第十章细胞增殖与调控复习知识点.docx

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第十章细胞增殖与调控复习知识点

第十一章细胞增殖及其调控

细胞增殖的意义细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一；

细胞增殖是生物繁育的基础；

成体生物仍然需要细胞增殖，以弥补代谢过程中的细胞损失；

细胞增殖被严密的调控机制所监控。

细胞分裂类型无丝分裂

有丝分裂

减数分裂

一．细胞周期各时相的特点

定义：

从一次细胞分裂结束开始，经过物质积累过程，直至下一次细胞分裂结束为至，称为一个细胞周期。

分裂间期：

G1期→S期→G2期

分裂期：

M期：

前期、中期、后期、末期

>同种细胞间周期时间长短相似或相同；不同种类细胞间，周期长短差别大。

>S+G2+M的时间变化较小，细胞周期时间长短差别在G1期。

（卵细胞，G1短；白血病细胞，G1长。

）

>部分细胞的细胞周期没有G1、G2期。

（上皮基底层细胞）

（1）G1期

生长期：

开始合成细胞生长所需要的各种蛋白质、糖类、脂质等，但不合成细胞核DNA。

检验点x2/限制点/G1DNA损伤检验点/起始点（@G1晚期）

作用：

检验DNA是否损伤；细胞大小和合适的环境条件；

影响因素：

外在因素——营养供给、相关的激素刺激

内在因素——一些与细胞分裂周期相关的基因（cdc）

连续分裂细胞：

在细胞周期中连续运转的细胞，又称为连续分裂细胞或可育细胞。

如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。

三种命运休眠细胞（G0期）：

暂时离开细胞周期，细胞分裂，去执行一定的生物学功能。

在适当的刺激下可重新进入细胞周期的细胞，又称为G0期细胞或休眠细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。

终端分化细胞：

不可逆地脱离细胞周期，丧失分裂能力，保持生理机能活动的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等。

G1期特点：

G1期是细胞周期中最长的时期；

如果缺乏营养，或抑制增殖的信号，细胞会进入G0期；

G1期有两个checkpoints：

restrictionpoint和G1DNAdamagecheckpoint

肿瘤细胞失去这些checkpoints，在没有环境刺激信号时，和DNA受损时，仍继续分裂。

G0期特点：

G0期细胞不敏感；给予适当的刺激,G0期可以重新进入细胞周期

（2）S期

DNA合成期：

按半保留复制的方式进行DNA精确复制

特点：

多个复制起始点、DNA复制不同步、组蛋白合成与DNA复制同步

（3）G2期

合成RNA和蛋白质，为细胞进入有丝分裂做准备，如微管蛋白、ATP；染色体由2n变成4n；

检验点x2：

G2DNA损伤检验点:

如果发现未配对的或受损的DNA，会激活一个蛋白激酶的级联反应，导致G2-delay；

中心体复制检验点：

检查中心体是否复制

（4）M期：

有丝分裂期

中期检验点（也称纺锤体组装检验点）

二．有丝分裂

1.过程：

前期：

染色质凝集，核仁消失，前期末动粒（蛋白复合物）形成，与着丝粒相连；有丝分裂器开始装配，分裂极确定：

中心体复制完成，移向两极，参与纺锤体的装配；

早中期（指核膜破裂到染色体排列到赤道板之前的这段时间）：

核膜瓦解；星体装配纺锤体，纺锤丝捕获染色体；染色体开始整列；

中期（染色体排列到赤道面上，到姊妹染色单体开始分向两极的一段时间）：

染色体排列在赤道面；

后期：

姐妹染色单体向两极移动（后期A）；纺锤体两极分离，细胞被拉长（后期B）；

末期：

姐妹染色单体分离到达两极，动粒微管消失，极微管继续加长；到达两极的染色单体开始去浓缩，核纤层与核膜重新组装，分别形成两个子代细胞核；核仁也开始重新组装，RNA合成功能逐渐恢复

胞质分裂

植物细胞：

成膜体，细胞板（微管、ER、Golgi体）

成膜体：

分裂未期，赤道面处的纺缍丝保留下来，并增加微管数量，向四周扩展，桶状结构。

细胞板：

来自内质网和高尔基体的含有多糖的小泡移向成膜体，小泡膜与其融合。

动物细胞：

肌动蛋白和肌球蛋白在赤道面构成收缩环（反向排列的微丝），收缩环逐渐收缩，收缩环处细胞膜融合，形成两个子细胞。

2.重要概念

（1）熟前染色体凝集（P.C.C）：

H1组蛋白的磷酸化诱导染色质由线形经过螺旋化，折叠和包装等过程形成早期染色体结构。

（2）纺锤体概念：

由大量微管纵向排列组成的中间宽两极小（纺锤状）的细胞器。

动物细胞的纺锤体两端有星体（由中心粒构成的）称为有星纺锤体；植物细胞的纺锤体没有星体称无星纺锤体。

由3种丝状结构组成星体丝（星体微管）

染色体丝（动粒微管）

连续丝（极性微管）

有丝分裂器：

由星体、纺锤体和染色体组成

马达蛋白

着丝粒

（3）中心体和中心粒中心体（星体）决定细胞分裂的极性

一个中心体由2个中心粒组成；

在中心体周围组装微管（纺锤丝），装配的核心部分有γ-微管蛋白（位于中心外基质）；

纺锤丝以搭桥形式形成纺锤体。

中心体的复制：

G1末期开始复制，S期完成，但不分开。

G2期开始向两极移动。

（5）着丝粒和着丝点（动粒）：

着丝粒：

主缢痕部位的染色质（卫星DNA）

着丝点：

着丝点：

着丝粒外侧的蛋白复合物（圆盘状、三层）

（6）有关染色体移动的各种假说

A.牵引平衡说中期牵拉假说：

染色体向赤道面方向运动，是由于动粒微管牵拉的结果；动粒微管越长，拉力越大，当来自两级的动粒微管的拉力相等时，染色体即被稳定在赤道面上。

外推假说：

染色体距离中心体越近，星体对染色体的外推力越强，当来自两极的推力达到平衡时，染色体即被稳定在赤道面上。

B.微管集散说（解释后期染色单体分离和向两级移动的运动机制）

在后期A：

染色体丝解聚变短，将染色体逐渐拉向两极；

后期B：

连续丝聚合加长，将两极之间的距离拉长。

C.微管滑动说

>>

微管马达蛋白首先结合到动粒上，在ATP分解提供能量的情况下，沿动粒微管向极部运动，并带动动粒和染色体向极部运动；

动粒微管的末端随之解聚成微管蛋白二聚体，动粒微管变短，动力和染色单体与两极之间的距离逐渐拉近；

当染色单体接近两极，后期A结束，在后期B，极微管游离端（正极）在ATP提供能量的情况下与微管蛋白聚合，使极微管加长；

KRPs（驱动蛋白相关蛋白）与极微管重叠区结合并在来自两级的极微管之间搭桥；

KRPs向微管正极行走，促使两级的极微管在重叠区相互滑动，使重叠区逐渐变狭窄，两极之间的距离逐渐变长；

同时，胞质动力蛋白在星体微管和细胞膜之间搭桥，并向星体微管负极运动，进一步将两极之间的距离拉长。

>>成膜体（phragmoplast）和细胞板（cellplate）——植物细胞

成膜体：

分裂未期，赤道面处的纺缍丝保留下来，并增加微管数量，向四周扩展，形成桶状结构。

细胞板：

来自内质网和高尔基体的含有多糖的小泡移向成膜体，小泡膜与其融合。

三．减数分裂

减数分裂是细胞只进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。

减数分裂Ⅰ间期的特点：

S期长，复制99.7—99.9%的DNA；

G2期是有丝分裂向减数分裂转变的关键点

1．减数分裂过程

间期Ⅰ：

合成99.7%DNA

细线期：

染色质呈细线状

合线期（偶线期）：

同源染色体联会

减数合成0.3%的Z-DNA

分裂Ⅰ前期Ⅰ粗线期：

同源染色体的非姐妹染色

单体发生交换，P-DNA合成

双线期：

交叉和端化

终变期：

染色体呈棒状，核摸瓦解

中期Ⅰ：

染色体排列在赤道面上

后期Ⅰ：

同源染色体分离，非同源染色体自由组合

末期Ⅰ：

胞质分裂

间期Ⅱ极短，没有DNA合成

减数前期Ⅱ与有丝分裂相同

分裂Ⅱ中期Ⅱ

后期Ⅱ染色单体分离

末期Ⅱ4个单倍体子细胞

细线期：

染色质凝缩，染色质纤维逐渐螺旋化、折叠，包装成细纤维样染色体结构；

合成期：

同源染色体配对，形成二价体/四分体/联会复合体；合成在S期未合成的约0.3％的DNA；

粗线期：

染色体进一步浓缩，变粗变短，结合紧密，在光镜下只在局部可以区分同源染色体；重组结形成，染色体发生交换和重组；合成一小部分未合成的DNA（P-DNA），保持染色体的完整性，防止断裂；编码与DNA切点与修复有关的酶；合成减数分裂期专用的组蛋白，并把体细胞类型的组蛋白部分或全部置换下来；

双线期：

联会的同源染色体相互排斥、开始分离，但在交叉点（chiasma）上还保持着联系；染色体进一步缩短，在电镜下看不到联会复合体；

终变期：

交叉向端部移动，发生端化，二价体显著变短，并向核周边移动，在核内均匀散开，是观察染色体的良好时期；核仁消失，核膜解体；中心体复制完成，并开始移向两极；

中期Ⅰ：

核膜破裂，染色体在纺锤丝作用下排列在赤道面上；

后期Ⅰ：

同源染色体对分离并向两极移动；非同源染色体自由组合

末期Ⅰ：

胞质分裂

2．减数分裂的意义

（1）使有性生殖的生物种类能保持染色体数目的稳定

（2）发生变异，确保生物的多样性，增强生物体对外界环境的适应性。

3．重要概念

同源染色体：

成对，且形态、大小相同，并在减数分裂前期相互配对的染色体。

含相似的遗传信息。

（1）联会复合物（SCsynaptonemalcomplex）

SC位于同源染色体的非姐妹染色单体之间；

有侧生组分、中央组分和L-C纤维组成；

在细线期合成，双线期消失。

（2）交换（基因重组）

联会是实现交换的前提条件；

交换时，核酸酶、DNA聚合酶、连接酶活性上升。

>>有丝分裂与减数分裂的比较

四．细胞周期的调控

1．促成熟因子MPF（卵细胞成熟促进因子maturationpromotingfactor/细胞有丝分裂成熟因子/M期促进因子）

MPF含有p32和p45两种蛋白，p32为蛋白激酶；

P32与p45结合后表现出蛋白激酶活性

2.温度敏感突变体和cdc（celldivisioncycle）gene

允许温度和限定温度

>对芽殖酵母来说，允许温度常为20~23℃，限定温度常为35~37℃；

>由于基因突变，使得酵母在限定温度下（35~37℃）停止分裂

>cdc2基因是第一个被分离出来的cdc基因，表达的蛋白为：

p34cdc2

>>>>参与裂殖酵母细胞周期调控、cdc2基因突变使细胞停留在G2/M交界处

>cdc28基因是第二个被分离出来的cdc基因，表达的蛋白为：

p34cdc28

>>>>芽殖酵母、cdc28基因突变使细胞停留在G2/M或G1/S交界处

酵母p34cdc2=MPF中的p32（催化亚单位）

酵母p56cdc13=MPF中的p45（调节亚单位）

3．细胞周期蛋白cyclin和周期蛋白依赖性蛋白激酶CDK（cyclin-dependentkinase）

cyclinB==MPF中的p45（调节亚单位）

cyclinB==酵母p56cdc13（调节亚单位）

MPF=p34cdc2+p56cdc13=p34cdc2+cyclinB

G1期周期蛋白：

cyclinC、D、E

M期周期蛋白：

cyclinA、B

周期蛋白通过泛素化途径而裂解

不同的CDK在细胞周期的不同时期表现出激酶催化活性。

>Cdc2激酶（P34cdc2）被命名为CDK1，第一个被发现的激酶；

>Cyclin具有一段相当保守的氨基酸序列，称为周期蛋白框（cyclinbox），是与激酶结合的部位，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cyclin-CDK复合体，表现出不同的CDK活性。

3．细胞周期的调控

（1）Cyclin调节CDKs的活性

（2）CDK活化激酶（CAK）调节cyclin/CDK复合物的活性

（3）Wee1（inactivatingkinase）andCdc25（activatingphosphatase）调节cyclin/CDK的活性

↓↓↓

>>CDK1的活性调控

周期蛋白与CDK1结合形成cyclin/CDK复合物；

CDK活化激酶（CAK）催化CDK第161位的苏氨酸磷酸化；

Wee1/mik1激酶催化CDK第14位的苏氨酸（Thr14）与第15位的酪氨酸（Tyr15）磷酸化；

CDK在蛋白磷酸水解酶cdc25C的催化下，使其Thr14和Tyr15去磷酸化，表现出激酶活性；

细胞周期运转到分裂中期后，周期蛋白与CDK分离，在APC作用下，M期的cyclinB/A被蛋白酶体降解；CDK1失活。

>>>有丝分裂的启动是通过降低Wee1（激酶）的活性和增强Cdc25（磷酸酶）的活性来调节的

CDK1/cyclinBH1，laminA、B、C，nucleolin等磷酸化启动G2/M转化

CDK2/cyclinE；CDK4、6复合物/cyclinD催化p107磷酸化，使p107失去抑制作用，E2F促进基因转录启动G1/S转化

CDK2/cyclinADNA复制

①G2/M期转化与CDK1激酶的关键性调控作用

cyclinA、cyclinB周期蛋白在CDK1激酶活性调节中的作用

可使多种底物蛋白磷酸化

组蛋白H1磷酸化，导致染色体凝缩；

核纤层蛋白磷酸化，使核膜解体；

核仁蛋白磷酸化，核仁解体；等

>>G2/M期CDK的活性调节

Cyclin调节CDKs的活性,两者结合为前提

CDK-activatingkinase（CAK）调节cyclin/CDKcomplexes的活性

Wee1（inactivatingkinase）andCdc25（activatingphosphatase）调节cyclin/CDK的活性

②G1/S期转化与G1期周期蛋白依赖性CDK激酶

G1期周期蛋白主要包括周期蛋白D、E和A

>>cyclinD/CDK4,6复合物：

作用底物——Rb蛋白

>>>细胞在生长因子的刺激下，G1期cyclinD表达，并与CDK4、CDK6结合，使下游的Rb磷酸化，磷酸化的Rb释放出转录因子E2F，促进许多基因的转录，eg:

编码cyclinE、A和CDK1的基因

Rb：

是G1/S期转化的负性调节因子，在G1期晚期阶段磷酸化后失活

>>cyclinE/CDK2复合物：

p107P＋E2F，释放E2F转录因子，参与中心体复制

>>cyclinA/CDK2复合物：

RF-AP（DNA复制因子），增强其活性，促使细胞周期从G1期向S期转换

③M期周期蛋白与分裂中期向分裂后期转化

细胞周期运转到中期后，M期周期蛋白A和B降解，CDK1激酶活性丧失，靶蛋白去磷酸化，细胞周期由中期向后期转化。

APC:

后期促进复合物，负责将泛素连接到M期周期蛋白上，蛋白家族

APC活性受纺锤体组装检验点的检控，纺锤体组装不完全，则APC不能被激活。

>>Cyclin的泛素化降解

泛素的C端与泛素激活酶E1的半胱氨酸残基共价结合；

E1-泛素复合物将泛素转移给泛素结合酶E2；

在泛素蛋白连接酶E3的催化下，E2将泛素转移到cyclin赖氨酸的氨基基团上，并逐渐形成一条多聚泛素链；泛素化的cyclin被蛋白酶体降解。

检验点与CDK/cyclin复合物

>>写出细胞周期中的检验点，并以一个检验点为例，说明细胞周期的具体调控方式。

限制点/起始点、G1期DNA损伤检验点；

S期DNA复制检验点；

G2期DNA损伤检验点、G2期中心体复制检验点；

M期纺锤体组装检验点。

以M期纺锤体组装检验点为例：

在细胞分裂前期，两条姐妹染色单体在黏连蛋白的作用下黏着在一起；

在前中期，纺锤体组装完成，纺锤体组装检验点失活，染色体动粒上的cdc20与无活性的APC结合，促使APC活化；

活化的APC通过介导cyclinB降解，使CDK1活性丧失；

CDK1失去对分离酶的磷酸化作用，使分离酶抑制性蛋白securin被降解，从而促进分离酶活化；

活化的分离酶剪切黏连蛋白的Scc1亚单位，导致姐妹染色单体分离，细胞由中期向后期转化。

若纺锤体组装不完全，或所有动粒不能被动粒微管全部捕捉，则会抑制APC的活性，引起细胞周期中断