細(xì)胞第十二章

1、第十二章第十二章 細(xì)胞增殖及其調(diào)控細(xì)胞增殖及其調(diào)控第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞周期概述細(xì)胞周期概述細(xì)胞周期細(xì)胞周期細(xì)胞周期中各個(gè)不同的時(shí)相及其主要事件細(xì)胞周期中各個(gè)不同的時(shí)相及其主要事件細(xì)胞周期長(zhǎng)短測(cè)定細(xì)胞周期長(zhǎng)短測(cè)定細(xì)胞周期同步化細(xì)胞周期同步化特殊的細(xì)胞周期特殊的細(xì)胞周期21. 細(xì)胞周期的概念細(xì)胞周期的概念連續(xù)分裂的細(xì)胞從一次有絲分裂結(jié)束連續(xù)分裂的細(xì)胞從一次有絲分裂結(jié)束開(kāi)始到下一次有絲分裂完成所經(jīng)歷的開(kāi)始到下一次有絲分裂完成所經(jīng)歷的過(guò)程。在這一過(guò)程中，細(xì)胞遺傳物質(zhì)過(guò)程。在這一過(guò)程中，細(xì)胞遺傳物質(zhì)復(fù)制，各種組分加倍，平均地分配到復(fù)制，各種組分加倍，平均地分配到兩個(gè)子細(xì)胞中去。兩個(gè)子細(xì)胞中去。3細(xì)胞周期的

2、四個(gè)階段細(xì)胞周期的四個(gè)階段G1期期(gap1)：從有絲分裂完成到期：從有絲分裂完成到期DNA復(fù)制之復(fù)制之前的間隙時(shí)間；前的間隙時(shí)間；S期期(synthesis phase)：DNA復(fù)制的時(shí)期，組復(fù)制的時(shí)期，組蛋白的合成；蛋白的合成；G2期期(gap2)：DNA復(fù)制完成到有絲分裂開(kāi)始之復(fù)制完成到有絲分裂開(kāi)始之前的一段時(shí)間；前的一段時(shí)間；M期期(mitosis)：細(xì)胞分裂開(kāi)始到結(jié)束。：細(xì)胞分裂開(kāi)始到結(jié)束。 45細(xì)胞周期的時(shí)間細(xì)胞周期的時(shí)間不同生物細(xì)胞及在同一生物個(gè)體種的不同細(xì)胞的細(xì)不同生物細(xì)胞及在同一生物個(gè)體種的不同細(xì)胞的細(xì)胞周期長(zhǎng)短均表現(xiàn)出差異。一般來(lái)說(shuō)，胞周期長(zhǎng)短均表現(xiàn)出差異。一般來(lái)說(shuō)，S-G

3、2-M的的時(shí)間變化較小，時(shí)間變化較小，細(xì)胞周期時(shí)間的長(zhǎng)短的主要差別在細(xì)胞周期時(shí)間的長(zhǎng)短的主要差別在G1期。期。小鼠食管上皮細(xì)胞：周期時(shí)間小鼠食管上皮細(xì)胞：周期時(shí)間115h，G1為為103h;小鼠十二指腸上皮細(xì)胞：周期時(shí)間小鼠十二指腸上皮細(xì)胞：周期時(shí)間15h，G1為為6h。6不同增殖能力的細(xì)胞不同增殖能力的細(xì)胞從增殖的角度來(lái)看，可將高等動(dòng)物的細(xì)胞分為三類(lèi)：從增殖的角度來(lái)看，可將高等動(dòng)物的細(xì)胞分為三類(lèi)：連續(xù)分裂細(xì)胞連續(xù)分裂細(xì)胞，在細(xì)胞周期中連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)因而又稱(chēng)為，在細(xì)胞周期中連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)因而又稱(chēng)為周期中細(xì)胞，如表皮生發(fā)層細(xì)胞、部分骨髓細(xì)胞。周期中細(xì)胞，如表皮生發(fā)層細(xì)胞、部分骨髓細(xì)胞。休眠細(xì)胞休眠細(xì)胞暫不分

4、裂，但在適當(dāng)?shù)拇碳は驴芍匦逻M(jìn)入暫不分裂，但在適當(dāng)?shù)拇碳は驴芍匦逻M(jìn)入細(xì)胞周期，稱(chēng)細(xì)胞周期，稱(chēng)G0期細(xì)胞，如淋巴細(xì)胞、肝、腎細(xì)胞期細(xì)胞，如淋巴細(xì)胞、肝、腎細(xì)胞不分裂細(xì)胞不分裂細(xì)胞，指不可逆地脫離細(xì)胞周期，不再分裂，指不可逆地脫離細(xì)胞周期，不再分裂的細(xì)胞，又稱(chēng)的細(xì)胞，又稱(chēng)終端細(xì)胞終端細(xì)胞，如神經(jīng)、肌肉、多形核細(xì)胞，如神經(jīng)、肌肉、多形核細(xì)胞等等。等等。7細(xì)胞周期中不同時(shí)相及其主要事件細(xì)胞周期中不同時(shí)相及其主要事件 G1 G1期期 S S 期期 G2G2期期 M 期期G1G1期期與與DNADNA合成啟動(dòng)相關(guān)，開(kāi)始合成細(xì)胞生長(zhǎng)所合成啟動(dòng)相關(guān)，開(kāi)始合成細(xì)胞生長(zhǎng)所 需要的多種蛋白質(zhì)、需要的多種蛋白質(zhì)、RNAR

5、NA、碳水化合物、脂、碳水化合物、脂 等，同時(shí)染色質(zhì)去凝集。等，同時(shí)染色質(zhì)去凝集。在在G1G1期的晚期有一個(gè)特定時(shí)期：期的晚期有一個(gè)特定時(shí)期： 起始點(diǎn)（芽殖酵母）起始點(diǎn)（芽殖酵母） 限制點(diǎn)或檢驗(yàn)點(diǎn)（其他真核生物）限制點(diǎn)或檢驗(yàn)點(diǎn)（其他真核生物）細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)(check point) 細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)是細(xì)胞周期調(diào)控的一種機(jī)制細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)是細(xì)胞周期調(diào)控的一種機(jī)制, 主要是確保周期每一時(shí)相事件的有序、全部完主要是確保周期每一時(shí)相事件的有序、全部完 成并與外界環(huán)境因素相聯(lián)系成并與外界環(huán)境因素相聯(lián)系 細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)及其作用細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)及其作用 G1期檢驗(yàn)點(diǎn)：酵母期檢驗(yàn)點(diǎn)：酵母Start；

6、動(dòng)物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞Restriction PointS S期期u DNA復(fù)制與組蛋白合成同步，組成核小體串珠結(jié)構(gòu)復(fù)制與組蛋白合成同步，組成核小體串珠結(jié)構(gòu)u S期期DNA合成不同步：合成不同步：常染色質(zhì)常染色質(zhì): : 先先; ; 異染色質(zhì)異染色質(zhì): : 后后; ;能轉(zhuǎn)錄的能轉(zhuǎn)錄的DNA: DNA: 先先; ; 不能轉(zhuǎn)錄的不能轉(zhuǎn)錄的DNA: DNA: 后后; ;GCGC含量高含量高: : 先先; AT; AT含量高含量高: : 后后; ;G2G2期期DNA復(fù)制完成；在這一時(shí)期復(fù)制完成；在這一時(shí)期, 主要是大量合成主要是大量合成ATP、RNA、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì), 包括微管蛋白和成熟促包括微管蛋白和成熟促

7、進(jìn)因子進(jìn)因子MPF(maturation promoting factor)等，為有絲分裂作準(zhǔn)備。等，為有絲分裂作準(zhǔn)備。 G2期檢驗(yàn)點(diǎn)期檢驗(yàn)點(diǎn)M 期期M期即細(xì)胞分裂期，真核細(xì)胞的細(xì)胞分裂主期即細(xì)胞分裂期，真核細(xì)胞的細(xì)胞分裂主要包括兩種方式，即有絲分裂要包括兩種方式，即有絲分裂(mitosis)和和減數(shù)分裂減數(shù)分裂(meiosis)。遺傳物質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)其。遺傳物質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)其他物質(zhì)分配給子細(xì)胞。他物質(zhì)分配給子細(xì)胞。細(xì)胞周期長(zhǎng)短測(cè)定細(xì)胞周期長(zhǎng)短測(cè)定脈沖標(biāo)記脈沖標(biāo)記DNADNA復(fù)制和細(xì)胞分裂指數(shù)觀(guān)察測(cè)定法復(fù)制和細(xì)胞分裂指數(shù)觀(guān)察測(cè)定法流式細(xì)胞儀測(cè)定法流式細(xì)胞儀測(cè)定法(Flow Cytometry)(Flo

8、w Cytometry)細(xì)胞周期同步化細(xì)胞周期同步化自然同步化自然同步化人工選擇同步化人工選擇同步化 藥物誘導(dǎo)法藥物誘導(dǎo)法 條件依賴(lài)性突變株在細(xì)胞周期同步化中的應(yīng)用：條件依賴(lài)性突變株在細(xì)胞周期同步化中的應(yīng)用： 將與細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)的條件依賴(lài)性突變株轉(zhuǎn)移將與細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)的條件依賴(lài)性突變株轉(zhuǎn)移 到限定條件下培養(yǎng)，所有細(xì)胞便被同步化在細(xì)胞到限定條件下培養(yǎng)，所有細(xì)胞便被同步化在細(xì)胞 周期中某一特定時(shí)期。周期中某一特定時(shí)期。自然同步化自然同步化 1多核體多核體 如粘菌只進(jìn)行核分裂，而不發(fā)生胞質(zhì)分裂，形成多核體如粘菌只進(jìn)行核分裂，而不發(fā)生胞質(zhì)分裂，形成多核體。數(shù)量眾多的核處于同一細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)行同步化分

9、裂，使細(xì)。數(shù)量眾多的核處于同一細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)行同步化分裂，使細(xì)胞核達(dá)胞核達(dá)108，體積達(dá)，體積達(dá)56cm。瘧原蟲(chóng)也具有類(lèi)似的情況。瘧原蟲(chóng)也具有類(lèi)似的情況。2某些水生動(dòng)物的受精卵某些水生動(dòng)物的受精卵 （某些受精卵早期卵裂某些受精卵早期卵裂 ） 如海膽卵可以同時(shí)授精，最初的如海膽卵可以同時(shí)授精，最初的3次細(xì)胞分裂是同步的，再次細(xì)胞分裂是同步的，再如大量海參卵受精后，前如大量海參卵受精后，前9次細(xì)胞分裂都是同步化進(jìn)行的。次細(xì)胞分裂都是同步化進(jìn)行的。3增殖抑制解除后的同步分裂增殖抑制解除后的同步分裂 如真菌的休眠孢子移入適宜環(huán)境后，它們一起發(fā)芽，同步如真菌的休眠孢子移入適宜環(huán)境后，它們一起發(fā)芽，同步分裂

10、。分裂。人工選擇同步化人工選擇同步化有絲分裂選擇法：有絲分裂選擇法：用于單層貼壁生長(zhǎng)細(xì)胞。優(yōu)點(diǎn)是細(xì)用于單層貼壁生長(zhǎng)細(xì)胞。優(yōu)點(diǎn)是細(xì) 胞未經(jīng)任何藥物處理，細(xì)胞同步化效率高。缺點(diǎn)是胞未經(jīng)任何藥物處理，細(xì)胞同步化效率高。缺點(diǎn)是 分離的細(xì)胞數(shù)量少。分離的細(xì)胞數(shù)量少。密度梯度離心法：密度梯度離心法：根據(jù)不同時(shí)期的細(xì)胞在體積和重量根據(jù)不同時(shí)期的細(xì)胞在體積和重量上存在差別進(jìn)行分離。優(yōu)點(diǎn)是方法上存在差別進(jìn)行分離。優(yōu)點(diǎn)是方法 簡(jiǎn)單省時(shí)，效率高，簡(jiǎn)單省時(shí)，效率高，成本低。缺點(diǎn)是對(duì)大多數(shù)種類(lèi)的細(xì)胞并不適用。成本低。缺點(diǎn)是對(duì)大多數(shù)種類(lèi)的細(xì)胞并不適用。藥物誘導(dǎo)法藥物誘導(dǎo)法 DNADNA合成阻斷法合成阻斷法 G1/S-Td

11、R(G1/S-TdR(胸腺嘧啶核胸腺嘧啶核苷苷 ) )雙阻斷法：最終將細(xì)胞群阻斷于雙阻斷法：最終將細(xì)胞群阻斷于G1/SG1/S交界交界處。處。 優(yōu)點(diǎn)：同步化效率高，幾乎適合于所有體外優(yōu)點(diǎn)：同步化效率高，幾乎適合于所有體外培養(yǎng)的細(xì)胞體系。培養(yǎng)的細(xì)胞體系。 缺點(diǎn)：誘導(dǎo)過(guò)程可造成細(xì)胞非均衡生長(zhǎng)缺點(diǎn)：誘導(dǎo)過(guò)程可造成細(xì)胞非均衡生長(zhǎng) 分裂中期阻斷法：分裂中期阻斷法：通過(guò)抑制微管聚合來(lái)抑通過(guò)抑制微管聚合來(lái)抑制細(xì)胞分裂器的形成，將細(xì)胞阻斷在細(xì)胞分制細(xì)胞分裂器的形成，將細(xì)胞阻斷在細(xì)胞分裂中期。裂中期。 優(yōu)點(diǎn)：是操作簡(jiǎn)便，效率高。優(yōu)點(diǎn)：是操作簡(jiǎn)便，效率高。 缺點(diǎn)：這些藥物的毒性相對(duì)較大。缺點(diǎn)：這些藥物的毒性相對(duì)較

12、大。19特異的細(xì)胞周期特異的細(xì)胞周期 特異的細(xì)胞周期是指那些特殊的細(xì)胞所具特異的細(xì)胞周期是指那些特殊的細(xì)胞所具 有的與有的與標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期相比有著鮮明特點(diǎn)的細(xì)標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期相比有著鮮明特點(diǎn)的細(xì) 胞周期。胞周期。 爪蟾早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期爪蟾早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期 酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期 植物細(xì)胞的細(xì)胞周期植物細(xì)胞的細(xì)胞周期 細(xì)菌的細(xì)胞周期細(xì)菌的細(xì)胞周期爪蟾早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期爪蟾早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞周期 細(xì)胞分裂快細(xì)胞分裂快,無(wú)無(wú)G1期期, G2期非常短期非常短,S期也短期也短(所有復(fù)所有復(fù) 制子都激活制子都激活), 以至認(rèn)為僅含有以至認(rèn)為僅含有S期和期和M期期 無(wú)需臨時(shí)合成其

13、它物質(zhì)無(wú)需臨時(shí)合成其它物質(zhì) 子細(xì)胞在子細(xì)胞在G1、G2期并不生長(zhǎng)，越分裂體積越小期并不生長(zhǎng)，越分裂體積越小 細(xì)胞周期調(diào)控因子和調(diào)節(jié)機(jī)制與一般體細(xì)胞標(biāo)細(xì)胞周期調(diào)控因子和調(diào)節(jié)機(jī)制與一般體細(xì)胞標(biāo) 準(zhǔn)的細(xì)胞周期基本是一致的準(zhǔn)的細(xì)胞周期基本是一致的酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期與標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期在時(shí)相和酵母細(xì)胞的細(xì)胞周期與標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞周期在時(shí)相和調(diào)控方面相似調(diào)控方面相似酵母細(xì)胞周期明顯特點(diǎn)酵母細(xì)胞周期明顯特點(diǎn): 酵母細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間較短；酵母細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間較短； 封閉式細(xì)胞分裂封閉式細(xì)胞分裂 ，即細(xì)胞分裂時(shí)核膜不解聚；，即細(xì)胞分裂時(shí)核膜不解聚； 紡錘體位于細(xì)胞核內(nèi)；紡錘體位于細(xì)胞核

14、內(nèi)； 在一定環(huán)境下，也進(jìn)行有性繁殖在一定環(huán)境下，也進(jìn)行有性繁殖芽殖酵母：芽殖酵母：G1G1期后期開(kāi)始出芽期后期開(kāi)始出芽紡錘體裝配與紡錘體裝配與S S期期DNADNA復(fù)制復(fù)制同時(shí)進(jìn)行同時(shí)進(jìn)行形成大小不等的兩個(gè)子細(xì)形成大小不等的兩個(gè)子細(xì)胞胞裂殖酵母裂殖酵母均等分裂均等分裂細(xì)胞生長(zhǎng)僅是細(xì)胞長(zhǎng)度的細(xì)胞生長(zhǎng)僅是細(xì)胞長(zhǎng)度的增加，直徑保持不變?cè)黾?，直徑保持不?4植物細(xì)胞的細(xì)胞周期植物細(xì)胞的細(xì)胞周期植物細(xì)胞的細(xì)胞周期與動(dòng)物細(xì)胞的標(biāo)植物細(xì)胞的細(xì)胞周期與動(dòng)物細(xì)胞的標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞周期非常相似，含有準(zhǔn)細(xì)胞周期非常相似，含有G1期、期、S期期、G2期和期和M期四個(gè)時(shí)期。期四個(gè)時(shí)期。植物細(xì)胞不含中心體，但在細(xì)胞分裂植物細(xì)胞不

15、含中心體，但在細(xì)胞分裂時(shí)可以正常組裝紡錘體。時(shí)可以正常組裝紡錘體。植物細(xì)胞以形成中板的形式進(jìn)行胞質(zhì)植物細(xì)胞以形成中板的形式進(jìn)行胞質(zhì)分裂分裂細(xì)菌的細(xì)胞周期細(xì)菌的細(xì)胞周期慢生長(zhǎng)細(xì)菌細(xì)胞周期過(guò)程與真核細(xì)慢生長(zhǎng)細(xì)菌細(xì)胞周期過(guò)程與真核細(xì)胞周期過(guò)程有一定相似之處。其胞周期過(guò)程有一定相似之處。其DNA復(fù)制之前的準(zhǔn)備時(shí)間與復(fù)制之前的準(zhǔn)備時(shí)間與G1期期類(lèi)似。分裂之前的準(zhǔn)備時(shí)間與類(lèi)似。分裂之前的準(zhǔn)備時(shí)間與G2期類(lèi)似。再加上期類(lèi)似。再加上S期和期和M期，細(xì)期，細(xì) 菌菌的細(xì)胞周期也基本具備四個(gè)時(shí)期的細(xì)胞周期也基本具備四個(gè)時(shí)期細(xì)菌在快速生長(zhǎng)情況下，如何協(xié)調(diào)細(xì)菌在快速生長(zhǎng)情況下，如何協(xié)調(diào)快速分裂和最基本快速分裂和最基本

16、的的DNA復(fù)制速?gòu)?fù)制速度之間的矛盾。度之間的矛盾。 在快速生長(zhǎng)時(shí)，在快速生長(zhǎng)時(shí)，在一個(gè)細(xì)胞周期中每個(gè)在一個(gè)細(xì)胞周期中每個(gè)DNA分子復(fù)分子復(fù)制僅能完成一半，但制僅能完成一半，但DNA復(fù)制是在復(fù)制是在兩個(gè)正在形成中的兩個(gè)正在形成中的DNA分子上同時(shí)分子上同時(shí)進(jìn)行的。進(jìn)行的。第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂有絲分裂有絲分裂(mitosis)減數(shù)分裂減數(shù)分裂(Meiosis) 一、有絲分裂一、有絲分裂(mitosis)(mitosis)前期前期(prophase)前中期前中期(prometaphase)中期中期(metaphase)后期后期(anaphase) 末期末期(telophase)前期前期(p

17、rophase)(prophase)前期的主要事件是：染色質(zhì)凝縮，分裂極確立與紡前期的主要事件是：染色質(zhì)凝縮，分裂極確立與紡錘體開(kāi)始形成，核仁解體，核膜消失。錘體開(kāi)始形成，核仁解體，核膜消失。 標(biāo)志前期開(kāi)始的第一個(gè)特征是染色質(zhì)開(kāi)始濃縮標(biāo)志前期開(kāi)始的第一個(gè)特征是染色質(zhì)開(kāi)始濃縮(condensation)形成有絲分裂染色體形成有絲分裂染色體(mitotic chromosome） 第二個(gè)特征是細(xì)胞骨架解聚，有絲分裂紡錘體第二個(gè)特征是細(xì)胞骨架解聚，有絲分裂紡錘體(mitotic spindle)開(kāi)始裝配開(kāi)始裝配Golgi體、體、ER等細(xì)胞器解體，形成小的膜泡等細(xì)胞器解體，形成小的膜泡這種染色體由兩條

18、染色單體這種染色體由兩條染色單體(chromatid)構(gòu)成構(gòu)成 在前期末，染色體主縊痕部位形成一種蛋白復(fù)在前期末，染色體主縊痕部位形成一種蛋白復(fù)合物稱(chēng)為動(dòng)粒合物稱(chēng)為動(dòng)粒(kinetochore)間期動(dòng)物細(xì)胞含一個(gè)間期動(dòng)物細(xì)胞含一個(gè)MTOCMTOC，即中心體，在，即中心體，在 S S期末，兩個(gè)中心粒在各自垂直的方向復(fù)制出一期末，兩個(gè)中心粒在各自垂直的方向復(fù)制出一個(gè)中心粒，形成兩個(gè)中心體。當(dāng)前期開(kāi)始時(shí)，個(gè)中心粒，形成兩個(gè)中心體。當(dāng)前期開(kāi)始時(shí)， 2 2個(gè)中心體移向細(xì)胞兩極，并同時(shí)組織微管生個(gè)中心體移向細(xì)胞兩極，并同時(shí)組織微管生 長(zhǎng)，由兩極形成的微管通過(guò)微管結(jié)合蛋白在正長(zhǎng)，由兩極形成的微管通過(guò)微管結(jié)合

19、蛋白在正 極末端相連，最后形成有絲分裂紡錘體。極末端相連，最后形成有絲分裂紡錘體。前中期前中期(prometaphase)(prometaphase)核膜破裂成小的膜泡，這一過(guò)程是由核纖層蛋白中核膜破裂成小的膜泡，這一過(guò)程是由核纖層蛋白中 特異的特異的Ser殘基磷酸化導(dǎo)致核纖層解體殘基磷酸化導(dǎo)致核纖層解體紡錘體微管與染色體的動(dòng)粒結(jié)合，捕捉住染色體紡錘體微管與染色體的動(dòng)粒結(jié)合，捕捉住染色體 每個(gè)已復(fù)制的染色體有兩個(gè)動(dòng)粒，朝相反方向，保每個(gè)已復(fù)制的染色體有兩個(gè)動(dòng)粒，朝相反方向，保 證與兩極的微管結(jié)合；紡錘體微管捕捉住染色體后，證與兩極的微管結(jié)合；紡錘體微管捕捉住染色體后， 形成三種類(lèi)型的微管形成三

20、種類(lèi)型的微管 不斷運(yùn)動(dòng)的染色體開(kāi)始移向赤道板。細(xì)胞周期也由前中期不斷運(yùn)動(dòng)的染色體開(kāi)始移向赤道板。細(xì)胞周期也由前中期 逐漸向中期運(yùn)轉(zhuǎn)。逐漸向中期運(yùn)轉(zhuǎn)。前中期前中期(prometaphase)(prometaphase)核膜破裂成小的膜泡，這一過(guò)程是由核纖層蛋白中核膜破裂成小的膜泡，這一過(guò)程是由核纖層蛋白中 特異的特異的Ser殘基磷酸化導(dǎo)致核纖層解體殘基磷酸化導(dǎo)致核纖層解體紡錘體微管與染色體的動(dòng)粒結(jié)合，捕捉住染色體紡錘體微管與染色體的動(dòng)粒結(jié)合，捕捉住染色體 每個(gè)已復(fù)制的染色體有兩個(gè)動(dòng)粒，朝相反方向，保每個(gè)已復(fù)制的染色體有兩個(gè)動(dòng)粒，朝相反方向，保 證與兩極的微管結(jié)合；紡錘體微管捕捉住染色體后，證與兩

21、極的微管結(jié)合；紡錘體微管捕捉住染色體后， 形成三種類(lèi)型的微管形成三種類(lèi)型的微管 不斷運(yùn)動(dòng)的染色體開(kāi)始移向赤道板。細(xì)胞周期也由前中期不斷運(yùn)動(dòng)的染色體開(kāi)始移向赤道板。細(xì)胞周期也由前中期 逐漸向中期運(yùn)轉(zhuǎn)。逐漸向中期運(yùn)轉(zhuǎn)。中期中期(metaphase)(metaphase)所有染色體排列到赤道板所有染色體排列到赤道板( (Metaphase Plate) )上，上， 標(biāo)志著細(xì)胞分裂已進(jìn)入中期標(biāo)志著細(xì)胞分裂已進(jìn)入中期 是什么機(jī)制確保染色體正確排列在赤道板上？是什么機(jī)制確保染色體正確排列在赤道板上？ 著絲粒微管動(dòng)態(tài)平衡形成的張力著絲粒微管動(dòng)態(tài)平衡形成的張力 中期染色體中期染色體后期后期(anaphase)

22、 排列在赤道面上的染色體的姐妹染色單體分離排列在赤道面上的染色體的姐妹染色單體分離 產(chǎn)生向極運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生向極運(yùn)動(dòng)后期后期(anaphase)大致可以劃分為連續(xù)的兩個(gè)階段，大致可以劃分為連續(xù)的兩個(gè)階段，即后期即后期A和后期和后期B 后期后期A，動(dòng)粒微管去裝配變短，染色體產(chǎn)生兩極運(yùn)動(dòng)，動(dòng)粒微管去裝配變短，染色體產(chǎn)生兩極運(yùn)動(dòng) 后期后期B，極間微管長(zhǎng)度增加，兩極之間的距離逐漸拉，極間微管長(zhǎng)度增加，兩極之間的距離逐漸拉 長(zhǎng)，介導(dǎo)染色體向極運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)，介導(dǎo)染色體向極運(yùn)動(dòng)末期末期(telophase)(telophase)染色單體到達(dá)兩極，即進(jìn)入了末期（染色單體到達(dá)兩極，即進(jìn)入了末期（telophase）, 到達(dá)兩

23、極的染色單體開(kāi)始去濃縮到達(dá)兩極的染色單體開(kāi)始去濃縮核膜開(kāi)始重新組裝核膜開(kāi)始重新組裝 Golgi體和體和ER重新形成并生長(zhǎng)重新形成并生長(zhǎng)核仁也開(kāi)始重新組裝，核仁也開(kāi)始重新組裝，RNA合成功能逐漸恢復(fù)合成功能逐漸恢復(fù), 有絲分裂結(jié)束有絲分裂結(jié)束 38l胞質(zhì)分裂可簡(jiǎn)單歸納為4個(gè)步驟：分裂溝位置確定、肌動(dòng)蛋白聚集和收縮環(huán)形成、收縮環(huán)收縮、收縮環(huán)處細(xì)胞膜融合形成兩個(gè)子細(xì)胞。 胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂(cytokinesis)動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂(cytokinesis)開(kāi)始于細(xì)胞分裂后期，在開(kāi)始于細(xì)胞分裂后期，在 赤道板周?chē)?xì)胞表面下陷，形成環(huán)形縊縮，稱(chēng)為赤道板周?chē)?xì)胞表面下陷，形成

24、環(huán)形縊縮，稱(chēng)為 分裂溝分裂溝(furrow)。分裂溝的位置與紡錘體極性微管和。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(guān)鈣離子濃度升高的變化有關(guān)胞質(zhì)分裂開(kāi)始時(shí)，大量肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白在中體胞質(zhì)分裂開(kāi)始時(shí)，大量肌動(dòng)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(huán)繞細(xì)胞，稱(chēng)為處組裝成微絲并相互組成微絲束，環(huán)繞細(xì)胞，稱(chēng)為 收縮環(huán)（收縮環(huán)（contractile ring)。收縮環(huán)收縮、收縮環(huán)。收縮環(huán)收縮、收縮環(huán) 處細(xì)胞膜融合并形成兩個(gè)子細(xì)胞處細(xì)胞膜融合并形成兩個(gè)子細(xì)胞胞質(zhì)分裂溝胞質(zhì)分裂溝l肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白參與了分裂溝的形成和整個(gè)胞質(zhì)分裂過(guò)程。l大量的肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白裝配形成微

25、絲束，環(huán)繞細(xì)胞，稱(chēng)為收縮環(huán)(contractile ring)。收縮環(huán)收縮，分裂溝加深，直至兩個(gè)子細(xì)胞相互分離。收縮環(huán)收縮環(huán)胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂植物細(xì)胞胞質(zhì)分裂植物細(xì)胞胞質(zhì)分裂與動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂不同的是，植物細(xì)胞胞與動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)分裂不同的是，植物細(xì)胞胞 質(zhì)分裂是因?yàn)樵诩?xì)胞內(nèi)形成新的細(xì)胞膜和細(xì)質(zhì)分裂是因?yàn)樵诩?xì)胞內(nèi)形成新的細(xì)胞膜和細(xì) 胞壁而將細(xì)胞分開(kāi)胞壁而將細(xì)胞分開(kāi)中心體中心體 centrosomel組成：組成：中心粒中心粒( (一對(duì)一對(duì)) )、無(wú)定形基質(zhì)。、無(wú)定形基質(zhì)。 l周期變化：在間期（周期變化：在間期（S期）完成復(fù)制，在前期移期）完成復(fù)制，在前期移向兩極，參與形成紡錘體。向兩極，參與形成紡錘體

26、。l功能：生成星體周?chē)⒐?。功能：生成星體周?chē)⒐堋?6中心體周期中心體周期中心體周期中心體周期紡錘體（紡錘體（spindle）的裝配）的裝配由兩端星體、星體微管、極間微管和動(dòng)粒微管及由兩端星體、星體微管、極間微管和動(dòng)粒微管及其結(jié)合蛋白組合形成的紡錘形結(jié)構(gòu)稱(chēng)為其結(jié)合蛋白組合形成的紡錘形結(jié)構(gòu)稱(chēng)為紡錘體紡錘體或或有絲分裂器。有絲分裂器。49染色體準(zhǔn)確等分機(jī)制染色體準(zhǔn)確等分機(jī)制l紡錘體產(chǎn)生的合力紡錘體產(chǎn)生的合力-決定染色體運(yùn)動(dòng)的決定染色體運(yùn)動(dòng)的方向方向1.1.極間微管重疊區(qū)微管之間相互滑動(dòng)對(duì)兩極星體產(chǎn)生的推力。極間微管重疊區(qū)微管之間相互滑動(dòng)對(duì)兩極星體產(chǎn)生的推力。2.2.動(dòng)粒微管與染色體動(dòng)粒之間的相互

27、作用對(duì)染色體產(chǎn)生拉力。動(dòng)粒微管與染色體動(dòng)粒之間的相互作用對(duì)染色體產(chǎn)生拉力。3.3.星體微管與細(xì)胞膜之間相互作用使星體穩(wěn)定在細(xì)胞兩極的作星體微管與細(xì)胞膜之間相互作用使星體穩(wěn)定在細(xì)胞兩極的作用力用力。4.4.兩條姐妹染色單體在著絲粒處形成的粘著力。兩條姐妹染色單體在著絲粒處形成的粘著力。51l有絲分裂包括核分裂、胞質(zhì)分裂。三個(gè)最重要的特征：l染色質(zhì)凝集l紡錘體出現(xiàn)l收縮環(huán)出現(xiàn)三、減數(shù)分裂三、減數(shù)分裂(Meiosis)（一）前減數(shù)分裂間期（一）前減數(shù)分裂間期（二）減數(shù)分裂過(guò)程（二）減數(shù)分裂過(guò)程（三）減數(shù)分裂過(guò)程的特殊結(jié)構(gòu)及其變化（三）減數(shù)分裂過(guò)程的特殊結(jié)構(gòu)及其變化減數(shù)分裂概念與過(guò)程減數(shù)分裂概念與過(guò)程

28、概念：減數(shù)分裂是細(xì)胞僅進(jìn)行一次DNA復(fù)制，隨 后進(jìn)行兩次分裂，染色體數(shù)目減半的一種特殊的 有絲分裂。減數(shù)分裂的意義減數(shù)分裂的意義確保世代間遺傳的穩(wěn)定性確保世代間遺傳的穩(wěn)定性； 增加變異機(jī)會(huì)，確保生物的多樣性，增加變異機(jī)會(huì)，確保生物的多樣性，增強(qiáng)生物適應(yīng)環(huán)境變化的能力。增強(qiáng)生物適應(yīng)環(huán)境變化的能力。 減數(shù)分裂是生物有性生殖的基礎(chǔ)，減數(shù)分裂是生物有性生殖的基礎(chǔ)， 是生物遺傳、生物進(jìn)化和生物多樣性的重是生物遺傳、生物進(jìn)化和生物多樣性的重要基礎(chǔ)保證。要基礎(chǔ)保證。減數(shù)分裂特點(diǎn)減數(shù)分裂特點(diǎn)遺傳物質(zhì)只復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，導(dǎo)致染色體數(shù)目遺傳物質(zhì)只復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次，導(dǎo)致染色體數(shù)目減半減半S期持續(xù)

29、時(shí)間較長(zhǎng)期持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)同源染色體在減數(shù)分裂期同源染色體在減數(shù)分裂期I(MeiosisI)配對(duì)聯(lián)會(huì)，配對(duì)聯(lián)會(huì)，形成聯(lián)會(huì)復(fù)形成聯(lián)會(huì)復(fù)合體合體(Synaptonemal Complex, SC)(Synaptonemal Complex, SC) ；同源染色體間遺傳物質(zhì)同源染色體間遺傳物質(zhì)重組重組, ,產(chǎn)生新的基因組合產(chǎn)生新的基因組合減數(shù)分裂同源染色體配對(duì)排列在中期板上減數(shù)分裂同源染色體配對(duì)排列在中期板上,第一次分列時(shí)第一次分列時(shí),同同源染色體分開(kāi)源染色體分開(kāi)減數(shù)分裂前減數(shù)分裂前S S期與有絲分裂前期與有絲分裂前S S期長(zhǎng)度比較期長(zhǎng)度比較物種物種減數(shù)分裂前減數(shù)分裂前 S 期期有有 絲絲 分分 裂裂

30、前前 S 期期蠑螈蠑螈10天天12小時(shí)小時(shí)小鼠小鼠14小時(shí)小時(shí)56小時(shí)小時(shí)小麥小麥12小時(shí)小時(shí)3.8小時(shí)小時(shí)酵母酵母 1.0小時(shí)小時(shí)0.5小時(shí)小時(shí)（二）減數(shù)分裂過(guò)程（二）減數(shù)分裂過(guò)程1、減數(shù)分裂、減數(shù)分裂 （1）前期）前期 （2）中期）中期 （3）后期）后期 （4）末期）末期2、減數(shù)分裂、減數(shù)分裂 （1）前期）前期 （2）中期）中期 （3）后期）后期 （4）末期）末期小結(jié)小結(jié)前期前期I I分為細(xì)線(xiàn)期，偶線(xiàn)期，粗線(xiàn)期，雙線(xiàn)期，分為細(xì)線(xiàn)期，偶線(xiàn)期，粗線(xiàn)期，雙線(xiàn)期，終變期等五個(gè)階段終變期等五個(gè)階段形成聯(lián)會(huì)復(fù)合體形成聯(lián)會(huì)復(fù)合體(Synaptonemal Complex, SC)(Synaptonema

31、l Complex, SC)同源染色體間遺傳物質(zhì)重組同源染色體間遺傳物質(zhì)重組, ,產(chǎn)生新的基因組合產(chǎn)生新的基因組合細(xì)線(xiàn)期細(xì)線(xiàn)期細(xì)線(xiàn)期細(xì)線(xiàn)期 細(xì)線(xiàn)期：又稱(chēng)凝集期細(xì)線(xiàn)期：又稱(chēng)凝集期A A、染色質(zhì)凝集成染色體，呈細(xì)線(xiàn)狀、染色質(zhì)凝集成染色體，呈細(xì)線(xiàn)狀B B、在細(xì)纖維樣染色體上具有念珠狀的、在細(xì)纖維樣染色體上具有念珠狀的染色粒染色粒C C、染色體端粒通過(guò)接觸斑與核膜相連、染色體端粒通過(guò)接觸斑與核膜相連，而染色體的其它部分以袢環(huán)狀延，而染色體的其它部分以袢環(huán)狀延伸到核質(zhì)中伸到核質(zhì)中偶線(xiàn)期偶線(xiàn)期偶線(xiàn)期：亦稱(chēng)合線(xiàn)期、配對(duì)期，偶線(xiàn)期：亦稱(chēng)合線(xiàn)期、配對(duì)期，是同源染色體配對(duì)的時(shí)期。是同源染色體配對(duì)的時(shí)期。A、配對(duì)、

32、從端粒與核膜的接觸斑處、配對(duì)、從端粒與核膜的接觸斑處開(kāi)始聯(lián)會(huì)，出現(xiàn)聯(lián)會(huì)復(fù)合體開(kāi)始聯(lián)會(huì)，出現(xiàn)聯(lián)會(huì)復(fù)合體(synaptonemal complex.SC）、二價(jià)體（、二價(jià)體（bivalent）、四分體（）、四分體（tetrad）。）。B、合成約、合成約0.3%左右的左右的DNA，稱(chēng)為，稱(chēng)為zygDNA。粗線(xiàn)期粗線(xiàn)期A、染色體進(jìn)一步濃縮，變粗變短，并與核膜繼、染色體進(jìn)一步濃縮，變粗變短，并與核膜繼續(xù)保持接觸續(xù)保持接觸B、出現(xiàn)重組結(jié)，同源染色體的非姊妹染色單體、出現(xiàn)重組結(jié)，同源染色體的非姊妹染色單體間發(fā)生交換的時(shí)期間發(fā)生交換的時(shí)期C、合成、合成P-DNAD、合成減數(shù)分裂專(zhuān)有的組蛋白，并將體細(xì)胞類(lèi)、合成

33、減數(shù)分裂專(zhuān)有的組蛋白，并將體細(xì)胞類(lèi)型的組蛋白部分或全部置換下來(lái)型的組蛋白部分或全部置換下來(lái)E、卵母細(xì)胞中，擴(kuò)增、卵母細(xì)胞中，擴(kuò)增rDNA，參與形成附加的，參與形成附加的核仁核仁雙線(xiàn)期雙線(xiàn)期A A、聯(lián)會(huì)的同源染色體相互排斥、開(kāi)始分、聯(lián)會(huì)的同源染色體相互排斥、開(kāi)始分離，出現(xiàn)交叉，離，出現(xiàn)交叉，B B、聯(lián)會(huì)復(fù)合體消失、聯(lián)會(huì)復(fù)合體消失 補(bǔ)充：植物細(xì)胞雙線(xiàn)期一般較短，許補(bǔ)充：植物細(xì)胞雙線(xiàn)期一般較短，許多動(dòng)物卵細(xì)胞中雙線(xiàn)期停留的時(shí)間非多動(dòng)物卵細(xì)胞中雙線(xiàn)期停留的時(shí)間非常長(zhǎng)。人的卵母細(xì)胞在五個(gè)月胎兒中常長(zhǎng)。人的卵母細(xì)胞在五個(gè)月胎兒中已達(dá)雙線(xiàn)期，而一直到排卵都停在雙已達(dá)雙線(xiàn)期，而一直到排卵都停在雙線(xiàn)期，排卵年齡

34、大約在線(xiàn)期，排卵年齡大約在12125050歲之間歲之間。魚(yú)類(lèi)、兩棲類(lèi)、爬行類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)以及。魚(yú)類(lèi)、兩棲類(lèi)、爬行類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)以及無(wú)脊椎動(dòng)物的昆蟲(chóng)中，雙線(xiàn)期的二階無(wú)脊椎動(dòng)物的昆蟲(chóng)中，雙線(xiàn)期的二階體去凝集而形成燈刷染色體，這一時(shí)體去凝集而形成燈刷染色體，這一時(shí)期是卵黃積累的時(shí)期。期是卵黃積累的時(shí)期。 終變期終變期A A、二價(jià)體顯著變短、二價(jià)體顯著變短B B、由于交叉端化，故交叉數(shù)目、由于交叉端化，故交叉數(shù)目減少，通常只有一至二個(gè)交減少，通常只有一至二個(gè)交叉，僅在端部和著絲粒處叉，僅在端部和著絲粒處C C、核仁此時(shí)開(kāi)始消失，核被膜、核仁此時(shí)開(kāi)始消失，核被膜解體解體中期中期減數(shù)分裂中期減數(shù)分裂中期與一般與一般有

35、絲分裂中期相似，每有絲分裂中期相似，每個(gè)染色體的兩個(gè)著絲粒個(gè)染色體的兩個(gè)著絲粒分別位于染色體的兩側(cè)分別位于染色體的兩側(cè)，分別與從兩極出發(fā)的，分別與從兩極出發(fā)的紡錘體微管相連接。紡錘體微管相連接。動(dòng)粒與紡錘體的聯(lián)系示意圖動(dòng)粒與紡錘體的聯(lián)系示意圖（三）減數(shù)分裂過(guò)程的特殊結(jié)構(gòu)及其變化（三）減數(shù)分裂過(guò)程的特殊結(jié)構(gòu)及其變化1、性染色體的分離、性染色體的分離1）雌性性染色體：）雌性性染色體：XX，在減數(shù)分裂過(guò)程中像常染色體一樣進(jìn)行正常配，在減數(shù)分裂過(guò)程中像常染色體一樣進(jìn)行正常配對(duì)、交換和分離。對(duì)、交換和分離。2）雄性性染色體：）雄性性染色體：XY or XO 兩條性染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，基因含量不同；兩條

36、性染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，基因含量不同； 含同源區(qū)段的含同源區(qū)段的XY染色體在前期染色體在前期可以進(jìn)行配對(duì)；可以進(jìn)行配對(duì)； 不管不管XY 配對(duì)與否，二者在分裂中期配對(duì)與否，二者在分裂中期排列到赤道面上，隨常染色體排列到赤道面上，隨常染色體分離而相互分離；分離而相互分離； 第二次減數(shù)分裂，第二次減數(shù)分裂，XY和常染色體一樣，兩條姐妹染色單體進(jìn)行分離和常染色體一樣，兩條姐妹染色單體進(jìn)行分離。2、聯(lián)會(huì)復(fù)合體和基因重組、聯(lián)會(huì)復(fù)合體和基因重組聯(lián)會(huì)復(fù)合體和基因重組：聯(lián)會(huì)復(fù)合體和基因重組：聯(lián)會(huì)復(fù)合體聯(lián)會(huì)復(fù)合體是同源染色體之間在是同源染色體之間在減數(shù)分裂前期聯(lián)會(huì)時(shí)所形成的減數(shù)分裂前期聯(lián)會(huì)時(shí)所形成的一種臨時(shí)性結(jié)構(gòu)

37、。一種臨時(shí)性結(jié)構(gòu)。在同源染色體聯(lián)會(huì)處沿其長(zhǎng)軸分在同源染色體聯(lián)會(huì)處沿其長(zhǎng)軸分布，由中央成分和兩側(cè)成分共布，由中央成分和兩側(cè)成分共同構(gòu)成。同構(gòu)成。DNA拓?fù)涿竿負(fù)涿复嬖谟趥?cè)成分和其存在于側(cè)成分和其周?chē)娜旧|(zhì)中周?chē)娜旧|(zhì)中DNA片段多為片段多為50550bp末期末期后期后期二價(jià)體的兩條同源染色體分開(kāi)，分別向二價(jià)體的兩條同源染色體分開(kāi)，分別向兩極移動(dòng)。兩極移動(dòng)。同源染色體隨機(jī)分向兩極，染色體重組同源染色體隨機(jī)分向兩極，染色體重組，人類(lèi)染色體重組概率有，人類(lèi)染色體重組概率有2 22323個(gè)。個(gè)。第三節(jié)第三節(jié) 細(xì)胞周期的調(diào)控細(xì)胞周期的調(diào)控(Cell-Cycle Control) MPF的發(fā)現(xiàn)及其作用的

38、發(fā)現(xiàn)及其作用 MPF 的真面目的真面目周期蛋白周期蛋白CDK激酶和激酶和CDK激酶抑制物激酶抑制物細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)控制細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)控制其他內(nèi)在和外在因素在細(xì)胞周期調(diào)控中的作用其他內(nèi)在和外在因素在細(xì)胞周期調(diào)控中的作用一、一、MPF的發(fā)現(xiàn)及其作用的發(fā)現(xiàn)及其作用MPF：Maturation-promoting factor，促成熟因子；，促成熟因子；Mitosis-promoting factor，促細(xì)胞分裂因子，促細(xì)胞分裂因子細(xì)胞融合與細(xì)胞融合與PCC 1970s Rao和和Johnson發(fā)現(xiàn)與發(fā)現(xiàn)與M期細(xì)胞期細(xì)胞(Hela)融合的融合的間期細(xì)胞染色體發(fā)生凝縮，稱(chēng)為早熟凝集染色體。間期細(xì)胞染色體發(fā)

39、生凝縮，稱(chēng)為早熟凝集染色體。 早熟染色體凝集的特點(diǎn)早熟染色體凝集的特點(diǎn) 爪蟾卵子成熟過(guò)程爪蟾卵子成熟過(guò)程 MPF的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)74人人M期細(xì)胞與袋鼠（期細(xì)胞與袋鼠（Ptk）G1、S、G2期細(xì)胞融合誘導(dǎo)期細(xì)胞融合誘導(dǎo)PCC：提示：提示M期細(xì)胞存在誘導(dǎo)期細(xì)胞存在誘導(dǎo)PCC的因子；的因子； G1期期PCC為單線(xiàn)狀，因?yàn)閱尉€(xiàn)狀，因DNA未復(fù)制。未復(fù)制。 S期期PCC為粉末狀，因?yàn)榉勰?，因DNA由多個(gè)部位開(kāi)始復(fù)制。由多個(gè)部位開(kāi)始復(fù)制。 G2期期PCC為雙線(xiàn)染色體，說(shuō)明為雙線(xiàn)染色體，說(shuō)明DNA復(fù)制已完成。復(fù)制已完成。處于處于IV的爪蟾卵母細(xì)胞（的爪蟾卵母細(xì)胞（RD前期前期I），具），具GV（生發(fā)泡）（生發(fā)

40、泡） 分為分為-期。期。-期為生長(zhǎng)階段，發(fā)育到期為生長(zhǎng)階段，發(fā)育到期時(shí)細(xì)胞達(dá)到一定體積，期時(shí)細(xì)胞達(dá)到一定體積，停止生長(zhǎng)，等待成熟。此時(shí)含有一個(gè)體積較大的核，稱(chēng)為生發(fā)泡停止生長(zhǎng)，等待成熟。此時(shí)含有一個(gè)體積較大的核，稱(chēng)為生發(fā)泡（germinal vesicle，GV）。此時(shí)處于第一次減數(shù)分裂前期階段。）。此時(shí)處于第一次減數(shù)分裂前期階段。 在孕酮的刺激下，在孕酮的刺激下，GV破裂，染色體凝集，并進(jìn)行第一次減數(shù)分裂。破裂，染色體凝集，并進(jìn)行第一次減數(shù)分裂。之后又馬上進(jìn)行第二次減數(shù)分裂，并停留在中期。之后又馬上進(jìn)行第二次減數(shù)分裂，并停留在中期。Masui和和Markert(1971)用孕酮處理未成熟非洲

41、爪蟾卵母用孕酮處理未成熟非洲爪蟾卵母細(xì)胞令其成熟，將其胞質(zhì)顯微注射于另一個(gè)未成熟卵母細(xì)細(xì)胞令其成熟，將其胞質(zhì)顯微注射于另一個(gè)未成熟卵母細(xì)胞中，結(jié)果導(dǎo)致后者發(fā)生減數(shù)分裂，此成熟卵母細(xì)胞胞質(zhì)胞中，結(jié)果導(dǎo)致后者發(fā)生減數(shù)分裂，此成熟卵母細(xì)胞胞質(zhì)可繼續(xù)依上法誘導(dǎo)另一個(gè)受體卵母細(xì)胞成熟。他們將此種可繼續(xù)依上法誘導(dǎo)另一個(gè)受體卵母細(xì)胞成熟。他們將此種活性因子稱(chēng)為成熟促進(jìn)因子活性因子稱(chēng)為成熟促進(jìn)因子(maturation promoting factor，MPF) 。二、二、 MPF 的真面目的真面目 p34cdc2激酶的發(fā)現(xiàn)激酶的發(fā)現(xiàn)周期蛋白周期蛋白(cyclin)的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)78p34cdc2激酶的發(fā)現(xiàn)激酶

42、的發(fā)現(xiàn)1960s Leland Hartwell,1970s Paul Nurse 以芽殖以芽殖酵母和裂殖酵母為實(shí)驗(yàn)材料，利用溫度敏感突變酵母和裂殖酵母為實(shí)驗(yàn)材料，利用溫度敏感突變株，發(fā)現(xiàn)許多與細(xì)胞分裂有關(guān)的基因株，發(fā)現(xiàn)許多與細(xì)胞分裂有關(guān)的基因(cell division cycle gene, cdc)。 如：如：Hartwell等發(fā)現(xiàn)芽殖酵母等發(fā)現(xiàn)芽殖酵母cdc28溫度敏感突變株溫度敏感突變株在非適宜溫度下，使大部分細(xì)胞阻斷在非適宜溫度下，使大部分細(xì)胞阻斷G1/S，小部，小部分被阻斷在分被阻斷在G2/M；79P.Nurse 用裂殖酵母進(jìn)行了類(lèi)似的研究，發(fā)現(xiàn)用裂殖酵母進(jìn)行了類(lèi)似的研究，發(fā)現(xiàn)c

43、dc2 基因基因，表達(dá)蛋白，表達(dá)蛋白p34cdc2 ，具有雙重功能，即可使細(xì)胞周期阻，具有雙重功能，即可使細(xì)胞周期阻斷于斷于G1/S，同時(shí)對(duì)，同時(shí)對(duì)G2/M期的轉(zhuǎn)換也是關(guān)鍵因子。期的轉(zhuǎn)換也是關(guān)鍵因子。cdc2和和cdc28序列有序列有69的同源性、都編碼一種約的同源性、都編碼一種約34kDa的絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶的絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶(p34)。它們的功能可。它們的功能可以互換。以互換。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，不管是進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，不管是p34cdc2或或p34cdc28，其本身并不，其本身并不具有激酶活性，只有當(dāng)其與有關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)合后，其激酶活具有激酶活性，只有當(dāng)其與有關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)合后，其激酶活性才能夠

44、表現(xiàn)出來(lái)。性才能夠表現(xiàn)出來(lái)。80周期蛋白周期蛋白(cyclin)的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)80年代初，年代初， Tim Hunt為代表的科學(xué)家，在海膽為代表的科學(xué)家，在海膽胚胎發(fā)育早期卵裂蛋白中，發(fā)現(xiàn)一類(lèi)分子量約胚胎發(fā)育早期卵裂蛋白中，發(fā)現(xiàn)一類(lèi)分子量約45-60kDa的蛋白質(zhì)水平隨細(xì)胞周期而劇烈振蕩，因的蛋白質(zhì)水平隨細(xì)胞周期而劇烈振蕩，因此將其命名為周期蛋白此將其命名為周期蛋白(cyclin)。根據(jù)它們序列上。根據(jù)它們序列上的細(xì)微差別分為的細(xì)微差別分為cyclin A和和cyclin B。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，周期蛋白為誘導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，周期蛋白為誘導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入M期期所必需。后來(lái)發(fā)現(xiàn)各類(lèi)動(dòng)物來(lái)源的細(xì)胞周期

45、蛋白所必需。后來(lái)發(fā)現(xiàn)各類(lèi)動(dòng)物來(lái)源的細(xì)胞周期蛋白的的mRNA，其翻譯產(chǎn)物均能誘導(dǎo)蛙卵的成熟。，其翻譯產(chǎn)物均能誘導(dǎo)蛙卵的成熟。81MPF 的真面目的真面目 1988 年年Lohka最終將非洲爪蟾卵的最終將非洲爪蟾卵的MPF 純化，由純化，由1000ml的的卵母細(xì)胞中純化得到微克級(jí)的蛋白卵母細(xì)胞中純化得到微克級(jí)的蛋白MPF由由32kD和和45kDa二種二種蛋白組成，其中蛋白組成，其中32kD為絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶。為絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶。 Paul Nurse（1990）進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)用抗）進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)用抗p34cdc2保守保守區(qū)的抗體以免疫印跡檢測(cè)純化的區(qū)的抗體以免疫印跡檢測(cè)純化的M

46、PF時(shí)，可以識(shí)別此時(shí)，可以識(shí)別此32kD（ P32 ）蛋白，）蛋白， 因此，因此，P32蛋白蛋白實(shí)際上是實(shí)際上是p34cdc2的同源物。的同源物。 在海星純化的在海星純化的MPF中也含有可被此抗體識(shí)別的中也含有可被此抗體識(shí)別的cdc2 產(chǎn)物。對(duì)產(chǎn)物。對(duì)MPF 45kD 蛋白的測(cè)序發(fā)現(xiàn)，它就是過(guò)去在海膽、海星、海蛋白的測(cè)序發(fā)現(xiàn)，它就是過(guò)去在海膽、海星、海蛤等海洋生物中發(fā)現(xiàn)的一類(lèi)蛋白質(zhì)，即蛤等海洋生物中發(fā)現(xiàn)的一類(lèi)蛋白質(zhì)，即周期蛋白周期蛋白。2001年年10月月8日美國(guó)人日美國(guó)人Leland Hartwell、英國(guó)人、英國(guó)人Paul Nurse、Timothy Hunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控因?qū)?xì)胞周期調(diào)

47、控機(jī)理的研究而榮獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)機(jī)理的研究而榮獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 83 MPF 的真面目的真面目 MPF是一種使多種底物蛋白磷酸化的是一種使多種底物蛋白磷酸化的蛋白激酶蛋白激酶；MPF是由是由cdc基因編碼的基因編碼的周期蛋白依賴(lài)性激酶周期蛋白依賴(lài)性激酶 (cyclin-dependent kinase，CDK) 和周期蛋白和周期蛋白形成的復(fù)合物。形成的復(fù)合物。 MPF=p34cdc2+cyclin B 84MPFcyclinCDK蛋白蛋白調(diào)節(jié)亞單位調(diào)節(jié)亞單位催化亞單位催化亞單位MPF的生化成分：含有兩個(gè)亞單位的生化成分：含有兩個(gè)亞單位MPF家族家族 在高等真核生物中，在高等真核生物中，cy

48、clin家族成員根據(jù)其序列的相似家族成員根據(jù)其序列的相似及生理功能被分為不同類(lèi)型，迄今已被鑒定出的有及生理功能被分為不同類(lèi)型，迄今已被鑒定出的有cyclin A、B、C、D、E、F、G、H 等；等； 酵母細(xì)胞的酵母細(xì)胞的G1 期周期蛋白有期周期蛋白有CLN1 、CLN2、CLN3等等30多種。多種。Cdk 家族成員有家族成員有Cdk1(Cdc2) 、Cdk2、Cdk3 、Cdk4、Cdk5、Cdk6、Cdk7等。等。每種每種Cdk 結(jié)合不同類(lèi)型的結(jié)合不同類(lèi)型的cyclin，協(xié)調(diào)配合，調(diào)節(jié)細(xì)胞，協(xié)調(diào)配合，調(diào)節(jié)細(xì)胞從從G1-S、G2-M和退出有絲分裂的各個(gè)進(jìn)程?，F(xiàn)將它們和退出有絲分裂的各個(gè)進(jìn)程?，F(xiàn)

49、將它們及一些主要的調(diào)控分子稱(chēng)為細(xì)胞周期的引擎及一些主要的調(diào)控分子稱(chēng)為細(xì)胞周期的引擎(engine)分分子。子。Mitotic Cyclin-Cdk復(fù)合物的活化與功能復(fù)合物的活化與功能 活化活化 隨隨Cyclin濃度變化而變化濃度變化而變化 激酶與磷酸酶的調(diào)節(jié)，激酶與磷酸酶的調(diào)節(jié)， 活化的活化的MPF可使更多的可使更多的MPF活化活化 功能：?jiǎn)?dòng)細(xì)胞從功能：?jiǎn)?dòng)細(xì)胞從G2期進(jìn)入期進(jìn)入M期的相關(guān)事件期的相關(guān)事件在細(xì)胞周期中周期蛋白和MPF的波動(dòng) CDK1的調(diào)節(jié)與活化; CAK=CDK1-Activiting KinaseMPF之所以能夠誘之所以能夠誘導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入有絲分導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂裂, 可能是可

50、能是MPF的蛋的蛋白激酶亞基將某些白激酶亞基將某些特殊蛋白質(zhì)磷酸化特殊蛋白質(zhì)磷酸化的結(jié)果。大量的研的結(jié)果。大量的研究工作表明究工作表明, 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的磷酸化和去磷酸的磷酸化和去磷酸化化, 同染色質(zhì)的凝集同染色質(zhì)的凝集與去凝集、有絲分與去凝集、有絲分裂的啟動(dòng)、核仁的裂的啟動(dòng)、核仁的功能、核膜的崩潰功能、核膜的崩潰和重建等均有密切和重建等均有密切的關(guān)系。的關(guān)系。 核纖層的磷酸化及去聚合 三、細(xì)胞周期蛋白三、細(xì)胞周期蛋白特點(diǎn)：在細(xì)胞周期中呈周期性變化。特點(diǎn)：在細(xì)胞周期中呈周期性變化。含有一段約含有一段約100個(gè)氨基酸的保守序列，稱(chēng)為個(gè)氨基酸的保守序列，稱(chēng)為周期蛋白框（周期蛋白框（cyclin bo

51、x），），介導(dǎo)周期蛋白與介導(dǎo)周期蛋白與CDK結(jié)合。結(jié)合。M期周期蛋白期周期蛋白N端有破壞框，端有破壞框，M周期蛋白在遍在蛋周期蛋白在遍在蛋白介導(dǎo)下降解促使細(xì)胞退出有絲分裂白介導(dǎo)下降解促使細(xì)胞退出有絲分裂 ；G1期周期蛋白：期周期蛋白：C端含端含PEST序列（富含哺氨酸序列（富含哺氨酸（P）、谷氨酸（）、谷氨酸（E）、絲氨酸（）、絲氨酸（S）和蘇氨酸（）和蘇氨酸（T）的殘基序列，稱(chēng)之為）的殘基序列，稱(chēng)之為PEST序列，與蛋白質(zhì)的序列，與蛋白質(zhì)的降解有關(guān)降解有關(guān) ）。）。93部分周期蛋白結(jié)構(gòu)特征（除部分周期蛋白結(jié)構(gòu)特征（除Cln3外，均為人的周期蛋外，均為人的周期蛋白分子）白分子）有絲分裂周期蛋白

52、聚遍在蛋白化作用有絲分裂周期蛋白聚遍在蛋白化作用 作用：激活作用：激活CDK，引導(dǎo)，引導(dǎo)CDK作用于不同底物。不作用于不同底物。不同的周期蛋白在細(xì)胞周期中表達(dá)的時(shí)期不同，并與同的周期蛋白在細(xì)胞周期中表達(dá)的時(shí)期不同，并與不同的不同的CDK結(jié)合，調(diào)節(jié)不同的的結(jié)合，調(diào)節(jié)不同的的CDK激酶活性。激酶活性。已知已知30余種：在高等真核生物中，余種：在高等真核生物中，cyclin家族成員家族成員根據(jù)其序列的相似及生理功能被分為不同類(lèi)型，迄根據(jù)其序列的相似及生理功能被分為不同類(lèi)型，迄今已被鑒定出的有今已被鑒定出的有cyclin A、B、C、D、E、F、G、H 等；等； 酵母細(xì)胞的酵母細(xì)胞的G1 期周期蛋白有

53、期周期蛋白有CLN1 、CLN2、CLN3等。等。分為分為4類(lèi)：類(lèi)：G1型、型、G1/S型、型、S型、型、M型。型。96部分哺乳動(dòng)物和酵母細(xì)胞周期蛋白在細(xì)胞周期部分哺乳動(dòng)物和酵母細(xì)胞周期蛋白在細(xì)胞周期中的積累及其與中的積累及其與CDK激酶活性的關(guān)系激酶活性的關(guān)系四、四、CDK激酶和激酶和CDK激酶抑制物激酶抑制物uCdc2與細(xì)胞周期蛋白結(jié)合才具有激酶的活性，故名細(xì)胞周與細(xì)胞周期蛋白結(jié)合才具有激酶的活性，故名細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶期蛋白依賴(lài)性激酶(cyclin-dependent kinase，CDK)。Cdc2又被稱(chēng)為又被稱(chēng)為CDK1，可將特定蛋白磷酸化，促進(jìn)細(xì)胞周，可將特定蛋白磷酸化，促進(jìn)細(xì)

54、胞周期運(yùn)行，因此，期運(yùn)行，因此，CDK 激酶和其調(diào)節(jié)因子又被稱(chēng)作細(xì)胞周期激酶和其調(diào)節(jié)因子又被稱(chēng)作細(xì)胞周期引擎。引擎。 如將核纖層蛋白磷酸化導(dǎo)致核纖層解體、核膜消失；如將核纖層蛋白磷酸化導(dǎo)致核纖層解體、核膜消失； 將將H1磷酸化導(dǎo)致染色體的凝縮等。磷酸化導(dǎo)致染色體的凝縮等。u目前已發(fā)現(xiàn)并命名的目前已發(fā)現(xiàn)并命名的CDK激酶包括激酶包括CDK1,CDK2CDK12等等，不同的，不同的CDK激酶所要求結(jié)合的周期蛋白不同，在細(xì)胞中激酶所要求結(jié)合的周期蛋白不同，在細(xì)胞中執(zhí)行的調(diào)節(jié)功能也不同。執(zhí)行的調(diào)節(jié)功能也不同。98某些某些CDK與周期蛋白的配對(duì)關(guān)系及執(zhí)行功能的時(shí)期與周期蛋白的配對(duì)關(guān)系及執(zhí)行功能的時(shí)期 各

55、種各種CDK分子均含分子均含有一段相似的激酶結(jié)有一段相似的激酶結(jié)構(gòu)域。這一區(qū)域有一構(gòu)域。這一區(qū)域有一段保守序列，即段保守序列，即 PSTAIRE（脯絲蘇丙（脯絲蘇丙異亮精苯丙），與周異亮精苯丙），與周期蛋白的結(jié)合有關(guān)。期蛋白的結(jié)合有關(guān)。CDK抑制物（抑制物（CDK inhibitor，CDKI） 細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶抑制細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶抑制物物對(duì)細(xì)胞周期起負(fù)調(diào)控對(duì)細(xì)胞周期起負(fù)調(diào)控作用，目前發(fā)現(xiàn)的作用，目前發(fā)現(xiàn)的CKI分為兩大家族：分為兩大家族：Ink4(Inhibitor of cdk 4)，如，如P16ink4a、P15ink4b、P18ink4c、 P19ink4d，特異性抑制，特

56、異性抑制cdk4cyclin D1、cdk6cyclin D1復(fù)合物。復(fù)合物。Kip(Kinase inhibition protein)：包括：包括P21cip1 (cyclin inhibition protein 1)、P27kip1(kinase inhibition protein 1)、P57kip2等，能抑制大多數(shù)等，能抑制大多數(shù)CDK的激酶活性，的激酶活性，P21cip1還還能與能與DNA聚合酶聚合酶的輔助因子的輔助因子PCNA（proliferating cell nuclear antigen）結(jié)合，直接抑制）結(jié)合，直接抑制DNA的合成的合成101五、細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)控制五、

57、細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)控制 CDK激酶對(duì)細(xì)胞周期起核心性的調(diào)控作用，激酶對(duì)細(xì)胞周期起核心性的調(diào)控作用，不同的不同的cyclin結(jié)合不同的結(jié)合不同的CDK，構(gòu)成不同的，構(gòu)成不同的CDK激酶，不同的激酶，不同的CDK激酶在激酶在細(xì)胞周期細(xì)胞周期不同時(shí)期表現(xiàn)不同時(shí)期表現(xiàn)出活性，對(duì)細(xì)胞周期進(jìn)行不同的調(diào)節(jié)。出活性，對(duì)細(xì)胞周期進(jìn)行不同的調(diào)節(jié)。 Cyclin-Cdk復(fù)合物的多樣性：復(fù)合物的多樣性：102Cyclin-Cdk復(fù)合物的多樣性復(fù)合物的多樣性 G1 S G2/M Cyclin-Cdk Cyclin-Cdk Cyclin-Cdk Budding Yeast CLN1,2,3-CDC28 CLB5,(3,4)-

58、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哺乳動(dòng)物細(xì)胞周期調(diào)控的模式圖哺乳動(dòng)物細(xì)胞周期調(diào)控的模式圖 （一）（一）G2/M期轉(zhuǎn)化與期轉(zhuǎn)化與CDK1激酶激酶的關(guān)鍵性調(diào)控作用的關(guān)鍵

59、性調(diào)控作用CDK1激酶活性首先依賴(lài)于周期蛋白激酶活性首先依賴(lài)于周期蛋白B含量含量的積累；周期蛋白的積累；周期蛋白B 的含量達(dá)到一定值并的含量達(dá)到一定值并與與CDK蛋白結(jié)合，同時(shí)在其他因素的調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，同時(shí)在其他因素的調(diào)節(jié)下，逐漸表現(xiàn)出最大酶活性。下，逐漸表現(xiàn)出最大酶活性。周期蛋白周期蛋白A也可以與也可以與CDK1結(jié)合成復(fù)合體，結(jié)合成復(fù)合體，表現(xiàn)出表現(xiàn)出CDK1激酶活性。激酶活性。105CDK1激酶活性首先依賴(lài)于周期蛋白激酶活性首先依賴(lài)于周期蛋白B含量的積累；周期蛋白含量的積累；周期蛋白B B的含量達(dá)到一定值并與的含量達(dá)到一定值并與CDK蛋白結(jié)合，同時(shí)在其他因素的調(diào)節(jié)下蛋白結(jié)合，同時(shí)在其他因素

60、的調(diào)節(jié)下，逐漸表現(xiàn)出最大酶活性。，逐漸表現(xiàn)出最大酶活性。CDK1激酶活性受多種因素的綜合調(diào)節(jié)，僅激酶活性受多種因素的綜合調(diào)節(jié)，僅周期蛋白與周期蛋白與CDK結(jié)合并不能使結(jié)合并不能使CDK1激活，激活，還需其他修飾才能表現(xiàn)出活性。還需其他修飾才能表現(xiàn)出活性。CDK1通過(guò)使某些蛋白質(zhì)磷酸化，改變其下通過(guò)使某些蛋白質(zhì)磷酸化，改變其下游某的某些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和啟動(dòng)其功能，實(shí)游某的某些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和啟動(dòng)其功能，實(shí)現(xiàn)其對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)?，F(xiàn)其對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)。107CDK蛋白本身不具有蛋白激酶活性。蛋白本身不具有蛋白激酶活性。周期蛋白周期蛋白B/A含量積累到一定值時(shí)，二含量積累到一定值時(shí)，二者互相結(jié)合成復(fù)合體，但不