养,所有细胞便被同步化在细胞所有细胞便被同步化在细胞 周期中某一特定时期周期中某一特定时期。人工选择同步化人工选择同步化有丝分裂选择法有丝分裂选择法:用于单层贴壁生长细胞。优点就是细用于单层贴壁生长细胞。优点就是细 胞未经任何药物处理胞未经任何药物处理,细胞同步化效率高。缺点就是细胞同步化效率高。缺点就是 分离得细胞数量少。分离得细胞数量少。密度梯度离心法密度梯度离心法:根据不同时期得细胞在体积和重量根据不同时期得细胞在体积和重量上存在差别进行分离。优点就是方法上存在差别进行分离。优点就是方法 简单省时简单省时,效率高效率高,成本低。缺点就是对大多数种类得细胞并不适用。成本低。缺点就是对大多数种类得细胞并不适用。药物诱导法药物诱导法 DNADNA合成阻断法合成阻断法 G1/S-TdR G1/S-TdR双阻断法双阻断法:最终将最终将 细胞群阻断于细胞群阻断于G1/SG1/S交界处。优点就是同步化效率高交界处。优点就是同步化效率高,几乎适合于所有体外培养得细胞体系。缺点就是诱几乎适合于所有体外培养得细胞体系。缺点就是诱 导过程可造成细胞非均衡生长导过程可造成细胞非均衡生长 分裂中期阻断法分裂中期阻断法:通过抑制微管聚合来抑制细胞通过抑制微管聚合来抑制细胞 分裂器得形成分裂器得形成,将细胞阻断在细胞分裂中期。优点将细胞阻断在细胞分裂中期。优点 就就是是操操作作简简便便,效效率率高高。缺缺点点就就是是这这些些药药物物得得毒毒性性相相对对 较大较大TdR阻断法进行细胞同步化阻断法进行细胞同步化特异得细胞周期特异得细胞周期特异得细胞周期就是指那些特殊得细胞所具特异得细胞周期就是指那些特殊得细胞所具 有得与标准得细胞周期相比有着鲜明特点得细有得与标准得细胞周期相比有着鲜明特点得细 胞周期。胞周期。爪蟾早期胚胎细胞得细胞周期爪蟾早期胚胎细胞得细胞周期 酵母细胞得细胞周期酵母细胞得细胞周期 植物细胞得细胞周期植物细胞得细胞周期 细菌得细胞周期细菌得细胞周期爪蟾爪蟾早期胚胎细胞早期胚胎细胞得细胞周期得细胞周期细胞分裂快细胞分裂快,G1,G1期和期和G2G2期非常短期非常短,S,S期也短期也短(所有复所有复 制子都激活制子都激活),),以至认为仅含有以至认为仅含有S S期和期和M M期期无需临时合成其她物质无需临时合成其她物质子细胞在子细胞在G1G1、G2G2期并不生长期并不生长,越分裂体积越小越分裂体积越小 细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准得细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准得 细胞周期基本就是一致得细胞周期基本就是一致得酵母细胞得细胞周期酵母细胞得细胞周期酵母细胞得细胞周期与标准得细胞周期在时相和调控方面相似酵母细胞得细胞周期与标准得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明显特点:酵母细胞周期持续时间较短酵母细胞周期持续时间较短;封闭式细胞分裂封闭式细胞分裂,即细胞分裂时核膜不解聚即细胞分裂时核膜不解聚;纺锤体位于细胞核内纺锤体位于细胞核内;在一定环境下在一定环境下,也进行有性繁殖也进行有性繁殖裂殖酵母细胞周期裂殖酵母细胞周期 芽殖酵母细胞周期芽殖酵母细胞周期植物细胞植物细胞得细胞周期得细胞周期植植物物细细胞胞得得细细胞胞周周期期与与动动物物细细胞胞得得标标准准细细胞胞周周期期非常相似非常相似,含有含有G1G1期、期、S S期、期、G2G2期和期和M M期四个时期。期四个时期。植物细胞不含中心体植物细胞不含中心体,但在细胞分裂时可以正常但在细胞分裂时可以正常组装纺锤体。组装纺锤体。植物细胞以形成中间板得形式进行胞质分裂植物细胞以形成中间板得形式进行胞质分裂植物细胞成膜体得形成植物细胞成膜体得形成细菌得细胞周期细菌得细胞周期 慢慢生生长长细细菌菌细细胞胞周周期期过过程程与与真真核核细细胞胞周周期期过过程程有有一定相似之处。其一定相似之处。其DNADNA复制之前得准备时间与复制之前得准备时间与G1G1期期类似。分裂之前得准备时间与类似。分裂之前得准备时间与G2G2期类似。再加上期类似。再加上S S期和期和M M期期,细菌得细胞周期也基本具备四个时期细菌得细胞周期也基本具备四个时期 细菌在快速生长情况下细菌在快速生长情况下,如何协调快速分裂和最如何协调快速分裂和最 基本得基本得DNADNA复制速度之间得矛盾复制速度之间得矛盾前期前期(prophase)(prophase)标标志志前前期期开开始始得得第第一一个个特特征征就就是是染染色色质质开开始始浓浓缩缩 (condensation)(condensation)形形成成有有丝丝分分裂裂染染色色体体(mitotic(mitotic chromosome)chromosome)第二个特征细胞骨架解聚第二个特征细胞骨架解聚,有丝分裂纺锤体有丝分裂纺锤体(mitotic spindle)(mitotic spindle)开始装配开始装配GolgiGolgi体、体、ERER等细胞器解体等细胞器解体,形成小得膜泡形成小得膜泡这种染色体由这种染色体由两条染色单体两条染色单体(chromatid)(chromatid)构成构成 在前期末在前期末,染色体主缢痕部位形成一种蛋白复染色体主缢痕部位形成一种蛋白复合物称为合物称为动粒动粒(kinetochore)(kinetochore)间期动物细胞含一个间期动物细胞含一个MTOC,MTOC,即中心体即中心体,在在 G1 G1期末期末,两个中心粒在各自垂直得方向复制出一两个中心粒在各自垂直得方向复制出一个中心粒个中心粒,形成两个中心体。当前期开始时形成两个中心体。当前期开始时,2 2个中心体移向细胞两极个中心体移向细胞两极,并同时组织微管生并同时组织微管生 长长,由两极形成得微管通过微管结合蛋白在正由两极形成得微管通过微管结合蛋白在正 极末端相连极末端相连,最后形成最后形成有丝分裂纺锤体有丝分裂纺锤体。前期两个中心体向两极移动前期两个中心体向两极移动前中期前中期(prometaphase)(prometaphase)指由核膜解体到染色体排列到赤道面指由核膜解体到染色体排列到赤道面(equatorial plane)这一阶段这一阶段核核膜膜破破裂裂成成小小得得膜膜泡泡,这这一一过过程程就就是是由由核核纤纤层层蛋蛋白白中中特特异异得得SerSer残残基基磷磷酸化导致酸化导致核纤层解体核纤层解体纺纺锤锤体体微微管管与与染染色色体体得得动动粒粒结结合合,捕捕捉捉住住染染色色体体。每每个个已已复复制制得得染染色色体体有有两两个个动动粒粒,朝朝相相反反方方向向,保保证证与与两两极极得得微微管管结结合合;纺纺锤锤体体微微管管捕捕捉捉住住染染色色体后体后,形成形成三种类型得微管三种类型得微管不不断断运运动动得得染染色色体体开开始始移移向向赤赤道道板板。细细胞胞周周期期也也由由前前中中期期逐逐渐渐向向中中期期运转。运转。中期中期(metaphase)(metaphase)指从染色体排列到赤道面上指从染色体排列到赤道面上,到姊妹染色单体开始分向两极得到姊妹染色单体开始分向两极得一段时间一段时间,纵向观动物染色体呈辐射状排列。纵向观动物染色体呈辐射状排列。所所有有染染色色体体排排列列到到赤赤道道板板(Metaphase Plate)上上,标标志志着着细细胞胞分裂已进入中期。染色体得整列或染色体得中板集合。分裂已进入中期。染色体得整列或染色体得中板集合。该该期期主主要要特特点点就就是是姐姐妹妹染染色色单单体体位位于于赤赤道道板板上上,着着丝丝粒粒分分别别被被两两端得中心体发出得纤维连接端得中心体发出得纤维连接什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？着丝粒微管动态平衡形成得张力着丝粒微管动态平衡形成得张力 中期得主要特征中期得主要特征后期后期(anaphase)排列在赤道面上得染色体得姐妹染色单体分离产生排列在赤道面上得染色体得姐妹染色单体分离产生向极运动向极运动后后期期(anaphase)大大致致可可以以划划分分为为连连续续得得两两个个阶阶段段,即即后后期期A和和后后期期B后后期期A,指指染染色色体体向向两两极极移移动动得得过过程程。动动粒粒微微管管去去装装配配变变短短,染染色色体产生两极运动。微管去聚合作用假说。体产生两极运动。微管去聚合作用假说。后后期期B,指指两两极极间间距距离离拉拉大大得得过过程程。极极间间微微管管长长度度增增加加,两两极极之之间间得距离逐渐长得距离逐渐长,介导染色体向极运动介导染色体向极运动。纺锤体微管滑动学说。纺锤体微管滑动学说。这一时期得主要特点就是这一时期得主要特点就是:着丝粒分开着丝粒分开,染色单体移向两极。染色单体移向两极。后期得主要特征后期得主要特征末期末期(telophase)(telophase)染色单体到达两极染色单体到达两极,即进入了末期即进入了末期(telophase),(telophase),到达两极得染色单体开始去浓缩到达两极得染色单体开始去浓缩核膜开始重新组装核膜开始重新组装 Golgi Golgi体和体和ERER重新形成并生长重新形成并生长核仁也开始重新组装核仁也开始重新组装,RNA,RNA合成功能逐渐恢复合成功能逐渐恢复,有丝分裂结束有丝分裂结束该期得主要特点就是该期得主要特点就是:染色体解螺旋形成细丝染色体解螺旋形成细丝,出现核仁和核膜。出现核仁和核膜。末期得主要特征末期得主要特征动物细胞动物细胞胞质分裂胞质分裂胞胞质质分分裂裂(cytokinesis)(cytokinesis)开开始始于于细细胞胞分分裂裂后后期期,完完成成于于细细胞胞分分裂裂末末期期。在在赤赤道道板板周周围围细细胞胞表表面面下下陷陷,形形成成环环形形缢缢缩缩,称称为为分分裂裂沟沟(furrow)(furrow)。分分裂裂沟沟得得位位置置与与纺纺锤锤体体极极性性微微管管和钙离子浓度升高得变化有关和钙离子浓度升高得变化有关胞质分裂开始时胞质分裂开始时,大量肌动蛋白和肌球蛋白在中间体大量肌动蛋白和肌球蛋白在中间体 处组装成微丝并相互组成微丝束处组装成微丝并相互组成微丝束,环绕细胞环绕细胞,称为称为 收缩环收缩环(contractile ring)(contractile ring)。收缩环收缩、收缩环。收缩环收缩、收缩环 处细胞膜融合并形成两个子细胞处细胞膜融合并形成两个子细胞胞质分裂得过程胞质分裂得过程n分裂沟位置得确定分裂沟位置得确定n肌动蛋白聚集和收缩环形成肌动蛋白聚集和收缩环形成n收缩环收缩收缩环收缩n收缩环处细胞质膜融合收缩环处细胞质膜融合植物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂与动物细胞胞质分裂不同得就是与动物细胞胞质分裂不同得就是,植物细胞植物细胞胞胞 质分裂就是因为在细胞内形成新得细胞膜和质分裂就是因为在细胞内形成新得细胞膜和细细 胞壁而将细胞分开胞壁而将细胞分开减数分裂概念与过程减数分裂概念与过程概念概念:减数分裂就是细胞仅进行一次减数分裂就是细胞仅进行一次DNADNA复制复制,随随 后进行两次分裂后进行两次分裂,染色体数目减半得一种特殊得染色体数目减半得一种特殊得 有丝分裂有丝分裂减数分裂减数分裂过程过程减数分裂得意义减数分裂得意义确保世代间遗传得稳定性确保世代间遗传得稳定性;增增加加变变异异机机会会,确确保保生生物物得得多多样样性性,增增强强生生物物适适应环境变化得能力。应环境变化得能力。减减数数分分裂裂就就是是生生物物有有性性生生殖殖得得基基础础,就就是是生生物物遗传、生物进化和生物多样性得重要基础保证。遗传、生物进化和生物多样性得重要基础保证。减数分裂减数分裂特点特点遗传物质只复制一次遗传物质只复制一次,细胞连续分裂两次细胞连续分裂两次,导致染色体数目减半导致染色体数目减半S S期持续时间较长期持续时间较长同同源源染染色色体体在在减减数数分分裂裂期期I I(MeiosisI)配配对对联联会会、基因重组基因重组减数分裂前减数分裂前S S期与有丝分裂前期与有丝分裂前S S期长度比较期长度比较前期前期I I分为细线期分为细线期,偶线期偶线期,粗线期粗线期,双线期双线期,终变期等终变期等五个阶段五个阶段形成形成联会复合体联会复合体(Synaptonemal plex,SC)(Synaptonemal plex,SC)同源染色体间遗传物质重组同源染色体间遗传物质重组,产生新得基因组合产生新得基因组合思 考 题 n n1、什么叫细胞周期？各阶段得主要变什么叫细胞周期？各阶段得主要变化就是什么？化就是什么？n n2、细胞周期同步化得方法有哪些？细胞周期同步化得方法有哪些？n n3、动物、植物和细菌得细胞分裂方式动物、植物和细菌得细胞分裂方式有何不同？列表说明有何不同？列表说明 在适当时候激活细胞周期各个时相得相关酶在适当时候激活细胞周期各个时相得相关酶 和蛋白和蛋白,然后自身失活然后自身失活确保每一时相事件得全部完成确保每一时相事件得全部完成 对对外外界界环环境境因因子子起起反反应应(如如多多细细胞胞生生物物对对增增殖殖信号得反应信号得反应)一、细胞周期调控系统得主要作用一、细胞周期调控系统得主要作用(三)、细胞周期检验点(checkpoint)细胞周期检验点就是细胞周期调控得一种机制细胞周期检验点就是细胞周期调控得一种机制,主要就是确保周期每一时相事件得有序、全部完主要就是确保周期每一时相事件得有序、全部完 成并与外界环境因素相联系成并与外界环境因素相联系 细胞周期检验点及其作用细胞周期检验点及其作用 G1G1期期检检验验点点:酵酵母母Start;Start;动动物物细细胞胞Restriction Restriction PointPoint二、二、MPF(Maturation-promoting factor,Mitosis-promoting factor)MPF(Maturation-promoting factor,Mitosis-promoting factor)得得发发现现及及其其生生化化实质实质Mitotic Cyclin-Cdk复合物得活化与功能复合物得活化与功能MPF得发现及其生化实质得发现及其生化实质细胞融合细胞融合与与PCC(Premature chromosomal condense)爪蟾卵子成熟过程爪蟾卵子成熟过程 MPF得发现得发现MPF就是一种使多种底物蛋白磷酸化得蛋白激酶就是一种使多种底物蛋白磷酸化得蛋白激酶;由由M期期Cyclin-Cdk(Cyclin-dependent protein kinase)形成得形成得复合物复合物。MPF=CDK1=cdc2+cyclinBnCdc2:裂殖酵母裂殖酵母,表达产物就是相对分子表达产物就是相对分子质量为质量为34103得蛋白质得蛋白质,称为称为p34cdc2nCdc28:芽殖酵母芽殖酵母,表达产物也就是相对表达产物也就是相对分子质量为分子质量为34103得蛋白质得蛋白质,称为称为p34cdc28细胞融合实验细胞融合实验研究者研究者:1970年年,Colorado 大学得大学得Potu Rao 和和 Robert Johnson n研究思路研究思路n研究方法研究方法Mitotic Cyclin-Cdk复合物得活化与功能复合物得活化与功能 活化活化 随随Cyclin浓度变化而变化浓度变化而变化 激酶与磷酸酶得调节激酶与磷酸酶得调节,活化得活化得MPF可使更多得可使更多得MPF活化活化 功能功能:启动细胞从启动细胞从G2期进入期进入M期得相关事件期得相关事件四、四、Cyclin-Cdk复合物得多样性及细胞周期运转复合物得多样性及细胞周期运转Cyclin-Cdk复合物得多样性复合物得多样性 Cyclin-Cdk-调控细胞周期得引擎调控细胞周期得引擎:不同得周期蛋白不同得周期蛋白与不同得与不同得CDK结合结合,构成不同得构成不同得Cyclin-Cdk;不同得不同得Cyclin-Cdk在不同得时相表现活性在不同得时相表现活性,影响不同影响不同得下游事件。得下游事件。G1 Cyclin-CdkG1 Cyclin-Cdk复合物对复合物对RbRb蛋白磷酸化而调控蛋白磷酸化而调控G1G1检验点检验点Mitotic Cyclin-Cdk复合物激活复合物激活 Anaphase Promoting plex(APC),调控纺锤体装配检验点调控纺锤体装配检验点周期细胞周期细胞M-CyclinM-Cyclin得调控得调控细胞周期调控模型总结细胞周期调控模型总结与与cdc2类似得类似得CDK蛋白分子图解蛋白分子图解Cyclin-Cdk复合物得多样性复合物得多样性 G1 S G2/M Cyclin-Cdk Cyclin-Cdk Cyclin-Cdk Budding Yeast CLN1,2,3-CDC28 CLB5,(3,4)-CDC28 CLB1,2(3,4)-CDC28 Fission Yeast CIG1-CDC2 CIG2-CDC2 CIG13-CDC2 Higher Eukaryotes CyclinD1,2,3-CDK4/6 CyclinA-CDK2 CyclinB-CDC2 CyclinE1,2-CDK2G1 SubstratesS SubstratesG2/M SubstratesGrowth and MorphogenesisDNA ReplicationMitosis多种周期蛋白多种周期蛋白:周期蛋白周期蛋白A:S期和期和M期周期蛋白期周期蛋白周期蛋白周期蛋白B:M期周期蛋白期周期蛋白周期蛋白周期蛋白D1、D2、D3:G1中周期蛋白中周期蛋白周期蛋白周期蛋白E:晚晚G1期、期、S期周期蛋白期周期蛋白APCAPC介导选择性降解得靶蛋白与介导选择性降解得靶蛋白与UbiquitinUbiquitin结合结合(通过通过泛素依赖性途径降解泛素依赖性途径降解)APCAPC主要介导两类蛋白降解主要介导两类蛋白降解:Anaphase Inhibitors和和Mitotic Cyclin、前者维持姐妹染色单体粘连前者维持姐妹染色单体粘连,抑抑制后期启动制后期启动;后者得降解意味着有丝分裂即将结后者得降解意味着有丝分裂即将结束束,即染色体开始去凝集即染色体开始去凝集,核膜重建。核膜重建。Cdc20 和和Mad2蛋白位于动粒上蛋白位于动粒上,在染色体结合有在染色体结合有丝分裂纺锤体前将不能从动粒上释放丝分裂纺锤体前将不能从动粒上释放,由于由于Mad2与与Cdc20结合而抑制结合而抑制APC得活性。所以只有所有染色得活性。所以只有所有染色体都与纺锤体结合后体都与纺锤体结合后,APC才有活性才有活性,才启动细胞才启动细胞向后期转换。向后期转换。五、细胞周期运转得阻遏五、细胞周期运转得阻遏(细胞周期运转得负调控细胞周期运转得负调控)细胞至少可通过两种不同机制阻遏细胞周期得运转细胞至少可通过两种不同机制阻遏细胞周期得运转:Cdk抑抑制制蛋蛋白白(CDI)阻阻止止Cyclin-Cdk复复合合物物得得装装配配或或活活性性;周期调控系统组分停止合成。周期调控系统组分停止合成。CDICDI包包括括CIP/KIPCIP/KIP家家族族和和INK4INK4家家族族,其其作作用用就就是是抑抑制制Cyclin-Cdk复复合合物物得得装装配配或或活活性性,而而将将细细胞胞阻阻止止在在不不同同 得得 检检 验验 点点。如如 DNA受受 损损 后后,细细 胞胞 将将 停停 留留 于于 G1 Checkpoint 让让DNA修复或者凋亡修复或者凋亡 周周期期调调控控系系统统组组分分停停止止合合成成,如如G0细细胞胞,大大部部分分Cyclin和和Cdk都消失都消失,这在多细胞生物尤其明显。这在多细胞生物尤其明显。DNA和组蛋白合成得协同性实验和组蛋白合成得协同性实验掺入组蛋白中得掺入组蛋白中得3-H标记得亮氨酸标记得亮氨酸()肝部分切除后肝部分切除后/H掺入掺入DNA中中14-C标记得胸腺嘧啶得量标记得胸腺嘧啶得量(、)、MT behavior during formation MT behavior during formation of the metaphase plateof the metaphase plate、Initially,MT from opposite Initially,MT from opposite poles are different in lengthpoles are different in length、Experimental demonstration of the importance of mecha-nical tension in metaphase checkpoint control、后期姊妹染色单体后期姊妹染色单体分离分离后其A染色体分离,后期B两极延伸后其A染色体分离,后期B两极延伸马达蛋白和微管系统共同协作,使染色体分离马达蛋白和微管系统共同协作,使染色体分离1、间期、间期2、前期、前期1 进行染色体得配对和基因重组进行染色体得配对和基因重组,合成一定量得合成一定量得RNA和蛋白质和蛋白质3、中期、中期1 纺锤体装配纺锤体装配4、后期、后期1 同源染色体对相互分离并向两极同源染色体对相互分离并向两极移动移动5、末期、末期1 胞质分裂胞质分裂I和减数分裂间期和减数分裂间期6、染色体到两极、染色体到两极,并凝集并凝集;细胞质开始分裂细胞质开始分裂,形成两个间期子细胞形成两个间期子细胞第二次减数分裂与有丝分裂过程相似第二次减数分裂与有丝分裂过程相似a、Electron micrograph of SC of human pachytene bivalent、(K:kinetochore;arrow:rebination nodules);b、Schematic diagram of SC;c、Electron micrograph of SC after treatment with DNase to remove chromasomal fibers、Visible evidence of crossing over其她影响细胞周期得事件其她影响细胞周期得事件nDNA复制不完全复制不完全n纺锤体装配不正常纺锤体装配不正常nDNA损伤损伤人M期细胞与袋鼠(Ptk)G1、S、G2期细胞融合诱导PCC:提示M期细胞存在诱导PCC得因子;G1期与M期G2期与M期S期与M期处于第四期得爪蟾卵母细胞(RD前期I),具GV。注射实验表明:孕酮诱导卵母细胞成熟;成熟卵细胞质中,含有卵母细胞成熟得因子,称做MPF。CDK1得调节与活化;CAK=CDK1-Activiting Kinase真核生物细胞周期调控得一般模型真核生物细胞周期调控得一般模型三类周期蛋白三类周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物:GG1 1期周期蛋白期周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物SS期周期蛋白期周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物有丝分裂周期蛋白有丝分裂周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物三个关键得过渡三个关键得过渡GG1 1期期SS期期中期中期后期后期后期后期末期及胞质分裂期过渡末期及胞质分裂期过渡