【细胞生物学】细胞分裂和周期

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◆纺锤体微管滑动假说 这种假说认为∶极-极分离是由极微管的两种不同类型 的变化引起的。 ●首先,极微管在+端添加微管二聚体进行聚合延长，使 两极的极微管产生重叠的带(overlap zone)。 ●第二，极微管产生滑动， 产生将两极分开的力。 ●微管间的横桥能够提供 机械-化学的活动。横桥上 有较高的ATP酶活性,推测 是一种分子发动机。
◆细胞周期蛋白基因的cDNA分析
●N端破坏框(destruction box)
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泛素与周期蛋白的降解
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APC的活性调节控制周期蛋白B的降解
◆APC称为促后期复合物
◆当MPF的活性在有丝分裂中期达到最高峰时, 它 将APC磷酸化并将其激活； ◆接着发生周期蛋白B泛素多聚化, 引起周期蛋白B 的降解；
细 胞 间 期
有 丝 分 裂 期
◆M期,即有丝分裂期(mitosis phase)。
不一定每种细胞都有四个时期，如胚 7 胎细胞卵裂没有G1期。
细胞周期和细胞类群
◆持续分裂细胞 生殖细胞 造血干细胞
◆终端分化细胞 神经细胞 肌细胞
永久性失去了分裂能力的细胞。 ◆G0细胞
又称休眠细胞。暂时脱离细胞周期 , 不进 行增殖 , 也叫静止细胞群 , 如某些免疫淋巴
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◆粗线期(pachytene stage, pachynema) 又称重组期(recomination stage)，主要特点： ● 四分体(tetrad)
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动 物 细 胞 的 胞 质 分 裂
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高等植物细胞的胞质分裂
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有丝分裂的机制
纺锤体微管类型及形成
◆纺锤体又称为有丝分裂器 (mitotic apparatus) ●动粒微管 Kinetochore microtubules ●极微管 Polar microtubules ●星微管 Astral microtubules ◆中心粒（复制—分离—复制周期） ●中心粒确定分裂极 ●形成纺锤体
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P53 在 细 胞 周 期 调 控 中 的 作 用
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细胞周期关卡对细胞周期的控制
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MPF的作用机制
◆促进染色体凝集 ●H1组蛋白磷酸化
●H3组蛋白磷酸化
◆核被膜解体 ◆核纤层磷酸化 ◆纺锤体形成 ◆高尔基体和内质网片段化 细胞相关的酶与蛋白质磷酸化
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MPF 与核 纤层 解体
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MPF激活肌球蛋白促进胞质分裂
细胞, 肝细胞等。
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Phases of the cell cycle
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细胞周期各时相的合成活动
◆G1期 (Gap1 phase)：rRNA, 蛋白质，糖类
和脂类 ◆S 期 (synthesis phase)：DNA和组蛋白 ◆G2 期(Gap 2 phase)：ATP，RNA，蛋白质 ◆ M期： 核分裂和胞质分裂
●这一时期的主要特点是:着丝粒分开,染色单体移向 两极。
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◆末期(telophase) ●后期结束 ,染色单体平均分配到纺锤体的两极 ,核膜 片段重新包围两组染色体 , 形成完整的核膜 , 并在 两极重新形成 ●该期的主要特点是 :染色体解螺旋形成细丝 ,出现核 仁和核膜。
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胞质分裂(Cytokinesis) ◆ 胞质分裂是有丝分裂的最后一个阶段，产生两 个子细胞 ◆ 胞质分裂通常在分裂末期开始，通过MPF的激 活触发 ◆动物细胞的胞质分裂由膜下方微丝和肌球蛋白 II组成的收缩环介导完成. ◆收缩环的位置由纺锤体的赤道面决定。 ◆分裂通过肌球蛋白沿微丝滑动，使微丝紧缩， 最终将细胞质一分为二。
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纺锤体微管的类型
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中心粒的复制周期
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染色体分离：
◆染色体分离的力 ●拉力：由动粒微管去装配产生
●推力：由极微管的聚合所产生
◆后期可分为两个阶段∶ ●后期A：微管去聚合假说
●后期B：
纺锤体微 管滑动假说
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纺锤体微管运动机理 ◆微管去聚合作用假说 ●该假说的特点是：动粒微管不断解聚缩短,造成将 染色体拉向两极。 ●微管的正端插入动粒的外层,微管蛋白分子与动粒 蛋白分子有亲和性 , 微管蛋白在此端去组装。在 动粒中 ,ATP 分子水解可以提供能量 , 驱动微管上 的动力蛋白向极部移动,拉动染色体向极移动。
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12.3 有丝分裂
◆有丝分裂是指整个细胞分裂, 包括核分裂和胞质分裂 两个过程。 ◆核分裂主要是通过纺锤丝的形成和运动，以及染色体 的形成，把在S期已经
复制好了的DNA平均分
配到两个子细胞，以保 证遗传的连续性和稳定
性。由于这一时期的主
要特征出现纺锤丝，故 称为有丝分裂。
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◆前期(prophase)
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细胞周期调控中的物质鉴定
细胞融合实验
◆研究者：1970年，Colorado 大学的Potu Rao 和 Robert Johnson ◆研究思路研究方法 ◆使用的细胞系：G1和S;M分别和G1，S和G2
●早熟染色体凝集(premature chromosome condensation,PCC ）
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间期核的重装配
◆有丝分裂后期，两个新核 在分开的姊妹染色体附近 形成 ◆染色体去凝聚和核膜重新 装配与Cdc2的失活有关 ◆细胞周期的后期，细胞周 期蛋白 B 降解后， MPF 很 快失活，磷酸酶很快激活 并将核纤层蛋白脱磷酸， 导致核被膜的重建。
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百度文库
12.4 减数分裂(meiosis)
◆减数分裂是生殖细胞进行的产生配子的分 裂过程，其结果是产生了染色体组数目减 半的配子； ◆连续的两次分裂 ●第一次减数分裂 ●第二次减数分裂 ◆两个基本特点
●染色体组数目减半
●发生遗传重组
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减数分裂
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减数分裂I (Meiosis I)
第一次减数分裂的两个特点 ◆一对复制了的同源染色体分开，分别进入两个子 细胞，同源染色体分开之前通常要发生交换重组。 ◆在染色体组中，同源染色体的分离是随机的，同 源染色体组要发生重组合。
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减数分裂I——前期I
核定位和输出信号 输出和输入蛋白
Ran蛋白
◆帮助蛋白质折叠和装配 ◆蛋白质的转运和定位 ◆参与细胞器和细胞核结构 的发生 ◆应激反应 ◆参与信号转导
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DNA的压缩过程
端粒的结构功能
核 小 体 的 结 构
2
染色体和染色质的概念？
灯刷染色体
多线染色体
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CHAPTER 12
细胞周期和细胞分裂 cell cycles and cell division
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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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MPF的发现
成熟促进因子(maturation promoting factor， MPF）,早期称为M-期促进因子，是指M期 细胞中存在的促进细胞分裂的因子 ◆实验设计 ●实验材料的选择：爪蟾卵母细胞 ●实验方法：M期和间期提取物分别注射 ◆纯化得到MPF
细胞形态，染色质，骨架，核仁
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12.2 细胞周期的调控
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” 的基因对控制细胞 周期的最初阶段具有决定性的 作用。 ◆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CYCLIN.
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MPF的结构组成
◆是由两个不同的亚基组成的异质二聚体: ●催化亚基 ▲是丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶 ▲其活性有赖于周期蛋白，故蛋白称为周期依 赖性蛋白激酶(cyclin-dependent protein kinases,Cdks); ●调节亚基：周期蛋白 (cyclin)。
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细胞周期蛋白的鉴定
◆由于周期蛋白 B是MPF的一个必需亚基 , 它的降
解势必导致MPF的失活； ◆在 G1 期的后期 ,APC 失活 , 使得周期蛋白 B 的浓度
升高,同时提高MPF的活性, 以便进入下一个有丝
分裂期。
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周期细胞中细胞周期 蛋白水平的调控
分裂期
泛素
间期
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真核生物细胞周期调控的一般模型
◆三类周期蛋白-CDK复合物:
●G1期周期蛋白-CDK复合物 DNA复制酶类，S期CDK复合物基因表达
●S期周期蛋白-CDK复合物
将DNA预复合物激活 ●有丝分裂周期蛋白-CDK复合物
诱导染色体凝聚、核膜解体、纺锤体装配
◆三个关键的过渡 ●G1期→S期
●分裂中期→分裂后期
●分裂后期→分裂末期及胞质分裂期过渡
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真核细胞周期调控模型
point)。
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细胞周期的3个关卡
DNA是否复制？ 环境是否合适？
所有染色体都 与纺锤体结合？
环境是否合适？
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细胞周期中的三个主要关卡
◆G1关卡(靠近G1末期) ◆G2关卡(在G2期结束点) ◆分裂中期关卡(在中期末) 在每一个关卡 , 由细胞所处的状态和环 境决定细胞能否通过此关卡,进入下一
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细胞周期的关卡
◆与细胞分裂有关的基因称为细胞分裂周
期(cell division cycle, cdc) 基因。这些基
因表达的有序性, 受一些控制系统的监测 ●如酵母细胞在 DNA 合成开始的前有启动 点(START)； ●在哺乳类细胞中称为R点或限制点
(restriction point), 亦 称 为 关 卡 (check
阶段。
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◆G1关卡(START或限制点): ●在 G1 关卡 ( 在酵母中称 START, 而在哺乳动物中 称限制点 ) ，主要是监测细胞的大小和营养状态； ● G1关卡是细胞周期的主要控制点 ,它决定着细胞 能否分裂； ◆ G2 关卡: ●G2关卡监视DNA复制是否完成，完成后才允许 有丝分裂的开始。 ◆ M phase checkpoint : ●M phase checkpoint 监视染色体是否都与纺锤体 正确相连，并排列在赤道面上，以保证子细胞可 以得到一套完整的染色体
◆研究思路
◆实验设计
●获得同步化的受精的海胆卵细胞 ●在有放射性氨基酸的培养液中培养 ●每10分钟取一次样分离纯化蛋白质进行分析 ◆实验结果
●发现了周期蛋白B(cyclin B)：
●周期蛋白B的cDNA克隆与周期蛋白B的鉴定
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细胞周期蛋白在海胆胚胎细胞中 的积累和降解
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有丝分裂的退出：周期蛋白B的降解
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◆中期(metaphase)
●染色体进一步凝缩,并移到赤道附近,排列在赤道板
●姐妹染色单体的着丝粒分别与一条或多条来自对 面的纤维结合, 成为被争夺的对象
●该期主要特点是姐妹染色单体位于赤道板上 ,着丝 粒分别被两端的中心体发出的纤维连接
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◆后期(anaphase) ●染色体在纺锤体纤维的作用下拉向两极 , 进而造成 着丝粒分开,染色单体进一步移向两极,几乎所有的 姐妹染色单体都同时分裂 , 此时每条染色单体称为 染色体。
前期发生的主要事件有四个 :染色体的凝 集、分裂极的确定、核仁的消失和核膜的 解体。
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◆前中期(prometaphase)
●在此时期 , 核周围的纺锤体侵入细胞核的中 心区 , 一部分纺锤体微管的自由端最终结合 到着丝点上,形成动粒微管。 ●前中期的特征是染色体剧烈地活动 , 个别染 色体剧烈地旋转、振荡、徘徊于两极之间。
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细胞周期时相及类型
Phases of the cell cycle ◆G1期(Gap 1 phase),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 (DNA synthetic phase); ◆G2期(Gap 2 phase), 即DNA合成后(S 期)到有丝分裂前的一个间歇期;
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OUTLINE
12.1 细胞周期
12.2 细胞周期的调控
12.3 有丝分裂
12.4 减数分裂
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12.1 细胞周期 cell cycles
细胞周期是指连续
分裂的细胞通过有丝
分裂产生新细胞生长 开始，到下次有丝分
裂产生子细胞结束为
止所经历的全过程。 在这一过程中,细胞 的遗传物质进行复制 并均等地分配给两个 子细胞。
●主要事件是完成同源染色体的配对，在此过程 中要发生配对同源染色体间的分子重组
●该期细分为细线期、偶线期、粗线期、双线期、 终变期等。
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前期I的5个阶段
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◆细线期(leptotene stage,leptonema)，又称凝集期，主要特 点：染色体已加倍，并凝缩成细线状,但看不到染色体的 双重性。 ◆偶线期(zygotene stage, zygonema)，又称配对期： ●联会与联会复合体：细胞减数分裂前期的偶线期，同源 染色体两两配对，形成双价体。 ●二价体与四分体： 联会复合体有父母双 方同源染色体组成， 含有四条染色单体。