人体结构:有丝分裂

二、有丝分裂



有丝分裂是人体体细胞增殖的主要方式,由一系列高度有序的阶段组成,我们称之为细胞周期。细胞周期是指细胞从前一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的连续过程。



每一细胞周期包括分裂间期和分裂期(M期)。分裂间期又分为合成前期(G1期)、合成期(S期)、合成后期(G2期);分裂期以染色体的变化过程为依据,又可分为前期、中期、后期、末期。细胞周期中各期所需的时间不同,分裂间期所需要的时间要远多于分裂期的时间(图1-11);而且不同的细胞以及机体发育的不同阶段,细胞周期所经历的时间也不同。如早期胚胎细胞完成一个细胞周期只需几十分钟,肝细胞和肾实质细胞则需要1~2年。




图1-11 细胞周期和细胞增殖活动


1.分裂间期分裂间期是指细胞从上次分裂结束到下一次分裂开始之间的阶段,是细胞周期的重要阶段。以DNA的合成为标志,分裂间期分为三个时期:



(1)合成前期(G1期):是指有丝分裂完成后与S期开始之前的时期。G1期主要进行RNA、蛋白质和糖类的生物合成。



在正常细胞的G1期晚期有一个特殊的调节点,叫作限制点(restriction point,R点),是控制细胞周期G1期进入S期的调节点。R点调控着细胞增殖活动的进程。由于R点的限制作用,在细胞群体中出现三种不同增殖活性的细胞(图1-11):①不分裂细胞(无增殖力细胞),这类细胞始终处于G1期,丧失增殖能力,经分化、衰老直至死亡。如角化的上皮细胞、神经细胞、肌细胞、成熟的红细胞等。②休眠细胞(G0期细胞),这类细胞长时间处于G1期,没有越过R点,处于暂不增殖状态。当其他细胞损伤、死亡需要修复时,进入增殖状态,如肝细胞和肾细胞等。③增殖细胞,这类细胞始终保持旺盛的分裂能力,不断地离开G1期进入S期,补充衰老、死亡的细胞,保证组织的更新。如胚胎细胞、骨髓干细胞、表皮细胞等。



(2)合成期(S期):也称为DNA合成期,主要进行DNA的复制,使细胞内DNA的含量增加一倍,以保证细胞分裂的需要。S期是整个细胞周期中最关键的时期。同时,还不断地合成蛋白质(组蛋白和非组蛋白)、RNA以及与DNA复制相关的酶。



(3)合成后期(G2期):是指从DNA复制完成到有丝分裂之前的时期。在G2期加速合成RNA和有丝分裂相关的蛋白质(如微管蛋白)。



各种细胞器的增生都是在细胞分裂之前的间期发生的。



2.分裂期(M期)从G2期结束到形成两个子细胞的时期称为有丝分裂期(M期),M期在细胞周期中所占时间很短,但细胞的形态结构变化最大。根据细胞的这些变化可将有丝分裂期分为前期、中期、后期和末期(图1-12)。



(1)前期:从染色质卷曲凝集成染色体到核膜破裂,这个时期称为前期。前期主要的变化是染色体形成、核仁和核膜消失、中心体分成两组并分开移向细胞的两极。



(2)中期:中期的主要特征是各条染色体排列在赤道板面上。在分裂前期末,染色体在动粒微管的作用下,逐渐向细胞的赤道面移动,纺锤体形成。中期染色体浓缩程度最高,具有典型的形态,每条染色体含两条染色单体,通过着丝粒将两条染色单体连接起来,是研究染色体结构的理想时期。



(3)后期:后期是从染色体着丝粒纵裂到姐妹染色单体移动到达两极的时期。其主要特征是染色体分离并向两极移动。



(4)末期:末期是从染色体到达两极后直到形成两个子细胞的时期。其主要特点是纺锤丝消失,细胞核、核膜、核仁重新出现,细胞膜以横溢的方式将细胞分成两部分,形成两个新的细胞,每个子细胞获得相同数目的整套染色体。



进行有丝分裂的细胞经过连续的分裂过程,在间期内增加了一倍的染色体(DNA)平均分到两个新的细胞中,因此每个子细胞的染色体数与原来的母细胞完全相同,使子细胞和母细胞的遗传信息保持一致性,从而保证了细胞遗传性状的稳定。




图1-12 M期细胞分裂过程


三、减数分裂



减数分裂是配子细胞发生的两次连续分裂(图1-13)。




图1-13 减数分裂各时期


1.第一次减数分裂(减数分裂Ⅰ)其过程比较复杂,包括以下各期:



(1)间期:完成DNA的复制。



(2)前期:前期变化最复杂,时间长。分为细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期五个时期。



在细线期,染色质凝集成染色体;在偶线期,同源染色体两两配对,称为联会;在粗线期,每对同源染色体形成四分体,同时非姐妹染色单体之间发生某些片段的断裂和互换;在双线期,同源染色体分开;在终变期,核仁、核膜消失,纺锤体形成。



(3)中期:各四分体排列在赤道面上,四分体的着丝点与纺锤丝相连。



(4)后期:同源染色体彼此分开,而非同源染色体则随机组合,被纺锤丝拉向两极。每一极获得同源染色体的一条,即二分体。



(5)末期:各二分体移至两极后,解旋、伸展,核膜重新形成。分裂后形成的两个子细胞中,染色体比母细胞减少一半。以人来说,每个子细胞只含有23条染色体。



2.第二次减数分裂(减数分裂Ⅱ)其过程与有丝分裂的M期相似,只是间期的时间很短,且没有DNA的复制。



减数分裂完成后,形成的精子或卵细胞中,染色体数目比原来的初级精母细胞或初级卵母细胞减少一半,成为单倍体(人的单倍体细胞染色体数目为23条),当精子与卵细胞结合成受精卵后,又恢复到二倍体(人的二倍体细胞染色体数目为46条),保持了物种遗传的稳定性。而染色体之间的互换和非同源染色体之间的随机组合,使遗传基因重新组合,扩大了生物变异的范围,增强了生物对外界环境的适应能力。



练习题



1.名词解释:细胞染色质(或染色体)细胞周期



2.简述细胞的基本结构。



3.列表描述细胞内主要细胞器的主要结构和功能。



(刘求梅)

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吾生也有涯,而知也无涯。——庄子