细胞生物学第十三章 细胞周期与细胞分裂思维导图

细胞生物学第十三章 细胞周期与细胞分裂的思维导图，主要内容有细胞周期的调控、有丝分裂、细胞周期时相及研究方法。

第十三章 细胞周期与细胞分裂

• 细胞周期的调控
  • 细胞周期调控概述
    • 说明细胞周期受到类似于中央调控器的调控
  • 蛋白激酶在细胞周期调控中的作用
    • 细胞融合实验
      • G1期细胞与M期细胞融合
        • 结果：M期细胞诱导G1期细胞染色质发生凝集，成单线状
      • S期细胞与M期细胞融合
        • 结果：M期细胞诱导S期细胞染色体凝集，成粉末状
      • G2期细胞与M期细胞融合
        • 结果：M期细胞诱导G2期细胞染色质凝集，成双线状
      • 染色体超前凝集（PCC）：将M期细胞与G1期、S期、G2期细胞进行融合，M期细胞总能诱导其他非分裂期细胞发生染色质提前凝集的现象。
  • 裂殖酵母的细胞周期调控
    • Cdc2蛋白和Cdc13蛋白是裂殖酵母进入M期的关键蛋白，Cdc13是周期蛋白，Cdc2是周期蛋白依赖性蛋白激酶，相当于CDK
    • 裂殖酵母的活性调节
  • 芽殖酵母的细胞周期调控
    • 芽殖酵母是以出芽的方式进行增殖
    • 芽殖酵母在G1期发动细胞周期的点称为起点（START）
    • 芽殖酵母的细胞周期调控
      • G1期为关键点，进入S期需要Cdc28
      • 芽殖酵母的SPF：异质二聚体，Cdc28蛋白相当于CDK，周期蛋白Cln1.Cln2.Cln3
    • 裂殖酵母与芽殖酵母细胞周期调控的比较
  • 哺乳动物的细胞周期调控
    • 哺乳动物的细胞周期受一个小型Cdks家族的调节，分别命名为Cdk1、Cdk2、Cdk3
    • CDK与细胞周期调控
      • CDK活性：受细胞周期蛋白浓度的调控
      • CDK活性：两个磷酸化位点，激活性和抑制性磷酸化的调控
        • Wee1激酶磷酸化：抑制活性
          • 磷酸酶Cdc25去磷酸化，解除抑制
        • CAK激酶磷酸化：激活活性
    • CDK的蛋白酶解与细胞周期转换
      • 有丝分裂周期蛋白在 遍在蛋白 介导下降解促使细胞退出有丝分裂
      • 后期促进复合物（APC/C）：促使从中期进入后期
        • APC/C催化两种主要类型蛋白质泛素化降解
        • 周期蛋白的结构特点：蛋白的氨基酸序列中，靠近N端都有一个称为破坏框的同源区。通过实验证实没有破坏框的周期蛋白不会被降解
        • APC/C与MPF作用促使细胞进入分裂后期
      • 蛋白酶体的降解作用
  • 细胞周期的关卡
    • G1期关卡（靠近G1末期）：新生的细胞生长是否足够大，内部环境（包括rRNA 和蛋白质的合成）是否合适，DNA有无损伤
    • G2期关卡（在G2期结束点）：DNA是否正确复制和是否复制完全、细胞是否生长得足够大
    • 中期关卡（在中期末）：控制染色体是否都与纺锤体相连，并排列在赤道板上
    • 其他影响细胞周期的事件：DNA复制不完全、纺锤体装配不正确、DNA损伤
      • P53：一种肿瘤抑制基因，能将受损伤的DNA阻滞在G1期或G2期
      • P21基因编码的蛋白P21为细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶CDK抑制因子
  • MPF的作用机制
    • 成熟促进因子（MPF）：指M期细胞中存在的促进细胞分裂的因子，也叫扩散因子
    • MPF的结构：异质二聚体，催化亚基+调节亚基
      • 催化亚基：将磷酸基团从ATP转移到特定底物的丝氨酸和苏氨酸残基上，这种蛋白激酶后来被称为周期蛋白依赖性蛋白激酶（Cdks）
      • 调节亚基：周期蛋白
• 有丝分裂
  • 特点：有纺锤体的出现和染色体的变化
  • 过程
    • 前期
      • 主要特征：染色质凝缩成具有明显特征的染色体。核仁解体、核膜消失，与此同时，细胞质中出现纺锤体
    • 早中期：指核膜破裂到染色体排列到赤道板之前的这段时间
      • 主要特征：此时期主要是纺锤体的装配与染色体动粒的连接。染色体剧烈的活动，个别染色体剧烈的旋转、震荡、徘徊于两级间，并被纺锤体捕获
    • 中期：染色体排列到赤道板上，到姊妹染色单体开始分向两极的这段时间。当两极的纺锤体微管分别同染色体的动粒结合，装配成动粒微管之后，即进入中期
    • 后期：在后期的开始阶段，每一染色体的着丝粒在纺锤体微管的作用发生断裂，进而造成染色单体分开，并移向两极
      • 特点：着丝粒分开，染色单体移向两极
    • 末期：后期结束，染色单体平均分到纺锤体的两极，核膜小泡重新包围两组染色体，相互融合形成完整的核模，并在两极重新形成新的细胞核
      • 特点：染色体解螺旋形成细丝，出现核仁和核膜
      • 胞质分裂：将细胞膜、细胞骨架、细胞器以及可溶性蛋白质等分配给两个子细胞称为胞质分裂
  • 有丝分裂的机制
    • 纺锤体微管的类型及其形成
      • 纺锤体又称为有丝分裂器：它是在有丝分裂期间，从中心粒形成的各种微管
      • 包括：动粒微管、极微管、星体微管等。功能是将遗传物质均等分配到两个子细胞
    • 后期A和后期B
      • 后期A：染色体运动的力只要是由动粒微管的去装配产生的，此时的染色体运动称为向极云东
        • 微管去聚合作用假说
      • 后期B：染色体运动的力主要是由极微管的聚合产生的，此时的运动称为染色体极分离运动
        • 纺锤体微管滑动假说
  • 核的解体与重建机理
    • 核解体：H1组蛋白和核纤层蛋白的磷酸化导致染色体的凝集和核膜的解体，它们的磷酸化作用主要由激活的MPF催化的
    • 核重建：核重建是核解体的相反过程，前期磷酸化的核纤层蛋白经去磷酸化后重新形成核纤层。核膜泡重新融合形成核膜，核蛋白通过NLS经核孔进入细胞核内
  • 胞质分裂的机制
    • 胞质分裂是一个信号诱导的过程，由星微管传递的，说明胞质分裂是由星微管决定的。星微管传递的信号决定肌动蛋白在分裂细胞中间装配成收缩环。
• 细胞周期时相及研究方法
  • 细胞周期
    • 概念：指通过细胞分裂产生新细胞的生长开始到下一次细胞分裂形成子细胞结束为止所经历的过程称为细胞周期
    • 光学显微镜下细胞周期分为两个主要的时期：
      • 分裂间期G
        • G1期：即从M期结束到S期开始前的一段间歇期
        • S期：即DNA合成期
        • G2期：即DNA合成后（S期）到有丝分裂前的一个间歇期
      • M期
        • 有丝分裂
          • 特点：RNA合成停止，蛋白质合成减少，以及染色体高度螺旋化
          • 结果：分裂后，S期合成的DNA减少
        • 胞质分裂
    • 细胞周期的类型
      • 持续分裂细胞：又称周期性细胞，如造血干细胞、性细胞
      • G0细胞：又称休眠细胞，如淋巴细胞
      • 终端分化细胞：即永久性失去了分裂能力的细胞，如红细胞、神经细胞
    • 细胞周期中形态结构的变化
      • 细胞形态的变化：S期细胞扁平，贴壁；G2期鼓起，M期变成球形，容易脱落
      • 细胞内部结构的变化：染色体形态，纺锤体，核仁
      • 细胞器的分裂和片段化：线粒体，叶绿体，内质网
    • 细胞周期的研究方法
      • 细胞同步化：是指在自然过程中发生的，或经人为处理使细胞所处周期一致性的过程
        • 自然同步化（自然存在的现象，不受因素干扰）
        • 人工同步化（利用细胞培养，人为处理获得同步化生长的细胞）
          • 诱导同步化（通过改变温度、添加代谢抑制剂将细胞阻止在细胞周期的某个阶段）
            • DNA合成阻断法：高浓度的胸腺嘧啶能够阻断DNA合成所需的核苷酸的合成
            • 中期阻断法：如秋水仙素可抑制微管的聚合
          • 选择同步化（用物理方法将处于细胞周期中同一阶段的细胞从非同步的群体中分离出来）
            • 有丝分裂选择法
            • 细胞沉降分离法