第七章细胞增殖及其调控
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◆保罗·纳西的贡献是发现了CDK。 ◆蒂莫西·亨特的贡献是发现了调节CDK的
功能物质周期蛋白.
15
7.2.3 细胞周期调控
7.2.3.1 蛋白激酶在细胞周期调控中的 作用的研究
染色体超前凝集（PCC）的发现
◆研究者：1970年，Colorado（科罗拉多）大 学的 Robert Johnson 和 Potu Rao
3
4
标准细胞周期: 细胞周期时间的长短：
• 同种细胞，细胞周期时间长短相似或相同； • 不同细胞种类，细胞周期时间长短差别很大； • 高等生物体的细胞周期时间长短主要差别在G1
期。
5
多细胞生物体中的细胞类群
◆周期中细胞：持续分裂细胞
◆G0期细胞：又称静止期细胞。
是周期中细胞暂时脱离细胞周期,停止分裂 增殖,去执行一定的生物学功能,如某些免疫淋 巴细胞, 肝细胞,肾细胞等。
检测细胞的大小和环境状态，如果 条件合适，就会激发DNA复制，使细胞周 期进程向前移动。在一些真核生物中， G1期检验点是细胞周期的主要控制点， 它决定细胞能否分裂。
10
⑹由G1期向S期转换的影响因素：
①外在因素：营养供给和相关的激素刺激等。 ②内在因素：与cdc基因调控相关的因素。
⒉ S期——DNA合成期
22
MPF的结构组成及特性
◆是由两个不同的亚基组成的异质二聚体，是一种 蛋白激酶: ●催化亚基：p32cdc2 ▲是丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶 ▲其活性依赖于周期蛋白，故称为周期依赖 性蛋白激酶(cyclin-dependent protein kinases, CDKs); ●调节亚基：p45---周期蛋白(cyclin)。
（周期中细胞）
信号刺激
G1
G0
◆终末分化细胞：
永久性失去了分裂能力的细胞。
6
细胞周期时相
7
7.2.2 细胞周期各时相 及其主要事件
⒈ G1期 ⑴ 合成活动： ⑵ 起始点:
• 最初指芽殖酵母细胞出芽的开始，事实是芽殖 酵母G1期晚期的一个特定阶段，控制着新一轮 细胞周期的运转。
• 是G1期晚期的一个基本事件，细胞只有在内在 和外在因素共同作用下才能通过起始点，顺利 通过G1期，进入S期并合成DNA。
21
MPF的发现 ◆ 促 成 熟 因 子 (maturation-promoting
factor，MPF）,早期称为M-期促进因子(Mphase promoting factor, MPF)，是指M期 细胞中存在的促进细胞分裂的因子。 ◆1971年，科学家通过试验认为，在非洲爪 蟾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，并明确提出 将其称为促成熟因子，即MPF。
• 连续分裂的细胞,从一次有丝分裂结 束后开始，经过物质累积过程，直到下 一次细胞分裂为止所经历的全过程，称 为一个细胞周期。
2
7.2.1 细胞周期时相
细胞周期时相 ◆G1期即从M期结束到S期开始前的一段间歇
期; ◆S期,即DNA合成期; ◆G2期, 即DNA合成后(S期)到有丝分裂前的一 个间歇期; ◆M期,即有丝分裂期。
7.1 细胞增殖
• 细胞分裂之前，必须进行一定的物质准备。 物质准备和细胞分裂连续不断进行的结果 是细胞数量不断增加即细胞增殖。
• 细胞增殖是细胞生命活动的重要特征，是 生物繁育的基础。
• 细胞增殖受到严密的调控机制所监控，必 须遵循一定的规律。
1
Fra Baidu bibliotek
7.2 细胞周期
• 经过物质准备之后，细胞开始进行 分裂，子代细胞形成之后，又将开始新 一轮的物质积累，准备下一轮的细胞分 裂，如此周而复始，细胞数目不断增加。 这种细胞物质积累与细胞分裂的循环过 程称为细胞周期。
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⑵ M期细胞与处于细胞周期其他阶段的细 胞融合，结果发现与M期细胞融合的其他 间期细胞均发生了形态各异的染色体凝 集，称为染色体超前凝集（PCC）。 结论： M 期细胞中一定有一种能促 使染色体凝集的因子，称为细胞促分裂 因子。
18
G1期细胞与M期细胞融 合
19
S期细胞与M期细胞融合
20
G2期细胞与M期细胞融 合
25
细胞周期蛋白的鉴定
◆1983年，Tim Hunt（美）报道，在海胆卵细 胞中存在两种特殊蛋白质，即周期蛋白。
23
MP
F的 结 构
24
p34cdc2 激酶及其与MPF的关系
◆cdc（cell division cycle）基因： ◆p34cdc2是cdc2基因的表达产物，具有蛋
白激酶活性。在裂殖酵母细胞周期调控 过程中起关键性调节作用，促进G2/M转 换。 ◆p34cdc2本身并没有激酶活性，只有当与 有关蛋白结合后，其激酶活性才能表现 出来。 ◆裂殖酵母细胞MPF中的p34cdc2与蛙MPF中 的p32cdc2是同源物，都具有激酶活性。
• 合成活动：合成DNA和组蛋白并组装成核小体 结构。
• DNA合成受多种细胞周期调节因素的严密调控。
11
◆G2期
• 合成活动： 合成着丝粒蛋白、细胞周期蛋白B和微管 蛋白等大量蛋白质。
• G2期检验点：控制细胞周期能否顺利进入进入M期。
◆ M期
• 细胞分裂活动： • M期检验点：检测所有的染色体是否都与纺锤体相连，
• cdc基因：
8
⑶ 限制点 • 高等真核细胞，尤其是哺乳动物细胞中，
类似于芽殖酵母起始点的G1期晚期的一 个特定阶段。
⑷检验点：
是细胞周期研究领域中应用的术语。 是细胞周期进程中的监控机制，可以鉴 别细胞周期进程中的错误，并诱导产生 特异的抑制因子，阻止细胞周期进一步 运行。
9
⑸ G1期检验点：
并排列在赤道板上。否则不能进行有丝分裂和胞质分 裂。
12
细胞周期运转规律
13
细胞 周期 调控
的 研究
2001 年
诺贝尔 生理学 /医学 奖得主
14
2001年诺贝尔生理学与医学奖:
◆利兰·哈特韦尔发现了控制细胞周期的基 因，其中一种被称为“START” 的基因 对控制各个细胞周期的最初阶段具有决 定性的作用。
16
◆研究方法： ⑴ G1期Hela细胞与S期细胞融合，结果发现G1
期细胞中的DNA开始复制； S期细胞与G2期细胞融 合，结果发现G2期细胞核中已经复制过的DNA没有 再复制。
结论：正在进行DNA复制的细胞的细胞质中含 有促进G1期细胞进行DNA复制的起始因子，而这种 起始因子对于已经进行了DNA复制的G2期细胞没有 作用。
功能物质周期蛋白.
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7.2.3 细胞周期调控
7.2.3.1 蛋白激酶在细胞周期调控中的 作用的研究
染色体超前凝集（PCC）的发现
◆研究者：1970年，Colorado（科罗拉多）大 学的 Robert Johnson 和 Potu Rao
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标准细胞周期: 细胞周期时间的长短：
• 同种细胞，细胞周期时间长短相似或相同； • 不同细胞种类，细胞周期时间长短差别很大； • 高等生物体的细胞周期时间长短主要差别在G1
期。
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多细胞生物体中的细胞类群
◆周期中细胞：持续分裂细胞
◆G0期细胞：又称静止期细胞。
是周期中细胞暂时脱离细胞周期,停止分裂 增殖,去执行一定的生物学功能,如某些免疫淋 巴细胞, 肝细胞,肾细胞等。
检测细胞的大小和环境状态，如果 条件合适，就会激发DNA复制，使细胞周 期进程向前移动。在一些真核生物中， G1期检验点是细胞周期的主要控制点， 它决定细胞能否分裂。
10
⑹由G1期向S期转换的影响因素：
①外在因素：营养供给和相关的激素刺激等。 ②内在因素：与cdc基因调控相关的因素。
⒉ S期——DNA合成期
22
MPF的结构组成及特性
◆是由两个不同的亚基组成的异质二聚体，是一种 蛋白激酶: ●催化亚基：p32cdc2 ▲是丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶 ▲其活性依赖于周期蛋白，故称为周期依赖 性蛋白激酶(cyclin-dependent protein kinases, CDKs); ●调节亚基：p45---周期蛋白(cyclin)。
（周期中细胞）
信号刺激
G1
G0
◆终末分化细胞：
永久性失去了分裂能力的细胞。
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细胞周期时相
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7.2.2 细胞周期各时相 及其主要事件
⒈ G1期 ⑴ 合成活动： ⑵ 起始点:
• 最初指芽殖酵母细胞出芽的开始，事实是芽殖 酵母G1期晚期的一个特定阶段，控制着新一轮 细胞周期的运转。
• 是G1期晚期的一个基本事件，细胞只有在内在 和外在因素共同作用下才能通过起始点，顺利 通过G1期，进入S期并合成DNA。
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MPF的发现 ◆ 促 成 熟 因 子 (maturation-promoting
factor，MPF）,早期称为M-期促进因子(Mphase promoting factor, MPF)，是指M期 细胞中存在的促进细胞分裂的因子。 ◆1971年，科学家通过试验认为，在非洲爪 蟾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，并明确提出 将其称为促成熟因子，即MPF。
• 连续分裂的细胞,从一次有丝分裂结 束后开始，经过物质累积过程，直到下 一次细胞分裂为止所经历的全过程，称 为一个细胞周期。
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7.2.1 细胞周期时相
细胞周期时相 ◆G1期即从M期结束到S期开始前的一段间歇
期; ◆S期,即DNA合成期; ◆G2期, 即DNA合成后(S期)到有丝分裂前的一 个间歇期; ◆M期,即有丝分裂期。
7.1 细胞增殖
• 细胞分裂之前，必须进行一定的物质准备。 物质准备和细胞分裂连续不断进行的结果 是细胞数量不断增加即细胞增殖。
• 细胞增殖是细胞生命活动的重要特征，是 生物繁育的基础。
• 细胞增殖受到严密的调控机制所监控，必 须遵循一定的规律。
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Fra Baidu bibliotek
7.2 细胞周期
• 经过物质准备之后，细胞开始进行 分裂，子代细胞形成之后，又将开始新 一轮的物质积累，准备下一轮的细胞分 裂，如此周而复始，细胞数目不断增加。 这种细胞物质积累与细胞分裂的循环过 程称为细胞周期。
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⑵ M期细胞与处于细胞周期其他阶段的细 胞融合，结果发现与M期细胞融合的其他 间期细胞均发生了形态各异的染色体凝 集，称为染色体超前凝集（PCC）。 结论： M 期细胞中一定有一种能促 使染色体凝集的因子，称为细胞促分裂 因子。
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G1期细胞与M期细胞融 合
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S期细胞与M期细胞融合
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G2期细胞与M期细胞融 合
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细胞周期蛋白的鉴定
◆1983年，Tim Hunt（美）报道，在海胆卵细 胞中存在两种特殊蛋白质，即周期蛋白。
23
MP
F的 结 构
24
p34cdc2 激酶及其与MPF的关系
◆cdc（cell division cycle）基因： ◆p34cdc2是cdc2基因的表达产物，具有蛋
白激酶活性。在裂殖酵母细胞周期调控 过程中起关键性调节作用，促进G2/M转 换。 ◆p34cdc2本身并没有激酶活性，只有当与 有关蛋白结合后，其激酶活性才能表现 出来。 ◆裂殖酵母细胞MPF中的p34cdc2与蛙MPF中 的p32cdc2是同源物，都具有激酶活性。
• 合成活动：合成DNA和组蛋白并组装成核小体 结构。
• DNA合成受多种细胞周期调节因素的严密调控。
11
◆G2期
• 合成活动： 合成着丝粒蛋白、细胞周期蛋白B和微管 蛋白等大量蛋白质。
• G2期检验点：控制细胞周期能否顺利进入进入M期。
◆ M期
• 细胞分裂活动： • M期检验点：检测所有的染色体是否都与纺锤体相连，
• cdc基因：
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⑶ 限制点 • 高等真核细胞，尤其是哺乳动物细胞中，
类似于芽殖酵母起始点的G1期晚期的一 个特定阶段。
⑷检验点：
是细胞周期研究领域中应用的术语。 是细胞周期进程中的监控机制，可以鉴 别细胞周期进程中的错误，并诱导产生 特异的抑制因子，阻止细胞周期进一步 运行。
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⑸ G1期检验点：
并排列在赤道板上。否则不能进行有丝分裂和胞质分 裂。
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细胞周期运转规律
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细胞 周期 调控
的 研究
2001 年
诺贝尔 生理学 /医学 奖得主
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2001年诺贝尔生理学与医学奖:
◆利兰·哈特韦尔发现了控制细胞周期的基 因，其中一种被称为“START” 的基因 对控制各个细胞周期的最初阶段具有决 定性的作用。
16
◆研究方法： ⑴ G1期Hela细胞与S期细胞融合，结果发现G1
期细胞中的DNA开始复制； S期细胞与G2期细胞融 合，结果发现G2期细胞核中已经复制过的DNA没有 再复制。
结论：正在进行DNA复制的细胞的细胞质中含 有促进G1期细胞进行DNA复制的起始因子，而这种 起始因子对于已经进行了DNA复制的G2期细胞没有 作用。