生物学-细胞课件教案-第十二章：细胞周
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真题再现：06（综合问答题10分，G1期限制 点与细胞的增殖和前途有何关系？简答题5 分比较酵母的MPF和SPF ）07（1个研究方 法题6分：简述发现细胞周期蛋白B的实验 过程）
2001年医学/生理学诺贝尔奖，细胞周期的 关键调节分子
1
1.蛋白激酶在细胞周期调控中的作用
染色体早熟凝集(premature chromosome condensation,PCC) 与M期细胞融合的G1期的染色体为单线状, S期为粉末状, G2期染色体 为双线
2
3 、裂殖酵母的细胞周期调控
裂殖酵母的MPF的化学本质是什么？ 答: 裂殖酵母的MPF是一种复合物，由Cdc2 和Cdc13两种蛋白组成，其中Cdc2是一种蛋 白激酶，Cdc13是周期蛋白。主要是通过对 裂殖酵母温度敏感突变的研究发现了编码 这两种蛋白的基因
4 、芽殖酵母的细胞周期调控
请阐述芽殖酵母细胞周期中各种不同周期 蛋白的调控作用。 答: 在芽殖酵母中有一个功能相当于裂殖酵 母CDC2的基因，命名为CDC28, 编码Cdc28 蛋白,此外还有9种不同的周期蛋白。芽殖酵 母中有三种G1周期蛋白:Cln1、Cln2和Cln3。
④有丝分裂之前, 经DNA合成, 进入G2期后才进行有丝分 裂; 减数分裂之前, DNA合成时间很长(99.7%合成, 0.3%未 合成), 一旦合成,即进入减数分裂期, G2期短或没有。
⑤有丝分裂时间短, 1-2小时; 减数分裂时间长, 几十小时至 几年
6 、减数分裂的生物学意义
减数分裂保证了有性生殖生物在世代交替 中染色体数目的恒定
Leland H. Hartwell
R. Timothy (Tim) Hunt
Sir Paul M. Nurse
三、 有丝分裂
1、 有丝分裂过程 前期(prophase) 前中期(prometaphase) 中期(metaphase) 后期(anaphase) 末期(telophase) 胞质分裂(cytokinesis)动物细胞 和植物细胞
减数分裂是遗传重组的原动力，增加了生 物多样性
THE END SEE YOU
5
后期I 同源染色体逐渐移向两极
末期I及分裂间期
4 、减数分裂过程中的遗传重组及其 机理
联会(synapsis)与联会复合体（synaptonemal complex,SC）
重组节(recombination nodules)
染色体重组---交换与交叉
染色体断裂重接的分子机理 单链断裂重组模型 双链断裂重组模型
G2 /M期转化与CDK1激酶的关键性调节 周期蛋白B在G1期的晚期开始合成，通过S期，其含量不断增加，到达 G2期其含量达到最大值，同时， CDK1激酶活性也达到最大，催化底 物磷酸化从而调控细胞周期。
3 、裂殖酵母的细胞周期调控
Hartwell 1960s, Nurse 1970s 分别以芽殖酵母和裂殖 酵母为材料，利用温度敏感突变株，发现许多与 细胞分裂有关的基因( cdc)。如：
纺锤体装配不正常
DNA损伤
3
7 、MPF的作用机制
T. Hunt 1980s发现海胆的卵裂过程中两种蛋 白质的含量随细胞周期振荡，命名为cyclin A和B，其mRNA能诱导蛙卵成熟。
1988年Lohka将非洲爪蟾的MPF纯化。经鉴 定MPF由32KD和45KD两种蛋白组成，是一 种丝氨酸/苏氨酸激酶。进一步的研究发现 MPF=cdc2+clyclin B
裂殖酵母与芽殖酵母细胞周期调控 的比较
裂殖酵母 芽殖酵母
CDK
cdc2
cdc28
调控周期 G2--M
G1--S
调控因子 MPF
SPF
细胞周期 一种即cdc13 多种 蛋白
5 、哺乳动物细胞周期的控制
限制点是哺乳动物细胞周期G1期控制进入S 期的调节点，相当于酵母的START点。主 要是通过体外细胞培养实验发现的。
2.细胞周期运转调控
G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK激酶 细胞周期蛋白E在G1期含量很高，使细胞周期蛋白E—- CDK2产生活
性，磷酸化Rb蛋白，从而释放与之结合的转录因子E2F，从而导致与S 期启动有关的基因转录，促使细胞通过R点，并从G1向S期转化
M期周期蛋白与分裂中期向后期转化 M期细胞周期蛋白通过泛素化途径被降解，被CDK1激酶磷酸化的蛋白 质去磷酸化，使细胞周期从M期中期向后期转化
DAN复制一次，细胞分裂两次，所以细胞 经过减数分裂导致染色体数目减少一半
3 、第一次减数分裂
前期I 细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期
中期I 纺锤体侵入核区, 分散于核中的四分体开始向四分 体的中部移动；此时四分体上有四个着丝点, 一侧 纺锤体只和同侧的两个着丝点相连。最后染色体 排列在赤道板上
MPF 两个不同的亚基组成的异质二聚体 ，周期蛋白依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent protein kinases, Cdks);另一个亚基称作周期蛋白(cyclin)
遍在蛋白如何介导周期蛋白的降解
遍在蛋白加到周期蛋白上需要三种不同的酶介导 首先遍在蛋白在它的羧基端通过与遍在蛋白激活 酶E1的半胱氨酸残基形成硫酯键而激活。然后遍 在蛋白从E1转移到E2的半胱氨酸残基, E2称作遍 在蛋白结合酶(ubiquitin)。E2和第三种酶, 遍在蛋白 连接酶(ubiquitin ligase, E3)一起将遍在蛋白转移到 底物蛋白的赖氨酸残基（共价结合）, 在那里进行 遍在蛋白的聚合化,最后作为蛋白酶体的降解底物, 被快速降解。触发有丝分裂周期蛋白遍在蛋白聚 合化的E3又称为后期促进复合物(anaphasepromoting complex,APC)。
6 、细胞周期的关卡
G1关卡(START或限制点) 主要是监测细胞的大小和环境状态,如果条 件合适,就会激发DNA复制
G2关卡 检测中细胞的大小,细胞所处的状态, 以及细 胞内DNA是否复制完毕
中期关卡 染色体是否都与纺锤体相连，是否都排列赤 道板上
其他影响细胞周期的事件 DNA复制不完全
裂殖酵母cdc2、 芽殖酵母cdc28突变型在限制温度 下无法分裂；
wee1突变型则提早分裂，cdc25突变型细胞体积增 大而不分裂；
cdc2和cdc28都编码34KD的蛋白激酶，促进细胞周 期进行，weel和cdc25分别表现为抑制和促进cdc2 的活性。
（添加的）
Cdc 25 & Wee1 mutant
APC的活性调节及在周期蛋白B降 解中的作用如何
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。被激活的APC与E2结 合, 最后结合到周期蛋白B的破坏框中, 促使周期蛋 白B的进行遍在蛋白多聚化, 其结果导致周期蛋白 B降解。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活性降低甚至失活, 触发细胞 进入有丝分裂末期。胞质分裂之后, 周期蛋白B在 子细胞的间期合成, APC的活性保持到G1期的后期, 被G1 Cdk失活。周期蛋白B的浓度不断升高,同时 提高MPF的活性, 以便进入下一个有丝分裂期
3、细胞周期的研究方法
细胞同步化方法主要包括以下三种
A、诱导同步法(induction synchrony) 胸腺嘧啶阻断技术 中期阻断法 B、选择同步法(selection synchrony) 有丝分裂选择法 细胞沉降分离法 C 、条件突变体(conditional mutants)的利用
二、 细胞周期调控
5、减数分裂与有丝分裂的比较
①有丝分裂是体细胞的分裂方式，减数分裂主要是细胞产 生配子的过程(生殖细胞也有有丝分裂)。
②有丝分裂是一次细胞周期, DNA复制一次, 分裂一次, 染 色体由2n→2n;减数分裂是两次细胞周期, DNA复制一次, 细胞分裂两次, 染色体由2n→1n。
③有丝分裂中, 每个染色体是独立活动;在减数分裂中, 染色 体要配对、联会、交换和交叉。
的区别
2 、有丝分裂的机理
纺锤体微管的类型及其形成
染色体分离的两个阶段：后期A与后期B
纺锤体微管运动机理 微管去聚合作用假说（拉） 纺锤体微管滑动假说（推）
胞质分裂的机制
胞质分裂的机理可用肌球蛋白与肌动蛋白之 间的滑动模型来说明
核的解体与重建机理
核解体
核重建
4
四、 减数分裂
1、 减数分裂的一般特点
一、 细胞周期
1、 细胞周期时相及类型 细胞周期时相：G1期(Gap1 phase) S期 G2 期 M期
细胞类型 持续分裂细胞 终端分化细胞 G0Baidu Nhomakorabea胞,又称休眠细胞
2 、细胞周期各时相的合成活动
G1期 (Gap1 phase) 合成rRNA、蛋白质、脂类和碳水化合物 S期 (synthesis phase) 除了DNA合成外, 同时还会合成组蛋白, DNA复制所需的酶都在这一时期合成 G2 期 (G2 期) 大量合成ATP、RNA、蛋白质 有丝分裂期(mitotic phase,M 期)
7 、MPF的作用机制
蛋白质的磷酸化和去磷酸化, 同染色质的凝 集与去凝集、有丝分裂的启动、核仁的功 能、核膜的崩溃和重建等均有密切的关系
核纤层蛋白(nuclear lamina protein)
•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获 诺贝尔生理医学奖。
第十二章：细胞周期 与细胞分裂
学习重点: 1.细胞周期各个阶段的特点 2.细胞周期各阶段的调控机制** 3.有丝分裂和减数分裂的各个步骤及两者之间的区别
（小题） 4.细胞分裂中的分离机制 ** 本章考题：03（1个问答题10分），06（综合问答题10
分，G1期限制点与细胞的增殖和前途有何关系？简答题 5分比较酵母的MPF和SPF）07（1个研究方法题6分：简 述发现细胞周期蛋白B的实验过程），08（请给出Cdk失 活的三种可能的机制。5分）
2001年医学/生理学诺贝尔奖，细胞周期的 关键调节分子
1
1.蛋白激酶在细胞周期调控中的作用
染色体早熟凝集(premature chromosome condensation,PCC) 与M期细胞融合的G1期的染色体为单线状, S期为粉末状, G2期染色体 为双线
2
3 、裂殖酵母的细胞周期调控
裂殖酵母的MPF的化学本质是什么？ 答: 裂殖酵母的MPF是一种复合物，由Cdc2 和Cdc13两种蛋白组成，其中Cdc2是一种蛋 白激酶，Cdc13是周期蛋白。主要是通过对 裂殖酵母温度敏感突变的研究发现了编码 这两种蛋白的基因
4 、芽殖酵母的细胞周期调控
请阐述芽殖酵母细胞周期中各种不同周期 蛋白的调控作用。 答: 在芽殖酵母中有一个功能相当于裂殖酵 母CDC2的基因，命名为CDC28, 编码Cdc28 蛋白,此外还有9种不同的周期蛋白。芽殖酵 母中有三种G1周期蛋白:Cln1、Cln2和Cln3。
④有丝分裂之前, 经DNA合成, 进入G2期后才进行有丝分 裂; 减数分裂之前, DNA合成时间很长(99.7%合成, 0.3%未 合成), 一旦合成,即进入减数分裂期, G2期短或没有。
⑤有丝分裂时间短, 1-2小时; 减数分裂时间长, 几十小时至 几年
6 、减数分裂的生物学意义
减数分裂保证了有性生殖生物在世代交替 中染色体数目的恒定
Leland H. Hartwell
R. Timothy (Tim) Hunt
Sir Paul M. Nurse
三、 有丝分裂
1、 有丝分裂过程 前期(prophase) 前中期(prometaphase) 中期(metaphase) 后期(anaphase) 末期(telophase) 胞质分裂(cytokinesis)动物细胞 和植物细胞
减数分裂是遗传重组的原动力，增加了生 物多样性
THE END SEE YOU
5
后期I 同源染色体逐渐移向两极
末期I及分裂间期
4 、减数分裂过程中的遗传重组及其 机理
联会(synapsis)与联会复合体（synaptonemal complex,SC）
重组节(recombination nodules)
染色体重组---交换与交叉
染色体断裂重接的分子机理 单链断裂重组模型 双链断裂重组模型
G2 /M期转化与CDK1激酶的关键性调节 周期蛋白B在G1期的晚期开始合成，通过S期，其含量不断增加，到达 G2期其含量达到最大值，同时， CDK1激酶活性也达到最大，催化底 物磷酸化从而调控细胞周期。
3 、裂殖酵母的细胞周期调控
Hartwell 1960s, Nurse 1970s 分别以芽殖酵母和裂殖 酵母为材料，利用温度敏感突变株，发现许多与 细胞分裂有关的基因( cdc)。如：
纺锤体装配不正常
DNA损伤
3
7 、MPF的作用机制
T. Hunt 1980s发现海胆的卵裂过程中两种蛋 白质的含量随细胞周期振荡，命名为cyclin A和B，其mRNA能诱导蛙卵成熟。
1988年Lohka将非洲爪蟾的MPF纯化。经鉴 定MPF由32KD和45KD两种蛋白组成，是一 种丝氨酸/苏氨酸激酶。进一步的研究发现 MPF=cdc2+clyclin B
裂殖酵母与芽殖酵母细胞周期调控 的比较
裂殖酵母 芽殖酵母
CDK
cdc2
cdc28
调控周期 G2--M
G1--S
调控因子 MPF
SPF
细胞周期 一种即cdc13 多种 蛋白
5 、哺乳动物细胞周期的控制
限制点是哺乳动物细胞周期G1期控制进入S 期的调节点，相当于酵母的START点。主 要是通过体外细胞培养实验发现的。
2.细胞周期运转调控
G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK激酶 细胞周期蛋白E在G1期含量很高，使细胞周期蛋白E—- CDK2产生活
性，磷酸化Rb蛋白，从而释放与之结合的转录因子E2F，从而导致与S 期启动有关的基因转录，促使细胞通过R点，并从G1向S期转化
M期周期蛋白与分裂中期向后期转化 M期细胞周期蛋白通过泛素化途径被降解，被CDK1激酶磷酸化的蛋白 质去磷酸化，使细胞周期从M期中期向后期转化
DAN复制一次，细胞分裂两次，所以细胞 经过减数分裂导致染色体数目减少一半
3 、第一次减数分裂
前期I 细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期
中期I 纺锤体侵入核区, 分散于核中的四分体开始向四分 体的中部移动；此时四分体上有四个着丝点, 一侧 纺锤体只和同侧的两个着丝点相连。最后染色体 排列在赤道板上
MPF 两个不同的亚基组成的异质二聚体 ，周期蛋白依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent protein kinases, Cdks);另一个亚基称作周期蛋白(cyclin)
遍在蛋白如何介导周期蛋白的降解
遍在蛋白加到周期蛋白上需要三种不同的酶介导 首先遍在蛋白在它的羧基端通过与遍在蛋白激活 酶E1的半胱氨酸残基形成硫酯键而激活。然后遍 在蛋白从E1转移到E2的半胱氨酸残基, E2称作遍 在蛋白结合酶(ubiquitin)。E2和第三种酶, 遍在蛋白 连接酶(ubiquitin ligase, E3)一起将遍在蛋白转移到 底物蛋白的赖氨酸残基（共价结合）, 在那里进行 遍在蛋白的聚合化,最后作为蛋白酶体的降解底物, 被快速降解。触发有丝分裂周期蛋白遍在蛋白聚 合化的E3又称为后期促进复合物(anaphasepromoting complex,APC)。
6 、细胞周期的关卡
G1关卡(START或限制点) 主要是监测细胞的大小和环境状态,如果条 件合适,就会激发DNA复制
G2关卡 检测中细胞的大小,细胞所处的状态, 以及细 胞内DNA是否复制完毕
中期关卡 染色体是否都与纺锤体相连，是否都排列赤 道板上
其他影响细胞周期的事件 DNA复制不完全
裂殖酵母cdc2、 芽殖酵母cdc28突变型在限制温度 下无法分裂；
wee1突变型则提早分裂，cdc25突变型细胞体积增 大而不分裂；
cdc2和cdc28都编码34KD的蛋白激酶，促进细胞周 期进行，weel和cdc25分别表现为抑制和促进cdc2 的活性。
（添加的）
Cdc 25 & Wee1 mutant
APC的活性调节及在周期蛋白B降 解中的作用如何
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。被激活的APC与E2结 合, 最后结合到周期蛋白B的破坏框中, 促使周期蛋 白B的进行遍在蛋白多聚化, 其结果导致周期蛋白 B降解。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活性降低甚至失活, 触发细胞 进入有丝分裂末期。胞质分裂之后, 周期蛋白B在 子细胞的间期合成, APC的活性保持到G1期的后期, 被G1 Cdk失活。周期蛋白B的浓度不断升高,同时 提高MPF的活性, 以便进入下一个有丝分裂期
3、细胞周期的研究方法
细胞同步化方法主要包括以下三种
A、诱导同步法(induction synchrony) 胸腺嘧啶阻断技术 中期阻断法 B、选择同步法(selection synchrony) 有丝分裂选择法 细胞沉降分离法 C 、条件突变体(conditional mutants)的利用
二、 细胞周期调控
5、减数分裂与有丝分裂的比较
①有丝分裂是体细胞的分裂方式，减数分裂主要是细胞产 生配子的过程(生殖细胞也有有丝分裂)。
②有丝分裂是一次细胞周期, DNA复制一次, 分裂一次, 染 色体由2n→2n;减数分裂是两次细胞周期, DNA复制一次, 细胞分裂两次, 染色体由2n→1n。
③有丝分裂中, 每个染色体是独立活动;在减数分裂中, 染色 体要配对、联会、交换和交叉。
的区别
2 、有丝分裂的机理
纺锤体微管的类型及其形成
染色体分离的两个阶段：后期A与后期B
纺锤体微管运动机理 微管去聚合作用假说（拉） 纺锤体微管滑动假说（推）
胞质分裂的机制
胞质分裂的机理可用肌球蛋白与肌动蛋白之 间的滑动模型来说明
核的解体与重建机理
核解体
核重建
4
四、 减数分裂
1、 减数分裂的一般特点
一、 细胞周期
1、 细胞周期时相及类型 细胞周期时相：G1期(Gap1 phase) S期 G2 期 M期
细胞类型 持续分裂细胞 终端分化细胞 G0Baidu Nhomakorabea胞,又称休眠细胞
2 、细胞周期各时相的合成活动
G1期 (Gap1 phase) 合成rRNA、蛋白质、脂类和碳水化合物 S期 (synthesis phase) 除了DNA合成外, 同时还会合成组蛋白, DNA复制所需的酶都在这一时期合成 G2 期 (G2 期) 大量合成ATP、RNA、蛋白质 有丝分裂期(mitotic phase,M 期)
7 、MPF的作用机制
蛋白质的磷酸化和去磷酸化, 同染色质的凝 集与去凝集、有丝分裂的启动、核仁的功 能、核膜的崩溃和重建等均有密切的关系
核纤层蛋白(nuclear lamina protein)
•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获 诺贝尔生理医学奖。
第十二章：细胞周期 与细胞分裂
学习重点: 1.细胞周期各个阶段的特点 2.细胞周期各阶段的调控机制** 3.有丝分裂和减数分裂的各个步骤及两者之间的区别
（小题） 4.细胞分裂中的分离机制 ** 本章考题：03（1个问答题10分），06（综合问答题10
分，G1期限制点与细胞的增殖和前途有何关系？简答题 5分比较酵母的MPF和SPF）07（1个研究方法题6分：简 述发现细胞周期蛋白B的实验过程），08（请给出Cdk失 活的三种可能的机制。5分）