細胞增殖及其調控詳解演示文稿當前1頁，總共87頁。優選細胞增殖及其調控當前2頁，總共87頁。第一節細胞周期與細胞分裂●細胞周期(cellcycle)概述●有絲分裂(mitosis)●胞質分裂(Cytokinesis)●減數分裂(Meiosis)

當前3頁，總共87頁。第二節細胞周期的調控(Cell-CycleControl)

●細胞周期調控系統的主要作用●細胞周期檢驗點(CellCycleCheckpoint)●MPF●Cyclin-Cdk復合物的多樣性及細胞周期運轉●細胞周期運轉的阻遏(細胞周期運轉的負調控)當前4頁，總共87頁。一、細胞周期(cellcycle)概述

●細胞周期●細胞周期中各個不同時相及其主要事件●細胞周期長短測定●細胞周期同步化●特異的細胞周期當前5頁，總共87頁。二、有絲分裂(mitosis)●前期(prophase)●前中期(prometaphase)●中期(metaphase)●后期(anaphase)

●末期(telophase)當前6頁，總共87頁。三、胞質分裂(Cytokinesis)●動物細胞胞質分裂●植物細胞胞質分裂當前7頁，總共87頁。四、減數分裂(Meiosis)●減數分裂概念與過程：●減數分裂的意義●減數分裂特點●脊椎動物配子發生過程當前8頁，總共87頁。細胞周期◆概念：

細胞從一次有絲分裂結束到下一次有絲分裂完成所經歷的一個有序過程。其間細胞遺傳物質和其他內含物分配給子細胞。◆細胞周期時相組成◆細胞周期時間◆根據增殖狀況，細胞分類三類當前9頁，總共87頁。細胞周期時相組成·間期(interphase):G1phase，Sphase，G2phase·Mphase:有絲分裂期(Mitosis),胞質分裂期(Cytokinesis)細胞沿著G1→S→G2→M→G1周期性運轉，在間期細胞體積增大(生長)，在M期細胞先是核分裂，接著胞質分裂，完成一個細胞周期。當前10頁，總共87頁。細胞周期時間·不同細胞的細胞周期時間差異很大·S+G2+M的時間變化教小，細胞周期時間長短主要差別在G1期·有些分裂增殖的細胞缺乏G1、G2期當前11頁，總共87頁。根據增殖狀況，細胞分類三類·連續分裂細胞(cyclingcell)·休眠細胞(Go細胞)·終末分化細胞G0期細胞和終末分化細胞的界限有時難以劃分，有的細胞過去認為屬于終末分化細胞，目前可能被認為是G0期細胞。當前12頁，總共87頁。細胞周期中不同時相及其主要事件◆G1期◆S期◆G2期◆M期當前13頁，總共87頁。G1期

·與DNA合成啟動相關，開始合成細胞生長所需要的多種蛋白質、RNA、碳水化合物、脂等，同時染色質去凝集。當前14頁，總共87頁。G2期·DNA復制完成，在G2期合成一定數量的蛋白質和RNA分子當前15頁，總共87頁。M期·M期即細胞分裂期，真核細胞的細胞分裂主要包括兩種方式，即有絲分裂(mitosis)和減數分裂(meiosis)。遺傳物質和細胞內其他物質分配給子細胞。當前16頁，總共87頁。S期·DNA復制與組蛋白合成同步，組成核小體串珠結構·S期DNA合成不同步當前17頁，總共87頁。細胞周期長短測定◆脈沖標記DNA復制和細胞分裂指數觀察測定法◆流式細胞儀測定法(FlowCytometry)◆縮時攝像技術， 可以得到準確的細胞周期時間及分裂間期和分裂期的準確時間。當前18頁，總共87頁。細胞周期同步化◆自然同步化，如有一種粘菌的變形體plasmodia，某些受精卵早期卵裂

◆人工選擇同步化◆藥物誘導法◆條件依賴性突變株在細胞周期同步化中的應用：將與細胞周期調控有關的條件依賴性突變株轉移到限定條件下培養，所有細胞便被同步化在細胞周期中某一特定時期。當前19頁，總共87頁。人工選擇同步化·有絲分裂選擇法：用于單層貼壁生長細胞。優點是細胞未經任何藥物處理，細胞同步化效率高。缺點是分離的細胞數量少。·密度梯度離心法：根據不同時期的細胞在體積和重量上存在差別進行分離。優點是方法簡單省時，效率高，成本低。缺點是對大多數種類的細胞并不適用。當前20頁，總共87頁。藥物誘導法·DNA合成阻斷法─G1/S-TdR雙阻斷法：最終將細胞群阻斷于G1/S交界處。優點是同步化效率高，幾乎適合于所有體外培養的細胞體系。缺點是誘導過程可造成細胞非均衡生長·分裂中期阻斷法：通過抑制微管聚合來抑制細胞分裂器的形成，將細胞阻斷在細胞分裂中期。優點是操作簡便，效率高。缺點是這些藥物的毒性相對較大當前21頁，總共87頁。特異的細胞周期

特異的細胞周期是指那些特殊的細胞所具有的與標準的細胞周期相比有著鮮明特點的細胞周期。

◆爪蟾早期胚胎細胞的細胞周期◆酵母細胞的細胞周期◆植物細胞的細胞周期◆細菌的細胞周期當前22頁，總共87頁。爪蟾早期胚胎細胞的細胞周期·細胞分裂快,無G1期,G2期非常短,S期也短(所有復制子都激活),

以至認為僅含有S期和M期·無需臨時合成其它物質·子細胞在G1、G2期并不生長，越分裂體積越小 ·細胞周期調控因子和調節機制與一般體細胞標準的 細胞周期基本是一致的當前23頁，總共87頁。酵母細胞的細胞周期·酵母細胞的細胞周期與標準的細胞周期在時相和調控方面相似·酵母細胞周期明顯特點:酵母細胞周期持續時間較短；封閉式細胞分裂，即細胞分裂時核膜不解聚；紡錘體位于細胞核內；在一定環境下，也進行有性繁殖當前24頁，總共87頁。植物細胞的細胞周期·植物細胞的細胞周期與動物細胞的標準細胞周期非常相似，含有G1期、S期、G2期和M期四個時期。·植物細胞不含中心體，但在細胞分裂時可以正常組裝紡錘體。·植物細胞以形成中板的形式進行胞質分裂當前25頁，總共87頁。細菌的細胞周期·慢生長細菌細胞周期過程與真核細胞周期過程有一定相似之處。其DNA復制之前的準備時間與G1期類似。分裂之前的準備時間與G2期類似。再加上S期和M期，細菌的細胞周期也基本具備四個時期 ·細菌在快速生長情況下，如何協調快速分裂和最 基本的DNA復制速度之間的矛盾當前26頁，總共87頁。前期(prophase)◆標志前期開始的第一個特征是染色質開始濃縮(condensation)形成有絲分裂染色體(mitoticchromosome）◆第二個特征細胞骨架解聚，有絲分裂紡錘體(mitoticspindle)開始裝配◆Golgi體、ER等細胞器解體，形成小的膜泡當前27頁，總共87頁。·這種染色體由兩條染色單體(chromatid)構成 ·在前期末，染色體主縊痕部位形成一種蛋白復 合物稱為動粒(kinetochore)當前28頁，總共87頁。 間期動物細胞含一個MTOC，即中心體，在S期末，兩個中心粒在各自垂直的方向復制出一個中心粒，形成兩個中心體。當前期開始時，2個中心體移向細胞兩極，并同時組織微管生長，由兩極形成的微管通過微管結合蛋白在正極末端相連，最后形成有絲分裂紡錘體。當前29頁，總共87頁。前中期(prometaphase) ◆核膜破裂成小的膜泡，這一過程是由核纖層蛋白中 特異的Ser殘基磷酸化導致核纖層解體 ◆紡錘體微管與染色體的動粒結合，捕捉住染色體 每個已復制的染色體有兩個動粒，朝相反方向，保 證與兩極的微管結合；紡錘體微管捕捉住染色體后， 形成三種類型的微管◆不斷運動的染色體開始移向赤道板。細胞周期也由前中期逐漸向中期運轉。當前30頁，總共87頁。中期(metaphase)◆所有染色體排列到赤道板(MetaphasePlate)上，標志著細胞分裂已進入中期◆是什么機制確保染色體正確排列在赤道板上？ ·著絲粒微管動態平衡形成的張力

當前31頁，總共87頁。后期(anaphase)

◆排列在赤道面上的染色體的姐妹染色單體分離產生向極運動◆后期(anaphase)大致可以劃分為連續的兩個階段，即后期A和后期B

·后期A，動粒微管去裝配變短，染色體產生兩極運動·后期B，極間微管長度增加，兩極之間的距離逐漸拉長，介導染色體向極運動當前32頁，總共87頁。末期(telophase)◆染色單體到達兩極，即進入了末期（telophase）,到達兩極的染色單體開始去濃縮◆核膜開始重新組裝◆Golgi體和ER重新形成并生長◆核仁也開始重新組裝，RNA合成功能逐漸恢復,有絲分裂結束當前33頁，總共87頁。動物細胞胞質分裂◆胞質分裂(cytokinesis)開始于細胞分裂后期，在赤道板周圍細胞表面下陷，形成環形縊縮，稱為

分裂溝(furrow)。分裂溝的位置與紡錘體極性微管和鈣離子濃度升高的變化有關 ◆胞質分裂開始時，大量肌動蛋白和肌球蛋白在中體處組裝成微絲并相互組成微絲束，環繞細胞，稱為

收縮環（contractilering)。收縮環收縮、收縮環 處細胞膜融合并形成兩個子細胞當前34頁，總共87頁。植物細胞胞質分裂 ◆與動物細胞胞質分裂不同的是，植物細胞胞質分裂是因為在細胞內形成新的細胞膜和細胞壁而將細胞分開當前35頁，總共87頁。減數分裂概念與過程◆概念：減數分裂是細胞僅進行一次DNA復制，隨后進行兩次分裂，染色體數目減半的一種特殊的有絲分裂 ◆減數分裂過程當前36頁，總共87頁。減數分裂的意義◆確保世代間遺傳的穩定性； ◆增加變異機會，確保生物的多樣性，增強生物適應環境變化的能力。◆減數分裂是生物有性生殖的基礎，是生物遺傳、生物進化和生物多樣性的重要基礎保證。當前37頁，總共87頁。減數分裂特點◆遺傳物質只復制一次，細胞連續分裂兩次，導致染色體數目減半◆S期持續時間較長◆同源染色體在減數分裂期I(MeiosisI)配對聯會、基因重組◆減數分裂同源染色體配對排列在中期板上,第一次分列時,同源染色體分開當前38頁，總共87頁。減數分裂前S期與有絲分裂前S期長度比較當前39頁，總共87頁。·前期I分為細線期，偶線期，粗線期，雙線期，終變期等五個階段·形成聯會復合體(SynaptonemalComplex,SC)·同源染色體間遺傳物質重組,產生新的基因組合當前40頁，總共87頁。◆在適當時候激活細胞周期各個時相的相關酶和蛋白,然后自身失活(正調控)◆確保每一時相事件的全部完成(負調控)

◆對外界環境因子起反應(如多細胞生物對增殖信號的反應)一、細胞周期調控系統的主要作用當前41頁，總共87頁。二、細胞周期檢驗點(checkpoint)

◆細胞周期檢驗點是細胞周期調控的一種機制,主要是確保周期每一時相事件的有序、全部完成并與外界環境因素相聯系

◆細胞周期檢驗點及其作用G1期檢驗點：酵母——Start；動物細胞——RestrictionPoint當前42頁，總共87頁。三、 MPF

(Maturation-promotingfactor，

Mitosis-promotingfactor)●MPF(Maturation-promotingfactor，Mitosis-promotingfactor)的發現及其生化實質 ●MitoticCyclin-Cdk復合物的活化與功能當前43頁，總共87頁。MPF的發現及其生化實質◆細胞融合與PCC(Prematurechromosomalcondense)

◆爪蟾卵子成熟過程

◆MPF的發現◆MPF是一種使多種底物蛋白磷酸化的蛋白激酶；由M期Cyclin-Cdk(Cyclin-dependentproteinkinase)

形成的復合物。MPF=CDK1=p34cdc2+cyclinB當前44頁，總共87頁。MitoticCyclin-Cdk復合物的活化與功能

◆活化

·隨Cyclin濃度變化而變化

·激酶與磷酸酶的調節，

活化的MPF可使更多的MPF活化

◆功能：啟動細胞從G2期進入M期的相關事件當前45頁，總共87頁。四、Cyclin-Cdk復合物的多樣性及細胞周期運轉◆Cyclin-Cdk復合物的多樣性Cyclin-Cdk---調控細胞周期的引擎：不同的周期蛋白與不同的CDK結合，構成不同的Cyclin-Cdk；不同的Cyclin-Cdk在不同的時相表現活性，影響不同的下游事件。◆G1Cyclin-Cdk復合物對Rb蛋白磷酸化而調控G1檢驗點◆MitoticCyclin-Cdk復合物激活AnaphasePromotingComplex(APC),調控紡錘體裝配檢驗點◆周期細胞M-Cyclin的調控◆細胞周期調控模型總結當前46頁，總共87頁。Cyclin-Cdk復合物的多樣性 G1S G2/MCyclin-CdkCyclin-CdkCyclin-CdkBuddingYeastCLN1,2,3-CDC28CLB5,,(3,4)-CDC28CLB1,2(3,4)-CDC28FissionYeastCIG1-CDC2CIG2-CDC2CIG13-CDC2HigherEukaryotesCyclinD1,2,3-CDK4/6CyclinA-CDK2CyclinB-CDC2CyclinE1,2-CDK2G1SubstratesSSubstratesG2/MSubstratesGrowthandMorphogenesisDNAReplicationMitosis當前47頁，總共87頁。·APC介導選擇性降解的靶蛋白與Ubiquitin結合(通過泛素依賴性途徑降解)·APC主要介導兩類蛋白降解:AnaphaseInhibitors和MitoticCyclin.前者維持姐妹染色單體粘連,抑制后期啟動；后者的降解意味著有絲分裂即將結束，即染色體開始去凝集，核膜重建。·Cdc20和Mad2蛋白位于動粒上，在染色體結合有絲分裂紡錘體前將不能從動粒上釋放，由于Mad2與Cdc20結合而抑制APC的活性。所以只有所有染色體都與紡錘體結合后，APC才有活性，才啟動細胞向后期轉換。當前48頁，總共87頁。五、細胞周期運轉的阻遏

(細胞周期運轉的負調控)◆細胞至少可通過兩種不同機制阻遏細胞周期的運轉：

Cdk抑制蛋白(CDI)阻止Cyclin-Cdk復合物的裝配或活性；周期調控系統組分停止合成。◆CDI包括CIP/KIP家族和INK4家族，其作用是抑制Cyclin-Cdk復合物的裝配或活性，而將細胞阻止在不同的檢驗點。如DNA受損后，細胞將停留于G1Checkpoint讓DNA修復或者凋亡

◆周期調控系統組分停止合成，如G0細胞，大部分Cyclin和Cdk都消失，這在多細胞生物尤其明顯。當前49頁，總共87頁。當前50頁，總共87頁。當前51頁，總共87頁。ExperimentaldemonstrationofthecoordinatedSynthesisofDNAandhitones.當前52頁，總共87頁。當前53頁，總共87頁。當前54頁，總共87頁。當前55頁，總共87頁。當前56頁，總共87頁。當前57頁，總共87頁。當前58頁，總共87頁。當前59頁，總共87頁。當前60頁，總共87頁。當前61頁，總共87頁。

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MTbehaviorduringformationofthemetaphaseplate.Initially,MTfromoppositepolesaredifferentinlength.Experimentaldemonstrationofthei