当前课程知识点:普通生物学 > 第一章 细胞生物学基础 > 第五节 细胞的分裂与分化 > 1.5.2 细胞周期调控的分子机制
细胞增殖对于生物体的生长
和发育至关重要
所以必须保证它的有序性
要想保证这种有序性
细胞内必然存在一种
精密的监控系统
就像工厂生产的这个产品
需要经过多个工序检验一样
细胞周期也存在多个检验点
只有检验合格
细胞周期才能从一个时相
进入到另外一个时相
如果这个检控系统失灵
细胞周期就会出现紊乱
细胞会死亡或者发生癌变
细胞周期的监控系统
它是由几个检验点组成的
现在就让我们来看一看这几个检验点
并分析它们是如何调控细胞周期的
我们已经知道
细胞周期可以划分为4个时期
G1期 S期 G2期和M期
这几个时期都存在检验点
比如说G1期是细胞的主要生长期
G1期的检验点主要检测的是什么呢
主要检测细胞的体积
看它的大小是否合适
营养物质的合成是否足够
DNA是否有损伤
如果存在DNA损伤
需要修复以后才可以进入
复制期 也就是S期
G2期是为有丝分裂做准备的时期
这个时期检验点是检测
DNA是否成功复制了
细胞是否长到合适的大小
只有当所有有利于细胞分裂的因素都满足了
细胞才能够顺利地由G2期向M期转化
M期是细胞的有丝分裂期
这一时期也有检验点
比如说 纺锤体组装检验点
它检验的是纺锤体是否完成组装了
染色体是否与纺锤体微管连接好
只有检验合格了
才能够进入有丝分裂后期
保证姊妹染色单体
准确地分配到两个子细胞中
总之细胞周期的检控系统
它的监控的主要目的是什么呢
是为了保证基因和基因组的稳定性
这个细胞周期不同时相之间的转变
都需要一个引擎分子来启动
这个引擎分子是什么呢
细胞周期这些检验点的物质基础是什么呢
要想解答这些问题
还需要从MPF的发现讲起
1971年两位科学家
以非洲爪蟾卵细胞为实验材料
将处于M期的卵细胞的细胞质
注入了卵母细胞中
卵母细胞随即进入细胞分裂
并产生了纺锤体
但是如果注入的是间期细胞的细胞质
那么卵母细胞就不会进入分裂期
由此他们推测
在成熟的卵细胞的细胞质中
存在一种成熟促进因子简称MPF
1988年又有科学家以非洲爪蟾为材料
分离获得了MPF并证明MPF
是由两种蛋白p32和p45组成的
这两种蛋白结合形成的复合物
具有蛋白激酶的活性
可以使多种蛋白质底物磷酸化
因而证明MPF是一种蛋白激酶
1983年 Evans等科学家发现
在海胆的卵细胞存在两种特殊的蛋白
他们把这种蛋白命名为细胞周期蛋白
现在已经知道这个MPF
就是细胞周期蛋白与
依赖细胞周期蛋白的激酶形成的复合物
其中细胞周期蛋白为调节亚单位
CdK为催化亚基
CdK只有与调节亚基结合之后才会被激活
之前发现的p45是Cyclin B为调节亚基
p32为催化亚基就是CdK
二者结合之后就具有了蛋白激酶的活性
下面我们就来介绍细胞周期蛋白
以及依赖于细胞周期蛋白的激酶也就是Cdk
自从1983年发现细胞周期蛋白以来
已经从各种生物体中
克隆分离了数十种周期蛋白
周期蛋白有什么特点呢
他们在细胞周期的不同时期表达
所执行的功能也是多种多样的
例如 G1期蛋白它只在G1期表达
并且在G1期向S期转化的过程中执行调节功能
如Cycline C D E
有些周期蛋白在间期就表达
但是在M期才发挥调节功能
所以被称为M期周期蛋白
如Cycline A B等
此外 周期蛋白的积累
还能够调节Cdk的活性 例如
在非洲爪蟾的胚胎细胞的细胞周期中
在有丝分裂期
M期周期蛋白的浓度达到了最高
M-Cdk的活性也是最高的
这说明高浓度的周期蛋白
提高了Cdk的活性
而M-Cdk复合物又启动了细胞周期
从G2期向M期的转换
所以 周期蛋白的调控作用
是通过激活Cdk来实现的
不同的周期蛋白结合的CdK也不相同
刚才我们已经讲过Cdk是一种
依赖于细胞周期蛋白的激酶
它本身是不具有活性的
只有与周期蛋白结合之后才能够被激活
并催化靶蛋白磷酸化发挥调控作用
不同的细胞周期蛋白与Cyclin-CdK复合物
可以触发细胞周期的不同事件
这张图显示了细胞周期蛋白
与Cdk复合物的浓度变化
与细胞周期蛋白浓度变化之间的关系
S期与M期的周期蛋白与相应的CdK结合
形成了有活性的复合物S-Cdk和M-Cdk
它们共同调控真核细胞周期的进程
组成了细胞周期的控制系统
例如S-Cdk决定了细胞能否进入S期
M-CdK决定了细胞是否能够进入M期
具体的调控过程可以用这张图来进行说明
例如S期周期蛋白与CdK结合
这样就启动了细胞进入S期
开始DNA的复制
随后S期周期蛋白就降解
另外一组蛋白是M期周期蛋白
及其CdK的复合物
二者结合之后激酶被激活
细胞就进入了M期
开始进行细胞分裂
M期蛋白也随后降解
所以说细胞周期调控的本质就是
不同的CdK与不同的周期蛋白结合
从而触发了细胞周期的不同事件
细胞周期控制系统
是依赖于Cdk的周期性激活
在细胞周期中各时相的有序更迭
和整个周期的运行过程中
Cdk发挥了核心性的调控作用
被称为周期引擎分子
CdK通过调节靶蛋白磷酸化
而调控细胞周期的运行
当然了 CdK的活性受多种因素的综合调节
周期蛋白与CdK结合
只是调控其活性的一个先决条件
-绪论
--绪论
-人物访谈——走进精准医学
-第一节 细胞概述
-第一章 细胞生物学基础--第一节 细胞概述
-第二节 细胞膜与物质的跨膜运输
-第一章 细胞生物学基础--第二节 细胞膜与物质的跨膜运输
-第三节 真核细胞的结构
-第一章 细胞生物学基础--第三节 真核细胞的结构
-第四节 细胞的能量代谢
-第一章 细胞生物学基础--第四节 细胞的能量代谢
-第五节 细胞的分裂与分化
-第一章 细胞生物学基础--第五节 细胞的分裂与分化
-第一节 遗传的分子基础
-第二章 分子生物学基础--第一节 遗传的分子基础
-第二节 基因的表达调控
-第二章 分子生物学基础--第二节 基因的表达调控
-第三节 生物技术及其应用
-第二章 分子生物学基础--第三节 生物技术及其应用
-第四节 人类基因组及其遗传疾病
-第二章 分子生物学基础--第四节 人类基因组及其遗传疾病
-第一节 高等植物体的细胞与组织
-第三章第一节 高等植物体的细胞与组织
-第二节 植物的生长
-第三章 高等植物体的结构与功能--第二节 植物的生长
-第三节 植物的生殖和发育
-第三章 高等植物体的结构与功能--第三节 植物的生殖和发育
-第四节 植物的营养与运输
-第三章 高等植物体的结构与功能--第四节 植物的营养与运输
-第五节 植物生长发育的调控
--3.5.6 乙烯
-第三章 高等植物体的结构与功能--第五节 植物生长发育的调控
-第一节 动物的组织
--4.1.5 软骨
--4.1.6 硬骨
--4.1.7 血液
-第一节 动物的组织--作业
-第二节 消化系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第二节 消化系统
-第三节 呼吸系统
-第三节 呼吸系统--作业
-第四节 循环系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第四节 循环系统
-第五节 内环境的控制
-第四章 高等动物体的结构与功能--第五节 内环境的控制
-第六节 内分泌系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第六节 内分泌系统
-第七节 神经系统与神经调节
-第四章 高等动物体的结构与功能--第七节 神经系统与神经调节
-第八节 生殖与胚胎发育
-第四章 高等动物体的结构与功能--第八节 生殖与胚胎发育
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