生物学细胞增殖与分化.pptx

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1、会计学1生物学细胞增殖生物学细胞增殖(zngzh)与分化与分化第一页，共107页。n n无丝分裂无丝分裂无丝分裂无丝分裂(amitosis)(amitosis)n n有丝分裂有丝分裂有丝分裂有丝分裂(y(y u s fn li)(mitosis)u s fn li)(mitosis)n n减数分裂减数分裂减数分裂减数分裂(meiosis)(meiosis)第一节 细胞分裂分裂过程中没有染色体组装和纺锤体形成，分裂过程中没有染色体组装和纺锤体形成，DNADNA复制复制(fzh)(fzh)后直后直接分裂，是低等生物（如细菌）增殖的主要方式。接分裂，是低等生物（如细菌）增殖的主要方式。分裂过程中有纺

2、锤体和染色体的形成。子细胞分裂过程中有纺锤体和染色体的形成。子细胞(xbo)中遗中遗传物质均等分配。是真核细胞传物质均等分配。是真核细胞(xbo)主要的增殖方式。主要的增殖方式。有性生殖生物形成生殖细胞时的分裂分式。分裂过程中染色体复有性生殖生物形成生殖细胞时的分裂分式。分裂过程中染色体复制一次，细胞连续分裂两次，染色体数目减半。制一次，细胞连续分裂两次，染色体数目减半。第1页/共107页第二页，共107页。一、无丝分裂一、无丝分裂一、无丝分裂一、无丝分裂(fnli)(amitosis)(fnli)(amitosis)核糖体 DNA细胞壁细胞膜第2页/共107页第三页，共107页。二、有丝分裂

3、二、有丝分裂(yu s fn li)(mitosis)第3页/共107页第四页，共107页。G1SG2M间间期期为了为了(wi le)便于描述人便于描述人为划分为划分第4页/共107页第五页，共107页。M期被细分为六个时期：期被细分为六个时期：前期前期(prophase)；前中期前中期(zhngq)(prometaphase)；中期中期(zhngq)(metaphase)；后期后期(anaphase)；末期末期(telophase)；胞质分裂胞质分裂(cytokinesis):从后从后期开始延续至末期。期开始延续至末期。第5页/共107页第六页，共107页。第6页/共107页第七页，共107

4、页。染色质凝集成染色体；每条染色体含染色质凝集成染色体；每条染色体含染色质凝集成染色体；每条染色体含染色质凝集成染色体；每条染色体含2 2姐妹染色单姐妹染色单姐妹染色单姐妹染色单体，以着丝粒相连体，以着丝粒相连体，以着丝粒相连体，以着丝粒相连(xin(xin lin)lin)，至晚前期时外侧，至晚前期时外侧，至晚前期时外侧，至晚前期时外侧形成动粒。形成动粒。形成动粒。形成动粒。核仁分散，逐渐消失。核仁分散，逐渐消失。核仁分散，逐渐消失。核仁分散，逐渐消失。有丝分裂器（纺锤体、星体）形成。有丝分裂器（纺锤体、星体）形成。有丝分裂器（纺锤体、星体）形成。有丝分裂器（纺锤体、星体）形成。1.前期前期

5、(qinq)prophase(二二)有丝分裂各阶段有丝分裂各阶段(jidun)发生的事件发生的事件第7页/共107页第八页，共107页。中中心心粒粒在在S期期完完成成复复制制，在在前前期期移移向向细细胞胞两两极极，两个两个(lin)中心体之间形成纺锤体微管；中心体之间形成纺锤体微管；前前期期末末核核膜膜解解体体时时，中中心心体体已已到到达达两两极极，并并形形成纺锤体。成纺锤体。第8页/共107页第九页，共107页。中心体发出中心体发出(fch)的三种微管结构：的三种微管结构：极微管（极微管（polar mt）动粒微管（动粒微管（kinetochore mt）星体微管（星体微管（astral m

6、t）星体微管星体微管动粒微管动粒微管极微管极微管中心体中心体纺锤体极纺锤体极动粒动粒第9页/共107页第十页，共107页。有丝分裂器（有丝分裂器（mitotic apparatus）：）：动态结构，由微管及微管结合蛋白组成动态结构，由微管及微管结合蛋白组成(z chn)。在中期细胞中包括两部分：在中期细胞中包括两部分：纺锤体（纺锤体（spindle）：极微管）：极微管+动粒微管动粒微管 星体（星体（aster）：星体微管）：星体微管第10页/共107页第十一页，共107页。2.前中期前中期 prometaphase始于核膜崩解。始于核膜崩解。纺锤体微管捕获染色体，染色体两侧动粒分别结合纺锤体微

7、管捕获染色体，染色体两侧动粒分别结合来自来自(li z)两侧中心粒的纺锤体微管。两侧中心粒的纺锤体微管。染色体剧烈运动，挪向细胞中央。染色体剧烈运动，挪向细胞中央。第11页/共107页第十二页，共107页。第12页/共107页第十三页，共107页。3.中期中期(zhngq)metaphase染色染色(rns)体排列于赤道板（体排列于赤道板（metaphase plate）上，姐）上，姐妹染色妹染色(rns)单体两侧动粒分别结合于相反的纺锤体极，单体两侧动粒分别结合于相反的纺锤体极，受力均等。受力均等。第13页/共107页第十四页，共107页。第14页/共107页第十五页，共107页。4.后期后

8、期(huq)anaphase姐妹染色姐妹染色(rns)单体分开并向两级迁移。单体分开并向两级迁移。极微管不断延长，动粒微管逐渐缩短。极微管不断延长，动粒微管逐渐缩短。细胞两端的纺锤体极（中心体）进一步远离。细胞两端的纺锤体极（中心体）进一步远离。第15页/共107页第十六页，共107页。第16页/共107页第十七页，共107页。5.末期末期(mq)telophase 子染色体分别子染色体分别(fnbi)到达两极，动粒微管到达两极，动粒微管消失。消失。核膜重建。核膜重建。染色质重新疏松，核仁重现。染色质重新疏松，核仁重现。第17页/共107页第十八页，共107页。6.胞质分裂胞质分裂(fnli)

9、cytokinesis始于后期始于后期(huq)，止于末期。，止于末期。若核分裂后不发生胞质分裂，则形成多核细胞。若核分裂后不发生胞质分裂，则形成多核细胞。动动物物细细胞胞-通通过过胞胞质质收收缩缩环环（contractile ring）的的收收缩缩实实现现，收收缩缩环环由由大大量量平平行行排排列列(pili)的的肌肌动动蛋蛋白白与与肌肌球球蛋蛋白白等等组组成成。形形成成的的结结构构也称分裂沟（也称分裂沟（cleavage furrow）。分裂由外而内。）。分裂由外而内。植植物物细细胞胞-在在细细胞胞中中央央产产生生细细胞胞板板，与与周周围围细细胞胞壁壁汇汇合合后后将将细胞分开。细胞分开。分裂

10、由内而外。分裂由内而外。第18页/共107页第十九页，共107页。第19页/共107页第二十页，共107页。第20页/共107页第二十一页，共107页。(三三)有丝分裂各阶段有丝分裂各阶段(jidun)发生事件的调节机制发生事件的调节机制、染色体的凝集、染色体的凝集(nngj)凝集素（凝集素（condensin）在染色体凝集过程中发挥）在染色体凝集过程中发挥重要重要(zhngyo)作用。作用。黏合素（黏合素（cohesin）介导染色单体结合。）介导染色单体结合。第21页/共107页第二十二页，共107页。、有丝分裂、有丝分裂(yu s fn li)器的形成与子染色体分离：器的形成与子染色体分离

11、：由微管组装和动力（马达）蛋白由微管组装和动力（马达）蛋白(dnbi)的共同作用：的共同作用：微管组装与解聚：微管组装与解聚：在（在（+）端发生聚合和解聚，调节纺锤体微管的长）端发生聚合和解聚，调节纺锤体微管的长度。度。微管动力蛋白微管动力蛋白(dnbi)（马达蛋白（马达蛋白(dnbi)）：）：驱动蛋白驱动蛋白(dnbi)（kinesin）向（）向（+）端运动）端运动 动位蛋白动位蛋白(dnbi)（dynin）向（）端运动）向（）端运动-调节极微管之间的滑动、染色体的运动等。调节极微管之间的滑动、染色体的运动等。第22页/共107页第二十三页，共107页。+（）纺锤体的组装（）纺锤体的组装(z

12、 zhun)+第23页/共107页第二十四页，共107页。（2）染色体的捕获）染色体的捕获(bhu)及排列及排列第24页/共107页第二十五页，共107页。第25页/共107页第二十六页，共107页。（）染色体的分离（）染色体的分离(fnl)机制机制后期后期A：动粒微管（动粒微管（+）解聚缩短，拉动染色解聚缩短，拉动染色体移向两级。体移向两级。动粒处的马达蛋动粒处的马达蛋白帮助促进白帮助促进(cjn)染色体移动。染色体移动。后期后期(hu(huq)q)+第26页/共107页第二十七页，共107页。模型模型模型模型1 1染染色色体体向向两两极极移移动动及及动动粒粒微微管管(+)端端逐逐渐渐(zh

13、jin)解解聚聚的的动动力力来来自自ATP驱驱动动的的马马达达蛋蛋白白动粒微管动粒微管动粒微管动粒微管动动动动 粒粒粒粒动动动动 粒粒粒粒ATPATP驱驱驱驱动动动动 马达蛋马达蛋马达蛋马达蛋白白白白染色体染色体染色体染色体染色体移动方向染色体移动方向染色体移动方向染色体移动方向第27页/共107页第二十八页，共107页。模型模型2动粒微管动粒微管动动 粒粒动动 粒粒染色体染色体微管高亲微管高亲合力蛋白合力蛋白染色体移动方向染色体移动方向染染色色体体向向两两极极移移动动的的动动力力来来自自动动(zdng)粒粒微微管管(+)端的逐渐解聚端的逐渐解聚第28页/共107页第二十九页，共107页。后期

14、后期B B：极微管（极微管（+）端聚合延）端聚合延长，极微管上的马达蛋白长，极微管上的马达蛋白促使其互相滑动远离，推促使其互相滑动远离，推动动(tu dng)(tu dng)两极更加远两极更加远离离 ；同时星体微管马达蛋同时星体微管马达蛋白直接拉动两极更加远离。白直接拉动两极更加远离。+第29页/共107页第三十页，共107页。第30页/共107页第三十一页，共107页。第31页/共107页第三十二页，共107页。、核膜的崩解与再组装机制、核膜的崩解与再组装机制(jzh)与核纤层蛋白（与核纤层蛋白（lamin）的磷酸化与去磷酸化修饰）的磷酸化与去磷酸化修饰有关。有关。Lamin 磷酸化磷酸化L

15、amin 去磷酸化去磷酸化核膜核膜(h m)小小泡融合泡融合染色质疏松染色质疏松(sh sn)第32页/共107页第三十三页，共107页。、胞质分裂机制、胞质分裂机制、核分裂先于胞质分裂的调控机制、核分裂先于胞质分裂的调控机制 1）细胞周期调控系统激活有丝分裂需要的蛋白的同时，）细胞周期调控系统激活有丝分裂需要的蛋白的同时，使胞质分裂所需要的蛋白失活；使胞质分裂所需要的蛋白失活；2）在形成有功能的收缩环之前不会发生胞质分裂，收缩）在形成有功能的收缩环之前不会发生胞质分裂，收缩环的形成需要染色体分至两极环的形成需要染色体分至两极(lingj)后留下的中央纺后留下的中央纺锤体参与。锤体参与。第33

16、页/共107页第三十四页，共107页。三、减数分裂三、减数分裂(jin sh fn li)(meiosis)n n产生单倍体配子产生单倍体配子产生单倍体配子产生单倍体配子(piz(piz)细胞的分裂方式。细胞的分裂方式。细胞的分裂方式。细胞的分裂方式。（一）减数分裂（一）减数分裂(jin sh fn li)的一般过程的一般过程减数分裂减数分裂(jin sh fn li)I减数分裂减数分裂(jin sh fn li)II同源染色体通过联会实现染色体部分片段的交换，然后分同源染色体通过联会实现染色体部分片段的交换，然后分开。开。姐妹染色单体分开。姐妹染色单体分开。第34页/共107页第三十五页，共

17、107页。第35页/共107页第三十六页，共107页。1、减数分裂、减数分裂(jin sh fn li)I（1）前期）前期(qinq)I细线期细线期偶线期偶线期粗线期粗线期双线期双线期终变期终变期中期中期 I第36页/共107页第三十七页，共107页。细线期细线期 leptotene 染色质开始凝集，光镜下呈细线状，具有念珠染色质开始凝集，光镜下呈细线状，具有念珠(ninzh)状的染色粒。状的染色粒。第37页/共107页第三十八页，共107页。偶线期偶线期 zygotene 同源同源(tn yun)染色体配对染色体配对-联会联会（synapsis）。）。粗线期粗线期 pachytene 始于联

18、会完成时，光镜下已能看清姐妹染色单体。始于联会完成时，光镜下已能看清姐妹染色单体。同源同源(tn yun)染色体的非姊妹染色单体间发生交换。染色体的非姊妹染色单体间发生交换。联会复合体联会复合体 二价二价(r ji)体体 四分体四分体第38页/共107页第三十九页，共107页。每对同源染色体间通过联会复合体（每对同源染色体间通过联会复合体（synaptonemal complex，SC）结合，称为二价体（）结合，称为二价体（bivalent）；含四）；含四条姐妹条姐妹(jimi)染色单体，称为四分体（染色单体，称为四分体（tetrad）。）。SC第39页/共107页第四十页，共107页。电镜下

19、为电镜下为3条纵带状结构：两边条纵带状结构：两边侧生组分，中间中央组分，互侧生组分，中间中央组分，互相以横纤维相连。相以横纤维相连。SC上有重组小节上有重组小节(recombination nodules)，含有，含有多种酶，非姐妹染色多种酶，非姐妹染色(rns)单单体的染色体的染色(rns)质在此处局部质在此处局部结合，发生结合，发生DNA交换。交换。SC形成于偶线期，成熟于粗线形成于偶线期，成熟于粗线期，消失于双线期。期，消失于双线期。联会复合体（联会复合体（synaptonemal complex，SC）第40页/共107页第四十一页，共107页。双线期双线期 diplotene 联会复

20、合体消失，联会复合体消失，同源染色体分离，同源染色体分离，只有少数点仍连接，只有少数点仍连接，称为交叉称为交叉（chiasmata）交叉逐渐交叉逐渐(zhjin)移向染色体两端，移向染色体两端，称为端化称为端化(terminalization)。第41页/共107页第四十二页，共107页。双线期双线期RNA合成异常活跃，部分染色体解旋：合成异常活跃，部分染色体解旋：如如两两栖栖类类、爬爬行行类类、鸟鸟类类等等卵卵母母细细胞胞中中，RNA合合成成活活跃跃，二二阶阶体体解解螺螺旋旋(luxun)而而形形成成灯灯刷染色体。这一时期是卵黄积累的时期。刷染色体。这一时期是卵黄积累的时期。许许多多动动物物

21、卵卵细细胞胞在在双双线线期期停停留留的的时时间间非非常常长长。如如人人的的卵卵母母细细胞胞在在五五个个月月胎胎儿儿中中已已达达双双线线期期，而而一直到排卵期（一直到排卵期（12-50岁）都停在双线期。岁）都停在双线期。第42页/共107页第四十三页，共107页。减数分裂前期减数分裂前期的分期及其所需时间图解的分期及其所需时间图解减数分裂前期减数分裂前期I中染色体联会和去联会的时空变化图解中染色体联会和去联会的时空变化图解染色单体染色单体1染色单体染色单体3染色单体染色单体2染色单体染色单体4细线期细线期偶线期偶线期粗线期粗线期双线期双线期间期间期第43页/共107页第四十四页，共107页。终变

22、期终变期 diakinesis 染色体再凝集，核仁消失。染色体再凝集，核仁消失。四分体交叉端化进一步发展，交叉数目减少，通四分体交叉端化进一步发展，交叉数目减少，通常仅存常仅存(jn cn)于端部。于端部。纺锤体组装形成。纺锤体组装形成。第44页/共107页第四十五页，共107页。（2）中期）中期(zhngq)I核膜消失。核膜消失。每条同源染色体上的姐妹染色单体的动粒融合在一每条同源染色体上的姐妹染色单体的动粒融合在一起，二价体的两个动粒分别起，二价体的两个动粒分别(fnbi)连接于两极的连接于两极的纺锤体微管。纺锤体微管。二价体端部交叉仍结合在一起。二价体端部交叉仍结合在一起。第45页/共1

23、07页第四十六页，共107页。（3）后期）后期(huq)I同源染色体分开同源染色体分开(fn ki)，分别向两极移动。，分别向两极移动。同源染色体随机分向两极，染色体上带重组成分。同源染色体随机分向两极，染色体上带重组成分。姐妹染色单体仍然相连。姐妹染色单体仍然相连。第46页/共107页第四十七页，共107页。（4）末期）末期(mq)I染色体到达两极，多数仍保持凝集状态、或去凝染色体到达两极，多数仍保持凝集状态、或去凝集程度很低。集程度很低。少数细胞发生少数细胞发生(fshng)去凝集。去凝集。产生的两个子细胞只含单倍数染色体，但含二倍产生的两个子细胞只含单倍数染色体，但含二倍数数DNA。第4

24、7页/共107页第四十八页，共107页。2、减数分裂、减数分裂(jin sh fn li)II分为前期分为前期 II、中期、中期 II、后期、后期 II、末期、末期 II，过程与有，过程与有丝分裂相似。丝分裂相似。一个精母细胞形成一个精母细胞形成4个精子个精子(jngz)；一个卵母细胞；一个卵母细胞形成一个卵子及形成一个卵子及2-3个极体。个极体。第48页/共107页第四十九页，共107页。第49页/共107页第五十页，共107页。减减数数分分裂裂中中染染色色体体与与纺纺锤锤体体的的结结构构(jigu)关关系系示示意意图图中期中期I四分体四分体(二价体二价体)染色单体染色单体(同源染色体同源染

25、色体2)染色单体染色单体(同源染色体同源染色体1)中期中期II二分体二分体第50页/共107页第五十一页，共107页。（二）减数分裂的特征（二）减数分裂的特征(tzhng)和意义和意义1、DNA复制复制(fzh)一次细胞分裂两次一次细胞分裂两次 保证人类染色体数目稳定保证人类染色体数目稳定(wndng)。非同源染色体随机组合，保证物种多样性。非同源染色体随机组合，保证物种多样性。配子种类至少为配子种类至少为 2n。在。在人类细胞中人类细胞中 n=23第51页/共107页第五十二页，共107页。有丝分裂有丝分裂减数分裂减数分裂分裂细胞分裂细胞体细胞体细胞 及及 生殖细胞生殖细胞生殖细胞生殖细胞分

26、裂次数分裂次数一次一次两次两次复制次数复制次数一次一次一次一次DNADNA含量含量不变不变减半减半分裂过程分裂过程无联会、交叉、四无联会、交叉、四分体；着丝粒分裂分体；着丝粒分裂有联会、交叉、四分体；有联会、交叉、四分体；减数分裂减数分裂 I 着丝粒不分着丝粒不分裂裂分裂结果分裂结果产生产生2个子细胞，染个子细胞，染色体数目不变色体数目不变形成形成4个子细胞，染色个子细胞，染色体数目减半体数目减半遗传物质不变，体遗传物质不变，体现遗传的稳定性现遗传的稳定性遗传物质改变，体现遗遗传物质改变，体现遗传的多样性传的多样性减数分裂减数分裂(jin sh fn li)与与有丝分裂比较有丝分裂比较第52页

27、/共107页第五十三页，共107页。2、同源、同源(tn yun)染色体的配对与分离染色体的配对与分离 使同源染色体间发生遗传使同源染色体间发生遗传(ychun)重组，极大增重组，极大增加遗传加遗传(ychun)的多样性。的多样性。保证同源染色体准确分离。保证同源染色体准确分离。3、性染色体配对、性染色体配对(pi du)雄性个体雄性个体 X、Y染色体末端存在一个同源的小区域，可染色体末端存在一个同源的小区域，可介导二者产生区域配对并交叉互换。介导二者产生区域配对并交叉互换。第53页/共107页第五十四页，共107页。（三）异常（三）异常(ychng)的减数分裂的减数分裂 产生染色体缺失的单倍

28、体细胞或多拷贝细胞。产生染色体缺失的单倍体细胞或多拷贝细胞。融合后产生异常胚胎，多数死亡，或发育成疾病融合后产生异常胚胎，多数死亡，或发育成疾病成体，如人类成体，如人类(rnli)(rnli)的唐氏综合征。的唐氏综合征。减数分裂中的分离错误较易发生于雌性个体，且减数分裂中的分离错误较易发生于雌性个体，且错误概率随母体年龄增长而增高。错误概率随母体年龄增长而增高。第54页/共107页第五十五页，共107页。第二节 细胞周期一、细胞周期一、细胞周期(cell cycle)一个一个(y)(y)细胞经过一系列生化事件而复制他的组分，然后一细胞经过一系列生化事件而复制他的组分，然后一分为二，这种周期性的

29、复制和分裂过程。分为二，这种周期性的复制和分裂过程。间期间期 M期期G1SG2有丝分裂有丝分裂胞质分裂胞质分裂第55页/共107页第五十六页，共107页。细胞生长的主要阶段，执行正常代谢功能细胞生长的主要阶段，执行正常代谢功能(gngnng)，合，合成蛋白质、细胞器等。成蛋白质、细胞器等。G1晚期合成晚期合成DNA复制所需的酶类、以及复制所需的酶类、以及G1 S转变所需转变所需各类蛋白。各类蛋白。G1期是决定细胞增殖状态的关键阶段，期是决定细胞增殖状态的关键阶段，G1期进程受多期进程受多种细胞内外因素影响。种细胞内外因素影响。G1期长短期长短(chngdun)在不同细胞中差异较大。在不同细胞中

30、差异较大。1、G1 期期二、细胞周期各时相的动态关系与生物二、细胞周期各时相的动态关系与生物(shngw)(shngw)大分子的大分子的合成合成第56页/共107页第五十七页，共107页。从增殖的角度来看，可将高等动物的细胞分为从增殖的角度来看，可将高等动物的细胞分为(fn wi)三类：三类：连续分裂细胞。如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。连续分裂细胞。如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。不分裂细胞，指不可逆地脱离细胞周期，不再不分裂细胞，指不可逆地脱离细胞周期，不再(b zi)分裂的细胞，分裂的细胞，又称终端细胞。如神经、肌肉、多形核细胞等。又称终端细胞。如神经、肌肉、多形核细胞等。休眠细胞，暂不

31、分裂、但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，称休眠细胞，暂不分裂、但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，称G0期细胞。如淋巴细胞、肝、肾细胞等。期细胞。如淋巴细胞、肝、肾细胞等。第57页/共107页第五十八页，共107页。2、S 期期 DNA合成的阶段；组蛋白、非组蛋白等染色质组成合成的阶段；组蛋白、非组蛋白等染色质组成蛋白亦在此期合成，并入蛋白亦在此期合成，并入(bn r)核与核与DNA组装成核组装成核小体。小体。中心粒也在中心粒也在S期复制。期复制。3、G2 期期 合成进入合成进入M期所需的蛋白质，为细胞分裂作准备期所需的蛋白质，为细胞分裂作准备(zhnbi)。G2期合成的期合成的MPF对于对

32、于M期进入非常关键。期进入非常关键。第58页/共107页第五十九页，共107页。成熟促进因子（maturation promoting factor,MPF）一种促进M期启动(qdng)的蛋白激酶，通过促进靶蛋白的磷酸化而改变其生理活性。为异二聚体，由一个催化亚基(p34cdc2,具有激酶活性)和一个调节亚基(细胞周期蛋白B，cyclinB)组成。第59页/共107页第六十页，共107页。4、M 期期 染色体分离染色体分离(fnl)及胞质分裂。及胞质分裂。第60页/共107页第六十一页，共107页。三、细胞周期的调控三、细胞周期的调控(dio kn)（一）研究细胞周期调控的常用（一）研究细胞周

33、期调控的常用(chn yn)真真核细胞系统核细胞系统1、裂殖酵母与芽殖酵母、裂殖酵母与芽殖酵母单细胞真菌，其周期调控过程与人类细胞类似，且增殖迅速单细胞真菌，其周期调控过程与人类细胞类似，且增殖迅速(xn s)，利于研究。，利于研究。2、爪蟾胚胎细胞、爪蟾胚胎细胞受精卵与早期胚胎细胞个体大，含大量细胞分裂所需蛋白受精卵与早期胚胎细胞个体大，含大量细胞分裂所需蛋白质，增殖迅速（几乎无质，增殖迅速（几乎无G1与与G2期）；且个体大易于操作。期）；且个体大易于操作。3、体外培养的哺乳动物细胞、体外培养的哺乳动物细胞避免动物体实验的复杂与困难。避免动物体实验的复杂与困难。第61页/共107页第六十二页

34、，共107页。第62页/共107页第六十三页，共107页。（二）细胞周期调控系统（二）细胞周期调控系统(xtng)的组成的组成可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行。可将特定蛋白磷酸化，促进细胞周期运行。其活性受到其活性受到 cyclin 的调节，必须与的调节，必须与 cyclin 结合才结合才能被激活。能被激活。Cdk活性的周期性改变活性的周期性改变(gibin)，启，启动或调节细胞周期主要事件。动或调节细胞周期主要事件。目前已知目前已知Cdk家族成员有家族成员有Cdk1（cdc2）、）、Cdk2、Cdk3 Cdk9。1、cyclin 与与 Cdk 复合体复合体(1)Cdk（cyclin-de

35、pendent kinase,细胞周期蛋白细胞周期蛋白(dnbi)依赖性蛋白依赖性蛋白(dnbi)激酶）激酶）第63页/共107页第六十四页，共107页。第64页/共107页第六十五页，共107页。(2)Cyclin（细胞周期蛋白（细胞周期蛋白(dnbi)）在细胞周期中含量呈周期性变化。在细胞周期中含量呈周期性变化。在脊椎动物中已知有在脊椎动物中已知有cyclin A、B、C、D、E、F、G、H、T等。等。Cyclin 能与特定能与特定 Cdk 结合而使其活化，而且还结合而使其活化，而且还“指引指引”Cdk到达特定的靶蛋白，从而诱导特定细胞到达特定的靶蛋白，从而诱导特定细胞周期事件周期事件(s

36、hjin)的发生的发生。分为类：分为类：G1、G1/S型、型、S型、型、M型。型。第65页/共107页第六十六页，共107页。第66页/共107页第六十七页，共107页。激酶复合激酶复合体体脊椎动物脊椎动物芽殖酵母芽殖酵母CyclinCdkCyclinCdkG1-CdkCyclin D*Cdk4、6Cln 3Cdk1G1/S-CdkCyclin ECdk2Cln 1、2Cdk1S-CdkCyclin ACdk2Clb 5、6Cdk1M-CdkCyclin BCdk1(cdc2)Clb 1-4Cdk1表表3-8-1 主要主要(zhyo)的的 cyclin 和和 Cdk*Cyclin D 包括包括

37、 D1-3，各亚型，各亚型 cyclin D 在不同细胞在不同细胞(xbo)中的表中的表达量不同，但具有相同的功效。达量不同，但具有相同的功效。第67页/共107页第六十八页，共107页。脊椎动物细胞周期调控系统脊椎动物细胞周期调控系统(xtng)主要主要成员成员Cyclin B+Cdk 1第68页/共107页第六十九页，共107页。(3)Cdk活化活化(huhu)激酶激酶 与与 Cdk活性抑活性抑制因子制因子Cdk 活化激酶（活化激酶（Cdk activating kinase,CAK）：一种蛋白：一种蛋白(dnbi)复合物，磷酸化复合物，磷酸化Cdk，使之，使之激活。激活。Cdk活性抑制活

38、性抑制(yzh)因子因子 Cdk 抑制激酶抑制激酶 Cdk 抑制蛋白抑制蛋白（Cdk inhibitor,CKI）第69页/共107页第七十页，共107页。激酶激酶(jmi)Kinase:add P-磷酸化磷酸化磷酸酶磷酸酶 Phosphatase:remove P-去磷酸化去磷酸化活化性活化性磷酸化磷酸化抑制性磷酸化抑制性磷酸化活化形式活化形式失活形式失活形式Wee 1激激 酶酶Cdc25磷酸酶磷酸酶 Cdk 抑制抑制(yzh)激酶激酶 第70页/共107页第七十一页，共107页。Cdk 抑制抑制(yzh)蛋白（蛋白（Cdk inhibitor,CKI）包括包括(boku)：CIP/KIP：

39、P21cip1、P27kip1、P57kip2。INK4:P16ink4a,P15ink4b,P18ink4c,P19ink4d。与与 Cdk/cyclin 复合物结合，抑制复合物结合，抑制(yzh)Cdk的活性，对的活性，对细胞周期起负调控作用。细胞周期起负调控作用。活化的活化的cyclin-Cdk复合体复合体失活的失活的p27-cyclin-Cdk复合体复合体第71页/共107页第七十二页，共107页。(4)促进促进(cjn)Cdk 活性调节因子降解的酶复合物活性调节因子降解的酶复合物泛素（泛素（ubiquitin）-蛋白蛋白(dnbi)水解酶复合物（水解酶复合物（proteasome）通

40、路）通路需要降解的蛋白质（需要降解的蛋白质（cyclin,CKI等），在特定等），在特定(tdng)Aa上被连上一串泛素。上被连上一串泛素。结合了泛素的蛋白质被蛋白水解酶复合物识别并且结合了泛素的蛋白质被蛋白水解酶复合物识别并且降解，这是细胞内蛋白质降解的普遍途径。降解，这是细胞内蛋白质降解的普遍途径。降解的蛋白质降解的蛋白质泛素链泛素链第72页/共107页第七十三页，共107页。Cdk 活性的调节活性的调节(tioji)方式方式Cyclin 的结合的结合(jih)Cdk 上特定位点的磷酸化状态上特定位点的磷酸化状态(zhungti)CKI 的结合的结合Cdk活性调节因子的降解活性调节因子的降

41、解 细胞周期的运细胞周期的运转就是细胞周转就是细胞周期调控系统的期调控系统的关键蛋白关键蛋白cdkcdk激酶被激活或激酶被激活或失活的过程。失活的过程。第73页/共107页第七十四页，共107页。2.细胞周期检查点细胞周期检查点（cell cycle checkpoint）在细胞周期正常事件受影响时，细胞通过检查点在细胞周期正常事件受影响时，细胞通过检查点的反馈调控机制来保证关键事件准确完成，周期的反馈调控机制来保证关键事件准确完成，周期正常运行正常运行(ynxng)。在检查点，若前一时间还未完成或出现错误，细在检查点，若前一时间还未完成或出现错误，细胞周期进程将被阻止，直至事件完成或错误纠正

42、。胞周期进程将被阻止，直至事件完成或错误纠正。第74页/共107页第七十五页，共107页。第75页/共107页第七十六页，共107页。G1检查点：存在于检查点：存在于G1晚期，酵母晚期，酵母(jiom)细胞中细胞中称启动点（称启动点（start），真核生物中称），真核生物中称R点，越过点，越过R点可点可完成有丝分裂。完成有丝分裂。G2 或或 G2/M 检查点：控制细胞是否进入检查点：控制细胞是否进入M期。期。中期检查点（纺锤体组装检查点）：若有染色体中期检查点（纺锤体组装检查点）：若有染色体未正确附着于纺锤体上，染色体分离将延迟。未正确附着于纺锤体上，染色体分离将延迟。DNA复制检查点：发生于

43、复制检查点：发生于G2/M转换过程中，检转换过程中，检查查DNA复制是否完成或有否发生错误。复制是否完成或有否发生错误。DNA损伤检查点：发生于损伤检查点：发生于G1期和期和G2期，识别期，识别DNA受到损伤时的错误碱基并且将之修复，受到损伤时的错误碱基并且将之修复，防止错防止错误碱基被复制。误碱基被复制。第76页/共107页第七十七页，共107页。第77页/共107页第七十八页，共107页。p检查点的化学本质检查点的化学本质 细胞周期调控系统的组成细胞周期调控系统的组成(z chn)分子被激活或失活，尤其是细胞周期调控系统分子被激活或失活，尤其是细胞周期调控系统的关键蛋白激酶被激活或失活的信

44、号传导过程。的关键蛋白激酶被激活或失活的信号传导过程。第78页/共107页第七十九页，共107页。（三）细胞周期事件（三）细胞周期事件(shjin)的调控的调控第79页/共107页第八十页，共107页。M期的进入期的进入(jnr)（P239）Cdk 1无活性无活性无活性无活性活活 化化间期（间期（G2）M 期期Cdk活化活化(huhu)激酶激酶（CAK）活化活化(huhu)性磷酸化性磷酸化抑制性磷酸化抑制性磷酸化PPCdc 25 PCdc 25 P无活性的磷酸酶无活性的磷酸酶Cdk抑制激酶（抑制激酶（Wee1）正反馈正反馈第80页/共107页第八十一页，共107页。G1期的调控期的调控(dio

45、 kn)（P241）cyclin 与与 G1-Cdk的结合的结合(jih)-激活激活Cdk。CKI 与与 Cdk/cyclin 复合体的结合复合体的结合(jih)-抑制抑制Cdk活活性。性。Rb 蛋白（人视网膜母细胞瘤蛋白）的蛋白（人视网膜母细胞瘤蛋白）的“刹车刹车(sh ch)”作用作用活化的活化的G1-CdkRbPPE2FS期基因期基因转录转录活活 化化失失 活活E2FRb失失 活活活活 化化第81页/共107页第八十二页，共107页。DNA损伤与损伤与p53蛋白对细胞周期进程的阻抑蛋白对细胞周期进程的阻抑(z y)作用作用(P241)辐射与化学物质等可能导致辐射与化学物质等可能导致(do

46、zh)DNA损伤。损伤。有两个有两个DNA损伤检查点：损伤检查点：G2期，损伤修复机制使期，损伤修复机制使cdc25磷酸化失去磷酸化失去活性，抑制活性，抑制M-Cdk的活性，阻止细胞进入的活性，阻止细胞进入M期。期。G1期，损伤修复机制使期，损伤修复机制使p53被磷酸化而激被磷酸化而激活活(j hu)，p53作为转录因子，导致作为转录因子，导致CKI p21的表达，的表达，p21结合结合G1/S-Cdk和和S-Cdk抑制它们的抑制它们的活性，从而阻止细胞进入活性，从而阻止细胞进入S期。期。第82页/共107页第八十三页，共107页。第83页/共107页第八十四页，共107页。（四）癌基因和抑癌

47、基因在细胞周期调控（四）癌基因和抑癌基因在细胞周期调控(dio kn)中的作用中的作用癌基因（原癌基因）：存在于脊椎动物细胞中与病癌基因（原癌基因）：存在于脊椎动物细胞中与病毒癌基因相似的基因。正常细胞中少量表达，为细毒癌基因相似的基因。正常细胞中少量表达，为细胞生长和增殖所必需的，但是突变或过量胞生长和增殖所必需的，但是突变或过量(guling)表达导致细胞恶性增殖。如表达导致细胞恶性增殖。如 Ras和和 Myc。抑癌基因：与癌基因相反，还有一类存在于正常细抑癌基因：与癌基因相反，还有一类存在于正常细胞中的，能抑制细胞恶性增殖的基因。这些基因编胞中的，能抑制细胞恶性增殖的基因。这些基因编码的

48、产物，从多个调控点参与对细胞周期的调控，码的产物，从多个调控点参与对细胞周期的调控，缺失或失活引起癌变。如缺失或失活引起癌变。如p53和和Rb。第84页/共107页第八十五页，共107页。以原癌基因为代表推动细胞周期进程(jnchng)的正的调控作用。以抑癌基因为代表的抑制细胞周期的负的调控作用。两者之间的平衡维持了细胞正常的生长增殖状态。第85页/共107页第八十六页，共107页。有丝分裂原：能促进细有丝分裂原：能促进细胞增殖胞增殖(zngzh)的生长的生长因子，已发现因子，已发现50多种。多种。如表皮生长因子如表皮生长因子EGF、红细胞生成素、血小板红细胞生成素、血小板生长因子等。生长因子

49、等。信号通路：信号通路：ras途径，途径，cAMP途径、磷脂酰肌醇途径、磷脂酰肌醇途径。途径。（五）细胞周期的胞外调控（五）细胞周期的胞外调控(dio kn)因素因素第86页/共107页第八十七页，共107页。四、细胞周期时相的测定四、细胞周期时相的测定(cdng)和细胞的同步和细胞的同步化化（一）细胞周期时相的测定（一）细胞周期时相的测定(cdng)、掺入标记法：、掺入标记法：标记物：标记物：3H-TdR（H3标记的胸腺嘧啶脱氧核糖核苷）、标记的胸腺嘧啶脱氧核糖核苷）、或或BrdU（5-溴脱氧尿嘧啶）。溴脱氧尿嘧啶）。细胞在含标记物的培养基中培养，标记物可在细胞在含标记物的培养基中培养，标记

50、物可在S期掺入期掺入新合成的新合成的 DNA 链中，从而标记处于链中，从而标记处于S期的细胞。通期的细胞。通过检测过检测 3H的放射性或的放射性或 BrdU 抗体的荧光强度衡量抗体的荧光强度衡量(hng ling)不同时相的细胞数量及比例。不同时相的细胞数量及比例。第87页/共107页第八十八页，共107页。2、流式细胞分光光度法：、流式细胞分光光度法：原理：细胞的原理：细胞的DNA经荧光染色经荧光染色逐个通过流式细胞仪检测逐个通过流式细胞仪检测(jin c)装置装置记录每个细胞的荧光强度记录每个细胞的荧光强度荧光强度与荧光强度与DNA含量呈正比。含量呈正比。G2期、期、M期期DNA含量是含量