3知识点汇总细胞周期.docx

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3知识点汇总细胞周期

IV细胞周期知识点汇总:

核心知识点（约占考试总分值的60%）：

2812172131323640

普通知识点（约占考试总分值的30%）：

15679101114192022242627293035424449

扩展知识点（约占考试总分值的10%）：

34131516182325283334373839414345464748

1细胞周期的定义及持续时间

A定义：

细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程

B持续时间：

细胞周期的持续时间在不同的细胞种类里差别很大，这种差别主要是由于G1期持续时间的多变性造成的。

2细胞周期的时期划分

A整个细胞周期分为分裂期（M期）和分裂间期（间期）。

B间期分为G1期、S期和G2期

CM期包括两个主要的分裂事件，分别是核分裂（mitosis）和胞质分裂（cytokinesis）。

D核分裂分为五个时期：

前期（prophase）、前中期（prometaphase）、中期（metaphase）、后期（anaphase）和末期（telophase）

E胞质分裂期相对独立，发生于核分裂后期，完成于核分裂末期结束之后，是M期真正的终点。

3间期的物质储备

A间期是细胞周期中为M期做物质储备的时期，该时期从外界摄取大量的营养物质，合成代谢旺盛。

BS期细胞合成DNA，是遗传物质的储备时期。

CG1期和G2期细胞合成除DNA以外的其他蛋白和细胞结构组分，是非遗传物质的储备时期。

4基于细胞周期的细胞分群

A周期中细胞（cyclingcell）：

细胞周期持续运转，细胞持续分裂。

如上皮组织的基底层细胞。

BG0期细胞/静止期细胞（quiescentcell）：

在G1期细胞暂时脱离细胞周期进入G0期，停止细胞分裂。

一旦受到信号指使，会快速返回细胞周期并分裂增殖。

如结缔组织的成纤维细胞。

C终末分化细胞：

分化程度很高，一旦特化定型后，终生不再分裂，只执行特定的功能。

如骨骼肌细胞。

5细胞周期调控系统（cellcyclecontrolsystem）及检验点（checkpoints）

A细胞周期调控系统：

由一系列细胞周期调控蛋白组成的调节细胞周期运行的网络系统，能够接受上游调控信号和下游反馈信号并触发或延迟细胞周期中某一特定事件的发生。

B检验点：

细胞周期的调控点，检验细胞从一个周期时相进入下一个周期时相的条件是否适合。

6细胞周期调控系统的组成及运作模式

A细胞周期调控系统由三部分组成，分别是上游调控蛋白，核心调控蛋白和效应蛋白。

B核心调控蛋白包括两类蛋白家族，分别是周期蛋白（cyclin）和周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin-dependentkinase，CDK）。

C周期蛋白不具备酶活性，其浓度随着细胞周期的运行而周期性的变化。

每一种周期蛋白都能与特定的CDK结合形成cyclin-CDK复合物（cyclin-CDKcomplex）。

DCDK具有激酶结构域，然而游离的CDK蛋白不具备激酶活性，其激酶活性必须在cyclin-CDK复合物内才能被激活，因此虽然CDK的蛋白浓度在整个细胞周期内相对恒定，但其激酶活性仍然随着细胞周期的运行而周期性的变化。

一种cyclin-CDK复合物只在细胞周期内的某个特定时期表现活性，从而对细胞周期的不同时期进行调节。

Ecyclin-CDK复合物的底物是一系列效应蛋白，这些效应蛋白在被cyclin-CDK磷酸化后直接参与细胞周期中各细胞事件的启动与运行。

Fcyclin的浓度和cyclin-CDK的激酶活性的周期性变化依赖于上游调控蛋白的调控作用，这些调控作用主要有三种：

CDK的磷酸化和去磷酸化，Cyclin的泛素化降解，CDK抑制因子对CDK酶活性的抑制作用。

7哺乳动物细胞cyclin的主要种类及其周期性变化曲线

A哺乳动物细胞内的cyclin有很多种，其中较重要的cyclin有四种：

cyclinA，cyclinB，cyclinD，cyclinE。

B四种cyclin在细胞周期内的浓度变化曲线如下图：

CcyclinA的合成起始于G1期早期，浓度峰值维持在S期和G2期，降解发生在M期初始。

DCyclinB的合成起始于G1期晚期，浓度峰值维持在M期的前期和中期阶段，降解发生在M期的后期，降解速度极快。

ECyclinD在整个细胞周期中持续表达并维持在一个相对稳定的浓度水平上。

FCyclinE的合成起始于G1期早期，浓度在G1期晚期达到浓度峰值后逐渐下降，到G2期晚期降至最低点，降解速度缓慢。

8哺乳动物细胞CDK的主要种类及细胞周期中的几个关键性cyclin-CDK复合物

A哺乳动物细胞内的CDK有很多种，其中较重要的CDK有四种：

CDK1，CDK2，CDK4，CDK6。

B四种CDK与相应的cyclin结合形成了细胞周期调控中四种关键性的cyclin-CDK复合物，按照其起作用的主要时期命名为：

G1-CDKcomplex，G1/S-CDKcomplex，S-CDKcomplex，M-CDKcomplex。

组成这些复合物的cyclin和CDK组分如下表：

9cyclin的分子结构特征

Acyclin分子主要包含三种特征序列，分别是：

周期蛋白框，破坏框和PEST序列。

B周期蛋白框在所有cyclin分子中都存在，是cyclin与相应CDK的结合位点。

C破坏框在部分cyclin分子中存在，如cyclinA和cyclinB。

破坏框在APC介导的泛素化降解途径中起到关键性作用。

DPEST序列在部分cyclin分子中存在，如cyclinD和cyclinE。

PEST序列在SCF介导的泛素化降解途径中起到关键性作用。

10CDK的分子结构特征

ACDK分子主要包含两种特征序列，分别是：

CDK激酶结构域和PSTAIRE序列。

BCDK激酶结构域在所有CDK分子中都存在，是决定CDK激酶活性的关键性结构域。

CPSTAIRE序列是CDK激酶结构域内一段高度保守的蛋白序列，目前被认为与cyclin和CDK的结合有关。

11以cyclin为靶点的上游泛素化降解调控途径

A细胞内的cyclin浓度周期性变化由蛋白合成与降解共同控制，在浓度上升阶段蛋白合成起主要作用，在浓度降低阶段蛋白降解起主要作用。

蛋白合成是相应基因表达的结果，蛋白降解是通过上游调控蛋白对cyclin的泛素化来实现的。

B细胞内以cyclin为靶点的泛素化降解途径有两条，分别是APC泛素化降解途径和SCF泛素化降解途径。

CAPC泛素化降解途径主要发生在M期，通过APC降解的cyclin主要是cyclinA和cyclinB，起关键性作用的cyclin结构域是破坏框。

DSCF泛素化降解途径主要发生在间期，通过SCF降解的cyclin主要是cyclinD和cyclinE，起关键性作用的cyclin结构域是PEST序列。

Ecyclin的泛素化降解会造成cyclin-CDK复合物的解体及其激酶活性的消失。

12以CDK为靶点的上游磷酸化调控途径

A随着cyclin浓度的升高，相应的cyclin-CDK复合物浓度也随之升高，但这种复合物是无酶活性的，需要上游磷酸化调控来激活其激酶活性。

B以CDK为靶点的上游磷酸化调控途径包含磷酸化和去磷酸化两个步骤，介导磷酸化的上游调控蛋白是抑制型CDK激酶（inhibitoryCDKkinase）和激活型CDK激酶（activatingCDKkinase），介导去磷酸化的上游调控蛋白是激活型CDK磷酸酶（activatingCDKphosphatase）。

CCDK分子上有三个氨基酸位点可被上游调控蛋白磷酸化。

其中两个是抑制型磷酸化位点，能够被抑制型CDK激酶磷酸化并能被激活型CDK磷酸酶去磷酸化；另一个是激活型磷酸化位点，能够被激活型CDK激酶磷酸化。

D两种类型的磷酸化位点中，抑制型磷酸化位点在对CDK激酶活性的调节过程中占主导地位。

E抑制型CDK激酶和激活型CDK激酶在整个细胞周期内都以活性形式存在，当CDK与cyclin结合形成复合物之后立刻被两种类型的CDK激酶磷识别，使得三个磷酸化位点均被磷酸化。

由于两个抑制型磷酸化位点占主导地位，此时的cyclin-CDK复合物仍然不具备激酶活性。

F在细胞周期进行到相应时刻，激活型CDK磷酸酶被活化，将CDK分子上的两个抑制型磷酸分子移除。

此时cyclin-CDK复合物的激酶活性被激活。

G激活后的cyclin-CDK复合物在完成细胞周期调控任务后随着cyclin的降解而解体，酶活性消失。

H对于CDK1分子和由其组成的M-CDK复合物，其对应的上游调控蛋白分别是：

wee1（抑制型CDK激酶），CAK（激活型CDK激酶）和cdc25c（激活型CDK磷酸酶）。

CDK1分子上的两个抑制型磷酸化位点分别是Thr14和Tyr15，一个激活型磷酸化位点是Thr161.

13CDK抑制因子（CKI）与细胞周期检验点（checkpoints）

A除上游磷酸化调控途径外，细胞内还存在一类对CDK活性起负调控作用的蛋白质，称为CDK抑制因子（CKI）。

BCKI在上游调控信号或下游反馈信号的刺激下，与cyclin-CDK复合物直接结合并抑制其激酶活性。

CCKI对CDK激酶活性的调节作用在级别上高于上游磷酸化调控途径，主要功能是在细胞周期检验点中强行中止细胞周期的运行。

因此CKI也被称为细胞周期的分子闸（molecularbrake）

14S期DNA复制的启动与调控

AS期DNA复制的启动与调控共分为四个阶段，分别是：

①复制起点的识别②复制前复合物的组装及执照因子发行③复制前复合物的解体④DNA复制启动

B复制起点的识别：

细胞内存在一种多亚基复合物，称为复制起点识别复合物（ORC）。

ORC在整个细胞周期内都以活性形式存在并始终与DNA复制起点序列结合。

ORC是其他复制起始调控蛋白在复制起点募集的平台。

C复制前复合物（PRC）的组装及执照因子发行：

在M期晚期到G1期早期，cdc6结合到ORC上并以ORC为平台进一步募集一系列蛋白亚基在该位点组装成PRC，组成PRC的蛋白亚基中包含一类重要的蛋白——Mcm蛋白，也被称为执照因子，Mcm蛋白在ORC上的组装标志着DNA复制已经处于准备状态（readytofire）。

6个Mcm蛋白分子在ORC上组装成的环形多聚物即为DNA复制时的解旋酶复合物（红色字部分不在要求掌握的范围内）

D复制前复合物的解体：

在S期起始阶段，S-CDK复合物活化并磷酸化cdc6，cdc6的磷酸化进一步诱导该蛋白的迅速降解，从而导致PRC的解体。

EDNA复制启动：

PRC解体后Mcm蛋白仍然停留在ORC上，并在S-CDK复合物的调控下与其他蛋白亚基共同构成DNA复制起始复合物，启动DNA复制反应。

Fcdc6在PRC组装过程中充当“胶水”的角色，cdc6不在的话PRC就无法组装。

由于S-CDK在整个S期均有活性，因此cdc6在S期内均处于低浓度状态，无法启动PRC在ORC上的组装，保证了在DNA合成过程中，每个复制起点只启动一次复制反应。

在M期晚期和G1期早期，由于S-CDK的失活，cdc6重新恢复到高浓度状态，启动了PRC再ORC上的组装，为下一轮DNA复制做准备。

15Smc复合物与染色体结构组织

A不同水平的染色体高级结构的组织是依赖于不同的Smc（structuralmaintenanceofchromosome）蛋白复合物来维持的。

BSmc蛋白复合物以二聚体的形式介导染色质分子的交联，交联过程需要ATP的参与。

CSmc蛋白复合物主要有两类，分别是黏连蛋白（cohesin）和凝缩蛋白（condensin）。

黏连蛋白介导S期姐妹染色单体间的交联，凝缩蛋白介导M期前期染色质的凝缩。

16DNA损伤检验点（DNAdamagecheckpoints）

A细胞周期内的DNA损伤检验点有三处，分别位于G1期，S期和G2期。

BG1期DNA损伤检验点主要检查在S期DNA合成前模板DNA的损伤情况。

模板DNA损伤可以激活p53蛋白，活化的p53蛋白作为转录因子进一步激活p21基因的表达，p21蛋白是一类CDK抑制因子，能够特异的与G1/S-CDK复合物和S-CDK复合物结合并抑制其激酶活性，从而使细胞周期停止于G1期。

CS期DNA损伤检验点主要检查在S期DNA合成时出现的DNA损伤或复制叉的停滞现象，DNA损伤或复制叉停滞可以通过一系列信号转导途径诱导cdc25a的降解，cdc25a是S-CDK复合物的激活型磷酸酶，cdc25a的降解导致S-CDK复合物失活，细胞周期停止于S期。

DG2期DNA损伤检验点主要检查在细胞分裂前的DNA损伤情况，DNA损伤可以通过一系列信号转导途径诱导cdc25c的降解，cdc25c是M-CDK复合物的激活型磷酸酶，cdc25c的降解导致M-CDK复合物的失活，细胞周期停止于G2/M交界处，无法顺利进入M期。

17M-CDK复合物活性的调控过程

AM-CDK复合物主要由CDK1和cyclinB组成。

B在M期后期和G1期早期，cyclinB浓度很低，CDK1以游离形式存在于细胞质中，三个磷酸化位点（Thr14，Tyr15和Thr161）均无磷酸分子结合。

CcyclinB基因表达起始于G1期晚期，随着cyclinB浓度的升高，M-CDK复合物的浓度也随之升高。

新形成的M-CDK复合物上的三个磷酸化位点被磷酸化。

其中两个抑制型磷酸化位点（Thr14和Tyr15）的磷酸化由wee1催化，一个激活型磷酸化位点（Thr161）的磷酸化由CAK催化。

D在G2/M交界处，cdc25c被活化并催化Thr14和Tyr15位点的去磷酸化，M-CDK的激酶活性被启动，活化后的M-CDK对上游的cdc25c有正反馈调节作用，进一步加速M-CDK的活化速度，形成M-CDK活性的爆炸式增长，促使细胞快速进入M期。

E在M期中期/后期交界处，APC被活化并催化cyclinB的降解，M-CDK复合物失活并解体，细胞进入M期后期。

FM-CDK解体后CDK1重新游离于细胞质中，Thr161位点去磷酸化。

18M-CDK的重要底物（效应蛋白）

AM-CDK的活化导致一系列底物效应蛋白的磷酸化，从而启动一系列M期细胞事件。

其中较重要的两种底物效应蛋白分别是：

组蛋白H1和核纤层蛋白。

B组蛋白H1的磷酸化介导了M期前期的染色质凝缩过程。

C核纤层蛋白的磷酸化介导了M期前中期的核膜崩解过程。

19M期的两套临时性分裂装置分别是：

纺锤体（spindle）和胞质收缩环（contractilring）

20哺乳动物细胞M期各时期特点概述

AM期包括两个主要的分裂事件，分别是核分裂（mitosis）和胞质分裂（cytokinesis）。

B核分裂分为五个时期：

前期（prophase）、前中期（prometaphase）、中期（metaphase）、后期（anaphase）和末期（telophase）

C胞质分裂期相对独立，发生于核分裂后期，完成于核分裂末期结束之后，是M期真正的终点

D前期：

染色质开始凝缩，间期复制完成的两个中心体开始分离，纺锤体在核外开始装配。

E前中期：

染色质进一步凝缩，核膜崩解，纺锤体微管进入核区域完成核内装配。

染色体在纺锤体微管的作用下开始向纺锤体赤道面移动，即纺锤体整列。

F中期：

染色质凝缩程度达到最高，染色体整列完成，所有染色体都排列在纺锤体赤道面上。

G后期：

姐妹染色单体分离，在纺锤体微管的作用下向两极移动。

纺锤体两极间的距离也进一步拉大。

H末期：

染色体到达两极并开始解聚，新的核膜在染色体表面开始装配。

I胞质分裂期：

纺锤体赤道面边缘皮层区域出现胞质收缩环结构，胞质收缩环不断收缩直至将整个细胞质一分为二。

21纺锤体的结构

A纺锤体（spindle）是由分裂极和微管组成的双极化微管网络结构。

B动物细胞的纺锤体分裂极是含有中心粒的中心体，在纺锤体分裂极建立过程中，中心体分离并向四周辐射微管，最终形成两个星体结构并确定了纺锤体的两个分裂极，因此动物细胞的纺锤体也叫做有星纺锤体。

C植物细胞的纺锤体分裂极是微管负极端在交联蛋白的作用下聚集而成，在纺锤体分裂极建立过程中，并没有中心体的参与和星体结构的出现，因此植物细胞的纺锤体也叫做无星纺锤体。

D动物细胞纺锤体中包含三种类型的微管，分别是：

星体微管（astralmicrotubules）、极间微管（interpolarmicrotubules）和动粒微管（kinetochoremicrotubules）。

E星体微管是纺锤体组装过程中由中心体发出的向四周辐射生长的微管结构，星体微管在皮层区能与微丝骨架结合。

F极间微管是由两根从不同分裂极发出的星体微管相互作用而形成的。

组成极间微管的两根微管的正极端反相平行排列并通过微管结合蛋白彼此交联。

G动粒微管是星体微管在核内捕获染色体动粒而形成的微管结构。

22纺锤体中的马达蛋白的种类及功能

A纺锤体的组装及功能行使都依赖于马达蛋白，在纺锤体中存在的马达蛋白包括两大类，分别是：

驱动蛋白相关蛋白（KRPs）和胞质动力蛋白（dynein）。

驱动蛋白主要包括kinesin-4、5、10、14四个家族成员。

Bkinesin-5以二聚体的形式存在于极间微管正极端，两个单体分子的货物结合结构域彼此相连，马达结构域分别与极间微管的两根反相平行微管的管壁结合。

Kinesin-5属于N-驱动蛋白，马达结构域向微管正极端移动，能够驱动极间微管向正极方向的相互滑动，导致纺锤体两极的彼此远离。

Ckinesin-14以单体的形式存在于极间微管正极端，马达结构域与极间微管中的一根微管管壁结合，货物结合结构域与极间微管的另一根微管管壁结合。

kinesin-14属于C-驱动蛋白，马达结构域向微管负极端移动，能够驱动极间微管向负极方向的相互滑动，导致纺锤体两极的彼此靠近。

Dkinesin4和kinesin10也叫做染色体驱动蛋白（chromokinesins），以单体的形式存在于极间微管上，马达结构域与极间微管的管壁结合，货物结合结构域与姐妹染色单体的染色体臂结合。

Kinesin4和kinesin10都是N-驱动蛋白，马达结构域向微管正极端移动，能够拖拽染色体向极间微管正极端即纺锤体赤道面移动，有助于前中期染色体整列的完成。

Edynein以单体形式存在于分裂极外侧皮层区域内星体微管的正极端，马达结构域与星体微管壁结合，另一端通过动力蛋白激活蛋白与皮层区微丝骨架结构相结合。

Dynein的马达结构域向微管负极端移动，能够驱动纺锤体两极向外侧皮层区域移动，导致纺锤体两极的彼此分离。

23细胞内纺锤体的长度调节机制

A细胞内存在两种调控纺锤体长度的力，分别是使两极分离的力和使两极拉近的力。

两种力的对抗结果决定了纺锤体的最终长度。

B哺乳动物细胞内使纺锤体两极分离的力来自于kinesin-5和dynein，使两极拉近的力来自于kinesin-14.

C认为干扰两种力的平衡会造成纺锤体长度的改变。

如在酵母细胞中过表达kinesin-5的类似物会造成纺锤体变长，过表达kinesin-14的类似物会造成纺锤体变短。

24有星纺锤体组装过程中的两个主要阶段

A动物细胞纺锤体（有星纺锤体）的组装过程可以分为两个主要阶段，分别是核膜崩解前的早期纺锤体组装和核膜崩解后的晚期纺锤体组装。

B早期纺锤体组装的主要任务是确立两个分裂极即两个星体，这个过程依赖于中心体。

C晚期纺锤体组装的主要任务是在核区域内纺锤体的自我组织，这个过程依赖于染色体。

25中心体的复制

A中心体周期：

随着细胞周期的运行，细胞内中心体也经历复制和分离的周期性变化，称为中心体周期。

B细胞内中心体的复制发生于G1期末，S期初，在S期内完成。

中心体复制反应由G1/S-CDK复合物触发。

C中心体的复制方式为半保留复制，与DNA复制类似，中心体内的两个中心粒以自身为模板分别复制形成一个新的中心粒并进一步组装成两个子代中心体。

D中心体在每个细胞周期内只能被复制一次，对中心体复制次数的控制机制尚不清楚，但已知在某些细胞内中心体复制次数的控制依赖于同时期发生的DNA复制过程。

26早期有星纺锤体的组装

AM-CDK复合物的活化触发了早期有星纺锤体的组装。

早期有星纺锤体组装发生在M期的前期，其主要任务是形成两个星体结构并确定纺锤体的两个分裂极。

B星体结构的形成主要依赖于两个细胞事件，分别是中心体成熟和微管动力学不稳定性升高。

C中心体成熟是指中心体基质中的γ微管蛋白环状复合物的数量增多，使得成熟中心体的微管成核能力大幅提高。

D微管动力学不稳定性升高使得星体微管的组装与去组装平衡更倾向于微管的解聚。

E星体结构的特点是以成熟中心体为中心向四周高频辐射较短的、不稳定性高的星体微管。

这些特点有利于晚期有星纺锤体组装的完成。

27晚期有星纺锤体的组装

A晚期有星纺锤体的组装开始于核膜的崩解。

B在核膜崩解前，核内的染色体完成了复制和凝缩的准备过程，核外的纺锤体也完成了星体结构和分裂极建立的准备过程。

C核膜崩解后，核外星体发出的星体微管迅速进入核区域。

在核区域内，星体微管正极端通过kinesin-5相互交联形成极间微管，或者星体微管正极端捕获染色体动粒形成动粒微管。

D核膜崩解后，染色体周围的Ran-GTPcloud能够激活微管稳定系统，使进入核区域内的星体微管在形成极间微管和动力微管后保持稳定状态，不会轻易发生降解反应。

28无星纺锤体的组装过程

A无星纺锤体的组装起始于核膜的崩解。

B核膜崩解后，微管蛋白异源二聚体和多种马达蛋白涌入核区域，在染色体附近开始组装成微管并进一步形成无星纺锤体的主体结构。

C染色体周围的Ran-GTPcloud能启动染色体附近区域的微管成核反应，同时还能激活微管稳定系统。

使得在染色体附近区域能够产生大量的稳定的微管结构。

D染色体附近区域产生的微管在生长过程中受到多种马达蛋白的调控最终形成无星纺锤体结构。

Ekinesin-5二聚体交联相邻微管并介导微管间向正极方向的滑动，最终形成极间微管的反向平行排列形式。

FKinesin-4和kinesin10的货物结合结构域与染色体臂结合，马达结构域沿微管管壁向正极方向行走，使得微管的正极端总是维持在染色体附近，受到Ran-GTPcloud的保护不发生降解。

同时微管的负极端随着微管不断生长逐渐向两极迁移。

GKinesin-14和dynein使微管负极端交联形成两个分裂极，同时交联作用也稳定了离开Ran-GTPcloud的微管负极端使其不发生降解反应。

H在微管产生过程中，一些微管的微管壁与染色体动粒接触，触发了捕获动粒的反应，形成了动力微管。

29染色体动粒和动力微管结合位点的基本结构

A染色体动粒存在于染色体着丝粒区域（主缢痕区域），姐妹染色单体两侧各有一个动粒结构，背靠背对称分布。

B染色体动粒是有多个蛋白亚基（动粒蛋白）共同聚合而成的庞大的复合物结构，每个动粒上都具有动粒微管结合位点。

不同细胞动粒上的动粒微管结合位点的数量差异很大。

C动粒微管结合位点由蛋白项圈（proteincollar），连接蛋白和底板三部分组成。

动粒微管正极端进入结合位点后暴露于蛋白项圈与底板间的内部空隙内。

蛋白项圈与