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细胞周期的调控简单过程

2015-10-01 21:46阅读：

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细胞周期的调控简单过程

试题带来的思考：这三年浙江高考试题都考了细胞周期的调控，是高考的热点，细胞周期的调控也是研究的热点，这方面的研究2001年还获得诺贝尔奖，研究的成果有很重要的意义。作为自己专业成长和学生知识拓展，有必要参考细胞生物学教材整理知识如下。
（2013年）下列关于高等动植物连续分裂细胞的细胞周期的叙述，正确的是（ C ）
A．用蛋白质合成抑制剂处理G1期细胞，不影响其进入S期
B．S期细胞的染色体数目已增加一倍
C．G2期细胞的核DNA含量已增加一倍
D．用秋水仙素处理细胞群体，M期细胞的比例会减少
（2014
年）某哺乳动物体细胞在培养中能够分裂，在培养过程中将适量的3H-TdR（3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷）和某促进细胞分裂的药物加入到培养液中，培养一段时间，可观察和测量到（ C ）
A．G1期变短，该期有大量3H-TdR进入细胞核
B．S期变长，该期有DNA复制和核糖体的增生
C．G2期变短，该期细胞核中有组蛋白
D．M期相对较短，该期细胞的核膜始终完整
（2015年）下列有关细胞周期和细胞分裂的叙述，正确的是（ C ）
A．不同生物的细胞大小和数目不同，但细胞周期长短相同
B．同一生物各种组织的细胞周期长短相同，但G1、S、G2和M期长短不同
C．若在G2期加入DNA合成抑制剂，则有丝分裂前期每个染色体仍含有2条染色单体，子细胞染色体数目与母细胞的相同
D．减数分裂前期I同源染色体配对，每个染色体含有4条染色单体，子细胞染色体数目为母细胞的一半

一、研究背景
Rao和Johnson（1970、1972、1974）将Hela细胞同步于不同阶段，然后与M期细胞混合，在灭活仙台病毒介导下，诱导细胞融合，发现与M期细胞融合的间期细胞产生了形态各异的早熟凝集染色体（PCC），这种现象叫做早熟染色体凝集。
G1期PCC为单线状，因DNA未复制。
S期PCC为粉末状，因DNA由多个部位开始复制。
G2期PCC为双线染色体，说明DNA复制已完成。
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不同形态的PCC
不仅同类M期细胞可以诱导PCC，不同类的M期细胞也可以诱导PCC产生，如人和蟾蜍的细胞融合时同样有这种效果，这就意味着M期细胞具有某种促进间期细胞进行分裂的因子，即成熟促进因子（MPF）。
1983年，Timothy Hunt首次发现海胆卵受精后，在其卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期剧烈振荡，在每一轮间期开始合成，G2/M时达到高峰，M结束后突然消失，下轮间期又重新合成，故命名为周期蛋白（cyclin）。后来在青蛙、爪蟾、海胆、果蝇和酵母中均发现类似的情况，各类动物来源的细胞周期蛋白mRNA均能诱导蛙卵的成熟。用海洋无脊椎动物和两栖类的卵为实验材料进行这类实验，好处在于卵的量比较大，而且在胚胎发育的早期，细胞分裂是同步化的。
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MPF=CDC2+Cyclin B
1988年，M. J. Lohka纯化了爪蟾的MPF，经鉴定由32KD和45KD两种蛋白组成，二者结合可使多种蛋白质磷酸化。后来Paul Nurse（1990）进一步的实验证明P32实际上是CDC2的同源物，而P45是cyclinB的同源物，从而将细胞周期三个领域的研究联系在一起。2001年10月8日美国人Leland Hartwell、英国人Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。
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2001年诺贝尔生理医学奖获得者
二、细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）
CDC2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，称为细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK），因此CDC2又被称为CDK1，激活的CDK1可将靶蛋白磷酸化而产生相应的生理效应，如将核纤层蛋白磷酸化导致核纤层解体、核膜消失，将H1磷酸化导致染色体的凝缩等等。这些效应的最终结果是细胞周期的不断运行。因此，CDK激酶和其调节因子又被称作细胞周期引擎。
目前发现的CDK在动物中有7种。各种CDK分子均含有一段相似的激酶结构域，这一区域有一段保守序列，即PSTAIRE，与周期蛋白的结合有关。
三、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CKI）
细胞中还具有细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CKI）对细胞周期起负调控作用，目前发现的CKI分为两大家族：
①Ink4，如P16ink4a、P15ink4b、P18ink4c、P19ink4d，特异性抑制cdk4·cyclin D1、cdk6·cyclin D1复合物。
②Kip：包括P21cip1、P27kip1、P57kip2等，能抑制大多数CDK的激酶活性，P21cip1还能与DNA聚合酶δ的辅助因子PCNA结合，直接抑制DNA的合成。
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P21cip1抑制CDK和PCNA
四、周期蛋白（cyclin）
周期蛋白不仅仅起激活CDK的作用，还决定了CDK何时、何处、将何种底物磷酸化，从而推动细胞周期的前进。
各类周期蛋白均含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框，介导周期蛋白与CDK结合。
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Cyclin的周期性变化
在中期当MPF活性达到最高时，通过一种未知的途径，激活后期促进因子APC，将泛素连接在cyclinB上，导致cyclinB被蛋白酶体降解，完成一个细胞周期。
五、M期CDK的激活
M期CDK的激活起始于分裂期cyclin的积累，在胚胎细胞周期中cyclin一直在合成，其浓度决定于降解的速度；但在大多数细胞的有丝分裂周期中，cyclin的积累是因为在G2-M期M-cyclin基因转录的增强。
CDK的激活还需要Thr161的磷酸化，它是在CDK激酶的作用下完成的。
六、细胞周期检验点
细胞要分裂，必须正确复制DNA和达到一定的体积，在获得足够物质支持分裂以前，细胞不可能进行分裂。细胞周期的运行，是在一系列称为检验点（check point）的严格检控下进行的，当DNA发生损伤，复制不完全或纺锤体形成不正常，周期将被阻断。
细胞周期检验点由感受异常事件的感受器、信号传导通路和效应器构成，主要检验点包括：G1/S检验点，S期检验点：DNA复制是否完成？G2/M检验点：是决定细胞一分为二的控制点，相关的事件包括：DNA是否损伤？中-后期检验点（纺锤体组装检验点）：任何一个着丝点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。
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七、生长因子对细胞增殖的影响
单细胞生物的增值取决于营养是否足够，多细胞生物细胞的增值取决于机体是否需要。这种需要是通过细胞通信来实现的。
生长因子是一大类与细胞增殖有关的信号物质，目前发现的生长因子多达几十种，多数有促进细胞增殖的功能，故又称有丝分裂原，如表皮生长因子（EGF）、神经生长因子（NGF），少数具有抑制作用如抑素，肿瘤坏死因子（TNF），个别如转化生长因子β具有双重调节作用，能促进一类细胞的增值，而抑制另一类细胞。
生长因子不由特定腺体产生，主要通过旁分泌作用于邻近细胞。

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