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

不少其他因素参与细胞周期调控过程，如各种检验点等。各种检验点也有专门的调控机制。所有这些因素，可能组成一个综合的调控网络，共同推动着细胞周期的运转。

DNA复制起始调控是近十年细胞周期调控研究中的又一大进展。DNA 复制起始并不仅仅是在G1期末的起始点处才决定的。早在G1期开始时，许多与DNA复制有关的物质即已表达并与染色质结合，开始了DNA复制的起始调控。目前已经知道，Orc、Cdc6、Cdc45、Mcm等蛋白参与了DNA复制起始调控过程。这一调控过程也需要某些CDK激酶参与，尤其是周期蛋白E-CDK2激酶。

分裂后期促进因子APC的发现是细胞周期研究领域的又一重大进展。到达分裂中期后，周期蛋白B/A与CDK1分离，在APC介导下，通过泛素化途径而降解。CDK1激酶活性消失，细胞由分裂中期向后期转化。APC的成份至少分为8种，分别称为APC1—APC8。APC活性也受到多种因素的综合调控。其中Cdc20为APC有效的正调控因子。在分裂中期之前，位于动粒上的Mad2可以与Cdc结合并抑制后者的活性。在分裂中期，Mad2 从动粒上消失，解除对Cdc20的抑制作用，促使APC活化，细胞分裂除核分裂外，还要进行胞质分裂。至于胞质分裂与核分裂如何协调，目前还不清楚。动植物细胞的胞质分裂过程有较大差别。

本章的学习要求：

1. 掌握有丝分裂和减数分裂的过程、细胞周期的同步化方法和成熟

促进因子等相关知识。

2. 理解细胞周期的关键性事件和细胞周期的有序运转及调控机制。

3. 理解各种内在因素和外在因素在细胞周期调控中的作用及其机

制，并与细胞信号传导的有关内容联系起来。

本章的重点与难点：

1．本章的基本内容都是掌握和理解的重点内容。

2．本章的难点是：细胞周期时间的测定和细胞周期同步化方法；有丝分裂和减数分裂过程及其生理意义的异同比较；细

胞周期蛋白和成熟促进因子及其与细胞周期调控的核心过程

及上游事件和下游事件。

本章需要掌握的基本概念：

1. 细胞周期指连续进行有丝分裂的细胞从一次分裂结束开始到第

二次分裂结束位置的顺序变化过程，一般分为分裂间期和分裂期

两个时期。

2. 检验点：又称做限制点或监控点，指在细胞周期中可使细胞周

期时间暂时刹车的位点。他通过特异的机制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，待错误根除后才允许细胞进入下一个阶段。检验点不仅存在于G1期，也存在于其他时期，如S期检验点、G2期检验点、纺锤体装配检验点等。

3. cdc基因：指与细胞周期过程直接有关的基因，此类基因的有序

表达才使得细胞周期运转。Cdc基因的产物是一些蛋白激酶、磷酸酶等。这些酶活性的变化将直接影响到细胞周期的变化。

4. 细胞同步化：指自然发生的或人工诱导选择的，使一群细胞共同

处于细胞周期的某一阶段的过程或方法。如粘菌的变形体，众多核进行同步的分裂为自然同步化，用秋水仙素将细胞阻断在有丝分裂中期为诱导同步化。

5. 染色体列队：又叫染色体中板聚合，指染色体向赤道板上运动的

过程。

6. 中心体周期：指细胞周期过程中，中心体的复制、变化和分裂分

离的整个过程，包括G1期时开始复制，S期时，复制了的中心体并不分开，分裂前期，一对中心体开始分离，并向两极移动，参与装配成纺锤丝。到细胞分裂结束，两个中心体分别进入不同的子细胞，完成一个周期。

7. 中心体列队: 中心体分离时，负向运动的动力蛋白在来自姐妹中

心体的微管之间搭桥，通过向负极运动，将被结合的微管牵拉在一起，组成纺锤体微管；中心体也自然形成了纺锤体的两极。这一过程称为中心体列队。

8. 成熟促进因子（MPF）又称细胞促进分裂因子或M期促进因子，

是由细胞周期蛋白与周期蛋白依赖性蛋白激酶组成的复合物，能启动细胞进入M期。

9. 星体：指动物细胞在有丝分裂时，细胞两极围绕着中心体形成的

辐射排列的微管结构。

10. 二价体：指第一次减数分裂前期，由两条同源染色体配对所形成

的复合结构，它包含4条染色单体。

11. 联会复合体：指第一次减数分裂前期，在同源染色体联会的部位

形成的一种特殊复合结构。联会复合体沿同源染色体长轴分布，可能与同源染色体间遗传物质的交换有关。

12. 周期蛋白框：指在各种不同的周期蛋白中共有的一段相当保守的

氨基酸序列，它介导周期蛋白与CDK结合。不同的周期蛋白框识别不同的CDK，组成不同的周期-CDK复合体，表现出不同的

CDK激酶活性。

13. 破坏框：指有些周期蛋白分子的近N端含有一段由9个氨基酸组

成的特殊序列，主要参与由泛素介导的周期蛋白的降解过程。

14. CDK激酶：是细胞周期中的核心调节分子，但在发挥作用时，

必须与细胞周期蛋白结合才能发挥作用，将周期蛋白作为他的调

节亚基，所以又称为周期蛋白依赖性蛋白激酶。不同的CDK结

合不同的周期蛋白形成不同的复合体，通过使用专一靶蛋白磷酸

化的方式而启动细胞周期的不同阶段。

15. 复制起始点识别复合体：指从酵母细胞到哺乳类细胞中普遍存在

的识别DNA复制起始点的蛋白复合物，由6个亚单位组成。

16. DNA复制执照因子学说：是用来解释在每个细胞周期中DNA只

复制一次的学说，是20世纪80年代末由Ju-lianBlow等通过实验提

出的，意思是在细胞质中存在一种执照因子，对细胞核染色质

DNA复制发行“执照”。在M 期，细胞核膜破裂，胞质中的执照

因子与染色质接触并与之结合，使后者获得DNA 复制所必需的

执照。细胞通过G1期后进入S期，DNA开始复制。随着DNA复

制的进行，执照信号不断减弱直至消失。到达G2期，细胞核中

不再含有执照信号，DNA复制结束也就不再起始了。现在已经

发现，执照因子的主要成分是Mcm蛋白。

17. zygDNA：即偶线期DNA。指减数分裂前的间期，DNA的复制是

不完全的，仍留下有百分之0.1 ~0.3 部分，这部分的等到前期I的

偶线期才合成。而且这部分DNA 在偶线期转录活跃，故得名。

ZygDNA由5000~10000个小片段组成，分散存在于整个基因组

中，每个片段长约1000~5000bp。

问答题：

1. 细胞周期时间是如何测定的？

细胞周期时间的长短可用脉冲标记DNA复制和观察细胞分裂指数的方法来测定。这里以体外培养细胞为例介绍该方法的应用。首先3H-TdR短期饲养细胞，数分钟至半小时后，将3H-TdR洗脱，置换新鲜培养液并继续培养，随后，定期取样，做放射自显影观察分析，从而确定细胞周期各时相的长短。因为经3H-TdR暂短标记后，凡是处于S期的细胞均被标记，转换到新鲜培养液中一段时间后，被标记的细胞将陆续进入M 期，最先进入M期的标记细胞是被标记的S 期最晚期细胞，所以，从更换培养液培养开始，到被标记的M期细胞开始出现所用的时间应为G2期时间（tG2）.从被标记的M期细胞开始，到其所占M期细胞总数的比例

达到最大值是，所经历的时间为M期时间（tM）。从被标记的M期细胞数占M期细胞总数的50%开始，经历最大值，再下降到50%，所经历的时间为S期（tS）。从被标记的M期细胞开始出现并逐渐消失，到被标记的M期细胞再次出现，所经历的时间为一个细胞周期的总时间（tC）。TC减去tG2、tM和tS 即得tG1。

2.中期阻断法制备M期同步化细胞的原理。该方法的主要有缺点是什么？

有丝分裂中期阻断药物可抑制细胞质微管的聚合，从而抑制纺锤体的形成，将细胞阻断在M期。常用的中期阻断药物有秋水仙素或秋水仙胺。此方法的最大优点是可获得大量的M期同步细胞。缺点是此种阻断可逆性较差阻断时间较长时，解除阻断后许多细胞不能完成正常的有丝分裂。

3.纺锤体装置有哪些典型结构？

（1） 具有两类纺锤丝。①动力微管，她从一极延伸至着丝

粒；②极性微管，它从一极延伸超过细胞中央一段距

离。来自每一极的极性微管蛋白在细胞中相互重叠。

（2） 每个染色体上都具有纺锤丝的附着点——动粒。一个约400nm长的暗染多蛋白纤维结构——附着于着丝粒中特

殊的DNA序列和纺锤体装置的动力微管，在前期中，由

微管蛋白纤维构成的纺锤体在细胞的两极之间出现。在

纺锤体的每一端是一个微管组织中心或中心体。

（3） 具有微管组织中心。 在将要进行有丝分裂的动物细胞中，每个MTOC中具有一对叫做中心粒；植物细胞的MTOC

中心一般不含有中心粒。每个中心粒在结构上与纤毛和

鞭毛的基粒相似。在准备细胞分裂的过程中，每一对中

心粒可把微管聚集形成第二对中心粒，这就是所谓的中

心粒的复制，但其如何形成的细节目前尚不清楚。在前

期纺锤体形成时，复制了的中心体分裂为二，每对中心

粒携带缠绕中心体物质移动到两极，形成新的中心体，

并随细胞分裂而进入到子细胞。

4. 细胞通过什么机制将染色体排列在赤道板上？有和生物学意义？

在有丝分裂前期，随着纺锤体的形成，一些微管迅速捕获染色体，并与染色体一侧的动粒结合，形成动粒微管。而另一侧的动粒也与另一极星体发出的微管迅速结合。近期的研究发现，至少有数种蛋白质与上述过程有关。其中首要的两组蛋白称为Mad蛋白和Bub蛋白。Mad2蛋白和Bub蛋白可以使动粒敏化，促使微管与动粒接触，免疫荧光染色发现，

Mad1蛋白和Bub1蛋白很快会从动粒上消失。一侧的动粒被微管捕获，一侧的Mad1和Bub1消失；两侧的动粒都被微管捕获，两侧的Mad1和Bub1都消失。如果染色体动粒不被微管捕捉，则Mad1和Bub1不从动粒上消失。因而认为Mad1蛋白和Bub1蛋白与染色体装配入纺锤体有关。

当染色体的两个动粒都与纺锤体微管结合后，前期纺锤体的装配才算完成。此时，纺锤体赤道直径相对较大，两级直径的距离也相对较短。与同一条染色体的两个动粒相联接的两极动粒微管并不等长。因而染色体并不完全分布于赤道板上，排列状况貌似杂乱无章。随后，在各种相关因素的共同作用下。纺锤体赤道直径逐渐收缩，两极距离拉长，染色体逐渐向赤道方向运动。至于染色体排列到赤道板上的机制，目前流行两种学说，即牵拉假说和外推假说。牵拉假说认为，染色体向赤道板方向运动，是由于动力微管牵拉的结果。动粒微管越长，拉力越大，当来自两极的动力微管的拉力相等时，染色体即被稳定在赤道板上。外推假说认为，染色体向赤道板方向移动，是由于星体的排斥力将染色体外推的结果。染色体距离中心越近，星体对染色体外推力越强，当来自两极的推力达到平衡时，染色体即被稳定在赤道板上。这两种假说并不相互排斥，有时可能同时作用，或有其他机制共同参与，最终将染色体排列在赤道板上。

染色体与微管连接并移动到赤道板具有重要意义，它是启动染色单体分离并向两个子细胞中平均分配的先决条件。染色体列队不整齐，细胞不能从分裂中期向后期转化，两条染色单体也不能相互分离。个别情况，细胞分裂虽然可以继续进行，但常常导致染色体不能平均分配，最终导致细胞死亡。

5．简述联会复合体的结构与功能

联会复合体是同源染色体之间在减数分裂前期联会时形成的一种临时性结构，他在同源染色体联会处沿同源染色体长轴分布，由位于中间的中央成分和位于两侧的侧成分共同构成。侧成分的外侧则为配对的同源染色体。联会复合体的中央成分宽约100nm，侧成分宽20~40nm。从两侧的侧成分向中央成分方向发出横向纤维，交会于中央成分的中间部位。蛋白质是联会复合体的主要组成成分之一。用胰蛋白酶等处理联会复合体，其中中央成分、侧成分以及横向纤维等结构消失。目前已经鉴定了几种联会复合体蛋白，其中有的分布于侧成分，有的在中央成分，有的两处均有分布，但他们的功能还不清楚。另外发现，DNA拓扑异构酶II存在于侧成分和其周围的染色之中。

DNA片段也是联会复合体的组成成分。这些DNA片段多在50~550bP之间。他们很可能是挂在或包含于侧成分的染色体纤维的部分DNA片段。

序列分析显示，这些DNA片段的大小和碱基序列在不同细胞间会有明显差异，即无序列特异性。这些DNA片段很可能完全穿越侧成分而进入中央成分，在此处参与同源染色体间的基因重组。

在中央成分和侧成分中还发现有RNA。因此联会复合体中很可能含有核糖核蛋白复合物。联会复合体从细线期开始装配，到偶线期明显形成。粗线期时重组结合开始装配。

联会复合体的功能就是参与同源染色体的配对和重组，使同源染色体准确配对，并使等位基因发生交换重组。

6.有丝分裂与减数分裂有哪些区别？

有丝分裂 减数分裂体细胞分裂的主要方式 发生于有性生殖细胞成熟之前

染色体复制一次，细胞分裂一次 染色体复制一次，细胞连续分裂两次

分裂前期，无联会发生，染色体单个存在， 前期I，有同源染色体联会，形成四分体，

每个都含有两条染色单体 并发生遗传物质的交换和基因重组

分裂中期，每个染色体单独排列到赤道板 中期I，四分体排列到赤道板上

分裂后期，着丝粒分裂，染色单体分离 后期I，着丝粒不分裂，同源染色体分离

分裂结果是子细胞中的染色体数目与亲代 分裂结果是所得到的子细胞中染色体数目

细胞相同，所得子细胞仍为体细胞 减为亲代细胞的一半，所得子细胞为性细胞

7.MPF的成分是什么？他在细胞周期调控中有和作用？

MPF 即卵细胞促成熟因子，或细胞促分裂因子，或M期促进因子。

20世纪70年代就开始了对MPF的研究。最初观察到蛙胚胎早期发育时，卵裂细胞质中出现震荡冲击波。抽出其细胞质，注入到未成熟的蛙卵母细胞中，能刺激卵母细胞提早成熟。提示分裂的胚胎细胞中存在促成熟因子（MPF）.

生化分析表明，MPF 是由两个亚单位组成的二聚体。其中一个是催化亚基，是细胞周期蛋白依赖性激酶`。另一个亚单位是细胞周期蛋白B .

CDK家族的基础成员是一些同源基因编码的34KD的蛋白质，是裂殖酵母cdc2基因和酿酒酵母的cdc28基因产物的同源物。在酵母细胞周期中仅由一种CDK控制，酿酒酵母为P34cdc2,芽殖酵母为P34cdc28.在脊椎动物细胞中已经检测到8种CDK1、CDK2-CDK8。他们的分子质量在33~40KDa之间。在不同时相中各种不同的CDK与相应的周期蛋白结合来发挥作用。细胞周期蛋白的种类在酵母细胞中一般分为G1期细胞周期蛋白和G2期细胞周期蛋白两类。在脊椎动物和人细胞至今已检测到10多种，其中，参与MPF构成的是细胞周期蛋白B。

MPF可磷酸化多种蛋白质，如组蛋白H1、核纤层蛋白、微管蛋白等，诱导细胞通过G2/M期及完成M期过程。

8．何谓细胞周期检验点？他有何作用？

细胞周期运转是十分有序的，沿着G1→ S→G2→M的顺序进行，这是与细胞周期进行有关的基因有序表达的结果。这些基因的有序表达是受周期中一些检验点或调控点调节的。该点是作用于细胞周期转换程序的调控通路，保证细胞周期中关键事件高度准确地完成。他受制于一系列特异或非特异环境信号的影响，从分子水平看是基于一些基因及其产物对外界信号的反应。因而有人提出检验电视信号转导通路，可能也包含有起始信号、感受因子、转导因子和效应因子等。细胞周期检验点普遍存在于高等真核生物和酵母中。许多检验点通路最初是通过分析酵母中cdc突变株鉴定出来的。如存在于酵母细胞中DNA合成开始前的启动点和高等真核生物G1期中的R点或限制点、DNA损伤检验点、DNA复制检验点、G2/M检验点、M中期至M后期即纺锤体组装检验点等。这些检验点监视和调控周期时相正常转换与按顺序严格地进行。如当细胞DNA损伤时，DNA损伤检验点通过执行下列机制发挥作用，如检测到DNA损伤即产生信号将细胞周期阻断在G1期或G2期，诱导修复基因的转录等。如DNA 损伤未修复前就不能从G1期进入S期和从G2期进入M期。从而防止了由于损伤的碱基的拷贝所引起的基因突变和损伤DNA的复制引起的染色体高频率重排。在哺乳动物中一直有几种因子在DNA损伤检验点起作用，如P53和CDK抑制因子P21等。又如，S期DNA为完成复制时，复制复合物内的结构和为复制的DNA可以发出信号以组织细胞进入M期，已知当细胞从M期进入后期时，正常的染色单体分离是需要建立在完成M期的一系列事件的基础上的。如两极的纺锤丝正确组装、染色体通过动粒附着在纺锤体上、正确附着的染色体不许排列在赤道板上等。当上述过程未正确完成前如纺锤体组装异常等，则可通过纺锤体组装检验点发挥作用，影响染色单体的分离，导致细胞不能进入后期，在此过程中，纺锤体组装中

一些组分可能在该检验点中作为信号而被感受。因此不难看出，通过上述各个检验点保证了产生具有正常遗传性能和生理功能的子细胞，如果这些调控途经异常，周期不能正常运转和丧失周期关键事件的忠实性，从而导致遗传性能紊乱、增殖分化异常和细胞癌变，甚至导致死亡。9．细胞周期各时相的主要事件及其核心调控机制。

细胞周期分为G1、S、G2|、和M四个时期，他的有序运转是由以激酶活性为基础中心控制体系，并在细胞周期蛋白以及细胞周期抑制因子的参与下来实现的。目前已经了解的各时期的调控机制如下：

（1）G1期，一般认为，在调节细胞生长中，G1期存在一些关键事件，特别是与DNA合成启动有关。这一时期物质代谢活跃，细胞体及增大，进行RNA和蛋白质合成。虽然现在人们还未完全清楚贯穿于G1期细胞中全部生化事件，但在这个时期发生的与DNA合成启动有关的事件已有部分被揭示。如①在酿酒酵母的细胞周期前进过程中，Cln1,Cln2和Cln3在G1期含量增加，并与Cdc28蛋白结合形成具有蛋白激酶活性的复合物，相互协调配合，通过影响基因转录水平，作用于G1期向S期推进。当细胞进入S期时，含量也随之下降。②在高等动物，G1期的周期蛋白是cycinD1、D2|、D3，cyclinE。其中D1 可能使外界信号作用于细胞周期的耦联者，他在生长因子刺激下开始表达，逐渐积累并与CDK4或CDK6结合成复合体，使CDK活化，磷酸化PRB，释放转录因子E2F，促进与S期启动有关的基因转录，推动细胞通过G1期检验点，而后降解。cyclinD2、D3结构与D1相似，在D1之后表达，与CDK4、CDK6或CDK2结合，协助细胞通过G1期。D2、D3在缺乏生长因子时也可表达。克服细胞在缺乏生长因子时引起的分化或凋亡。cylinD都在G1期末降解。cyclinC在G1中期合成达高峰，与CDK2结合，参与G1/S转换。cylclinE在G1中期合成，G1晚期达高峰，与CDK2 结合，是G1/S过渡必需的调节者，推动细胞通过G1/S过渡，并启动S期DNA复制，在S期初被降解。

P53蛋白在G1期检验点中能监视DNA的损伤，使带有损伤的DNA的细胞停止在G1期，防止损伤的DNA进行复制和产生基因突变或重排现象。P53可能是通过刺激编码CDK抑制因子的基因表达来发挥作用。该抑制因子与G1期cyclin-CDK结合，抑制其活性，从而使细胞周期阻抑在G1期，直到DNA损伤被修复。

（2）S期．S期的主要生化事件是遗传物质的复制，即DNA复制和组蛋白、非组蛋白等的合成，以及新的一套染色体蛋白与DNA包装为核小体等染色质结构。

研究表明。S期细胞中有S期活化因子（SPF）。SPF是一种异源二聚

体，在酿酒酵母中是由cdc28和G1 期cyclin-Cln1、2、3组成，他们驱动细胞通过“Start”进入S期。其具体过程是：当细胞进入早G1期时，

cdc28-Cln3刺激CLN1和CLN2基因转录，其基因产物增加，后分别与cdc28结合成复合物，共同促进细胞通过“Start”进入S期。在酿酒酵母中有两个相关的转录因子在启动点被活化，一个是与MCB序列结合的，被称为MCB结合因子，它可以活化一系列为DNA复制和脱氧核苷酸合成所需要的蛋白的基因转录。另一个是与细胞周期框序列结合的转录因子CCBF。由于CCBF结合的细胞周期框也存在于Cln1和Cln2基因上有活化序列中。因此，CCBF的活化也与刺激CLN1和CLN2的表达密切相关。

在高等动物中，表现SPF功能的是CDK2-cyclinE和CDK2-cyclinA.两者均可与RB蛋白、P107及E2F复合物结合，使RB蛋白磷酸化而释放出E2F。因为从G1期向S期过渡时为合成dNTP和DNA复制所必需的多种酶蛋白的基因上游调控序列中含有E2F结合位点。所以，E2F的活化，可使S期所需的多种酶蛋白基因转录，导致DNA复制和S期进行。CDK2-cyclinE 激酶活性在G1/S过渡时大峰值，DNA复制启动后，CyclinE被降解。而当细胞从G1期向S期转移时，CyclinA开始合成并很快形成了CDK2-cyclinA复合物。CDK2-cyclinA也作用于DNA 复制的起始，并且起作用贯穿整个S期，研究显示，CDK2-cyclinA与DNA复制有关，在S期，CDK2-cyclinA位于DNA中心。当显微注射cyclinA抗体于细胞中时，将抑制DNA的合成。在体外，CDK2-cyclinA可使DNA复制因子RF-A磷酸化而活性增强，因此，CDK2-cyclinA在S期行进与通过中起着关键作用，使主要的SPF。到达G2期或稍晚，cyclinA被降解。

近年来发现，在G1/S转换时存在一个CDK活性抑制因子的降解过程，只有类似抑制因子被降解后，S期CDK才能表现出活性。在酿酒酵母中，cdc34蛋白具有连接泛素特性的酶，可使S期cDK抑制因子P40sic1蛋白降解，保证S期CDK的活性，作用于G1/S的转换。

细胞还存在一系列检查DNA复制进程的监控机制，DNA复制不完成，细胞周期便不能向下一阶段转移。因为DNA复制尚未完成时。M期CDK 激酶活性就不能表现出来，在非洲爪蟾中发现，在S期，cdc25c的活性比较低，而Weel的活性则较高。Weel可使CDK1的Thr14和Tyr15磷酸化，从而抑制其活性。Cdc25c活性偏低，不能有效地促使CDK1的Thr14和Tyr15去磷酸化。因而不能活化CDK1 。若在S期中加过量的cdc25c，可使在DNA复制尚未完成时，便向G2和M期转化。但目前还不知道cdc25c和Weel的活性入和调节的。

那么我们可以不难看出，在S期的启动与行进中需要很多包括酶蛋白在内的多种蛋白质的协同作用。

（3）G2期。这个时期主要与细胞进入M期进行多种结构与功能的准备有关，如关于M期染色体的凝集和有丝分裂纺锤体的形成与发挥作用等。微管蛋白合成开始于S期，完成于G2期；cyclinB在S期中起始合成，在G2期继续合成积累，并与P34cdc2结合，在有关酶和磷酸酶的作用下，形成活化的MPF，推动细胞周期通过G2/M期检验点，使细胞进入M期。

（4）M期．M期细胞发生序列形态结构的变化，人们将其划分为前、中、后、末四个时期。每个时期都发生着特定的事件。M 期有双重任务，既要把一个细胞分成两个子细胞，又要将两套染色体准确均等地进行分配。此期的主要周期蛋白是cyclinB，包括B1、B2和B3，B3仅见于鸡细胞，其他动物细胞主要是B1和B2，B1和b2的合成比A稍晚，含量逐渐增加，并与CDK1结合形成复合体。但在G2/M转换之前，由于CDK1的Thr14和Tyr15磷酸化而没有活性。在cdc25c的作用下被激活后，MPF可使许多蛋白磷酸化，其中包括组蛋白H1、核纤层蛋白A、B、C，核仁蛋白、P60csrc、C-abl等。组蛋白H1磷酸化，促进染色体凝集，核纤层蛋白磷酸化，促进核纤层解体，核膜破裂，核仁蛋白磷酸化，核仁解体, P60csrc蛋白磷酸化，促使细胞骨架重排，C-abl蛋白磷酸化，促使调整细胞形态等。

细胞分裂运转到中期后，M期周期蛋白迅速降解，CDK1激酶活性丧失，上述被CDK1激酶磷酸化的蛋白去磷酸化，细胞周期便从中期向后期转化。cyclinA和cycliinB的降解是通过泛素化途径。由20S蛋白酶复合体来完成的，因此称为20S蛋白酶复合体为后期促进因子（APC）。APC至少有8种成分组成。

APC活性也受多种因素的调节。首先已知APC各个成分在分裂间期表达，但只有到达M期后才表现出活性，提示M期CDK激酶活性可能对APC活性起调节作用。实验证明，在体外，APC可被M期CDK激酶激活，且APC多个成分被MPF磷酸化，而活化的APC则可被磷酸化酶作用所失活。其次发现，cdc20为APC有效的正调控因子。Cdc20主要位于染色体动粒上，为姐妹染色单体分离所必须。APC活性亦受到纺锤体装配检验点的监控。纺锤体装配不完全，动粒不能被动粒微管所捕获，APC 则不能被激活。目前已经知道，在纺锤体装配完成后，动粒全部被动粒微管不惑，Mad2从动粒上消失，对cdc20的抑制作用被解除，促使APC 活化，降解M期cyclin,使MPF活性丧失，细胞由中期向后期转化，姐妹

染色单体分离，并向两极移动。

后期结束，染色体平均分配到纺锤体的两极，围绕每一组染色体重组新的核膜，形成两个子间期核。随后进行细胞质分裂，一个细胞分裂为两个子细胞。

10．DNA复制是如何限制到每一个细胞周期一轮的？

如果在S期时真核细胞DNA复制超过一轮，则最后得到的细胞每个染色体有多个拷贝，这对于细胞的正常功能是有害的。为了防止这种情况发生，细胞必须有一个机制在DNA复制开始一轮后阻止DNA复制的开始，为了解释这一现象，20世纪80年代末由Junlian Blow 和Ron Laskey 通过实验提出的DNA复制的执照因子学说，意思是在细胞质中存在一种执照因子，对细胞核染色质DNA复制发行“执照”。在M期，细胞核膜破裂，胞质中执照因子与染色直接接触并与之结合，使后者获得DNA复制所必需的执照。细胞通过G1期进入S期，DNA开始复制。随着DNA复制地进行，执照信号不断减弱直至消失。到达G2期。细胞核中不再含执照信号，DNA复制结束也就不再起始了。随后研究又取得了突破性进展，现已发现，执照因子的主要成分是Mcm蛋白。Mcm蛋白共有6种，分别称为Mcm2、3、4、5、6、7。在细胞中除去任何一种Mcm蛋白，都将使细胞失去DNA复制起始的功能。除Mcm蛋白之外，执照因子中还包含有其他某些成分，但目前还不十分清楚。

细胞融合试验：S期细胞与G1期细胞融合可诱导G1期细胞DNA提前复制，而G2期细胞与G1期细胞融合则不能诱导G1期细胞DNA提前复制，使DNA每周期只复制一次的机理远非执照因子学说所能解释，还有很多复杂调控机制，有人认为，G1期周期蛋白在刺激G1期和S期事件的同时，也激活了H1和Rb和泛素依赖性蛋白降解作用。据报道，G1期细胞周期蛋白不仅是酵母DNA复制起始所需的，还是DNA延伸所需的，因为DNA延伸需要DNA聚合酶δ-细胞周期蛋白复合体。游离G1 期周期蛋白的去磷酸化作用或通过泛素系统使之破坏将帮助DNA复制限制到每一个细胞周期一轮。

11.SPF和MPF的主要差别是什么？

能够结合的周期蛋白不同，功能不同。

12．细胞周期关卡的作用。

细胞周期关卡是环境不适合细胞分裂或进行DNA复制时，细胞周期可在该点终止。

13．比较后期A后期B。

后期有两个独立但同步的事件发生，后期A和后期B。后期A指染色体向两极移动，后期B指纺锤体两极相互远离。

14．如何证明分裂期的细胞中有促成熟因子（MPF）的存在？

将同步化的分裂期细胞与同步化的处于其他周期的细胞进行融合，然后分析染色体的早熟现象，如有早熟，则证明有MPF的存在。15．真核生物G2/M转换的机制。

真核生物的G2/M的转换实际上就是MPF的完全激活。P34cdc2与周期蛋白B结合，形成的是无活性的MPF。然后在激酶Weel和mikl的作用下，将P34cdc2的Tyr15和Thr167磷酸化，形成的是无活性的前MPF，然后在Cdc25磷酸酶的作用下，将Tyr15位的磷酸脱去，形成活性MPF，使一系列的底物发生磷酸化，进入M期。由此看来，Tyr15位的磷酸化起抑制作用，Thr167磷酸化起激活作用。

16．关卡位于细胞周期的那些阶段？每次检查什么？

控制系统至少有三个关卡，G1关卡（靠近G1末期）、G2期关卡、（靠近G2末期）、中期关卡（中期末）。每一个关卡处，由细胞所处的状态与环境决定细胞能否通过此关卡，进入下一阶段。G1 关卡检测细胞大小和环境。如果条件合适就会激发DNA复制，使控制系统向前移动。G2关卡处，控制系统检测细胞大小、状态以及DNA复制是否完毕。在中期关卡，控制系统检测所有染色体是否都与纺锤体相连并排列于赤道板上，检测MPF是否失活，否则不能进行有丝分裂和胞质分裂。17．何谓早期染色体凝集？

将处于分裂期的细胞与处于其他周期阶段的细胞融合，分裂期的细胞质总是能诱导非分裂期的细胞中的染色体发生凝集，这种现象称为早熟染色体凝集。该现象说明M期的细胞中存在某种促进染色体凝集的物质。

三、选择题

1．用适当浓度的秋水仙素处理分裂期细胞，可导致（B）.

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（C）

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）

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（C）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？( B )

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 ）

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？（C）

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（D）

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（B）

A. G1期

B.S期

C.G2期

D.M期

10．Cdc2基因的产物是（ C）

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（B）

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（A）.

A. G1期细胞核将会进入S期

B. S期细胞核将会进入G1期

C. 两个核均进入G2期

D.两个核均被抑制

判断题：

1．有丝分裂后期，姐妹染色单体分离的动力是与两极相连的动力微管的张力。（X）

2．减数分裂I前期，同源染色体间发生交换出现在交叉之前。（X）3．不同长度的染色体不是遗传上的同源染色体并且不会发生联会。

（V）

4．在后期A中动粒末端的纺锤体微管的缩短不需要ATP水解。

（V）

5．减数分裂I中染色体着丝粒未分裂（V）

6．动植物细胞纺锤体的中心体里都有两个中心粒。（X）

7．除非有足够的营养成分，细胞将不会从G1期进入M期。（X）8．G0期细胞是永远失去了分裂能力的细胞。（X）

9．在真核生物细胞周期的S期，整个DNA的合成是同步的。（X）10. 细胞周期蛋白及其磷酸化状态两者决定一个Cdk蛋白是否具有酶活性，（V）

填空题：

1．CDK是一种蛋白激酶，必须与细胞周期蛋白结合后才具有活性。

2．在早熟染色体凝集试验中G1期的染色体呈现细线状，G2期是双线状，而S期是粉末状。

3．CDK是一种周期蛋白依赖性蛋白激酶，可使靶蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化。

4．联会复合体出现于偶线期，消失于双线期。

5．真核生物细胞周期分为G1期 S期 G2期 M 期。

6．MPF和SPF是两种控制细胞周期的不同促进因子，前者由P34cdc2与周期蛋白B组成，后者由P34cdc2与周期蛋白A 组成.

7．细胞成熟促进因子包括两种蛋白 P34cdc2,和细胞周期蛋白。

8．中期阻断法是获得细胞同步化培养的一种方法，其原理是通过抑制纺锤体形成。

9．APC至少有8 种成分组成。构成APC各成分在分裂间期表达。

M期CDK激酶 cdc20 是APC有效的正调控因子，APC的活性也受到纺锤体装配检验点的监控。

10．植物细胞有丝分裂与动物细胞相比，有两点明显不同，分别是：前期时纺锤体的形成方式不同；末期时细胞质的分裂方式不同。