精编资料推荐细胞生物学学习资料第1215章.docx
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精编资料推荐细胞生物学学习资料第1215章
第十二章细胞增殖及其调控
学习要点
第一节细胞周期概述
一、细胞周期
真核细胞分裂方式：
无丝分裂、有丝分裂和减数分裂。
连续分裂的细胞从上次有丝分裂结束开始到下次有丝分裂完成为止所经历的一个过程叫做一个细胞周期。
一个标准的细胞周期分为G1期、S期、G2期和M期。
根据细胞增殖的情况，多细胞生物体的体细胞可以分为三类：
连续增殖的周期中细胞、暂不分裂的休眠细胞核不再分裂的终端分化细胞。
二、细胞周期中各个不同时相及其主要事件
G1期。
进行RNA、碳水化合物、脂类和蛋白质的合成，细胞体积增大，dNTP积累，合成S期所需要的一些蛋白质因子，为细胞进入S期做好充分准备。
S期。
主要事件是DNA复制，常染色质与异染色质的复制不同步进行，DNA量加倍。
新的组蛋白也是在此期合成的。
G2期。
合成大量的蛋白质，但此期合成的蛋白与前两期的不同，主要为细胞进入M期做好充分准备，如合成了着丝粒蛋白质、细胞周期蛋白B和微管蛋白等。
M期。
核膜破裂，核仁消失，染色质形成染色体，子染色体移向两极，随后松散开，在两极形成子核，细胞进行分裂，形成两个子细胞。
三、细胞周期长短测定
1．脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法
脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法可以测出细胞周期4个时相时间的长短。
在细胞分裂指数测定法过程中，根据绘制的图形分别求出4个时相时间的长短是本节的学习难点。
2．流式细胞仪测定法
流式细胞仪测定法可测定细胞周期时间的长短，但是该法无法区分G2期与M期细胞，因此不能区分G2期和M期时间的长短。
另外，细胞群体倍增时间测定法可以计算出细胞周期总时间，缩时摄影技术可以算出分裂间期和分裂期的准确时间。
四、细胞周期同步化
在自然或实验条件下使一个细胞群体中所有细胞周期的同一时相的过程称为细胞周期同步化。
细胞周期同步化可分为自然同步化和人工同步化。
其中人工同步化又分为人工选择同步化和药物诱导同步化。
药物诱导法中的DNA合成阻断法和分裂中期阻断发应用较多。
人工选择法避免了使用药物对细胞进行处理，能保持细胞正常的生理状态，而药物诱导法可能对细胞的正常生理产生影响。
五、特殊的细胞周期
早期胚胎细胞的细胞周期（从第2次卵裂到第12次卵裂）G1期和G2期非常短，以至于认为早期胚胎细胞仅含
S期和M期。
酵母细胞的细胞周期可以分为4个时相。
细胞分裂时，核膜不解聚，参与细胞分裂的纺锤体位于细胞核内。
植物细胞的细胞周期也含有4个时期。
但植物细胞不含中心体，其纺锤体的装配分别由两极特殊的微区启动，以形成细胞板的形式进行胞质分裂。
细菌的细胞可以进行慢速生长或快速生长，快速生长时，在第一次DNA复制起始之后，立即开始新一轮DNA复制的起始，使一个细胞内的2个DNA分子（同一分子的2个拷贝）同时复制。
细胞分了结束后，2个子细胞都含有复制已经完成一半的DNA。
第二节细胞分裂
一、有丝分裂
有丝分裂过程
前期。
细胞核中染色质开始凝集形成染色体，标志着前期的开始，动物细胞的星体开始形成并逐渐向两极运动。
前中期。
核膜的破裂标志着前中期的开始，纺锤体进行装配，染色体在动力微管的牵引下向细胞的赤道板移动（染色体列队）。
中期。
所有染色体排列在赤道板上，标志着细胞分裂已进入中期，这时细胞中3种类型的微管（星体微管。
动粒微管和极微管）特别典型。
后期。
中期染色体的两条染色单体相互分离，形成子代染色体，并分别向两极运动，标志着后期的开始。
末期。
子染色体到达两极，即进入末期，动粒微管消失，极微管继续加长，子染色体去凝集形成染色质，核纤层结构、核膜和核仁重新形成，新的细胞核形成了。
胞质分裂。
胞质分裂在后期就已经开始（即成膜体或缢缩环在后期开始形成），在末期将细胞一分为二。
植物细胞的胞质分裂与成膜体和细胞板有关。
动物细胞的胞质分裂与缢（收）缩环的形成和收缩有关。
与有丝分裂直接相关的亚细胞结构
中心体。
中心体由一对相互垂直的中心粒和中心粒外基质组成，中心粒外基质中的γ微管蛋白质具有微管组织中心的作用。
中心体在细胞分裂的间期已经完成了复制（G1期开始复制），它与星体、纺锤体的形成和染色体的移动等密切相关。
动粒。
动粒又叫着丝粒，是着丝粒结构的一部分，能与纺锤丝相连，介导染色体在前中期时向赤道板的方向运动，在后期介导分开的子染色体向细胞的两极移动。
动粒上的一些动粒结合蛋白还参与调解染色体的两条染色单体的分开。
③纺锤体。
纺锤体中央宽阔，两端狭小，成纺锤形，主要由微管和微管结合蛋白组成，微管结合蛋白中的移动素类蛋白介导微管的正极运动，而胞质动力蛋白介导向微管的负极运动。
两种蛋白共同作用参与纺锤体的形成和使细胞两极分的更远。
有丝分裂器。
有丝分裂过程中形成的临时性结合叫做有丝分裂器，包括星体、纺锤体和染色体，动物细胞还包括缢缩环，植物细胞包括成膜体。
有丝分裂过程中染色体运动的动力机制
微管动粒结合。
Mad2和Bub1结合在动粒上促使动粒敏化，从而促使微管与动粒相连。
染色体列队。
染色体向赤道板的方向运动称染色体列队。
有两种假说：
牵拉假说和外推假说。
着丝粒分裂。
当所有的染色体排列到赤道板上以后，动粒上释放出的Cdc20促使APC（后期促使因子，即泛素连接酶E3）活化，导致降解连接两条染色单体的cohesin，最终染色体的两条染色单体相互分离成子染色体。
染色体分离。
通过动粒微管正极的解聚，子染色体分别移向细胞的两极。
通过极微管的延长和相互滑动，细胞两极离得更远，通过星体微管正极的解聚，两极离质膜更近。
二、减数分裂
减数分裂是有性生殖个体形成的性细胞的一种特殊的有丝分裂方式，其特点是细胞仅进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，形成的生殖细胞精子或卵细胞的染色体数目减半。
前减数分裂间期
前减数分裂间期的S期持续时间较长。
由于有一种特异的L蛋白与一些DNA序列结合，抑制DNA的复制，所以仅合成了99.7%—99.9%的基因组DNA。
对百合花雄性配子形成的研究表明，百合花雄性花蕊减数分裂前期的G2的晚期是有丝分裂向减数分裂转变的关键时期。
减数分裂过程
1．减数分裂I
前期I
减数分裂前期I的特点如下表所示：
亚期
染色体形态
DNA
合成
DNA
重组
RNA
转录
其他
细线期
单细丝状
无
无
无
染色体凝集
偶线期
双线期
有
无
无
同源染色体配对
粗线期
变短、变粗
有
有
无
同源染色体非姐妹染色单体互换
双线期
有交叉、或多或少去凝集
无
无
有
同源染色体部分分离形成交叉
终变期
再凝集
无
无
无
完成之后，核膜破裂
（2）中期I。
同源染色体形成的二价体在动粒微管的牵引下向赤道板运动并排列到赤道板上
（3）后期I。
同源染色体分开并向细胞的两级移动，非同源染色体自由组合
（4）末期I。
细胞的变化主要有两种类型：
一种类型是形成子细胞并作短暂的停留（此期无DNA得复制）；另一种类型是细胞进入末期后，并不完全回到间期阶段，而是立即进入减数分裂II。
2、减数分裂II
该过程与有丝分裂非常相似。
经过此阶段后，形成成熟的生殖细胞精细胞或卵细胞。
1个初级精母细胞通过减数分裂可以形成4个精细胞，再进一步发育成4个精子。
1个初级卵母细胞通过减数分裂可形成2个极体和1个卵细胞。
（三）减数分裂过程的特殊结构及其变化
1、性染色体的分离
决定性别的性染色体有三种类型，即XY型、ZW型和XO型，教材中重点介绍了XY型。
性染色体也和常染色体一样可以排列到赤道板上。
性染色体的分离与普通染色体分离类似；偶尔在减数分裂I中，X与Y的两条染色体就开始分开，形成的两个初级性母细胞都含有X子染色体和Y子染色体，然后二者再分开。
2、联会复合体和基因重组
联会复合体是同源染色体之间在减数分裂前期联会时所形成的临时性结构。
它在细线期开始装配，在偶线期形成。
联会复合体可分为侧成分和中央成分两部分，由DNA、蛋白质和少量的RNA组成。
联会复合体的生物学功能如下。
（1）使有性生殖生物体的染色体数目时代保持稳定。
（2）同源染色体配对、交换重组、非同源染色体自由组合形成了众多的由不同染色体组成的配子，增加了变异性，扩大了后代的变异范围，增强了个体对环境的适应性。
第三节 细胞周期的调控
一、MPF的发现及其作用
有丝分裂中期细胞与前期细胞融合后能促进前期细胞内的染色质提前凝集形成特殊形态的染色体（如细单线、粉末状或双线状），这提示在M期细胞中可能存在一种诱导染色体凝集的因子，这种物质称为细胞粗成熟因子（maturation-promotingfactor，MPF）。
MPF促使细胞从G2期进入到M期，即染色质凝集形成染色体，核膜破裂等。
二、p34cdc2激酶的发现及其与MPF的关系
MPF含有Cdc2蛋白（即p34cdc2）和周期蛋白B。
Cdc2是催化亚单位，周期蛋白B是其调节亚单位。
三、周期蛋白
不同的周期蛋白在细胞周期的表达时期不同，浓度呈周期性变化。
细胞周期各时相不同的周期蛋白都含有周期蛋白框，识别不同的CDK并与之结合，诱导细胞完成不同的生物事件。
周期蛋白A与B具有破坏框，该结构与泛素介导的M期周期蛋白A和B得降解有关。
四、CDK激酶与CDK激酶抑制物
各种CDK蛋白分子均含有一段类似的CDK激酶结构域，在此结构域中，PSTAIRE序列相当保守，一般认为该序列与周期蛋白结合有关，细胞内有多种因子可对CDK分子进行修饰，从而调节其活性，如一些位点的磷酸化修饰对激酶的活性具有调节作用。
Weel、CDK和Cdc25对CDK1激酶的活性具有调节作用。
除周期蛋白和上述修饰调控因子对CDK激酶活性进行调控之外，细胞内还存在着一些对CDK激酶活性起负性调控的蛋白质，称为CDK激酶抑制物（CDKI）。
CDKI与周期蛋白-CDK结合而抑制酶的活性，或者是阻止周期蛋白与CDK结合。
五、细胞周期运转调控
在细胞周期不同时相的细胞内，不同的周期蛋白与不同的CDK激酶蛋白结合，构成不同的CDK激酶，不同的CDK激酶在细胞周期的不同时相表现出活性，对细胞周期起调控作用。
（一）G2/M期转化与CDK1激酶的关键性调控作用
CDK1激酶由周期蛋白B和CDK1蛋白组成。
CDK1蛋白在整个细胞周期中的含量比较稳定，而周期蛋白B在整个细胞周期中的含量呈周期性变化。
周期蛋白B在G1晚期开始合成，到达G2期蛋白含量达到最大值。
于此相对应，CDK1激酶的活性在G2期达到最大并一直维持到M期的中期。
（二）M期周期蛋白与分裂中期向分裂后期转化
（1）Cdc20的释放。
在中期时，所有动力粒与动粒微管相连，Cdc20从动粒上被释放出来。
（2）APC的活化。
释放的Cdc20作用于后期促进因子复合物APC,促进其通过磷酸化而活化。
APC具有泛素连接酶E3的活性。
（3）APC通过降解后期抑制因子和周期蛋白B启动了细胞由中期向后期转化。
（三）G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK激酶
与G1期周期蛋白结合的CDK激酶主要有CDK2、CDK4、CDK6等
周期蛋白D-CDK4/CDK6可以使Rb（retinoblastomaprotein）磷酸化而促使Rb与E2F分离，启动G1/S期转化所需基因的表达。
周期蛋白E-CDK2为S期启动所必需的，TGFβ能夠抑制周期蛋白E-CDK2的活性。
周期蛋白A-CDK2在G1/S转化期开始活性上升，在S期，该激酶位于DNA复制中心，参与DNA复制因子RF-A磷酸化而使其活性增强。
周期蛋白A-CDK2也能与p107和E2F结合成复合物，促进S期所需蛋白基因的转录。
此外，G1期的复制起始点识别复合体、Cdc6和Cdc45等也是DNA识别所必需的。
（四）DNA复制延搁检验点参与调控S/G2/M期
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