第十二章细胞增殖及其调控1.ppt

第十二章第十二章 细胞增殖及其调控细胞增殖及其调控细细胞周期概述胞周期概述细胞分裂细胞分裂细胞周期的调控细胞周期的调控作业作业P439P4391 1、第一节第一节 细胞周期概述细胞周期概述细胞周期细胞周期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殊的细胞周期特殊的细胞周期细胞增殖(cell proliferation)的意义是细胞生命活动的重要特征之一是细胞生命活动的重要特征之一是生物繁育的基础是生物繁育的基础成体生物仍然需要细胞增殖成体生物仍然需要细胞增殖n n一个受精卵发育为初生婴儿，细胞数目增至10个，长至成年有1014个 第二节第二节 细胞分裂细胞分裂(M期期)有丝分裂有丝分裂(mitosis)(mitosis)减数分裂减数分裂(Meiosis)(Meiosis)第三节第三节 细胞周期的调控细胞周期的调控细胞周期调控系统的主要作用细胞周期调控系统的主要作用细胞周期检验点细胞周期检验点(CellCycleCheckpoint)MPF在细胞周期调控中的作用在细胞周期调控中的作用Cyclin-Cdk复合物的多样性及细胞周期运转复合物的多样性及细胞周期运转细胞周期运转的阻遏细胞周期运转的阻遏(细胞周期运转的负调控细胞周期运转的负调控)三、胞质分裂(Cytokinesis)动物细胞胞质分裂动物细胞胞质分裂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植物细胞胞质分裂植物细胞胞质分裂二、减数分裂二、减数分裂(Meiosis)(Meiosis)减数分裂概念与过程减数分裂概念与过程：减数分裂特点减数分裂特点减数分裂类型减数分裂类型减数分裂的意义减数分裂的意义细胞周期细胞周期细胞周期细胞周期(p386)(p386)(p386)(p386)标准的细胞周期标准的细胞周期标准的细胞周期标准的细胞周期细胞周期时间细胞周期时间细胞周期时间细胞周期时间根据增殖状况，根据增殖状况，根据增殖状况，根据增殖状况，细胞分为三类细胞分为三类细胞分为三类细胞分为三类一、细胞周期一、细胞周期标准的标准的细胞周期细胞周期分裂间期分裂间期分裂间期分裂间期(interphase):G(interphase):G1 1 phase phase，S phaseS phase，G G2 2 phase phase有丝分裂期有丝分裂期有丝分裂期有丝分裂期(mitosis):M phase mitosis):M phase 标准的标准的标准的标准的细胞周期细胞周期细胞周期细胞周期:G G1 1-S-G-S-G2 2-M-M细胞周期时间细胞周期时间同种细胞之间，细胞周期时间长短相似或相同同种细胞之间，细胞周期时间长短相似或相同不同细胞的细胞不同细胞的细胞周期时间差异周期时间差异很大很大有些分裂增殖的细胞缺乏有些分裂增殖的细胞缺乏G1G1、G2G2期期根据增殖状况，细胞分为三类根据增殖状况，细胞分为三类周期中细胞（周期中细胞（p386p386）停止期细胞停止期细胞(Go(Go期细胞期细胞)终末分化细胞（终末分化细胞（p388p388）细胞周期中不同时相及其主要事件 G G G G1 1 1 1期期期期 S S S S 期期期期 G G G G2 2 2 2期期期期 M M 期期期期G1期 G1前期前期主要合成和细胞生长有关的物质主要合成和细胞生长有关的物质 G1的后期的后期合成和合成和S期有关的酶和蛋白质期有关的酶和蛋白质 特点特点:不同生物变化较大不同生物变化较大 后期有一调控位点后期有一调控位点G2期 DNADNA的含量增加一倍的含量增加一倍的含量增加一倍的含量增加一倍 主要合成大量的主要合成大量的主要合成大量的主要合成大量的ATPATP、RNARNA、蛋白质和蛋白质和蛋白质和蛋白质和促成熟因子，为分裂期做准备促成熟因子，为分裂期做准备促成熟因子，为分裂期做准备促成熟因子，为分裂期做准备 有一调控位点有一调控位点有一调控位点有一调控位点G2/MG2/MM 期 MM期即细胞分裂期。期即细胞分裂期。期即细胞分裂期。期即细胞分裂期。染色体凝集、分离并平均分配到两个子细胞的过程。染色体凝集、分离并平均分配到两个子细胞的过程。染色体凝集、分离并平均分配到两个子细胞的过程。染色体凝集、分离并平均分配到两个子细胞的过程。特点：特点：特点：特点：RNARNA合成停止，蛋白质合成减少，染色体高合成停止，蛋白质合成减少，染色体高合成停止，蛋白质合成减少，染色体高合成停止，蛋白质合成减少，染色体高度螺旋化。度螺旋化。度螺旋化。度螺旋化。真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式：真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式：真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式：真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式：即有丝分裂即有丝分裂即有丝分裂即有丝分裂(mitosis)(mitosis)和减数分裂和减数分裂和减数分裂和减数分裂(meiosis)(meiosis)。S期 DNA复制复制 特特点点:DNA复复制制与与新新的的组组蛋蛋白白合合成成同同步步，组成核小体串珠结构；组成核小体串珠结构；S期期DNA合合成成不不同同步步，常常染染色色质质先先复制，异染色质后复制复制，异染色质后复制二、细胞周期长短测定二、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流式细胞仪测定法流式细胞仪测定法(Flow Cytometry)(Flow Cytometry)缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时缩时摄像技术，可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。间及分裂间期和分裂期的准确时间。待测细胞经待测细胞经3H-TDR标记后，标记后，所有所有S期细胞均被标记。期细胞均被标记。S期细胞经期细胞经G2期才进入期才进入M期，期，所以一段时间内所以一段时间内PLM=0。开始出现标记开始出现标记M期细胞时，期细胞时，表示处于表示处于S期最后阶段的细胞，期最后阶段的细胞，已渡过已渡过G2期，所以从期，所以从PLM=0到到出现出现PLM的时间间隔为的时间间隔为TG2。S期细胞逐渐进入期细胞逐渐进入M期，期，PLM上升，到达到最高点的时上升，到达到最高点的时候说明来自处于候说明来自处于S最后阶段的细最后阶段的细胞，已完成胞，已完成M，进入，进入G1期。所期。所以从开始出现以从开始出现M到到PLM达到最达到最高点（高点（100%）的时间间隔就）的时间间隔就是是TM。当当PLM开始下降时，表明处于开始下降时，表明处于S期最初阶段的细胞也期最初阶段的细胞也已进入已进入M期，所以出现期，所以出现LM到到PLM又开始下降的一段时又开始下降的一段时间等于间等于TS。从从LM出现到下一次出现到下一次LM出现的时间间隔就等于出现的时间间隔就等于TC，根据根据TC=TG1+TS+TG2+TM即可求出的即可求出的TG1长度。长度。事实上由于一个细胞群体中事实上由于一个细胞群体中TC和各时相不尽相同，第和各时相不尽相同，第一个峰常达不到一个峰常达不到100%，以后的峰会发生衰减，以后的峰会发生衰减，PLM不不一定会下降到零，所以实际测量时，常以一定会下降到零，所以实际测量时，常以（TG2+1/2TM）-TG2的方式求出的方式求出TM。三、（同种细胞三、（同种细胞）细胞周期同步化细胞周期同步化自然同步化，如某些自然同步化，如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 药物诱导法药物诱导法 条件依赖性突变株同步化条件依赖性突变株同步化 人工选择同步化人工选择同步化有有丝丝分分裂裂选选择择法法：用用于于单单层层贴贴壁壁生生长长细细胞胞。优优点点是是细细胞胞未未经经任任何何药药物物处处理理，细细胞胞同同步步化化效效率率高高。缺点是分离的细胞数量少。缺点是分离的细胞数量少。密密度度梯梯度度离离心心法法：不不同同时时期期的的细细胞胞在在体体积积和和重重量量上上差差别别显显著著。优优点点是是方方法法简简单单省省时时，效效率率高高成本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。成本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。药物诱导法药物诱导法 DNADNADNADNA合成阻断法合成阻断法合成阻断法合成阻断法 -G G G G1 1 1 1/S-TdR/S-TdR/S-TdR/S-TdR双阻断法双阻断法双阻断法双阻断法：G G G G1 1 1 1/S/S/S/S优点优点优点优点:同步化效率高同步化效率高同步化效率高同步化效率高缺点缺点缺点缺点:细胞非均衡细胞非均衡生长生长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-抑制微管聚合，细胞分裂中期抑制微管聚合，细胞分裂中期抑制微管聚合，细胞分裂中期抑制微管聚合，细胞分裂中期优点优点优点优点:操作简便，效率高。操作简便，效率高。操作简便，效率高。操作简便，效率高。缺点缺点缺点缺点:这些药物的毒性相对较大这些药物的毒性相对较大这些药物的毒性相对较大这些药物的毒性相对较大A A A A 处于对数生长期的细胞处于对数生长期的细胞处于对数生长期的细胞处于对数生长期的细胞B B B B 第一次加入过量第一次加入过量第一次加入过量第一次加入过量TdRTdRTdRTdR。S S S S期细胞被抑制期细胞被抑制期细胞被抑制期细胞被抑制,其他停在其他停在其他停在其他停在G G G G1 1 1 1/S/S/S/SC C C C 除去除去除去除去TdRTdRTdRTdR，被抑制的细胞沿细胞周期运行。，被抑制的细胞沿细胞周期运行。，被抑制的细胞沿细胞周期运行。，被抑制的细胞沿细胞周期运行。D D D D 在细胞到达在细胞到达在细胞到达在细胞到达G G G G1 1 1 1期终点前，期终点前，期终点前，期终点前，第二次加入过量第二次加入过量第二次加入过量第二次加入过量TdRTdRTdRTdR，细胞被，细胞被，细胞被，细胞被同步化在同步化在同步化在同步化在G G G G1 1 1 1/S/S/S/S交界处交界处交界处交界处。应用过量的应用过量的TdRTdR阻断法进行细胞周期同步化阻断法进行细胞周期同步化四、特殊的细胞周期四、特殊的细胞周期p395p395 早期胚胎细胞的细胞周期早期胚胎细胞的细胞周期 酵母细胞的细胞周期酵母细胞的细胞周期 细菌的细胞周期细菌的细胞周期早期胚胎细胞的细胞周期早期胚胎细胞的细胞周期 无需临时合成其它物质。无需临时合成其它物质。细细胞胞分分裂裂快快，无无G G1 1期期，G G2 2期期非非常常短短，S S期期也也短短，以至认为仅含有以至认为仅含有S S期和期和M M期期如非洲爪蟾如非洲爪蟾 子细胞在子细胞在G G1 1、G G2 2期并不生长，期并不生长，越分裂体积越小越分裂体积越小 SG1MG2SM爪爪蟾体细胞标准细胞周期蟾体细胞标准细胞周期爪爪蟾早期胚胎细胞周期蟾早期胚胎细胞周期24h 0.5h（2-12)酵母细胞的细胞周期酵母细胞的细胞周期 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：90 min90 min 封封闭闭式式细细胞胞分分裂裂 ：核核、核核膜膜不不解解聚聚，纺纺锤锤体体位于细胞核内。位于细胞核内。芽殖酵母的细胞周期特点芽殖酵母的细胞周期特点P396P396 裂殖酵母的细胞周期裂殖酵母的细胞周期P397P397起始点起始点 p388植物细胞的细胞周期植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期非常相似，含有非常相似，含有非常相似，含有非常相似，含有G1G1G1G1期、期、期、期、S S S S期、期、期、期、G2G2G2G2期和期和期和期和M M M M期四个时期。期四个时期。期四个时期。期四个时期。植物细胞不植物细胞不植物细胞不植物细胞不含中心体含中心体含中心体含中心体，但在细胞分裂时可以正常，但在细胞分裂时可以正常，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。组装纺锤体。组装纺锤体。植物细胞以形成中板的形式进行胞质分裂植物细胞以形成中板的形式进行胞质分裂植物细胞以形成中板的形式进行胞质分裂植物细胞以形成中板的形式进行胞质分裂细菌的细菌的细胞周期细胞周期 慢慢生生长长: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。一定相似之处。其其其其DNADNADNADNA复制之前的准备时间与复制之前的准备时间与复制之前的准备时间与复制之前的准备时间与G G G G1 1 1 1期类似；期类似；期类似；期类似；分裂之前的准备时间与分裂之前的准备时间与分裂之前的准备时间与分裂之前的准备时间与G G G G2 2 2 2期类似；期类似；期类似；期类似；再再再再加加加加上上上上S S S S期期期期和和和和M M M M期期期期，细细细细菌菌菌菌的的的的细细细细胞胞胞胞周周周周期期期期也也也也基基基基本本本本具具具具备备备备四四四四个时期。细胞分裂一次个时期。细胞分裂一次个时期。细胞分裂一次个时期。细胞分裂一次70707070分钟。（分钟。（分钟。（分钟。（10101010、40404040、20202020）快生长快生长:细胞分裂一次细胞分裂一次3535分钟分钟 慢生长和快速生长可以相互转化慢生长和快速生长可以相互转化慢生长慢生长DNA复制复制快生长快生长DNA复制复制前期前期(prophase)(prophase)标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩形成形成有丝分裂染色体有丝分裂染色体(mitotic chromosome(mitotic chromosome）第第二二个个特特征征细细胞胞骨骨架架解解聚聚，有有丝丝分分裂裂纺纺锤锤体体p409(mitotic spindle)p409(mitotic spindle)开始装配开始装配GolgiGolgi体、体、ERER等细胞器解体，形成小的膜泡等细胞器解体，形成小的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，染色体主缢痕部位形成一种在前期末，染色体主缢痕部位形成一种蛋白复蛋白复合物称为合物称为动粒动粒(kinetochore)(kinetochore)前中期前中期(prometaphase)(prometaphase)核膜破裂成小的膜泡核膜破裂成小的膜泡纺锤体的装配纺锤体的装配 不断运动的染色体开始移向赤道板。不断运动的染色体开始移向赤道板。中期中期(metaphase)(metaphase)所所有有染染色色体体排排列列到到赤赤道道板板上上，标标志志着着细细胞胞分分裂裂已已进进入入中中期期。染染色色体体向向赤赤道道面面上上运运动动的的过过程程称称为为染色体整队染色体整队p408p408 是什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？是什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？向赤道板排列的两种假说向赤道板排列的两种假说A A 牵拉假说：认为染色体运动是由于动粒微管的牵拉牵拉假说：认为染色体运动是由于动粒微管的牵拉作用，当作用力平衡时染色体被排列在赤道板上；作用，当作用力平衡时染色体被排列在赤道板上；B B 外推假说认为是由于星体的排斥作用，将染色体外外推假说认为是由于星体的排斥作用，将染色体外推，当染色体两侧的外推力达到平衡时，染色体被排推，当染色体两侧的外推力达到平衡时，染色体被排列在赤道板上列在赤道板上后期后期(anaphase)(anaphase)排排列列在在赤赤道道面面上上的的染染色色体体的的姐姐妹妹染染色色单单体体分离产生向极运动分离产生向极运动 染色单体分离机制染色单体分离机制:后期后期A A、后期、后期B B两个阶段假说两个阶段假说 末期末期(telophase)(telophase)染色单体到达两极，即进入了末期（染色单体到达两极，即进入了末期（染色单体到达两极，即进入了末期（染色单体到达两极，即进入了末期（telophasetelophasetelophasetelophase），），），），到达两极的染色单体开始去浓缩到达两极的染色单体开始去浓缩到达两极的染色单体开始去浓缩到达两极的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核膜开始重新组装核膜开始重新组装 GolgiGolgiGolgiGolgi体和体和体和体和ERERERER重新形成并生长重新形成并生长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。核仁也开始重新组装。核仁也开始重新组装。胞质分裂胞质分裂胞质分裂胞质分裂胞质分裂胞质分裂(cytokinesis)(cytokinesis)(cytokinesis)(cytokinesis)开始于开始于开始于开始于细胞分裂后期细胞分裂后期细胞分裂后期细胞分裂后期，在，在，在，在 赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为 分裂沟分裂沟分裂沟分裂沟(furrow)(furrow)(furrow)(furrow)。胞胞胞胞质质质质分分分分裂裂裂裂开开开开始始始始时时时时，大大大大量量量量肌肌肌肌动动动动蛋蛋蛋蛋白白白白和和和和肌肌肌肌球球球球蛋蛋蛋蛋白白白白环环环环绕绕绕绕细细细细胞胞胞胞，形形形形成成成成收收收收缩缩缩缩环环环环（contractile contractile contractile contractile ring)ring)ring)ring)。收收收收缩缩缩缩环环环环收收收收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。植物细胞胞质分裂与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞 质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和细质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和细 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概念念：减减数数分分裂裂是是细细胞胞仅仅进进行行一一次次DNADNA复复制制，随随后后进进行行两两次次分分裂裂，染染色色体体数数目目减减半半的一种特殊的有丝分裂的一种特殊的有丝分裂减数分裂减数分裂过程过程 减数分裂可分为减数分裂可分为3 3种主要类型：种主要类型：配子减数分裂配子减数分裂 孢子减数分裂孢子减数分裂 合子减数分裂合子减数分裂合子减数分裂合子减数分裂 也叫初始减数分裂也叫初始减数分裂(initialmeiosis)(initialmeiosis)，仅见于真菌和某，仅见于真菌和某些原核生物，减数分裂发生于合子形些原核生物，减数分裂发生于合子形成之后，形成单倍体的孢子，孢子通成之后，形成单倍体的孢子，孢子通过有丝分裂产生新的单倍体后代。过有丝分裂产生新的单倍体后代。孢子减数分裂孢子减数分裂 也叫中间减数分裂也叫中间减数分裂也叫中间减数分裂也叫中间减数分裂(intermediatemeiosis)(intermediatemeiosis)(intermediatemeiosis)(intermediatemeiosis)，见于，见于，见于，见于植物和某些藻类。植物和某些藻类。植物和某些藻类。植物和某些藻类。其特点是其特点是其特点是其特点是:减数分裂和配子发生没有直接的关系，减数减数分裂和配子发生没有直接的关系，减数减数分裂和配子发生没有直接的关系，减数减数分裂和配子发生没有直接的关系，减数分裂的结果是形成单倍体的配子体（小孢子和大孢分裂的结果是形成单倍体的配子体（小孢子和大孢分裂的结果是形成单倍体的配子体（小孢子和大孢分裂的结果是形成单倍体的配子体（小孢子和大孢子）。小孢子再经过两次有丝分裂形成包含一个营子）。小孢子再经过两次有丝分裂形成包含一个营子）。小孢子再经过两次有丝分裂形成包含一个营子）。小孢子再经过两次有丝分裂形成包含一个营养核和两个雄配子（精子）的成熟花粉（雄配子养核和两个雄配子（精子）的成熟花粉（雄配子养核和两个雄配子（精子）的成熟花粉（雄配子养核和两个雄配子（精子）的成熟花粉（雄配子体），大孢子经过三次有丝分裂形成胚囊（雌配子体），大孢子经过三次有丝分裂形成胚囊（雌配子体），大孢子经过三次有丝分裂形成胚囊（雌配子体），大孢子经过三次有丝分裂形成胚囊（雌配子体），内含一个卵核、两个极核、体），内含一个卵核、两个极核、体），内含一个卵核、两个极核、体），内含一个卵核、两个极核、3 3 3 3个反足细胞和个反足细胞和个反足细胞和个反足细胞和两个助细胞。两个助细胞。两个助细胞。两个助细胞。配子减数分裂配子减数分裂 也叫终端减数分裂也叫终端减数分裂(terminal meiosis)(terminal meiosis)其特点是其特点是:在雄性脊椎动物中，一个精母细胞经过减分在雄性脊椎动物中，一个精母细胞经过减分裂形成裂形成4 4个精细胞，后者在经过一系列的变态个精细胞，后者在经过一系列的变态发育，形成成熟的精子。发育，形成成熟的精子。在雌性脊椎动物中，一个卵母细胞经过减数在雌性脊椎动物中，一个卵母细胞经过减数分裂形成分裂形成1 1个卵细胞和个卵细胞和2-32-3个极体。个极体。减数分裂的意义减数分裂的意义确保世代间遗传的确保世代间遗传的稳定性稳定性；增增加加变变异异机机会会，确确保保生生物物的的多多样样性性，增强生物适应环境变化的能力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，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是生物遗传、生物进化和生物多样性的重 要基础保证。要基础保证。减数分裂特点减数分裂特点遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，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；导致染色体数目减半；导致染色体数目减半；导致染色体数目减半；S S S S期持续时间较长，期持续时间较长，期持续时间较长，期持续时间较长，DNADNADNADNA没全复制；没全复制；没全复制；没全复制；前期前期前期前期同源染色体配对和基因重组；同源染色体配对和基因重组；同源染色体配对和基因重组；同源染色体配对和基因重组；中期中期中期中期同源染色体配对排列在赤道面上；同源染色体配对排列在赤道面上同源染色体配对排列在赤道面上；同源染色体配对排列在赤道面上；后期后期后期后期 同源染色体向两极移动是一个随机的同源染色体向两极移动是一个随机的同源染色体向两极移动是一个随机的同源染色体向两极移动是一个随机的 过程，基因组重组，染色体均含有两条染色单体。过程，基因组重组，染色体均含有两条染色单体。过程，基因组重组，染色体均含有两条染色单体。过程，基因组重组，染色体均含有两条染色单体。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一、细胞周期调控系统的主要作用一、细胞周期调控系统的主要作用在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶 和蛋白，然后自身失活和蛋白，然后自身失活和蛋白，然后自身失活和蛋白，然后自身失活(正调控正调控正调控正调控)确保每一时相事件的全部完成确保每一时相事件的全部完成确保每一时相事件的全部完成确保每一时相事件的全部完成(负调控负调控负调控负调控)对外界环境因子起反应对外界环境因子起反应对外界环境因子起反应对外界环境因子起反应(如多细胞生物对增殖信号的如多细胞生物对增殖信号的如多细胞生物对增殖信号的如多细胞生物对增殖信号的反应反应反应反应)二、细胞周期检验点(checkpoint)细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制，细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制，细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制，细胞周期检验点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的有序、全部完主要是确保周期每一时相事件的有序、全部完主要是确保周期每一时相事件的有序、全部完主要是确保周期每一时相事件的有序、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。成并与外界环境因素相联系。成并与外界环境因素相联系。细胞周期主要检验点及其作用细胞周期主要检验点及其作用细胞周期主要检验点及其作用细胞周期主要检验点及其作用 G1G1G1G1期检验点：期检验点：期检验点：期检验点：酵母酵母酵母酵母StartStartStartStart；动物细胞；动物细胞；动物细胞；动物细胞Restriction PointRestriction PointRestriction PointRestriction Point三、三、MPF(Maturation-promotingfactor，Mitosis-promotingfactor)MPF(Maturation-promotingfactorMPF(Maturation-promotingfactor，Mitosis-promotingfactor)Mitosis-promotingfactor)的的的的发现及其生化实质发现及其生化实质发现及其生化实质发现及其生化实质 MitoticCyclin-CdkMitoticCyclin-Cdk复合物的活化与功能复合物的活化与功能复合物的活化与功能复合物的活化与功能MPF的发的发现及其生化实质现及其生化实质细胞融合试验细胞融合试验细胞融合试验细胞融合试验(Mitosis-promotingfactor(Mitosis-promotingfactor的发现的发现的发现的发现)爪蟾卵子成熟过程爪蟾卵子成熟过程爪蟾卵子成熟过程爪蟾卵子成熟过程 成熟爪蟾卵细胞质移植试验成熟爪蟾卵细胞质移植试验成熟爪蟾卵细胞质移植试验成熟爪蟾卵细胞质移植试验(Maturation-promotingMaturation-promotingfactorfactor的发现的发现的发现的发现)酵母酵母酵母酵母cdc2cdc2和和和和cdc28cdc28基因的发现基因的发现基因的发现基因的发现周期蛋白周期蛋白周期蛋白周期蛋白MPFMPF是一种使多种底物蛋白磷酸化的是一种使多种底物蛋白磷酸化的是一种使多种底物蛋白磷酸化的是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶；由由由由MM期期期期Cyclin-CdK(Cyclin-dependentproteinkinase)Cyclin-CdK(Cyclin-dependentproteinkinase)形形形形成的成的成的成的复合物复合物复合物复合物。MPF=CDK1MPF=CDK1n nCDKCDKn nCDC2CDC2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，称为细胞与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，称为细胞与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，称为细胞与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，称为细胞周期蛋白依赖性激酶周期蛋白依赖性激酶周期蛋白依赖性激酶周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinase(cyclin-dependent kinase，CDK)CDK)，CDC2CDC2被称为被称为被称为被称为CDK1CDK1，n n 激活的激活的激活的激活的CDK1CDK1可将靶蛋白磷酸化而产生相应的生理效应，可将靶蛋白磷酸化而产生相应的生理效应，可将靶蛋白磷酸化而产生相应的生理效应，可将靶蛋白磷酸化而产生相应的生理效应，如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失，将如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失，将如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失，将如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失，将H1H1磷酸化导致染色体的凝缩等等。这些效应的最终结果是细磷酸化导致染色体的凝缩等等。这些效应的最终结果是细磷酸化导致染色体的凝缩等等。这些效应的最终结果是细磷酸化导致染色体的凝缩等等。这些效应的最终结果是细胞周期的不断运行。因此，胞周期的不断运行。因此，胞周期的不断运行。因此，胞周期的不断运行。因此，CDKCDK激酶和其调节因子又被称激酶和其调节因子又被称激酶和其调节因子又被称激酶和其调节因子又被称作细胞周期引擎。作细胞周期引擎。作细胞周期引擎。作细胞周期引擎。1960sLelandHartwell1960sLelandHartwell以芽殖酵母为实验材料，以芽殖酵母为实验材料，以芽殖酵母为实验材料，以芽殖酵母为实验材料，分离出了几十个与细胞分裂有关的基因分离出了几十个与细胞分裂有关的基因分离出了几十个与细胞分裂有关的基因分离出了几十个与细胞分裂有关的基因(cell(celldivisioncyclegenedivisioncyclegene，CDC)。如芽殖酵母的。如芽殖酵母的。如芽殖酵母的。如芽殖酵母的cdc28基因基因基因基因(表达蛋白为表达蛋白为表达蛋白为表达蛋白为P P34cdc2834cdc28)，基因突变，细，基因突变，细，基因突变，细，基因突变，细胞停留在胞停留在胞停留在胞停留在G1/SG1/S，或，或，或，或G2/MG2/M。cdc28cdc28表达的蛋白是表达的蛋白是表达的蛋白是表达的蛋白是促分裂促分裂促分裂促分裂 因子。因子。因子。因子。1970sPaulNurse1970sPaulNurse等人以裂殖酵母为实验材料，等人以裂殖酵母为实验材料，等人以裂殖酵母为实验材料，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同样发现了许多细胞周期调控基因同样发现了许多细胞周期调控基因同样发现了许多细胞周期调控基因 ，如如如如cdc2(P P3434cdc2)，基因突变，细胞停留在，基因突变，细胞停留在，基因突变，细胞停留在，基因突变，细胞停留在G2/MG2/M，cdc2cdc2表达的蛋白是促分裂因子表达的蛋白是促分裂因子表达的蛋白是促分裂因子表达的蛋白是促分裂因子.19831983年年年年TimothyHuntTimothyHunt首次发现海胆卵受精后，在其卵首次发现海胆卵受精后，在其卵首次发现海胆卵受精后，在其卵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，在每裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期剧烈振荡，在每裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期剧烈振荡，在每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，一轮间期开始合成，一轮间期开始合成，一轮间期开始合成，GG2 2/M/M时达到高峰，时达到高峰，时达到高峰，时达到高峰，MM结束后突然消结束后突然消结束后突然消结束后突然消失，下轮间期又重新合成，故命名为失，下轮间期又重新合成，故命名为失，下轮间期又重新合成，故命名为失，下轮间期又重新合成，故命名为周期蛋白周期蛋白周期蛋白周期蛋白(cyclin)(cyclin)。后来在青蛙、爪蟾、海胆、果蝇和酵母中均发现类似的后来在青蛙、爪蟾、海胆、果蝇和酵母中均发现类似的后来在青蛙、爪蟾、海胆、果蝇和酵母中均发现类似的后来在青蛙、爪蟾、海胆、果蝇和酵母中均发现类似的情况，情况，情况，情况，19881988年年年年M.J.LohkaM.J.Lohka纯化了爪蟾的纯化了爪蟾的纯化了爪蟾的纯化了爪蟾的MPFMPF，经鉴定由，经鉴定由，经鉴定由，经鉴定由P P3232和和和和P P4545两种蛋白组成，二者结合可使多种蛋白质磷酸化。两种蛋白组成，二者结合可使多种蛋白质磷酸化。两种蛋白组成，二者结合可使多种蛋白质磷酸化。两种蛋白组成，二者结合可使多种蛋白质磷酸化。因而证明因而证明因而证明因而证明MPFMPF是一种是一种是一种是一种蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶后来后来后来后来PaulNursePaulNurse（19901990）进一步的实验证明）进一步的实验证明）进一步的实验证明）进一步的实验证明P P3232实际实际实际实际上是上是上是上是CDC2CDC2的同源物，而的同源物，而的同源物，而的同源物，而P P4545是是是是cyclinBcyclinB的同源物，从而将的同源物，从而将的同源物，从而将的同源物，从而将细胞周期三个领域的研究联系在一起。细胞周期三个领域的研究联系在一起。细胞周期三个领域的研究联系在一起。细胞周期三个领域的研究联系在一起。20012001年年年年1010月月月月8 8日日日日美国人美国人美国人美国人LelandHartwellLelandHartwell、英国人、英国人、英国人、英国人PaulNursePaulNurse、TimothyHuntTimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝贝贝贝尔生理医学奖尔生理医学奖尔生理医学奖尔生理医学奖。MitoticCyclin-Cdk复合物的活化与功能复合物的活化与功能 活化活化活化活化 随随随随CyclinCyclin浓度变化而变化浓度变化而变化浓度变化而变化浓度变化而变化 激酶与磷酸酶的调节激酶与磷酸酶的调节激酶与磷酸酶的调节激酶与磷酸酶的调节，活化的活化的活化的活化的MPFMPF可使更多的可使更多的可使更多的可使更多的MPFMPF活化活化活化活化 功能功能功能功能：启动细胞从：启动细胞从：启动细胞从：启动细胞从G2G2期进入期进入期进入期进入MM期的相关事件期的相关事件期的相关事件期的相关事件四、四、Cyclin-Cdk复合物的多样性及细胞周期运转复合物的多样性及细胞周期运转Cyclin-CdkCyclin-Cdk复合物的多样性复合物的多样性复合物的多样性复合物的多样性Cyclin-Cdk-Cyclin-Cdk-调控细胞周期的引擎：调控细胞周期的引擎：调控细胞周期的引擎：调控细胞周期的引擎：不同的周期蛋白与不同的不同的周期蛋白与不同的不同的周期蛋白与不同的不同的周期蛋白与不同的CDKCDK结合，构成不同的结合，构成不同的结合构成不同的结合，构成不同的Cyclin-CdkCyclin-Cdk；不同的不同的不同的不同的Cyclin-CdkCyclin-Cdk在不同的时相表现活性，影响不同在不同的时相表现活性，影响不同在不同的时相表现活性，影响不同在不同的时相表现活性，影响不同的下游事件。的下游事件。的下游事件。的下游事件。G1Cyclin-CdkG1Cyclin-Cdk复合物对复合物对复合物对复合物对RbRb蛋白磷酸化而调控蛋白磷酸化而调控蛋白磷酸化而调控蛋白磷酸化而调控G1G1检验点检验点检验点检验点MitoticCyclin-CdkMitoticCyclin-Cdk复合物激活复合物激活复合物激活复合物激活AnaphasePromotingAnaphasePromotingComplex(Complex(APCAPC)，调控分裂中期向后期转化调控分裂中期向后期转化调控分裂中期向后期转化调控分裂中期向后期转化周期细胞周期细胞周期细胞周期细胞M-CyclinM-Cyclin的调控的调控的调控的调控细胞周期调控模型总结细胞周期调控模型总结细胞周期调控模型总结细胞周期调控模型总结Cyclin-Cdk复合物的多样性复合物的多样性 G1 SG1 S G2/M G2/M Cyclin-Cdk Cyclin-Cdk Cyclin-CdkCyclin-Cdk Cyclin-Cdk Cyclin-Cdk Budding Yeast CLN1Budding Yeast CLN1，2 2，3-CDC28 CLB53-CDC28 CLB5，(3(3，4)-CDC28 CLB14)-CDC28 CLB1，2(32(3，4)-CDC284)-CDC28 Fission Yeast CIG1-CDC2 CIG2-CDC2 CIG13-CDC2 Fission Yeast CIG1-CDC2 CIG2-CDC2 CIG13-CDC2 Higher Eukaryotes CyclinD1 Higher Eukaryotes CyclinD1，2 2，3-CDK4/6 CyclinA-CDK2 CyclinB-CDK13-CD