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1、细胞生物学第12章 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望vv细细胞胞增增殖殖是是生生命命的的基基本本特特征征，种种族族繁繁衍衍、个个体体发发育、机体修复等都离不开细胞增殖。育、机体修复等都离不开细胞增殖。初生婴儿有初生婴儿有10101212个细胞，成人个细胞，成人10101414个，约个，约200200种类型。种类型。成人体内每秒钟有数百万新细胞产生，以补偿衰老和死亡的细胞。成人体内每秒钟有数百万新细胞产生，以补偿衰老和死亡的细胞。一一个个大大肠肠杆杆菌
2、菌若若按按2020分分钟钟分分裂裂一一次次，并并保保持持这这一一速速度度，则则两两天天即即可超过地球的重量。可超过地球的重量。vv细胞增殖（cellproliferation）包括细胞分裂及其物质准备两个连续进行的过程。vv细胞增殖调控是整个生命活动的最基本特征。任何细胞，其增殖过程都必须遵守一定的规律。任何细胞，其增殖过程都必须遵守一定的规律。在高等生物中，细胞增殖调控更为复杂，不仅要在高等生物中，细胞增殖调控更为复杂，不仅要遵循细胞自身的增殖调控规律，还有遵守生物体遵循细胞自身的增殖调控规律，还有遵守生物体整体调控机制的调节。否则，不受约束而生成的整体调控机制的调节。否则，不受约束而生成的
3、细胞将被机体免疫系统清除，或者癌变，威胁整细胞将被机体免疫系统清除，或者癌变，威胁整个生命。个生命。第一节第一节 细胞周期概述细胞周期概述从一次细胞分裂结束开从一次细胞分裂结束开始，到下一次细胞分裂结束始，到下一次细胞分裂结束为止，称为一个为止，称为一个细胞周期细胞周期细胞周期细胞周期。细胞周期包括物质积累和细细胞周期包括物质积累和细胞分裂的循环过程。胞分裂的循环过程。1.1 细胞周期细胞周期vv细胞周期的分期细胞周期的分期有丝分裂期（有丝分裂期（mitosismitosis）；）；分裂间期（分裂间期（interphaseinterphase）：）：G1G1、S S、G2G2；vv细胞增殖状况
4、细胞增殖状况周期中细胞（周期中细胞（cyclingcellcyclingcell）；）；G0G0期细胞，或静止期细胞（期细胞，或静止期细胞（quiescentcellquiescentcell）；）；终末分化细胞；终末分化细胞；1.2 细胞周期中各个不同时期及其主要事件细胞周期中各个不同时期及其主要事件vvG1期期 物质合成物质合成 起始点、限制点、检验点：起始点、限制点、检验点：vv细胞内存在的一系列监控机制，可以鉴别细细胞内存在的一系列监控机制，可以鉴别细胞周期进程中的错误，并诱导产生特异的抑胞周期进程中的错误，并诱导产生特异的抑制因子，阻止细胞周期进一步运行。制因子，阻止细胞周期进一步运
5、行。S期主要事件期主要事件vvDNA合成vv复制受到多种细胞周期调节因素的严密调控，复制受到多种细胞周期调节因素的严密调控，同时与细胞核结构如核骨架、核纤层、核膜同时与细胞核结构如核骨架、核纤层、核膜等关系密切。等关系密切。vv复制表现出严格的有序性：常染色质先复制，复制表现出严格的有序性：常染色质先复制，异染色质后复制；富含异染色质后复制；富含GCGC的序列先复制，富的序列先复制，富含含ATAT的序列后复制。的序列后复制。真核细胞新合成的真核细胞新合成的DNADNA立即与组蛋白结合，共立即与组蛋白结合，共同组成同组成核小体结构核小体结构。新的新的组蛋白合成组蛋白合成、中心粒的复制中心粒的复制
6、也是发生在也是发生在S S期。期。G2期、期、M期主要事件期主要事件vv各种物质和细胞结构为细胞进入各种物质和细胞结构为细胞进入MM期作准备；期作准备；vvG2G2期检验点：要检查期检验点：要检查DNADNA是否完成复制，细胞是是否完成复制，细胞是否已生长到合适大小，环境因素是否利于细胞分否已生长到合适大小，环境因素是否利于细胞分裂等。裂等。vv只有当所有有利于细胞分裂的因素得到满足后，只有当所有有利于细胞分裂的因素得到满足后，细胞才能顺利实现从细胞才能顺利实现从G2G2到到MM期的转化。期的转化。vvMM期期期期分裂期分裂期1.3 细胞周期长短测定细胞周期长短测定vv脉冲标记脉冲标记DNA复
7、制和细胞分裂指数观察测复制和细胞分裂指数观察测定法定法适用范围：细胞种类简单；周期时间较短；适用范围：细胞种类简单；周期时间较短；周期运转均匀；周期运转均匀；原理：短暂标记后，当时处于原理：短暂标记后，当时处于S S期的全部细胞期的全部细胞均被标记；以后陆续进入均被标记；以后陆续进入MM期。期。50100TG20TMTsTcTG2+1/2TMTPLM常以（常以（TG2+1/2TM）-TG2的方式求出的方式求出TM细胞周期长短测定细胞周期长短测定vv流式细胞分选仪测定法流式细胞分选仪测定法通过监测细胞通过监测细胞DNADNA含量在不同时间内的变化，从含量在不同时间内的变化，从而确定细胞周期时间长
8、短；而确定细胞周期时间长短；原理因为原理因为G1G1期和期和G2/MG2/M期细胞含有固定的期细胞含有固定的DNADNA含含量，分别为量，分别为1C1C和和2C2C，而，而S S期细胞的期细胞的DNADNA含量介于含量介于1C1C和和2C2C之间。之间。通过直接标记通过直接标记DNADNA复制，通过统计细胞数量和被复制，通过统计细胞数量和被标记的分裂期细胞百分比，对细胞周期进行综合标记的分裂期细胞百分比，对细胞周期进行综合分析。分析。1.4 细胞周期同步化细胞周期同步化vv应用某些药物处理，将细胞抑制在细胞周期中的某个特定时期，然后，将细胞从抑制中释放出来，所有细胞将会同步运转。自然同步化自然
9、同步化人工选择同步化人工选择同步化 人工诱导同步化人工诱导同步化 人工选择同步化人工选择同步化vv人为地将处于不同时期的细胞分离开来，从而获人为地将处于不同时期的细胞分离开来，从而获得不同时期的细胞群体。得不同时期的细胞群体。处于对数生长期的单层培养细胞，处于对数生长期的单层培养细胞，分裂期的细胞分裂期的细胞收集，收集，离心，将其培养，细胞即开始同步分裂，并进行细胞周离心，将其培养，细胞即开始同步分裂，并进行细胞周期运转，即可得到不同时相的细胞。期运转，即可得到不同时相的细胞。vv缺点：效率低，成本高；缺点：效率低，成本高；密度梯度离心法密度梯度离心法：某些细胞如裂殖酵母，不同时期的细：某些细
10、胞如裂殖酵母，不同时期的细胞在体积和重量上差别显著，可以采用密度梯度离心方胞在体积和重量上差别显著，可以采用密度梯度离心方法分离出处于不同时期的细胞。法分离出处于不同时期的细胞。vv缺点：适用范围十分有限；缺点：适用范围十分有限；人工诱导同步化人工诱导同步化vv通过药物诱导，使细胞同步化在细胞周期中某个通过药物诱导，使细胞同步化在细胞周期中某个特定时期。特定时期。DNADNA合成阻断法合成阻断法合成阻断法合成阻断法vvDNADNA合成抑制剂：合成抑制剂：TdRTdR；羟基脲（；羟基脲（HUHU）；）；vv方法：将一定剂量的抑制剂加入培养液并继续培养一定时间方法：将一定剂量的抑制剂加入培养液并继
11、续培养一定时间（TG2TG2TMTMTG1TG1），所有细胞即被抑制在），所有细胞即被抑制在S S期；期；分裂中期阻断法分裂中期阻断法分裂中期阻断法分裂中期阻断法vv药物：秋水仙素、秋水仙胺、药物：秋水仙素、秋水仙胺、nocodazolenocodazole；vv将细胞阻断在细胞分裂的中期，处于间期的细胞，受药物的影将细胞阻断在细胞分裂的中期，处于间期的细胞，受药物的影响相对较弱，常可以继续运转到分裂期。响相对较弱，常可以继续运转到分裂期。条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的
12、应用vv将突变株转移到限定条件下培养，所有细胞便同步化在细胞周将突变株转移到限定条件下培养，所有细胞便同步化在细胞周期中某一特定时期。期中某一特定时期。第二节第二节细胞分裂细胞分裂2.1 有丝分裂有丝分裂1.2.1 有丝分裂过程有丝分裂过程vv前期前期(prophase)(prophase)；vv前中期前中期(premetaphase)(premetaphase)；vv中期中期(metaphase)(metaphase)；vv后期后期(anaphase)(anaphase)；vv末期末期(telophase)(telophase)。（一）前期（一）前期（一）前期（一）前期染色质凝缩，染色质凝缩
13、，分裂极确立与纺锤体开始形成，分裂极确立与纺锤体开始形成，核仁解体，核仁解体，核膜消失。核膜消失。（二）前中期（二）前中期（二）前中期（二）前中期核膜解体到染色体排列到赤道面核膜解体到染色体排列到赤道面(equatorialplane)(equatorialplane)上。上。（三）中期（三）中期（三）中期（三）中期染色体排列到赤道面上。染色体排列到赤道面上。图片来自http:/www.wadsworth.org/（四）后期（四）后期（四）后期（四）后期指妹妹染色体单体分开并移向两极的时期。指妹妹染色体单体分开并移向两极的时期。分为后期分为后期A A、后期、后期B B两个过程。两个过程。vv（
14、五）末期（五）末期vv从子染色体到达两极，至从子染色体到达两极，至形成两个新细胞为止的时形成两个新细胞为止的时期。涉及子核的形成和胞期。涉及子核的形成和胞质分裂两个方面。质分裂两个方面。DividingMuscleMyoblast(primativemusclecell)(SEMx8,000)胞质分裂胞质分裂v胞质分裂（cytokinesis）开始于分裂后期，完成于分裂末期；v分裂沟中间体：分裂沟下方由微管、小泡膜聚集构成的一个环形致密层；收缩环：肌动蛋白和肌球蛋白而成；vv植植物物细细胞胞末末期期近近两两极极处处纺纺锤锤丝丝消消失失，中中间间微微管管保保留留，并并数数量量增增加加，形形成成成
15、膜体成膜体成膜体成膜体。vv来来自自高高尔尔基基体体囊囊泡泡沿沿微微管管转转运运到到成成膜膜体体中中间间。融融 合合 形形 成成 细细细细 胞胞胞胞 板板板板(cell(cellplate)plate)，囊囊泡泡的的内内含含物物形形成成初初生生壁壁和和中中胶胶层层，囊囊泡泡膜膜形形成成质质膜膜，融融合合留留下的管道形成下的管道形成胞间连丝胞间连丝胞间连丝胞间连丝。vv动动物物细细胞胞的的胞胞质质分分裂裂通通过过胞胞质质收收缩缩环环的的收收缩缩实实现现，收缩环由大量平行排列的肌动蛋白组成。收缩环由大量平行排列的肌动蛋白组成。胞质分裂过程胞质分裂过程v分裂沟位置的确立；v肌动蛋白聚集和收缩环形成；
16、v收缩环收缩；v收缩环处质膜融合并形成两个子细胞；分裂沟的定位分裂沟的定位v分裂沟的定位与纺锤体的位置明显相关；极性微管参与分裂沟的形成：两极发出的星体微管末端相互重合，微管末端对细胞皮层刺激，促进分裂沟的形成。2.1.2 与有丝分裂直接相关的亚细胞结构与有丝分裂直接相关的亚细胞结构 中心体中心体vv星体：中心体与四射的微管合称星体，当细胞走星体：中心体与四射的微管合称星体，当细胞走向分离时，星体参与装配纺锤体。向分离时，星体参与装配纺锤体。vv中心体功能：中心体功能：微管装配（微管装配（MTOCMTOC）；）；细胞分细胞分裂；裂；vv中心体周期中心体周期：G1SG1S完成复制；完成复制；G2
17、G2期一对中心体期一对中心体开始分离；细胞分裂结束，每一个细胞含有一个开始分离；细胞分裂结束，每一个细胞含有一个中心体。中心体。vvS S期期中中心心粒粒已已完完成成复复制制，在在前前期期移移向向两两极极，两两对对中中心心粒粒之之间间形形成成纺纺锤锤体体微微管管，核核膜膜解解体体时时，中中心心粒粒已到达两极，并形成纺锤体。已到达两极，并形成纺锤体。动粒和着丝粒动粒和着丝粒vv动粒周期动粒周期：每条中期染色体含有两个动粒，分别：每条中期染色体含有两个动粒，分别位于着丝粒的两侧，细胞分裂后，两个动粒分别位于着丝粒的两侧，细胞分裂后，两个动粒分别被分配到两个子细胞中。当细胞再次进入被分配到两个子细胞
18、中。当细胞再次进入S S期后，期后，动粒又会重新复制。动粒又会重新复制。vv动粒功能动粒功能：染色体依靠动粒捕捉纺锤体微管，没：染色体依靠动粒捕捉纺锤体微管，没有动粒的染色体不能与纺锤体微管发生有机联系，有动粒的染色体不能与纺锤体微管发生有机联系，也不能和其它染色体一起向两极运动。也不能和其它染色体一起向两极运动。纺锤体纺锤体vv主要成分：微管和微管结合蛋白；主要成分：微管和微管结合蛋白；vv动力蛋白在中心体微管之间搭桥；动力蛋白在中心体微管之间搭桥；正向动力蛋白正向动力蛋白（如：（如：KRPsKRPs）：借助向微管正极运）：借助向微管正极运动，将纺锤体拉长。动，将纺锤体拉长。负向动力蛋白负向
19、动力蛋白（如：细胞质动力蛋白）：（如：细胞质动力蛋白）：借助借助向负极运动，将被结合的微管牵拉在一起，组成向负极运动，将被结合的微管牵拉在一起，组成纺锤体微管，中心体自然构成纺锤体的两极。纺锤体微管，中心体自然构成纺锤体的两极。在细胞膜与星体微管之间搭桥，借助负向运动，在细胞膜与星体微管之间搭桥，借助负向运动，将星体接近两极的细胞膜，纺锤体拉长。将星体接近两极的细胞膜，纺锤体拉长。vv星体微管两端为星体微管两端为星体微管vv动粒微管中间是纺锤体微管：一端与中心体相连，另一端中间是纺锤体微管：一端与中心体相连，另一端与动粒相连；与动粒相连；vv极微管一端与中心体相连，另一端游离（搭桥）；一端与中
20、心体相连，另一端游离（搭桥）；纺锤体微管类型纺锤体微管类型纺锤体的装配纺锤体的装配vv中心体列队中心体列队中心体列队中心体列队：负向运动的动力蛋白在来自姐妹中心：负向运动的动力蛋白在来自姐妹中心体的微管之间搭桥，通过向负极运动，将被结合的体的微管之间搭桥，通过向负极运动，将被结合的微管牵拉在一起，组成纺锤体微管；微管牵拉在一起，组成纺锤体微管；vv纺锤体拉长纺锤体拉长纺锤体拉长纺锤体拉长：正向运动的动力蛋白在纺锤体微管之：正向运动的动力蛋白在纺锤体微管之间搭桥，借助向微管正极运动，将纺锤体拉长，中间搭桥，借助向微管正极运动，将纺锤体拉长，中心体之间的距离逐渐加大。一定程度后，负向一定心体之间的
21、距离逐渐加大。一定程度后，负向一定的动力蛋白在细胞膜和星体微管之间搭桥，借助负的动力蛋白在细胞膜和星体微管之间搭桥，借助负向运动，将星体拉近两极的细胞膜，纺锤体也进一向运动，将星体拉近两极的细胞膜，纺锤体也进一步被拉长。步被拉长。2.1.3 有丝分裂过程中染色体运动的机制有丝分裂过程中染色体运动的机制 染色体列队染色体列队 vv微管捕获染色体动粒微管；vv染色体移动至赤道板；牵拉假说牵拉假说牵拉假说牵拉假说：染色体向赤道板方向的运动是由于：染色体向赤道板方向的运动是由于动粒微管牵拉的结果，动粒微管越长，拉力越动粒微管牵拉的结果，动粒微管越长，拉力越大，当来自两极的动粒微管的拉力相等时，染大，当
22、来自两极的动粒微管的拉力相等时，染色体即被稳定在赤道面上；色体即被稳定在赤道面上；外推假说外推假说外推假说外推假说：染色体向赤道板方向的运动是由于：染色体向赤道板方向的运动是由于星体微管排斥力，染色体距离中心体越近，推星体微管排斥力，染色体距离中心体越近，推力越大，当来自两极的推力达到平衡时，染色力越大，当来自两极的推力达到平衡时，染色体即被稳定在赤道板上。体即被稳定在赤道板上。2.1.3 有丝分裂过程中染色体运动的机制有丝分裂过程中染色体运动的机制 染色体分离染色体分离vv后期A动力蛋白向极部运动；动粒微管解聚；动力蛋白向极部运动；动粒微管解聚；染色单染色单体彼此分离；体彼此分离；vv后期B
23、极性微管加长，极性微管加长，KRPsKRPs向微管正极行走，极性向微管正极行走，极性微管重叠区变窄；微管重叠区变窄；胞质动力蛋白在星体微管和细胞膜之间搭桥，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；并向星体微管负极运动；两极之间的距离变长；两极之间的距离变长；vAnaphaseA:separationofthesisterchromatids.vAnaphaseB:separationofthepoles.植物细胞有没有后期B？2.2 减数分裂减数分裂vv定义定义定义定义：减数分裂是一种特殊形式的有丝分裂，是生殖细：减数分裂是一种特殊形式的有丝分裂，是生殖细胞成熟过程的重要
24、阶段，一次减数分裂包括两次连续的胞成熟过程的重要阶段，一次减数分裂包括两次连续的有丝分裂，但有丝分裂，但DNADNA只复制一次，结果一个细胞产生只复制一次，结果一个细胞产生4 4个子个子细胞，每个细胞中染色体数减数了一半。细胞，每个细胞中染色体数减数了一半。vv意义意义意义意义：既有效地获得父母双方的遗传物质，保持后代的：既有效地获得父母双方的遗传物质，保持后代的遗传性，又可以增加更多的变异机会，确保生物的多样遗传性，又可以增加更多的变异机会，确保生物的多样性，增强生物适应环境变化的能量。性，增强生物适应环境变化的能量。vv因此减数分裂是有性生殖的基础，是生物遗传、生物进因此减数分裂是有性生殖
25、的基础，是生物遗传、生物进化和生物多样性的重要基础保证。化和生物多样性的重要基础保证。减数分裂减数分裂同源染色体分离同源染色体分离同源染色体分离同源染色体分离姐妹染色单体分离姐妹染色单体分离姐妹染色单体分离姐妹染色单体分离减数分裂过程减数分裂过程间期间期末期末期II后期后期II中期中期II末期末期I后期后期I中期中期I前期前期I细线期细线期终变期终变期双线期双线期粗线期粗线期偶线期偶线期第一次减数分裂第一次减数分裂v间期间期间期间期 DNADNA的复制，细胞含的复制，细胞含4n4n染色体。染色体。vv 前期前期前期前期 vv 中期中期中期中期有丝分裂器有丝分裂器vv 后期后期后期后期二分体中每
26、一条染色单体上二分体中每一条染色单体上DNADNA组成不同组成不同vv 末期末期末期末期产生产生2 2个子细胞，每个细胞中含有个子细胞，每个细胞中含有n n个二分体个二分体 前期前期vv细线期细线期：染色粒、染色线；vv偶线期偶线期：联会二价体；联会复合体联会复合体vv粗线期粗线期：四分体；交叉和交换；vv双线期双线期：交叉的端化；vv终变期终变期：核膜、核仁消失；二价体高度螺旋化、扩散；联会复合体联会复合体vv同源染色体之间同源染色体之间形成的结构形成的结构vv重组节重组节重组节重组节与交换有与交换有关的结构，含有关的结构，含有大量的与大量的与DNADNA重重组有关的酶，是组有关的酶，是一个
27、多酶复合体。一个多酶复合体。其数目与交换的其数目与交换的数目大致相当数目大致相当联会复合体结构联会复合体结构3条纵带条纵带（侧体侧体 2 2、中央成分）中央成分）横纤维横纤维synaptonemalcomplex第二次减数分裂第二次减数分裂vv前期vv中期vv后期vv末期2.3 有丝分裂与减数分裂比较有丝分裂与减数分裂比较有丝分裂减数分裂DNA复制1次1次纺锤体有有细胞核、染色体周期变化有有姐妹染色单体分离有有分裂次数1次2次子细胞染色体数2nn联会无有遗传重组无有有丝分裂与减数分裂的意义有丝分裂与减数分裂的意义vv有丝分裂有丝分裂：子细胞保持了母细胞完全相同的遗传物质，有利于多细胞生物的个体
28、发育，以及物种的稳定性vv减数分裂减数分裂:使有性生殖成为可能（产生含半数染色体的配子）；其间的遗传重组使生物的变异空间极大，是生物进化的物质基础染色体重组染色体重组 1染色体重组染色体重组 2Minimumnumberofgametetypes=2n,Inhumans,n=23第三节第三节 细胞周期的调控细胞周期的调控3.1 研究背景研究背景vvMPFMPF的发现及其作用的发现及其作用的发现及其作用的发现及其作用MPFMPF称为卵细胞促成熟因子或细胞促分裂因子或称为卵细胞促成熟因子或细胞促分裂因子或MM期促期促进因子；进因子；MPFMPF的实质：的实质：MPFMPF是一种蛋白激酶，主要含是一
29、种蛋白激酶，主要含p32p32和和p45p45。vvp34cdc2p34cdc2激酶的发现及其与激酶的发现及其与激酶的发现及其与激酶的发现及其与MPFMPF的关系的关系的关系的关系cdccdc（celldivisioncyclecelldivisioncycle）基因产物促进）基因产物促进G2/MG2/M的转换；的转换；cdc2cdc2的产物即的产物即p34cdc2p34cdc2，当其与有关蛋白结合后，其激，当其与有关蛋白结合后，其激酶活性才能表现出来；酶活性才能表现出来；结论：结论：MPFMPF含有两个亚单位，即含有两个亚单位，即Cdc2Cdc2蛋白和周期蛋白。蛋白和周期蛋白。当二者结合后，
30、表现出蛋白激酶活性。当二者结合后，表现出蛋白激酶活性。cdc2cdc2为其催化亚为其催化亚基，周期蛋白为其调节亚基。基，周期蛋白为其调节亚基。早熟凝集染色体早熟凝集染色体(prematurelycondensedchromosome，PCC)Leland H.Hartwell R.Timothy(Tim)Hunt Sir Paul M.Nurse 20012001年年1010月月8 8日日美美国国人人LelandHartwellLelandHartwell、英英国国人人PaulPaulNurseNurse、TimothyHuntTimothyHunt因因对对细细胞胞周周期期调调控控机机理理的的
31、研研究究而而获获诺贝尔生理医学奖。诺贝尔生理医学奖。MPF(M-Cdk):p34cdc2 cyclinBTwo subunits:Catalytic subunit transfers P from ATP to Ser and Thr;Regulatory subunit called cyclin(Marine Biological Lab.at Woods Hole and UC BerkeleyUniv.of Oxford-yeast)3.2 周期蛋白周期蛋白vv周期蛋白周期蛋白周期蛋白周期蛋白其含量随细胞周期进程变化而变化，一其含量随细胞周期进程变化而变化，一般在细胞间期内积累，在细
32、胞分裂期消失，在下般在细胞间期内积累，在细胞分裂期消失，在下一个细胞周期中又重复这一消长现象，称为细胞一个细胞周期中又重复这一消长现象，称为细胞周期蛋白（周期蛋白（cyclincyclin）。）。vv周期蛋白分子结构特点周期蛋白分子结构特点周期蛋白分子结构特点周期蛋白分子结构特点：周期蛋白框（周期蛋白框（cyclinboxcyclinbox）：介导周期蛋白与）：介导周期蛋白与CDKCDK结合。结合。破坏框破坏框PESTPEST序列序列 vv周期蛋白的功能周期蛋白的功能周期蛋白的功能周期蛋白的功能：不同的周期蛋白在细胞周期中：不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时期不同，并与不同的表达的时期不同，并
33、与不同的CDKCDK结合，调节不结合，调节不同的同的CDKCDK激酶活性。作用于细胞周期不同阶段的激酶活性。作用于细胞周期不同阶段的进程。进程。Destruction Box in Cyclins3.3 CDK激酶和激酶和CDK激酶抑制物激酶抑制物vvCDKCDK激酶即激酶即周期蛋白依赖性蛋白激酶周期蛋白依赖性蛋白激酶vvCDKCDK激酶有两个亚基，二者结合表现出激酶活性。激酶有两个亚基，二者结合表现出激酶活性。周期蛋白作为周期蛋白作为调节亚基调节亚基 CDKCDK蛋白作为蛋白作为催化亚基催化亚基vvCDKCDK激酶的结构激酶的结构：CDKCDK激酶结构域：保守程度不一，其中的激酶结构域：保守
34、程度不一，其中的PSTAIREPSTAIRE序列相当保守，此序列与周期蛋白的结序列相当保守，此序列与周期蛋白的结合有关。合有关。磷酸化位点：其上的磷酸化修饰，对磷酸化位点：其上的磷酸化修饰，对CDKCDK激酶激酶活性起重要调节作用。活性起重要调节作用。CDKactivatingCdk的三种活性状态的三种活性状态(A)失活状态：失活状态：T-loop;(B)半活性状态半活性状态：T-loop 被移除被移除(C)活性状态活性状态：磷酸化：磷酸化3.4 细胞周期运转调控细胞周期运转调控vvCDK激酶对细胞周期起核心调控作用；vv不同种类的周期蛋白与不同种类的CDK结合，构成不同的CDK激酶；vv不同
35、的CDK激酶在细胞周期的不同时期表现出活性，因而对细胞周期的不同时期进行调节；CDK激酶活性的调节激酶活性的调节vv激活激活周期蛋周期蛋周期蛋周期蛋白白白白起激活作用；起激活作用；vv抑制抑制细胞中细胞中存在一些对存在一些对CDKCDK激酶活性起负调激酶活性起负调控作用的蛋白质，控作用的蛋白质，称为称为CDKCDK激酶抑激酶抑激酶抑激酶抑制物制物制物制物（CDKICDKI）；3.4.1 G2/M期转化与期转化与CDK1激酶的关键性调控作用激酶的关键性调控作用vvCDK1CDK1激酶活性依赖于激酶活性依赖于周期蛋白周期蛋白B B含量的积累；含量的积累；vvCDK1CDK1激酶活性激酶活性通过使某
36、些蛋白质磷酸化，改变其下游的蛋白质的结构通过使某些蛋白质磷酸化，改变其下游的蛋白质的结构和活性，实现其调控作用；和活性，实现其调控作用；vvCDKCDK激酶活性受到多种因素的激酶活性受到多种因素的综合调节综合调节：周期蛋白的结合是先决条件；周期蛋白的结合是先决条件；weel/mik1weel/mik1激酶和激酶和CDKCDK激酶催化激酶催化CDKCDK磷酸化；磷酸化；Thr14Thr14和和Tyr15Tyr15去磷酸化；去磷酸化；vv至此，至此，CDKCDK激酶才能表现出激酶活性。激酶才能表现出激酶活性。3.4.2 分裂中期分裂中期分裂后期转化分裂后期转化vvAPCAPC后期促进因子后期促进因
37、子后期促进因子后期促进因子：APC1APC1APC8;APC8;APCAPC活化活化(泛素化活性泛素化活性)，降解，降解MM期周期蛋白，使期周期蛋白，使MM期期CDKCDK激酶活性丧失；解除对姐妹染色单体分离的抑制，细胞激酶活性丧失；解除对姐妹染色单体分离的抑制，细胞由中期向后期转化。由中期向后期转化。vvAPCAPC活性受到多种因素的活性受到多种因素的综合调节综合调节综合调节综合调节：MM期期CDKCDK激酶活性可能对激酶活性可能对APCAPC的活性起调节作用：的活性起调节作用：APCAPC的多个成分被的多个成分被MM期期CDKCDK激酶磷酸化；激酶磷酸化；Cdc20Cdc20为为APCAP
38、C有效的正调控因子；有效的正调控因子；Cdc20Cdc20位于染色体位于染色体动粒上，为姐妹染色单体分离所必需；动粒上，为姐妹染色单体分离所必需；纺锤体装配检验点的检控；纺锤体装配检验点的检控；3.4.3 G1/S期转化与期转化与G1期期cyclin依赖性依赖性CDK激酶激酶vv细胞由细胞由G1G1期向期向S S期转化主要受期转化主要受G1G1期周期蛋白依赖性期周期蛋白依赖性CDKCDK激酶所控制。激酶所控制。cyclinDcyclinD为细胞为细胞G1/SG1/S转化所必需；转化所必需；cyclinEcyclinECDK2CDK2激酶活性为激酶活性为S S期启动所必需，直接参与了中期启动所必
39、需，直接参与了中心体复制的起始调控；心体复制的起始调控；cyclinAcyclinACDK2CDK2与与DNADNA复制有关，是复制有关，是S S期主要的期主要的CDKCDK激酶；激酶；vv“DNA“DNA复制执照因子学说复制执照因子学说”：MM期胞质中的执照因子与染色质接触并与之结合，使后者获期胞质中的执照因子与染色质接触并与之结合，使后者获得得DNADNA复制所必需的执照；随着复制所必需的执照；随着DNADNA复制过程的进行，复制过程的进行，“执照执照”信号不断减弱直到消失。信号不断减弱直到消失。3.4.4 DNA复制延搁检验点参与调控复制延搁检验点参与调控S/G2/M期转化期转化vv细胞
40、中存在一系列检查细胞中存在一系列检查DNADNA复制进程的检控机制，复制进程的检控机制，DNADNA复制复制不完成，细胞周期就不能向下一个阶段转化。不完成，细胞周期就不能向下一个阶段转化。vv当当DNADNA复制尚未完成，复制尚未完成，MM期期CDKCDK激酶的活性不能表现出来；激酶的活性不能表现出来；vvWeelWeel和和Cdc25cCdc25c参与参与DNADNA复制延搁检验点的调控过程：复制延搁检验点的调控过程：WeelWeel活性高活性高CDK1CDK1的的Thr14Thr14和和Tyr15Tyr15磷酸化，而无活磷酸化，而无活性；性；Cdc25cCdc25c活性低活性低使使CDK1
41、CDK1的的Thr14Thr14和和Tyr15Tyr15不能去磷酸不能去磷酸化，化，CDK1CDK1无法激活；无法激活；细胞周期调控的总结细胞周期调控的总结3.5 其他内在和外在因素在细胞周期调控中的作用其他内在和外在因素在细胞周期调控中的作用vv癌基因和抑癌基因癌基因和抑癌基因癌基因和抑癌基因癌基因和抑癌基因癌基因非正常表达会导致细胞转化，增殖过程癌基因非正常表达会导致细胞转化，增殖过程异常、甚至癌变。异常、甚至癌变。癌基因表达产物包括蛋白激酶、多肽类生长因癌基因表达产物包括蛋白激酶、多肽类生长因子、膜表面生长因子受体和激素受体、信号转子、膜表面生长因子受体和激素受体、信号转导器、转录因子、类固醇和甲状腺激素受体、导器、转录因子、类固醇和甲状腺激素受体、核蛋白等类型。核蛋白等类型。vv细胞和机体细胞和机体外界因素外界因素外界因素外界因素离子辐射、化学物质作用、病毒感染、温度变离子辐射、化学物质作用、病毒感染、温度变化、化、pHpH变化等；变化等；