1、第十一章第十一章 細胞增殖及其調控細胞增殖及其調控細胞增殖細胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)的意義的意義細胞周期與細胞分裂細胞周期與細胞分裂細胞周期調控細胞周期調控細胞增殖細胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)的意義的意義細胞增殖細胞增殖(cell proliferation)(cell proliferation)是細胞生命活動的是細胞生命活動的重要特征之一重要特征之一, ,是生物繁育的基礎。是生物繁育的基礎。單細胞生物細胞增殖導致生物個體數量的增加。單細胞生物細胞增殖導致生物個體數量的增

2、加。多細胞生物由一個單細胞多細胞生物由一個單細胞( (受精卵受精卵) )分裂發育而來，分裂發育而來， 細胞增殖是多細胞生物繁殖基礎。細胞增殖是多細胞生物繁殖基礎。成體生物仍然需要細胞增殖，主要取代衰老死亡的成體生物仍然需要細胞增殖，主要取代衰老死亡的細胞，細胞， 維持個體細胞數量的相對平衡和機體的正常維持個體細胞數量的相對平衡和機體的正常功能。功能。機體創傷愈合、組織再生、病理組織修復等，都要機體創傷愈合、組織再生、病理組織修復等，都要 依賴細胞增殖。依賴細胞增殖。第一節 細胞周期與細胞分裂細胞周期細胞周期(cell cycle)(cell cycle)概述概述有絲分裂有絲分裂( (mitos

3、is)mitosis)胞質分裂胞質分裂(Cytokinesis)減數分裂減數分裂(Meiosis) 二、有絲分裂二、有絲分裂有絲分裂的過程有絲分裂的過程與有絲分裂直接相關的亞細胞結構：中心與有絲分裂直接相關的亞細胞結構：中心體、動粒與著絲粒、紡錘體體、動粒與著絲粒、紡錘體有絲分裂過程中染色體運動的動力機制有絲分裂過程中染色體運動的動力機制有絲分裂過程中染色體運動的有絲分裂過程中染色體運動的動力機制動力機制染色體整列：染色體整列： Mad2和和Bub1蛋白：使動粒敏化，促使微蛋白：使動粒敏化，促使微管與動粒接觸。管與動粒接觸。染色體分離：染色體分離：后期后期A和后期和后期B兩個階段假說。兩個階段

4、假說。n后期后期A，動粒微管變短（解聚，動粒微管變短（解聚)，將染色，將染色體拉向兩極。體拉向兩極。n后期后期B，極性微管游離端（正極）在，極性微管游離端（正極）在ATP功能情況下與微管蛋白聚合，使極性微功能情況下與微管蛋白聚合，使極性微管加長，形成較寬的極性微管重疊區。管加長，形成較寬的極性微管重疊區。在在KRPs和胞質動力蛋白作用下，兩極距和胞質動力蛋白作用下，兩極距離拉長。離拉長。2001年諾貝爾生理醫學獎獲得者第二節第二節 細胞周期的調控細胞周期的調控(Cell-Cycle Control)細胞周期調控系統的主要作用細胞周期調控系統的主要作用MPF周期蛋白周期蛋白Cyclin-Cdk復

5、合物的多樣性及細胞周期運轉復合物的多樣性及細胞周期運轉細胞周期運轉的阻遏細胞周期運轉的阻遏( (細胞周期運轉的負調控細胞周期運轉的負調控) )三、周期蛋白三、周期蛋白特點特點各種周期蛋白均含有一段相當保守的氨基酸各種周期蛋白均含有一段相當保守的氨基酸序列，稱為周期蛋白框。介導其與序列，稱為周期蛋白框。介導其與CDK結合。結合。M期周期蛋白分子近期周期蛋白分子近N末端含有一段由末端含有一段由9個氨個氨基酸殘基組成的特殊序列，稱為破壞框。參基酸殘基組成的特殊序列，稱為破壞框。參與有泛素介導的周期蛋白與有泛素介導的周期蛋白A和和B的降解。的降解。G1期周期蛋白分子期周期蛋白分子C端含有一段特殊的端含

6、有一段特殊的PEST序列。與序列。與G1期周期蛋白的更新有關。期周期蛋白的更新有關。周期蛋白在細胞周期中的積累及其與周期蛋白在細胞周期中的積累及其與CDK激酶活性的關系激酶活性的關系n20012001年諾年諾貝爾貝爾生理生理學學/ /醫醫學獎學獎得主得主2001年諾貝爾生理學與醫學獎年諾貝爾生理學與醫學獎利蘭利蘭哈特韋爾發現了控制細胞周期的基因，哈特韋爾發現了控制細胞周期的基因，其中一種被稱為其中一種被稱為“START” 的基因對控制各個的基因對控制各個細胞周期的最初階段具有決定性的作用。細胞周期的最初階段具有決定性的作用。保羅保羅納西的貢獻是發現了納西的貢獻是發現了CDK。蒂莫西蒂莫西亨特的

7、貢獻是發現了調節亨特的貢獻是發現了調節CDK的功能的功能物質物質CYCLIN.一、細胞周期一、細胞周期(cell cycle)(cell cycle)概述概述細胞周期細胞周期細胞周期中各個不同時相及其主要事件細胞周期中各個不同時相及其主要事件細胞周期檢驗點細胞周期檢驗點(Cell Cycle Checkpoint)(Cell Cycle Checkpoint)細胞周期長短測定細胞周期長短測定細胞周期同步化細胞周期同步化特異的細胞周期特異的細胞周期（一）、（一）、有絲分裂有絲分裂(mitosis)(mitosis)過程過程前期前期(prophase)(prophase)前中期前中期(promet

8、aphase(prometaphase) )中期中期(metaphase)(metaphase)后期后期(anaphase) 末期末期(telophase(telophase) )前期兩個中心體向兩級移動前期兩個中心體向兩級移動中期的光鏡和電鏡中期的光鏡和電鏡前中期和中前中期和中期期后期姊妹染色體分離后期姊妹染色體分離末末期期三、胞質分裂三、胞質分裂(Cytokinesis)動物細胞胞質分裂動物細胞胞質分裂植物細胞胞質分裂植物細胞胞質分裂四、減數分裂四、減數分裂(Meiosis)減數分裂概念與過程減數分裂概念與過程：減數分裂的意義減數分裂的意義減數分裂特點減數分裂特點（一）細胞周期（一）細胞周

9、期概念：概念：細胞從一次有絲分裂結束開始，經過物細胞從一次有絲分裂結束開始，經過物質積累過程，直到下一次細胞分裂結束質積累過程，直到下一次細胞分裂結束為止，稱為一個細胞周期為止，稱為一個細胞周期。細胞周期時相組成細胞周期時相組成細胞周期時間細胞周期時間根據增殖狀況，細胞分類三類根據增殖狀況，細胞分類三類細胞周期時相組成細胞周期時相組成間期間期(interphase(interphase): G1 phase): G1 phase，S phaseS phase，G2 phaseG2 phaseM phase: M phase: 有絲分裂期有絲分裂期(Mitosis), (Mitosis), 胞質

10、分裂期胞質分裂期(Cytokinesis(Cytokinesis) ) 細胞沿著細胞沿著G1SG2MG1G1SG2MG1周期性運轉，在間期細胞體周期性運轉，在間期細胞體積增大積增大( (生長生長) )，在，在 M M 期細胞期細胞 先是核分裂，接著胞質分裂，先是核分裂，接著胞質分裂，完成一個完成一個細胞周期細胞周期。細胞周期時間細胞周期時間不同細胞的細胞不同細胞的細胞周期時間差異周期時間差異很大很大S+G2+M S+G2+M 的時間變化較小，細胞周的時間變化較小，細胞周 期時間長短主要差別在期時間長短主要差別在G1G1期期有些分裂增殖的細胞缺乏有些分裂增殖的細胞缺乏G1G1、G2G2期期根據增

11、殖狀況，細胞分類三類根據增殖狀況，細胞分類三類連續分裂細胞連續分裂細胞(cycling cell)(cycling cell)：周期中細胞：周期中細胞靜止期細胞靜止期細胞 (Go(Go細胞細胞) )：暫時脫離細胞周期，不進行增殖，但在：暫時脫離細胞周期，不進行增殖，但在適當刺激下可以重新進入細胞周期的細胞。適當刺激下可以重新進入細胞周期的細胞。終末分化細胞：指終端分化細胞，發生不可逆的脫離細胞周期，終末分化細胞：指終端分化細胞，發生不可逆的脫離細胞周期，喪失分裂能力，但保持生理機能活動的細胞。喪失分裂能力，但保持生理機能活動的細胞。 （二）（二）細胞周期細胞周期中不同時中不同時相及其主要事件及

12、其主要事件 G1G1期期 S S 期期 G2G2期期 M 期期周期中細胞形態結構的變化周期中細胞形態結構的變化n細胞形態的變化：細胞形態的變化：S期細胞呈扁平狀，緊貼培期細胞呈扁平狀，緊貼培養瓶壁，養瓶壁，M期變圓。期變圓。n細胞內部結構的變化：染色質結構的變化。在細胞內部結構的變化：染色質結構的變化。在S期染色體處于極松散狀態，核仁的變化，分期染色體處于極松散狀態，核仁的變化，分裂前期到中期，核仁消失，后期重新形成。裂前期到中期，核仁消失，后期重新形成。n細胞器的分裂和片段化：線粒體葉綠體與細胞細胞器的分裂和片段化：線粒體葉綠體與細胞分裂同步，數量加倍；其他膜結合細胞器生長分裂同步，數量加倍

13、；其他膜結合細胞器生長并斷成片段。并斷成片段。G1G1期期v 與與DNADNA合成啟動相關，開始合成細胞生長所需合成啟動相關，開始合成細胞生長所需要的多種蛋白質、糖類、脂質等，但不合成要的多種蛋白質、糖類、脂質等，但不合成DNADNA。同時染色質去凝集。同時染色質去凝集。v芽殖酵母（起始點），其他真核細胞（限制點芽殖酵母（起始點），其他真核細胞（限制點或檢驗點）或檢驗點）G2G2期期DNADNA復制完成，在復制完成，在G2G2期合成期合成一定數量的蛋白質和一定數量的蛋白質和RNARNA分子，包括微管蛋分子，包括微管蛋白和促成熟因子（白和促成熟因子（MPFMPF）M 期期M M期即細胞分裂期，真

14、核細胞的細胞分裂主期即細胞分裂期，真核細胞的細胞分裂主要包括兩種方式，即有絲分裂要包括兩種方式，即有絲分裂(mitosis)(mitosis)和和減數分裂減數分裂(meiosis)(meiosis)。遺傳物質和細胞內其。遺傳物質和細胞內其他物質分配給子細胞。主要特點：染色體凝他物質分配給子細胞。主要特點：染色體凝集，并在紡錘體的作用下，兩個姐妹染色集，并在紡錘體的作用下，兩個姐妹染色單體被均等地分配到兩個子細胞。單體被均等地分配到兩個子細胞。S S期期 DNADNA復制與組蛋白合成同步復制與組蛋白合成同步，組成核小體串珠結，組成核小體串珠結構構 S S期期DNADNA合成不同步：常染色質復制先

15、于異染色質，合成不同步：常染色質復制先于異染色質，能轉錄的能轉錄的DNADNA復制先于不能轉錄的；復制先于不能轉錄的；GCGC含量高的含量高的DNADNA復制先于復制先于ATAT含量高的。含量高的。細胞周期長短測定細胞周期長短測定脈沖標記脈沖標記DNADNA復制和細胞分裂指數觀察測定復制和細胞分裂指數觀察測定法法 H H3 3-TdR-TdR標記，洗滌，培養，定時取樣，放射自顯影分析標記，洗滌，培養，定時取樣，放射自顯影分析流式細胞儀測定法流式細胞儀測定法(Flow Cytometry(Flow Cytometry) ) 是一種快速測定和分析流體中細胞或顆粒物各種參數的大是一種快速測定和分析流

16、體中細胞或顆粒物各種參數的大型實驗儀器。根據型實驗儀器。根據DNADNA含量分類細胞，根據類群細胞的數含量分類細胞，根據類群細胞的數量推斷時間。量推斷時間。細胞周期各階段的時間細胞周期各階段的時間(細胞周期測定細胞周期測定) TG2G2期時間，期時間，TMM期時間，期時間，TSS期時間，期時間，TC細胞周期時間，細胞周期時間，TG1 TC （TG2 TM TS ）流式細胞儀檢測細胞周期流式細胞儀檢測細胞周期細胞周期同步化細胞周期同步化自然同步化，如有一種粘菌的變形體自然同步化，如有一種粘菌的變形體plasmodiaplasmodia， 某些某些受精卵早期卵裂受精卵早期卵裂 人工選擇同步化人工選

17、擇同步化 人工誘導法人工誘導法 條件依賴性突變株在細胞周期同步化中的應用：條件依賴性突變株在細胞周期同步化中的應用： 將與細胞周期調控有關的條件依賴性突變株轉移將與細胞周期調控有關的條件依賴性突變株轉移 到限定條件下培養，所有細胞便被同步化在細胞到限定條件下培養，所有細胞便被同步化在細胞 周期中某一特定時期周期中某一特定時期。人工選擇同步化人工選擇同步化有絲分裂選擇法有絲分裂選擇法：用于單層貼壁生長細胞。優點是細：用于單層貼壁生長細胞。優點是細 胞未經任何藥物處理，細胞同步化效率高。缺點是胞未經任何藥物處理，細胞同步化效率高。缺點是 分離的細胞數量少。分離的細胞數量少。密度梯度離心法：根據不同

18、時期的細胞在體積和重量密度梯度離心法：根據不同時期的細胞在體積和重量上存在差別進行分離。優點是方法上存在差別進行分離。優點是方法 簡單省時，效率高，簡單省時，效率高，成本低。缺點是對大多數種類的細胞并不適用。成本低。缺點是對大多數種類的細胞并不適用。藥物誘導法藥物誘導法 DNADNA合成阻斷法合成阻斷法 G1/S-TdR G1/S-TdR雙阻斷法：最終將雙阻斷法：最終將 細胞群阻斷于細胞群阻斷于G1/SG1/S交界處。優點是同步化效率高，交界處。優點是同步化效率高， 幾乎適合于所有體外培養的細胞體系。缺點是誘幾乎適合于所有體外培養的細胞體系。缺點是誘 導過程可造成細胞非均衡生長導過程可造成細胞

19、非均衡生長 分裂中期阻斷法：通過抑制微管聚合來抑制細胞分裂中期阻斷法：通過抑制微管聚合來抑制細胞 分裂器的形成，將細胞阻斷在細胞分裂中期。優點分裂器的形成，將細胞阻斷在細胞分裂中期。優點 是操作簡便，效率高。缺點是這些藥物的毒性相對是操作簡便，效率高。缺點是這些藥物的毒性相對 較大較大TdR阻斷法進行細胞同步化阻斷法進行細胞同步化特異的細胞周期特異的細胞周期特異的細胞周期是指那些特殊的細胞所具特異的細胞周期是指那些特殊的細胞所具 有的與標準的細胞周期相比有著鮮明特點的細有的與標準的細胞周期相比有著鮮明特點的細 胞周期。胞周期。 爪蟾早期胚胎細胞的細胞周期爪蟾早期胚胎細胞的細胞周期 酵母細胞的細

20、胞周期酵母細胞的細胞周期 植物細胞的細胞周期植物細胞的細胞周期 細菌的細胞周期細菌的細胞周期爪蟾爪蟾早期胚胎細胞早期胚胎細胞的細胞周期的細胞周期細胞分裂快細胞分裂快, G1, G1期和期和G2G2期非常短期非常短,S,S期也短期也短( (所有復所有復 制子都激活制子都激活),), 以至認為僅含有以至認為僅含有S S期和期和M M期期無需臨時合成其它物質無需臨時合成其它物質子細胞在子細胞在G1G1、G2G2期并不生長，越分裂體積越小期并不生長，越分裂體積越小 細胞周期調控因子和調節機制與一般體細胞標準的細胞周期調控因子和調節機制與一般體細胞標準的 細胞周期基本是一致的細胞周期基本是一致的酵母細胞

21、的細胞周期酵母細胞的細胞周期酵母細胞的細胞周期與標準的細胞周期在時相和調控方面相似酵母細胞的細胞周期與標準的細胞周期在時相和調控方面相似酵母細胞周期明顯特點酵母細胞周期明顯特點: : 酵母細胞周期持續時間較短；酵母細胞周期持續時間較短； 封閉式細胞分裂封閉式細胞分裂 ，即細胞分裂時核膜不解聚；，即細胞分裂時核膜不解聚； 紡錘體位于細胞核內；紡錘體位于細胞核內； 在一定環境下，也進行有性繁殖在一定環境下，也進行有性繁殖裂殖酵母細胞周期裂殖酵母細胞周期 芽殖酵母細胞周期芽殖酵母細胞周期植物細胞植物細胞的細胞周期的細胞周期植物細胞的細胞周期與動物細胞的標準細胞周期植物細胞的細胞周期與動物細胞的標準細

22、胞周期非常相似，含有非常相似，含有G1G1期、期、S S期、期、G2G2期和期和M M期四個時期。期四個時期。植物細胞不含中心體，但在細胞分裂時可以正常植物細胞不含中心體，但在細胞分裂時可以正常組裝紡錘體。組裝紡錘體。植物細胞以形成中間板的形式進行胞質分裂植物細胞以形成中間板的形式進行胞質分裂植物細胞成膜體的形成植物細胞成膜體的形成細菌的細胞周期細菌的細胞周期 慢生長細菌細胞周期過程與真核細胞周期過程慢生長細菌細胞周期過程與真核細胞周期過程有有一定相似之處。其一定相似之處。其DNADNA復制之前的準備時間與復制之前的準備時間與G1G1期期類似。分裂之前的準備時間與類似。分裂之前的準備時間與G2

23、G2期類似。再加上期類似。再加上S S期和期和M M期，細菌的細胞周期也基本具備四個時期期，細菌的細胞周期也基本具備四個時期 細菌在快速生長情況下，如何協調快速分裂和最細菌在快速生長情況下，如何協調快速分裂和最 基本的基本的DNADNA復制速度之間的矛盾復制速度之間的矛盾前期前期(prophase)(prophase)標志前期開始的第一個特征是染色質開始濃縮標志前期開始的第一個特征是染色質開始濃縮 (condensation)(condensation)形成形成有絲分裂染色體有絲分裂染色體(mitotic (mitotic chromosomechromosome） 第二個特征細胞骨架解聚，第

24、二個特征細胞骨架解聚，有絲分裂紡錘體有絲分裂紡錘體(mitotic spindle)(mitotic spindle)開始裝配開始裝配GolgiGolgi體、體、ERER等細胞器解體，形成小的膜泡等細胞器解體，形成小的膜泡這種染色體由這種染色體由兩條染色單體兩條染色單體(chromatid(chromatid) )構成構成 在前期末，染色體主縊痕部位形成一種蛋白復在前期末，染色體主縊痕部位形成一種蛋白復合物稱為合物稱為動粒動粒(kinetochore(kinetochore) )間期動物細胞含一個間期動物細胞含一個MTOCMTOC，即中心體，在，即中心體，在 G1G1期末，兩個中心粒在各自垂直

25、的方向復制出一期末，兩個中心粒在各自垂直的方向復制出一個中心粒，形成兩個中心體。當前期開始時，個中心粒，形成兩個中心體。當前期開始時， 2 2個中心體移向細胞兩極個中心體移向細胞兩極，并同時組織微管生，并同時組織微管生 長，由兩極形成的微管通過微管結合蛋白在正長，由兩極形成的微管通過微管結合蛋白在正 極末端相連，最后形成極末端相連，最后形成有絲分裂紡錘體有絲分裂紡錘體。前期兩個中心體向兩極移動前期兩個中心體向兩極移動前中期前中期(prometaphase(prometaphase) )指由核膜解體到染色體排列到赤道面指由核膜解體到染色體排列到赤道面(equatorial plane)這一階段這

26、一階段核膜破裂成小的膜泡，這一過程是由核纖層蛋白中特異的核膜破裂成小的膜泡，這一過程是由核纖層蛋白中特異的SerSer殘基磷殘基磷酸化導致酸化導致核纖層解體核纖層解體紡錘體微管與染色體的動粒結合，捕捉住染色體。每個已復制的染色紡錘體微管與染色體的動粒結合，捕捉住染色體。每個已復制的染色體有兩個動粒，朝相反方向，保證與兩極的微管結合；紡錘體微管捕捉體有兩個動粒，朝相反方向，保證與兩極的微管結合；紡錘體微管捕捉住染色體后，形成住染色體后，形成三種類型的微管三種類型的微管不斷運動的染色體開始移向赤道板。細胞周期也由前中期逐漸向中期不斷運動的染色體開始移向赤道板。細胞周期也由前中期逐漸向中期運轉。運轉

27、。中期中期(metaphase)(metaphase)指從染色體排列到赤道面上，到姊妹染色單體開始分向兩極指從染色體排列到赤道面上，到姊妹染色單體開始分向兩極的一段時間，縱向觀動物染色體呈輻射狀排列。的一段時間，縱向觀動物染色體呈輻射狀排列。所有染色體排列到赤道板所有染色體排列到赤道板( (Metaphase Plate) )上，標志著細上，標志著細胞分裂已進入中期。染色體的整列或染色體的中板集合。胞分裂已進入中期。染色體的整列或染色體的中板集合。該期主要特點是姐妹染色單體位于赤道板上該期主要特點是姐妹染色單體位于赤道板上, ,著絲粒分別被兩著絲粒分別被兩端的中心體發出的纖維連接端的中心體發出

28、的纖維連接什么機制確保染色體正確排列在赤道板上？什么機制確保染色體正確排列在赤道板上？ 著絲粒微管動態平衡形成的張力著絲粒微管動態平衡形成的張力 中期的主要特征中期的主要特征后期后期(anaphase) 排列在赤道面上的染色體的姐妹染色單體分離產生排列在赤道面上的染色體的姐妹染色單體分離產生向極運動向極運動后期后期(anaphase)大致可以劃分為連續的兩個階段，即后期大致可以劃分為連續的兩個階段，即后期A和后期和后期B后期后期A，指染色體向兩極移動的過程。指染色體向兩極移動的過程。 動粒微管去裝配變短，染動粒微管去裝配變短，染色體產生兩極運動。微管去聚合作用假說。色體產生兩極運動。微管去聚合

29、作用假說。后期后期B，指兩極間距離拉大的過程。指兩極間距離拉大的過程。 極間微管長度增加，兩極之極間微管長度增加，兩極之間的距離逐漸長，介導染色體向極運動間的距離逐漸長，介導染色體向極運動。紡錘體微管滑動學說紡錘體微管滑動學說。這一時期的主要特點是這一時期的主要特點是: :著絲粒分開著絲粒分開, ,染色單體移向兩極。染色單體移向兩極。 后期的主要特征后期的主要特征末期末期(telophase(telophase) )染色單體到達兩極，即進入了末期（染色單體到達兩極，即進入了末期（telophasetelophase）, , 到達兩極的染色單體開始去濃縮到達兩極的染色單體開始去濃縮核膜開始重新組

30、裝核膜開始重新組裝 Golgi Golgi體和體和ERER重新形成并生長重新形成并生長核仁也開始重新組裝，核仁也開始重新組裝，RNARNA合成功能逐漸恢復合成功能逐漸恢復, ,有絲分裂結束有絲分裂結束該期的主要特點是該期的主要特點是: :染色體解螺旋形成細絲染色體解螺旋形成細絲, ,出現核仁和核膜。出現核仁和核膜。 末期的主要特征末期的主要特征動物細胞動物細胞胞質分裂胞質分裂胞質分裂胞質分裂(cytokinesis(cytokinesis) )開始于細胞分裂后期，完成于細開始于細胞分裂后期，完成于細胞分裂末期。在赤道板周圍細胞表面下陷，形成環形縊胞分裂末期。在赤道板周圍細胞表面下陷，形成環形縊

31、縮，稱為縮，稱為分裂溝分裂溝(furrow)(furrow)。分裂溝的位置與紡錘體極性。分裂溝的位置與紡錘體極性微管和鈣離子濃度升高的變化有關微管和鈣離子濃度升高的變化有關胞質分裂開始時，大量肌動蛋白和肌球蛋白在中間體胞質分裂開始時，大量肌動蛋白和肌球蛋白在中間體 處組裝成微絲并相互組成微絲束，環繞細胞，稱為處組裝成微絲并相互組成微絲束，環繞細胞，稱為 收縮環收縮環（contractile ring)contractile ring)。收縮環收縮、收縮環。收縮環收縮、收縮環 處細胞膜融合并形成兩個子細胞處細胞膜融合并形成兩個子細胞胞質分裂的過程胞質分裂的過程n分裂溝位置的確定分裂溝位置的確定n

32、肌動蛋白聚集和收縮環形成肌動蛋白聚集和收縮環形成n收縮環收縮收縮環收縮n收縮環處細胞質膜融合收縮環處細胞質膜融合植物細胞胞質分裂植物細胞胞質分裂與動物細胞胞質分裂不同的是，植物細胞胞與動物細胞胞質分裂不同的是，植物細胞胞 質分裂是因為在細胞內形成新的細胞膜和細質分裂是因為在細胞內形成新的細胞膜和細 胞壁而將細胞分開胞壁而將細胞分開減數分裂概念與過程減數分裂概念與過程概念：減數分裂是細胞僅進行一次概念：減數分裂是細胞僅進行一次DNADNA復制，隨復制，隨 后進行兩次分裂，染色體數目減半的一種特殊的后進行兩次分裂，染色體數目減半的一種特殊的 有絲分裂有絲分裂減數分裂減數分裂過程過程減數分裂的意義減

33、數分裂的意義確保世代間遺傳的穩定性；確保世代間遺傳的穩定性； 增加變異機會，確保生物的多樣性，增強生增加變異機會，確保生物的多樣性，增強生物適應環境變化的能力。物適應環境變化的能力。 減數分裂是生物有性生殖的基礎，是生物遺減數分裂是生物有性生殖的基礎，是生物遺傳、生物進化和生物多樣性的重要基礎保證。傳、生物進化和生物多樣性的重要基礎保證。減數分裂減數分裂特點特點遺傳物質只復制一次，細胞連續分裂兩次，遺傳物質只復制一次，細胞連續分裂兩次， 導致染色體數目減半導致染色體數目減半S S期持續時間較長期持續時間較長同源染色體在減數分裂期同源染色體在減數分裂期I I(MeiosisI)配對聯會、配對聯會

34、、基因重組基因重組減數分裂前減數分裂前S S期與有絲分裂前期與有絲分裂前S S期長度比較期長度比較前期前期I I分為細線期，偶線期，粗線期，雙線期，分為細線期，偶線期，粗線期，雙線期，終變期等終變期等五個階段五個階段形成形成聯會復合體聯會復合體(Synaptonemal(Synaptonemal Complex, SC) Complex, SC)同源染色體間遺傳物質重組同源染色體間遺傳物質重組, ,產生新的基因組合產生新的基因組合思 考 題 在適當時候激活細胞周期各個時相的相關酶在適當時候激活細胞周期各個時相的相關酶 和蛋白和蛋白, ,然后自身失活然后自身失活確保每一時相事件的全部完成確保每一

35、時相事件的全部完成 對外界環境因子起反應對外界環境因子起反應(如多細胞生物對增殖如多細胞生物對增殖信號的反應信號的反應)一、細胞周期調控系統的主要作用一、細胞周期調控系統的主要作用（三）、細胞周期檢驗點(checkpoint) 細胞周期檢驗點是細胞周期調控的一種機制細胞周期檢驗點是細胞周期調控的一種機制, , 主要是確保周期每一時相事件的有序、全部完主要是確保周期每一時相事件的有序、全部完 成并與外界環境因素相聯系成并與外界環境因素相聯系 細胞周期檢驗點及其作用細胞周期檢驗點及其作用 G1G1期檢驗點：酵母期檢驗點：酵母StartStart；動物細胞；動物細胞Restriction Restr

36、iction PointPoint二、二、MPF(Maturation-promoting factor，Mitosis-promoting factor)MPF(Maturation-promoting factor， Mitosis-promoting factor)的的發現及其生化發現及其生化實質實質Mitotic Cyclin-Cdk復合物的活化與功能復合物的活化與功能MPF的發現及其生化實質的發現及其生化實質細胞融合細胞融合與與PCC(Premature chromosomal condense) 爪蟾卵子成熟過程爪蟾卵子成熟過程 MPF的發現的發現MPF是一種使多種底物蛋白磷酸化的

37、蛋白激酶；是一種使多種底物蛋白磷酸化的蛋白激酶； 由由M期期Cyclin-Cdk(Cyclin-dependent protein kinase) 形成的形成的復合物復合物。MPF=CDK1=cdc2+cyclinBnCdc2:裂殖酵母，表達產物是相對分子裂殖酵母，表達產物是相對分子質量為質量為34103的蛋白質，稱為的蛋白質，稱為p34cdc2nCdc28：芽殖酵母，表達產物也是相對：芽殖酵母，表達產物也是相對分子質量為分子質量為34103的蛋白質，稱為的蛋白質，稱為p34cdc28細胞融合實驗細胞融合實驗研究者：研究者：1970年，年，Colorado 大學的大學的Potu Rao 和和

38、Robert Johnson n研究思路研究思路n研究方法研究方法Mitotic Cyclin-Cdk復合物的活化與功能復合物的活化與功能 活化活化 隨隨Cyclin濃度變化而變化濃度變化而變化 激酶與磷酸酶的調節激酶與磷酸酶的調節， 活化的活化的MPF可使更多的可使更多的MPF活化活化 功能功能：啟動細胞從：啟動細胞從G2期進入期進入M期的相關事件期的相關事件四、四、Cyclin-Cdk復合物的多樣性及細胞周期運轉復合物的多樣性及細胞周期運轉Cyclin-Cdk復合物的多樣性復合物的多樣性 Cyclin-Cdk-調控細胞周期的引擎：不同的周期蛋白調控細胞周期的引擎：不同的周期蛋白與不同的與不

39、同的CDK結合，構成不同的結合，構成不同的Cyclin-Cdk； 不同的不同的Cyclin-Cdk在不同的時相表現活性，影響不同在不同的時相表現活性，影響不同的下游事件。的下游事件。G1 Cyclin-CdkG1 Cyclin-Cdk復合物對復合物對RbRb蛋白磷酸化而調控蛋白磷酸化而調控G1G1檢驗點檢驗點Mitotic Cyclin-Cdk復合物激活復合物激活 Anaphase Promoting Complex (APC), 調控紡錘體裝配檢驗點調控紡錘體裝配檢驗點周期細胞周期細胞M-CyclinM-Cyclin的調控的調控細胞周期調控模型總結細胞周期調控模型總結與與cdc2類似的類似的

40、CDK蛋白分子圖解蛋白分子圖解Cyclin-Cdk復合物的多樣性復合物的多樣性 G1 S G2/M Cyclin-Cdk Cyclin-Cdk Cyclin-Cdk Budding Yeast CLN1,2,3-CDC28 CLB5,(3,4)-CDC28 CLB1,2(3,4)-CDC28 Fission Yeast CIG1-CDC2 CIG2-CDC2 CIG13-CDC2 Higher Eukaryotes CyclinD1,2,3-CDK4/6 CyclinA-CDK2 CyclinB-CDC2 CyclinE1,2-CDK2G1 SubstratesS SubstratesG2/M

41、 SubstratesGrowth and MorphogenesisDNA ReplicationMitosis多種周期蛋白多種周期蛋白:周期蛋白周期蛋白A：S期和期和M期周期蛋白期周期蛋白周期蛋白周期蛋白B：M期周期蛋白期周期蛋白周期蛋白周期蛋白D1、D2、D3：G1中周期蛋白中周期蛋白周期蛋白周期蛋白E：晚：晚G1期、期、S期周期蛋白期周期蛋白APCAPC介導選擇性降解的靶蛋白與介導選擇性降解的靶蛋白與UbiquitinUbiquitin結合結合 ( (通過通過泛素依賴性途徑降解泛素依賴性途徑降解) ) APCAPC主要介導兩類蛋白降解主要介導兩類蛋白降解: : Anaphase Inh

42、ibitors和和Mitotic Cyclin. 前者維持姐妹染色單體粘連前者維持姐妹染色單體粘連, 抑抑制后期啟動；后者的降解意味著有絲分裂即將結制后期啟動；后者的降解意味著有絲分裂即將結束，即染色體開始去凝集，核膜重建。束，即染色體開始去凝集，核膜重建。 Cdc20 和和Mad2蛋白位于動粒上，在染色體結合有蛋白位于動粒上，在染色體結合有絲分裂紡錘體前將不能從動粒上釋放，由于絲分裂紡錘體前將不能從動粒上釋放，由于Mad2與與Cdc20結合而抑制結合而抑制APC的活性。所以只有所有染色的活性。所以只有所有染色體都與紡錘體結合后，體都與紡錘體結合后，APC才有活性，才啟動細胞才有活性，才啟動細胞向后期轉換。向后期轉換。五、細胞周期運轉的阻遏五、細胞周期運轉的阻遏( (細胞周期運轉的負調控細胞周期運轉的負調控) )細胞至少可通過兩種不同機制阻遏細胞周期的運轉：細胞至少可通過兩種不同機制阻遏細胞周期的運轉： Cdk抑制蛋白抑制蛋白(CDI)阻止阻止Cyclin-Cdk復合物的裝配或復合物的裝配或活性；周期調控系統組分停止合成。活性；周期調控系統組分停止合成。CDICDI包括包括CIP/KIPCIP/KIP家族和家族和INK4INK4家族，其作用是抑制家族，其作用是抑制Cyclin-Cdk復合物的裝配或活性，而將細