本文格式為Word版，下載可任意編輯——第十一章細(xì)胞增殖及其調(diào)控復(fù)習(xí)題第十一章細(xì)胞增殖及其調(diào)控復(fù)習(xí)題

本章基本內(nèi)容概要：本章主要講了兩個問題：

細(xì)胞增殖是生物繁殖和生長發(fā)育的基礎(chǔ)。細(xì)胞周期的時間長短可以通過多種方法測定。細(xì)胞周期還可以通過某些方式實現(xiàn)同步化。最重要的人工細(xì)胞周期同步化方法包括DNA合成阻斷法和分裂周期阻斷法。

1.真核細(xì)胞的細(xì)胞周期一般可分為四個時期，即G1期、S期、G2期和M期。前三個時

期合稱為分裂間期，M期即分裂期。分裂間期是細(xì)胞分裂前重要的物質(zhì)準(zhǔn)備和積累階段，分裂期即為細(xì)胞分裂實施過程。根據(jù)細(xì)胞繁殖狀況，可將機(jī)體內(nèi)所有細(xì)胞相對地分為三類，即周期中細(xì)胞、靜止期細(xì)胞和終末分化細(xì)胞。周期中細(xì)胞一直在進(jìn)行細(xì)胞周期運轉(zhuǎn)。靜止期細(xì)胞為一些暫時離開細(xì)胞周期，去執(zhí)行其生理功能的細(xì)胞。靜止期細(xì)胞在一定因素誘導(dǎo)下，可以很快返回細(xì)胞周期。體外培養(yǎng)的細(xì)胞在營養(yǎng)物質(zhì)短缺時，也可以進(jìn)入靜止期狀態(tài)。終末分化細(xì)胞為那些一旦生成后終身不再分裂的細(xì)胞。

在一個細(xì)胞周期中，DNA只復(fù)制一次，發(fā)生在S期。在M期，復(fù)制的DNA伴隨其他相關(guān)物質(zhì)，平均分派到新形成的兩個子細(xì)胞中。M期也可以人為地劃分為前期、前中期、中期、后期、末期和胞質(zhì)分裂登記個時期。減數(shù)分裂是一種特別的有絲分裂方式。生殖細(xì)胞在成熟過程中發(fā)生減數(shù)分裂。其特點是，DNA復(fù)制一次，然后發(fā)生兩次連續(xù)的有絲分裂，導(dǎo)致最終生成的子細(xì)胞中染色體數(shù)目減半。減數(shù)分裂I的前期I時間長，過程繁雜，因而又分為細(xì)線期、偶線期、粗線期、雙線期和終變期。由于減數(shù)分裂過程中有一串物質(zhì)的交換和受精時不同個體遺傳物質(zhì)的混合，而使子代個體具有更大的變異性。

2.細(xì)胞周期的調(diào)控

細(xì)胞周期運轉(zhuǎn)受到細(xì)胞內(nèi)外各種因素的縝密調(diào)控，細(xì)胞內(nèi)因素是調(diào)控依據(jù)。周蛋白依靠性CDK激酶是細(xì)胞周期調(diào)控中重要因素。目前已發(fā)現(xiàn)，在哺乳動物細(xì)胞內(nèi)至少存在8種CDK激酶，即CDK1至CDK8。CDK激酶至少含有兩個亞單位，即周期蛋白和CDK蛋白。周期蛋白為其調(diào)理亞單位，CDK蛋白為其催化亞單位。周期蛋白也有多種，在哺乳動物細(xì)胞中包括周期蛋白A、B、C、D、E、F、G和H等，分別與不同的CDK蛋白結(jié)合。不同的CDK激酶在細(xì)胞周期中期調(diào)理作用的時期不同。CDK激酶通過磷酸化其底物而對細(xì)胞周期進(jìn)行調(diào)控。CDK激酶活性也受到其他因素的直接調(diào)理。除CDK激酶及其直接活性調(diào)理因子外，還有不少其他因素參與細(xì)胞周期調(diào)控過程，如各種檢驗點等。各種檢驗點也有專門的調(diào)控機(jī)制。所有這些因素，可能組成一個綜合的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，共同推動著細(xì)胞周期的運轉(zhuǎn)。DNA復(fù)制起始調(diào)控是近十年細(xì)胞周期調(diào)控研究中的又一大進(jìn)展。DNA復(fù)制起始并不僅僅是在G1期末的起始點處才決定的。早在G1期開始時，大量與DNA復(fù)制有關(guān)的物質(zhì)即已表達(dá)并與染色質(zhì)結(jié)合，開始了DNA復(fù)制的起始調(diào)控。目前已經(jīng)知道，Orc、Cdc6、Cdc45、Mcm等蛋白參與了DNA復(fù)制起始調(diào)控過程。這一調(diào)控過程也需要某些CDK激酶參與，特別是周期蛋白E-CDK2激酶。

分裂后期促進(jìn)因子APC的發(fā)現(xiàn)是細(xì)胞周期研究領(lǐng)域的又一重大進(jìn)展。到達(dá)分裂中期后，周期蛋白B/A與CDK1分開，在APC介導(dǎo)下，通過泛素化途徑而降解。CDK1激酶活性消失，細(xì)胞由分裂中期向后期轉(zhuǎn)化。APC的成份至少分為8種，分別稱為APC1—APC8。APC活性也受到多種因素的綜合調(diào)控。其中Cdc20為APC有效的正調(diào)控因子。在分裂中期之前，位于動粒上的Mad2可以與Cdc結(jié)合并抑制或者的活性。在分裂中期，Mad2從動粒上消失，解除對Cdc20的抑制作用，促使APC活化，細(xì)胞分裂除核分裂外，還要進(jìn)行胞質(zhì)分裂。至于胞質(zhì)分裂與核分裂如何協(xié)調(diào)，目前還不明白。動植物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂過程有較大區(qū)別。

本章的學(xué)習(xí)要求：

1.把握有絲分裂和減數(shù)分裂的過程、細(xì)胞周期的同步化方法和成熟促進(jìn)因子等相關(guān)知識。2.理解細(xì)胞周期的關(guān)鍵性事件和細(xì)胞周期的有序運轉(zhuǎn)及調(diào)控機(jī)制。

3.理解各種內(nèi)在因素和外在因素在細(xì)胞周期調(diào)控中的作用及其機(jī)制，并與細(xì)胞信號傳導(dǎo)的

有關(guān)內(nèi)容聯(lián)系起來。本章的重點與難點：

1．本章的基本內(nèi)容都是把握和理解的重點內(nèi)容。

2．本章的難點是：細(xì)胞周期時間的測定和細(xì)胞周期同步化方法；又似分裂和減數(shù)分裂

過程及其生理意義的異同比較；細(xì)胞周期蛋白和成熟促進(jìn)因子及其與細(xì)胞周期調(diào)控的核心過程及上游事件和下游事件。

本章需要把握的基本概念：

1.細(xì)胞周期指連續(xù)進(jìn)行有絲分裂的細(xì)胞從一次分裂終止開始到其次次分裂終止位置的

順序變化過程，一般分為分裂間期和分裂期兩個時期。

2.檢驗點：又稱做限制點或監(jiān)控點，指在細(xì)胞周期中可使細(xì)胞周期時間暫時剎車的位點。

他通過特異的機(jī)制鑒別細(xì)胞周期進(jìn)程中的錯誤，并誘導(dǎo)產(chǎn)生特異的抑制因子，阻止細(xì)胞周期進(jìn)一步運行，待錯誤消除后才允許細(xì)胞進(jìn)入下一個階段。檢驗點不僅存在于G1期，也存在于其他時期，如S期檢驗點、G2期檢驗點、紡錘體裝配檢驗點等。

3.cdc基因：指與細(xì)胞周期過程直接有關(guān)的基因，此類基因的有序表達(dá)才使得細(xì)胞周期運

轉(zhuǎn)。Cdc基因的產(chǎn)物是一些蛋白激酶、磷酸酶等。這些酶活性的變化將直接影響到細(xì)胞周期的變化。

4.細(xì)胞同步化：指自然發(fā)生的或人工誘導(dǎo)選擇的，使一群細(xì)胞共同處于細(xì)胞周期的某一階

段的過程或方法。如年均的變形體，眾多核進(jìn)行同步的分裂為自然同步化，用秋水仙素將細(xì)胞阻斷在有絲分裂中期為誘導(dǎo)同步化。

5.染色體列隊：又叫染色體中板聚合，只染色體向赤道板上運動的過程。

6.中心體周期：指細(xì)胞周期過程中，中心體的復(fù)制、變化和分裂分開的整個過程，包括

G1期時開始復(fù)制，S期時，復(fù)制了的中心體并不分開，分裂前期，一對中心體開始分開，并向兩極移動，參與裝配成紡錘絲。到細(xì)胞分裂終止，兩個中心體分別進(jìn)入不同的子細(xì)胞，完成一個周期。

7.中心體列隊:中心體分開時，負(fù)向運動的動力蛋白在來自姐妹中心體的胃管之間搭橋，

通過向負(fù)極運動，將被結(jié)合的微觀牽拉在一起，組成紡錘體微管；中心體也自然形成了紡錘體的兩極。這一過程稱為中心體列隊。

8.成熟促進(jìn)因子（MPF）又稱細(xì)胞促進(jìn)分裂因子或M期促進(jìn)因子，是由細(xì)胞周期蛋白與

周期蛋白依靠性蛋白激酶組成的復(fù)合物，能啟動細(xì)胞進(jìn)入M期。

9.星體：指動物細(xì)胞在有絲分裂時，細(xì)胞兩極圍圍著中心體形成的輻射排列的微管結(jié)構(gòu)。10.二價體：指第一次減數(shù)分裂前期，由兩條同源染色體配對所形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，它包含4

條染色單體。

11.聯(lián)會復(fù)合體：指第一次減數(shù)分裂前期，在同源染色體聯(lián)會的部位形成的一種特別復(fù)合結(jié)

構(gòu)。聯(lián)會復(fù)合體沿同源染色體長軸分布，可能與同源染色體間遺傳物質(zhì)的交換有關(guān)。12.周期蛋白框：指在各種不同的周期蛋白中共有的一段相當(dāng)保守的氨基酸序列，它介導(dǎo)周

期蛋白與CDK結(jié)合。不同的周期蛋白框識別不同的CDK，組成不同的周期-CDK復(fù)合體，表現(xiàn)出不同的CDK激酶活性。

13.破壞框：指有些周期蛋白分子的近N端含有一段由9個氨基酸組成的特別序列，主要參

與由泛素介導(dǎo)的周期蛋白的見解過程。

14.CDK激酶：是細(xì)胞周期中的核心調(diào)理分子，但在發(fā)揮作用時，必需與細(xì)胞周期蛋白結(jié)

合才能發(fā)揮作用，將周期蛋白作為他的調(diào)理亞基，所以又稱為周期蛋白依靠性蛋白激酶。不同的CDK結(jié)合不同的周期蛋白形成不同的復(fù)合體，通過使用專一靶蛋白磷酸化的方式而啟動細(xì)胞周期的不同階段。

15.復(fù)制起始點識別復(fù)合體：指從酵母細(xì)胞到哺乳類細(xì)胞中普遍存在的識別DNA復(fù)制起始

點的蛋白復(fù)合物，由6個亞單位組成。16.DNA復(fù)制執(zhí)照因子學(xué)說：是用來解釋在每個細(xì)胞周期中DNA只復(fù)制一次的學(xué)說，是20

世紀(jì)80年代末由Ju-lianBlow等通過試驗提出的，意思是在細(xì)胞質(zhì)中存在一種執(zhí)照因子，對細(xì)胞核染色質(zhì)DNA復(fù)制發(fā)行“執(zhí)照〞。在M期，細(xì)胞核膜破碎，胞質(zhì)中的執(zhí)照因子與染色質(zhì)接觸并與之結(jié)合，使后者獲得DNA復(fù)制所必需的執(zhí)照。細(xì)胞通過G1期后進(jìn)入S期，DNA開始復(fù)制。隨著DNA復(fù)制的進(jìn)行，執(zhí)照信號不斷減弱直至消失。到達(dá)G2期，細(xì)胞核中不再含有執(zhí)照信號，DNA復(fù)制終止也就不再起始了?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，執(zhí)照因子的主要成分是Mcm蛋白。

17.zygDNA：即偶線期DNA。指減數(shù)分裂前的間期，DNA的復(fù)制是不完全的，仍留下有

百分之0.1~0.3部分，這部分的等到前期I的偶線期才合成。而且這部分DNA在偶線期轉(zhuǎn)錄活躍，故得名。ZygDNA由5000~10000個小片段組成，分散存在于整個基因組中，每個片段長約1000~5000bp。問答題：

1.細(xì)胞周期時間是如何測定的？

細(xì)胞周期時間的長短可用脈沖標(biāo)記DNA復(fù)制和觀測細(xì)胞分裂指數(shù)的方法來測定。這里以體外培養(yǎng)細(xì)胞為例介紹該方法的應(yīng)用。首先3H-TdR短期飼養(yǎng)細(xì)胞，數(shù)分鐘至半小時后，將3

H-TdR洗脫，置換新鮮培養(yǎng)液并繼續(xù)培養(yǎng)，隨后，定期取樣，做放射自顯影觀測分析，從而確定細(xì)胞周期各時相的長短。由于經(jīng)3H-TdR暫短標(biāo)記后，凡是處于S期的細(xì)胞均被標(biāo)記，轉(zhuǎn)換到新鮮培養(yǎng)液中一段時間后，被標(biāo)記的細(xì)胞將不斷進(jìn)入M期，最先進(jìn)入M期的標(biāo)記細(xì)胞是被標(biāo)記的S期最晚期細(xì)胞，所以，從更換培養(yǎng)液培養(yǎng)開始，到被標(biāo)記的M期細(xì)胞開始出現(xiàn)所用的時間應(yīng)為G2期時間（tG2）.從被標(biāo)記的M期細(xì)胞開始，到其所占M期細(xì)胞總數(shù)的比例達(dá)到最大值是，所經(jīng)歷的時間為M期時間（tM）。從被標(biāo)記的M期細(xì)胞數(shù)占M期細(xì)胞總數(shù)的50%開始，經(jīng)歷最大值，再下降到50%，所經(jīng)歷的時間為S期（tS）。從被標(biāo)記的M期細(xì)胞開始出現(xiàn)并逐漸消失，到被標(biāo)記的M期細(xì)胞再次出現(xiàn)，所經(jīng)歷的時間為一個細(xì)胞周期的總時間（tC）。TC減去tG2、tM和tS即得tG1。

2.中期阻斷法制備M期同步化細(xì)胞的原理。該方法的主要有缺點是什么？有絲分裂中期阻斷藥物可抑制細(xì)胞質(zhì)微管的聚合，從而抑制紡錘體的形成，將細(xì)胞阻斷在M期。常用的中期阻斷藥物有秋水仙素或秋水仙胺。此方法的最大優(yōu)點是可獲得大量的M期同步細(xì)胞。缺點是此種阻斷可逆性較差阻斷時間較長時，解除阻斷后大量細(xì)胞不能完成正常的有絲分裂。

3.紡錘體裝置有哪些典型結(jié)構(gòu)？

（1）具有兩類紡錘絲。①動力微管，她從一極延伸至著絲粒；②極性微管，它從一

極延伸超過細(xì)胞中央一段距離。來自每一極的極性微管蛋白在細(xì)胞中相互重疊。

（2）每個染色體上都具有紡錘絲的附著點——動粒。一個約400nm長的暗染多蛋白

纖維結(jié)構(gòu)——附著于著絲粒中特別的DNA序列和紡錘體裝置的動力微管/在前期中，由微管蛋白纖維構(gòu)成的紡錘體在細(xì)胞的兩極之間出現(xiàn)。在紡錘體的每一端是一個微管組織中心或中心體。

（3）具有微管組織中心。在將要進(jìn)行有絲分裂的動物細(xì)胞中，每個MTOC中具有一

對叫做中心粒；植物細(xì)胞的MTOC中心一般不含有中心粒。每個中心粒在結(jié)構(gòu)上

與纖毛和鞭毛的基粒相像。在準(zhǔn)備細(xì)胞分裂的過程中，每一對中心?？砂盐⒐芫奂纬善浯螌χ行牧?，這就是所謂的中心粒的復(fù)制，但其如何形成的細(xì)節(jié)目前尚不明白。在前期紡錘體形成時，復(fù)制了的中心體分裂為二，每對中心粒攜帶纏繞中心體物質(zhì)移動到兩極，形成新的中心體，并隨細(xì)胞分裂而進(jìn)入到子細(xì)胞。

4.細(xì)胞通過什么機(jī)制將染色體排列在赤道板上？有和生物學(xué)意義？

在有絲分裂前期，隨著紡錘體的形成，一些微管迅速捕獲染色體，并與染色體一側(cè)的動粒結(jié)合，形成動粒微管。而另一側(cè)的動粒也與另一極星體發(fā)出的微管迅速結(jié)合。近期的研究發(fā)現(xiàn)，至少有數(shù)種蛋白質(zhì)與上述過程有關(guān)。其中首要的兩組蛋白稱為Mad蛋白和Bub蛋白。Mad2蛋白和Bub蛋白可以使動粒敏化，促使微管與動粒接觸，免疫熒光染色發(fā)現(xiàn)，Mad1蛋白和Bub1蛋白很快會從動粒上消失。一側(cè)的動粒被微管捕獲，一側(cè)的Mad1和Bub1消失；兩側(cè)的動粒都被微管捕獲，兩側(cè)的Mad1和Bub1都消失。假使染色體動粒不被微管捕獲，則Mad1和Bub1不從動粒上消失。因而認(rèn)為Mad1蛋白和Bub1蛋白與染色體裝配入紡錘體有關(guān)。

當(dāng)染色體的兩個動粒都與紡錘體微管結(jié)合后，前期紡錘體的裝配才算完成。此時，紡錘體赤道直徑相對較大，兩級直徑的距離也相對較短。與同一條染色體的兩個動粒相聯(lián)接的兩極動粒微管并不等長。因而染色體并不完全分布于赤道板上，排列狀況貌似雜亂無章。隨后，在各種相關(guān)因素的共同作用下。紡錘體赤道直徑逐漸收縮，兩極距離拉長，染色體逐漸向赤道方向運動。至于染色體排列到赤道板上的機(jī)制，目前流行兩種學(xué)說，即牽拉假說和外推假說。牽拉假說認(rèn)為，染色體向赤道板方向運動，是由于動力微管牽拉的結(jié)果。動粒微管越長，拉力越大，當(dāng)來自兩極的動力微管的拉力相等時，染色體即被穩(wěn)定在赤道板上。外推假說認(rèn)為，染色體向赤道板方向移動，是由于星體的排斥力將染色體外推的結(jié)果。染色體距離中心越近，星體對染色體外推力越強，當(dāng)來自兩極的推力達(dá)到平衡時，染色體即被穩(wěn)定在赤道板上。這兩種假說并不相互排斥，有時可能同時作用，或有其他機(jī)制共同參與，最終將染色體排列在赤道板上。

染色體與微管連接并移動到赤道板具有重要意義，它是啟動染色單體分開并向兩個子細(xì)胞中平均分派的先決條件。染色體列隊不整齊，細(xì)胞不能從分裂種氣象后期轉(zhuǎn)化，兩條染色單體也不能相互分開。個別狀況，細(xì)胞分裂雖然可以繼續(xù)進(jìn)行，但往往導(dǎo)致染色體不能平均分派，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

5．簡述聯(lián)會復(fù)合體的結(jié)構(gòu)與功能

聯(lián)會復(fù)合體是同源染色體之間在減數(shù)分裂前期聯(lián)會時形成的一種臨時性結(jié)構(gòu)，他在銅元染色體聯(lián)會處沿同源染色體長軸分布，由位于中間的中央成分和位于兩側(cè)的側(cè)成分共同構(gòu)成。側(cè)成分的外側(cè)則為配對的同源染色體。聯(lián)會復(fù)合體的中央成分寬約100nm，側(cè)成分寬20~40nm。從兩側(cè)的側(cè)成分向中央成分方向發(fā)出橫向纖維，交會于中央成分的中間部位。蛋白質(zhì)是聯(lián)會復(fù)合體的主要組成成分之一。用胰蛋白酶等處理聯(lián)會復(fù)合體，其中中央成分、側(cè)成分以及橫向纖維等結(jié)構(gòu)消失。目前已經(jīng)鑒定了幾種聯(lián)會復(fù)合體蛋白，其中有的分布于側(cè)成分，有的在中央成分，有的兩處均有分布，但他們的功能還不明白。另外發(fā)現(xiàn)，DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶II存在于側(cè)成分和其周邊的染色之中。

DNA片段也是聯(lián)會復(fù)合體的組成成分。這些DNA片段多在50~550bP之間。他們很可能是掛在或包含于側(cè)成分的染色體纖維的部分DNA片段。序列分析顯示，這些DNA片段的大小和堿基序列在不同細(xì)胞間會有明顯差異，即無序列特異性。這些DNA片段很可能完全穿越側(cè)成分而進(jìn)入中央成分，在此處參與同源染色體間的基因重組。

在中央成分和側(cè)成分中還發(fā)現(xiàn)有RNA。因此聯(lián)會復(fù)合體中很可能含有核糖核蛋白復(fù)合物。聯(lián)會復(fù)合體從細(xì)線期開始裝配，到偶線期明顯形成。粗線期時重組結(jié)合開始裝配。

聯(lián)會復(fù)合體的功能就是參與同源染色體的配對和重組，使同源染色體確鑿配對，并使等

位基因發(fā)生交換重組。

6.有絲分裂與減數(shù)分裂有哪些區(qū)別？

有絲分裂減數(shù)分裂

體細(xì)胞分裂的主要方式發(fā)生于有性生殖細(xì)胞成熟之前

染色體復(fù)制一次，細(xì)胞分裂一次染色體復(fù)制一次，細(xì)胞連續(xù)分裂兩次

分裂前期，無聯(lián)會發(fā)生，染色體單個存在，前期I，有同源染色體聯(lián)會，形成四分體，每個都含有兩條染色單體并發(fā)生遺傳物質(zhì)的交換和基因重組分裂中期，每個染色體單獨排列到赤道板中期I，四分體排列到赤道板上

分裂后期，著絲粒分裂，染色彈體分開后期I，著絲粒不分裂，同源染色體分開分裂結(jié)果是子細(xì)胞中的染色體數(shù)目與親代分裂結(jié)果是所得到的子細(xì)胞中染色體數(shù)目細(xì)胞一致，所得子細(xì)胞仍為體細(xì)胞減為親代細(xì)胞的一半，所得子細(xì)胞為性細(xì)胞

7.MPF的成分是什么？他在細(xì)胞周期調(diào)控中有和作用？

MPF即卵細(xì)胞促成熟因子，或細(xì)胞促分裂因子，或M期促進(jìn)因子。

20世紀(jì)70年代就開始了對MPF的研究。最初觀測到蛙胚胎早期發(fā)育時，卵裂細(xì)胞質(zhì)中出現(xiàn)震蕩沖擊波。抽出其細(xì)胞質(zhì)，注入到未成熟的蛙卵母細(xì)胞中，能刺激卵母細(xì)胞提早成熟。提醒分裂的胚胎細(xì)胞中存在促成熟因子（MPF）.

生化分析說明，MPF是由兩個亞單位組成的二聚體。其中一個是催化亞基，使細(xì)胞周期蛋白依靠性激酶`。另一個亞單位是細(xì)胞周期蛋白B.

CDK家族的基礎(chǔ)成員是一些通源基因編碼的34KD的蛋白質(zhì)，是裂殖酵母cdc2基因和釀酒酵

cdc2

母的cdc28基因產(chǎn)物的同源物。在酵母細(xì)胞周期中僅由一種CDK控制，釀酒酵母為P34,

cdc28

芽殖酵母為P34.在脊椎動物細(xì)胞中已經(jīng)檢測到8種CDK1、CDK2-CDK8。他們的分子質(zhì)量在33~40KDa之間。在不同時相中各種不同的CDK與相應(yīng)的周期蛋白結(jié)合來發(fā)揮作用。細(xì)胞周期蛋白的種類在酵母細(xì)胞中一般分為G1期細(xì)胞周期蛋白和G