细胞生物学专题知识讲座.pptx

vv细细胞胞增增殖殖是是生生命命基基本本特特征征，种种族族繁繁衍衍、个个体体发发育育、机体修复等都离不开细胞增殖。机体修复等都离不开细胞增殖。初生婴儿有初生婴儿有10101212个细胞，成人个细胞，成人10101414个，约个，约200200种类型。种类型。成人体内每秒钟有数百万新细胞产生，以赔偿衰老和死亡细胞。成人体内每秒钟有数百万新细胞产生，以赔偿衰老和死亡细胞。一一个个大大肠肠杆杆菌菌若若按按2020分分钟钟分分裂裂一一次次，并并保保持持这这一一速速度度，则则两两天天即即可超出地球重量。可超出地球重量。细胞生物学专题知识讲座第1页vv细胞增殖（cellproliferation）包含细胞分裂及其物质准备两个连续进行过程。vv细胞增殖调控是整个生命活动最基本特征。任何细胞，其增殖过程都必须恪守一定规律。任何细胞，其增殖过程都必须恪守一定规律。在高等生物中，细胞增殖调控更为复杂，不但要在高等生物中，细胞增殖调控更为复杂，不但要遵照细胞本身增殖调控规律，还有恪守生物体整遵照细胞本身增殖调控规律，还有恪守生物体整体调控机制调整。不然，不受约束而生成细胞将体调控机制调整。不然，不受约束而生成细胞将被机体免疫系统去除，或者癌变，威胁整个生命。被机体免疫系统去除，或者癌变，威胁整个生命。细胞生物学专题知识讲座第2页 第一节第一节 细胞周期概述细胞周期概述从一次细胞分裂结束开从一次细胞分裂结束开始，到下一次细胞分裂结束始，到下一次细胞分裂结束为止，称为一个为止，称为一个细胞周期细胞周期细胞周期细胞周期。细胞周期包含物质积累和细细胞周期包含物质积累和细胞分裂循环过程。胞分裂循环过程。细胞生物学专题知识讲座第3页1.1 细胞周期细胞周期vv细胞周期分期细胞周期分期有丝分裂期（有丝分裂期（mitosismitosis）；）；分裂间期（分裂间期（interphaseinterphase）：）：G1G1、S S、G2G2；vv细胞增殖情况细胞增殖情况周期中细胞（周期中细胞（cyclingcellcyclingcell）；）；G0G0期细胞，或静止期细胞（期细胞，或静止期细胞（quiescentcellquiescentcell）；）；终末分化细胞；终末分化细胞；细胞生物学专题知识讲座第4页1.2 细胞周期中各个不一样时期及其主要事细胞周期中各个不一样时期及其主要事件件vvG1期期 物质合成物质合成 起始点、限制点、检验点：起始点、限制点、检验点：vv细胞内存在一系列监控机制，能够判别细胞细胞内存在一系列监控机制，能够判别细胞周期进程中错误，并诱导产生特异抑制因子，周期进程中错误，并诱导产生特异抑制因子，阻止细胞周期深入运行。阻止细胞周期深入运行。细胞生物学专题知识讲座第5页S期主要事件期主要事件vvDNA合成vv复制受到各种细胞周期调整原因严密调控，复制受到各种细胞周期调整原因严密调控，同时与细胞核结构如核骨架、核纤层、核膜同时与细胞核结构如核骨架、核纤层、核膜等关系亲密。等关系亲密。vv复制表现出严格有序性：常染色质先复制，复制表现出严格有序性：常染色质先复制，异染色质后复制；富含异染色质后复制；富含GCGC序列先复制，富含序列先复制，富含ATAT序列后复制。序列后复制。真核细胞新合成真核细胞新合成DNADNA马上与组蛋白结合，共同马上与组蛋白结合，共同组成组成核小体结构核小体结构。新新组蛋白合成组蛋白合成、中心粒复制中心粒复制也是发生在也是发生在S S期。期。细胞生物学专题知识讲座第6页G2期、期、M期主要事件期主要事件vv各种物质和细胞结构为细胞进入各种物质和细胞结构为细胞进入MM期作准备；期作准备；vvG2G2期检验点：要检验期检验点：要检验DNADNA是否完成复制，细胞是是否完成复制，细胞是否已生长到适当大小，环境原因是否利于细胞分否已生长到适当大小，环境原因是否利于细胞分裂等。裂等。vv只有当全部有利于细胞分裂原因得到满足后，细只有当全部有利于细胞分裂原因得到满足后，细胞才能顺利实现从胞才能顺利实现从G2G2到到MM期转化。期转化。vvMM期期期期分裂期分裂期细胞生物学专题知识讲座第7页1.3 细胞周期长短测定细胞周期长短测定vv脉冲标识脉冲标识DNA复制和细胞分裂指数观察测复制和细胞分裂指数观察测定法定法适用范围：细胞种类简单；周期时间较短；适用范围：细胞种类简单；周期时间较短；周期运转均匀；周期运转均匀；原理：短暂标识后，当初处于原理：短暂标识后，当初处于S S期全部细胞均期全部细胞均被标识；以后陆续进入被标识；以后陆续进入MM期。期。细胞生物学专题知识讲座第8页50100TG20TMTsTcTG2+1/2TMTPLM常以（常以（TG2+1/2TM）-TG2方式求出方式求出TM细胞生物学专题知识讲座第9页细胞周期长短测定细胞周期长短测定vv流式细胞分选仪测定法流式细胞分选仪测定法经过监测细胞经过监测细胞DNADNA含量在不一样时间内改变，从含量在不一样时间内改变，从而确定细胞周期时间长短；而确定细胞周期时间长短；原理因为原理因为G1G1期和期和G2/MG2/M期细胞含有固定期细胞含有固定DNADNA含量，含量，分别为分别为1C1C和和2C2C，而，而S S期细胞期细胞DNADNA含量介于含量介于1C1C和和2C2C之间。之间。经过直接标识经过直接标识DNADNA复制，经过统计细胞数量和被复制，经过统计细胞数量和被标识分裂期细胞百分比，对细胞周期进行综合分标识分裂期细胞百分比，对细胞周期进行综合分析。析。细胞生物学专题知识讲座第10页1.4 细胞周期同时化细胞周期同时化vv应用一些药品处理，将细胞抑制在细胞周期中某个特定时期，然后，将细胞从抑制中释放出来，全部细胞将会同时运转。自然同时化自然同时化人工选择同时化人工选择同时化 人工诱导同时化人工诱导同时化 细胞生物学专题知识讲座第11页人工选择同时化人工选择同时化vv人为地将处于不一样时期细胞分离开来，从而取人为地将处于不一样时期细胞分离开来，从而取得不一样时期细胞群体。得不一样时期细胞群体。处于对数生长久单层培养细胞，处于对数生长久单层培养细胞，分裂期细胞分裂期细胞搜集，离心，搜集，离心，将其培养，细胞即开始同时分裂，并进行细胞周期运转，将其培养，细胞即开始同时分裂，并进行细胞周期运转，即可得到不一样时相细胞。即可得到不一样时相细胞。vv缺点：效率低，成本高；缺点：效率低，成本高；密度梯度离心法密度梯度离心法：一些细胞如裂殖酵母，不一样时期细：一些细胞如裂殖酵母，不一样时期细胞在体积和重量上差异显著，能够采取密度梯度离心方胞在体积和重量上差异显著，能够采取密度梯度离心方法分离出处于不一样时期细胞。法分离出处于不一样时期细胞。vv缺点：适用范围十分有限；缺点：适用范围十分有限；细胞生物学专题知识讲座第12页人工诱导同时化人工诱导同时化vv经过药品诱导，使细胞同时化在细胞周期中某个经过药品诱导，使细胞同时化在细胞周期中某个特定时期。特定时期。DNADNA合成阻断法合成阻断法合成阻断法合成阻断法vvDNADNA合成抑制剂：合成抑制剂：TdRTdR；羟基脲（；羟基脲（HUHU）；）；vv方法：将一定剂量抑制剂加入培养液并继续培养一定时间方法：将一定剂量抑制剂加入培养液并继续培养一定时间（TG2TG2TMTMTG1TG1），全部细胞即被抑制在），全部细胞即被抑制在S S期；期；分裂中期阻断法分裂中期阻断法分裂中期阻断法分裂中期阻断法vv药品：秋水仙素、秋水仙胺、药品：秋水仙素、秋水仙胺、nocodazolenocodazole；vv将细胞阻断在细胞分裂中期，处于间期细胞，受药品影响相对将细胞阻断在细胞分裂中期，处于间期细胞，受药品影响相对较弱，常能够继续运转到分裂期。较弱，常能够继续运转到分裂期。条件依赖性突变株在细胞周期同时化中应用条件依赖性突变株在细胞周期同时化中应用条件依赖性突变株在细胞周期同时化中应用条件依赖性突变株在细胞周期同时化中应用vv将突变株转移到限定条件下培养，全部细胞便同时化在细胞周将突变株转移到限定条件下培养，全部细胞便同时化在细胞周期中某一特定时期。期中某一特定时期。细胞生物学专题知识讲座第13页细胞生物学专题知识讲座第14页第二节第二节细胞分裂细胞分裂细胞生物学专题知识讲座第15页2.1 有丝分裂有丝分裂1.2.1 有丝分裂过程有丝分裂过程vv前期前期(prophase)(prophase)；vv前中期前中期(premetaphase)(premetaphase)；vv中期中期(metaphase)(metaphase)；vv后期后期(anaphase)(anaphase)；vv末期末期(telophase)(telophase)。细胞生物学专题知识讲座第16页（一）前期（一）前期（一）前期（一）前期染色质凝缩，染色质凝缩，分裂极确立与纺锤体开始形成，分裂极确立与纺锤体开始形成，核仁解体，核仁解体，核膜消失。核膜消失。细胞生物学专题知识讲座第17页（二）前中期（二）前中期（二）前中期（二）前中期核膜解体到染色体排列到赤道面核膜解体到染色体排列到赤道面(equatorialplane)(equatorialplane)上。上。细胞生物学专题知识讲座第18页（三）中期（三）中期（三）中期（三）中期染色体排列到赤道面上。染色体排列到赤道面上。细胞生物学专题知识讲座第19页图片来自http:/www.wadsworth.org/细胞生物学专题知识讲座第20页（四）后期（四）后期（四）后期（四）后期指妹妹染色体单体分开并移向两极时期。分指妹妹染色体单体分开并移向两极时期。分为后期为后期A A、后期、后期B B两个过程。两个过程。细胞生物学专题知识讲座第21页vv（五）末期（五）末期vv从子染色体抵达两极，至从子染色体抵达两极，至形成两个新细胞为止时期。形成两个新细胞为止时期。包括子核形成和胞质分裂包括子核形成和胞质分裂两个方面。两个方面。细胞生物学专题知识讲座第22页DividingMuscleMyoblast(primativemusclecell)(SEMx8,000)细胞生物学专题知识讲座第23页胞质分裂胞质分裂v胞质分裂（cytokinesis）开始于分裂后期，完成于分裂末期；v分裂沟中间体：分裂沟下方由微管、小泡膜聚集组成一个环形致密层；收缩环：肌动蛋白和肌球蛋白而成；细胞生物学专题知识讲座第24页vv植植物物细细胞胞末末期期近近两两极极处处纺纺锤锤丝丝消消失失，中中间间微微管管保保留留，并并数数量量增增加加，形形成成成膜体成膜体成膜体成膜体。vv来来自自高高尔尔基基体体囊囊泡泡沿沿微微管管转转运运到到成成膜膜体体中中间间。融融 合合 形形 成成 细细细细 胞胞胞胞 板板板板(cell(cellplate)plate)，囊囊泡泡内内含含物物形形成成初初生生壁壁和和中中胶胶层层，囊囊泡泡膜膜形形成成质质膜膜，融融合合留留下下管道形成管道形成胞间连丝胞间连丝胞间连丝胞间连丝。细胞生物学专题知识讲座第25页vv动动物物细细胞胞胞胞质质分分裂裂经经过过胞胞质质收收缩缩环环收收缩缩实实现现，收收缩环由大量平行排列肌动蛋白组成。缩环由大量平行排列肌动蛋白组成。细胞生物学专题知识讲座第26页胞质分裂过程胞质分裂过程v分裂沟位置确实立；v肌动蛋白聚集和收缩环形成；v收缩环收缩；v收缩环处质膜融合并形成两个子细胞；细胞生物学专题知识讲座第27页分裂沟定位分裂沟定位v分裂沟定位与纺锤体位置显著相关；极性微管参加分裂沟形成：两极发出星体微管末端相互重合，微管末端对细胞皮层刺激，促进分裂沟形成。细胞生物学专题知识讲座第28页细胞生物学专题知识讲座第29页2.1.2 与有丝分裂直接相关亚细胞结构与有丝分裂直接相关亚细胞结构 中心体中心体vv星体：中心体与四射微管合称星体，当细胞走向星体：中心体与四射微管合称星体，当细胞走向分离时，星体参加装配纺锤体。分离时，星体参加装配纺锤体。vv中心体功效：中心体功效：微管装配（微管装配（MTOCMTOC）；）；细胞分细胞分裂；裂；vv中心体周期中心体周期：G1SG1S完成复制；完成复制；G2G2期一对中心体期一对中心体开始分离；细胞分裂结束，每一个细胞含有一个开始分离；细胞分裂结束，每一个细胞含有一个中心体。中心体。细胞生物学专题知识讲座第30页vvS S期期中中心心粒粒已已完完成成复复制制，在在前前期期移移向向两两极极，两两对对中中心心粒粒之之间间形形成成纺纺锤锤体体微微管管，核核膜膜解解体体时时，中中心心粒粒已抵达两极，并形成纺锤体。已抵达两极，并形成纺锤体。细胞生物学专题知识讲座第31页 动粒和着丝粒动粒和着丝粒vv动粒周期动粒周期：每条中期染色体含有两个动粒，分别：每条中期染色体含有两个动粒，分别位于着丝粒两侧，细胞分裂后，两个动粒分别被位于着丝粒两侧，细胞分裂后，两个动粒分别被分配到两个子细胞中。当细胞再次进入分配到两个子细胞中。当细胞再次进入S S期后，动期后，动粒又会重新复制。粒又会重新复制。vv动粒功效动粒功效：染色体依靠动粒捕捉纺锤体微管，没：染色体依靠动粒捕捉纺锤体微管，没有动粒染色体不能与纺锤体微管发生有机联络，有动粒染色体不能与纺锤体微管发生有机联络，也不能和其它染色体一起向两极运动。也不能和其它染色体一起向两极运动。细胞生物学专题知识讲座第32页 纺锤体纺锤体vv主要成份：微管和微管结合蛋白；主要成份：微管和微管结合蛋白；vv动力蛋白在中心体微管之间搭桥；动力蛋白在中心体微管之间搭桥；正向动力蛋白正向动力蛋白（如：（如：KRPsKRPs）：借助向微管正极运）：借助向微管正极运动，将纺锤体拉长。动，将纺锤体拉长。负向动力蛋白负向动力蛋白（如：细胞质动力蛋白）：（如：细胞质动力蛋白）：借助借助向负极运动，将被结合微管牵拉在一起，组成纺向负极运动，将被结合微管牵拉在一起，组成纺锤体微管，中心体自然组成纺锤体两极。锤体微管，中心体自然组成纺锤体两极。在细在细胞膜与星体微管之间搭桥，借助负向运动，将星胞膜与星体微管之间搭桥，借助负向运动，将星体靠近两极细胞膜，纺锤体拉长。体靠近两极细胞膜，纺锤体拉长。细胞生物学专题知识讲座第33页细胞生物学专题知识讲座第34页vv星体微管两端为星体微管两端为星体微管vv动粒微管中间是纺锤体微管：一端与中心体相连，另一端中间是纺锤体微管：一端与中心体相连，另一端与动粒相连；与动粒相连；vv极微管一端与中心体相连，另一端游离（搭桥）；一端与中心体相连，另一端游离（搭桥）；纺锤体微管类型纺锤体微管类型细胞生物学专题知识讲座第35页纺锤体装配纺锤体装配vv中心体列队中心体列队中心体列队中心体列队：负向运动动力蛋白在来自姐妹中心体：负向运动动力蛋白在来自姐妹中心体微管之间搭桥，经过向负极运动，将被结合微管牵微管之间搭桥，经过向负极运动，将被结合微管牵拉在一起，组成纺锤体微管；拉在一起，组成纺锤体微管；vv纺锤体拉长纺锤体拉长纺锤体拉长纺锤体拉长：正向运动动力蛋白在纺锤体微管之间：正向运动动力蛋白在纺锤体微管之间搭桥，借助向微管正极运动，将纺锤体拉长，中心搭桥，借助向微管正极运动，将纺锤体拉长，中心体之间距离逐步加大。一定程度后，负向一定动力体之间距离逐步加大。一定程度后，负向一定动力蛋白在细胞膜和星体微管之间搭桥，借助负向运动，蛋白在细胞膜和星体微管之间搭桥，借助负向运动，将星体拉近两极细胞膜，纺锤体也深入被拉长。将星体拉近两极细胞膜，纺锤体也深入被拉长。细胞生物学专题知识讲座第36页2.1.3 有丝分裂过程中染色体运动机制有丝分裂过程中染色体运动机制 染色体列队染色体列队 vv微管捕捉染色体动粒微管；vv染色体移动至赤道板；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是因为动：染色体向赤道板方向运动是因为动粒微管牵拉结果，动粒微管越长，拉力越大，粒微管牵拉结果，动粒微管越长，拉力越大，当来自两极动粒微管拉力相等时，染色体即被当来自两极动粒微管拉力相等时，染色体即被稳定在赤道面上；稳定在赤道面上；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运动是因为星：染色体向赤道板方向运动是因为星体微管排斥力，染色体距离中心体越近，推力体微管排斥力，染色体距离中心体越近，推力越大，当来自两极推力到达平衡时，染色体即越大，当来自两极推力到达平衡时，染色体即被稳定在赤道板上。被稳定在赤道板上。细胞生物学专题知识讲座第37页2.1.3 有丝分裂过程中染色体运动机制有丝分裂过程中染色体运动机制 染色体分离染色体分离vv后期A动力蛋白向极部运动；动粒微管解聚；动力蛋白向极部运动；动粒微管解聚；染色单染色单体彼此分离；体彼此分离；vv后期B极性微管加长，极性微管加长，KRPsKRPs向微管正极行走，极性向微管正极行走，极性微管重合区变窄；微管重合区变窄；胞质动力蛋白在星体微管和细胞膜之间搭桥，胞质动力蛋白在星体微管和细胞膜之间搭桥，并向星体微管负极运动；并向星体微管负极运动；两极之间距离变长；两极之间距离变长；细胞生物学专题知识讲座第38页vAnaphaseA:separationofthesisterchromatids.细胞生物学专题知识讲座第39页vAnaphaseB:separationofthepoles.植物细胞有没有后期B？细胞生物学专题知识讲座第40页2.2 减数分裂减数分裂vv定义定义定义定义：减数分裂是一个特殊形式有丝分裂，是生殖细胞：减数分裂是一个特殊形式有丝分裂，是生殖细胞成熟过程主要阶段，一次减数分裂包含两次连续有丝分成熟过程主要阶段，一次减数分裂包含两次连续有丝分裂，但裂，但DNADNA只复制一次，结果一个细胞产生只复制一次，结果一个细胞产生4 4个子细胞，个子细胞，每个细胞中染色体数减数了二分之一。每个细胞中染色体数减数了二分之一。vv意义意义意义意义：现有效地取得父母双方遗传物质，保持后代遗传：现有效地取得父母双方遗传物质，保持后代遗传性，又能够增加更多变异机会，确保生物多样性，增强性，又能够增加更多变异机会，确保生物多样性，增强生物适应环境改变能量。生物适应环境改变能量。vv所以减数分裂是有性生殖基础，是生物遗传、生物进化所以减数分裂是有性生殖基础，是生物遗传、生物进化和生物多样性主要基础确保。和生物多样性主要基础确保。细胞生物学专题知识讲座第41页减数分裂减数分裂同源染色体分离同源染色体分离同源染色体分离同源染色体分离姐妹染色单体分离姐妹染色单体分离姐妹染色单体分离姐妹染色单体分离细胞生物学专题知识讲座第42页减数分裂过程减数分裂过程间期间期末期末期II后期后期II中期中期II末期末期I后期后期I中期中期I前期前期I细线期细线期终变期终变期双线期双线期粗线期粗线期偶线期偶线期细胞生物学专题知识讲座第43页第一次减数分裂第一次减数分裂v间期间期间期间期 DNADNA复制，细胞含复制，细胞含4n4n染色体。染色体。vv 前期前期前期前期 vv 中期中期中期中期有丝分裂器有丝分裂器vv 后期后期后期后期二分体中每一条染色单体上二分体中每一条染色单体上DNADNA组成不一样组成不一样vv 末期末期末期末期产生产生2 2个子细胞，每个细胞中含有个子细胞，每个细胞中含有n n个二分体个二分体 细胞生物学专题知识讲座第44页前期前期vv细线期细线期：染色粒、染色线；vv偶线期偶线期：联会二价体；联会复合体联会复合体vv粗线期粗线期：四分体；交叉和交换；vv双线期双线期：交叉端化；vv终变期终变期：核膜、核仁消失；二价体高度螺旋化、扩散；细胞生物学专题知识讲座第45页联会复合体联会复合体vv同源染色体之间同源染色体之间形成结构形成结构vv重组节重组节重组节重组节与交换相与交换相关结构，含有大关结构，含有大量与量与DNADNA重组相重组相关酶，是一个多关酶，是一个多酶复合体。其数酶复合体。其数目与交换数目大目与交换数目大致相当致相当联会复合体结构联会复合体结构3条纵带条纵带（侧体侧体 2 2、中央成份）中央成份）横纤维横纤维细胞生物学专题知识讲座第46页synaptonemalcomplex细胞生物学专题知识讲座第47页第二次减数分裂第二次减数分裂vv前期vv中期vv后期vv末期细胞生物学专题知识讲座第48页2.3 有丝分裂与减数分裂比较有丝分裂与减数分裂比较有丝分裂减数分裂DNA复制1次1次纺锤体有有v细胞核、染色体周期改变有有姐妹染色单体分离有有分裂次数1次2次子细胞染色体数2nn联会无有遗传重组无有细胞生物学专题知识讲座第49页有丝分裂与减数分裂意义有丝分裂与减数分裂意义vv有丝分裂有丝分裂：子细胞保持了母细胞完全相同遗传物质，有利于多细胞生物个体发育，以及物种稳定性vv减数分裂减数分裂:使有性生殖成为可能（产生含半数染色体配子）；其间遗传重组使生物变异空间极大，是生物进化物质基础细胞生物学专题知识讲座第50页染色体重组染色体重组 1细胞生物学专题知识讲座第51页染色体重组染色体重组 2Minimumnumberofgametetypes=2n,Inhumans,n=23细胞生物学专题知识讲座第52页第三节第三节 细胞周期调控细胞周期调控细胞生物学专题知识讲座第53页细胞生物学专题知识讲座第54页3.1 研究背景研究背景vvMPFMPF发觉及其作用发觉及其作用发觉及其作用发觉及其作用MPFMPF称为卵细胞促成熟因子或细胞促分裂因子或称为卵细胞促成熟因子或细胞促分裂因子或MM期促期促进因子；进因子；MPFMPF实质：实质：MPFMPF是一个蛋白激酶，主要含是一个蛋白激酶，主要含p32p32和和p45p45。vvp34cdc2p34cdc2激酶发觉及其与激酶发觉及其与激酶发觉及其与激酶发觉及其与MPFMPF关系关系关系关系cdccdc（celldivisioncyclecelldivisioncycle）基因产物促进）基因产物促进G2/MG2/M转换；转换；cdc2cdc2产物即产物即p34cdc2p34cdc2，当其与相关蛋白结合后，其激酶，当其与相关蛋白结合后，其激酶活性才能表现出来；活性才能表现出来；结论：结论：MPFMPF含有两个亚单位，即含有两个亚单位，即Cdc2Cdc2蛋白和周期蛋白。蛋白和周期蛋白。当二者结合后，表现出蛋白激酶活性。当二者结合后，表现出蛋白激酶活性。cdc2cdc2为其催化亚为其催化亚基，周期蛋白为其调整亚基。基，周期蛋白为其调整亚基。细胞生物学专题知识讲座第55页早熟凝集染色体早熟凝集染色体(prematurelycondensedchromosome，PCC)细胞生物学专题知识讲座第56页Leland H.Hartwell R.Timothy(Tim)Hunt Sir Paul M.Nurse 年年1010月月8 8日日美美国国人人LelandHartwellLelandHartwell、英英国国人人PaulPaulNurseNurse、TimothyHuntTimothyHunt因因对对细细胞胞周周期期调调控控机机理理研研究究而而获获诺诺贝贝尔尔生生理医学奖。理医学奖。细胞生物学专题知识讲座第57页MPF(M-Cdk):p34cdc2 cyclinBTwo subunits:Catalytic subunit transfers P from ATP to Ser and Thr;Regulatory subunit called cyclin(Marine Biological Lab.at Woods Hole and UC BerkeleyUniv.of Oxford-yeast)细胞生物学专题知识讲座第58页3.2 周期蛋白周期蛋白vv周期蛋白周期蛋白周期蛋白周期蛋白其含量随细胞周期进程改变而改变，普其含量随细胞周期进程改变而改变，普通在细胞间期内积累，在细胞分裂期消失，在下通在细胞间期内积累，在细胞分裂期消失，在下一个细胞周期中又重复这一消长现象，称为细胞一个细胞周期中又重复这一消长现象，称为细胞周期蛋白（周期蛋白（cyclincyclin）。）。vv周期蛋白分子结构特点周期蛋白分子结构特点周期蛋白分子结构特点周期蛋白分子结构特点：周期蛋白框（周期蛋白框（cyclinboxcyclinbox）：介导周期蛋白与）：介导周期蛋白与CDKCDK结合。结合。破坏框破坏框PESTPEST序列序列 vv周期蛋白功效周期蛋白功效周期蛋白功效周期蛋白功效：不一样周期蛋白在细胞周期中表：不一样周期蛋白在细胞周期中表示时期不一样，并与不一样示时期不一样，并与不一样CDKCDK结合，调整不一结合，调整不一样样CDKCDK激酶活性。作用于细胞周期不一样阶段进激酶活性。作用于细胞周期不一样阶段进程。程。细胞生物学专题知识讲座第59页Destruction Box in Cyclins细胞生物学专题知识讲座第60页3.3 CDK激酶和激酶和CDK激酶抑制物激酶抑制物vvCDKCDK激酶即激酶即周期蛋白依赖性蛋白激酶周期蛋白依赖性蛋白激酶vvCDKCDK激酶有两个亚基，二者结合表现出激酶活性。激酶有两个亚基，二者结合表现出激酶活性。周期蛋白作为周期蛋白作为调整亚基调整亚基 CDKCDK蛋白作为蛋白作为催化亚基催化亚基细胞生物学专题知识讲座第61页vvCDKCDK激酶结构激酶结构：CDKCDK激酶结构域：保守程度不一，其中激酶结构域：保守程度不一，其中PSTAIREPSTAIRE序列相当保守，此序列与周期蛋白结合序列相当保守，此序列与周期蛋白结合相关。相关。磷酸化位点：其上磷酸化修饰，对磷酸化位点：其上磷酸化修饰，对CDKCDK激酶活激酶活性起主要调整作用。性起主要调整作用。细胞生物学专题知识讲座第62页CDKactivating细胞生物学专题知识讲座第63页Cdk三种活性状态三种活性状态(A)失活状态：失活状态：T-loop;(B)半活性状态半活性状态：T-loop 被移除被移除(C)活性状态活性状态：磷酸化：磷酸化细胞生物学专题知识讲座第64页3.4 细胞周期运转调控细胞周期运转调控vvCDK激酶对细胞周期起关键调控作用；vv不一样种类周期蛋白与不一样种类CDK结合，组成不一样CDK激酶；vv不一样CDK激酶在细胞周期不一样时期表现出活性，因而对细胞周期不一样时期进行调整；细胞生物学专题知识讲座第65页CDK激酶活性调整激酶活性调整vv激活激活周期蛋周期蛋周期蛋周期蛋白白白白起激活作用；起激活作用；vv抑制抑制细胞中细胞中存在一些对存在一些对CDKCDK激酶活性起负调激酶活性起负调控作用蛋白质，控作用蛋白质，称为称为CDKCDK激酶抑激酶抑激酶抑激酶抑制物制物制物制物（CDKICDKI）；细胞生物学专题知识讲座第66页3.4.1 G2/M期转化与期转化与CDK1激酶关键性调控作用激酶关键性调控作用vvCDK1CDK1激酶活性依赖于激酶活性依赖于周期蛋白周期蛋白B B含量积累；含量积累；vvCDK1CDK1激酶活性激酶活性经过使一些蛋白质磷酸化，改变其下游蛋白质结构和活经过使一些蛋白质磷酸化，改变其下游蛋白质结构和活性，实现其调控作用；性，实现其调控作用；vvCDKCDK激酶活性受到各种原因激酶活性受到各种原因综合调整综合调整：周期蛋白结合是先决条件；周期蛋白结合是先决条件；weel/mik1weel/mik1激酶和激酶和CDKCDK激酶催化激酶催化CDKCDK磷酸化；磷酸化；Thr14Thr14和和Tyr15Tyr15去磷酸化；去磷酸化；vv至此，至此，CDKCDK激酶才能表现出激酶活性。激酶才能表现出激酶活性。细胞生物学专题知识讲座第67页细胞生物学专题知识讲座第68页3.4.2 分裂中期分裂中期分裂后期转化分裂后期转化vvAPCAPC后期促进因子后期促进因子后期促进因子后期促进因子：APC1APC1APC8;APC8;APCAPC活化活化(泛素化活性泛素化活性)，降解，降解MM期周期蛋白，使期周期蛋白，使MM期期CDKCDK激酶活性丧失；解除对姐妹染色单体分离抑制，细胞由激酶活性丧失；解除对姐妹染色单体分离抑制，细胞由中期向后期转化。中期向后期转化。vvAPCAPC活性受到各种原因活性受到各种原因综合调整综合调整综合调整综合调整：MM期期CDKCDK激酶活性可能对激酶活性可能对APCAPC活性起调整作用：活性起调整作用：APCAPC多个成份被多个成份被MM期期CDKCDK激酶磷酸化；激酶磷酸化；Cdc20Cdc20为为APCAPC有效正调控因子；有效正调控因子；Cdc20Cdc20位于染色体动位于染色体动粒上，为姐妹染色单体分离所必需；粒上，为姐妹染色单体分离所必需；纺锤体装配检验点检控；纺锤体装配检验点检控；细胞生物学专题知识讲座第69页细胞生物学专题知识讲座第70页3.4.3 G1/S期转化与期转化与G1期期cyclin依赖性依赖性CDK激酶激酶vv细胞由细胞由G1G1期向期向S S期转化主要受期转化主要受G1G1期周期蛋白依赖性期周期蛋白依赖性CDKCDK激酶所控制。激酶所控制。cyclinDcyclinD为细胞为细胞G1/SG1/S转化所必需；转化所必需；cyclinEcyclinECDK2CDK2激酶活性为激酶活性为S S期开启所必需，直接参加了中期开启所必需，直接参加了中心体复制起始调控；心体复制起始调控；cyclinAcyclinACDK2CDK2与与DNADNA复制相关，是复制相关，是S S期主要期主要CDKCDK激酶；激酶；vv“DNA“DNA复制执照因子学说复制执照因子学说”：MM期胞质中执照因子与染色质接触并与之结合，使后者取得期胞质中执照因子与染色质接触并与之结合，使后者取得DNADNA复制所必需执照；伴随复制所必需执照；伴随DNADNA复制过程进行，复制过程进行，“执照执照”信号不停减弱直到消失。信号不停减弱直到消失。细胞生物学专题知识讲座第71页3.4.4 DNA复制延搁检验点参加调控复制延搁检验点参加调控S/G2/M期转化期转化vv细胞中存在一系列检验细胞中存在一系列检验DNADNA复制进程检控机制，复制进程检控机制，DNADNA复制不复制不完成，细胞周期就不能向下一个阶段转化。完成，细胞周期就不能向下一个阶段转化。vv当当DNADNA复制还未完成，复制还未完成，MM期期CDKCDK激酶活性不能表现出来；激酶活性不能表现出来；vvWeelWeel和和Cdc25cCdc25c参加参加DNADNA复制延搁检验点调控过程：复制延搁检验点调控过程：WeelWeel活性高活性高CDK1Thr14CDK1Thr14和和Tyr15Tyr15磷酸化，而无活性；磷酸化，而无活性；Cdc25cCdc25c活性低活性低使使CDK1Thr14CDK1Thr14和和Tyr15Tyr15不能去磷酸化，不能去磷酸化，CDK1CDK1无法激活；无法激活；细胞生物学专题知识讲座第72页细胞周期调控总结细胞周期调控总结细胞生物学专题知识讲座第73页