细胞生物学第十二章细胞增殖与调控

•（四）后期 •指妹妹染色体单体分开并移向两极的时期。分为后 期A、后期B两个过程。
（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。
6、胞质分裂
动物细胞：4个步骤： （1）形成分裂沟。分裂沟的定位与纺锤体 的位臵明显相关。钙离子浓度变化影响分 裂沟的形成。 （2）肌动蛋白聚集和收缩环形成。 （3）收缩环收缩。 （4）收缩环处细胞膜融合形成两个子细胞。
三、染色体运动机制 1、染色体列队：染色体列队是启动染色体
分离并向两个子细胞平均分配的先决条件。 （1）Mad2蛋白和Bub1蛋白使动粒敏化， 易于捕捉微管。动粒与微管结合后消失。 （2）列队机制：牵拉假说和外推假说 （3）后期信号的启动（后期促进因子复合 体APC） 染色体排列到赤道板之前， Mad2蛋白和 Bub1蛋白抑制APC 的活性。
2、周期蛋白的分类 现已发现几十种，表达时间不同，功
能也不同。分为G1期周期蛋白（包括 周期蛋白C、D、E、cln1、cln2、 cln3等，在G1向S期过渡时起作用）， M期周期蛋白（周期蛋白A、B，在G2 向M期过渡中发挥功能。
3、周期蛋白的特点
各种周期蛋白之间的共性： 1、含有一段保守序列，称为周期蛋 白框，这一序列是它和催化亚基结 合的位点； 2、A和B在N端具有破坏框，其余分 子在C端具有PEST序列，这些均与 周期蛋白的降解相关。
二、与有丝分裂相关的亚细胞结构 1、中心体：由两个互相垂直的中心粒和周
围的无定形基质组成，是动物体的微管组 织中心。间期细胞中的微管围绕中心体装 配，如星光四射，称为星体。 中心体周期：中心体在G1期末期复制，G2 期移向两极。
2、动粒与着丝粒
动粒又称着丝点，是着丝粒的外层部分。
分为内、中、外三层。动粒上有动粒蛋白 CENP。染色体依靠动粒捕捉微管。 3、纺锤体 由微管和微管结合蛋白组成。分为星体微 管、动粒微管和极性微管。 纺锤体的组装：涉及微管在 中心体周围的 组装（微管蛋白的 作用）和 中心体的 分 离（驱动蛋白和胞质动力蛋白）。
特点： 1、无中心体，但仍能装配成纺锤体。 2、以形成中间板的形式进行胞质分裂。 来自内质网、高尔基体的小泡由微管介导 在赤道板集中，融合为成膜体，最后成膜 体与细胞膜相通，内质网参与形成胞间连 丝。
•植物细胞末期近两极处纺锤
丝消失，中间微管保留，并
数量增加，形成成膜体。
•来自高尔基体囊泡沿微管转
五、细胞周期运转调控
（一）G2/M期转化与CDK1激酶的关键
性调控作用 1、CDK1激酶（MPF）是G2/M期转化的调 控因素 CDK1（P34cdc2）+周期蛋白B 2、CDK1激酶活性的调节 Weel/MIK1和cdc25的调节作用
周期蛋白在CDK1激酶活性调节中的作用
五、细胞周期运转调控
主要是DNA合成、组蛋白合成，还有一些
其它蛋白质的合成。 3、G2期 为进入M期做准备。有活跃的蛋白质合成。 G2期检验点 4、M期：分裂期 纺锤体组装检验点
三、特异的细胞周期
（一）早期胚胎细胞的细胞周期 两栖类、海洋无脊椎类、昆虫类的早期胚
胎细胞最为明显。 特点：1、卵细胞在成熟过程中积累了大量 物质基础，可满足早期胚胎发育的物质需 要 2、受精卵开始分裂后，总体积不增加，卵 裂球体积越分越小。 3、卵裂持续时间大大短于体细胞周期，G1、 G2非常短。
科学家以海胆卵为研究材料，发现了周期 蛋白A和B。这两种蛋白质含量随细胞周期 进程变化，称为cyclin。后发现此周期蛋 白在其它真核生物中普遍存在，是细胞进 入M期所必需的。 周期蛋白B是MPF的另一成分。 p32 = p34 cdc2=CDK MPF p45 = 周期蛋白B= p56 cdc 13
后 期 的 纺 锤 体 微 管 滑 动 模 型
B
（3）染色单体的分离
分离酶水解连接染色单体的
cohesin蛋白复合体，导致染色单 体的分离。 分离酶活性的调节：受到APC的调 节。
第 三节 细胞周期的调控
一、MPF的发现及其作用 二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF 的关系 三、周期蛋白的发现 四、CDK激酶 五、细胞周期的运转
不同的周期蛋白在细胞周期中的表
达时间不同，并与不同的CDK结合， 表现出激酶活性，调节细胞周期的 进行。
四、CDK激酶及其抑制物
1、cdc基因产物的特点
含有一段类似的序列，都可以与周期
蛋白结合，进而表现出激酶活性，因 此被统称为周期蛋白依赖性蛋白激酶， 简称CDK激酶。如CDK1（cdc2)、 CDK2、CDK3等。不同的CDK与不同 的周期蛋白结合，在细胞周期中执行 不同的功能。
2、CDK激酶活性的调节 （1）必须与相应的周期蛋白结合才具
有激酶活性。 （2）关键位臵的磷酸化 （3）抑制因子的调节 CDK激酶抑制物 （CDKI），分别归 为CIP/KIP家族和INK4家族。
五、细胞周期运转调控
CDK激酶是细胞周期运转的引擎分子。
（一）G2/M期转化与CDK1激酶的关键性调 控作用 （二）M期周期蛋白与分裂中期向分裂后期 转化 （三）G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性 CDK激酶 （四）DNA复制延搁检验点参与调控S/G2/M 期转化
一、MPF的发现及其作用
1、用M期hela细胞与各间期的细胞融
合，发现染色体超前凝集现象 （PCC），说明M期细胞中可能存在 一种物质，诱导染色体凝集，称为细 胞促分裂因子（MPF）。
一、MPF的发现及其作用
2、用非洲爪蟾卵细胞成熟体外刺激实
验也证明了MPF的存在，且发现MPF 是蛋白质。 3、1988年MPF得到纯化，发现MPF 由两种蛋白p32和p45组成，并且是一 种蛋白激酶。
一、细胞周期
3、所有细胞根据有无周期分为三类
（1）连续分裂细胞（周期中细胞）：如胚 胎细胞、骨髓干细胞、上皮基底层细胞、 植物分生组织细胞等。 （2）终端分化细胞:如肌肉细胞、血细胞、 上皮细胞等。 （3）休眠细胞（G0期细胞）：如成纤维细 胞、肝细胞、淋巴细胞等。
二、细胞周期中各个不同时期及主要事件
第十二章
细胞增殖及其调控
细胞增殖(cell proliferation)的意义：
1、是生物繁育的基础 2、维持机体细胞数目的平衡、创伤 修复 3、受到严密的调控机制监视
内容提示
第一节 细胞周期概述 第二节 细胞分裂 第三节 细胞周期的调控
第一节 细胞周期概述
一、细胞周期
二、细胞周期中各时期重要事件
泛 素 化 途 径 降 解 蛋 白 质
2、后期促进因子APC活性被激活，调节M期周
期蛋白泛素化途径降解，导致向 后期转化。 后期促进因子APC的发现：1995年发现青蛙卵 中的cyclosome，非洲爪蟾卵中的后期促进因 子APC为同源物。 APC具有E3活性。至少由15种成分组成。 APC 介导选择性降解的靶蛋白与Ubiquitin结合。 调控APC活性的正、负调控因子：CDK1激酶和 位于染色体动粒上的Mad2蛋白和Cdc20等对 APC的活性起调控作用。
聚；染色体进一步凝集，变短变粗， 且剧烈运动；纺锤体开始装配，捕获 染色体。 3、中期：染色体整齐排列到赤道板上。
•（二）前中期
•核膜解体到染色体排列到赤道面(equatorial plane) 上。
•（三）中期
•染色体排列到赤道面上。
4、后期：染色单体分离，向两极运动，
分为后期A和后期B两个阶段。 5、末期：染色单体到达两极并去浓缩； 核膜重新装配； Golgi体和ER重新形 成并生长；核仁开始重新组装。
1、G1期 （1） G1期发生的生化事件：RNA、蛋白
质的合成、糖类、脂质的合成，中心体复 制，细胞体积增大。 （2）起始点与限制点（检验点） G1期晚期的一个特定时期，通过此点则细 胞走向分裂，进入S期。否则不能分裂。由 外在因素（营养、激素）和内在因素 （CDC基因）共同控制。
2、S期
三、特异的细胞周期
四、有丝分裂过程中染色体运动的机制
一、细胞周期
（一）概述 1、细胞增殖：细胞物质积累与细胞分裂的
循环过程。 1、细胞周期：迅速分裂的细胞从一次分裂 结束开始，经过物质积累过程，到下一次 细胞分裂结束为止，称为一个细胞周期。 包括物质准备和细胞分裂。 2、标准细胞周期分为：G1、S、G2、M四 个时期。细胞周期的长短主要由G1期决定。
2、染色体分离
后期A和后期B两个阶段假说
（1）后期A：动力蛋白结合到动粒上，
由ATP提供能量，带动动粒和染色单 体向微管负极运动，动粒微管的正极 末端解聚，动粒微管缩短，染色体移 向两极。
（2）后期B：由移动素类蛋白
（KRPS）和胞质动力蛋白参与。 KRPS在极性微管的重叠区搭桥，并向 正极行走，使两极之间的距离拉长。 同时胞质动力蛋白在星体微管和细胞 膜之间搭桥，向星体微管负极移动， 进一步将两极拉长。
芽殖酵母分裂过程
和p34 cdc28 单独存在无激酶 活性，只有与有关蛋白结合后才有激 酶活性，如p56cdc13 2、p34 cdc2与MPF的关系 酵母细胞中的p34 cdc2 及p34 cdc28与非 洲爪蟾MPF中的p32为同源物。
p34
cdc2
ຫໍສະໝຸດ Baidu
三、周期蛋白的发现及特点
1、周期蛋白的发现：以Tim.Hunt为首的
运到成膜体中间。融合形成
细胞板 (cell plate) ，囊泡
的内含物形成初生壁和中胶
层，囊泡膜形成质膜，融合
留下的管道形成胞间连丝。
（四）细菌的细胞周期
慢速增长的细菌细胞周期为标准周期，但
快速增长的细菌细胞周期有独特特点。 快速增长时，细菌一个细胞周期为35分钟， 但DNA复制一次需40分钟。为了解决快速 增长与慢速复制之间的矛盾，细菌在上次 细胞分裂结束时，已经为下次分裂复制了 一半DNA。
APC 的活化： Cdc20 是 APC 的活化因子。 Cdc20 和 Mad2蛋白位于动粒上，在染色体结合有丝分裂纺 锤体前将不能从动粒上释放，由于 Mad2 与 Cdc20 结合而抑制 APC 的活性。所以只有所有染色体都 与纺锤体结合后， APC 才有活性，才启动细胞向 后期转换。 APC 主 要 介 导 两 类 蛋 白 降 解 : Anaphase Inhibitors（后期抑制因子）和Mitotic Cyclin。 前者维持姐妹染色单体粘连, 抑制后期启动；后 者的降解意味着有丝分裂即将结束，即染色体开 始去凝集，核膜重建。
MPF的结构组成
2001年Nobel Prize M&P授予在细胞周 期关键调控因子中作出突出贡献的三位 科学家
L. Hartwell，发现芽殖酵母中控制细 胞周期的cdc28基因，并于1988年提出 检测点的概念。 P. Nurse，发现裂殖酵母中控制细胞 周期的cdc2基因，并提出了CDK的概念。 Tim Hunt，发现了细胞周期蛋白 cyclin
二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF 的关系
1、L.Hartwell以芽殖酵母为研究材料，得
到温度敏感突变体停留在不同细胞周期， 并发现了cdc28基因。此基因突变，细胞 停留在G1/S交界处或G2/M交界处。 cdc28 基因产物是p34 cdc28 2、P.Nurse以裂殖酵母为研究材料发现了 cdc2基因，此基因突变使酵母细胞停留在 G2/M交界处。其产物是p34 cdc2 。p34 cdc2 和p34 cdc28是同源物。
第二节细胞分裂
一、有丝分裂过程 1、前期：
染色质凝集成为染色体；
动粒装配；
中心体周围微管大量装配成为星体，星体
向两极运动确立细胞分裂极； Golgi体、ER等细胞器解体，形成小的膜 泡。
•（一）前期
•①染色质凝缩，②分裂极确立与纺锤体开始形成，③核仁 解体，④核膜消失。
2、前中期：核膜破裂，核纤层蛋白解
（二）酵母细胞的细胞周期
特点：
1、细胞周期持续时间短，约90分钟。
2、细胞分裂过程属于封闭式。细胞分裂时
核膜不崩解，纺锤体位于核中。 3、S期纺锤体装配与DNA复制同时进行。 芽殖酵母和裂殖酵母的分裂过程。
芽殖酵母分裂过程
3、植物细胞的细胞周期 与动物细胞相比，植物细胞周期有其突出
3、CDK1激酶的作用机理
使核纤层蛋白、组蛋白H1、核仁 蛋白等蛋白磷酸化，改变其结构， 使细胞周期向M期运转。
（二）M期周期蛋白与分裂中期向分裂
后期转化 细胞周期运转到中期后，M期周期蛋白 A和B降解，CDK1激酶活性丧失，蛋白 去磷酸化，细胞周期由中期向后期转 化。 1、周期蛋白A和B通过泛素化途径降 解。