山东大学细胞生物学期末考试题-(5)教学文案

任安然2011级生科1班学号201100140034

细胞周期各时象的主要事件及调控机制

细胞周期（cell cycle)是指细胞从前一次分裂结束起到下一次分裂结束为止的活动过程，分为间期与分裂期两个阶段。

（一）间期

间期又分为三期、即DNA合成前期（G1期）、DNA合成期（S期）与DNA合成后期（G2期）。

1. G1期：

主要进行细胞体积的增大,并为DNA合成作准备。不分裂细胞则停留在G1 期, 也称为G0期。G1期，代谢旺盛，开始合成细胞生长需要的各种蛋白质，糖类，脂类、RNA等生化物质，细胞体积增大，为DNA合成做好准备，因此G1期也叫DNA合成预备期或复制前期。G1期染色体去凝集。

合成一定量RNA及专一性蛋白质，也称为触发蛋白，又称不稳定蛋白（U蛋白），触发蛋白积累到一定程度，即可通过G1期限制点，进入S期。G1期还合成了微管蛋白和抑素，组蛋白、非组蛋白及一些蛋白激酶发生磷酸化。抑素与细胞停留在G1期有关，具有组织特异性，是一种水溶性物质。

在G1期早期，cdc6水平升高，与ORC（多蛋白起始识别复合物）结合，促进Mcm结合到ORC上，形成pre-Rc（前复制复合物）。在G1晚期，G1-cdk使S期抑制物磷酸化，以便后来激活S-cdk，G1-cdk还使cdh1失活。

G1期限制点又称：监控点、检验点（checkpoint），酵母细胞中称start、启动点，哺乳类称R点、限制点，是细胞周期调控的第一大关卡。调控过程为cyclin E表达，在生长因子的诱导下，现有周期蛋白D的表达，并与Cdk2、Cdk4、Cdk5的结合，是个CDK磷酸化而激活。此后周期蛋白E表达，并与Cdk2结合使Cdk2的苏氨酸及酪氨酸残基磷酸化而活化，使细胞通过G1/S限制点进入S期，此时周期蛋白D及E降解。

2. S 期：

主要事件是DNA复制（半保留复制）和组蛋白合成（细胞质合成运往细胞核），也合成非组蛋白。诱导DNA合成的物质是SPF。细胞中微管的解聚可以导致DNA合成和细胞分裂。是细胞周期的关键时刻，DNA经过复制而含量增加一倍，使体细胞成为4倍体，每条染色质丝都转变为由着丝点相连接的两条染色质丝。与此同时，还合成组蛋白，进行中心粒复制。S期一般需几个小时。S期周期蛋白A合成，并与Cdk2结合而活化，进而促使转录因子E2F活化而促进与DNA合成有关的基因表达，以促进DNA的合成。S期有促DNA 复制的因子，只能促没有复制过的G1期细胞DNA复制，已复制过的G2期细胞其DNA不能再复制。

S期调控过程首先是cyclin D和E的降解，然后SCF（泛素蛋白质连接酶）降解G1期磷酸化了的S-周期蛋白——Cdk抑制物。cyclin A 合成，与Cdk2结合而活化，进而通过磷酸化RB使转录因子E2F游离于RB活化而促进与DNA合成有关的基因表，以促进DNA 的合成。S-cdk还可将cdc6磷酸化，使其脱离ORC，使SCF参与的泛素化途径降解，pre-RC 去组装；将某些Mcm磷酸化，使其被输出细胞核，不再与ORC结合。

这两步保证了DNA仅复制一次。CDK2/ cyclinA控制DNA 复制起始、且仅复制一次。

3. G2期：

为分裂期做最后准备。主要事件为DNA含量增倍，为4C，合成引起细胞进入有丝分裂期的蛋白质，这种蛋白质为一种蛋白质激酶，在G2期末被激活，催化核纤层蛋白及H1 组蛋白磷酸化。中心粒已复制完毕，形成两个中心体，还合成RNA和微管蛋白等。G2期比较恒定，需用1～1.5小时。

此期调控开始有cyclin B的表达，并进入核内与cdc2在CAK与weel的作用下去磷酸化，两者结合并激活，磷酸酶清除了抑制性磷酸基。

G2期到M期存在着G2/M检验点，是细胞周期调控的第二大关卡。细胞何时进入M 期决定于cdc2上的磷酸化状态，只有当某Thr161磷酸化而Tyr15及Thr14在Cdc25作用下去磷酸化时，细胞才能通过G2/M监控点进入M期。

MPF（即CdK1/cyclinB），有丝分裂／减数分裂/成熟促进因子（mitosis/meiosis/maturation promoting factor），在G2期末活化形成的由周期蛋白和周期蛋白依赖激酶组成的异二聚体蛋白，通过促进靶蛋白的磷酸化调节细胞进入M期。人的MPF由CDK1( p34cdc2 )和CyclinB 组成。MPF有活性，调节细胞进入M期，有丝分裂事件触发。MPF失活，调节细胞退出M 期。

MPF激活机制：

①MPF受控于cyclinB的周期性变化：

cyclinB 在G2期末开始合成→MPF开始有活性

M中期达高峰→MPF活性最大

M后期骤然下降→MPF失活

②MPF受控于其它周期蛋白基因产物的调节：

Cdk活性被wee1和cdc25通过磷酸化去磷酸化所调节。

总之，MPF的激活机制为CAK：CDK-activiting kinase，CDK激活激酶；Wee1：磷酸化；Cdc25：去磷酸化。

激活的MPF触发有丝分裂事件、细胞进入M期

4.M 期：（细胞分裂期）

主要事件为细胞一分为二，将遗传物质载体（染色体）平均分配到两个子细胞中。有能使染色质凝缩和核膜解体的物质MPF。

调控过程为周期蛋白B-Cdc2 使核纤层蛋白磷酸化，导致核纤层解聚，核膜解体，同时是染色质蛋白磷酸化，使染色质开始凝集，并使微管结合蛋白磷酸化而使微管重排成分裂纺锤体，还可磷酸化GM130使高尔基体和滑面内质网分解。

M期中期/后期检验点是细胞调控的第三大关卡，调控纺锤体的正常装配，出现异常时，阻止细胞进入后期。中期到后期APC-Cdc20降解分离酶抑制蛋白，激活了分离酶，分离酶随即将粘连蛋白切割，导致染色体分离。

M期后期M-cdk的活动激活了APC（后期促进复合物），APC和其他蛋白质一起使M-周期蛋白加接上泛素标签，使M-周期蛋白降解，这样就完成了M期。

5.G0期：

在细胞生长繁殖过程中，有的细胞将处于停滞状态不进入下一周期，成为G0期，可认为暂时退出细胞周期。这一时期不合成DNA也不进行分裂，当受促细胞分裂刺激因子等刺激下，cyclin D表达，与cdk2，cdk4及cdk5结合，使各cdk磷酸化而激活，非组蛋白水平提高，DNA转录活动增强，进入G1期。

细胞周期的核心调控机制

三个调控关卡（检验点checkpoint）：1. G1/S检验点；2. G2/M检验点；3. 中期/后期检验点。引擎：cdk(cyclin dependent kinase）；Cyclin。

检验点：

G1期末监控点（R点）：控制细胞是否可通过G1进入DNA合成期，检验：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞是否生长？

G2期末监控点：是决定细胞一分为二的控制点，检验：DNA是否损伤？DNA复制是否完成？细胞体积是否够大？

M期中期/后期的纺锤体组装监控点：任何一个动粒没有正确连接到纺锤体上，都会抑制APC的活性，引起细胞周期中断，避免染色体的不正确分配。

引擎：

细胞周期蛋白(Cyclin)，在真核细胞分裂周期中浓度有规律地升高和降低的蛋白，可激活周期蛋白依赖激酶，启动细胞周期的进程。不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时期不同，并与不同的CDK 结合，调节不同的CDK。

细胞周期运行的调控：

１、调控细胞通过R点、G1/S：“启动”

cyclinD/CDK4 ，cyclinD/CDK6 过R点

cyclinE/CDK2，过G1/S

调控过程同上述G1期。

２、S期DNA复制，越过S／G2：“运行”

３、MPF调节细胞进出M期

细胞何时进入M期决定于其Cdc2上的磷酸化状态。如之前所述。MPF有活性，调节细胞进入M期，有丝分裂事件触发。MPF失活，调节细胞退出M期。

调控机制：

促成熟因子MPF、细胞分裂周期基因cdc、周期蛋白、周期蛋白依赖激酶CDK和周期蛋白依赖性激酶抑制因子CDK1在细胞周期调控中起重要作用。

一、成熟促进因子（Mature Promoting Factor, MPF）:

细胞周期的每一环节都是由一特定的细胞周期依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase, CDK）+ 周期蛋白（cyclin）结合和激活调节的。MPF为首先发现的细胞周期蛋白依赖性激酶家族成员(也称cdk1)。

MPF是一种蛋白激酶，在细胞从G2期进入到M期时起着重要作用。已证实MPF能使组蛋白H1上有与有丝分裂有关的特殊位点，在细胞分裂的早、中期发生磷酸化，因而被认为可能参与了有丝分裂的启动与染色质的凝集；核纤层蛋白是MPF的另一个催化底物，核纤层蛋白在有丝分裂期处于高度磷酸化状态，到有丝分裂结束则发生去磷酸化，均与MPF 的特异性的催化作用有关，而这一过程被认为是引起核纤层结构解体、核膜破裂的直接原因。MPF的作用还涉及到某些DNA结合蛋白，通过对这些蛋白的磷酸化，来降低其在M期与DNA的结合能力，以促进染色质的凝聚。

二、cdc基因（cell division cycle gene，细胞分裂周期基因）：

是一类产物表达具细胞周期依赖性或直接参与细胞周期调控的基因，主要包括cyclin 基因、Cdk基因、CKI基因等。此外，与DNA复制相关的DNA聚合酶、DNA连接酶基因也属于cdc基因。

cdc基因表达的蛋白被称为cdc蛋白，如cdc2基因表达的产物cdc2 蛋白（一种相对分子质量34000的蛋白，即p34）。由于它能与周期蛋白cyclinB结合形成MPF（后期促进复合物,促进M期的启动，又称成熟促进因子或有丝分裂促进因子）表现出蛋白激酶的活性，所以又被称为CDK1（周期蛋白依赖性蛋白激酶）。

三、周期蛋白：

细胞周期蛋白具有周期性的合成和降解。种类分为：S期—cyclinA, E；M期—cyclinB；G1期—cyclinD、E（脊椎动物）、CLN1、CLN2、CLN3（酵母）。周期蛋白的结构特点：周期蛋白盒(cyclin box),为保守区；破坏盒(destruction box)；PEST序列。

不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时期不同。

四、周期蛋白依赖激酶CDK：

是蛋白质激酶家族中的一员，依赖与周期蛋白的结合来执行细胞周期有规帽地进行中的关键功能。不同的CDK-周期蛋白质复合物使特异的靶蛋白质磷酸化而形激发细胞周期各期的进行。当制乏它们的周期蛋白质搭档，或有CDK抑制物存在时，它们即失去活性。

五、周期蛋白依赖性激酶抑制因子CDK1：

能够与周期蛋白依赖性激酶结合并抑制其活性的蛋白质。在哺乳动物中分为两个家族即CIP/KIP和INK4家族。

调控系统：

1 蛋白质激酶激活

细胞周期转运所需的蛋白，要通过蛋白质激酶催化的磷酸化和磷酸酶的去磷酸化的变化发挥作用。因而调控系统依赖于蛋白质激酶的激活，这是系统反应的核心。

2 周期蛋白的浓度变化

细胞周期激酶要和周期蛋白结合才能被激活。周期蛋白发生周期性变化，协助周期蛋白-Cdk复合物的装配和激活，从而启动细胞周期的各种变化。

3 Cdk活性受磷酸化调控

4 S-cdk启动DNA复制