细胞周期调控 — AP 生物学
1. 细胞周期检查点 ★★☆☆☆ ⏱ 4 min
细胞周期检查点是分子监视机制,会根据内外条件是否适合分裂,决定暂停还是推进细胞周期进程。AP生物学考试常考三个核心检查点:G1(限制)检查点、G2/M检查点,以及纺锤体组装(M)检查点。
G1检查点发生在G1期末,即将进入S期(DNA复制)之前。它检查细胞大小是否足够、营养是否充足、是否存在生长因子,以及DNA是否完整。条件不满足、未通过检查点的细胞会进入G0,这是一种不分裂的静止状态;若DNA损伤无法修复,则会触发细胞凋亡(程序性细胞死亡)。G2/M检查点发生在G2期末、有丝分裂开始前,确认所有DNA都已完成复制和修复。纺锤体组装检查点发生在中期、后期开始前,检查所有染色体动粒是否正确连接到来自两极的纺锤体微管,以防止不分离(染色体分离错误)。
Exam tip: 将异常事件对应到检查点时,始终要把异常和检查点之后发生的事件关联,而非之前的事件。不要混淆G1检查点(复制前检查)和G2检查点(复制后、有丝分裂前检查)。
2. 周期蛋白与周期蛋白依赖性激酶(Cdks) ★★★☆☆ ⏱ 4 min
细胞周期能否通过检查点,由两类核心蛋白的相互作用调控:周期蛋白和周期蛋白依赖性激酶(Cdks)。这种调控机制在真核生物中高度保守,是考试的高频考点。
Cdks是激酶,在细胞中浓度恒定稳定,但只有结合对应的周期蛋白后才会激活。周期蛋白是调控蛋白,其浓度在细胞周期中呈可预测的周期性波动,这也是其名称的由来。当周期蛋白结合Cdk后,Cdk激活,磷酸化靶蛋白,推动细胞通过对应检查点。
考试最常考的例子是MPF(M期促进因子),它是有丝分裂周期蛋白和有丝分裂Cdk形成的复合物。有丝分裂周期蛋白的浓度在G1和G2期逐渐升高,在G2期末达到峰值,有丝分裂结束后骤降。激活的MPF通过磷酸化相关蛋白,引发核膜解体和染色体浓缩,从而触发细胞进入有丝分裂。有丝分裂结束后,周期蛋白被降解,MPF解离,Cdk回到失活状态。
Exam tip: 考试最常考的模式差异是:周期蛋白浓度会变化,而Cdk浓度不变。
3. 细胞周期调控异常与癌症 ★★★☆☆ ⏱ 3 min
当细胞周期调控失效,不受控制的细胞分裂会导致癌症,这种疾病的特征是生长失控和转移(扩散到其他组织)。区分两类与癌症相关的主要基因,是AP生物学的核心学习目标。
原癌基因是正常的未突变基因,编码刺激正常细胞生长和分裂的蛋白(它们相当于细胞周期的"油门")。当原癌基因发生功能获得性突变后,就会成为癌基因,产生过度激活或过表达的蛋白,即使没有生长因子也能刺激细胞分裂。只需一个基因拷贝发生突变就会产生这种效应。
肿瘤抑制基因是正常基因,编码抑制细胞分裂、修复DNA损伤,或触发不可修复损伤细胞凋亡的蛋白(它们相当于细胞周期的"刹车")。需要两个拷贝都发生功能丧失性突变,才能消除其保护功能。最著名的例子是*TP53*,编码p53蛋白的基因,p53蛋白在G1检查点发挥作用,检测DNA损伤。
Exam tip: 记住:功能获得性突变 = 癌基因(来自原癌基因),功能丧失性突变 = 失活的肿瘤抑制基因。不要将突变类型和基因类别混淆。
4. AP风格概念检测练习 ★★★★☆ ⏱ 3 min
Common Pitfalls
Why: 学生混淆命名规则:周期蛋白正是因为周期性波动得名,但由于两者共同调控,学生常常颠倒模式
Why: 学生混淆G2/M检查点和M纺锤体检查点的位置和功能,把两个和M相关的检查点归为一类
Why: 学生忘记原癌基因是正常未突变形式,只有突变后的版本才是癌基因
Why: 学生将DNA损伤的结果,和条件不满足时G1检查点的默认结果混淆
Why: 学生记住了MPF和有丝分裂周期蛋白相关,但忘记它是推动分裂的活性复合物