第七章细胞增殖及其调控
细胞的有丝分裂和细胞周期
细胞周期
分裂期（M期）
细胞周期示意图
细胞周期各阶段的事件
Hela 细胞增殖周期时相
细胞周期的时间 TC = TG1 + TS
+
TG2 + TM
适宜条件下一种细胞的周期时间相对稳定，不
同生物或组织的细胞TC差异较大，TS、TG2、TM变化
较小，主要是TG1的差异。
一、细胞周期各时相的动态变化
（一） G1期 与DNA合成启动相关，细胞物质代谢活跃，RNA和蛋白 质合成，细胞体积增大。存在细胞增殖的限制点
(restriction point, R点 )。
G1 早期----R点---- G1 晚期 R点为控制点，决定是否增殖。 如能通过，则增殖。
（四）抑素（chalone）
是由细胞自体产生的、终止细胞增殖的信号分 子，是一种热不稳定的可溶性、分泌型糖蛋白，在 细胞增殖的反馈性调节中起重要作用。 抑素不但具有严格的组织特异性，而且还有细 胞周期阶段的特异性。目前已经发现的抑素有20多 种，如肝细胞抑素、肾细胞抑素、红细胞抑素等。 并且有的抑素专门作用于G1期，防止细胞进行DNA 合成（如G1期表皮细胞抑素）；有的专门作用于G2 期，防止细胞进行分裂（如G2期表皮细胞抑素）。
2.密度梯度离心法： 不同时期细胞在重量和体积上差别显著，可 采用。如：裂殖酵母。 特点：简单省时、效率高、成本低。但对大多 数细胞不适用。
3.化学同步法：通过不同药物可获得不同时期同 步化细胞，但对细胞周期有干扰。 （1）DNA合成阻断法： 常用药物：氨甲蝶呤、胸苷。可使细胞同步于S期。
特点：效率高，几乎适于所有体外培养的细胞系。
细胞周期蛋白(cyclin)是一类随细胞周期的变化呈周期性的出现与消失的蛋白质。
细胞周期的调控和细胞增殖
细胞周期的调控和细胞增殖细胞周期是细胞生命周期中的一个重要阶段，通过严密调控确保细胞按照一定的顺序进行有序的DNA复制和细胞分裂。
细胞周期的调控主要包括细胞周期检查点、细胞周期调控因子及其调控网络的作用等方面。
一、细胞周期检查点细胞周期检查点是细胞在特定时期对其自身状态的监测点，主要有G1/S检查点、G2/M检查点和M检查点。
这些检查点的功能在于确保细胞在细胞周期的不同阶段保持稳定和正确的进行。
1. G1/S检查点G1/S检查点位于细胞周期的G1期和S期之间，主要监测细胞的DNA是否完整以及是否有足够的生物小分子供应，这是控制是否进入DNA复制的关键检查点。
如果细胞通过检查，则进入S期进行DNA 复制，否则进入G0期停滞。
2. G2/M检查点G2/M检查点位于细胞周期的G2期和M期之间，主要监测细胞DNA复制是否正确完成以及是否有DNA损伤。
只有当细胞通过这一检查点时，才能进入有丝分裂的M期。
3. M检查点M检查点位于细胞分裂的中期，主要监测染色体是否正确连接到纺锤体上，并确保该连接是稳定的。
只有当细胞通过这一检查点时，才能完成有丝分裂，将染色体均匀地分配给两个子细胞。
二、细胞周期调控因子及其调控网络细胞周期调控因子主要包括Cyclins和Cyclin-dependent kinases (CDKs)。
Cyclins与CDKs形成复合物，通过磷酸化作用来调控细胞周期的不同阶段。
1. CyclinsCyclins是调控细胞周期的关键调节蛋白，其数量在不同的细胞周期阶段发生变化。
不同类型的Cyclins与特定的CDKs形成复合物，起到调控细胞周期的作用。
2. CDKsCDKs是Cyclin-dependent kinases的缩写，是一类酶的家族。
它们与Cyclins结合形成复合物，通过磷酸化调控细胞周期的不同阶段。
CDKs活性的变化在细胞周期的不同阶段发生，由Cyclins的表达调控。
3. 细胞周期调控网络细胞周期调控网络是由各类细胞周期调控因子组成的复杂网络。
细胞生物学_14细胞增殖与其调控过程分析
二、细胞周期中各个不同时期及主要事件
⒈G1期（DNA合成前期） G1期合成细胞生长所需要的各种蛋白质、糖
类、脂类等 ，但不合成DNA。 在G1期的晚期 阶段有一个特定时期。通过这个特定时期，细 胞分裂进入S期。在芽殖酵母中，这个特定时期 被称为起始点。在其它真核细胞中叫检验点或 限制点(R点)。
G1期时间变化较大的根本原因具有一个调节 细胞增殖周期开和关的“阀门”，即限制点。
⒉维持机体细胞数量和功能的相对平衡。
（更新衰老、凋亡和受损的细胞）
大剂量的X射线照射老鼠，老鼠几天内死亡。
（导致干细胞大量死亡，个体在细胞数量上特别是 功能上受损。）
➢细胞增殖是通过细胞周期来实现的，细胞周 期的有序运行是通过相关基因的严格监视和调 控来保证的。
➢细胞无限制增长对个体来说意味着癌症，个 体无限制繁殖对地球来说意味着灾难。
检验点不仅存在于G1 期，也存在于其他时期， 如S期检验点、G2期检 验点、纺锤体检验点等。 这些特异的监控机制 （检验点）可以监别细 胞周期中的错误，并诱 导产生特异的抑制因子， 阻止细胞周期进一步运 行。
⒉S期 S期即DNA合成期。新的组蛋白也是在S期合
成的。DNA的起始和复制过程受到多种细胞周 期调节因素的严密调控。
㈡诱导同步化 ⒈DNA合成阻断法：用DNA合成抑制剂可逆 地抑制DNA合成而不影响其它各期细胞沿细 胞周期运转，最终将细胞群体阻断在S期。 TdR双阻断法最常用，细胞最终阻断于G1/S 交界处。
应用过量的TdR阻断法进行细胞周期同步化
⒉中期阻断法
某些药物可抑制微管的聚合，因而抑制有丝 分裂器的形成，将细胞阻断在有丝分裂的中期。 同DNA合成阻断法相比，中期阻断法的非平衡 生长的问题并不十分明显，因M期大分子合成 基本停止。但此种阻断法的可逆性较差，阻断 时间较长，获得的细胞中的一些细胞将不能完 成正常的有丝分裂而出现异常分裂。常用的阻 断药物是秋水仙素或秋水仙酰胺。
细胞增殖及其调控
细胞增殖及其调控细胞依赖增殖维持其存在，繁衍后代。
细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一。
细胞增殖包含3个组成部分，即生长、DNA复制和细胞分裂，这些均体现在细胞周期进程中，因此细胞增殖是通过细胞周期实现的。
细胞增殖受到严密的调控机制所监控。
任何细胞，不管是简单的单细胞，还是高等生物体内的细胞，其增殖过程都必须遵循一定的规律。
细胞周期与细胞分裂(细胞周期、有丝分裂、减数分裂)细胞周期的调控（Cdk激酶和周期蛋白在细胞周期进程中的调控作用及其活性调节、细胞周期运转的调控、其他内在、外在因素在周期调控中的作用）细胞周期与细胞分裂细胞周期㈠细胞周期(cell cycle)概述细胞依靠增殖维持其存在，繁衍后代。
为了阐明细胞是如何繁殖的，应该考虑三个主要问题：①细胞如何复制它的内含物；②它们如何分配复制好的内含物并分裂为二；③它们如何协调好上述两个过程必需的所有机器，以保证诸如只有在复制完成后才进行细胞分裂。
细胞增殖受到严密的调控机制所监控。
任何细胞不管是简单的单细胞，还是高等生物体内的细胞，其增殖过程都必须遵循一定的规律。
细胞增殖过程中，任何一个关键步骤的错误，都有可能导致严重后果，甚至细胞死亡。
在高等生物中细胞增殖调控更为复杂。
它不仅要遵循细胞自身的增殖调控规律，同时还要遵守生物体整体调控机制的调节。
不然，不受约束而生成的细胞将被机体免疫系统所清除，或癌变，威胁整个生命。
由此可见，细胞增殖调控是整个生命活动的最基本保证。
细胞周期(cell cycle)是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的过程。
细胞周期有时也称为细胞生活周期(cell life cycle)或细胞繁殖周期(cell reproductive cycle)。
人们最初从细胞形态变化考虑，将细胞周期简单地划分为两个相互延续的时期，即细胞有丝分裂期(mitosis)和位于两次分裂期之间的分裂间期(inter phase)。
细胞增殖调控
非洲爪蟾卵细胞成熟过程（Ⅰ~Ⅵ）、受精和 第一次卵裂示意图（图14-2）
成熟卵细胞细胞质移植发现成熟促进因子 （ MPF ）的存在（图14-3）
周期蛋白含量随细胞周期的变化
部分周期蛋白分子结构特征（图14-4）
细胞周期蛋白的降解盒与降解途径
部分哺乳动物（A）和酵母细胞（B牙殖和C裂殖）周期 蛋白在细胞周期中的积累及其与CDK活性的关系（图14-5）
四、CDK和CDK抑制因子
• 周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase, CDK）：由周期蛋白结合并活化的调控 细胞周期进程的蛋白激酶。 CDK通过磷酸化其 底物而对细胞周期进行调控。
• CDK有多种：在人体中发现并命名的CDK包括 CDK1（Cdc2）~CDK13。不同的CDK在细胞 周期中起调节作用的时期不同。
• 某些CDK与cyclin的配对关系及执行的功能的时 期：见表14-1。
• CDK激酶结构域：各种CDK的CDK激酶结构域 保守程度有所不同，但其中有一小段序列则相当 保守，即PSTAIRE序列，与周期蛋白结合有关。
要高得多；在细胞中，提高cyclinE的表达，该
S
G2-M
芽殖酵母 Cln3- CDC28 Cln1/2- CDC28 Clb5/6- CDC28 Clb1-4 -CDC28
裂殖酵母 Cig1- CDC2
Cig2- CDC2
Cig2- CDC2 Cdc13- CDC2
脊椎动物 CycD- CDK4/6 CycE- CDK2 CycA- CDK2 CycA/B- CDK1
细胞增殖及其调控(共70张PPT)
胞质分裂
❖ 动物细胞胞质分裂
胞质分裂(cytokinesis)开始于细胞分裂后期，在赤道板周围细胞表
面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟。
胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体处组装成微丝并相互 组成微丝束，环绕细胞，称为收缩环。收缩环收缩、收缩环处细胞膜 融合并形成两个子细胞。
Experimental demonstration of the importance of mecha- nical tension in metaphase checkpoint control.
后期
❖ 排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离产生向极运动。
❖ 后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段，即后期A和
在G1期 ❖ 有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期
细胞分类
分类
连续分裂细胞（周期细胞）
暂不分裂细胞（G00期期细细胞胞））
终末分化细胞 ❖ G0期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划分，有的
细胞过去认为属于终末分化细胞，目前可能被认为是 G0期细胞。
细胞周期同步化
❖ 细胞同步化是指在自然过程中发生或经人为处理造成的细 胞周期同步化，前者称自然同步化，后者称为人工同步化。
❖ 自然同步化：如有一种粘菌的变形体plasmodia，某些受 精卵早期卵裂。
❖ 人工同步化：利用细胞培养的方法，经各种理化因素处理，
人工选择或人工诱导获得同步化生长的细胞。
人工诱导同步化
DNA合成阻断法 染色单体到达两极，即进入了末期（telophase）,到达两极的染色单体开始去浓缩。
是什么❖机制确保染色体正确排列在赤道板上？
细胞增殖与调控-（word）可编辑
一、填空题1.真核生物细胞周期分为：、、、期。
其中统称为细胞间期。
2.原核生物的细胞周期分为：、、。
3.有丝分裂期间出现的、、、及统称为有丝分裂器。
4.着丝粒微管一端，另一端在，作用是牵动染色体运动。
5.细胞分裂的方式有：、、。
6.有丝分裂的主要形态特征是出现。
7.在有丝分裂过程中要发生一系列的形态变化，其目的是。
8.细胞周期中各个时期的长短各有不同，但一般说来，期长，期短。
9.细胞成熟促进因子包括两类蛋白质：①；②。
10.MPF和SPF是两种控制细胞周期的不同促进因子，前者由p34cdc2与组成，后者由p34cdc2与组成。
11.在减数分裂的期可见到染色体交叉，但交换却发生在期。
12.减数分裂中的联会复合体起始于，成熟于，消失于。
13.在细胞同步化的培养中，秋水仙碱可将细胞阻止在M期，其机理是。
14.有多种方法诱导细胞同步化生长，如用阿拉伯糖苷胞嘧啶可使细胞停留在期，用氨基酸饥饿法（如缺少异亮氨酸）可使细胞停留在期，若用秋水仙碱或长春花碱处理，则停留在期，机理是抑制了的形成。
15.联会复合体出现于，消失于。
16.细线期的主要特征有：、、。
17.当在联会复合体结构中看到重组小结时，细胞分裂已进入到前期I的。
18.IPM（染色体凝集抑制因子）的作用是与结合，使染色体去凝集。
19.细菌的细胞周期最短的时间为 min，最长可达 min，这与环境有关。
20.中期阻断法是获得细胞同步化培养的一种方法，其原理是通过。
21.在细胞周期中，细胞骨架最明显的变化是。
22.Cdk是一种蛋白激酶，必须与结合后才具有活性。
23.Cdk是一种周期蛋白依赖性的蛋白激酶，可使靶蛋白的残基磷酸化。
24.在早熟染色体凝集实验中G1期的染色体呈现，G2期是，而S期是。
25.裂殖酵母细胞周期的引擎蛋白是蛋白。
二、判断题1.在细胞分裂的不同时期出现不同的染色状态的现象称为异染周期。
2.实验表明：核膜的解体和聚合与核纤层蛋白A、C的磷酸化、脱磷酸有关，磷酸化时解体，脱磷酸化时聚合。
细胞增殖和生长的信号转导机制及其调控
细胞增殖和生长的信号转导机制及其调控细胞增殖和生长是细胞生物学中常见的现象，是生命体系不断发展的必要条件。
在细胞分裂和生长过程中，涉及到复杂的信号转导通路和多种生物分子的参与调控。
本文将着重介绍细胞增殖和生长的信号转导机制及其调控，包括细胞周期、细胞凋亡、细胞信号转导通路及其调控等方面的内容。
一、细胞生长的信号转导机制在细胞生长中，细胞表面的受体接受到外界的刺激，从而产生了一系列的信号转导通路，促使细胞生长。
最初识别外部刺激的细胞表面受体主要有三种类型：G蛋白偶联受体（GPCRs）、酪氨酸激酶受体和离子通道受体。
GPCRs和酪氨酸激酶受体通过激活二磷酸腺苷（ADP）或三磷酸腺苷（ATP）来媒介细胞内的化学反应，从而激发细胞生长；而离子通道受体直接打开或关闭离子通道，导致电位变化，从而激活细胞内部的生化反应。
细胞上述的外部刺激可激发细胞内的分子机器，如丝氨酸蛋白激酶、蛋白激酶C、蛋白激酶A、蛋白激酶B等，这些分子通过直接催化特定蛋白质的磷酸化、激活细胞质或细胞核中的信号传递通路，继而调节细胞内部的生物化学反应，最终完成细胞的生长和增殖。
二、细胞周期和其调控细胞周期是一系列复杂而又协调的分子事件，由多个连续阶段组成，包括G1、S、G2和M等阶段。
在这一循环过程中，细胞生长、复制DNA、进行分裂孢子形成和分裂。
而细胞周期的关键在于负责其进程的蛋白激酶和细胞因子，在细胞周期进行到某个明确的时期才能够被激活，从而让细胞继续进入下一个特定的阶段。
细胞周期有许多的调控因素，分为内部调控和外部调控。
细胞周期内部调控的主要因素是细胞周期素（Cyclins）和Cyclin依赖性激酶（Cyclin-CDKs），进而调节细胞周期的进展。
而外部调控主要有细胞生长因子，如胰岛素样生长因子（IGF）和表皮生长因子（EGF）等，通过激发到细胞表面受体来促进细胞周期的进展。
此外还包括细胞外基质，细胞体积和紫外线等外界环境条件的影响。
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8
⑶ 限制点 • 高等真核细胞，尤其是哺乳动物细胞中，
类似于芽殖酵母起始点的G1期晚期的一 个特定阶段。
⑷检验点：
是细胞周期研究领域中应用的术语。 是细胞周期进程中的监控机制，可以鉴 别细胞周期进程中的错误，并诱导产生 特异的抑制因子，阻止细胞周期进一步 运行。
9
⑸ G1期检验点：
22
MPF的结构组成及特性
◆是由两个不同的亚基组成的异质二聚体，是一种 蛋白激酶: ●催化亚基：p32cdc2 ▲是丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶 ▲其活性依赖于周期蛋白，故称为周期依赖 性蛋白激酶(cyclin-dependent protein kinases, CDKs); ●调节亚基：p45---周期蛋白(cyclin)。
◆保罗·纳西的贡献是发现了CDK。 ◆蒂莫西·亨特的贡献是发现了调节CDK的
功能物质周期蛋白.
15
7.2.3 细胞周期调控
7.2.3.1 蛋白激酶在细胞周期调控中的 作用的研究
染色体超前凝集（PCC）的发现
◆研究者：1970年，Colorado（科罗拉多）大 学的 Robert Johnson 和 Potu Rao
25
细胞周期蛋白的鉴定
◆1983年，Tim Hunt（美）报道，在海胆卵细 胞中存在两种特殊蛋白质，即周期蛋白。
3
4
标准细胞周期: 细胞周期时间的长短：
• 同种细胞，细胞周期时间长短相似或相同； • 不同细胞种类，细胞周期时间长短差别很大； • 高等生物体的细胞周期时间长短主要差别在G1
期。
5
多细胞生物体中的细胞类群
◆周期中细胞：持续分裂细胞
◆G0期细胞：又称静止期细胞。
是周期中细胞暂时脱离细胞周期,停止分裂 增殖,去执行一定的生物学功能,如某些免疫淋 巴细胞, 肝细胞,肾细胞等。
检测细胞的大小和环境状态，如果 条件合适，就会激发DNA复制，使细胞周 期进程向前移动。在一些真核生物中， G1期检验点是细胞周期的主要控制点， 它决定细胞能否分裂。
10
⑹由G1期向S期转换的影响因素：
①外在因素：营养供给和相关的激素刺激等。 ②内在因素：与cdc基因调控相关的因素。
⒉ S期——DNA合成期
23
MP
F的 结 构
24
p34cdc2 激酶及其与MPF的关系
◆cdc（cell division cycle）基因： ◆p34cdc2是cdc2基因的表达产物，具有蛋
白激酶活性。在裂殖酵母细胞周期调控 过程中起关键性调节作用，促进G2/M转 换。 ◆p34cdc2本身并没有激酶活性，只有当与 有关蛋白结合后，其激酶活性才能表现 出来。 ◆裂殖酵母细胞MPF中的p34cdc2与蛙MPF中 的p32cdc2是同源物，都具有激酶活性。
并排列在赤道板上。否则不能进行有丝分裂和胞质分 裂。
12
细胞周期运转规律
13
细胞 周期 调控
的 研究
2001 年
诺贝尔 生理学 /医学 奖得主
14
2001年诺贝尔生理学与医学奖:
◆利兰·哈特韦尔发现了控制细胞周期的基 因，其中一种被称为“START” 的基因 对控制各个细胞周期的最初阶段具有决 定性的作用。
21
MPF的发现 ◆ 促 成 熟 因 子 (maturation-promoting
factor，MPF）,早期称为M-期促进因子(Mphase promoting factor, MPF)，是指M期 细胞中存在的促进细胞分裂的因子。 ◆1971年，科学家通过试验认为，在非洲爪 蟾成熟的卵细胞的细胞质中必然有一种物 质，可以诱导卵母细胞成熟，并明确提出 将其称为促成熟因子，即MPF。
• 合成活动：合成DNA和组蛋白并组装成核小体 结构。
• DNA合成受多种细胞周期调节因素的严密调控。
11
◆G2期
• 合成活动： 合成着丝粒蛋白、细胞周期蛋白B和微管 蛋白等大量蛋白质。
• G2期检验点：控制细胞周期能否顺利进入进入M期。
◆ M期
• 细胞分裂活动： • M期检验点：检测所有的染色体是否都与纺锤体相连，
16
◆研究方法： ⑴ G1期Hela细胞与S期细胞融合，结果发现G1
期细胞中的DNA开始复制； S期细胞与G2期细胞融 合，结果发现G2期细胞核中已经复制过的DNA没有 再复制。
结论：正在进行DNA复制的细胞的细胞质中含 有促进G1期细胞进行DNA复制的起始因子，而这种 起始因子对于已经进行了DNA复制的G2期细胞没有 作用。
• 连续分裂的细胞,从一次有丝分裂结 束后开始，经过物质累积过程，直到下 一次细胞分裂为止所经历的全过程，称 为一个细胞周期。
2
7.2.1 细胞周期时相
细胞周期时相 ◆G1期即从M期结束到S期开始前的一段间歇
期; ◆S期,即DNA合成期; ◆G2期, 即DNA合成后(S期)到有丝分裂前的一 个间歇期; ◆M期,即有丝分裂期。
（周期中细胞）
信号刺激
G1
G0
◆终末分化细胞：
永久性失去了分裂能力的细胞。
6
细胞周期时相
7
7.2.2 细胞周期各时相 及其主要事件
⒈ G1期 ⑴ 合成活动： ⑵ 起始点:
• 最初指芽殖酵母细胞出芽的开始，事实是芽殖 酵母G1期晚期的一个特定阶段，控制着新一轮 细胞周期的运转。
• 是G1期晚期的一个基本事件，细胞只有在内在 和外在因素共同作用下才能通过起始点，顺利 通过G1期，进入S期并合成DNA。
17
⑵ M期细胞与处于细胞周期其他阶段的细 胞融合，结果发现与M期细胞融合的其他 间期细胞均发生了形态各异的染色体凝 集，称为染色体超前凝集（PCC）。 结论： M 期细胞中一定有一种能促 使染色体凝集的因子，称为细胞促分裂 因子。
18
G1期细胞与M期细胞融 合ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
19
S期细胞与M期细胞融合
20
G2期细胞与M期细胞融 合
7.1 细胞增殖
• 细胞分裂之前，必须进行一定的物质准备。 物质准备和细胞分裂连续不断进行的结果 是细胞数量不断增加即细胞增殖。
• 细胞增殖是细胞生命活动的重要特征，是 生物繁育的基础。
• 细胞增殖受到严密的调控机制所监控，必 须遵循一定的规律。
1
7.2 细胞周期
• 经过物质准备之后，细胞开始进行 分裂，子代细胞形成之后，又将开始新 一轮的物质积累，准备下一轮的细胞分 裂，如此周而复始，细胞数目不断增加。 这种细胞物质积累与细胞分裂的循环过 程称为细胞周期。