细胞周期及其调控机制 ppt

合集下载

第十二章细胞周期调控ppt课件

Experimental demonstration of the importance of mecha- nical tension in metaphase checkpoint control.
后期(anaphase)
◆排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离产生向极运动 ◆后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段，即后期A和后期B ·后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动 ·后期B，极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长，介导染色体向极运动
3.条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用
将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞周期中某一特定时期。
四、特异的细胞周期
特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细胞周期。
⑴ 爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期
细胞分裂快,无G1 期, G2 期非常短,S 期也短(所有复制子都激活), 以至认为仅含有S 期和M 期无需临时合成其它物质子细胞在G1、G2 期并不生长，越分裂体积越小细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的细胞周期基本是一致的
细胞周期可划分为四个阶段
细胞周期时间
·不同细胞的细胞周期时间差异很大 ·S+G2+M 的时间变化较小，细胞周期时间长短主要差别在G1期 ·有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期
从增殖的角度来看，可将高等动物的细胞分为三类： ①连续分裂细胞，在细胞周期中连续运转因而又称为周期细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。 ②休眠细胞暂不分裂，这类细胞可长期停留在G 1 早期而不越过R 点，处于增殖静止状态。它们合成具有特殊功能的RNA 和蛋白质，使细胞的结构和功能发生分化，但这类细胞并未丧失增殖能力，在一定条件下可以恢复其增殖状态，但需要经过较长的恢复时间，称G0期细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。 ③不分裂细胞，指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等等。

北师大版高中生物-细胞周期进程的调控机制PPT

目录POWERPOI目录01细胞周期概述02细胞周期调控的分子基础POWERPOI细胞周期是细胞生命活动的基本过程，也称为“细胞分裂周期”。

细胞周期是指一个细胞经生长、分裂而增殖成两个细胞所经历的全过程。

通常将其分为几个阶段，即G1期、S 期、G2期、M期。

1882年Flemming在光学显微镜下观察到动物细胞的有丝分的斑马鱼肠道上皮细胞的免疫荧光显微照片，绿色表示细胞中复制的DNA。

根据细胞S期的发现定义完整细胞周期1950年代初，有研究结果显示，在间期中有一段时间会发生DNA合成，使染色体加倍。

由此提出DNA合成期，即S期，这样S期之前的间期定为G1期，S期之后的间期定为G2期。

DNA合成G 1期G 2期目录02细胞周期调控的分子基础03细胞周期进程中的关键调控点POWERPOI与细胞周期蛋白依赖性激酶(Cdk)。

形成复合体时，蛋白激酶活性被激活，由此启动细胞周期的特定事件的发生。

没有cyclin的结合，Cdk就复合体具有蛋白激酶活性。

Cdk为催化亚基。

孕酮刺激非洲爪蟾蜍卵母细胞的成熟分裂22, progesterone 孕酮，MeiosisⅠ减数分裂Ⅰ,Egg arrested in metaphase of meiosisⅡ停滞在减数分裂Ⅱ中期的卵细胞, Male pronucleus 雄原核, Female pronucleus 雌原核， First cleave 第一次卵裂, Blastula 囊胚减数分裂中期细胞提取液可刺激卵母细胞启动非洲爪蟾蜍卵母细胞的成熟分裂，此时不再需孕酮刺激。

Y. Masui and C. L. Markert. 1971. Cytoplasmic control of nuclear behavior during meiotic maturation of frog oocytes移植实验显示MPF 的存在的活性与细胞分裂进程的相关性MPFactivity MPF活性， Progesterone孕酮，Fertilization受精， Meiosis减数分裂，metaphase arrest分裂中期停滞，embryonic mitosis胚胎有丝分裂细胞融合实验融合的间期细胞染色体发生凝缩，并称之为早熟染色体凝集。

细胞周期的调控.pptx

（四）CDK抑制因子
细胞内有一组CDK抑制因子（CKI）对细胞增殖起负调节作用，因而又称“有丝分裂抑制剂”。目前发现的CKI大致分为两大家族：（1）INKs： p15、p16、p18、p19 是cDK4和cDK6的特异性抑制物。（2）CIP／ KIPs： p21、P27、p57等，抑制各种cyclin-CDK复合物，阻止 CDK激酶的激活，或阻止活化的CDK激酶活性。
（催化亚单位）（调节亚单位） CDK分子在进化上高度保守，从酵母、秀丽线虫等低等真核生物到高等生物，各种CDK分子都高度同源。，现有对细胞周期调控机制的认识大都来自对酵母等低等生物细胞周期调控的结果
CDK 对细胞周期的调控
CDK只有和周期素结合，并在CDK活化激酶（CAK）的催化下才表现出蛋白激酶的活性。每一种CDK在细胞周期的特定时期与相应的周期素结合，以复合体的形式发挥其生物学作用。
Rb基因

Rb基因位于人类染色体13q14，其转录产物Rb蛋白是主要的转录信号连接物，在细胞周期中起制动器功能。
它能与转录因子E2F结合并阻止相应基因转录表达，从而抑制细胞生长。 cyclin D是Rb调节细胞周期的基础。 cyclin D1-CDK4复合物可看做G1期Rb蛋白激酶，它能结合Rb的N末端，磷酸化Rb 蛋白，使转录因子释放，导致G1／S转化。

二、细胞周期检测点的调控
细胞在长期的进化过程中发展出了一套保证细胞周期中DNA 复制和染色体分配质量的检查机制, 通常被称为细胞周期检测点(check point)又称为限制点(restriction point) 。这是一类负反馈调节机制。当细胞周期进程中出现异常事件, 如DNA 损伤或DNA 复制受阻, 这类调节机制就被激活, 及时地中断细胞周期的运行, 待细胞修复或排除了故障后,细胞周期才能恢复运转。保证了在细胞周期中上一期事件完成以后才开始下一期的事件。

细胞周期及其调控(共87张PPT)

③粗线期（pachytone stage）
a、染色体进一步螺旋化，变粗变短。
b、非姐妹染色单体之间发生DNA片段的交换和重组
④双线期（dipleotene stage）
a、染色体进一步螺旋化而缩短
b、同源染色体之间的联会复合体解体，同源染色体开始分离
交叉——同源染色体的非姐妹染色单体相互排斥趋向分
细胞周期最重要的事件有二个： • DNA在S期精确复制（染色体精确复制）； • 遗传物质平均分配到两个子细胞（在M期，
染色体平均分配到两个子细胞）。 • 但是，每个时相都有一些特定的重要事件
发生。
一、间期（interphase )
1. G1期
⑴细胞体积增大，有RNA、核糖体及多种蛋白质合成（结构蛋白、酶），特别是DNA聚合酶含量开始增加。
Microtubules and Motors in the spindle
（五）末期
• 从子染色体到达两极，至形成两个新细胞为止的时期。
• 涉及子核的形成和胞质分裂两个方面。
子核的形成
• 末期子核的形成，大体经历了与前期相反的过程，即染色体解聚缩，核仁出现和核膜重新形成。核纤肽B去磷酸化，介导核膜重新装配。
有n个二分体（人有23个二分体）
2.减数分裂Ⅱ
⑴间期Ⅱ：很短，不进行DNA复制，此时每条染色体上由两条染色单体构成。
⑵前期Ⅱ
核膜核仁消失，每个细胞只有n个染色体（一个染色体由两个染色单体成）。
⑶中期Ⅱ
各染色体排列在细胞中央的赤道板上，形成纺锤体。
⑷后期Ⅱ
姐妹染色单体分开，并分别移向两极，形成两条染色体。
• 为了便于描述人为的划分为四个时期：前期(prophase)；中期(metaphase)；后期(anaphase)；

细胞增殖及其调控(共84张PPT)

• 来自高尔基体的囊泡沿微管运到成膜体中间，融合形成细胞板。囊泡内物质沉积为初生壁和中胶层，不断运来的囊泡使细胞板扩展，形成完整的细胞壁，将子细胞一分为二。
• 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：

细胞周期及其调控的分子机制

.
⒌P53基因 P53基因产物是一种转录因子，以四聚体形式与特
异的DNA序列结合后，对靶基因的表达进行调控。是一种细胞生长抑制性蛋白；它抑制正常和转化细胞的生长，使细胞停滞在G1期。但当细胞DNA损伤时，抑制G1晚期的基因转录，以利DNA修复，对维护基因稳定性起重要作用。若P53突变，丧失了对细胞周期的控制作用而致使细胞发生转化或恶性变。 ⒍视网膜母细胞瘤(retinoblastoma，Rb)基因
.
⑵P21
P21WAF1为P53的下游基因，表达产物的氨基端有一个锌指结合功能域，羧基端有两个核定位信号区，正常细胞中，野生型P53基因完整，P21表达恒定。在生长因子刺激下， G1 期 P21 表达快速增加，有大量 “自由”的P21存在，然后降低。到S期时，这种“自由”的P21减少，而cyclin A增加，一旦细胞受电离辐射，DNA被损伤后，由P53促进产生的P21可抑制 cyclin E/cdk2 而造成 G1 期阻滞；同时 P21 可与 PCNA(增殖细胞核抗体)结合抑制其活化的DNA聚合酶，从而抑制DNA复制以利DNA修复。一旦p53突 → p21失活 →PCNA失活,使cyclin A/cdk2超过P21 引起肿瘤.
.
⒉周期素依赖性蛋白激酶(cdk)对细胞周期的调控
⑴cdk1 即P34cdc2，可与人cyclin B结合形成复合物，通
过催化方式可使细胞进入和走出M期。
⑵cdk2 在 G1 后期和 S 期由 cdk2 基因编码的 P33cdk2 与
cyclin E,cyclin A结合形成复合物后，又可与pRb 相关转录因子结合形成复合物,参与G1和S期基因表达调控. ⑶cdk3

细胞周期的调控

CDC2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，称为细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinase， CDK)，因此CDC2又被称为CDK1，激活的CDK1可将靶蛋白磷酸化而产生相应的生理效应，如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失，将H1磷酸化导致染色体的凝缩等等。
② 有丝分裂期(Mitosis): M
phase,
又称胞质分裂期
(Cytokinesis)
细胞沿着G1→S→G2→M→G1周期性运转，在间期细胞体积增大(生长 )，在 M 期细胞，先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个细胞周期.该过程是不可逆的。
1.2 细胞周期中各个不同时相及其主要事件
G1期:
2.1 概述----细胞周期调控系统
细胞周期细胞核中含有染色体的细胞
动力系统（引擎）：由细胞周期素(cyclin)和周期素依赖蛋白激酶（CDK）组成的复合物。
监视系统：细胞周期检验点（checkpoint）
细胞周期调控系统的作用
◆在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶和蛋白,然后自身失活(正调控)
芽殖酵母细胞周期
Cdc25表达不足，细胞长得过长而不分裂；Wee1表达不足，细胞很小就开始分裂了
进一步的研究发现cdc2和cdc28都编码一个34KD的蛋白激酶，促进细胞周期的进行。而weel和cdc25分别表现为抑制和促进CDC2的活性。这也解释了为何cdc25和 wee1双重突变的个体可以恢复野生型的表型。
⑴ CDK的结构特点
CDK有三个重要的功能区：① ATP的结合部位和该酶的活性部位，② 调节亚基(周期素)的结合部位，③ P13 sucl66结合部位(P13sucl66能抑制激酶的活性，阻止细胞进入或退出M期)。

细胞周期及其调控机制PPT课件

指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束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整个序贯过程到下一次有丝分裂完成所经历的整个序贯过程它可分为它可分为4g1ssg2g2和和m33细胞周期进程的实现有赖于各级调控细胞周期进程的实现有赖于各级调控因子对细胞周期精确而严密的调控这些因子对细胞周期精确而严密的调控这些调控因子的核心是调控因子的核心是细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶cyclincyclindependentkinasedependentkinasecdkcdkcdkcdk的正性调控因子的正性调控因子细胞周期蛋白细胞周期蛋白cyclincyclincdkcdk的负性调控因子的负性调控因子细胞周期蛋白依赖细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶抑制剂性蛋白激酶抑制剂ckickicdkscdks与细胞周期调控与细胞周期调控mpfmpfmphasepromotingfactorphasepromotingfactor期促发因子期促发因子
Rb 基因是人类研究的第一个抑癌基因，去磷酸化Rb 与促进细胞分裂的某些转录因子( E2F，CAB-1 蛋白等) 结合，转录因子活性被抑制，细胞周期停滞于G1 期；cyclinD/CDK 4等激酶复合体使Rb 磷酸化失活,失活的Rb 释放E2F 等转录因子，促使细胞进入S 期。
p16 特异性结合CDK4从而抑制cyclinD-CDK4 的活性，P16 蛋白可阻止 Rb 的磷酸化，从而调节细胞周期，阻滞G1 —S 期的转变。
CDK1的激活需要Thr14和Tyr15去磷酸化和Tyr161的磷酸化
三、CDK的正性调控因子———Cyclin
Cyclin 作为蛋白激酶复合体的调节亚基,对CDKs起正性调节作用。它们分别在细胞周期的不同时相中合成、积累，并与相应的CDK结合，激活CDK的蛋白激酶活性，从而调节细胞周期进程。

细胞周期及其调控机制

Cyclin 作为蛋白激酶复合体的调节亚基,对CDKs起正性调节作用。它们分别在细胞周期的不同时相中合成、积累，并与相应的CDK结合，激活CDK的蛋白激酶活性，从而调节细胞周期进程。
各亚型cyclin D1-3，在不同细胞中的表达量不同，但具有相同的功效。
细胞在生长因子的刺激下，G1期cyclin D表达，并与CDK4、 CDK6结合，使下游的蛋白质如Rb磷酸化，磷酸化的Rb释放出转录因子E2F，促进许多基因的转录，如编码cyclinE、A和CDK1的基因。
Cyclin的周期性变化
四、CDK的负性调控因子—CKI

CKI ：通过与Cyclin 对CDK的竞争性结合，拮抗Cyclin 的作用，从而调节细胞周期的进程。
CKI单独与CDK结合或与CDK-cyclin复合物结合以调节CDK活性
五、细胞周期的关卡调控
细胞关卡：检测早期细胞周期事件的顺利完成和细胞的完整性，并在细胞周期进展过程中对DNA 损伤或其它事件产生延迟反应的细胞监控系统称为细胞关卡，由感受异常事件的感受器、信号传导通路和效应器构成，主要包括 G1/S关卡 S期关卡 G2/M关卡中-后期关卡（纺锤体组装检验点）：
Rb 基因是人类研究的第一个抑癌基因，去磷酸化Rb 与促进细胞分裂的某些转录因子( E2F，CAB-1 蛋白等) 结合，转录因子活性被抑制，细胞周期停滞于G1 期；cyclinD/CDK 4等激酶复合体使Rb 磷酸化失活,失活的Rb 释放E2F 等转录因子，促使细胞进入S 期。
p16 特异性结合CDK4从而抑制cyclinD-CDK4 的活性，P16 蛋白可阻止 Rb 的磷酸化，从而调节细胞周期，阻滞G1 —S 期的转变。 p27 可与cyclinE-CDK2、cyclinA-CDK2、cyclinD-CDK4 复合物结合抑制其对底物的磷酸化作用，使细胞不能发生G1 —S 期的转换，停滞于G1期。

细胞周期及其调控(讲义)

细胞周期素（Cyclin) —— 调节亚单位
CDK抑制因子（CKI） —— 抑制CDK激酶活性
MPF的发现：一种在G2期形成，能促进M期启动的调控因子，即促细胞成熟因子或促细胞分裂因子（MPF)。
CDK： (cyclin-dependent protein kinases）
（二）细胞周期调控蛋白的种类
DNA合成前期（G1期, G1 gap1）
间期
DNA合成期（S期, Synthsis phase）
DNA合成后期（G2期, G2 gap2）
细胞周期
前期分裂期中期后期（M期）末期
(Mitosis,division）
细胞周期中的细胞
G1期
细胞周期分为：G1期、S期、G2期和 M期四个时期。
蛋白酶体泛素蛋白多聚化
M-Cylin降解
泛素蛋白（Ubiquitin)
4. CDK1活性下降
出M 期
细胞核重建、染色体解螺旋、启动收缩机制。
进出S期调控：
M期末 G1
CD、生长因子） G1— cyclin转录
cyclinD+cdk4/cdk6 G1/S 转换 “Start”
Gadd45和P21WAFl是参与辐射所致细胞G1期阻滞的重要分子。 P53／P21wAF1通路是通过CDK／周期蛋白活性抑制，Rb脱磷酸化而发挥作用的。 Gadd（growth arrest and DNA damage ）是一些生长抑制和DNA损伤诱导的基因，Gadd45是其中一员，也是野生型P53诱导G1期阻滞的一条通路。
参与的相关蛋白及其作用：
作用方式：旁分泌
生长因子---受体信号传递与转换
转录因子/调控蛋白

细胞周期PPT课件

Key spot：Cyclin、 CDKs、 CKI、Checkpoint of cell cycle
细胞周期素（Cyclin）
细胞周期素依赖性激酶（Cyclin-dependent kinase, CDK) 细胞周期调控机制的核心
细胞周期素依赖性激酶抑制剂（CDK inhibitor, CKI)
精选课件PPT
细胞周期分期 G1→S→G2→M
G1期：DNA合成前期（RNA和蛋白质合成) Interphase S期：DNA合成期(DNA复制、组蛋白和非组蛋白合成）
M phase
G2期：分裂前期（微丝、微管蛋白，成熟因子等合成） M期：分裂期
精选课件PPT
5
精选课件PPT
6
三类细胞：持续分裂细胞(continuously dividing cell)：
CAK对CDK1活化部位的磷酸化
Cell cycle
CAK： CDK活化激酶（CDK activation kinase）
使 CDK1的Thr161部位磷酸化
精选课件PPT
19
•CKI
可特异性抑制CDK的活性
▲Ink4（inhibitor of cdk4)： P16INK4a、P15INK4b、P18INK4c和P19INK4d
泛素
蛋白质
精选课件PPT
降解的蛋白质
11
Cyclins的作用：
激活CDK, 决定 CDK何时将何种底物磷酸化而推动细胞周期进行
精选课件PPT
12
CDK: 一组丝氨酸 /苏氨酸蛋白激酶 CDK1、CDK2、CDK3、CDK4、CDK5、 CDK6、CDK7
CDK与Cyclin结合形成复合物，磷酸化而激活控制G1期：CDK4、CDK6、CDK2 控制S和G2期： CDK2 控制M期： CDK1