细胞增殖和其调控培训课件

细胞增殖和其调控四、减数分裂（四、减数分裂（MEIOSIS）概概念念：减减数数分分裂裂是是细细胞胞仅仅进进行行一一次次DNADNA复复制制，随随后后进进行行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。发生分裂的细胞发生分裂的细胞 生生殖殖细细胞胞进进行行的的产产生生配配子子的的分分裂裂过过程程，其其结结果果是产生了染色体组数目减半的配子；是产生了染色体组数目减半的配子；连续的两次分裂连续的两次分裂 第一次减数分裂第一次减数分裂 第二次减数分裂第二次减数分裂两个基本特点两个基本特点 染色体组数目减半染色体组数目减半 发生遗传重组发生遗传重组2细胞增殖和其调控减数分裂过程减数分裂过程3细胞增殖和其调控减数分裂特点减数分裂特点遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次，导致染色体数目减半导致染色体数目减半S S期持续时间较长期持续时间较长同源染色体在减数分裂期同源染色体在减数分裂期I I配对联会、基因重组配对联会、基因重组减数分裂同源染色体配对排列在中期板上减数分裂同源染色体配对排列在中期板上,第第 一次分列时一次分列时,同源染色体分开同源染色体分开4细胞增殖和其调控减数分裂意义减数分裂意义保保证证了了染染色色体体数数目目在在世世代代交交替替中中的的恒恒定定,先先减减半半成成1n,1n,形形成成合合子子时时,又又成成为为2n 2n（两两性性生生殖殖细细胞胞经经过过减减数数分分裂裂，染染色色体体数数减减少少一一半半。再再经经过过受受精精，形形成成合合子子，染染色色体体数数恢复到体细胞的染色体数目）恢复到体细胞的染色体数目）;染色体间分离时的重组染色体间分离时的重组,提供了遗传的多样性提供了遗传的多样性;同同源源染染色色体体配配对对时时交交换换重重组组,提提高高了了基基因因内内、基基因因间间重重 组的频率组的频率,加快了进化的速度加快了进化的速度。5细胞增殖和其调控减减数数分分裂裂是是生生物物有有性性生生殖殖的的基基础础，是是生生物物遗传、生物进化和生物多样性的保证。遗传、生物进化和生物多样性的保证。假假如如在在有有性性生生殖殖过过程程中中没没有有减减数数分分裂裂，生生殖殖细细胞胞染染色色体体数数不不能能减减半半，经经过过受受精精，其其染染色色体体数数将将倍倍增增。细细胞胞体体积积也也会会相相应应增增加加。代代代代相相传传，细细胞胞将将无无法法适适应环境而受到自然淘汰。应环境而受到自然淘汰。6细胞增殖和其调控 减减 数数 分分 裂裂 前前 S S 期期 有有 丝丝 分分 裂裂 前前 S S 期期 蝾螈蝾螈 1010天天 1212小时小时 小鼠小鼠 1414小时小时 5 56 6小时小时 小麦小麦 1212小时小时 3.83.8小时小时 酵母酵母 1.01.0小时小时 0.50.5小时小时 减数分裂前减数分裂前S S期与有丝分裂前期与有丝分裂前S S期长度比较期长度比较7细胞增殖和其调控减数分裂减数分裂I第一次减数分裂的两个特点第一次减数分裂的两个特点一一对对复复制制了了的的同同源源染染色色体体分分开开，分分别别进进入入两两个个子子细细胞胞，同同源源染染色色体体分分开开之之前前通常要发生交换重组。通常要发生交换重组。在在染染色色体体组组中中，同同源源染染色色体体的的分分离离是是随机的，同源染色体组要发生重组合。随机的，同源染色体组要发生重组合。8细胞增殖和其调控减数分裂的染色体行为减数分裂的染色体行为减数分裂前间期，减数分裂前间期，染色体加倍染色体加倍9细胞增殖和其调控前期前期I I的的5 5个阶段个阶段10细胞增殖和其调控TheStagesofmeiosisI前期前期I I主要事件是完成同源染色体的配对，主要事件是完成同源染色体的配对，在此过程中要发生配对同源染色体在此过程中要发生配对同源染色体 间的分子重组间的分子重组该期细分为该期细分为细线期、偶线期、粗线细线期、偶线期、粗线 期、双线期、终变期期、双线期、终变期等等。11细胞增殖和其调控StagesoftheprophaseofmeiosisIMicrographsillustratingthemorphologyofchromosomesofthelily.12细胞增殖和其调控减数分裂的前期减数分裂的前期I细线期细线期中期中期I终变期终变期双线期双线期粗线期粗线期偶线期偶线期13细胞增殖和其调控细线期细线期(leptotenestage,leptonema)又称又称凝集期凝集期(condensationstage)此期主要特点：此期主要特点：染染色色体体已已加加倍倍,并并凝凝缩缩成成单单细细线线状状,但但2条染色单体的臂并不分离。条染色单体的臂并不分离。14细胞增殖和其调控偶偶线线期期(zygotenestage,zygonema)又又称称配配对对期期(Pairingstage)，此期的主要特点是：此期的主要特点是：二价体与四分体二价体与四分体二二价价体体（bivalent)配配对对以以后后，两两条条同同源源染染色色体体紧紧密密结结合合在在一一起起所所形形成成的的复复合合结结构构，称称为二价体（为二价体（bivalent）四分体四分体(tetrad):合合成成在在S期期未未合合成成的的约约0.3的的DNA（偶偶线线期期DNA，即，即zygDNA）15细胞增殖和其调控联会与联会复合体联会与联会复合体联联会会(synapsis):同同源源染染色色体体配配对对的的过过程程联联会会复复合合体体(synatonemal complex):在在联联会会的的部部位位形形成成一一种种特特殊殊复复合合结结构构，称称为为联联会会复复合合体体（synaptonemalcomplex）沿沿同同源源染染色色体长轴分布体长轴分布。16细胞增殖和其调控同源染色体（同源染色体（homologouschromosome)（重要重要）【定【定义】形态、结构、遗传组义】形态、结构、遗传组成基本相同和在减数分裂中彼成基本相同和在减数分裂中彼此联会的一对染色体，一个来此联会的一对染色体，一个来自母方，另一个来自父方。一自母方，另一个来自父方。一般在同源染色体上有相同的基般在同源染色体上有相同的基因座位，因此是二倍体细胞中因座位，因此是二倍体细胞中的基因都有两份。的基因都有两份。17细胞增殖和其调控同源染色体配对（联会）同源染色体配对（联会）18细胞增殖和其调控粗线期粗线期(pachytenestage,pachynema)又称重组期又称重组期(recominationstage)，主要，主要特点（特点（重要重要）：）：同同源源染染色色体体之之间间发发生生DNA片片段段的的交交换换,产产生生重重组组的基因组合的基因组合持续时间长（几天到几周）持续时间长（几天到几周）可见重组节（可见重组节（Recombinationnoduble)合成减数分裂期专有的组蛋白合成减数分裂期专有的组蛋白19细胞增殖和其调控同源染色体间的交换重组同源染色体间的交换重组20细胞增殖和其调控联会与联会复合体联会与联会复合体21细胞增殖和其调控双双 线线 期期(diplotene(diplotene stage)stage)又又 称称 合合 成成 期期(synthesis stage)(synthesis stage)，主要特点：，主要特点：同源染色体分离但是不完全，明显可见四分体；同源染色体分离但是不完全，明显可见四分体；出现交叉：出现交叉：同源染色体仍然相联系的部位同源染色体仍然相联系的部位 鱼鱼类类、两两栖栖类类、爬爬行行类类和和鸟鸟类类的的雌雌性性动动物物等等在在此此 期期 形形 成成 灯灯 刷刷 染染 色色 体体，合合 成成 前前 体体mRNA(hnRNA)22细胞增殖和其调控23细胞增殖和其调控终终 变变 期期(diakinesis)(diakinesis)又又 称称 再再 凝凝 集集 期期(recondensation stage)(recondensation stage)。此期的主要特点此期的主要特点:染色体变成紧密凝集状态；染色体变成紧密凝集状态；大多数核仁消失大多数核仁消失,交叉出现端化交叉出现端化,姐妹姐妹 染色体只在着丝粒和端部连接在一起。染色体只在着丝粒和端部连接在一起。24细胞增殖和其调控中期中期I I核核被被膜膜的的破破裂裂是是前前期期向向中中期期转转化化的的标标志志。纺纺锤锤体体侵侵入入核核区区,分分散散于于核核中中的四分体开始向四分体的中部移动。的四分体开始向四分体的中部移动。与与有有丝丝分分裂裂不不同同的的是是,四四分分体体上上有有四四个个着着丝丝点点,一一侧侧纺纺锤锤体体只只和和同同侧侧的的两两个个着着丝点相连。最后染色体排列在赤道板上。丝点相连。最后染色体排列在赤道板上。25细胞增殖和其调控后期后期I I同同源源染染色色体体分分开开,发发生生数数量量的的减减半半,而而且且,染染色体移向两极是随机的。色体移向两极是随机的。由由于于每每条条染染色色体体仍仍含含有有两两条条染染色色单单体体,因因而而每个极仍含有两套染色体。每个极仍含有两套染色体。不不同同的的同同源源染染色色体体对对向向两两极极的的移移动动是是随随机机的的、独独立立的的、父父方方、母母方方来来源源的的染染色色体体要要发发生生随随机机组组合合,有有利利于于减减数数分分裂裂产产物物的的基基因因组变异。组变异。26细胞增殖和其调控末期末期I I及间期及间期在在自自然然界界中中,末末期期和和间间期期的的类类型型有有二二,一一种种是是没没有有明明显显可可见见的的染染色色体体去去凝凝集集,另一种是完全逆转到间期核的状态。另一种是完全逆转到间期核的状态。大大多多数数种种类类,末末期期和和间间期期是是在在第第一一次次及及第第二二次次减减数数分分裂裂期期之之间间的的短短暂暂停停顿顿,在在所所知的生物中知的生物中,未见有未见有DNADNA的合成。的合成。27细胞增殖和其调控MeiosisII第第二二次次减减数数分分裂裂分分为为前前期期IIII、中中期期IIII、后后期期IIII、末末期期IIII，最最后后形形成成4 4个个单单倍倍体体细细胞。胞。28细胞增殖和其调控减数分裂减数分裂I I和减数分裂和减数分裂IIII29细胞增殖和其调控比较比较有丝分裂与减数分裂有丝分裂与减数分裂有有丝丝分分裂裂是是体体细细胞胞的的分分裂裂方方式式，减减数数分分裂裂主主要要是是产产生配子的过程生配子的过程;有有丝丝分分裂裂是是一一次次细细胞胞周周期期,DNADNA复复制制一一次次,分分裂裂一一次次,染色体由染色体由2n2n;2n2n;减减数数分分裂裂是是两两次次细细胞胞周周期期,DNA,DNA复复制制一一次次,细细胞胞分分裂裂两次两次,染色体由染色体由2n1n;2n1n;有丝分裂中有丝分裂中,每个染色体是独立活动每个染色体是独立活动;减数分裂减数分裂,染色体要配对、联会、交换和交叉。染色体要配对、联会、交换和交叉。30细胞增殖和其调控减数分裂与有丝分裂的比较减数分裂与有丝分裂的比较31细胞增殖和其调控有有丝丝分分裂裂之之前前,经经DNADNA合合成成,进进入入G G2 2期期,才才进进行行有有丝丝分分裂裂;减减数数分分裂裂之之前前,DNA,DNA合合成成时时间间很很长长(99.7%(99.7%合合成成,0.3%,0.3%未未合合成成),),一一旦旦合合成成,即即进进入入减减数分裂期数分裂期,G,G2 2期短或没有期短或没有;有有丝丝分分裂裂时时间间短短,1-2,1-2小小时时;减减数数分分裂裂时时间间长长,20,20多小时多小时,至几年。至几年。32细胞增殖和其调控同源染色体间同源染色体间遗传物质重组遗传物质重组33细胞增殖和其调控11.2细胞周期胞周期调控控 34细胞增殖和其调控细细胞胞周周期期的的控控制制系系统统35细胞增殖和其调控一、一、蛋白激酶在细蛋白激酶在细胞周期调控中的作用胞周期调控中的作用36细胞增殖和其调控卵细卵细胞提胞提取物取物注射注射实验实验38细胞增殖和其调控细胞周期蛋白的鉴定细胞周期蛋白的鉴定研究思路研究思路实验设计实验设计（注意关键步骤的用意！）（注意关键步骤的用意！）获得同步化的受精的海胆卵细胞获得同步化的受精的海胆卵细胞在有放射性氨基酸的培养液中培养在有放射性氨基酸的培养液中培养每每1010分钟取一次样分离纯化蛋白质进行分析分钟取一次样分离纯化蛋白质进行分析实验结果实验结果发现了周期蛋白发现了周期蛋白B B(cyclinB)：如何发现？：如何发现？周期蛋白周期蛋白B B的的cDNAcDNA克隆与周期蛋白克隆与周期蛋白B B的鉴定的鉴定39细胞增殖和其调控Accumulationanddegradationofcyclinsinseaurchinembryos40细胞增殖和其调控MPFMPF的结构组成的结构组成是由两个不同的亚基组成的异质二聚体是由两个不同的亚基组成的异质二聚体:催化亚基催化亚基是丝氨酸是丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶苏氨酸型蛋白激酶其活性有赖于周期蛋白，故蛋白称为周期依其活性有赖于周期蛋白，故蛋白称为周期依赖性蛋白激酶赖性蛋白激酶(cyclin-dependentproteinkinases,Cdks);调节亚基：周期蛋白调节亚基：周期蛋白(cyclin)。41细胞增殖和其调控MPFMPF的的结结构构42细胞增殖和其调控有丝分裂的退出：有丝分裂的退出：周期蛋白周期蛋白B B的降解的降解细胞周期蛋白基因的细胞周期蛋白基因的cDNAcDNA分析分析N端破坏框端破坏框(destructionbox)43细胞增殖和其调控 遍在蛋白与周期蛋白的降解遍在蛋白与周期蛋白的降解多遍在蛋白化作用多遍在蛋白化作用(polyubiquitination)遍遍 在在 蛋蛋 白白 活活 化化 酶酶(ubiquitin-activatingenzyme,E1)遍在蛋白缀合酶遍在蛋白缀合酶(ubiquitin-conjugatingenzyme,E2)遍在蛋白连接酶遍在蛋白连接酶(ubiquitinligase,E3)蛋白酶体的降解作用蛋白酶体的降解作用促后期复合物促后期复合物(anaphase-promotingcomplex,APC)44细胞增殖和其调控Polyubiquitination45细胞增殖和其调控APCAPC的活性调节控制周期蛋白的活性调节控制周期蛋白B B的降解的降解当当MPFMPF的的活活性性在在有有丝丝分分裂裂中中期期达达到到最最高高峰峰时时,它它将将APCAPC磷酸化并将其激活；磷酸化并将其激活；接接着着发发生生周周期期蛋蛋白白B B遍遍在在蛋蛋白白多多聚聚化化,引引起起周周期期蛋白蛋白B B的降解；的降解；由由于于周周期期蛋蛋白白B B是是MPFMPF的的一一个个必必需需亚亚基基,它它的的降降解势必导致解势必导致MPFMPF的失活；的失活；在在G G1 1期期的的后后期期,APC,APC失失活活,使使得得周周期期蛋蛋白白B B的的浓浓度度升升高高,同同时时提提高高MPFMPF的的活活性性,以以便便进进入入下下一一个个有有丝分裂期。丝分裂期。46细胞增殖和其调控Regulationofmitoticcyclinlevelsincyclingcells47细胞增殖和其调控真核生物细胞周期调控的一般模型真核生物细胞周期调控的一般模型三类周期蛋白三类周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物:GG1 1期周期蛋白期周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物SS期周期蛋白期周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物有丝分裂周期蛋白有丝分裂周期蛋白-CDK-CDK复合物复合物三个关键的过渡三个关键的过渡GG1 1期期SS期期中期中期后期后期后期后期末期及胞质分裂期过渡末期及胞质分裂期过渡48细胞增殖和其调控Currentmodelforregulationoftheeukaryoticcellcycle49细胞增殖和其调控ThefissionofS.pombe50细胞增殖和其调控裂殖酵母裂殖酵母MPFMPF的活性调节的活性调节51细胞增殖和其调控