细胞周期与胞质分裂

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,细胞周期与胞质分裂,细胞周期与胞质分裂细胞周期与胞质分裂细胞周期的时相分裂期,（M期）,间期,新细胞的生长期核分裂,胞质分裂G1期（gap 1） : 不同细胞时间变化较大,S期（synthetic）：合成期,G2期（gap 2）2,细胞周期的时相,分裂期,（M期）,间期,新细胞的生长期,核分裂,胞质分裂,G,1,期（gap 1） : 不同细胞时间变化较大,S期（synthetic）：合成期,G,2,期（gap 2）,2,细胞周期的时间,正常情况下，完整的细胞周期应该沿着,G1 S G2 M期的路线运转；,一般认为，S+G2+M的时间变化较小，而G1的持续时间差异很大；细胞周期的长度主要取决于G1期的长短,不同的细胞G1期时间差别较大,3,不同分裂状态的细胞,持续分裂细胞：,在细胞周期中持续运转，使机体内组织不断更新；,性细胞；造血干细胞；上皮基底层细胞；植物根尖细胞,终端分化细胞：,永久失去分裂能力的细胞；往往是高度特化的细胞,红细胞；神经细胞；白细胞，肌细胞等,G,0,细胞：,休眠细胞，暂时脱离细胞周期，在某些条件下可以诱导重新开始合成DNA，进入细胞周期；,成熟肝细胞，淋巴细胞等,4,各时相的合成活动,G1期：,合成前期，有丝分裂完成到DNA复制前,合成rRNA，蛋白质，脂类和糖类,G1后期，DNA合成酶活性增加,G1进入S期受到S期激活因子的影响,S期,DNA合成期，组蛋白同时合成,，DNA复制所需的酶合成,不同序列组成的DNA复制顺序不同,常染色质先合成，异染色质后合成,能转录的DNA复制在先，不能转录的在后,GC含量高的先合成，AT高的后合成,5,G2期,DNA合成的后期,为有丝分裂做准备,主要合成ATP，RNA，蛋白质，包括微管蛋白和促成熟因子等,M期,分裂期包括核分裂和胞质分裂,染色体聚集，在纺锤体的作用下，姐妹染色单体被均等分配至两个细胞,6,周期中细胞形态结构的变化,细胞形态的变化,细胞周期的生化变化引起表型变化,S期往往呈扁平状，到G2，M期细胞逐渐鼓起来，变成球形,细胞内部结构的变化,最大的变化是染色质结构的变化,S期，染色质呈松散的状态，进行,DNA的半保留复制；,M期，形成染色单体,间期到M期过程中，两点变化：,纺锤体形成，需要大量微管蛋白,细胞表面微绒毛形成，与细胞骨架的肌动蛋白纤维有关,7,细胞器的分裂和片段化,线粒体和叶绿体不能自我装配，必须通过已有的线粒体和叶绿体生长和分裂增殖，加倍；,内质网，高尔基体等生长并断裂成片段，增加均等分配的机会,8,细胞周期的调控,细胞周期中的基本事件，如DNA复制、有丝分裂、胞质分裂等都是通过控制系统控制的；,控制模式,典型的通过生化装置来进行调控,9,细胞周期调控研究的历史进程,细胞周期控制系统是一个典型的生化控制装置，由一套相互作用的蛋白质组成，这些蛋白质的相互作用，调控了细胞周期的进程。,细胞融合实验,促成熟因子的发现,10,细胞融合实验1,DNA复制受什么控制？,G1-S转变受什么控制？,染色体凝聚受什么控制？,11,细胞融合实验2,G1期(Hela)与S期 (kangaroo PtK2)融合,G1期细胞质开始了DNA复制,S期中含有诱导G1-S的因子,细胞融合 实验现象 说明问题,M期与其他阶段融合,M期诱导其他期细胞的染色质凝聚,M期中含有使松散状态的染色质凝聚的因子（细胞周期调节因子）,研究细胞质中是否有影响细胞周期活动的调节因子,运用不同细胞周期的同步化细胞进行融合,12,促成熟因子的发现,用非洲爪蟾的卵母细胞作为研究对象,处于G2期，如果受到促分裂活性物质的诱导，则进入M期；,发现将M期的细胞质注射进卵母细胞诱导进入M期，表明M期促进因子（MPF，促成熟因子）的存在,13,MPF（促成熟因子）,二聚体，细胞周期蛋白-CDK复合物,CDK：蛋白激酶（依赖细胞周期蛋白的丝苏氨酸激酶）,细胞周期蛋白（cyclin）：浓度在细胞周期中呈周期性变化,14,破坏框,多遍在蛋白化（泛素化）,细胞周期蛋白为什么会周期性的减少？,被遍在蛋白（泛素）介导的蛋白质降解途径所降解,通过,N端的破坏框,（相当于泛素的识别标签）进行泛素化，进而被蛋白酶体识别并降解,E1,E2,E3复合物负责将泛素加到待降解蛋白上,E1：泛素活化酶：激活泛素,E2：泛素缀合酶：与激活的泛素连接,E3：泛素连接酶（APC，促后期复合物）：将泛素连接到蛋白上,细胞周期蛋白的降解促使细胞退出有丝分裂,间期 M期 间期,15,蛋白质降解机器,E1：几种,E2：几十种 泛素化（死亡之吻）,E3：几百种，特异性,26s蛋白酶体,2004 Nobel Prize,泛素,16,细胞周期蛋白水平的调节,当MPF活性高时，APC（E3）被激活，泛素化周期蛋白，进而导致细胞周期蛋白B被降解，随后MPF活性降低，进入有丝分裂末期；,胞质分裂后，细胞周期蛋白B在间期合成，APC的活性保持到G1期的后期，细胞周期蛋白与CDK失活。,间期,分裂期,细胞周期蛋白水平受到泛素化蛋白质降解途径的调节,17,真核生物细胞周期调控的一般模型,三种CDK复合物调控细胞周期的进程,通过磷酸化作用使某些组分失活或激活,G1期合成，在DNA复制起点处装配,开始被抑制，在DNA合成完成后被激活,18,细胞周期调控的特点,蛋白质降解起到重要调控作用，保证了细胞周期的方向性；,高等生物中，细胞周期的调控主要调节G1-CDK复合物的合成和活性,通过调控催化亚基的磷酸化状态来调节；,促分裂原诱导G1-CDK的合成与激活，一旦作用了一段时间以后，超过晚G1期的某个点，除去促分裂原也会继续完成分裂，这个点称为为限制点,19,细胞周期的关卡,细胞周期的运转有序，是基因（细胞分裂周期基因）有序表达的结果；,基因表达的有序性受到一系列控制系统的监测；,如酵母中S前存在启动点（START），哺乳动物中存在限制点；,DNA损伤未修复前不能进入S期；,S期DNA合成未完成不能进入M期；,M期纺锤体和染色体组装不正常则不能进入后期,20,3个主要关卡,在每一个关卡，细胞的状态和环境决定了细胞是否通过此关卡进入下一个步骤；,G1关卡,新生细胞生长是否足够大、内部环境（rRNA合成和蛋白质合成）是否合适,G2关卡,DNA复制是否正确、完全，细胞是否够大,中期关卡,染色体是否完全分离,21,P53调控细胞周期,肿瘤抑制基因；,将具有损伤的DNA阻止在G1期或G2期，直到受到损伤的DNA修复为止；,作用机制,正常情况下，P53不稳定，浓度低；,损伤DNA使P53稳定，浓度大大增加，激活P21转录，P21通过与靶蛋白的结合抑制CDK和PCNA（控制DNA复制）的活性，细胞被阻止在G1期,22,MPF的作用机制,MPF的一个亚基是周期蛋白依赖的蛋白激酶，因此，其作用机制必然为将某些特异的蛋白质磷酸化的结果；,蛋白的磷酸化/去磷酸化与染色质的凝聚与去凝聚、有丝分裂的启动、核仁的功能、核膜的崩溃和重组都有密切关系。,23,MPF参与其他有丝分裂的事件,24,有丝分裂,细胞分裂的类型,细胞分裂是细胞增殖的方式；,分为两种类型,有丝分裂：产生两个含有全套染色体的子细胞；,减数分裂：产生在遗传上有变异的单倍体细胞,25,有丝分裂,是指在细胞周期的M期（分裂期）进行的分裂活动；,通过纺锤丝的形成和运动，把在S期复制好了的DNA平均分配到两个子细胞，以保证遗传的连续性和稳定性；,主要特征是出现纺锤丝；,分为核分裂和胞质分裂两个过程，一般在核分裂之后随之发生质分裂,26,有丝分裂的过程,前期,染色体凝聚，分裂极的确定、核仁消失、核膜解体,前中期,纺锤体装配,中期,染色体排列与赤道板上,后期,着丝粒分开，染色单体移向两级,末期,核膜小泡重新包围两组染色体，染色体解旋成细丝，重新出现核膜与核仁,27,胞质分裂与植物的细胞壁,除了染色体的分配，细胞中其他物质、包括膜、骨架、细胞器及可溶性的蛋白质通过胞质分裂进行分配；,通常起始于有丝分裂后期，由MPF失活所触发；,动植物的不同,动物细胞：缢缩和起沟：由肌动蛋白和肌球蛋白装配成收缩环，通过滑动模型起作用；,植物细胞：靠细胞内新细胞壁的形成,28,有丝分裂的机制,纺锤体微管的形成,动力微管,极微管,星微管,中心体的复制,中心体循环,29,染色体分离过程中的力,根据力的不同，有丝分裂后期分为后期A，后期B,后期A：动粒微管的去装配产生的力，染色体向极运动；,后期B：极微管的聚合，染色体极分离运动,“拉力”,“推力”,30,纺锤体微管运动机制,微管去聚合作用假说,解释后期A的向极运动,动粒微管不断解聚缩短，将染色体拉向两级，解离下来的微管蛋白在极微管末端聚合，使极微管加长,机制：,微管插入动粒的外层，微管蛋白在此去组装，ATP在此过程中提供能量，驱动动力蛋白的移动,31,纺锤体微管滑动假说,解释后期B的力,机制：,极微管伸长产生重叠带；,极微管间通过发动机蛋白产生滑动，形成两级分开的力，ATP可以诱导该过程；,32,胞质分裂的机制,肌动蛋白和肌球蛋白组成了胞质分裂的收缩环；,MPF调控收缩环的机制,有丝分裂早期，MPF活性高，磷酸化肌球蛋白的轻链，抑制其与肌动蛋白的结合；,有丝分裂后期，周期蛋白B降解，MPF失活，去磷酸化，收缩机制被激活，形成收缩环；,染色体分离到细胞两级之后（此时M期的后期），通过胞质分裂形成2个子细胞,33,核的重建,核被膜的重建需要一些特异蛋白质的磷酸化，与MPF有关；,细胞周期后期，周期蛋白B被降解之后，MPF很快失活,核重建,在有丝分裂末期，核解体时形成的核被膜小泡重新聚集和融合成子细胞的核膜；,核孔复合体在核被膜重建过程中重新装配；,前期磷酸化的核纤层蛋白去磷酸化后重新装配成核纤层；,在核被膜重建之后，散布在细胞质中的核蛋白通过定位信号经核孔输入进细胞核之中；,染色体随后解凝聚，新细胞开始它的生命周期。,34,减数分裂,有性生殖是通过两个配子的融合产生新的生物个体的过程；一个来自父本，一个来自母本,配子是通过减数分裂产生的,两次连续的有丝分裂，而DNA只复制一次,35,减数分裂的特点,两次连续的有丝分裂,减数分裂I,前期I，中期I，后期I，末期I,减数分裂II,前期II，中期II，后期II，末期II,染色体只在减数分裂I前复制了一次，因此经过减数分裂后导致染色体的数目减少一半。,36,第一次减数分裂,2个特点:,1对同源染色体分开，进入子细胞，分开前，进行同源重组；,同源染色体的分离是随机的，染色体组发生重组合。,37,第二次减数分裂,38,遗传重组及其机制,减数分裂中两种方式的遗传重组：,同源染色体的部分交换；,同源染色体分离时染色体组的自由组合,39,染色体重组交换与交叉,联会期间，同源染色体发生断裂与重接；发生同源染色体的交换（重组）；,交叉逐渐远离着丝粒（交叉端化），此时交换已经完成,40,染色体组的重组合,形成单倍体时染色体组的自由组合，形成不同于父母的新组合；,生物界遗传重组的主要方式；,发生在减数分离I的中期I,同源染色体在赤道板上排列之后，随机分配,41,有丝分裂与减数分裂的比较,有丝分裂,减数分裂,体细胞的分裂,一次细胞周期，DNA复制一次，2n-2n,染色体独立活动,有丝分裂之前DNA已经合成，进入G2期后分裂,时间短（1-2h）,生殖细胞产生配子,2次细胞周期，DNA复制一次，2n-n,染色体配对，联会，交换，交叉,DNA合成时间很长，合成后立即进入减数分裂期，G2期短或没有,时间长（几十小时至几年）,42,减数分裂的生物学意义,以减数分裂为基础的有性生殖是更进步的繁殖方式，能提供更多的遗传多样性；,减数分裂保证了有性生殖生物繁殖过程中染色体数目的稳定；,减数分裂是产生遗传变异的主要原因。,43,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,