医学细胞生物学细胞周期及其调控细胞周期本科.ppt

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1、亲代细胞,第二节 细胞周期及其调控,一、细胞周期的基本概念,亲代细胞,细胞周期,有丝分裂,子代细胞,子代细胞,细胞周期(cell cycle)连续分裂的细胞从上一次有丝分裂结束开始到下一次有丝分裂完成所经历的全过程。在这一过程中，细胞通过一系列的生化事件复制细胞的组分，然后将细胞一分为二，这种周期性的复制和分裂过程称为细胞周期。包括间期和有丝分裂期。,细胞周期,间期,DNA复制准备期(G1期),合成期(S 期),有丝分裂准备期(G2期),有丝分裂期(M期),G0 期,8h,11h,4h,1h,G0 期：就是静止期，有些细胞从G1期中退出细胞周期，不进行DNA的复制和细胞分裂,当受到一定的刺激后

2、，即可进入细胞周期，开始进行分裂。,根据细胞增殖能力的不同，将细胞分为三类：周期性细胞 G0期细胞 终末分化细胞,二、细胞周期各时相的动态与生物大分子的合成,细胞进行活跃的RNA和蛋白质的合成,细胞体积增大,RNA聚合酶活性升高。G1期向S期转换所需蛋白（触发蛋白、钙调蛋白、细胞周期蛋白等）；S期DNA复制起始和延长所需要的酶（解螺旋酶、DNA聚合酶）。多种蛋白质的磷酸化 组蛋白、非组蛋白及某些蛋白激酶 细胞膜对物质的转运功能增强,(一)G1期是DNA复制准备期,G1期细胞对外界变化非常敏感，如温度、营养物质、生长因子、离子浓度、pH值、药物等。,R点(restriction point)：是

3、哺乳动物细胞周期中控制细胞从G1期进入S期的一个调节点，具有调节细胞增殖周期开关的阀门，称R点。,G1期的细胞做好了生化准备之后，能否直接进入S期呢？,(二)S 期（合成期）,DNA复制合成 GC含量较高的DNA序列早复制、AT含量较高的DNA序列晚复制；常染色质先复制、异染色质后复制。蛋白质的合成 组蛋白、非组蛋白和染色质凝集蛋白的合成；同时组蛋白的持续磷酸化仍在进行。中心粒的复制完成,新中心粒的形成,(三)G2期(有丝分裂准备期)合成大量的RNA、ATP及细胞进入有丝分裂期所需要的结构与功能相关的蛋白，为细胞进入M期作准备。,成熟促进因子(maturation promoting fact

4、or,MPF)是一种在G2期形成的、能促进M期启动的调控因子。包括CyclinB和Cdk1。,MPF的活性单位,MPF的调节单位,S期复制的中心粒，在G2期成熟，并移向细胞两极。G2晚期到M期之前，中心粒周围形成晕（中心粒周围物质）。,(四)M 期 染色质凝集、核膜崩解、姐妹染色单体分离、核膜重建等。RNA合成抑制、除非组蛋白外，其他蛋白合成显著降低。,为什么细胞能够严格的按照顺序从 间期前期中期后期末期？,答：细胞内存在着细胞周期调控系统。,三、细胞周期的调控,细胞周期调控系统,（一）细胞周期调控系统的核心 cyclin Cdk CKI 促进Cdk调节因子降解的酶复合物,（二）细胞周期检测点

5、,（一）细胞周期调控系统的核心 1.细胞周期蛋白(Cyclin)Cyclin:是一类普遍存在于真核细胞中，随细胞周 期的变化呈周期性的合成和降解的蛋白质。,可分为：A、B、C、D、E等几大类，在细胞周期的不同阶段相继表达。,G1期：cyclinC、D、E，促进G1/S转变（G1期周期蛋白）G1期 向 S 期转变：cyclinA（S期周期蛋白）S期：cyclinB开始表达 G2/M：cyclinB表达达到高峰（M期周期蛋白）M期末：cyclinB降解Cyclin 需与Cdk结合参与细胞周期活动的调节。,周期蛋白框（cyclin box）：在细胞周期蛋白中都存在一个由100个左右的氨基酸组成的保守

6、序列，该序列介导周期蛋白与Cdk结合。,2.细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cyclin-dependent kinase,Cdk),1,Cdk:是细胞周期调控系统的核心成分之一，是一类必 需与cyclin结合才具有活性的激酶。Cdk家族蛋白 中都存在一个Cdk结构域和可被磷酸化的氨基酸 残基。,Cdk结构域 与相应的细胞周期蛋白结合，发挥激酶的活性。,可被磷酸化的氨基酸残基 通过磷酸化和去磷酸化调节其活性。,CAK(cdk活化激酶),cdc25磷酸酶,Cdk的活化机制,第一步,M-cdk的活化机制,哺乳动物的CKI包括两个家族：（1）CIP/KIP(Kinase inhibition prote

7、in)家族：p21、p27、p57（2）INK4(Inhibitor of cdk 4)家族：p15、p16、p18、p19,3.Cdk抑制物(CKI),CKI对Cdk的抑制机制：通过与cyclin-cdk复合物结合，形成三元复合物，改变Cdk的活性位点的空间位置，使其失活。CKI对cdk的抑制作用主要在G1期和S期。,4.促进Cdk调节因子降解的酶复合物 SCF：对CKI进行降解 APC：对cyclin进行降解,（二）细胞周期检查点（1）未复制DNA检测点（2）纺锤体组装检测点（3）染色体分离检测点（4）DNA损伤检查点,（三）细胞周期的胞内调控,（2）复制前复合体（Pre-RC）,（1）S

8、期cyclin-Cdk复合物 主要是cyclinA-cdk复合物。启动DNA复制；,1.S期DNA复制的调控机制,保证DNA在一个细胞周期只复制一次。,(1)始终与复制起始点DNA结合。其他调节蛋白都是通过与ORC结合发挥作用。,(2)在G1早期瞬间高表达，是与ORC特异性结合的调控蛋白。,(3)Mcm蛋白复合体是在cdc6存在的条件下与ORC结合。,被SCF降解,G1早期形成Pre-RC,Mcm解离，并被磷酸化，从核移向胞质。,ORC被磷酸化，不能结合调节蛋白。,S期中，S-cdk保持高浓度。,G2和M早期，S-cdk保持高浓度。,在M期，M-cdk表达，继续发挥对底物的磷酸化。M期结束，细

9、胞内所有cdk活性消失。Pre-RC重新组装。,S期,（三）细胞周期的胞内调控,（2）复制前复合体（Pre-RC）,（1）S期cyclin-Cdk复合物 主要是cyclinA-cdk复合物。启动DNA复制；,1.S期DNA复制的调控机制,保证DNA在一个细胞周期只复制一次。,2.G2/M 期的转换,（2）未复制DNA检查点,（1）G2晚期形成的MPF,未复制DNA检查点,MPF活化,3.M期的调控作用,（1）MPF 发挥作用,分解cyclin B,（2）MPF 失活,蛋白,APC诱导的水解作用触发姐妹染色单体分离,M-Cdk使核纤层蛋白磷酸化,4.G1期的调控,（1）MPF活性的持续抑制,（3

10、）合成的S期cyclin-cdk复合物及其抑制蛋白,Rb蛋白是视网膜母细胞瘤蛋白，通过结合E2F来调节细胞周期。,Rb蛋白,G1-cdk(G1期),磷酸化,Rb蛋白的“刹车”作用,Cyclin E,Cyclin E,G1期,S期,5.DNA损伤检测点 辐射和一些化学物质可以使DNA受损。机体DNA损伤检查点可以阻止受损DNA进入细胞周期。,G2期：DNA损伤信号,G1期：DNA损伤信号通过p53蛋白的阻碍作用，阻止细胞进 入S期。,G1期中DNA损伤与p53活化作用,活化的p53结合到p21基因的调控区,激活,p21(CKI),G1 期,S 期,（四）多种因素与细胞周期调控密切相关,1.生长因子 生长因子是一类多肽类蛋白质，与细胞膜上特异性受体结合来促进细胞增殖。2.抑素 细胞分泌的糖蛋白，能够抑制细胞周期的进行。3.cAMP和cGMP cGMP：促进DNA和组蛋白的合成 cAMP与cAMP作用相拮抗4.SR蛋白及SR蛋白特异的激酶,细胞质,细胞核,活化细胞周期控制系统,生长激素,生长激素对细胞周期的影响,cyclin的含量随细胞周期进程变化而变化,