第九章 细胞的增殖与分化 问答题

问答题1.细胞分裂间期的各时期发生有哪些主要事件？期调控中的作用机制与意义。

2.请简述P53蛋白在G１3.简述基因表达的调控机制。

4.试述细胞进入M期的调控。

5.细胞增殖的调控因素有哪些？它们是如何调控细胞增殖的。

6.细胞周期调控蛋白有哪几种？它们在细胞周期调控中是如何发挥其功能的？7.简述Cyclin-Cdk的组成与作用?8.什么是成熟促进因子MPF，有何作用？9.细胞周期中有哪些主要检查点？细胞周期检查点的生理作用是什么？10.何谓细胞周期检查点？它有何作用？11.简述分化细胞的特点。

12.为什么说细胞分化是基因选择性表达的结果？13.什么是基因的差别表达？在细胞分化中有什么作用？14.什么是细胞决定？与细胞分化的关系如何?15.以血细胞为例，简要说明细胞分化潜能的变化。

参考答案二、问答题1.细胞分裂间期的各时期发生有哪些主要事件？细胞增殖周期是细胞从一次分裂结束开始，到下一次分裂终了所经历的全过程，可分为间期和分裂期。

与分裂期细胞的急剧而明显的形态变化相比，间期细胞的形态变化不明显，但其间进行着比较复杂的化学变化。

间期细胞最显著的特征就是进行DNA的复制，其次就是进行RNA和蛋白质的合成。

根据DNA的合成情况，又可把间期分为DNA合成前期(Gl期)、DNA合成期(S期)、DNA合成后期(G2期)。

其中Gl 期非常重要，Gl期的限制点(R点)是控制细胞增殖的关键，决定了细胞的3种不同命运：①继续增殖细胞，细胞通过R点，连续进行增殖，始终保持旺盛的增殖活性，能量代谢和物质代谢水平高，对外界信号高度敏感，分化程度低，周期时间较为恒定；②暂不增殖细胞，细胞长时间地停留在Gl期，合成大量特异性的RNA和蛋白质，在结构和功能上发生分化。

随后，代谢活性下降，处于细胞增殖的静止状态(G期)，但并没有丧失增殖的能力，在适宜的条件下被激活成增殖状态；③不再增殖细胞，细胞丧失了增殖能力，始终停留在Gl期，结构和功能上发生高度分化，直至衰老死亡。

细胞越过R点后，就加速合成DNA复制所必须的各种前体物质和酶，同时，DNA解旋酶和DNA合成启动因子也急剧增加，为进入S 期DNA复制作准备。

S期最主要的特点是DNA复制和组蛋白、非组蛋白等染色体组成蛋白质的合成，通过DNA 复制精确地将遗传物质传递给M期分裂的子细胞，保证遗传性状的稳定性。

因此，S期是整个细胞周期中最关键的阶段。

G2期中加速合成RNA和蛋白质，其中最主要的是合成有丝分裂因子和微管蛋白等有丝分裂器的组分，另外细胞成分如磷脂的合成增加并进行ATP能量的积累，为有丝分裂进行物质和能量准备。

总而言之，有丝分裂间期主要是细胞积累物质的生长过程，只有缓慢的体积增加，形态上看不到明显的变化，但其间进行着旺盛的细胞代谢反应，进行DNA的复制、RNA和蛋白质的合成，为有丝分裂作准备。

2.请简述p53蛋白在G１期调控中的作用机制与意义。

G1期是从分裂完成到DNA复制前的时期，又叫合成前期。

合成rRNA、蛋白质、脂类和糖类。

在末期，DNA合成酶活性增加。

Gl期非常重要，存在于G1晚期的G1/S检查点是控制细胞增殖的关键，在酵母中称start点，在哺乳动物中称R点(restriction point)，控制细胞由静止状态的G1进入DNA合成期，相关的事件包括：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？在G1期检查点监视到DNA损伤时，损伤修复机制使p53蛋白被磷酸化而激活，活化的p53作为转录激活因子诱导Cdk抑制因子p21的表达，p21结合G1/S-Cdk和S-Cdk抑制它们的活性，从而使细胞周期阻断，待损伤DNA修复后继续，从而防止损伤的DNA进行复制和产生基因突变或重排现象。

如果修复失败，p53蛋白引发细胞凋亡。

抑癌基因p53的表达产物对细胞周期起负控作用，是细胞周期正常运转所必需的，避免带有受损DNA的细胞分裂，能抑制肿瘤的发生，是基因组的保护神。

3.简述基因表达的调控机制。

真核细胞表达调控是多极调控系统，主要发生在三个彼此相对独立的水平上。

转录水平的调控，决定某个基因是否会被转录，并决定转录的频率。

真核细胞在特定时间通过差别基因转录选择性地合成蛋白质，转录水平的调控包括转录的激活和转录的阻抑，既与顺式调控元件有关，又与反是作用因子有关。

加工水平的调控，决定初始mRNA转录物被加工为能翻译成多肽的信使RNA的途径，选择性剪接是一种广泛存在的RNA加工机制，通过这种方式，一个基因能编码两个或多个相关蛋白质，产生蛋白质多样性，这是在RNA加工水平上调节基因表达的重要方式。

翻译水平的调控，决定某种mRNA是否真正得到翻译，如果能得到翻译，还决定翻译的频率和时间的长短。

翻译水平的调控机制，一般都是通过细胞质中特异的mRNA和多种蛋白质之间的相互作用来实现的。

涉及到mRNA的细胞质定位，mRNA翻译的调控和mRNA稳定性的调控等。

4.试述细胞进入M期的调控。

M期细胞发生序列形态结构的变化，分为前期、前中期、中期、后期、末期五个时期。

每个时期都发生着特定的事件。

M 期有双重任务，既要把一个细胞分成两个子细胞，又要将两套染色体准确均等地进行分配。

真核生物的G2/M的转换实际上就是MPF的完全激活。

CDK1激酶的激活首先是CDK要和周期蛋白cyclinB结合形成复合体，形成的是无活性的MPF，然后在激酶wee1、mik1激酶和CDK激酶催化CDK的第14位的苏氨酸（Thr14）、第十五位的酪氨酸（Tyr15）和第161位的苏氨酸（Thr161）磷酸化。

但此时的CDK仍不表现激酶活性（成为前体MPF）。

然后，CDK在磷酸酶Cdc25c的催化下，其Thr14和Tyr15去磷酸化，才能表现出激酶活性。

MPF可使许多蛋白磷酸化，其中包括组蛋白H1、核纤层蛋白A、B、C，核仁蛋白、P60csrc、C-abl等。

组蛋白H1磷酸化，促进染色体凝集，核纤层蛋白磷酸化，促进核纤层解体，核膜破裂，核仁蛋白磷酸化，核仁解体, P60csrc蛋白磷酸化，促使细胞骨架重排，C-abl蛋白磷酸化，促使调整细胞形态等。

细胞分裂运转到中期后，M期周期蛋白迅速降解，CDK1激酶活性丧失，上述被CDK1激酶磷酸化的蛋白去磷酸化，细胞周期便从中期向后期转化。

5.细胞增殖的调控因素有哪些？它们是如何调控细胞增殖的。

细胞周期是高度准确和有组织的时序调控过程。

细胞周期的调控可分为外源和内源性调控，外源性调控主要是细胞因子以及其它外界刺激引起；内源性调控主要是通过Cyclin—CDK—CDI的网络调控来实现。

该过程一方面依赖于细胞内部由CdK激酶(cyclin-dependent kinase)和周期蛋白(cyclin）为中心的引擎分子周期变化所诱发的一系列事件的顺序发生，以及与细胞周期有关的基因之有序表达，从而使细胞周期能严格按照G1→S→G2→M顺序循环进行。

细胞周期过程受内外环境因素调节，生长因子或激素，可以作为信号分子与细胞内受体结合，通过信号传递系统将调控信息传递并影响细胞核内相关转录因子和细胞周期调控蛋白，从而影响细胞周期。

还有不少其他因素参与细胞周期调控，其中最为重要的一类因素为癌基因和抑癌基因。

癌基因和抑癌基因均是细胞生命活动所必需的基因，其表达产物对细胞增殖和分化起着重要的调控作用。

癌基因非正常表达可导致细胞转化，增殖过程异常，甚至癌变。

细胞和机体外界因素对细胞周期也有重要影响，如离子辐射、化学物质作用、病毒感染、温度变化、pH变化等。

细胞增殖过程中，细胞内出现了一系列结构功能的变化。

细胞增殖是多阶段、多因子参与的精确、有序的调节过程，增殖调控的紊乱引起细胞增殖、分化异常，发生癌变，甚至死亡。

6.细胞周期调控蛋白有哪几种？它们在细胞周期调控中是如何发挥其功能的？细胞周期调控蛋白有三类：Cdk分子、细胞周期蛋白、Cdk抑制因子。

①Cdk分子的含量在整个细胞周期中比较恒定。

Cdk具有激酶活性位点，但其本身没有激酶活性。

只有在与特定的cyclin分子结合后，同时其分子内某些氨基酸位点处于正确的磷酸化状态时，CDK分子才有活性。

②细胞周期蛋白（Cyclin）含量呈周期性变化，能与CDK结合，使CDK磷酸化和活化的蛋白，包括G1、G1 /S、S和M期细胞周期蛋白。

③Cdk抑制因子（CDK inhibitor, CKI）抑制CDK的激酶活性，阻断或延迟细胞周期的运行。

细胞周期的调控可分为外源和内源性调控，外源性调控主要是细胞因子以及其它外界刺激引起；内源性调控主要是通过Cyclin—CDK—CDI的网络调控来实现。

各种细胞周期蛋白随特定细胞时相而出现：G1早期，cyclinD表达并与CDK2或CDK4结合，成为始动细胞周期的启动子；G1晚期、进入S早期后cyclinE表达，并与CDK2结合，推动细胞进入S期；进入S期后，cyclin A表达，cyclinD、cyclin E降解；S晚期、G2早期，cyclIin A、cyclin B表达，并与cdc2结合，促进细胞进入M期。

7.简述Cyclin-Cdk的组成与作用?由周期蛋白依赖激酶（cyclin-dependent Kinase，Cdk) 与细胞周期蛋白（cyclin）结合形成的Cyclin-Cdk复合物，Cdk与周期蛋白结合后，再经过一定的程序被激活，便可磷酸化多种蛋白质，通过这些磷酸化蛋白在细胞周期周期中DNA复制和有丝分裂事件中起重要调节作用。

Cyclin-Cdk复合物在细胞周期调控中起核心作用，不同类型的周期蛋白与不同的C dk 结合，对细胞周期不同时期进行调节，从而使细胞周期能严格按照G1→S→G2→M顺序循环进行。

在真核细胞的细胞周期有3种类型CDK：G1期、S期和M期CDK复合物。

细胞被激活进入细胞周期→G1CDK复合物表达→诱导S期CDK抑制物降解，激活S 期CDK复合物→将DNA预复制物中蛋白质的调节位点磷酸化→激活DNA预复制物，阻止新预复制复合物形成→DNA复制→激活M期CDK复合物→诱导染色体凝聚、核膜解体、纺锤体装配，激活后期启动复合物→使后期抑制物降解，细胞从M期转到后期→APC诱导M期周期蛋白降解→M期CDK活性降低→染色体去凝聚、核膜重建，形成两个子细胞。

8.什么是成熟促进因子MPF，有何作用？MPF即卵细胞促成熟因子，或细胞促分裂因子，或M期促进因子。

MPF的研究是从上世纪70年代就开始的。

MPF是由两个亚单位组成的二聚体。

其中一个是催化亚基，是细胞周期蛋白依赖性激酶CDK1(P34cdc2)。

另一个亚单位是细胞周期蛋白B。

CDK1(P34cdc2)具激酶活性，含量恒定，可催化不同底物磷酸化。

需与CyclinB结合才能被激活。

CyclinB是MPF的调节亚基，含量呈周期性变化，一般在G1晚期开始合成，通过S 期其含量不断增加，到达G2期，其含量达到最大值。