细胞生物学-细胞周期的调控 (2)
细胞生物学中的细胞周期调控
细胞生物学中的细胞周期调控细胞是生命的基本单位，它们通过细胞周期来完成生长和分裂。
细胞周期是一个复杂的过程，涉及到一系列的调控机制，以确保细胞在适当的时间点进行DNA复制和细胞分裂。
细胞周期调控的研究对于理解细胞生物学的基本原理以及疾病的发生和治疗具有重要的意义。
细胞周期可以分为四个阶段：G1期、S期、G2期和M期。
G1期是细胞周期的起始阶段，细胞在这个阶段进行生长和代谢活动，准备进入S期。
S期是DNA复制的阶段，细胞的染色体复制成为两份完全相同的染色体。
G2期是DNA复制完成后的准备阶段，细胞继续生长和准备进入M期。
M期是细胞分裂的阶段，包括有丝分裂和无丝分裂两种类型。
细胞周期的调控主要通过细胞周期蛋白激酶（CDK）和细胞周期蛋白（Cyclin）的相互作用来实现。
CDK是一类酶，它的活性受到Cyclin的调节。
在细胞周期的不同阶段，不同类型的Cyclin与CDK结合形成复合物，从而调节细胞周期的进程。
例如，在G1期，G1/S-Cyclin与CDK结合，促使细胞进入S期。
在M期，M-Cyclin与CDK结合，促使细胞进入有丝分裂。
除了CDK和Cyclin的相互作用，细胞周期的调控还受到其他一系列的蛋白质和信号通路的影响。
例如，细胞周期抑制蛋白（CKI）可以与CDK结合，抑制其活性，从而延缓细胞周期的进程。
细胞周期调控还受到细胞外信号的调节，例如细胞因子和生长因子的作用可以促进或抑制细胞周期的进程。
细胞周期调控的紊乱与许多疾病的发生和发展密切相关。
例如，癌症是由于细胞周期调控的紊乱导致细胞无限制地增殖和分裂。
在癌症细胞中，细胞周期调控的关键蛋白质常常突变或过度表达，导致细胞无法正常地进行DNA复制和分裂。
因此，研究细胞周期调控的机制对于癌症的治疗具有重要的意义。
许多抗癌药物就是通过干扰细胞周期调控来抑制癌细胞的增殖和分裂。
另外，细胞周期调控的研究还有助于我们理解其他疾病的发生机制。
例如，一些神经系统疾病和心血管疾病与细胞周期调控的紊乱有关。
细胞周期的调控和重要调控分子
细胞周期的调控和重要调控分子细胞周期是指一个细胞从形成到再生产两次形成的过程，主要包括G1期、S期、G2期和M期（有的也将G0期列为细胞周期的一部分）。
细胞周期的调控十分复杂，涉及到各种调控机制和分子。
下面将介绍细胞周期的调控以及一些重要的调控分子。
一、细胞周期调控的原理在细胞周期的各个阶段，细胞会经历不同的生化和生物学变化。
这种变化是通过一系列的信号传导机制来调控的。
细胞周期调控的原理是在细胞内部通过激活和抑制分子之间的相互作用来实现。
主要包括两个方面的调控机制：正调控和负调控。
正调控是指一些分子的活性被激活，从而促进细胞周期的进行。
其中最重要的是激活细胞周期蛋白依赖激酶（CDK）和其配体蛋白（如cyclin）。
CDK与cyclin结合后，形成活性复合物，可以磷酸化多个底物蛋白，从而促进细胞周期的进行。
负调控是指一些分子的活性被抑制，从而阻止细胞周期的进行。
其中最重要的是细胞周期抑制蛋白（CKI）和p53等。
细胞周期抑制蛋白可以结合CDK-cyclin复合物，从而抑制其活性。
p53作为一个重要的细胞周期调控分子，可以在DNA损伤或其他应激情况下通过激活特定基因表达来阻止细胞周期的进行。
二、细胞周期调控的分子细胞周期调控涉及到许多重要的分子，下面将介绍几个具有代表性的重要调控分子。
1. 细胞周期蛋白依赖激酶（CDK）：CDK是一个重要的细胞周期调控分子，负责调控细胞周期的进行。
CDK激活后能够磷酸化一系列的底物蛋白，从而驱动细胞进入下一个细胞周期阶段。
2. Cyclin：Cyclin是CDK的配体蛋白，能够与CDK结合形成复合物。
Cyclin的表达水平在细胞周期的不同阶段有所变化，从而影响CDK的活性。
3. 细胞周期抑制蛋白（CKI）：CKI能够与CDK-cyclin复合物结合，从而抑制其活性。
CKI的调节可以使细胞周期停滞或延长。
4. p53：p53是一个重要的肿瘤抑制基因，在细胞周期的调控中发挥着关键的作用。
细胞生物学中的细胞周期调控机制
细胞生物学中的细胞周期调控机制细胞生物学是研究细胞的结构、功能和生命活动的学科，而细胞周期调控机制则是细胞生物学中一个重要的研究方向。
随着细胞生物学和分子生物学等相关技术的进步，对于细胞周期调控机制的研究也越来越深入。
一、细胞周期的基本概念细胞周期是指细胞从一个刚分裂完毕的子细胞，到下一次完成分裂的完整过程。
细胞周期通常可以分为四个阶段，分别是G1期、S期、G2期和M期。
其中G1期是指从一次细胞分裂到DNA复制的时间段，S期是指DNA复制的时期，G2期是指从DNA复制完成到分裂前的时间段，M期是指细胞分裂过程中的有丝分裂期和无丝分裂期。
二、细胞周期调控机制的基本过程细胞周期调控机制的调控分子主要包括细胞周期素和细胞周期素依赖性激酶，其中细胞周期素负责调配细胞周期各个阶段的进程，而细胞周期素依赖性激酶则控制细胞周期的进展速度。
细胞周期调控机制的基本过程包括三个方面：1、细胞周期素的分泌和合成细胞周期素的分泌和合成过程直接影响着细胞周期各个阶段的进展。
细胞周期的进程受到大量细胞外信号和自身控制机制的调控。
细胞周期素的分泌可以被其他细胞因子所促进，而细胞周期素的合成则主要依赖于与细胞周期紧密相连的基因体系。
2、细胞周期素依赖性激酶和其调节因子细胞周期素依赖性激酶和其调节因子对细胞周期的调控极其重要，它们共同组成了一个复杂的调控网络。
细胞周期素依赖性激酶可以被细胞周期素所激活，并且其调节因子包括降解酶、磷酸酯酶和其它调节因子等，这些因子互相作用，共同调节着细胞周期的进展速度和准确性。
3、细胞周期所处的外部环境和细胞内部状态细胞所处的外部环境和细胞内部状态直接影响着细胞周期调控机制的运行。
例如，当细胞处于受到外部损伤或者细胞内部出现错误的状态时，细胞周期往往会受到外界或自身的调控，就会发生G1期停滞等现象，以便于细胞及时修复自身以保证正常的生命活动。
三、日常生活中的细胞周期调控机制日常生活中，人们的健康状况和生物钟反应因素等多种因素与细胞周期调控机制是密不可分的。
细胞周期调控
• 与CDK8结合，组成CAK
• 激活CDK
Cyclin H 家族：
• 与CDK7结合，组成CAK • 激活CDK、磷酸化RNA-polⅡ的CTD， 调节基因转录
Cyclin的周期性表达
2.细胞周期蛋白依赖性激酶 (Cyclin-dependent
kinase，Cdk)
一类必须与Cyclin结合才具有激酶活性的蛋白激酶； 磷酸化细胞周期相关蛋白质（Ser/Thr) ； 在整个细胞周期中表达量较为恒定； 不同的cdk结合特定的cyclin。
中期 有丝分裂 期(M期) 后期 末期 G1期子细胞
细胞周期(cell cycle)
分裂间期(interphase):
G1＋S＋ G2
有丝分裂期(mitosis)
M
细胞周期时间(Tc)： TG1+TS + TG2 + TM 大约12~32h
G2期
12
小时
0 M期
G0 期
G1 期
4
S期 (DNA合成)
细胞生物学
细胞周期与周期调控
第一节 细胞周期(cell cycle)
一、定义：
连续分裂细胞从上一次分裂结束到下一次分裂完
成所经历的全过程。
细胞周期
分裂间期： G1、S、G2
分裂期：M
DNA合成前 期(Gap1,G1) 分裂间 DNA synthesis 期 (S期)
细胞增 殖周期
DNA合成后 期(Gap2,G2) 前期
1. G1期中cyclin-Cdk复合物的作用
生长因子
cyclinD合成
+
Cdk4,6
磷酸化转录因子
Rb磷酸化
磷酸化S期cyclin-Cdk抑制蛋白 （CKI） 泛素化降解
《细胞周期》——细胞生物学知识点总结
《细胞周期》★细胞的最终命运：细胞分裂及生长（相关物质准备）→细胞增殖（受到严密的调控机制所监控）→细胞死亡★标准的细胞周期：（从G1期开始，历经S、G2，到M期结束）一．细胞周期的基本概念：1.细胞周期：细胞周期是细胞增殖周期的简称，指细胞从分裂结束后开始生长，到再次分裂终了所经历的全过程。
2.细胞周期时间(Tc)：细胞周期时间因细胞类型、状态和环境而异，变异范围大，从0h~数年都可能。
3.细胞的增殖特性（机体细胞的状态）：1）增殖细胞（周期性细胞）：能够增殖，不断进入周期完成分裂。
2）暂不增殖细胞（休眠细胞，G0细胞）：长期停留在G1晚期（G0期）而不越过限制点，未丧失分裂能力，在适当条件下可恢复到增殖状态。
3）永不增殖细胞（终末分化细胞）：始终停留在G1期，失去增殖能力直到衰老死亡。
二．细胞周期的研究方法：★细胞周期模型细胞周期研究中经常使用一些典型的物种和细胞系统，最常用的模型包括酵母、爪蟾胚胎细胞和哺乳动物体外培养细胞。
★细胞周期同步化——由于实验常常需要设法获得时相均一的细胞群，使样品中的细胞都处于大致相同的细胞周期阶段，所以常需要使细胞周期同步化。
同步化的策略：①诱导同步化；②选择同步化同步化常用方法：①细胞分裂收获法②代谢抑制法（加入过量胸苷后清洗）③低温培养法★3H-TdR（氚标记胸苷）有丝分裂标记法（测定细胞周期的时间）——应用3H-TdR短期饲养细胞，数分钟至半小时后，将3H-TdR洗脱，置换新鲜培养液并继续培养。
随后，每隔半小时或1小时定期取样，作放射自显影观察分析，从而确定细胞周期各个时相的长短。
①通过在光镜下定期计算细胞的数目，并记录全部细胞数目增加一倍所需时间，从而估算出细胞周期的总时间②S、M期的时间可以通过添加氚标记胸苷到培养液中进行测定。
★流式细胞技术三．细胞周期检验点(check point)：——检查点是指检查和抑制细胞周期进程的一些特定信号通路，可以检查细胞周期事件的完成情况，控制细胞周期的进度，确保基因组复制和染色体分离的时空独立性，并使细胞能够适应环境变化和机体发育的各种需要。
细胞周期调控
细胞周期调控细胞周期是指生物细胞从一个时期到下一个时期的连续过程，包括细胞生长、DNA复制、细胞分裂等一系列事件。
为了维持细胞的正常功能和正常生长发育，细胞周期需要得到精细的调控。
本文将分析细胞周期调控的机制和重要性。
I. 细胞周期的阶段细胞周期通常分为四个阶段：1. G1期（Gap1期）：细胞开始增长，准备进入DNA复制阶段。
2. S期（Synthesis期）：细胞进行DNA复制，复制原有的染色体。
3. G2期（Gap2期）：细胞再次增长，准备进入细胞分裂阶段。
4. M期（Mitosis期）：细胞分裂为两个子细胞，每个子细胞都包含完整的染色体。
II. 细胞周期调控的重要性细胞周期调控对细胞的生长和分裂具有至关重要的作用，不仅关系到单个细胞的正常运作，也关系到整个生物体的发育和生命的延续。
细胞周期调控的失常可能导致多种疾病和异常，如癌症等。
III. 细胞周期调控的分子机制细胞周期调控主要通过细胞周期蛋白激酶（cyclin-dependent kinases，CDKs）和细胞周期蛋白（cyclins）的相互作用来实现。
在细胞周期的不同阶段，特定的细胞周期蛋白会与不同的细胞周期蛋白激酶结合，从而调节细胞周期的进程。
IV. 细胞周期调控的关键调控点细胞周期调控有几个重要的调控点，其中包括：1. G1/S检查点：用于保证细胞在G1期完成所需成长后才能进入S 期进行DNA复制。
2. G2/M检查点：确保细胞在G2期完成DNA复制和准备工作后，才能进入M期进行细胞分裂。
3. M检查点：监测细胞分裂过程中的染色体连接情况，确保子细胞获得完整的基因组。
V. 细胞周期调控的调控因子细胞周期调控还受到许多其他因素的调控，如：1. 细胞周期抑制因子：抑制细胞周期蛋白激酶的活性，控制细胞周期的进程。
2. 细胞周期促进因子：促进细胞周期蛋白激酶的活性，推动细胞周期向前进展。
VI. 细胞周期调控与疾病细胞周期调控的失调与多种疾病相关，例如：1. 癌症：细胞周期的异常调控可能导致癌细胞的无限增殖和进一步的恶化。
14 细胞周期(二)
细胞生物学第十四章细胞周期(二)The Cell Cycle Control System•The cell cycle control system is regulated by both internal and external controls.•The clock has specific checkpoints where the cell cycle stops until a go-ahead signal is received.2细胞周期调控一、细胞周期调控因子的发现二、细胞周期调控因子三、细胞周期调控的机制四、其他3一、细胞周期调控因子的发现1、有丝分裂促进因子（mitosis promoting factor，MPF）2、成熟促进因子（maturation promoting factor，MPF）3、细胞分裂周期基因（cell division cycle gene，cdc）4、细胞周期蛋白(cyclin)41、MPF 的发现5G1期PCC S 期PCC G2期PCC1970年，Johnson RT和Rao PN 发现M 期HeLa 细胞与间期细胞融合形成早熟染色体凝集（PCC ）。
这一现象提示在M 期细胞中存在诱导染色体凝集的因子，称为有丝分裂促进因子（mitosis promotingfactor ，MPF ）。
•1971年，Masui Y 和Markert CL 通过非洲爪蟾卵实验发现成熟卵母细胞细胞质中含有促卵母细胞成熟的因子，称为成熟促进因子（maturation promoting factor ，MPF ）。
卵细胞成熟示意图：细胞质移植实验发现MPF ：MPF 的发现•1988年，James Maller 实验室在爪蟾卵中分离出MPF ，证明MPF 由p32和p45两种蛋白构成，p32和p45结合后表现出蛋白激酶的活性。
7MPF 激酶p32p45MPF 的组成•1970s ，Leland Hartwell 利用芽殖酵母发现了几十个细胞分裂周期（cell division cycle,cdc ）基因，如cdc28。
细胞周期调控
细胞周期调控作为生命的基本单位，细胞在发生分裂的过程中，必须严格遵循细胞周期调控的规律。
细胞周期是指从一个细胞的诞生到下一个细胞的诞生的一系列过程，包括细胞增殖、DNA复制、有丝分裂和质体分裂等步骤。
这个过程对于细胞的正常生理和疾病的发生和演变都有着重要的影响。
细胞周期可以被分为四个阶段，包括G1期、S期、G2期和M 期。
细胞周期调控是指一系列的分子机制，促进或阻碍细胞周期进程的变化。
细胞周期调控的主要机制是一组蛋白质激酶和蛋白质磷酸酶，它们相互作用，驱动细胞周期的进行。
细胞周期调控主要包括两个方向：促进细胞周期进行的调控和限制细胞周期的调控。
每个细胞周期调控阶段都有与之对应的一组特定的蛋白质聚合物，可以通过激活或抑制这些聚合物来控制细胞周期的进行和细胞分裂的发生。
在细胞周期开始阶段，细胞会暂时停止生长，进行称为G1的第一个阶段。
在G1期，大部分细胞积极转化新分子，并使分裂发生的条件更加完善。
这些分子包括细胞生长因子、细胞因子、细胞黏附分子、DNA损伤检测酶和细胞凋亡调节因子等。
此外，还有一类蛋白质叫做cyclin D1，它在G1期的后期逐渐累积，促进细胞周期的正常发生。
一旦细胞准备好进入S期，它就会开始复制DNA，这是细胞周期的第二个阶段。
DNA复制发生在这个阶段 MCM蛋白和复制起始因子等蛋白在DNA组前结合，从而确定复制的开始位置。
另一些蛋白质帮助DNA两个链的分离，使得新的DNA链可以自由地复制。
复制的完整性和准确性得到了保证，是由一系列检测机制所驱动。
接下来是G2期，细胞将准备好进入有丝分裂，它将很快进行。
在这个阶段，细胞会制造大量的蛋白质和微管聚合物，它们被用来组装有丝分裂纺锤体。
这些微管聚合物将帮助使染色体在每个女儿细胞之间分解。
另外，在G2期会还会进行DNA复制的检查和修正，以保证DNA的完整性和准确性。
最后是M期，细胞进入有丝分裂和质体分裂的最后一个阶段。
在有丝分裂的阶段，细胞将分解染色体并将它们分配到新的“女儿”细胞中。
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人M期细胞与袋鼠（Ptk）G1、S、G2期细胞融合诱导PCC
Meaning? M期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子，即细胞 分裂促进因子(maturation promoting factor，MPF)。
卵细胞提取物注射实验
Masui和Markert在体外用孕酮诱导非洲爪蟾的卵母细胞成熟
用成熟卵母细胞的细胞质注射到卵母细胞，发现可以促进卵母 细胞成熟。
第二节 细胞周期的调控
➢ MPF的发现及其作用 ➢ 细胞周期运转的调控
一、MPF的发现及其作用
卵细胞促成熟因子, matuation-promoting factor 细胞促分裂因子, mitosis-promoting factor M期促进因子, M-phase-promoting factor
不同类型的CDK/cyclin复合体
激酶复合体 G1-CDK G1/S-CDK S-CDK
脊椎动物
Cyclin Cyclin D*
CDK CDK4 、6
Cyclin E
CDK2
Cyclin A
CDK2
M-CDK
Cyclin B
CDK1(CDC2)
四、CDK激酶和CDK激酶抑制物
在酵母cdc2和cdc28基因被分离后，几个实验室同们有两个共同的特点，一是含有一 段类似的氨基酸序列，二是都必须和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(cyclindependent kinase，CDK)。
哺乳动物细胞周期蛋白与周期蛋白依赖性蛋白激酶
时相 G2→M G1→S S ? G1 G1 G1
蛋白激酶 Cdk1 Cdk2 Cdk2 Cdk3 Cdk4 Cdk5 Cdk6
Paul Nurse (human-yeast genes); Tim Hunt (cyclin)
MPF的结构组成
由两个不同的亚基组成的异质二聚体:
●催化亚基活性有赖于周 期蛋白，故蛋白称为周期 依赖性蛋白激酶(cyclindependent protein kinases,Cdks); ●调节亚基：周期蛋白 (cyclin)。
Johnson和 Rao(1970)将Hela细胞同步于不同阶段，然 后与M期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞融合。 结果----
------使间期细胞出现类似于有丝分裂期的形态变化：染色质凝 集，核被膜破裂及核仁消失，将这种现象叫做染色体超前凝集 (premature chromosome condensation)。
细胞周期基因的发现
七十年代初，美国西雅图的华盛
顿大学 Leland Hartwell， 以芽殖酵母 为实验材料，利用阻断在不同细胞周
期阶段的温度敏感突变株，分离出了
几十个与细胞分裂有关的基因(cell division cycle gene，cdc)。他发现 的一群基因，成为八十年代和九十年
Leland Hartwell
已经命名的CDK激酶包括：CDK1-8。cdc2最早被发现， 被命名为CDK1。各种CDK分子都含有一段类似的CDK激 酶结构域，其中一段PSTAIRE的序列相当保守，与周期蛋 白的结合有关。另外，一些位点的磷酸化与激酶的活性有 关。
CDK激酶类似的CDK蛋白分子图解
•动物中已知7种CDK，均含有一段相似的保守序列即 PSTAIRE，与周期蛋白的结合有关。
2001年诺贝尔生理学与医学奖授予了美国科学家Leland
Hartwell和英国科学家蒂Tim Hunt 、 Paul Nurse ，以表
彰他们发现了细胞周期的关键调节机制。
Leland H. Hartwell
Байду номын сангаас
R. Timothy (Tim) Hunt
三、周期蛋白
自发现周期蛋白后，在不长的时间里有数十种周期蛋白 被克隆和分离。如酵母的Cln1,Cln2,Clin3,Clb1-Clb6，在 脊椎动物的A1-2、B1-3 、C、 D1-3、E1-2、F、G、H等。
代人们研究细胞周期的主要对象。如芽殖酵母的cdc28基因， 在G2/M转换点发挥重要的功能。
也在七十年代 ，英国牛津大 学的 Paul Nurse ，用另外一种 酵母裂殖酵母为实验材料，同样 发现了许多细胞周期调控基因， 如 ：裂殖酵母cdc2 ；通过对它 们的分子生物学和生物化学研究， 进一步的研究发现cdc2和cdc28
的都编码一个34KD的蛋白激酶。这个酶的激活和失活调控细 胞周 期运转 ， 特别是G2/M期转变 。但研究者很快发现 ， p34cdc28 或p34cdc2单独并不具有激酶活性，需要同相关蛋白结 合后才具有活性（如p34cdc2和蛋白p56cdc13结合）。
Paul Nurse和美国科罗拉多大学的Maller合作证明（1990） 证明P32实际上是CDC2的同源物。
细胞周期蛋白 (cyclin)的发现
1983年英国的汉特实验室 Timothy Hunt发现海胆卵受 精后，卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期剧烈振荡， 在每一轮间期开始合成，G2/M时达到高峰，M结束后突然消 失，下轮间期又重新合成，故命名为周期蛋白(cyclin)。
•Tim Hunt和Maller合作证明P45是cyclinB 的同源物，从而将细胞周期三个领域的研究 联系在一起。
周期蛋白框，介导周期蛋白与CDK结合.
M期
G1期
部分哺乳动物和酵母细胞周期蛋白在细胞周期中的积累及其与 CDK激酶活性的关系。
不同周期蛋白的表 达时期不同，与不 同的CDK结合， 调节不同CDK激 酶的活性。
•已知30余种，在脊椎动物中为A1-2、B1-3 、C、 D1-3、E12、F、G、H等。分为4类：G1型、G1/S型、S型、M型。
Meaning? ：孕酮诱导卵母细胞成熟；成熟卵细胞质中，含有卵母细胞成熟 的因子，即促成熟因子MPF （maturation promoting factor） 。
MPF的纯化
1988年Maller实验室的 J. Lohka 纯化了爪蟾的MPF，经鉴定 由32KD和45KD两种蛋白组成，二者结合可使多种蛋白质磷酸化。