第十四章 细胞增殖调控
细胞学作业第十四章 细胞增殖调与癌细胞
一、简述p34^cdc2/cyclin B蛋白激酶的发现过程。
Tim Hunt 为代表的科学家以海胆卵为材料，对细胞周期调控进行了深入研究。
JR.Evans 等人于1983年报道，在海胆卵细胞中含有两种特殊蛋白，它们的含量随周期过程变化而变化，一般在细胞间期内积累，在细胞分裂期内消失，在下一个周期有重复这一过程，因而它们将其命名为周期蛋白。
随后的研究证明：周期蛋白为诱导蛋白进入M期所必须。
各种生物之间的周期蛋白在功能上有着广泛的互补性。
将海胆cyclin B的mrna引入到非洲爪蟾卵非细胞系中，其翻译产物可诱导该非细胞体系进行多种细胞周期循环。
接下来的一系列实验提示周期蛋白可能参与MPF的功能调节。
二、举例说明CDK在细胞周期中是如何执行调节功能的？细胞周期调控包括正调控、负调控和信号反应。
CDK激酶是正调控因子，它是细胞沿周期运行的引擎蛋白。
以MPF为例阐述：MPF是一种使多种底物磷酸化的蛋白激酶，即CDK1激酶，由p34蛋白和周期蛋白B结合而成。
CDK1激酶活性首先依赖于周期蛋白B含量的积累。
周期蛋白B一般在G1期的晚期开始合成，通过S期，其含量不断增加，达到G2期，其含量达到最大值，CDK1激酶的活性随着周期蛋白B浓度变化而变化。
CDK1激酶的活化还受到激酶与磷酸酶的调节。
活化的CDK1激酶可使更多的CDK1激酶活化。
随着周期蛋白B 含量达到一定程度，CDK1激酶活性开始出现，到G2晚期阶段，CDK1激酶活性达到最大值并一直维持到M期的中期阶段。
活化的CDK1激酶促使分裂期细胞在分裂前期执行下列生化事件：（1）染色质开始浓缩形成有丝分裂染色体；（2）细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体开始组装；（3）高尔基复合体、内质网等细胞器解体，形成小的膜泡。
在有丝分裂的后期，活化的后期促进因子APC主要介导两类蛋白降解：后期抑制因子和有死分裂周期蛋白。
前者维持姐妹染色单体粘连，抑制后期启动；后者的降解意味着CDK1激酶失去活性，有死分裂即将结束，即染色体开始去凝集，核膜重建。
植物生理学第十四章 细胞增殖及其调控
• • • the 45 kDa protein and the cyclin B
Jean Gautier, Chris Norbury, Manfred Lohka, Paul Nurse and James Maller.
Purified Maturation-Promoting Factor Contains the Product of a Xenopus Homolog of the Fission Yeast Cell Cycle Control Gene cdc2+. Cell, 54, 433 , 1988 • • • the 32(34) kDa protein and the Cdc2
蛋白质合成抑制剂 蛋白质合成抑制剂
MPF的纯化 1988，James Maller
MPF含p32和p45 MPF为蛋白激酶
成熟卵细胞质移植发现ＭＰＦ的存在
二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系 p34cdc2激酶
催化亚单位 调节亚单位
MPF的结构组成
三、周期蛋白
部分周期蛋白分子结构特征 含有保守的氨基酸序列——周期蛋白框——介导周期蛋白与CDK结合 M期周期蛋白分子N端含有破坏框——参与泛素依赖的蛋白降解 G1期周期蛋白分子C端含有PEST序列——与周期蛋白更新有关
Lohka, M.J.; Hayes, M.K.; Maller, J.L. PNAS. USA 85: 3009-3013. 1988.
• • • 45 kDa and 32 kDa Proteins (3000-fold activity)
Cyclin is a component of maturation-promoting Jean Gautier, ……. James L. Maller. factor from Xenopus. Cell 60: 487-
细胞生物学细胞增殖(1)
五 、细胞周期的研究方法
（一）细胞周期模型
细胞周期研究常用的模型有： 酵母细胞 早期胚胎细胞 体外培养的哺乳动物细胞
五 、细胞周期的研究方法
（二）细胞同步化
细胞同步化（synchronization of cell）: 使处于 细胞周期不同阶段的培养细胞，共同进入细胞周期 某一特定阶段，这一过程称为细胞的同步化。
三、细胞周期不同时相及其的主要事件
（一）G1期（DNA合成前期）： 早G1期
限制点（restriction,R点）:早、晚G1期之间
晚G1期
细胞周期的主要事件
一、G1期（合成前期）：
1、早G1期——细胞生长 主要表现为：RNA、蛋白质、脂类以及糖类的大
量合成，形成大量的细胞器和其他结构，使细胞体积、 表面积以及细胞核、质比例增加。
2、DNA损伤检控点（G1/S期、G2 期） 作用：防止受损DNA细胞进入S期，保证DNA复制的正确性； 防止受损DNA细胞进入M期，保证子细胞遗传物质的正确性。
（3）结果：① 控制下一事件启动（抑制CDK的活性）。 ② 应对机制：激活DNA修复、分化、凋亡。
第三节 细胞周期的运行机制
四、细胞周期的检控点（检查点）
1、R点（G1/S期）： 作用：对细胞体积、接触抑制、营养条件、生长因子（必要条件）、 药物等进行检测，确定细胞是暂时停止生长、继续进入S期，或是发生 凋亡。
细胞同步化的方法：诱导同步化和选择同步化
选择同步化：根据细胞的体积、黏附性等的时 相特征来对不同时相的细胞进行选择和分离，从 而实现细胞的同步化。
如：有丝分裂摇落法、活细胞沉淀分离法
第三节 细胞周期的调控
2001年诺贝尔生理学与医学奖
第十四章 细胞增殖及其调控 YJ——【细胞生物学】
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本节内容结束
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2. 前中期
• 核膜破裂成小的膜泡，这一过程是由核纤层蛋 白中特异的Ser残基磷酸化导致核纤层解体；
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• 纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色 体 • 每个已复制的染色体有两个动粒，朝相反方向， 保证与两极的微管结合；纺锤体微管捕捉住染 色体后，形成三种类型的微管； • 不断运动的染色体开始移向赤道板。细胞周期 也由前中期逐渐向中期运转。
第十三章 细胞增殖及其调控
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本节内容结束
一、细胞增殖（Cell proliferation）的意义
• 细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一，是生物 繁育的基础。 • 单细胞生物细胞增殖将直接导致生物个体数量的增 加。 • 多细胞生物由一个单细胞（受精卵）分裂发育而来， 细胞增殖是多细胞生物繁殖的基础。
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• 成体生物仍然需要细胞增殖，主要取代衰老死 亡的细胞，维持个体细胞数量的相对平衡和机 体的正常功能。 • 机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等， 都要依赖细胞增殖。
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二、细胞周期
• 细胞从一次分裂结束开始，经过物质准备，直到下 一次分裂完成为止，称为一个细胞周期。
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• 细胞周期时相组成： • G1期 ：从有丝分裂完成到DNA复制之前的间隙 时间。 • S期：DNA复制时期。 • G2期：从DNA复制完成到有丝分裂开始的间隙时 间。 • M期：有丝分裂期，胞质分裂期。
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• 根据细胞增殖情况，细胞可分成三类： • 周期中细胞/连续分裂细胞（cycling cell）：一直 在进行细胞周期运转，如上皮组织的基底层细胞。 • 静止期细胞/G0期细胞：可暂时离开细胞周期，在 一定因素诱导下，又可以很快返回细胞周期。 • 终末分化细胞（terminally differentiated cell）：一 旦特化定性后则终生不再分裂。
细胞增殖及其调控
细胞增殖及其调控细胞依赖增殖维持其存在，繁衍后代。
细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一。
细胞增殖包含3个组成部分，即生长、DNA复制和细胞分裂，这些均体现在细胞周期进程中，因此细胞增殖是通过细胞周期实现的。
细胞增殖受到严密的调控机制所监控。
任何细胞，不管是简单的单细胞，还是高等生物体内的细胞，其增殖过程都必须遵循一定的规律。
细胞周期与细胞分裂(细胞周期、有丝分裂、减数分裂)细胞周期的调控（Cdk激酶和周期蛋白在细胞周期进程中的调控作用及其活性调节、细胞周期运转的调控、其他内在、外在因素在周期调控中的作用）细胞周期与细胞分裂细胞周期㈠细胞周期(cell cycle)概述细胞依靠增殖维持其存在，繁衍后代。
为了阐明细胞是如何繁殖的，应该考虑三个主要问题：①细胞如何复制它的内含物；②它们如何分配复制好的内含物并分裂为二；③它们如何协调好上述两个过程必需的所有机器，以保证诸如只有在复制完成后才进行细胞分裂。
细胞增殖受到严密的调控机制所监控。
任何细胞不管是简单的单细胞，还是高等生物体内的细胞，其增殖过程都必须遵循一定的规律。
细胞增殖过程中，任何一个关键步骤的错误，都有可能导致严重后果，甚至细胞死亡。
在高等生物中细胞增殖调控更为复杂。
它不仅要遵循细胞自身的增殖调控规律，同时还要遵守生物体整体调控机制的调节。
不然，不受约束而生成的细胞将被机体免疫系统所清除，或癌变，威胁整个生命。
由此可见，细胞增殖调控是整个生命活动的最基本保证。
细胞周期(cell cycle)是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的过程。
细胞周期有时也称为细胞生活周期(cell life cycle)或细胞繁殖周期(cell reproductive cycle)。
人们最初从细胞形态变化考虑，将细胞周期简单地划分为两个相互延续的时期，即细胞有丝分裂期(mitosis)和位于两次分裂期之间的分裂间期(inter phase)。
第十四章细胞增殖调控详解
• 不同的Cyclin-CDK复合体表现不同的CDK 活性：不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时
相不同，并通过不同的周期蛋白框与不同的 CDK结合，组成不同的cyclin-CDK复合体，表 现出不同的CDK活性。
周期蛋白含量随细胞周期的变化
部分周期蛋白分子结构特征（图14-4）
Hale Waihona Puke 细胞周期蛋白的降解盒与降解途径
部分哺乳动物（A）和酵母细胞（B牙殖和C裂殖）周期 蛋白在细胞周期中的积累及其与CDK活性的关系（图14-5）
四、CDK和CDK抑制因子
• 周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase, CDK）：由周期蛋白结合并活化的调控 细胞周期进程的蛋白激酶。 CDK通过磷酸化其 底物而对细胞周期进行调控。 • CDK有多种：在人体中发现并命名的CDK包括 CDK1（Cdc2）~CDK13。不同的CDK在细胞 周期中起调节作用的时期不同。 • 某些CDK与cyclin的配对关系及执行的功能的时 期：见表14-1。 • CDK激酶结构域：各种CDK的CDK激酶结构域 保守程度有所不同，但其中有一小段序列则相当 保守，即PSTAIRE序列，与周期蛋白结合有关。
• 成熟卵细胞细胞质移植发现成熟促进因子的存 在：两位科学家分离出第Ⅳ期等待成熟的非洲 爪蟾卵母细胞，并用孕酮进行体外刺激，诱导 卵母细胞成熟，然后进行细胞质移植实验，他 们发现，在成熟的卵细胞的细胞质中必然有一 种物质可以诱导卵母细胞成熟，即成熟促进因 子（MPF）；后来还证明，在成熟卵细胞中， MPF已经存在，只需通过翻译后修饰即可转化 为活性状态的MPF。 • 1998年分离获得了MPF：1998年，科学家们 以非洲爪蟾卵为材料，分离获得了微克级的纯 化MPF，并证明其主要含有p32和p45两种蛋 白，并且是一种蛋白激酶。
专题一 细胞增殖及其调控
TdR双阻断法: 是最常使用的方法
向对数增殖期的培养细胞的培液中加入TdR，使细胞阻于S期和G1S期交界处。 当移去TdR，洗涤细胞。当释放时间大于ts时，所有细胞均脱离S 期，这时再给予第二次 TdR阻断。 细胞群体再经过G2+M+G1的时间，则细胞阻断于G1-S交界处的一个 狭窄的区段中（ tG1+tG2+tm＞ts ） 。
如造血细胞生成的速率小于血液中细胞死亡的速率，就 会造成贫血； 机体局部细胞无休止的分裂就会产生肿瘤； 细胞增殖过程中染色体分配异常就会导致染色体病。
所以探讨细胞增殖的机理对于医学的理论和实践有 十分重要的意义。
第一节 细胞周期与细胞分裂
一、细胞周期 (一)细胞周期概述
1．细胞周期的发现：
细胞有丝分裂期(mitosis)和位于两次分裂期之间的分裂 间期(interphase)或静止期； 1953年，Howard和Pelc的32P标记蚕豆实生苗根尖实验发 现：DNA的复制仅发生在静止期中的一个区段； 将细胞周期划分为4个时期：S期(DNA合成期)、 M期 (有丝分裂期)、 G1期(M期结束到 S期之间的间隙)、 G2期 (S期结束到 M期之间的间隙)。细胞在细胞周期中顺序经 过 G1-S-G2-M而完成其增殖。
(三)测定细胞周期及各时相时间的方法
（1）标记有丝分裂百分数法（PLM）： 标记有丝分裂百分率法对测定细胞进行脉冲标记、 定时取材、利用放射自显影技术显示标记细胞， 通过统计标记有丝分裂细胞百分数的办法来测定
细胞周期。放射标记物为3H或者14C标记的TDR。
PLM TG2 +1/2TM
100
Counts
0
0
75
150
225
细胞增殖与分化调控
细胞增殖与分化调控细胞增殖与分化是生物体发展和生长的重要过程。
细胞增殖是指细胞数量的增加，而细胞分化则是指细胞从原始状态转变为特定类型和功能的细胞。
这两个过程在人体的发育、组织修复、癌症的发展等方面起着关键的作用。
本文将探讨细胞增殖和分化的调控机制，以及其在生物学和医学领域的重要意义。
一、细胞增殖调控细胞增殖调控在维持生物体组织结构和功能的平衡中起着关键作用。
细胞增殖受到一系列内外环境因素的调控，包括细胞周期调控、生长因子信号通路、细胞凋亡等。
1. 细胞周期调控细胞周期调控是细胞增殖的核心机制之一。
细胞周期由四个主要阶段组成：G1期、S期、G2期和M期。
在细胞周期过程中，细胞的DNA复制、有丝分裂和细胞分裂等关键事件依次发生。
这些事件受到一系列细胞周期蛋白激酶的调控。
细胞周期调控的紊乱与癌症等疾病的发生密切相关。
2. 生长因子信号通路生长因子信号通路在细胞增殖调控中也起着至关重要的作用。
生长因子是一类能够刺激细胞增殖和分化的分子信号物质。
它们结合到细胞表面的受体上，触发一系列信号传导级联反应，最终导致细胞增殖和分化。
一些常见的生长因子包括表皮生长因子（EGF）、纤维连接蛋白生长因子（FGF）等。
3. 细胞凋亡细胞凋亡是一种重要的细胞增殖调控机制。
它是一种有限的程序性细胞死亡方式，通过清除老化、异常和受损细胞，维持组织的正常状态。
细胞凋亡的紊乱可能导致癌症、炎症和自身免疫性疾病等病理状态。
二、细胞分化调控细胞分化是细胞从未分化状态向特定类型和功能细胞的转变过程。
这是一个高度调控的过程，受到基因表达调节、细胞因子影响等多种因素的调控。
1. 转录因子调控转录因子是一类能够结合到DNA序列上的蛋白质，能够启动或抑制特定基因的转录。
它们在细胞分化过程中起着关键的调控作用，可以通过激活或抑制特定基因的表达，决定细胞分化的方向和命运。
2. 信号转导通路细胞外的信号分子（如生长因子、细胞外基质等）可以通过细胞膜上的受体，激活细胞内的信号转导通路。
细胞增殖及其调控(共84张PPT)
• 囊泡膜形成新的质膜，两侧质膜来源于共同的 囊泡，膜间有连通的管道，形成胞间连丝。
植物细胞成膜体的形成
三、 减数分裂（Meiosis）
• 细胞增殖是生命的基本特征：种族繁衍、个体发 育、机体修复等离不开细胞增殖。
• 胚胎发育从1个受精卵增至1012细胞，成年1014;
• 成人每秒有数百万新细胞产生，补偿血细胞、小 肠粘膜细胞和上皮细胞的衰老和死亡。
• 细胞增殖是通过细胞周期(cell cycle)实现，细 胞周期的运行受相关基因严格监视和调控。
逆地抑制DNA合成，不影响其它时期细胞，最 从形态来看，SC形成偶线期，成熟于粗线期，并存在数天，消失于双线期。
2、S期：DNA合成期，主要事件是DNA合成，还合成组蛋白、DNA复制所需的酶 ②分裂极确定,纺锤体开始形成; 同源染色体发生配对，配对的过程又称联会(synapsis)。
终可将细胞群阻断在S期或G/S交界处。常用的 现在认为它与同源染色体间的交换有关。
• 植物双线期一般较短，但动物双线期停留的时间 长，人的卵母细胞在5个月胎儿已达双线期，直 到排卵都停在双线期。
• 在鱼类、两栖类、爬行类、鸟类以及昆虫中，双 线期的二价体解螺旋形成灯刷染色体。
• 1)细线期：
• 染色体已经复制，并开始凝缩，所以又称为凝 线期(synizesis)，但染色体呈细线状，光镜下 分辨不出两条染色单体。
• 在有些物种中表现为染色体细线一端在核膜的 一侧集中，另一端放射状伸出，形似花束，称 为花束期(bouquet stage)。
• 2)偶线期：
第十四章 细胞增殖调控与癌细胞
结果 找到cdc基因，如cdc28,表达蛋白为 34kDa,称为p34cdc28
结论 第二个被分离出来的cdc基因； 突变后细胞停留在G1/S或G2/M期 。
cdc2: 第一个被分离出来的cdc基因，表达蛋白为p34cdc2 特点：突变后裂殖酵母细胞停留在G2/M期
cdc28: 第二个被分离出来的cdc基因，表达蛋白为p34cdc28 特点：突变后芽殖酵母细胞停留在G1/S或G2/M期
结论
在成熟的卵母细胞中，必定有一种物质，能诱导卵 母细胞成熟，这种物质称为成熟促进因子（MPF）
卵细胞细 胞质移植 实验
成熟卵母细胞中 的物质能诱导卵 母细胞成熟
实验三 时间 研究者 步骤
1988 Maller et al
以2和p45两种蛋白。p32和p45结合后， 表现出蛋白激酶活性，能使多种蛋白质底物磷酸化
1、CDK
通过Pdc2同类基因，不同物种的cdc2基因编 码的蛋白质都含有一段相似序列，并且都能和周期蛋白结合， 将其作为调节亚基，进而表现出激酶活性。它们被统称为周 期蛋白依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinase)，简称 CDK。
A： G1期DNA未复制，超前染色体为单线性； B：S期DNA正在复制，超前染色体为点状，很多复制起始点；
C：G2期DNA复制完毕，超前染色体为双线性。
实验二 时间
研究者
1971 Masui和Markert
步骤
用解剖的方法分离非洲爪蟾第IV期卵母细胞， 孕酮诱导成熟后进行细胞质移植实验
结果
孕酮诱导成熟的卵母细胞的细胞质 能诱导其他卵母细胞的成熟
已经发现CDK1-CDK13等CDK激酶。
（1）与不同类型的周期蛋白相结合的CDK
细胞增殖调控
细胞增殖调控引言：细胞增殖是生物体生长和发育的基础过程之一，对于维持组织和器官的正常功能至关重要。
然而，细胞增殖过程必须受到严格的调控，以确保细胞数量的平衡和分布的控制。
本文将探讨细胞增殖调控的机制和相关调控因子。
一、细胞周期控制细胞周期是细胞在开始分裂到完成分裂的整个过程，主要包括G1期、S期、G2期和M期。
细胞底物依赖性激酶（CDK）和细胞周期蛋白（cyclin）是细胞周期调控的关键因子。
在不同细胞周期阶段，CDK与相应的cyclin结合形成复合物，促进或抑制细胞周期的进行。
例如，G1/S转变期的CDK4/6与D型cyclin结合，促进细胞进入DNA合成的S期。
二、细胞生长因子与受体许多细胞生长因子，如表皮生长因子（EGF）和胰岛素样生长因子（IGF），通过与细胞膜表面的受体结合，激活细胞增殖的信号通路。
受体酪氨酸激酶和酪氨酸激酶是常见的细胞生长因子受体类型。
一旦生长因子与受体结合，激酶活化，进而启动一系列的信号转导通路，导致细胞增殖。
三、细胞凋亡的作用细胞凋亡是一种控制细胞数量和删除受损细胞的机制。
在某些情况下，细胞凋亡被激活以阻止过度细胞增殖或损伤细胞的传播。
经典的凋亡通路包括外部死亡受体通路和线粒体途径。
外部死亡受体通过与相应的死亡受体结合，激活半胱氨酸蛋白酶家族的半胱氨酸异肽酶（caspase），导致细胞死亡。
线粒体途径涉及线粒体膜的渗透性增加和细胞内钙浓度的增加，引发细胞凋亡。
四、细胞周期蛋白调控因子除了CDK和cyclin，还有一些其他调控因子在细胞周期中起重要作用。
例如，肿瘤抑制蛋白（p53）被认为是细胞周期调控的中心调控因子之一。
p53在细胞DNA受损或其他应激情况下被激活，通过调节其下游的基因表达，如p21，来抑制CDK活性，阻止细胞进入S期和M 期。
此外，Retinoblastoma（Rb）蛋白也是另一个重要的细胞周期调控因子，它能够与E2F转录因子结合，阻止细胞进入DNA合成的S期。
生物体内的细胞增殖调控
生物体内的细胞增殖调控细胞增殖是生物体内的重要过程之一，它对于生命的生长和发展至关重要。
对于细胞增殖的调控，生物体内有多种机制和信号通路参与其中，以确保细胞增殖的平衡和准确性。
本文将详细介绍生物体内细胞增殖调控的相关内容。
一、细胞周期调控细胞周期是细胞从分裂前期到分裂结束所经历的一系列有序的生物学过程。
细胞周期调控保证了细胞在不同阶段的生长和分裂能够按序进行。
1. G1期在G1期，细胞目标是生长和准备DNA复制的开始。
细胞通过信号通路激活CDK（细胞周期蛋白依赖激酶）复合物，进而促进转录因子的活化，调控细胞进入下一个阶段。
2. S期S期是DNA复制的阶段。
细胞通过调控脱氧核苷酸合成酶的活性和DNA复制酶的招募来确保DNA能够完整复制。
3. G2期在G2期，细胞准备进入有丝分裂。
细胞通过激活蛋白激酶CDK1活性，调控细胞进入下一个阶段。
4. 有丝分裂期有丝分裂期包括纺锤体形成、染色体准备和细胞质分裂三个阶段，各阶段通过复杂的信号通路相互调控，以确保准确的染色体分离和细胞分裂的进行。
二、细胞生长调控细胞的生长与细胞增殖密切相关。
细胞受到营养状态和环境刺激的调控，合成和降解细胞器件来维持细胞生长的平衡。
1. 信号通路调控生物体内存在着多种信号通路参与调控细胞生长。
例如，通过活化PI3K-AKT-mTOR信号通路，细胞可以获得生长和生存的信号。
此外，TOR信号通路和AMPK信号通路也参与了细胞生长的调控。
2. 蛋白质合成调控蛋白质合成是细胞生长所必需的过程。
细胞通过调控转录因子和核酸酶活性来控制蛋白质的合成速率。
例如，mTOR复合物1（mTORC1）可以调控多个下游靶蛋白，促进细胞生长。
三、细胞周期和生长的协调调控细胞周期和细胞生长是高度协调的。
细胞周期的进程需要受到细胞生长的调控，而细胞生长也受到细胞周期的影响。
1. 基因表达调控细胞周期的不同阶段需要特定的基因表达水平来保持细胞增殖的正常进行。
细胞周期和细胞生长之间的基因调控网络相互作用，确保了细胞周期和生长的协调。
细胞增殖的调控与失控
细胞增殖的调控与失控在生物学的领域中，细胞增殖是一个非常重要的过程。
细胞增殖的产生和平衡调控是生物体正常发育、生长、代谢和免疫等方面的基础。
在正常生物学过程之外，细胞增殖也与许多疾病如肿瘤、癌症、心肌梗塞、糖尿病等紧密相关。
尽管细胞增殖在生物学上扮演着如此重要的角色，但它的调控机制仍然非常复杂。
许多研究人员一直在努力理解细胞增殖的调控和失控机制，以期发展更好的治疗疾病的方法。
细胞增殖是细胞循环的一个重要阶段。
在这个阶段中，细胞会分裂成两个或更多的新细胞。
对于正常细胞而言，这个过程是有序的、可逆的和具有节制性的，在生物体内部形成细胞承载体和机能执行体，为繁殖细胞和组织细胞提供基础。
一方面，细胞增殖和分裂需要一定的基因和信号分子参与，如DNA聚合酶、DNA 脱氧核糖酸和蛋白激酶等，另一方面，细胞增殖与分裂也需要有适当的跟踪和控制信号以保持其合理性和秩序性。
这些信号可以从其他细胞或外部来源获取。
促进细胞增殖的信号被称为细胞生长因子（growth factor），抑制细胞增殖的信号被称为抑制因子（inhibitor）。
细胞增殖的调控机制主要涉及细胞周期和有丝分裂等生物学过程。
细胞周期是指细胞自我分裂的重要过程，分成四个不同阶段：G1期、S期、G2期和M期。
在这整个过程中，细胞必须遵守严格的控制点，包括启动检测点、可逆性检查点和不可逆性检查点。
对于肿瘤细胞来说，很多时候这些检查点都出现了失控的现象，导致了细胞增长和分裂的过快、无序化和紊乱。
除了细胞周期之外，有丝分裂也是细胞增殖调控的一个重要环节。
有丝分裂是一种细胞分裂的方法，使得一个细胞分裂成两个细胞。
该过程包括前期、中期和后期，每一个都由不同的细胞信号分子共同调节。
关于有丝分裂的完整调节机制还需要进一步的研究，但是，基本上可以肯定的是，在一些癌症细胞中，有丝分裂的失控是一个主要的、深远的问题。
为了进一步理解细胞增殖的调控和失控机制，研究人员不断尝试着研究细胞增殖的相关基因和信号分子，并且开发了一些关于肿瘤治疗的新策略。
细胞增殖与生长调控
细胞增殖与生长调控细胞增殖与生长调控是细胞生物学中的重要研究领域。
细胞增殖是指细胞数量的增加，而生长调控是指细胞体积和质量的增加。
细胞增殖和生长调控的协调与平衡对于维持生物体的正常发育和功能至关重要。
一、细胞增殖的方式细胞增殖主要通过两种方式进行：有丝分裂和无丝分裂。
有丝分裂是细胞生命周期中最常见的一种细胞增殖方式，包括有丝分裂前期、有丝分裂中期、有丝分裂后期和有丝分裂末期四个阶段。
在有丝分裂中，细胞的染色体复制和分离过程十分精确，确保新形成的细胞具有与母细胞相同的染色体组成。
这种细胞增殖方式广泛存在于有细胞核的真核生物中。
无丝分裂是一种较为简单的细胞增殖方式，细菌、古细菌和酵母等原核生物中常见。
无丝分裂过程中，细胞的DNA复制和细胞质分裂几乎同时进行，没有明显的染色体结构形成。
二、生长调控的机制细胞的生长调控是由一系列信号通路和调控因子参与的复杂过程。
1. 细胞周期调控细胞周期调控是细胞生长调控的核心机制之一。
细胞周期包括G1期、S期、G2期和M期四个阶段，每个阶段的过程受到一系列细胞周期蛋白激酶的调控。
这些蛋白激酶包括Cdk（cyclin-dependent kinases）和cyclin（周期蛋白），它们的活性和浓度的变化决定了细胞周期的进行。
2. 增殖信号通路增殖信号通路是细胞生长调控中的重要调节机制。
许多细胞因子、激素和生长因子等可以通过细胞膜上的受体激活增殖信号通路。
常见的增殖信号通路有MAPK（mitogen-activated protein kinase）通路、PI3K（phosphatidylinositol 3-kinase）通路等。
这些信号通路的活化可以促进细胞增殖和生长，从而调控细胞生长状态。
3. 转录调控细胞增殖和生长过程中的基因表达水平变化对于细胞调控至关重要。
转录因子是调控基因转录的重要因子。
它们能够结合DNA的特定序列，进而影响特定基因的转录活性。
通过控制转录因子的活性和表达水平，细胞可以调控特定基因的转录水平，从而影响细胞的增殖和生长。
细胞增殖的调控与异常
细胞增殖的调控与异常细胞增殖是生物体生长和发育的基本过程，它是维持组织和器官完整性和功能的重要基础。
细胞通过不断地分裂和增殖来形成新的细胞，以取代老化和损坏的细胞。
然而，在细胞增殖的过程中，调控失常可能会导致异常细胞增殖，进而引发许多疾病的发生和发展。
本文将探讨细胞增殖的调控机制以及异常细胞增殖的相关疾病。
一、细胞增殖的正常调控机制细胞增殖的调控受多种因素的影响，包括内外环境信号、细胞分裂周期等。
细胞增殖主要通过下列机制进行调控：1. 有丝分裂调控：细胞增殖的主要方式是通过有丝分裂进行细胞的分裂和增殖。
有丝分裂过程包括丝粒的形成、染色体的复制和分离等，其中关键的调控因子包括丝粒蛋白、有丝分裂激酶和有丝分裂蛋白等。
2. 细胞周期调控：细胞周期是指细胞从一个分裂到下一个分裂所经历的一系列阶段。
细胞周期的调控主要通过细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）和细胞周期蛋白（Cyclin）的相互作用来实现。
CDK与Cyclin结合形成复合物，促进细胞周期各阶段的进行。
3. 细胞生长因子的调控：细胞生长因子通过与细胞表面受体结合，激活细胞内信号转导通路，启动细胞增殖过程。
一些重要的细胞生长因子包括表皮生长因子（EGF）、胰岛素样生长因子（IGF）、血小板源性生长因子（PDGF）等。
二、异常细胞增殖与疾病发生细胞增殖异常可能导致一系列严重的疾病。
以下是其中几个常见疾病的介绍：1. 癌症：癌症是一类细胞增殖失控疾病，常见形式包括肺癌、乳腺癌、肝癌等。
癌症细胞的增殖速度快，能够逃避机体的正常调控机制，并具有侵袭性和转移性。
癌症的发生常涉及多个基因的突变和异常表达。
2. 肝硬化：肝硬化是由于慢性肝炎、酒精滥用等原因引起的肝脏组织损伤和纤维化，导致肝细胞增生异常。
肝硬化患者肝细胞的异常增殖破坏了肝脏正常结构和功能，最终导致肝功能衰竭。
3. 前列腺增生症：前列腺增生症是男性普遍面临的常见疾病，主要表现为前列腺组织的不规则增生和细胞增殖。
细胞增殖的机制与调控
细胞增殖的机制与调控细胞增殖是生命体的基本特征之一，也是人们在组织再生、疾病治疗等方面关注的重点。
细胞增殖的机制和调控涉及多重复杂的因素，如DNA复制、细胞周期、细胞死亡等。
本文从细胞增殖的基本概念和机制、细胞周期调控和DNA损伤修复等方面探讨细胞增殖的机制和调控。
一、细胞增殖的基本概念和机制细胞增殖是指细胞原来的总数增加一倍或以上。
这个过程涉及到DNA复制、有丝分裂或无丝分裂等一系列复杂的分子机制。
细胞增殖的基本机制主要包括以下几个方面。
1. DNA复制DNA复制是指在细胞分裂之前，细胞的核内DNA分子复制成两个完全相同的子分子。
这个过程以DNA单链为模板，通过DNA聚合酶等酶类的作用，使DNA的双链断开，形成一个双链分子和两个单链模板，然后按照单链模板复制，形成两个双链DNA分子。
DNA复制是保证细胞遗传信息传递和细胞增殖的重要基础。
2. 有丝分裂有丝分裂是指细胞在分裂过程中，通过有丝粉红纤维的形成和消失，完成染色体准确分离和子细胞形成的过程。
它包括前期、中期、后期和末期四个阶段。
有丝分裂可以粗略地分为染色体准备、染色体对分、染色体分离和细胞膜成熟四个步骤。
有丝分裂的精确性对于保证细胞遗传学稳定性是至关重要的。
3. 无丝分裂无丝分裂相对于有丝分裂是一种简单的细胞分裂方式。
它没有显著的有丝粉红纤维的形成和消失，因此，它的过程相对较简单，其形成形式有菌落分裂、分裂孢子和厚壳微藻等。
无丝分裂对于一些单细胞生物而言，是维护生存和遗传传递的一种方式。
二、细胞周期调控细胞周期的调控包括细胞的周期进程调控和周期内部修复活动的调控。
细胞周期进程调控细胞周期中的四个阶段包括G1期、S期、G2期和M期。
在G1期，细胞为DNA复制做好准备。
当DNA复制被完全完成后，细胞会在G2期暂停。
在这段时间中，细胞会进行染色体复制和检查。
最后，细胞会进入M期，完成有丝分裂或无丝分裂。
细胞周期通常由多个相关的细胞周期蛋白激酶（CDKs）和其相应的调节亚基蛋白组成。
细胞增殖的调节与控制
细胞增殖的调节与控制随着科技的不断进步，细胞增殖的调节与控制正在逐渐被人们所了解和探索。
细胞增殖是生物体生长、发育和修复组织的基础，若增殖过程失控，就会导致许多疾病的发生，如肿瘤、白血病等。
为了更好地控制和治疗这些疾病，需要进一步深入研究细胞增殖的调节与控制。
一、细胞增殖的基本方式细胞增殖是指细胞在分裂过程中，通过DNA复制和分离，形成两个有相同遗传物质的新细胞。
一般来说，细胞增殖分为有丝分裂和无丝分裂两种方式。
有丝分裂是最常见的细胞分裂方式，同时也是最复杂的一种方式。
有丝分裂的过程可以分为五个不同的阶段，包括前期、早期、中期、晚期和后期。
每个阶段都需要不同的蛋白质和酶的参与，其中一些还需要依靠细胞内信号通路的调节。
无丝分裂则是指在细胞分裂过程中，不需要丝状蛋白对染色体进行排序的一种方式，其过程主要包括核分裂和细胞质分裂两个步骤。
无丝分裂与有丝分裂相比，速度要快得多，因此在一些特殊情况下，如某些染色体的复制和细胞的分裂，无丝分裂会被优选选择。
二、细胞增殖的调节机制细胞增殖的调节机制是细胞自身在分裂过程中，依靠各种信号传导通路和基因表达调控，从而达到对细胞分裂的调节和控制。
当这些信号通路和基因表达发生异常时，就会导致细胞增殖过程的失调，甚至引发恶性肿瘤等问题。
在细胞分裂过程中，一些蛋白质激酶和磷酸酶的作用是非常重要的。
它们可以接收和传递各种信号，从而调控细胞的分裂，这一过程称之为细胞周期调节。
细胞周期调节机制包括许多关键因子，如Cyclin、p21、Cdc25等，它们合作调控着细胞的分裂，将细胞分为G1、S、G2和M四个不同的阶段，这些阶段的成功完成，需要由复杂的信号通路进行协调和调控。
在增殖过程中，一些重要的蛋白质会被翻译成激活剂，以刺激细胞的分裂。
然而，如果细胞过度增殖，则有可能导致肿瘤的发生。
在这种情况下，一些抑制因子如p53、p21等，将能够发挥他们的作用，从而限制细胞增殖，避免肿瘤的发生。
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细胞增殖是通过严格调控的细胞周期 来实现的，在细胞周期的不同阶段有一系 列检查点对该过程进行严密监控。不然， 不受约束而生成的细胞将被机体免疫系统 所清除，或者癌变，转化为癌细胞。癌细 胞不仅表现出增殖失控，同时还具有侵润 和转移的特征，最终导致个体的死亡。 第一节 细胞增殖调控 第二节 癌细胞
（一）G2/M期转化与CDK1的关键性调控作用 • CDK活性受到多种因素的综合调节：①周期蛋 白与CDK结合只是激活CDK活性的先决条件： 仅周期蛋白与CDK结合，并不能使CDK激活； ②还需要其它几个步骤的修饰：cyclinBCDK1复合物（无活性）→ Wee1/mik1激酶和 CDK1活化激酶（CAK）→ cyclinB-CDK1的 Thr14、Tyr15和Thr161磷酸化（无活性前体 MPF） →cdc25C蛋白磷酸酶→ cyclinBCDK1仅剩Thr161磷酸化（有激酶活性的MPF ） （ MPF 对cdc25C 有正反馈作用） • 不同的CDK之间有一定的代偿功能；CDK对个 体和器官的发育也起着重要的调节作用。
（二）M期周期蛋白与细胞分裂中期向后期转化
• APC活性受到多种因素的综合调节：① M期 CDK激酶和蛋白磷酸酶对APC的活性起着调节 作用；② 纺锤体组装检查点调控APC的活性， 如cdc20和Mad2（有丝分裂捕获缺陷蛋白2）分 别为APC有效的正调控因子和负调控因子，在分 裂中期之前，位于动粒上的Mad2与cdc20结合 并抑制其活性。到分裂中期，Mad2从动粒上消 失，解除对cdc20的抑制作用，促使APC活化， 导致M期周期蛋白降解，M期CDK活性丧失。
第一节 细胞增殖调控
一、MPF的发现及其作用 二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关 系 三、周期蛋白 四、CDK和CDK抑制因子 五、细胞周期运转调控 六、其他因素在细胞周期调控中的作用
• MPF（maturation- /mitosis- / M-phasepromoting factor）：即（卵细胞）成熟促进 因子，或细胞有丝分裂促进因子，也称M期促 进因子，在细胞周期调控中起重要作用。 • PCC（premature chromosome condensation）： 即早熟染色体凝缩，主要是指与M期细胞融合 的间期细胞（G1、S和G2）发生的形态各异的染 色体凝缩。G1期PCC为细单线状（因DNA未复 制），S期PCC为粉末状（因DNA由多个部位开 始复制），G2期PCC为双线染色体状（说明DNA 复制已完成），这样的形态变化可能与DNA复 制状态有关。
通过PCR技术测定与CDK1类似的CDK 蛋白分子图解（图14-6）
不同类型的周期蛋白
激酶复合 体
Cyclin
脊椎动物
芽殖酵母
CDK
Cyclin
CDK
G1-CDK
Cyclin D*
CDK2、4 、6
Cln 3
CDK1(CDC28)
G1/S-CDK
Cyclin E
CDK2
Cln 1、2
CDK1(CDC28)
S-CDK
Cyclin A
CDK2
Clb 5、6
CDK1(CDC28)
G2/M-CDK
Cyclin B
CDK1(CDC2)
Clb 1-4
CDK1(CDC28)
周期蛋白-周期蛋白依赖型激酶复合物在真核生 物细胞周期调控中的作用
真核生物 周期蛋白-周期蛋白依赖型裂殖酵母 脊椎动物 植物
cyclin B在CDK1活性调节过程中的 作用（图14-7）
CDK1激酶活性综合控制示意图（图14-8）
活性MPF的正反馈
（二）M期周期蛋白与细胞分裂中期向后期转化 • 后期促进复合物（anaphase-promoting complex，APC）：20S，泛素连接酶（E3）， 通过泛素依赖性蛋白降解途径，降解M期周期蛋 白和中期向后期转换的非周期蛋白类负调控因子， 使细胞从中期向后期转换。 APC至少由15种成 分组成，分别称为APC1~APC15。APC的发现 是细胞周期研究领域中又一重大进展，表明细胞 分裂中期向后期转换也受到精密调控。 • APC的主要作用：到达分裂中期后，cyclinB/A 与CDK1分离，在APC介导下，通过泛素化依赖 途径而降解。CDK1活性消失，细胞由分裂中期 向后期转化。
• 周期蛋白框（cyclin box）：指所有周期蛋
白中都存在的约由100个残基组成的相当保守的 氨基酸序列，其功能是介导周期蛋白与CDK结 合。
三、周期蛋白
• 破坏框/降解盒（destruction box）：指M
期周期蛋白近N端含有的一段由9个氨基酸残基 组成的特殊序列（RXXLGXIGX），其功能是参 与泛素依赖性的cyclinA和B的降解。在破坏框 之后有一段约40个氨基酸残基组成的Lys（K） 富集区。 • PEST序列：指G1期周期蛋白的C端含有的一 段特殊的PEST氨基酸序列，其功能可能与G1期 周期蛋白的更新（降解）有关。
四、CDK和CDK抑制因子
• CDK的活性受磷酸化修饰调节：细胞内存在多 种因子，对CDK分子结构进行磷酸化修饰，从 而调节CDK的活性。 • CDK抑制蛋白（CDK inhibitor, CKI）：指对 CDK起负调控作用的蛋白质，包括Cip/Kip家族 和INK家族。① Cip/Kip家族：包括p21、p27和 p57等，其中p21主要对G1期CDK（CDK2~4和 CDK6）起抑制作用 p21还与DNA聚合酶δ 的辅 助因子增殖细胞核抗原（PCNA）结合，抑制DNA 的复制；② INK家族：包括p16、p15、p18和 p19等，其中p16主要抑制CDK4和CDK6活性。
• 不同的Cyclin-CDK复合体表现不同的CDK 活性：不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时
相不同，并通过不同的周期蛋白框与不同的 CDK结合，组成不同的cyclin-CDK复合体，表 现出不同的CDK活性。
周期蛋白含量随细胞周期的变化
部分周期蛋白分子结构特征（图14-4）
细胞周期蛋白的降解盒与降解途径
部分哺乳动物（A）和酵母细胞（B牙殖和C裂殖）周期 蛋白在细胞周期中的积累及其与CDK活性的关系（图14-5）
四、CDK和CDK抑制因子
• 周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase, CDK）：由周期蛋白结合并活化的调控 细胞周期进程的蛋白激酶。 CDK通过磷酸化其 底物而对细胞周期进行调控。 • CDK有多种：在人体中发现并命名的CDK包括 CDK1（Cdc2）~CDK13。不同的CDK在细胞 周期中起调节作用的时期不同。 • 某些CDK与cyclin的配对关系及执行的功能的时 期：见表14-1。 • CDK激酶结构域：各种CDK的CDK激酶结构域 保守程度有所不同，但其中有一小段序列则相当 保守，即PSTAIRE序列，与周期蛋白结合有关。
一、MPF的发现及其作用
一、MPF的发现及其作用
• M期细胞中可能存在细胞有丝分裂促进因子：
M期细胞可以诱导PCC，暗示在M期细胞中可 能存在一种诱导染色体凝缩的因子，称为细 胞有丝分裂促进因子（MPF）。
M期细胞与G1（A）、S（B）和G2（C）期细胞融合诱 导早熟染色体凝缩（PCC）（图14-1）
（四）S/G2/M期转换与DNA复制检查点
（一）G2/M期转化与CDK1的关键性调控作用 • CDK1活性依赖于cyclinB含量的积累： cyclinB（或cyclinA）的含量达到一定值并与 CDK1结合，同时在其它一些因素的调节下， 逐渐表现出最高激酶活性（G2/M期转换和M期 启动）。
• CDK1催化底物蛋白磷酸化：CDK1通过使某些 底物蛋白磷酸化，改变其下游的某些靶蛋白的 结构和启动其功能，实现其调控细胞周期的作 用。CDK1选择底物中某个特定序列中的某个 Ser/Thr残基磷酸化。CDK1可以使多种底物蛋 白磷酸化（见表14-2）。
• 成熟卵细胞细胞质移植发现成熟促进因子的存 在：两位科学家分离出第Ⅳ期等待成熟的非洲 爪蟾卵母细胞，并用孕酮进行体外刺激，诱导 卵母细胞成熟，然后进行细胞质移植实验，他 们发现，在成熟的卵细胞的细胞质中必然有一 种物质可以诱导卵母细胞成熟，即成熟促进因 子（MPF）；后来还证明，在成熟卵细胞中， MPF已经存在，只需通过翻译后修饰即可转化 为活性状态的MPF。 • 1998年分离获得了MPF：1998年，科学家们 以非洲爪蟾卵为材料，分离获得了微克级的纯 化MPF，并证明其主要含有p32和p45两种蛋 白，并且是一种蛋白激酶。
Cln3- CDC28
G1-S
Cln1/2- CDC28
S
Clb5/6- CDC28
G2-M
Clb1-4 -CDC28
Cig1- CDC2
Cig2- CDC2
Cig2- CDC2
Cdc13- CDC2
CycD- CDK4/6 CycD- CDKA
CycE- CDK2 CycA- CDKA
CycA- CDK2 CycA- CDKA
后期促进复合物（ APC ）作为有丝分裂的 终结者
马达蛋白和微管系统共同协作导致染色体分离
Cyclin B的降解途径
• 细胞由G1期向S期（G1/S期）转化主要受G1期周 期蛋白依赖性CDK：cyclinD-CDK4/6、 cyclinE- CDK2和cyclinA-CDK2。 • cyclinD-CDK4/6为细胞G1/S期转化所必需： cyclinD包括D1、D2和D3，它们的表达有细胞 和组织特异性；cyclinD-CDK4/6的底物主要是 Rb蛋白（retinoblastoma protein）即成视网膜 细胞瘤蛋白，Rb蛋白是E2F的抑制因子，E2F是 促进与G1/S期转化和DNA复制有关的基因转录 的转录因子，Rb蛋白在G1/S期转化中起负调控 （“刹车”）作用，在G1期的晚期通过磷酸化 而失活。
CycA/B- CDK1 CycA/B- CDKA