第12章 -2細(xì)胞增殖及其調(diào)控課件

二、減數(shù)分裂圖

◆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◆發(fā)生分裂的細(xì)胞生殖細(xì)胞進(jìn)行的產(chǎn)生配子的分裂過程，其結(jié)果是產(chǎn)生了染色體組數(shù)目減半的配子；◆連續(xù)的兩次分裂●第一次減數(shù)分裂●第二次減數(shù)分裂◆兩個(gè)基本特點(diǎn)●染色體組數(shù)目減半●發(fā)生遺傳重組1第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控MEIOSIS2第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控前減數(shù)分裂間期特點(diǎn)◆S期持續(xù)時(shí)間較長◆S期只復(fù)制其DNA總量的99.7℅~99.9℅℅3第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控

減

數(shù)

分

裂

前S期

有

絲

分

裂

前

S

期

蠑螈

10天

12小時(shí)

小鼠

14小時(shí)

5～6小時(shí)

小麥

12小時(shí)

3.8小時(shí)

酵母

1.0小時(shí)

0.5小時(shí)

減數(shù)分裂前S期與有絲分裂前S期長度比較4第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控

減分I（MeiosisI）

第一次減數(shù)分裂的兩個(gè)特點(diǎn)◆一對(duì)復(fù)制了的同源染色體分開，分別進(jìn)入兩個(gè)子細(xì)胞，同源染色體分開之前通常要發(fā)生交換重組?！粼谌旧w組中，同源染色體的分離是隨機(jī)的，同源染色體組要發(fā)生重組合。

圖5第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控減數(shù)分裂的染色體行為6第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控

減分I過程

前期I●主要事件是完成同源染色體的配對(duì)，在此過程中要發(fā)生配對(duì)同源染色體間的分子重組●該期細(xì)分為細(xì)線期、偶線期、粗線期、雙線期、終變期等。圖1圖27第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控StagesoftheprophaseofmeiosisIMicrographsillustratingthemorphologyofchromosomesofthelily.8第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控減數(shù)分裂的前期I9第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆細(xì)線期又稱凝集期或花束期

主要特點(diǎn)：

●染色體已加倍,并凝縮成細(xì)線狀,但看不到染色體的雙重性?！袢旧w端粒通過接觸斑與核膜相連10第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆偶線期(配對(duì)期)主要特點(diǎn)是：●聯(lián)會(huì)與聯(lián)會(huì)復(fù)合體▲聯(lián)會(huì)(synapsis)▲聯(lián)會(huì)復(fù)合體(synatonemalcomplex)●二價(jià)體與四分體●合成約0.3℅DNA(zygDNA)11第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控同源染色體配對(duì)（聯(lián)會(huì)）12第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控聯(lián)會(huì)復(fù)合體13第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆粗線期(重組期)主要特點(diǎn)：●持續(xù)時(shí)間長●同源染色體之間發(fā)生DNA片段的交換,產(chǎn)生重組的基因組合,可見重組節(jié)●合成小部分DNA（P-DNA）并編碼一些與DNA點(diǎn)切及修復(fù)有關(guān)的酶●合成減數(shù)分裂專有的組蛋白，并將體細(xì)胞類型的組蛋白全部置換。14第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控同源染色體間的交換重組15第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆雙線期(合成期)

主要特點(diǎn)：●同源染色體分開，明顯可見四分體；●出現(xiàn)交叉16第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控Abivalentchromosomeatthediplotenestage

Thebivalentchromosomeconsistsofpairedhomologouschromosomes.Sisterchromatidsofeachchromosomearejoinedatthecentromere.

17第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆終變期又稱再凝集期

主要特點(diǎn):●染色體變成緊密凝集狀態(tài)；●大多數(shù)核仁消失,交叉出現(xiàn)端化,姐妹染色體借著著絲粒連接在一起。18第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控

中期I◆核被膜的破裂是前期Ⅰ向中期Ⅰ轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。紡錘體侵入核區(qū),分散于核中的四分體開始向中部移動(dòng)?！襞c有絲分裂不同的是,四分體上有四個(gè)著絲點(diǎn),一側(cè)紡錘絲只和同側(cè)的兩個(gè)著絲點(diǎn)相連。最后染色體排列在赤道板上。19第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控

后期I◆同源染色體分開,發(fā)生數(shù)量的減半,而且,染色體移向兩極是隨機(jī)的。◆由于每條染色體仍含有兩條染色單體,因而每個(gè)極仍含有兩套染色體?！舨煌耐慈旧w對(duì)向兩極的移動(dòng)是隨機(jī)的、獨(dú)立的、父方、母方來源的染色體要發(fā)生隨機(jī)組合,有利于減數(shù)分裂產(chǎn)物的基因組變異。20第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控

末期I及間期◆在自然界中,末期Ⅰ和間期的類型有兩種：：一種是沒有明顯可見的染色體去凝集,另一種是完全逆轉(zhuǎn)到間期核的狀態(tài)?！舸蠖鄶?shù)種類,末期Ⅰ和間期是在第一次及第二次減數(shù)分裂期之間的短暫停頓,在所知的生物中,未見有DNA的合成。21第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控減分II（MeiosisII）第二次減數(shù)分裂分為前期II、中期II、后期II、末期II，最后形成4個(gè)單倍體細(xì)胞。22第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控比較有絲分裂與減數(shù)分裂

]◆有絲分裂是體細(xì)胞的分裂方式，減數(shù)分裂主要是產(chǎn)生配子的過程;◆有絲分裂是一次細(xì)胞周期,DNA復(fù)制一次,分裂一次,染色體由2n→2n;

減數(shù)分裂是兩次細(xì)胞周期,DNA復(fù)制一次,細(xì)胞分裂兩次,染色體由2n→1n;◆有絲分裂中,每個(gè)染色體是獨(dú)立活動(dòng);

減數(shù)分裂,染色體要配對(duì)、聯(lián)會(huì)、交換和交叉。23第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控◆有絲分裂之前,經(jīng)DNA合成,進(jìn)入G2期,才進(jìn)行有絲分裂;減數(shù)分裂之前,DNA合成時(shí)間很長(99.7%合成,0.3%未合成),一旦合成,即進(jìn)入減數(shù)分裂期,G2期短或沒有;◆有絲分裂時(shí)間短,1-2小時(shí);減數(shù)分裂時(shí)間長,20多小時(shí),至幾年。24第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控減數(shù)分裂與有絲分裂的比較25第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控減數(shù)分裂的生物學(xué)意義◆保證了染色體數(shù)目在世代交替中的恒定,先減半成1n,形成合子時(shí),又成為2n;◆染色體間分離時(shí)的重組,提供了遺傳的多樣性;◆同源染色體配對(duì)時(shí)交換重組,提高了基因內(nèi)、基因間重組的頻率,加快了進(jìn)化的速度。26第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控12.3細(xì)胞周期的調(diào)控

27第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控一、MPF的發(fā)現(xiàn)及作用成熟促進(jìn)因子(maturationpromotingfactor，MPF）,早期稱為M-期促進(jìn)因子(M-phasepromotingfactor,MPF)，是指M期細(xì)胞中存在的促進(jìn)細(xì)胞分裂的因子28第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控研究背景

1970sRao等發(fā)現(xiàn)與M期細(xì)胞(Hela)融合的間期細(xì)胞染色體發(fā)生凝縮，稱為早熟凝集染色體（PCC）。G1期PCC為單線狀，因DNA未復(fù)制。S期PCC為粉末狀，因DNA由多個(gè)部位開始復(fù)制。G2期PCC為雙線染色體，說明DNA復(fù)制已完成。圖不同類的M期細(xì)胞都可誘導(dǎo)PCC產(chǎn)生，說明M期細(xì)胞具有促進(jìn)間期細(xì)胞進(jìn)行分裂的因子，即成熟促進(jìn)因子(MPF)。29第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控prematurelycondensedchromosome，PCCG1SG230第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控

非洲爪蟾卵發(fā)育的實(shí)驗(yàn)◆研究思路◆實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（注意關(guān)鍵步驟的用意?。。。癫牧系倪x擇：卵母細(xì)胞發(fā)育的第Ⅳ期，含有一個(gè)較大的小核，易辨認(rèn)。●方法：●實(shí)驗(yàn)結(jié)果：31第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控卵細(xì)胞提取物注射實(shí)驗(yàn)32第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控二、p34cdc2蛋白激酶的發(fā)現(xiàn)及與MPF的關(guān)系p34cdc2蛋白激酶的發(fā)現(xiàn)周期蛋白的發(fā)現(xiàn)MPF的組成33第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控p34cdc2蛋白激酶的發(fā)現(xiàn)：

Hartwell

1960s,Nurse1970s

分別以芽殖酵母和裂殖酵母為材料，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(cdc)。如：裂殖酵母cdc2、芽殖酵母cdc28突變型在限制溫度下無法分裂；cdc2和cdc28都編碼一個(gè)34KD的蛋白激酶（稱為p34cdc2蛋白和p34cdc28蛋白），促進(jìn)細(xì)胞周期的進(jìn)行，若該基因發(fā)生突變，細(xì)胞周期就會(huì)停止在某一點(diǎn)，細(xì)胞就不會(huì)再分裂。34第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控

細(xì)胞周期蛋白的鑒定T.Hunt1980s等以同步化的受精的海膽卵為材料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)海膽的卵裂過程中兩種蛋白質(zhì)的含量隨細(xì)胞周期振蕩，命名為周期蛋白（cyclin）A和B，其mRNA能誘導(dǎo)蛙卵成熟。1988年Lohka將非洲爪蟾的MPF純化。經(jīng)鑒定MPF由32KD和45KD兩種蛋白組成，是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)MPF=cdc2+clyclinB35第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控

MPF的結(jié)構(gòu)組成◆是由兩個(gè)不同的亞基組成的異質(zhì)二聚體:●催化亞基▲是絲氨酸/蘇氨酸型蛋白激酶▲其活性有賴于周期蛋白，故蛋白稱為周期依賴性蛋白激酶(CDK);●調(diào)節(jié)亞基：周期蛋白(cyclin)。圖36第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控MPF的結(jié)構(gòu)37第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控三、細(xì)胞周期蛋白cyclin特點(diǎn)：在細(xì)胞周期中呈周期性變化。含有一段約100個(gè)氨基酸的保守序列，稱為周期蛋白框，介導(dǎo)與CDK結(jié)合。M期周期蛋白N端有破壞框，參與周期蛋白A和B的降解。

作用：激活和引導(dǎo)CDK作用于不同底物。已知30余種，在脊椎動(dòng)物中為A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等?？煞譃?類：G1型、G1/S型、S型、M型。38第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控四、CDKcdc2與細(xì)胞周期蛋白結(jié)合才具有激酶的活性，故名細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)。cdc2又稱CDK1，可將特定蛋白磷酸化，如：將核纖肽磷酸化導(dǎo)致核纖層解體、核膜消失；將H1磷酸化導(dǎo)致染色體的凝縮等。在動(dòng)物中已知7種CDK。均含PSTAIRE保守序列，與周期蛋白的結(jié)合有關(guān)。39第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控不同類型的CDK/cyclin復(fù)合體*包括D1-3，各亞型cyclinD在不同細(xì)胞中的表達(dá)量不同，但具有相同的功效。40第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控G1期，在生長因子的刺激下，cyclinD表達(dá)，并與CDK4、CDK6結(jié)合，使下游的蛋白質(zhì)如Rb磷酸化，釋放轉(zhuǎn)錄因子E2F，促進(jìn)許多基因的轉(zhuǎn)錄，如編碼cyclinE、A和CDK1的基因。G1-S期，cyclinE與CDK2結(jié)合，激活DNA復(fù)制。G2-M期，cyclinA、cyclinB與CDK1結(jié)合，CDK1引起染色體凝縮、核膜解體（書P404表11-3）等。41第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控cellcycleregulation42第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控三、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子（CDKI）CDKI對(duì)細(xì)胞周期起負(fù)調(diào)控作用，分為：①INK4家族:抑制CDK4·cyclinD1,CDK6·cyclinD1。②CIP/KIP家族：抑制大多數(shù)CDK。其中P21cip1還能與DNA聚合酶δ的輔助因子PCNA結(jié)合，直接抑制DNA的合成。43第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控LelandH.Hartwell

R.Timothy(Tim)Hunt

SirPaulM.Nurse

2001年10月8日美國人Leland

Hartwell、英國人PaulNurse、Timothy

Hunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機(jī)理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。44第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控五、細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)控（一）G2/M其轉(zhuǎn)化及調(diào)控（下圖）45第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控M期調(diào)控示意圖123446第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控（二）中期向后期的轉(zhuǎn)化：周期蛋白A和B的降解

周期蛋白N端破壞框(destructionbox)47第12章-2細(xì)胞增殖及其調(diào)控

泛素與周期蛋白的降解圖◆多泛素化作用●泛素活化酶（E1）●泛