细胞周期与细胞分裂

细胞周期是指细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程，细胞分裂是指活细胞增殖其数量由一个细胞分裂为两个细胞的过程。下图梳理了细胞周期与细胞分裂的知识内容，赶快收藏下图学习吧！

细胞周期与细胞分裂

• 细胞周期
  • 细胞周期的分期
    • 分裂间期
      • G1
        • G1早期
          • RNA、蛋白质、脂类和糖类的大量合成，细胞体积增大，细胞器增加
          • 长期停留在G1期的细胞成为G0期细胞
        • G1晚期
          • 为S期DNA合成作准备
          • 合成S期进行DNA复制所需要的酶类。DNA聚合酶、DNA连接酶、核苷酸还原酶等。
          • 积累细胞由G1期进入S期的相关蛋白质触发蛋白（不稳定蛋白）、钙调蛋白、细胞周期蛋白
            • 触发蛋白的积累有助于细胞通过G1期的R点进入S期，G0期细胞缺乏触发蛋白
      • S
        • DNA合成的启动
          • S期细胞质中含有启动G1期核进入S期的物质
        • DNA复制
          • 半保留复制
          • 复制顺序
            • GC含量高的序列先复制，AT含量高的序列后复制
            • 常染色体先复制，异染色体后复制
        • 蛋白质合成
          • 酶、组蛋白和非组蛋白大量合成
          • DNA合成与蛋白的合成相互关联
          • 组蛋白的持续磷酸化
        • 中心粒在S期完成复制
      • G2
        • 有丝分裂准备期，合成细胞进入M期所需的蛋白质及RNA，为M期作准备
          • 合成M期纺锤体微管形成基本单位的微管蛋白
          • 成熟促进因子（促有丝分裂因子）MPF：启动细胞从G2期进入M期的蛋白激酶，与核膜破裂、染色体凝集密切相关
    • 分裂期M
      • 遗传物质等分到两个子细胞的过程
  • 细胞周期的调控
    • 细胞周期调控蛋白
      • cyclin
        • 存在于真核细胞中，随细胞周期的变化呈周期性的出现与消失的蛋白质
        • 与Cdk结合，使Cdk磷酸化和活化。通过调节Cdk，参与细胞周期的调节
      • CDK
        • 一类必须与细胞周期蛋白结合才具有激酶活性的蛋白激酶，通过磷酸化与细胞周期相关的蛋白，调控细胞周期
      • CKI
        • 对Cdk激酶起负性调控作用的蛋白质
    • cyclin和CDK对细胞周期的调控
      • 细胞进出S期的调控
        • G1期cyclin-Cdk复合物
          • cyclinD/E-Cdk4/6
          • 作用：使G1晚期细胞跨越限制点，进入S期
          • 过程
            • cyclin-Cdk
              • cyclinD大量合成，Cdk4/6与其结合，使Rb蛋白失活，与Rb蛋白结合的转录因子E2F释放，S期启动相关基因开始转录，进入S期
            • CKI
              • 磷酸化S期cyclin-Cdk复合物抑制蛋白、使其经多聚泛素化途径被降解。S期cyclin-Cdk活性恢复，重新具有对DNA合成的诱导能力，G1期向S期转换
        • S期cyclin-Cdk复合物
          • Cyclin A-Cdk
          • 作用：启动DNA复制且只复制一次
          • 机制
            • 前复制复合体（pre-replication complex）
              • 复制起始点识别复合物（origin recognition complex,ORC）
              • Cdc6
              • Mcm
                • 解旋酶
            • Cyclin A-Cdk磷酸化ORC，启动DNA合成
            • Cyclin A-Cdk激活Mcm，打开DNA双链，当其他与DNA合成相关的酶汇聚，开始DNA复制
            • Cyclin A-Cdk磷酸化前复制复合体，导致Cdc6蛋白降解或Mcm向核外转运，使复制不会再启动
            • 或者
              • 磷酸化预复制复合体，使其组分之一具备解旋酶功能，启动DNA复制
              • DNA复制开始后，cyclin-Cdk引起预复制复制体的组分解体，并将其转运出细胞核，阻止DNA重复复制
      • 细胞进出M期的调控
        • 主要成分:cyclinB-Cdk1
          • 也叫成熟促进因子MPF
          • 调节亚单位：cyclinB
          • 催化亚单位：Cdk1
            • 催化丝氨酸、苏氨酸残基磷酸化
        • MPF活性的周期性变化
          • MPF活性增加
            • 细胞进入M期
          • MPF活性在M期中期达高峰
            • 染色单体分开
          • MPF活性下降
            • 细胞出M期
        • MPF的调控作用
          • G2--->M期
            • G2期晚期，cyclinB表达达到高峰。cyclinB与cdk1结合，MPF活性显著升高。促进G2向M期转换
          • M期的进程
            • 催化M期特定蛋白质磷酸化，促进有丝分裂进程
              • H1:染色质凝集，启动有丝分裂
                • 组蛋白H1的磷酸化
                • 染色体凝集蛋白的磷酸化
              • Lamin:核膜破裂，核纤层结构解体
                • 核纤层蛋白磷酸化
              • APC：姐妹染色单体分离
                • APC激活，促进分离酶抑制因子降解
                • 分离酶降解着丝粒之间的黏着蛋白复合体
                • 姐妹染色单体分离
              • Tublin,myosin:纺锤体、收缩环的形成
          • M期--->G1期
            • M期末，cyclinB降解，与Cdk1分离
            • MPF激酶失活，胞质分裂
            • 促进M向G1期转换
• 细胞分裂
  • 无丝分裂
    • amitosis,细胞分裂的一种方式，分裂过程不涉及纺锤丝的形成和染色体的组装
    • 胞核拉长，从中间断裂
    • 随后细胞一分为二，形成两个子细胞
  • 有丝分裂
    • 概述
      • 高等真核生物细胞的细胞核经过DNA复制、染色体组装
      • 细胞中形成有丝分裂器（星体和纺锤体）
      • 最后遗传物质平均分配到两个子细胞中
    • 过程
      • 核分裂
        • 前期
          • 染色质凝集成染色体
            • 标志细胞进入有丝分裂前期
            • 物质基础
              • 染色体黏着蛋白
                • 结构
                • 功能
                  • 将姐妹染色单体纵向连接在一起
              • 凝缩蛋白
                • 结构
                • 功能
                  • 由粘着蛋白纵向连接的姐妹染色单体分开，在凝缩蛋白帮助下凝集
            • 过程
              • 由黏着蛋白纵向连接的姐妹染色单体分开，在凝缩蛋白帮助下凝集
          • 分裂极确定
            • 星体
              • aster,中心体以及围绕中心体向外呈放射状排列的微管组成星体
            • 马达蛋白
              • 动力蛋白
                • 向负端移动，牵引中心体分离
              • 驱动蛋白
                • 向正端移动，将中心体推向两极
          • 核仁缩小并解体消失
            • 染色质凝集
            • rDNA袢环回缩到次缢痕
            • 核仁结构成分分散
            • 核仁变小，消失
        • 前中期
          • 核膜破裂
            • 核纤层降解
              • 核纤层蛋白磷酸化
              • 核纤层解聚
              • 核膜破裂
                • 核膜被Golgi,ER吸收
              • 形成小膜泡分散于胞质
          • 纺锤体形成
            • 前期末出现的对细胞分裂、染色体分离有重要作用的纺锤样的临时细胞器
            • 纵向排列
              • 星体微管
                • 排列于中心体周围，在中心体向细胞两极的移动中起作用
              • 动粒微管
                • 由纺锤体一极发出，附着于染色体动粒上
              • 极间微管（重叠微管）
                • 为一些来自纺锤体两极，彼此在纺锤体赤道面重叠、交叉的微管，也被称为重叠微管。通过侧面相连，可从纺锤体的一极通向另一极。
              • 负端朝中心体，正端远离中心体
          • 染色体向赤道面运动
        • 中期
          • 染色体达到最大凝集并排列在细胞中央的赤道面上，构成赤道板，大的在外，小的在内
          • 有丝分裂器
            • 星体、纺锤体、染色体
          • 最容易观察
        • 后期
          • 姐妹染色单体从赤道面上分离，移向细胞两极
            • 后期A
              • 着丝粒分裂，动粒微管去组装
            • 后期B
              • 纺锤体拉长，重叠微管组装，星体微管、动粒微管去组装
        • 末期
          • 子细胞核出现，胞质分裂
            • 染色体解旋、核仁组装、核膜形成--->核分裂完成--->胞质分裂
            • 收缩环
              • 肌动蛋白/肌球蛋白的相互滑动
              • 收缩环缢缩
              • 细胞膜内陷
      • 胞质分裂
        • 收缩环
    • 特征：染色质凝集、纺锤体及收缩环出现
    • 实质：细胞骨架的重排
    • 形态变化的分子基础：蛋白质磷酸化和去磷酸化
    • 意义：将遗传物质DNA准确分到子细胞中，保持遗传的稳定性
  • 减数分裂
    • 概述
    • 过程
      • 第一次减数分裂(meiosis I)
        • 前期I
          • 细线期（染色质凝集期）
            • 染色体开始凝集，仍呈细线状并附着于核膜上
          • 偶线期(配对期)
            • 染色体进一步凝集，同源染色体配对（联会，synapsis）
            • 四分体：完全配对的同源染色体形成二价体，含有四条染色单体，称为四分体——同源染色体配对形成一种临时结构
            • 联会复合体（synaptonemal complex,SC）
              • 在联会的同源染色体之间沿纵轴方向形成的特殊结构，稳定同源染色体的配对
              • 结构
                • 侧生成分
                  • 蛋白轴
                • 中央成分
                  • 重组结
                  • L-C纤维交叠形成
                • 中央区
              • 偶线期有少量Z－DNA的合成参与联会复合体的组装
          • 粗线期（重组期）
            • 染色体呈粗线状，同源染色体发生交换和重组
            • P－DNA：合成的DNA用于DNA链的修补、连接
            • 重组小结/节
              • 联会复合体中央的短棒状结构
              • 椭圆形或圆形
              • 富含蛋白质和酶
              • 数量上：交叉节=重组小节
          • 双线期（合成期）
            • 同源染色体相互分开
            • 在非姐妹染色单体之间的某些部位上，相互间有交叉接触点
            • 随双线期进程、交叉端化，直至中期
            • 观察四分体的最佳时期，持续时间长
          • 终变期（再凝集期）
            • 同源染色体进一步凝集
            • 核仁消失、核膜破裂
            • 纺锤体形成
            • 染色体开始向赤道面移动
        • 中期I
          • 配对的四分体排列在赤道面上，形成赤道板
          • 与每一条染色体的两个动粒相连的动粒相连的动粒微管均位于纺锤体同一侧
        • 后期I
          • 同源染色体发生分离，移向细胞两极
        • 末期I
          • 染色体去凝集成细丝状，核仁、核膜重新出现，胞质分裂，形成两个子细胞
      • 减数分裂间期
      • 第二次减数分裂(meiosis II)
• 细胞周期与医学的关系
  • 肿瘤
    • 临床治疗
      • 暂不增殖型细胞
        • 特点：细胞代谢不活跃、对药物及外界刺激不敏感
        • 生长因子激活，进入细胞周期，放疗、化疗
      • 增殖型细胞
        • S期
          • 化疗，抑制DNA合成的药物
        • G2
          • 对放射线较为敏感
          • 放疗
        • M期
          • 秋水仙碱、长春碱进行化疗
• 决定了分裂方式：有丝分裂、减数分裂
• restriction point
  • 在酵母中称为Start
  • 在G1期晚期有一个不可逆转的点，称为限制点
  • 细胞通过此点，就能完成S、G2、M期，就可进入S期
  • 否则，细胞周期进程则发生滞留
• 发生染色体数目减半及遗传物质的交换
  • 持续时间长、胞核显著增大、同源染色体进行配对、交换
• APC后期促进因子，泛素连接酶，多聚泛素化反应，降解蛋白质
• SCF调节G1-cyclins,CKI和其他周期蛋白的降解
  • SCF（一种三个蛋白构成的复合体）作为泛素连接酶E3起作用
• 教学内容
  • 细胞周期的分期及各时相的动态变化
  • 有丝分裂的过程、特征及动态变化机制
  • 减数分裂的过程、特征、意义
  • 细胞周期的调控
  • 细胞周期调控蛋白
  • cyclin和CDK对细胞周期的调控
  • 细胞周期检测点
  • 细胞周期与医学的关系