细胞增殖及其调控
第十二章细胞增殖及其调控
主要内容
●细胞增殖(cell proliferation)的意义
●细胞周期与细胞分裂
●细胞周期调控
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基础。
◆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。
◆细胞增殖受到严密的调控。
第一节细胞周期与细胞分裂
●细胞周期(cell cycle)概述
●有丝分裂(mitosis)
●胞质分裂(Cytokinesis)
●减数分裂(Meiosis)
细胞周期调控的主要研究内容
一、寻找与细胞周期调控密切相关的基因及其表达蛋白，研究它们在细胞周期中的动态变化及相互作用的规律。
二、这些基因和蛋白如何启动和影响细胞周期各时相发生的分子事件，进而影响细胞周期的表型。
三、内外环境因素是怎样通过细胞内信号传递系统影响细胞周期的。
第二节细胞周期的调控(Cell-Cycle Control)
●细胞周期调控系统的主要作用
●细胞周期检验点(Cell Cycle Checkpoint)
●MPF
●Cyclin-Cdk复合物的多样性及细胞周期运转
●细胞周期运转的阻遏(细胞周期运转的负调控)
一、细胞周期(cell cycle)概述
●细胞周期
●细胞周期中各个不同时相及其主要事件
●细胞周期长短测定
●细胞周期同步化
●特异的细胞周期
二、有丝分裂(mitosis)
●前期(prophase)
●前中期(prometaphase)
●中期(metaphase)
●后期(anaphase) ●末期(telophase)
三、胞质分裂(Cytokinesis)
●动物细胞胞质分裂
●植物细胞胞质分裂
四、减数分裂(Meiosis)
●减数分裂概念与过程
●减数分裂的意义
●减数分裂特点
细胞周期
◆概念：又称细胞生命周期或细胞增殖周期
指从一次细胞分裂形成子细胞开始到下一次细胞分裂形成子细胞为止所经历的过程。
包括细胞分裂的物质准备和细胞分裂两个相互连续的过程。
◆细胞周期时相组成
◆细胞周期时间
◆根据增殖状况，细胞分类三类
细胞周期时相组成
·间期(interphase):
G1 phase， S phase， G2 phase
·分裂期（M phase）:
有丝分裂期(Mitosis), 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。
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
根据增殖状况，细胞分为三类
①周期中细胞（cycling cell）：是指在细胞周期中连续运转的细胞，又称为连续分裂细胞或可育细胞，如造血干细胞、皮肤的表皮细胞、消化道上皮。
②静止期细胞（quiescent cell）：指的是暂时离开细胞周期，停止细胞分裂，去执行一定的生物学功能，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期的细胞，又称为G0期细胞或休眠细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。
③终末分化细胞：指不可逆地脱离细胞周期，丧失分裂能力，保持生理机能活动的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等。
G0期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划分，有的细胞过去认为属于终末分化细胞，目前可能被认为是G0期细胞。
多形核细胞是指细胞核的形态比较多，如有呈圆形、锥形、凹形等，而一般情况下细胞核多呈圆形。
●即中性粒细胞
●占白细胞总数的50％－70％，是白细胞中数量最多的一种。
●核的形态多样，有的呈腊肠状，称杆状核；
●有的呈分叶状，叶间有细丝相连，称分叶核。细胞核一般为2～5叶，正常人以2～3叶者居多。
细胞周期中不同时相及其主要事件
一是在G1期、S期和G2期发生DNA遗传物质的复制和整个细胞结构组分的加倍，主要表现为分子水平上的变化；
二是在M期发生的DNA遗传物质精确地等分到两个子细胞中，主要表现为形态学上的变化。
◆ G1期◆ S 期◆ G2期◆ M 期
G1期
与DNA合成启动相关，开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂类等，同时染色质去凝集。
G1期是细胞生长和DNA合成的准备期
● G1期分为G1早期和G1晚期，两期之间有一个限制点，是细胞在G1 期的重要调控点。
●检查DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？
● G1期早期的主要内容是细胞生长，有的细胞会长期停留在此期，即成为G0期细胞。
● G1晚期细胞主要的任务是为DNA复制作准备。
G2期
合成细胞进入M期所必需的RNA和蛋白质
M 期
M期即细胞分裂期，使染色体等分到两个子细胞中。
在分子水平上，RNA和蛋白质的合成几乎全部停止。
真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)和减数分裂(meiosis)。
S期
DNA合成的启动，S-CDK蛋白复合体是DNA复制的主要启动和调控蛋白。
●细胞周期素依赖性蛋白激酶(Cyclin-dependent protein kinase，CDK）：与周期蛋白结合并活化，使
靶蛋白磷酸化、调控细胞周期进程的激酶。
●S期的主要事件是：DNA复制
●蛋白质合成活跃，包括DNA合成所需要的酶以及组蛋白等。
●DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构。
细胞周期长短测定
基本原理：选择细胞周期中有变化规律的物质作标记，通过观察这些标记物在细胞周期中的变化，间接计算细胞周期各时相的时间。
◆脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法
◆流式细胞仪测定法(Flow Cytometry)：监测细胞DNA含量在不同时间的变化，从而确定细胞周期时间的长短。
◆缩时摄像技术：可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。
细胞的同步化
细胞同步化的意义
1.获得大量同周期阶段的细胞
2.了解细胞周期各阶段细胞的结构及功能
3.研究某一时相细胞的代谢、增殖、基因表达或凋亡。
细胞同步化的方法
人工选择同步化
药物诱导法
人工选择同步化——有丝分裂选择法
·使单层培养的细胞处于对数增殖期，此时分裂活跃，有丝分裂细胞变圆隆起，与培养皿的附着性低，此时轻轻振荡，可获得一定数量的中期细胞。
优点：细胞未经任何药物处理、操作简单、细胞同步化效率高。
缺点：分离的细胞数量少。
人工选择同步化——密度梯度离心法
原理：根据不同时期的细胞在体积和重量上存在差别进行分离。
优点：方法简单省时、效率高，成本低。
缺点：大多数种类的细胞并不适用。
药物诱导法——DNA合成阻断法
── G1/S 胸腺嘧啶核苷(TdR) 双阻断法：
最终将细胞群阻断于S期或G1/S交界处。
原理：利用过量的TdR能阻碍DNA的合成而设计的。
为了加强细胞同步化的效果，常采用两次TdR阻断法，即双阻断法。
胸腺嘧啶核苷(TdR)双阻断法
DNA合成阴断法：选用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成，而不影响其他时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在S期或G/S交界处。5-氟脱氧尿嘧啶、羟基脲、阿糖胞苷、氨甲蝶呤、高浓度ADR、GDR 和TDR，均可抑制DNA合成使细胞同步化。其中高浓度TDR对S期细胞的毒性较小，因此常用TDR双阻断法诱导细胞同步化：
在细胞处于对数生长期的培养基中加入过量TDR，（Hela，2mol/L；CHO，7.5mol/L）。S期细胞被抑制，其它细胞继续运转，最后停在G1/S交界处。
移去TDR。洗涤细胞并加入新鲜培养液、细胞又开始分裂。当释放时间大于TS时，所有细胞均脱离S期，再次加入过量TDR，细胞继续运转至G1/S交界处，被过量TDR抑制而停止。
优点是同步化程度高，适用于任何培养体系。可将几乎所有的细胞同步化。缺点是产生非均衡生长，个别细胞体积增大。
药物诱导法——分裂中期阻断法：
●通过抑制微管聚合的药物来抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。
●常用的药物有秋水仙素和秋水酰胺，后者毒性较少。
●优点：操作简便，效率高。
●缺点：药物的毒性相对较大。
中期阻断法：利用破坏微管的药物将细胞阻断在中期，常用的药物有秋水仙素和秋水仙酰胺，后者毒性较少。优点是无非均衡生长现象，缺点是可逆性较差。[1]
细胞同步化的检测
●流式细胞仪：比较各时相细胞的百分比，
判断是否达到预期的目的。
●放射自显影技术：鉴定S期细胞
●显微镜观察：对于M期细胞可涂片、染色、
观察染色体，计有丝分裂指数。
人工选择同步化
·有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞。
优点：细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。
缺点：分离的细胞数量少。
·密度梯度离心法：根据不同时期的细胞在体积和重量上存在差别进行分离。
优点：方法简单省时，效率高，成本低。
缺点：对大多数种类的细胞并不适用。
药物诱导法
· DNA合成阻断法── G1/S-TdR双阻断法：
最终将细胞群阻断于G1/S交界处。
优点：同步化效率高，适合于所有体外培养的细胞体系。
缺点：诱导过程可造成细胞非均衡生长。
·分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。
如秋水仙素、秋水酰胺等。
优点：是操作简便，效率高。
缺点：是这些药物的毒性相对较大。
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。
◆爪蟾早期胚胎细胞的细胞周期
◆酵母细胞的细胞周期
◆植物细胞的细胞周期
◆细菌的细胞周期
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；其总体积并不增加。
·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。
卵细胞在成熟过程中已积累了大量的物质基础，基本满足早期胚胎发育的物质需要，故细胞分裂快，无G1期, G2期非常短，以至认为仅含有S期和M期
酵母细胞的细胞周期
·酵母细胞的细胞周期与标准的细胞周期在时相和调控方面相似。
·酵母细胞周期明显特点:
酵母细胞周期持续时间较短；
封闭式细胞分裂，即细胞分裂时核膜不解聚；
纺锤体位于细胞核内；
在一定环境下，也进行有性繁殖。
植物细胞的细胞周期
·植物细胞的细胞周期与动物细胞的标准细胞周期非常相似，含有G1期、S期、G2期和M期四个时期；·植物细胞不含中心体，但在细胞分裂时可以正常
组装纺锤体；
·植物细胞以形成中间板的形式进行胞质分裂。
细菌的细胞周期
·慢速生长细菌的细胞周期与真核细胞周期有相似之处细菌的细胞周期也基本具备四个时期。
其DNA复制之前的准备时间与G1期类似。
分裂之前的准备时间与G2期类似。也有S期和M期。
·细菌在快速生长情况下，在上一次的分裂结束时，细胞内的DNA已经复制了一半的路程，以此来协调快速分裂和最基本的DNA复制速度之间的矛盾。
前期(prophase)
◆标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩(condensation)形成有丝分裂染色体(mitotic chromosome）；
◆第二个特征是细胞质骨架解聚，组装成有丝分裂纺锤体。
◆Golgi体、ER等细胞器解体，形成小的膜泡。
·这种染色体由两条染色单体(chromatid)构成
·在前期末，染色体主缢痕部位形成一种蛋白复合物称为动粒，与着丝粒紧密相连。
间期动物细胞含一个MTOC，即中心体，在S期末，两个中心粒在各自垂直的方向复制出一个中心粒，形成两个中心体。
当前期开始时，在中心体周围，微管蛋白开始大量装配，以中心体为核心的星体。
两个星体逐渐向两极移动，微管通过微管结合蛋白在正极末端相连最后形成有丝分裂纺锤体。
前中期(prometaphase)
◆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。
◆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。
中期(metaphase)
◆所有染色体排列到赤道板(Metaphase Plate)上，标志着细胞分裂已进入中期；
◆是什么机制确保染色体正确排列在赤道板上？
·着丝粒微管动态平衡形成的张力
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
末期(telophase)
◆染色单体到达两极，即进入了末期,到达两极的染色单体开始去浓缩；
◆核膜开始重新组装；
◆Golgi体和ER重新形成并生长；
◆核仁也开始重新组装，RNA合成功能逐渐恢复,
有丝分裂结束。
动物细胞胞质分裂
◆胞质分裂(cytokinesis)开始于细胞分裂后期，在
赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟(furrow)。分裂沟的位置与纺锤体极性微管和钙离子浓度升高的变化有关；
◆胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体
处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为收缩环（contractile ring)。收缩环收缩、收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞。
植物细胞胞质分裂
◆与动物细胞胞质分裂不同的是，植物细胞胞质分裂是因为在细胞内形成新的细胞膜和细胞壁而将细胞分开。
减数分裂概念与过程
◆概念：减数分裂是细胞仅进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。
◆减数分裂过程
减数分裂的意义
◆确保世代间遗传的稳定性；
◆增加变异机会，确保生物的多样性，增
强生物适应环境变化的能力。
◆减数分裂是生物有性生殖的基础，是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。
减数分裂特点
◆遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，导致染色体数目减半；
◆S期持续时间较长；
◆同源染色体在减数分裂期I(MeiosisI)配对联会、基因重组；
◆减数分裂同源染色体配对排列在中期板上，第一次分裂时，同源染色体分开。
一、细胞周期调控系统的主要作用
◆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)
◆确保每一时相事件的全部完成(负调控)
◆对外界环境因子起反应 (多细胞生物对增殖信号的反应)
二、细胞周期检验点(checkpoint)
◆细胞周期检验点是细胞周期调控的一种机制,主要是确保周期每一时相事件的有序、全部
完成并与外界环境因素相联系。
◆细胞周期检验点及其作用
G1期检验点：酵母—Start；动物细胞—Restriction Point
细胞周期中的检验点
G1/S 检验点：start点或R点，控制细胞由静止状态的G1进入DNA合成期，检查DNA是否损伤？
细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？
● S期检验点：DNA复制是否完成？
● G2/M 检验点：是决定细胞一分为二的控制点，检查DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？
●中-后期检验点（纺锤体连接限制点）:任何一个染色体动粒没有正确连接到纺锤体上，都会抑制APC
的活性，引起细胞周期中断。
三、MPF
（卵细胞促成熟因子，matuation-promoting factor；
细胞促分裂因子，mitosis-promoting factor；
M期促进因子，M-phase-promoting factor）
●MPF的发现及其生化实质
●Mitotic Cyclin-Cdk复合物的活化与功能
MPF的发现及其生化实质
◆细胞融合与PCC(Premature chromosomal condense)
◆MPF的发现
◆MPF是一种使多种底物蛋白磷酸化的蛋白激酶；由M期Cyclin-Cdk(Cyclin-dependent protein kinase) 形成的复合物。MPF=CDK1（p34cdc2）+cyclinB
Mitotic Cyclin-Cdk复合物的活化与功能
◆活化
·随Cyclin浓度变化而变化
·激酶与磷酸酶的调节，
活化的MPF可使更多的MPF活化
MPF的失活
◆功能：启动细胞从G2期进入M期的相关事件
Cyclin-Cdk复合物的多样性
● Cyclin：细胞周期素，能与CDK结合，通过调节CDK的活性，间接调节细胞周期的运行。
●脊椎动物的Cyclin有:
● Cyclin A（S期细胞周期素）
● Cyclin B（M期细胞周期素）
● Cyclin D（ G1 期细胞周期素）
● Cyclin E（ G1 /S 期细胞周期素）等。
● CDK：细胞周期素依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent protein kinase），通过磷酸化靶蛋白控制细
胞周期中的事件，包括G1 、 G1 /S、 S和 M期CDK.
Cyclin-Cdk复合物的多样性
● Cyclin-Cdk---调控细胞周期的引擎：
●不同的细胞周期素与不同的CDK结合，构成不同的Cyclin-Cdk复合物；
●不同的Cyclin-Cdk复合物在不同的时相表现活性，影响不同的下游事件。
发生在G1期的细胞周期调控事件
G1期Cdk活性较低的原因：
1.CKI作为细胞周期的抑制因子直接与CDK或Cdk蛋白复合体结合，抑制Cdks的活性。
2.由于Cyclin转录活性下降，引起Cdks活性下降。
Cdks活性下降的意义：
可防止细胞在G1期启动DNA复制和细胞分裂等事件，保证细胞有足够时间完成G1期的事件。
G1期Cyclin和CDK的激活
细胞在激素或生长因子的刺激下，G1期Cyclin D表达，并与CDK4、CDK6结合，使CDK4和CDK6的活性升高，进而激起G1 /S-CdK和S-CdK蛋白复合体的活性升高，从而启动了DNA合成，使细胞从G1期进入S期。
E2F转录因子家族蛋白是调节细胞周期的重要分子。
G1期时，E2F和视网膜母细胞瘤(Rb)的基因编码的蛋白形成二聚体，E2F促进下游基因转录的功能被抑制。当接收到细胞增殖等信号后，RB被磷酸化，从而释放出E2F转录因子，E2F与相应的含有E2F调节元件的DNA结合，促进其转录，从而使S期进行所需的蛋白合成出来。
E2F转录因子家族蛋白是调节细胞周期的重要分子。G1期时，E2F和retinoblastoma 视网膜母细胞瘤(Rb)的基因编码的蛋白形成二聚体，E2F促进下游基因转录的功能被抑制。当接收到细胞增殖等信号后，RB被磷酸化，从而释放出E2F转录因子，E2F与相应的含有E2F调节元件的DNA结合，促进其转录，从而使S 期进行所需的蛋白合成出来。
细胞进出S期的调控
（一）DNA复制启动的调控
DNA的复制是由起始复制点（origins of replication）开始的，起始复制点是一种自主复制序列，散布在染色体上。
在整个细胞周期中，起始复制点上结合有起始识别复合体（Origin recognition complex, ORC），其作用就象一个停泊点，供其它调节因子停靠。
ORC-binding site即起始复制点；
Cdc6是一种调节因子，在G1期Cdc6含量瞬间提高，Cdc6结合在ORC上，在ATP供能下，促进6个亚单位构成的Mcm复合体和其他一些蛋白结合到ORC上，形成前复制复合体（pre-replicative complex，pre-RC）， S-CdK主要通过与DNA起始复制点的pre-RC结合，启动DNA的合成。
（二）防止DNA重复复制的调控
S-CdK触发pre-RC的启动，同时阻止了DNA再次进行复制，因为S-CdK将Cdc6磷酸化，使其脱离ORC，磷酸化的Cdc6随后被遍在蛋白化途径降解。 S-CdK的活性可持续到M早期，另外， M-CdK也能磷酸化Cdc6和Mcm，从而保证了DNA仅复制一次。
至M末期，细胞中的M-CdK和S-CdK活性均下降到0， Cdc6和Mcm蛋白去磷酸化，重新与ORC结合形成pre-RC，细胞进入G1期，为下一周期DNA复制作准备。
五、细胞周期运转的阻遏
(细胞周期运转的负调控)
◆细胞至少可通过两种不同机制阻遏细胞周期的运转：
Cdk抑制蛋白(CDI)阻止Cyclin-Cdk复合物的装配或活性；周期调控系统组分停止合成。
◆CDI包括CIP/KIP家族和INK4家族，其作用是抑制Cyclin-Cdk复合物的装配或活性，而将细胞阻止在不同的检验点。如DNA受损后，细胞将停留于G1 Checkpoint 让DNA修复或者凋亡.
◆周期调控系统组分停止合成，如G0细胞，大部分Cyclin和Cdk都消失，这在多细胞生物尤其明显。
六、细胞周期中的信号系统调控
细胞周期过程受内外环境因素调节，生长因子或激素，可以作为信号分子与细胞内受体结合，通过信号传递系统将调控信息传递并影响细胞核内相关转录因子和细胞周期调控蛋白，从而影响细胞周期。
生长因子：如表皮生长因子（EGF）、转化生长因子（TGF）等，有一定的组织和细胞特异性。
激素：分蛋白类激素和固醇类激素，前者受体位于靶细胞膜，后者受体位于靶细胞质内。
细胞周期内有两个阶段最为重要：G1到S和G2到M；这两个阶段正处在复杂活跃的分子水平变化的时期，容易受环境条件的影响，如果能够人为的进行调控，将对深入了解生物的生长发育和控制肿瘤生长等有重要意义。
中心体在间期也进行了复制。前期两个中心体彼此分开，并分别向两极移动。
由两端星体、星体微管、极间微管和动粒微管组合形成的纺锤形结构称为纺锤体或有丝分裂器。
染色体排列到赤道板上的机制
牵拉假说：染色体向赤道板方向运动，是由于动粒微管牵拉的结果。动粒微管越长，拉力越大，当来自两极的动粒微管的拉力相等时，染色体被稳定在赤道板上。
外推假说：染色体向赤道板方向的移动，是由于星体的排斥力将染色体外推的结果。染色体距离中心体越近，星体对染色体的外推力越强，当来自两极的推力达到平衡时，染色体被稳定在赤道板上。
细胞融合与PCC
Johnson和 Rao(1970)将Hela细胞同步于不同阶段，然后与M期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞融合，发现与M期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的早熟凝集染色体(prematurely condensed chromosome，PCC)。
G1期PCC为单线状，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，说明DNA复制已完成。
人M期细胞与袋鼠（Ptk）G1、S、G2期细胞融合诱导PCC（染色体超前凝集）：提示M期细胞存在诱导PCC
的因子；
MPF的发现及组成
把M期细胞的细胞质注射到卵细胞，发现可以促进卵细胞成熟分裂，继续用该卵细胞细胞质诱导新的卵细胞，仍然可以促进卵细胞成熟分裂。因而他们推测M期细胞中必然有一种物质可以诱导卵细胞成熟分裂，即促细胞成熟因子（m a t u r a t i o n p r o m o t i n g f a c t o r,M P F）。
MPF的组成： MPF是一种蛋白复合物，具有蛋白激酶活性，由两个亚单位组成，一个是细胞周期素（Cyclin），另一个是细胞周期素依赖性蛋白激酶(Cyclin-dependent protein kinase，CDK）。
MPF Cdk=M-CdK= CDK1=p34cdc2 kinase
MPF cyclin=M-cyclin=CyclinB，浓度随细胞周期变化而变化
CAK=CDK1-Activiting Kinase
①细胞进入G2 期，CyclinB浓度及活性升高，它与CDK1结合，使CDK1的活性位点暴露出来，此时CAK 进一步磷酸化CDK1(第161位苏氨酸)，但是由于CDK分子内尚有另外两个抑制性位点被Wee1磷酸化（第14位苏氨酸和第15位酪氨酸），使CDK1仍处于抑制状态，属于负调控。
②到G2 期末，磷酸酶cdc25使CDK1的两个抑制性位点去磷酸化，解除了Wee1的抑制作用，使CDK1有活性，属于正调控。
调节性激酶和磷酸酶
●W e e1使C D K T h r14和T y r15磷酸化，遮蔽C D K激酶活性位点。
●磷酸酶c d c25去除T h r14和T y r15磷酸化，恢复C D K激酶活性。
活化的MPF能促进磷酸酶cdc25的激活，从而使更多的MPF活化，这是一个正反馈。
活化的MPF的刺激作用：
1、核被膜的崩解，
2、染色质的凝集，
3、有丝分裂器的形成，
4、靶蛋白的降解。
MPF（M-CdK, CDK1）激发M期事件使细胞进入M期
MPF的失活：CyclinB的降解
③到了M中期末，CDK1的激酶活性达到高峰，通过一种未知的途径，激活促后期蛋白复合体（anaphase promoting complex, APC）。
APC是一种泛素连接酶(Ubiquitin ligase), APC使CyclinB发生遍在蛋白多聚化（泛素化），使蛋白酶体（proteosome）能识别并降解CyclinB，这种机制称为遍在蛋白化降解机制。
泛素（Ubiquitin）是一种存在于大多数真核细胞中的高度保守的小蛋白（76个氨基酸），普遍存在于从单细胞酵母到人类的所有真核细胞内，并且表达水平很高。
它的主要功能是标记需要分解掉的蛋白质，使其被水解。当附有泛素的蛋白质移动到桶状的蛋白酶的时候，蛋白酶就会将该蛋白质水解。
遍在蛋白由76个氨基酸组成，高度保守，普遍存在于真核细胞，故名遍在蛋白。
共价结合遍在蛋白的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解，这是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径，遍在蛋白相当于蛋白质被摧毁的标签。蛋白酶体是一个大型的蛋白酶，可将遍在蛋白化的蛋白质分解成短肽。
APC还可以用遍在蛋白化降解机制降解连接姐妹染色单体的蛋白，促使姐妹染色单体分开，使细胞从M中期进入M后期。
M期Cyclin的N端有一段序列与其降解有关，叫降解盒。
当MPF活性最高时，通过泛素连接酶催化泛素与cyclinB结合，cyclinB随后被蛋白酶体水解。
M-CdK的活性下降导致细胞走出M期
由于前述的泛素化降解机制，CyclinB降解， M-CdK活性下降，到M末期达到最低点，原来磷酸化的蛋白去磷酸化，从而发生了与进入M期相反的过程，细胞就走出了M期。
在DNA损伤出现的情况下，P53蛋白(p53为肿瘤抑制蛋白, 属于最早发现的肿瘤抑制基因或抑癌基因之一。p53蛋白能调节细胞周期和避免细胞癌变发生。因此，p53蛋白被称为基因组守护者。
其结果是抑制了CDK-Cyclin 复合物对Rb蛋白的磷酸化，使细胞周期阻止在G1期检验点。
如果DNA损伤不能被修复，或者这些细胞已经通过G1期检验点，P53触发基因转录导致细胞通过凋亡而死亡。
P34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系
1960s L. Hartwell以芽殖酵母为实验材料，利用阻断在不同细胞周期阶段的温度敏感突变株，分离出了几十个与细胞分裂有关的基因(cell division cycle gene，CDC)，如芽殖酵母的cdc28基因，在G2/M转换点发挥重要的功能。Hartwell还通过研究酵母菌细胞对放射线的感受性，提出了checkpoint（细胞周期检验点）的概念，意指当DNA受到损伤时，细胞周期会停下来。
以P.Nurse为代表的另一批酵母生物学家研究不同温度下培养的裂殖酵母细胞，也分离出数十种温度敏感的突变体。这些不同的突变体在限定温度下，会滞留在细胞周期的某个阶段。这些与细胞分裂和周期调控有关的基因被称为cdc(cell division cycle)基因，根据被发现的先后顺序被命名。
cdc2是第一个被分离出来的cdc基因，表达34kDa的蛋白，称p34cdc2。进一步研究发现其具有激酶活性，可以使许多蛋白磷酸化，在裂殖酵母的周期调控中起重要作用。芽殖酵母中的一个关键cdc基因是cdc28，是第二个被分离出来的cdc基因，编码34kDa的蛋白，具有激酶活性。 p34cdc28是 p34cdc2的同源物，调控细胞周期，特别是G2/M期转变。但研究者很快发现， p34cdc28 或p34cdc2单独并不具有激酶活性，需要同相关蛋白结合后才具有活性（如p34cdc2和蛋白p56cdc13结合）。
之后，J.Maller和P.Nurse实验室立即合作，很快证明爪蟾卵中的p32与p34cdc2是同源物。与此同时，T.Hunt实验室等以海胆卵为材料研究细胞周期调控，发现一类与细胞分裂有关的蛋白，称为周期蛋白(cyclin)。然后J.Maller和T.Hunt实验室合作，发现周期蛋白B，证明与p45和p56cdc13为同原物。
2001年10月8日美国人Leland Hartwell、英国人Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。
作业
1、什么是细胞周期? 细胞周期各时期主要变化是什么?
2、细胞周期同步化有哪些方法? 比较其优缺点?
3、细胞通过什么机制将染色体排列到赤道板上? 有何生物学意义?
4、试述动粒的结构及机能。
5、说明细胞分裂过程中核膜破裂和重装配的调节机制。
6、细胞周期中有哪些主要检验点，各起何作用?
7、举例说明CDK激酶在细胞周期中是如何执行调节功能的?
生物必修一第六章第一节细胞的增殖知识总结
第六章细胞的生命历程 第一节细胞的增殖 一、细胞通过分裂来增殖： ①单细胞生物通过细胞增殖来繁殖。 ②多细胞生物从受精卵开始，经细胞增殖和分化发育而来。 ③衰老、死亡的细胞需经细胞增殖加以补充。 1、意义：细胞增殖是重要的细胞生命活动，是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。 2、过程：①物质的准备阶段；②细胞的分裂阶段。 3、方式：原核细胞：二分裂 真核生物：有丝分裂、减数分裂、无丝分裂 二、有丝分裂：是真核生物进行细胞分裂的主要方式，细胞进行有丝分裂具有周期性。 1、细胞周期：连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始到下一次分裂完成为止。 △不同的细胞，细胞周期的时间不相同，只有连续分裂的细胞才有细胞周期。例如皮肤的生发层细胞、根的分生区细胞、植物形成层细胞等；而高度分化，失去分裂增殖能力的细胞，例如神经细胞，就不具有细胞周期。 2、两个阶段：分裂间期、分裂期。 ㈠、分裂间期： ⑴概念：整个细胞周期中的一部分，在这个期间细胞完成染色体中 DNA的复制和相关蛋白质的合成，染色质呈现出长的细丝状。 ⑵分裂间期与分裂期的关系：分裂间期为分裂期提供物质上的准备。 ⑶阶段：①G1期（DNA合成前期）：RNA和蛋白质迅速合成，细胞 体积显著增大，为进入S期准备。 ②S期（DNA合成期）：DNA的合成。 ③G2期（DNA合成后期）：RNA和蛋白质大量合成，为进入M期准备。 ⑷特点：为分裂期进行活跃的物质准备，完成DNA的复制和蛋白质的合成，同时细胞也有适度的生长。 ㈡、分裂期（M期）：分裂期是一个连续的过程，为了研究的方便，人为分为四个时期，即：前期、中期、后期和末期。 ⑴动植物细胞在分裂过程中的异同点
第十二章 细胞增殖及其调控
第十二章细胞增殖及其调控 一、填空题 1.在细胞有丝分裂中, 微管的作用是；微丝的作用是。 2.中心粒是由_________构成的，每个中心体各含有一对互相__________的中心粒，在细胞周期 的______________期进行复制。 3.动物细胞的有丝分裂器有、、和四种类型的微管；植物细 胞中没有。 4.细胞分裂的方式有、和。 5.细胞周期可分为四个时期即、、和。 6.最重要的人工细胞周期同步化的方法有阻断法和阻断法。 7.2001年诺贝尔医学和生理学奖授予了三位科学家，他们在方面作出了杰出贡献。 8.按照细胞增殖能力不同，可将细胞分为三类即、和。 9.在细胞周期调控中，调控细胞越过G1/S期限制点的CDK与周期蛋白的复合物称为。 10.以培养细胞为材料，通过有丝分裂选择法可以获得M期的细胞，这是因为培养的细胞在M期 时。 11.用DNA合成阻断法获得同化细胞时，常用的阻断剂是和。 12.MPF由两个亚单位组成，即和。当两者结合后表现出蛋白激酶活性， 其中为催化亚单位，为调节亚单位。 13.肝细胞和肌细胞属于不同细胞周期类型，肝细胞在受到损伤情况下能进行分裂，而肌细胞却 不行，由此可判断肝细胞属于，而肌细胞属于。 14.细胞周期中重要的检验点包括、、和。 15.在减数分裂的前期发生同源染色体的和等位基因的；在有丝分裂后期中， 是发生分离，而在减数分裂后期I中则是发生分离。 16.细胞减数分裂中，根据细胞形态的变化可以将前期Ⅰ分 为、、、、。 17.细胞完成和全过程称为细胞增殖周期，简称细胞周期。 18.根据增殖状况，可将细胞分为3类，分别为、、。 19.可以选用等DNA合成抑制剂可逆的抑制DNA合成，通过药物诱导实现细胞周期的同步 化。 20.用甲氨蝶呤将培养细胞同步化后再用秋水仙素胺短暂处理，可以获得大量的分裂相， 显带后将呈现出更多更细的带纹。 21.和动物细胞的细胞周期相比较，植物细胞的细胞周期两个突出的特点是和。 22.所有染色体排列到上，标志着细胞分裂已进入中期。 23.中期染色体沿纵轴存在和等特殊的结构。 24.中心体在期末开始复制。到达期，细胞已经含有了一对中心体，但两者不分开。 到达期，一对中心体开始分离，移向两极。 25.细胞分裂时形成的纺锤体有两种类型的微管分别为、。 26.关于染色体排列到赤道板上，目前流行的两种学说是、。 27.联会复合物在期形成，在期解体，重组结在期最明显。 28.减数分裂的特点是，细胞仅进行一次复制，随后又进行了两次。 29.在细胞减数分裂过程中，核仁是一种高度动态的结构，对于多数动物的卵母细胞而言，当处 于减数分裂前期Ⅰ的期时，核仁明显变大变多，一旦进入减数分裂前期Ⅰ的期，核仁便很快消失。
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细胞增殖及其调控 一、名词解释 1.MPF 2.细胞周期蛋白 3.APC 4.复制起点识别复合体 5.DNA复制执照因子学说 6.G0期细胞 7.癌基因 8.长因子 9.细胞周期10.联会复合体11.抑癌基因 二、选择题 1.G1期PCC(染色体超前凝集)为( ),S期PCC为( ),G2期PCC为( )。 A.粉末状，细单线状，双线状 B.细单线状，粉末状，双线状 C.双线状，细单线状，粉末状 D.双线状，粉末状，细单线状 2.周期蛋白中有一段相当保守的含100左右氨基酸序列,称为。 A.破坏框 B.PEST序列 C.周期蛋白框 D.PSTAIRE序列 3.破坏框主要存在于周期蛋白分子中。 A.G1期 B.S期 C.G2期 D.M期 4.G1中序列,与G1期周期蛋白的更新有关。 A.PEST序列 B.PSTAIRE序列 C.破坏框 D.周期蛋白框 5.CDK激酶结构域中,有一段保守序列,称( ),此序列与( )结合有关。 A.信号肽,破坏框 B.信号肽,周期蛋白 C.PSTAIRE,周期蛋白 D.PSTAIRE,破坏框 6.APC活性受到监控。 A.纺锤体检验点 B.检验点 C.Mad2 D.cdc2o 7.S期起始的关键因子是。 A.cyclinA B.cyclinB C.cyclinD D.cyclinE 8.染色质在期获得DNA复制执照因子。 A.G1 B.M C.S D.G2 9.复制起点识别复合体的蛋白质为。 A.Acp B.Orc C.Mcm D.Pcc 10.第一个被分离出来的cdc基因是( ),又称( )。 A.cdc2 CDK2 B.cdc1 CDK1 C.cdc2 CDK1 D.cdc1 CDK2 11.RNA和微管蛋白的合成发生在。 A.G1期 B.S期 C.G2期 D.M期 E.G0期 12.有丝分裂器的形成是在。 A.间期 B.前期 C.中期 D.后期 E.末期 13.对药物的作用相对不敏感的时期是。 A.G1期 B.S期 C.M期 D.G2期 E.G0期 14.CyclinA的合成发生在。 A.G1期向S期转变的过程中 B.S期向G2期转变的过程中 C.G2期向M期转变的过程中 D.M期向G2期转变过程中 E.S期 15.下列有关成熟促进因子（MPF）的叙述哪一条是错误的。
细胞增殖及其调控
第十二章细胞增殖及其调控 主要内容 ●细胞增殖(cell proliferation)的意义 ●细胞周期与细胞分裂 ●细胞周期调控 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基础。 ◆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。 ◆细胞增殖受到严密的调控。 第一节细胞周期与细胞分裂 ●细胞周期(cell cycle)概述 ●有丝分裂(mitosis) ●胞质分裂(Cytokinesis) ●减数分裂(Meiosis) 细胞周期调控的主要研究内容 一、寻找与细胞周期调控密切相关的基因及其表达蛋白，研究它们在细胞周期中的动态变化及相互作用的规律。 二、这些基因和蛋白如何启动和影响细胞周期各时相发生的分子事件，进而影响细胞周期的表型。 三、内外环境因素是怎样通过细胞内信号传递系统影响细胞周期的。 第二节细胞周期的调控(Cell-Cycle Control) ●细胞周期调控系统的主要作用 ●细胞周期检验点(Cell Cycle Checkpoint) ●MPF ●Cyclin-Cdk复合物的多样性及细胞周期运转 ●细胞周期运转的阻遏(细胞周期运转的负调控) 一、细胞周期(cell cycle)概述 ●细胞周期 ●细胞周期中各个不同时相及其主要事件 ●细胞周期长短测定 ●细胞周期同步化 ●特异的细胞周期 二、有丝分裂(mitosis) ●前期(prophase) ●前中期(prometaphase) ●中期(metaphase) ●后期(anaphase) ●末期(telophase)
2021年高中生物 第6章 第1节 细胞的增殖典例精析 新人教版必修1
2021年高中生物第6章第1节细胞的增殖典例精析新人教版必 修1 细胞体积与物质运输的关系 【例1】科学家研究发现，微生物细胞的代谢异常旺盛，每小时所转化的物质可达自身重量的上万倍，这是同等重量的高等动植物所望尘莫及的。资料显示，一般情况下生物越小，越能迅速地与外界环境进行物质交换，其单位时间内所转化物质的重量与其体重之比就越大。请你用以下所给的材料用具设计一个模拟实验，以验证这一事实，然后再回答下面提出的问题。(提示：物质的转化量可用物质的吸收量来反映) (一)设计实验 实验材料：琼脂块，质量分数为0.01% 的NaCl溶液(可被琼脂块吸收)，天平，小刀，尺子等。 实验步骤 第一步：用小刀将琼脂块切成三组边长分别为3 cm、2 cm和1 cm的立方体小块。 第二步： ________________________________________________________________________。 第三步：
________________________________________________________________________。 第四步： ________________________________________________________________________。 预期结果： ________________________________________________________________________。 实验结论： ________________________________________________________________________。 (二)回答问题 (1)该研究中所用的三种大小不同的琼脂块代表________。 (2)有人计算了三种琼脂块表面积与体积得出的相关数据如下表：通过对表中数据的分析，你得出的结论是 ________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _。
项目名称细胞分裂增殖调控的分子机理研究
项目名称:细胞分裂增殖调控的分子机理研究 完成人: 张传茂、蒋青、付文祥、傅静雁、王刚、陈强、刘沁颖 主要完成单位:北京大学 项目简介： 细胞分裂增殖是生物个体生长、发育和繁殖最重要的生命活动。它是由一系列高度动态且受到精密调控的细胞周期事件构成，包括细胞分裂起始时中心体复制、分离和成熟，核膜崩解，染色体凝集和列队，双极纺锤体装配等；以及细胞分裂结束时染色体去凝集，核膜重建等。这一复杂而精细的过程受到CDK、Polo 以及Aurora激酶家族严格的时空调控。细胞分裂增殖的异常会导致包括生长发育异常和肿瘤在内的多种疾病的发生。因此，有关细胞分裂增殖的机理研究具有重大的理论意义和应用价值。 本项目主要研究细胞分裂增殖过程中核膜崩解与重建的动态变化、中心体成熟、染色体凝集与列队以及双极纺锤体装配的调控机制，并取得了以下多项重要成果： 1. 建立了应用相关蛋白质小球和细胞(包括卵细胞)提取物为材料的非细胞体系核膜重建模式，并发现核转运蛋白importin-β参与核膜装配(Curr Biol, 2001, 2002)，使得核膜重建机理研究获得突破性进展。发现结合染色质的含有核定位信号的蛋白(如Nucleoplasmin)能够招募核转运蛋白importin-α，而importin-α又进一步招募importin-β。Importin-β通过结合被p34cdc2磷酸化了的核纤层受体蛋白LBR，将含有LBR的膜泡募集到染色质表面，并在RanGTP的作用下将它们释放下来以促进核膜重建(JBiolChem, 2010; JCell Sci, 2007; Cell Res,2012)，进一步为核膜装配的机理研究提供了重要理论基础。 2. 发现单个氨基酸位点突变可以在细胞定位和功能上实现Aurora-A向Aurora-B的转变，证实Aurora-A和Aurora-B激酶在调控细胞分裂时通过与不同底物结合，调控其自身的定位和功能，为分析Aurora-A和Aurora-B在细胞增殖过程中的调控模式及其在进化上的联系提供了新认识，也为特异性激酶抑制剂的筛选提供了新思路(PNAS, 2009)。该成果受到国际同行的积极评价，并被《NatRevCancer》、《Cur Opin Cell Biol》等广泛引用。 3. 发现Aurora A通过磷酸化TACC3蛋白，促进TACC3与纺锤体定位的clathrin结合并共同参与调控纺锤体装配(JCell Sci, 2010)。发现TACC3能够促进非中心微管成核、小星体装配和动粒-微管结合，再通过分选等关键调控步骤，建立纺锤体与染色体之间的联系(PNAS, 2013)，为双极纺锤体的装配、染色体列队和分离以及细胞分裂奠定了基础。上述成果对认识细胞分裂的机理具有非常重要的意义，受到国际同行的积极评价，并被《NatRevMolCell Biol》、《JCell Biol》等广泛引用。 4. 发现有丝分裂期激酶CDK1和Plk1时序性磷酸化中心体蛋白Nedd1，促进Nedd1与γ-tubulin的结合以增强γ-TuRC 在中心体的募集和微管锚定，进而促进中心体成熟和纺锤体装配(JCell Sci, 2009)。发现Plk1在细胞进入有丝分裂期之前促进纤毛的解聚(JCell Sci, 2013a)，为研究中心体成熟、纤毛解聚与细胞周期调节之间的内在联系提供了全新的机制，并受到了国际同行的认可和广泛引用。其中，针对Plk1在纤毛解聚中的研究，《JCell Sci》在出版当期以“PLK1 links ciliary disassembly andmitosis”为题作出配图评述和亮点文章推介。同时，国际顶级期刊《NatRevMol Cell Biol》也为该成果刊发了题为“Coordinating ciliary dynamics and cell proliferation”的研究亮点短评。
高中生物 第一节细胞的增殖
学案设计 第四单元第一章第一节 细胞的增殖 东营市二中单以涛 一、学习目标： 1.了解有丝分裂的过程。 2.说明细胞周期的概念，过程。 3. 说明动植物有丝分裂的区别。 4.体会有丝分裂的意义。 二、学习重点 有丝分裂的过程 三、学习难点 有丝分裂的特点 四、导学策略 （补充上） 五、导学流程 知识点1：细胞不能无限长大 【基础回顾】 1、多细胞生物体体积的增大，主要依靠增加细胞的数量，还要靠_________增大细胞的体积。 2、“细胞大小与物质运输的关系”实验 琼脂块的表面积与体积之比：随琼脂块的增大而 NaOH的扩散速度（深度）：随琼脂块体积的增大，扩散的速度（深度） NaOH扩散的体积与整个琼脂块体积之比：随琼脂块体积的增大而 3、细胞不能无限长大的原因 限制了细胞的长大；细胞核是细胞的；如果细胞太大，的“负担”就会过重，从而限制了细胞的长大。 【疑难探究】 1、生物体器官的大小取决于什么？细胞体积是不是越小越好呢？
生物器官大小主要取决于细胞数目的多少，也与细胞体积的增大有关。 细胞基本生命活动所需的物质与结构所占用的体积有最小值，因此细胞体积不能无限小。 2、为什么卵细胞的体积可以远大于一般细胞？ 卵细胞的卵黄中贮存了大量营养物质，卵裂初期所需的营养物质由卵黄提供，不是靠细胞外物质的输入；细胞的表面积与体积之比限制细胞的物质运输，而卵细胞内部储存了大量的营养物质，可以长得比较大。 知识点2：细胞通过分裂增殖、无丝分裂、细胞周期 【基础扫描】 1、细胞增殖是重要的细胞生命活动，是生物体、、、的基础。 2、细胞增殖包括和整个连续的过程。 3、细胞的分裂方式有三种：、和。 4、无丝分裂的过程：一般式先延长，核中部凹陷，缢裂成个细胞核；接着，从中部缢裂成两部分，形成两个子细胞。 【疑难探究】 思考真核细胞的三种分裂方式有什么区别和联系，并填写下表： 【跟踪训练】 1、进行有性生殖的生物，对维持其前后代体细胞染色体数目的恒定起重要作用的生理活动是： ( ) A．无丝分裂与受精作用 B．无丝分裂与有丝分裂 C．减数分裂与有丝分裂 D．减数分裂与受精作用
第十二章 细胞增殖及其调控
第十二章细胞增殖及其调控 一、名词解释 1、细胞周期：细胞物质积累与细胞分裂的循环过程。从一次细胞分裂结束开始，经过物质累积过程，直到下一次细胞分裂结束为止，称为一个细胞周期。 2、细胞周期检验点：是细胞周期中的一套保证DNA复制和染色体分配质量的检查机制。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复制受阻时，这类调节机制就被激活，及时地中断细胞周期的运行。待细胞修复或排除故障后，细胞周期才能恢复运转。（百度） 3、细胞分裂周期基因：与细胞分裂和细胞周期有关的基因，称为cdc基因。最早是在简单真核生物芽殖酵母和裂殖酵母中发现并分离出约40-50个细胞增殖必须的基因，根据被发现的先后顺序，分别命名为cdc2，cdc25，cdc28等。（百度） 4、细胞周期蛋白：其含量随细胞周期进程的变化而呈现出周期性变化。一般在细胞分裂的间期内积累，在分裂期内递减，尤其在后期急剧下降，在下一个细胞周期中又重复这一消长现象。简称周期蛋白。 5、CDK： 6、G0期细胞：指暂时离开细胞周期，停止细胞分裂，去执行一定的生物学功能。一旦得到信号指使，会快速返回细胞周期，分裂增殖的细胞。 7、细胞促分裂因子MPF: 在成熟的卵细胞的细胞质中，可以诱导卵母细胞成熟的一种物质，称为促成熟因子。 8、早熟凝集染色体PCC：与M期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的染色体凝集，称之为早熟凝集染色体 9、联会复合体：在联会的部位形成的一种特殊复合结构，沿同源染色体长轴分布，宽1.5-2μm，在电镜下可以清楚地显示其细微结构。 10、细胞周期同步化：是指在自然过程中发生或经人为处理造成的整个细胞群体处于细胞周期的同一时期 二、判断题 1、在细胞分裂时内质网也要经历解体与重建的过程。 2、在细胞有丝分裂的前期，染色体的动粒与动粒微管结合，形成纺锤体。 3、在细胞分裂时，动粒微管和极微管都参与了染色体的运动。 4、细胞周期分为G1、S、G2和M期，但不是所有的分裂细胞都有这四个时期。 5、部分细胞不能分裂。 6、细胞周期具有差异性，细胞周期时间的长短主要决定于G1期的时间长短。 7、减数分裂是生殖细胞分裂的方式。 8、在G1期，细胞会合成大量的营养物质，如糖、脂和所有的蛋白质。 9、减数分裂中，只有S期进行DNA的复制。 11、减数分裂中，在M期也会有部分DNA的复制。 12、组蛋白在S期合成。 13、中心粒在G1期复制。 14、磷酸化和去磷酸化对蛋白质的活性有重要的影响。 15、细胞分裂时，内质网和高尔基体等细胞器会解体成膜泡，在胞质分裂时这些膜泡会平均分配到两个子细胞中去。 16、减数分裂I结束后染色体的数量减半，但遗传物质的量不减半。 17、PCC现象的出现是因为M期细胞内具有促进染色质包装的因子。
第1节：细胞增殖与调控
细胞增殖调控基因水平cdc 基因① 蛋白水平周期蛋白结构 周期蛋白框：用于与CDK 结合 破坏框：参与泛素依赖性的cyclinA 和B 的降解 功能 核心部件几种周期蛋白CyclinD(D 1、D 2、D 3) 在G 1期起作用CyclinE 在G 1/S 过度起作用 CyclinA 在S 期起作用 降解：泛素和蛋白依赖途径被蛋白酶体降解 CyclinB 在M 期起作用 积累：G 1晚期开始合成，G 2期含量达到最大 降解：泛素和蛋白依赖途径被蛋白酶体降解 CDK(周期蛋白依赖性蛋白激酶)结构 PSTAIRE 序列：用于与周期蛋白框结合功能与周期蛋白结合，磷酸化各种底物，在G 2期进入M 期的中期起重要作用 活性调节抑制作用的酶weel/mik1激酶 活化作用的酶 CDK 活化酶(CDK1-activating kinase)过程（图①） 几种CDK 介绍CDK1与CyclinB 结合在G 2晚期达到最大值，磷酸化多种底物蛋 白，促进染色质浓缩，核纤层解聚，核仁解体 APC(后期促进复合物)功能 促进驱动蛋白在极微管上的结合，是细胞周期由分裂中期向后期转换的关键 APC 活化，导致M 期蛋白降解，M-CDK 活性丧失 活性调节正调控因子 cdc20位于染色体动粒上，是姐妹染色单体分离所必须的 M 期CDK 激酶 负调控因子：Emi1、Emi2、Mad2、BubR1 与cdc20结合，抑制其活性，从而抑制APC 的活化，Mad2消失后才解除抑制 MPF(卵细胞成熟促进因子) 周期蛋白p45与CDKp32结合的蛋白，促进细胞分裂G 1/S 期转化(下图) S/G 2/M 器转换与DNA 复制检验点（略）
第九章 细胞的增殖与分化 问答题
问答题 1.细胞分裂间期的各时期发生有哪些主要事件？ 期调控中的作用机制与意义。 2.请简述P53蛋白在G １ 3.简述基因表达的调控机制。 4.试述细胞进入M期的调控。 5.细胞增殖的调控因素有哪些？它们是如何调控细胞增殖的。 6.细胞周期调控蛋白有哪几种？它们在细胞周期调控中是如何发挥其功能的？ 7.简述Cyclin-Cdk的组成与作用? 8.什么是成熟促进因子MPF，有何作用？ 9.细胞周期中有哪些主要检查点？细胞周期检查点的生理作用是什么？ 10.何谓细胞周期检查点？它有何作用？ 11.简述分化细胞的特点。 12.为什么说细胞分化是基因选择性表达的结果？ 13.什么是基因的差别表达？在细胞分化中有什么作用？ 14.什么是细胞决定？与细胞分化的关系如何? 15.以血细胞为例，简要说明细胞分化潜能的变化。
参考答案 二、问答题 1.细胞分裂间期的各时期发生有哪些主要事件？ 细胞增殖周期是细胞从一次分裂结束开始，到下一次分裂终了所经历的全过程，可分为间期和分裂期。与分裂期细胞的急剧而明显的形态变化相比，间期细胞的形态变化不明显，但其间进行着比较复杂的化学变化。间期细胞最显著的特征就是进行DNA的复制，其次就是进行RNA和蛋白质的合成。根据DNA的合成情况，又可把间期分为DNA合成前期(G l 期)、DNA 合成期(S期)、DNA合成后期(G 2 期)。 其中G l 期非常重要，G l 期的限制点(R点)是控制细胞增殖的关键，决定了细胞的3种不 同命运：①继续增殖细胞，细胞通过R点，连续进行增殖，始终保持旺盛的增殖活性，能量代谢和物质代谢水平高，对外界信号高度敏感，分化程度低，周期时间较为恒定；②暂不增殖细胞，细胞长时间地停留在G l 期，合成大量特异性的RNA和蛋白质，在结构和功能上发 生分化。随后，代谢活性下降，处于细胞增殖的静止状态(G 期)，但并没有丧失增殖的能力，在适宜的条件下被激活成增殖状态；③不再增殖细胞，细胞丧失了增殖能力，始终停留在 G l 期，结构和功能上发生高度分化，直至衰老死亡。细胞越过R点后，就加速合成DNA复制所必须的各种前体物质和酶，同时，DNA解旋酶和DNA合成启动因子也急剧增加，为进入S 期DNA复制作准备。 S期最主要的特点是DNA复制和组蛋白、非组蛋白等染色体组成蛋白质的合成，通过DNA 复制精确地将遗传物质传递给M期分裂的子细胞，保证遗传性状的稳定性。因此，S期是整个细胞周期中最关键的阶段。 G 2 期中加速合成RNA和蛋白质，其中最主要的是合成有丝分裂因子和微管蛋白等有丝分裂器的组分，另外细胞成分如磷脂的合成增加并进行ATP能量的积累，为有丝分裂进行物质和能量准备。 总而言之，有丝分裂间期主要是细胞积累物质的生长过程，只有缓慢的体积增加，形态上看不到明显的变化，但其间进行着旺盛的细胞代谢反应，进行DNA的复制、RNA和蛋白质的合成，为有丝分裂作准备。 2.请简述p53蛋白在G１期调控中的作用机制与意义。 G1期是从分裂完成到DNA复制前的时期，又叫合成前期。合成rRNA、蛋白质、脂类和 糖类。在末期，DNA合成酶活性增加。G l 期非常重要，存在于G1晚期的G1/S检查点是控制细胞增殖的关键，在酵母中称start点，在哺乳动物中称R点(restriction point)，控制细胞由静止状态的G1进入DNA合成期，相关的事件包括：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？ 在G1期检查点监视到DNA损伤时，损伤修复机制使p53蛋白被磷酸化而激活，活化
细胞增殖及其调控试卷及答案
细胞增殖及其调控试卷及答案 一．名词解释 1.细胞周期 2.检验点 3.cdc基因 4.细胞同步化 5.成熟促进因子（MPF） 6.周期蛋白框 7.CDK激酶 8.DNA复制执照因子学说 9.zygDNA 10.复制起始点识别复合体 二．选择题 1．用适当浓度的秋水仙素处理分裂期细胞，可导致（）. A.姐妹染色单体不分离 B.微管破坏 C. 微管和微丝都被破坏，使细胞不能分裂 D.姐妹染色单体分开，但不向两极移动2．染色单体间向细胞两级分离是在有丝分裂的（） A. 末期 B.中期 C.后期 D.前期 E.间期 3．交换发生在减数分裂的（） A.前期I B.间期 C.后期I D. 中期II E.前期II 4.成熟促进因子是在（）合成的。 A. G1期 B. S期 C. G2期 D.M 期 5．当细胞进入M期后下列那些现象不发生？( ) A.染色质浓缩 B.组蛋白H1脱磷酸化 C.核膜、内质网和高尔基体 D.纺锤体形成 6．细胞周期的长短取决于（） A. G1期 B.S期 C. G2期 D.M期 7．在细胞周期的那个时期，周期蛋白的浓缩程度最高？（） A. 晚G1 期和早S期 B. 晚G2 期和早M期 C. 晚G1 期和晚G2期 D. 晚M 期和晚S期 8．在细胞周期中，核仁、核膜要消失，这一消失出现在（） A. G1期 B. S期 C.G2期 D.M期 9．同步生长于M期的HeLa细胞与另一个同步生长的细胞融合，除看到中期染色体外还见到凝缩成粉末状的染色体，推测这种同步生长的细胞是处于（） A. G1期 B.S期 C.G2期 D.M期 10．Cdc2基因的产物是（） A. 细胞周期蛋白 B. P53 C. 细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶 D.CAK 11.在减数分裂过程中，同源染色体配对，形成联会复合体，这种现象出现在前期I的（） A. 细线期 B.偶线期 C. 粗线期 D.双线期 12．如果将一个处于S期的细胞与一个处于G1期的细胞融合，那么（）.
细胞的生物的学[第十二章细胞的增殖及其调控]课程预习
第十二章细胞增殖及其调控 一、细胞周期概述 (一)细胞周期 细胞周期是指细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分完成所经历的一个有序过程。其间细胞遗传物质和其他内含物分配给子细胞。 细胞周期时相组成：间期(inter phase)：G1期、S期、G2期；有丝分裂期(mitosis phase)：M期；胞质分裂期(cytokinesis)。 细胞沿着G1→S→G2→M→G1周期性运转，在问期细胞体积增大(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。 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。 根据增殖状况，细胞分类三类：连续分裂细胞(cycling cell)、休眠细胞(G0细胞)和终末分化细胞。 (1)连续分裂细胞这类细胞始终保持旺盛的增殖活性，不停地通过G1期及细胞周期各时期，完成细胞分裂，称为增殖细胞。这类细胞代谢水平高，对环境信号敏感，分化程度都比较低，如：胚胎早期的细胞、造血干细胞、上皮基底细胞，它们对机体的建立和组织的更新起了十分重要的作用。 (2)休眠细胞这类细胞可长期停留在G1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。通常把这类细胞称为G0期细胞。如：肝、肾的实质细胞、血液中的淋巴细胞都属于这类细胞。它们通常处于G0状态，当组织受到损伤或激素的刺激时可重新进入细胞增殖周期。细胞遗传学中常用PHA(植物凝集素)来刺激处于G0状态的淋巴细胞进入细胞周期，从而获得大量分裂期细胞来制备染色
人教版必修一 第6章 第1节 细胞的增殖 作业
6.1 细胞的增殖 1下图所示为光学显微镜下观察到的根尖分生区的细胞,视野内看到最多的细胞是( ) 【解析】在一个细胞周期中,分裂间期大约占细胞周期的90%~95%,所以显微镜下看到最多的是处于间期的细胞。B项图中细胞具有核膜、核仁,且染色体以细丝状的染色质状态存在,为分裂间期细胞。 【答案】B 2细胞有丝分裂过程中，DNA复制、着丝点分裂、姐妹染色单体形成及消失依次发生在( ) A．间期、后期、间期、后期B．间期、后期、中期、后期 C．间期、后期、末期、后期D．前期、中期、后期、末期 【解析】细胞在有丝分裂间期，DNA分子完成复制，姐妹染色单体形成；直到后期，着丝点分裂，姐妹染色单体分开形成两条子染色体，即染色单体消失。 【答案】A 3有关动物细胞有丝分裂的叙述，正确的是( ) A．细胞板在细胞有丝分裂末期形成 B．同源染色体配对通常发生在分裂前期 C．在分裂末期，细胞膜内陷形成两个子细胞 D．在分裂中期，两个中心粒复制形成两组中心粒 【解析】高等植物细胞分裂过程中都有在细胞的中央生成的薄膜结构，称为细胞板，此题背景为动物细胞，故A错；有丝分裂不出现同源染色体配对，所以B错；C描述的是典型的动物细胞分裂末期的现象，正确；两个中心粒分别移向细胞两极是细胞分裂前期的特征，故D 错。故选C。 【答案】C 4染色体和染色质是同一物质在细胞周期不同时期的两种存在形式( ) A．间期为染色体，分裂中期为染色质 B．间期为染色体，分裂后期为染色质 C．间期为染色质，分裂中期为染色体 D．分裂中期为染色体，后期为染色质 【解析】在细胞有丝分裂间期，细胞核中的遗传物质以染色质状态存在，随着间期复制完成，在分裂前期螺旋、浓缩成染色体，以染色体的状态存在，便于细胞在分裂中、后期实现对遗
13细胞增殖及其调控复习题
第十一章细胞增殖及其调控复习题 本章基本内容概要： 本章主要讲了两个问题： 细胞增殖是生物繁殖和生长发育的基础。细胞周期的时间长短可以通过多种方法测定。细胞周期还可以通过某些方式实现同步化。最重要的人工细胞周期同步化方法包括DNA合成阻断法和分裂周期阻断法。 1. 真核细胞的细胞周期一般可分为四个时期，即G1期、S期、G2期 和M期。前三个时期合称为分裂间期，M期即分裂期。分裂间期 是细胞分裂前重要的物质准备和积累阶段，分裂期即为细胞分裂 实施过程。根据细胞繁殖情况，可将机体内所有细胞相对地分为 三类，即周期中细胞、静止期细胞和终末分化细胞。周期中细胞 一直在进行细胞周期运转。静止期细胞为一些暂时离开细胞周 期，去执行其生理功能的细胞。静止期细胞在一定因素诱导下， 可以很快返回细胞周期。体外培养的细胞在营养物质短缺时，也 可以进入静止期状态。终末分化细胞为那些一旦生成后终身不再 分裂的细胞。 在一个细胞周期中，DNA只复制一次，发生在S期。在M期，复制的DNA伴随其他相关物质，平均分配到新形成的两个子细胞中。M期也可以人为地划分为前期、前中期、中期、后期、末期和胞质分裂等几个时期。减数分裂是一种特殊的有丝分裂方式。生殖细胞在成熟过程中发生减数分裂。其特点是，DNA复制一次，然后发生两次连续的有丝分裂，导致最终生成的子细胞中染色体数目减半。减数分裂I 的前期I时间长，过程复杂，因而又分为细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期。由于减数分裂过程中有遗传物质的交换和受精时不同个体遗传物质的混合，而使子代个体具有更大的变异性。 2. 细胞周期的调控 细胞周期运转受到细胞内外各种因素的精密调控，细胞内因素是调控依据。周期蛋白依赖性CDK激酶是细胞周期调控中重要因素。目前已发现，在哺乳动物细胞内至少存在8种CDK激酶，即CDK1至CDK8。CDK 激酶至少含有两个亚单位，即周期蛋白和CDK蛋白。周期蛋白为其调节亚单位，CDK蛋白为其催化亚单位。周期蛋白也有多种，在哺乳动物细胞中包括周期蛋白A、B、C、D、E、F、G和H等，分别与不同的CDK 蛋白结合。不同的CDK激酶在细胞周期中起调节作用的时期不同。CDK激酶通过磷酸化其底物而对细胞周期进行调控。CDK激酶活性也受到其他因素的直接调节。除CDK激酶及其直接活性调节因子外，还有
第一节 细胞增殖 教学设计 教案
教学准备 1. 教学目标 1.简述细胞的生长和增殖的周期性。 2.描述细胞的无丝分裂。 3.概述细胞的有丝分裂过程。 2. 教学重点/难点 教学重点： 真核细胞有丝分裂的细胞周期和有丝分裂的过程。 教学难点： 真核细胞有丝分裂的细胞的染色体形态、数目、位置和运动的变化是一个动态而又微 观的过程。 3. 教学用具 教学课件 4. 标签 教学过程 教学过程设计 （一）、导入新课 [师]从细胞水平来看，一个蛙的受精卵需要怎样的途径才能成为一只成蛙呢？ 学生小组讨论、代表回答：需要不断进行细胞体积的扩大与细胞分裂，还要细 胞的分化等。 [师]细胞生物学的研究也证明了以上观点，生物体的体积增大，即生物体的生长，既靠细胞生长增大细胞的体积，还要靠细胞分裂增加细胞的数量。事实上，不同生物同类器官或组织的细胞大小一般无明显差异，器官大小主要决定于细 胞数量的多少。
（二）、细胞不能无限长大 [师]细胞为什么不能无限长大？什么因素限制了细胞的长大？ [生]细胞体积越大，需要的营养物质越多，需要排出的代谢废物也越多，物质的输入和输出也会遇到困难。 [师]随着细胞的长大，细胞膜的面积不是也在扩大吗？下面通过模拟实验来探讨这个问题。 学生分组实验：①将实验桌上准备好的琼脂块（内含酚酞）切成边长分别为 25px、2 cm、3 cm的立方体；②将以上三种琼脂块样品，同时置于盛有适量0.1%的NaOH溶液的烧杯中，处理10 min；③取出琼脂块样品，吸干浮液后，分别将每一样品切成两半，观察切面，测量每一切面上NaOH扩散的深度并记录数据。 学生活动：各小组对实验采集的数据进行讨论分析，小组代表陈述观点。 分析： （1）琼脂块的边长越长，NaOH在琼脂块中的扩散效率越差。 （2）边长为3 cm、2 cm、1 cm的琼脂块分别看作三个植物细胞的话，那么细胞表面积与体积的比值是依次增大的。 （3）因而，我们有理由相信，生物的异常旺盛的代谢与其细胞的S/V相对直接有关。细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输的效率就越低。 [师]细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大。可见，生物体的长大主要靠细胞的数量增多，即细胞的增殖来实现。 （三）、细胞周期 [师]细胞以分裂的方式进行增殖。 [师]像草履虫、变形虫这些单细胞生物，细胞分裂有什么作用呢？ [生]通过细胞分裂可以产生后代，起到生殖和繁衍种族的作用。 [师]对多细胞生物来讲，细胞分裂又有什么作用呢？ [生]细胞分裂可以增加体细胞的数目，是细胞分化、组织与器官形成的基础。 [师]细胞的增殖是生物体生长、发育、生殖和遗传的基础。