第十三章 細胞分裂與細胞周期課件

第十三章細胞分裂與細胞周期第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂細胞分裂：一個親代細胞形成兩個子代細胞的過程。第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂一、無絲分裂（直接分裂）1.過程：DNA復(fù)制——細胞核增大拉長——高爾基體位移至中心體——胞核斷裂——胞質(zhì)斷裂分離。期間不涉及紡錘體形成及染色體變化，故稱為無絲分裂.2.特點：子代獲得遺傳物質(zhì)和胞質(zhì)成分不一定均等。3.優(yōu)點：快速，能耗少，分裂過程中仍可行使功能。4.存在于低等生物或動物的創(chuàng)傷、癌變和衰老組織中，可與有絲分裂相互轉(zhuǎn)化。第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂二、有絲分裂(mitosis)又稱間接分裂(indirectdivision),特點是有紡錘體的出現(xiàn)和染色體的變化,最終子染色體被平均分配到子細胞,普遍存在于高等動植物.子細胞染色體數(shù)目保持恒定,從而維持了遺傳的穩(wěn)定性。

間期

分裂期:前期、中期、后期、末期。第十三章細胞分裂與細胞周期第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂（一）分裂前期：染色質(zhì)凝集：染色質(zhì)纖維螺旋化，形成染色體，著絲粒兩側(cè)附著動粒，組蛋白磷酸化。核仁消失，rRNA合成停止第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂中心體分離移動到細胞兩極，形成星體第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂核膜破裂，染色體向赤道面移動，紡錘體形成第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂紡錘體：由大量微管縱向排列組成的中間寬兩極小的細胞器,對細胞分裂和染色體分離有重要作用，形似紡錘,故稱紡錘體(spindle).重疊微管：一極與另一極相連的紡錘絲,但絕大多數(shù)極間絲(連續(xù)絲)并非真正連續(xù),而是來自兩極的微管在赤道面彼此相搭,側(cè)面結(jié)合.動粒微管:一端由極部發(fā)出,另一端結(jié)合到著絲點上的微管.

星體微管:圍繞中心粒向外輻射狀發(fā)射的微管，在紡錘體形成過程中起主導(dǎo)作用第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂（二）分裂中期：染色體到達最大程度的凝集染色體著絲粒分布于同一平面，兩端微管長度相等，動力平衡有絲分裂器：染色體，星體，中心粒和紡錘體構(gòu)成第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂（三）分裂后期（分為后期A和后期B）1.姐妹染色單體分離——著絲粒分離2.染色單體向極運動前期——紡錘體微管牽引（后期A）3.染色單體向極運動后期——紡錘體拉長，重疊微管長度增長及彼此間滑動（后期B）第十三章細胞分裂與細胞周期第十三章細胞分裂與細胞周期第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂（四）分裂末期細胞核形成：組蛋白去磷酸化，染色體解旋為染色質(zhì)，核仁形成，rRNA合成，核膜組裝。紡錘體解聚，形成中體，收縮環(huán)形成，胞質(zhì)分裂。第十三章細胞分裂與細胞周期第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂三、減數(shù)分裂有性生殖細胞成熟過程中，DNA只復(fù)制一次，細胞連續(xù)分裂兩次，成為僅具有單倍體遺傳物質(zhì)的配子細胞過程。對于維持生物世代遺傳的穩(wěn)定性具有重要意義。第一次減數(shù)分裂第二次減數(shù)分裂第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂（一）第一次減數(shù)分裂間期：S期持續(xù)時間長,且DNA進行不完全復(fù)制,復(fù)制總量的99.7-99.9%.1.前期I細線期：染色質(zhì)開始凝集，同源染色體開始配對。染色體仍呈細線狀，通過端粒附著于核膜上。偶線期：同源染色體配對（聯(lián)會），形成二價體/四分體，可能與端粒對核膜的附著有關(guān)。合成Z-DNA第十三章細胞分裂與細胞周期側(cè)生成份：蛋白質(zhì)和DNA中央成分重組小節(jié)L-C纖維第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂聯(lián)會復(fù)合體：第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂粗線期：染色體進一步凝集，同源染色體交換重組（形成重組小結(jié)），核仁融合為一個，合成P-DNA，保持染色體完整性。合成減數(shù)分裂期專用的組蛋白.雙線期：同源染色體去聯(lián)會，殘留接觸點（交叉），交叉端化。此期持續(xù)時間較長。終變期：染色體再凝集，交叉在端部。核仁核膜消失，形成紡錘體。中心體復(fù)制完成，并向兩級移動。第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂2.中期I：四分體排列于赤道面。3.后期I：同源染色體分離，向兩級隨機移動。4.末期I：染色體去凝集（或不去），核仁出現(xiàn)，胞質(zhì)分裂。子代細胞染色體數(shù)為親代細胞的一半。（二）短暫間期：時間較短，無DNA合成（三）第二次減數(shù)分裂：與有絲分裂類似，姐妹染色單體分離，染色體數(shù)目不變。第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂第十三章細胞分裂與細胞周期第一節(jié)細胞分裂減數(shù)分裂的意義：

確保世代間遺傳的穩(wěn)定性；

增加變異機會,確保生物的多樣性,增強生物適應(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),是遺傳、發(fā)育和遺傳多樣性的重要保證第十三章細胞分裂與細胞周期第二節(jié)細胞周期及調(diào)控一、細胞周期的基本概念從一次細胞分裂結(jié)束開始到下一次細胞分裂結(jié)束為止所經(jīng)歷的整個過程.細胞周期分為：物質(zhì)積累期(間期或靜止期)和細胞分裂期(M期).第十三章細胞分裂與細胞周期第二節(jié)細胞周期及調(diào)控CellCycle有絲分裂期（M期）前期中期后期末期分裂間期G1期S期G2期G0期準備DNA復(fù)制，合成多種蛋白質(zhì)DNA復(fù)制準備細胞分裂第十三章細胞分裂與細胞周期第二節(jié)細胞周期及調(diào)控同種細胞間周期時間長短相似或相同;不同種類細胞間,周期長短差別很大.S+G2+M的時間變化較小,細胞周期時間長短差別在G1期.部分細胞的細胞周期沒有G1、G2期第十三章細胞分裂與細胞周期第二節(jié)細胞周期及調(diào)控二、細胞周期各時的動態(tài)變化與生物大分子的合成（一）G1期：1.活躍的RNA和蛋白質(zhì)合成，為S期DNA復(fù)制起始和延伸所必須的酶和其他蛋白質(zhì)。2.多種蛋白質(zhì)磷酸化修飾，包括組蛋白、非組蛋白和激酶3.物質(zhì)轉(zhuǎn)運作用加強第十三章細胞分裂與細胞周期第二節(jié)細胞周期及調(diào)控（二）S期：1.DNA復(fù)制2.合成組蛋白和非組蛋白3.組蛋白持續(xù)磷酸化4.中心粒復(fù)制（三）G2期：1.合成大量RNA,ATP及相關(guān)蛋白質(zhì)，如微管蛋白，成熟促進因子等2.中心粒分離并向細胞兩極移動（四）M期：1.有絲分裂期，形態(tài)結(jié)構(gòu)顯著改變。2.蛋白含量低，RNA合成受抑制。第十三章細胞分裂與細胞周期第二節(jié)細胞周期及調(diào)控三、細胞周期的調(diào)控（一）細胞周期蛋白與細胞周期蛋白依賴激酶(Cyclin-CDK)構(gòu)成細胞周期調(diào)控系統(tǒng)的核心1.細胞周期蛋白(Cyclin)真核細胞中隨著不同細胞周期有規(guī)律地出現(xiàn)及消失的一類蛋白家族。第十三章細胞分裂與細胞周期第二節(jié)細胞周期及調(diào)控Cyclin的降解：CyclinA,B：蛋白N端的破壞框CyclinC,D,E：蛋白C端的PEST序列泛素化降解：泛素活化酶E1活化——轉(zhuǎn)移到泛素結(jié)合酶E2——泛素連接酶E3將其連接到蛋白質(zhì)賴氨酸殘基處——重復(fù)依次將泛素連接——蛋白酶體識別并降解被泛素修飾的蛋白第十三章細胞分裂與細胞周期第二節(jié)細胞周期及調(diào)控2.細胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)：必須與相應(yīng)的Cyclin相結(jié)合，暴露活性位點必須被多重磷酸化（14Thr,15Tyr,161Thr）CKI蛋白對于CDK活性負調(diào)節(jié)第十三章細胞分裂與細胞周期第二節(jié)細胞周期及調(diào)控3.Cyclin/CDK復(fù)合物的調(diào)節(jié)作用1).G1期CyclinD/CDK4,6——磷酸化轉(zhuǎn)錄因子——G1向S期轉(zhuǎn)變CyclinE/CDK2——磷酸化轉(zhuǎn)錄因子——S期起始磷酸化S期CKI——S期CKI被泛素化降解——S期Cyclin/Cdk復(fù)合物活性被激活第十三章細胞分裂與細胞周期第二節(jié)細胞周期及調(diào)控2).S期CyclinD,E/Cdk復(fù)合物不可逆降解CyclinA/Cdk復(fù)合物形成——啟動DNA復(fù)制，阻止已復(fù)制DNA再復(fù)制3).G2/M期CyclinB/Cdk1（成熟促進因子,MPF）形成——促進細胞向M期轉(zhuǎn)換Cdk1:本身為激酶，被去磷酸化激活CyclinB：調(diào)節(jié)活性，選擇底物MPF：磷酸化組蛋白，染色體凝集蛋白，核纖層蛋白，APC，肌動蛋白和肌球蛋白。第十三章細胞分裂與細胞周期第二節(jié)細胞周期及調(diào)控（二）細胞周期檢測點：細胞中存在著一系列監(jiān)控系統(tǒng)，對細胞周期發(fā)生的重要事件及出現(xiàn)的故障加以檢測，只有當(dāng)這些事件完成或故障修復(fù)后，才允許細胞周期進一步運行，該監(jiān)控系統(tǒng)即為檢測點(Checkpoint)。1.未復(fù)制DNA檢測點：ATR與Chk1識別未復(fù)制完成的DNA——磷酸化(抑制)cdc25——抑制CyclinA/B-Cdk1復(fù)合物2.紡錘體組裝檢測點：Mad2識別未與紡錘體微管相連的動?！种芻dc20——抑制APC活性——securin降解受阻3.染色體分離檢測點：分裂后期子代細胞中特有的GEF作用并活化Tem1，水解GTP激活Cdc14，促使CyclinB磷酸化后被泛素化降解，使MPF失活。（出芽酵母中）4.DNA損傷檢測點：DNA損傷，激活Chk2——磷酸化Cdc25，泛素化降解——Cdk2無法去磷酸化——CyclinE/A-Cdk2失活——細胞周期停止；ATM/ATR激活——磷酸化p53——激活如p21表達——抑制細胞周期第十三章細胞分裂與細胞周期第二節(jié)細胞周期及調(diào)控（三）多種因素與細胞周期調(diào)控密切相關(guān)1.生長因子：通過與特異性受體結(jié)合，經(jīng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和傳遞影響周期，大多影響位點在G1/S期，可產(chǎn)生促進或抑制效應(yīng)。2.抑素：細胞自身分泌的抑制細胞周期的糖蛋白，主要影響位點在G1期末（S因子）或G2期末（M因子），具有組織特異性。3.cAMP與cGMP：cAMP抑制，cGMP促進細胞周期，兩者相互拮抗。4.RNA間接因子SR蛋白及SR蛋白特異的激酶：SRPK1特異性磷酸化修飾并調(diào)控SR活性，與細胞周期呈相關(guān)性變化。第十三章細胞分裂與細胞周期第二節(jié)細胞周期及調(diào)控四、癌基因和抑癌基因在細胞周期調(diào)控中的作用病毒癌基因(V-onc):逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組中具有的異?；罨墒辜毎麩o限增殖而癌變的DNA序列。細胞癌基因(C-onc):脊椎動物正常細胞中與病毒癌基因同源的一類顯性基因。正常狀態(tài)下表達較少，但為正常生長、增殖所必須。突變或過度表達可引起細胞增殖異常，發(fā)生癌變。生長因子類蛋白或生長因子受體類蛋白：模擬生長因子激活胞內(nèi)相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信號轉(zhuǎn)到相關(guān)癌基因：通過激酶等活性調(diào)控信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑轉(zhuǎn)錄因子類癌基因：直接參與周期相關(guān)基因調(diào)控。第十三章細胞分裂與細胞周期第二節(jié)細胞周期及調(diào)控（二）抑癌基因正常細胞所具有的，能抑制細胞惡性增殖的一類基因，為隱性基因，多為轉(zhuǎn)錄因子或能和轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。Rb基因：其產(chǎn)物可隨著細胞周期被Cyclin/Cdk復(fù)合物規(guī)律性的磷酸化修飾，從而控制轉(zhuǎn)錄因子（如E2F）活性，影響周期相關(guān)基因表達。p53基因：轉(zhuǎn)錄因子，也可與其他轉(zhuǎn)錄因子相結(jié)合，調(diào)控多種基因表達，其自身受調(diào)控機制非常復(fù)雜。第十三章細胞分裂與細胞周期第二節(jié)細胞周期及調(diào)控五、卵母細胞減數(shù)分裂及其調(diào)控兩個調(diào)控位點：第一次減數(shù)分裂的雙線期和第二次減數(shù)分裂的中期也是由Cdk1/cyclinB復(fù)合物活性調(diào)控在后期Cdk1活性下降，并不消失，進入第二次減數(shù)分裂時再次升高細胞靜止因子(CSF)，引起細胞停止在中期，防止Cdk1失活。通過MEK-ERK途徑促進cycl