《第12章-2细胞增殖及其调控-精选文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第12章-2细胞增殖及其调控-精选文档.ppt（51页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、1,MEIOSIS,2,前减数分裂间期特点,S期持续时间较长 S期只复制其DNA总量的99.799.9,3,减数分裂前S期与有丝分裂前S期长度比较,4,减分I （Meiosis I）,第一次减数分裂的两个特点 一对复制了的同源染色体分开，分别进入两个子细胞，同源染色体分开之前通常要发生交换重组。 在染色体组中，同源染色体的分离是随机的，同源染色体组要发生重组合。 图,5,减数分裂的染色体行为,6,减分I过程,前期I 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 间的分子重组 该期细分为细线期、偶线期、粗线 期、双线期、终变期等。图1 图2,7,Stages of the p
2、rophase of meiosis I Micrographs illustrating the morphology of chromosomes of the lily.,8,减数分裂的前期I,9,细线期 又称凝集期或花束期 主要特点： 染色体已加倍,并凝缩成细线状,但 看不到染色体的双重性。 染色体端粒通过接触斑与核膜相连,10,偶线期(配对期) 主要特点是： 联会与联会复合体 联会(synapsis) 联会复合体(synatonemal complex) 二价体与四分体 合成约0.3DNA(zygDNA),11,同源染色体配对（联会）,12,联会复合体,13,粗线期(重组期) 主要特
3、点： 持续时间长 同源染色体之间发生DNA片段的交换, 产生重组的基因组合,可见重组节 合成小部分DNA（P-DNA）并编码一些与DNA点切及修复有关的酶 合成减数分裂专有的组蛋白，并将体细胞类型的组蛋白全部置换。,14,同源染色体间的交换重组,15,双线期(合成期) 主要特点： 同源染色体分开，明显可见四分体； 出现交叉,16,A bivalent chromosome at the diplotene stage The bivalent chromosome consists of paired homologous chromosomes. Sister chromatids of e
4、ach chromosome are joined at the centromere.,17,终变期又称再凝集期 主要特点: 染色体变成紧密凝集状态； 大多数核仁消失,交叉出现端化, 姐妹染色体借着着丝粒连接在一起。,18,中期I 核被膜的破裂是前期向中期转化的标志。纺锤体侵入核区,分散于核中的四分体开始向中部移动。 与有丝分裂不同的是,四分体上有四个着丝点, 一侧纺锤丝只和同侧的两个着丝点相连。最后染色体排列在赤道板上。,19,后期I 同源染色体分开,发生数量的减半,而且,染色体移向两极是随机的。 由于每条染色体仍含有两条染色单体,因而每个极仍含有两套染色体。 不同的同源染色体对向两极的移
5、动是随机的、独立的、父方、母方来源的染色体要发生随机组合,有利于减数分裂产物的基因组变异。,20,末期I及间期 在自然界中,末期和间期的类型有两种：一种是没有明显可见的染色体去凝集, 另一种是完全逆转到间期核的状态。 大多数种类,末期和间期是在第一次及第二次减数分裂期之间的短暂停顿,在所知的生物中,未见有DNA的合成。,21,减分II （Meiosis II）,第二次减数分裂分为前期II、中期II、后期II、末期II，最后形成4个单倍体细胞。,22,比较有丝分裂与减数分裂,有丝分裂是体细胞的分裂方式，减数分裂主要是产生配子的过程; 有丝分裂是一次细胞周期, DNA复制一次, 分裂一次,染色体由
6、2n2n; 减数分裂是两次细胞周期,DNA复制一次,细胞分裂两次, 染色体由2n1n; 有丝分裂中,每个染色体是独立活动; 减数分裂,染色体要配对、联会、交换和交叉。,23,有丝分裂之前,经DNA合成,进入G2期,才进行有丝分裂;减数分裂之前,DNA合成时间很长(99.7%合成,0.3%未合成),一旦合成,即进入减数分裂期,G2期短或没有; 有丝分裂时间短,1-2小时;减数分裂时间长,20多小时,至几年。,24,减数分裂与有丝分裂的比较,25,减数分裂的生物学意义,保证了染色体数目在世代交替中的恒定, 先减半成1n, 形成合子时, 又成为2n; 染色体间分离时的重组,提供了遗传的多样性; 同源
7、染色体配对时交换重组,提高了基因内、基因间重组的频率,加快了进化的速度。,26,12.3 细胞周期的调控,27,一、MPF的发现及作用,成熟促进因子(maturation promoting factor，MPF）,早期称为M-期促进因子(M-phase promoting factor, MPF)，是指M期细胞中存在的促进细胞分裂的因子,28,研究背景, 1970s Rao等发现与M期细胞(Hela)融合的间期细胞染色体发生凝缩，称为早熟凝集染色体（PCC）。 G1期PCC为单线状，因DNA未复制。 S期PCC为粉末状，因DNA由多个部位开始复制。 G2期PCC为双线染色体，说明DNA复制已
8、完成。 图 不同类的M期细胞都可诱导PCC产生，说明M期细胞具有促进间期细胞进行分裂的因子，即成熟促进因子( MPF)。,29,prematurely condensed chromosome，PCC,G1,S,G2,30,非洲爪蟾卵发育的实验 研究思路 实验设计（注意关键步骤的用意！） 材料的选择：卵母细胞发育的第期，含有一个较大的小核，易辨认。 方法： 实验结果：,31,卵细胞提取物注射实验,32,二、p34 cdc2蛋白激酶的发现及与MPF的关系,p34 cdc2蛋白激酶的发现 周期蛋白的发现 MPF的组成,33,p34 cdc2蛋白激酶的发现： Hartwell 1960s, Nurs
9、e 1970s 分别以芽殖酵母和裂殖酵母为材料，利用温度敏感突变株，发现许多与细胞分裂有关的基因( cdc)。如： 裂殖酵母cdc2、 芽殖酵母cdc28突变型在限制温度下无法分裂； cdc2和cdc28都编码一个34KD的蛋白激酶（称为p34 cdc2蛋白和p34 cdc28蛋白），促进细胞周期的进行，若该基因发生突变，细胞周期就会停止在某一点，细胞就不会再分裂。,34,细胞周期蛋白的鉴定 T. Hunt 1980s等以同步化的受精的海胆卵为材料进行研究，发现海胆的卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期振荡，命名为周期蛋白（cyclin ）A和B，其mRNA能诱导蛙卵成熟。 1988年Lohk
10、a将非洲爪蟾的MPF纯化。经鉴定MPF由32KD和45KD两种蛋白组成，是一种丝氨酸/苏氨酸激酶。进一步的研究发现MPF=cdc2+clyclin B,35,MPF的结构组成 是由两个不同的亚基组成的异质二聚体: 催化亚基 是丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶 其活性有赖于周期蛋白，故蛋白称为周期依赖性蛋白激酶(CDK); 调节亚基：周期蛋白(cyclin)。 图,36,MPF的结构,37,三、细胞周期蛋白cyclin,特点：在细胞周期中呈周期性变化。含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框，介导与CDK结合。 M期周期蛋白N端有破坏框，参与周期蛋白A和B的降解。 作用：激活和引导CDK作用于
11、不同底物。已知30余种，在脊椎动物中为A1-2、B1-3 、C、 D1-3、E1-2、F、G、H等。可分为4类：G1型、G1/S型、S型、M型。,38,四、CDK,cdc2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，故名细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)。 cdc2又称CDK1，可将特定蛋白磷酸化，如： 将核纤肽磷酸化导致核纤层解体、核膜消失； 将H1磷酸化导致染色体的凝缩等。 在动物中已知7种CDK。均含PSTAIRE保守序列，与周期蛋白的结合有关。,39,不同类型的CDK/cyclin复合体,*包括D1-3，各亚型cyclin D在不同细胞中的表达量不同，但具有相同的功效。,40,G1期，在生长因子
12、的刺激下，cyclin D表达，并与CDK4、CDK6结合，使下游的蛋白质如Rb磷酸化，释放转录因子E2F，促进许多基因的转录，如编码cyclinE、A和CDK1的基因。 G1-S期，cyclinE与CDK2结合，激活DNA复制。 G2-M期，cyclinA、cyclinB与CDK1结合，CDK1引起染色体凝缩、核膜解体（书P404表11-3）等。,41,cell cycle regulation,42,三、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CDKI）,CDKI对细胞周期起负调控作用，分为： INK4家族: 抑制CDK4cyclin D1, CDK6cyclin D1。 CIP/KIP家族：抑制
13、大多数CDK。其中P21cip1还能与DNA聚合酶的辅助因子PCNA结合，直接抑制DNA的合成。,43,Leland H. Hartwell,R. Timothy (Tim) Hunt,Sir Paul M. Nurse,2001年10月8日美国人Leland Hartwell、英国人Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。,44,五、细胞周期运转调控,（一）G2/M其转化及调控（下图）,45,M期调控示意图,1,2,3,4,46,（二）中期向后期的转化：周期蛋白A和B的降解 周期蛋白N端破坏框(destruction box),47,泛素
14、与周期蛋白的降解 图 多泛素化作用 泛素活化酶 （E1） 泛素缀合酶（E2）：将活化的泛素连接在周期蛋白B上 泛素连接酶（E3）：形成多聚泛素链 蛋白酶体的降解作用 ：周期蛋白B中的破坏框起调节作用 后期促进因子（APC),48,Polyubiquitination,49,APC的活性调节控制周期蛋白B的降解 当MPF的活性在有丝分裂中期达到最高峰时, 它将APC磷酸化并将其激活； 接着发生周期蛋白B泛素多聚化, 引起周期蛋白B的降解； 由于周期蛋白B是MPF的一个必需亚基, 它的降解势必导致MPF的失活； 在G1期的后期,APC失活,使得周期蛋白B的浓度升高,同时提高MPF的活性, 以便进入下一个有丝分裂期。,50,Regulation of mitotic cyclin levels in cycling cells,51,真核生物细胞周期调控的一般模型 三类周期蛋白-CDK复合物: G1期周期蛋白-CDK复合物 S期周期蛋白-CDK复合物 有丝分裂周期蛋白-CDK复合物 三个关键的过渡 G1期S期 中期后期 后期末期及胞质分裂期过渡,