有絲分裂的總述和不同階段特點(diǎn)
生命活動(dòng)的基本單位——細(xì)胞
細(xì)胞分裂 是生命體將遺傳物質(zhì)準(zhǔn)確傳遞給下一代、保持正常運(yùn)作的重要機(jī)體活動(dòng)。可分為前中后間等階段。是生物學(xué)的重要基礎(chǔ)知識。本文主要對有絲分裂的不同時(shí)期細(xì)胞的變化進(jìn)行分析。
有絲分裂 - 概述
有絲分裂
真核生物是細(xì)胞分裂的基本形式。又稱間接分裂、核分裂。在這種分裂過程中出現(xiàn)由許多紡錘絲構(gòu)成的紡錘體，染色質(zhì)集縮成棒狀的染色體 。1882年W.弗勒明最先將此種分裂方式命名為有絲分裂。通過有絲分裂,作為遺傳物質(zhì)的(DNA)得以準(zhǔn)確地在細(xì)胞世代間相傳。通過有絲分裂和才能實(shí)現(xiàn)組織發(fā)生和個(gè)體發(fā)育。致癌因子通過使有絲分裂的調(diào)控失常而導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。
細(xì)胞在進(jìn)行有絲分裂時(shí)，核和胞質(zhì)都發(fā)生形態(tài)上的變化，稱有絲分裂期。兩次有絲分裂之間稱為分裂間期。有絲分裂期和間期合起來稱。有絲分裂的準(zhǔn)備工作,例如DNA復(fù)制 、組蛋白合成、微管蛋白合成、能量準(zhǔn)備等都是在間期進(jìn)行的。
動(dòng)植物的許多組織細(xì)胞都進(jìn)行有絲分裂。特別是胚胎發(fā)育時(shí)期細(xì)胞的有絲分裂旺盛。高等植物的根尖和莖端分生組織，高等動(dòng)物的骨髓和一些上皮組織，都是觀察有絲分裂現(xiàn)象的適宜部位。
有絲分裂 - 過程
前期
細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂具有周期性。即連續(xù)分裂的細(xì)胞，從一次分裂完成時(shí)開始，到下一次分裂完成時(shí)為止，為一個(gè)細(xì)胞周期。一個(gè)細(xì)胞周期包括兩個(gè)階段：分裂間期和分裂期。
細(xì)胞在進(jìn)行有絲分裂時(shí)，核和胞質(zhì)都發(fā)生形態(tài)上的變化，稱有絲分裂期。有絲分裂過程是一個(gè)連續(xù)的過程，為了便于描述人為的劃分為六個(gè)時(shí)期：間期(interphase)、前期(prophase)、前中期(premetaphase)、中期(metaphase)、后期(anaphase)和末期(telophase)。其中間期包括G1期、S期和G2期，主要進(jìn)行DNA復(fù)制等準(zhǔn)備工作。
①前期。自分裂期開始到核膜解體為止的時(shí)期。間期細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂前期時(shí)，核的體積增大，由染色質(zhì)構(gòu)成的細(xì)染色線逐漸縮短變粗，形成染色體。因?yàn)槿旧w在間期中已經(jīng)復(fù)制，所以每條染色體由兩條染色單體組成。核仁在前期的后半漸漸消失。在前期末核膜破裂，于是染色體散于細(xì)胞質(zhì)中。動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂前期時(shí)靠近核膜有兩個(gè)中心體。中心體放射出星體絲，即放射狀微管。帶有星體絲的兩個(gè)中心體逐漸分開，移向相對的兩極。核膜破裂后形成兩極之間的紡錘體。
中期
②前中期。自核膜破裂起到染色體排列在赤道面上為止。前中期的主要過程是紡錘體的最終形成和染色體向赤道面的運(yùn)動(dòng)。紡綞體有兩種類型：一為有星紡錘體，即兩極各有一個(gè)以一對中心粒為核心的星體，見于絕大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞和某些低等植物細(xì)胞。一為無星紡錘體。兩極無星體，見于高等植物細(xì)胞。
有星紡錘體含有3種紡錘絲，即三種微管。一種是星體微管，由星體散射出的微管;二是極微管，是由兩極分別向相對一極方向伸展的微管。三是動(dòng)粒微管，與動(dòng)粒聯(lián)結(jié)的微管，亦稱動(dòng)粒絲或牽引絲。無星紡錘體只有極微管與著絲點(diǎn)微管。
核膜破裂后染色體分散于細(xì)胞質(zhì)中。每條染色體的兩條染色單體其動(dòng)粒分別通過動(dòng)粒與兩極相連。由于極微管和動(dòng)粒微管之間的相互作用，染色體向赤道面運(yùn)動(dòng)。最后各種力達(dá)到平衡，染色體乃排列到赤道面上。
③中期。從染色體排列到赤道面上，到它們的染色單體開始分向兩極之前，這段時(shí)間稱為中期。有時(shí)把前中期也包括在中期之內(nèi)。中期染色體濃縮變粗，顯示出該物種所特有的數(shù)目和形態(tài)。
后期
④后期。每條染色體的兩條姊妹染色單體分開并移向兩極的時(shí)期。分開的染色體稱為子染色體。子染色體到達(dá)兩極時(shí)后期結(jié)束。子染色體向兩極的移動(dòng)是靠紡錘體的活動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。
⑤末期。從子染色體到達(dá)兩極開始至形成兩個(gè)子細(xì)胞為止稱為末期。此期的主要過程是子核的形成和細(xì)胞體的分裂。子核的形成大體上是經(jīng)歷一個(gè)與前期相反的過程。到達(dá)兩極的子染色體首先解螺旋而輪廓消失，其周圍集合核膜成分，融合而形成子核的核膜，核內(nèi)出現(xiàn)核仁。
細(xì)胞體的分裂稱胞質(zhì)分裂。動(dòng)物和某些低等植物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂是以縊束或起溝的方式完成的。高等植物細(xì)胞的胞質(zhì)分裂是靠細(xì)胞板的形成。細(xì)胞板逐漸擴(kuò)展到原來的細(xì)胞壁乃把細(xì)胞質(zhì)一分為二。
有絲分裂期所用時(shí)間，因生物和細(xì)胞的種類不同而有很大差別。一般要1～3小時(shí)，但快者有10多分鐘就可完成，慢者需5～6個(gè)小時(shí)，甚至更長時(shí)間。通常，胚胎發(fā)生早期細(xì)胞分裂快，而成體組織細(xì)胞分裂慢。
在有絲分裂期中通常是前期和末期時(shí)間較長，而中期和后期時(shí)間較短。
許多理化因素都影響有絲分裂過程。對于植物和低等動(dòng)物的細(xì)胞，在一定范圍內(nèi)(約8~25℃)溫度越低，細(xì)胞周期越長，有絲分裂過程也越慢。接近零度的低溫可抑制紡鍾體的形成，使細(xì)胞受阻在有絲分裂中期。電離輻射，如X射線和γ射線能抑制細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂。許多化學(xué)藥物都有抑制有絲分裂的作用，如秋水仙素、對二氯苯等。促進(jìn)有絲分裂的化學(xué)物質(zhì)有植物凝集素、赤霉素等。
有絲分裂 - 動(dòng)植物的不同
動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂
動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂的過程，與植物細(xì)胞的基本相同，不同的特點(diǎn)是：
1.動(dòng)物細(xì)胞有中心體，在細(xì)胞分裂的間期，中心體的兩個(gè)中心粒各自產(chǎn)生了一個(gè)新的中心粒，因而細(xì)胞中有兩組中心粒。在細(xì)胞分裂的過程中，兩組中心粒分別移向細(xì)胞的兩極。在這兩組中心粒的周圍，發(fā)出無數(shù)條放射線，兩組中心粒之間的星射線形成了紡錘體。
2.動(dòng)物細(xì)胞分裂末期，細(xì)胞的中部并不形成細(xì)胞板，而是細(xì)胞膜從細(xì)胞的中部向內(nèi)凹陷，最后把細(xì)胞縊裂成兩部分，每部分都含有一個(gè)細(xì)胞核。這樣，一個(gè)細(xì)胞就分裂成了兩個(gè)子細(xì)胞。
有絲分裂 - 分裂機(jī)制
染色體的集縮 構(gòu)成染色體的細(xì)線在分裂前期縮短變粗，染色體的這種集縮運(yùn)動(dòng)是通過染色線的螺旋化實(shí)現(xiàn)的。染色質(zhì)濃縮過程和細(xì)胞質(zhì)中的某些因素有關(guān)。如果用實(shí)驗(yàn)方法使分裂期細(xì)胞與間期細(xì)胞融合，可以觀察到間期細(xì)胞染色質(zhì)會(huì)提前集縮成染色體。這說明分裂期細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中有某種物質(zhì)能促使染色體集縮。
紡錘體的形成
由微管蛋白聚合成紡錘體微管的過程。微管蛋白的聚合有兩種基本形式：一種是自我裝配型，另一種是位點(diǎn)起始裝配型，后者有特殊位點(diǎn)做為聚合的起始部位，前者沒有這種特殊位點(diǎn)。形成紡錘體時(shí)的位點(diǎn)統(tǒng)稱為“微管組織中心”(MTOC)。中心體和著絲點(diǎn)都是MTOC，它們在離體情況下都能表現(xiàn)出使微管蛋白聚合成微管的能力。紡錘體的形成顯然和這些MTOC的活動(dòng)是分不開的。
中期染色體運(yùn)動(dòng)
分裂后期
用藥物(秋水仙素、巰基乙醇等)破壞紡錘體，則染色體不能排列到赤道面，除去藥物后，紡錘體重新形成，則染色體又能排列到赤道面，由此可見，染色體向赤道面的排列和紡錘體的活動(dòng)有關(guān)。由輻射損傷或其他原因造成的沒有著絲點(diǎn)的染色體斷片不能排列到赤道面上。因此說明，染色體向赤道面的排列和著絲點(diǎn)的活動(dòng)有關(guān)。用微束紫外線照射時(shí)二價(jià)體的一側(cè)著絲點(diǎn)或著絲點(diǎn)絲，則染色體不能正好位于赤道面，而偏近于未受照射的著絲點(diǎn)所面向的一極。這說明染色體在赤道面的配位必須兩個(gè)著絲點(diǎn)及與兩極相連的兩側(cè)著絲點(diǎn)絲都正常地發(fā)揮作用。根據(jù)以上事實(shí)和其他觀察，推測在前中期時(shí)兩個(gè)著絲點(diǎn)分別以著絲點(diǎn)絲與兩極相連，靠兩極牽引力的平衡，使染色體位于赤道面上。除這種牽引平衡的力量外，還可能有其他一些因素起輔助作用。
后期染色體運(yùn)動(dòng)
后期時(shí)兩組子染色體向兩極移動(dòng)，而在有些細(xì)胞兩極也被推開更遠(yuǎn)。關(guān)于這種運(yùn)動(dòng)的機(jī)制尚無定論。后期時(shí)著絲點(diǎn)微管在向極的末端不斷解聚，因而逐漸變短。這可能是使染色體被拉向兩極的重要原因。 因?yàn)樵隗w外實(shí)驗(yàn)中給模型細(xì)胞添加O以阻抑微管的解聚時(shí)，則染色體向兩極移動(dòng)過程停止，反之，如果添加少量秋水仙素以促使微管解聚速度加快，則染色體向兩極移動(dòng)速度也加快。有些細(xì)胞在分裂后期兩極分開更遠(yuǎn)可能是由下述機(jī)制造成的：來自兩極的極微管在赤道區(qū)互相重疊，微管蛋白在它們的自由末端聚合而使微管加長。這些重疊的來自兩極的微管互相滑動(dòng)，使兩極推開更遠(yuǎn)。
有絲分裂 - 意義
有絲分裂的重要意義，是將親代細(xì)胞的染色體經(jīng)過復(fù)制(實(shí)質(zhì)為DNA的復(fù)制)以后，精確地平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中去。由于染色體上有遺傳物質(zhì)DNA，因而在生物的親代和子代之間保持了遺傳性狀的穩(wěn)定性。可見，細(xì)胞的有絲分裂對于生物的遺傳有重要意義。
關(guān)于細(xì)胞分裂所涉及的蛋白、因子、細(xì)胞骨架、基因突變等研究已漸成熱點(diǎn)，為此，生物幫特別盤點(diǎn)了2012年相關(guān)的國內(nèi)外科研進(jìn)展 ，以及細(xì)胞周期 的專題，希望能對大家全面了解這方面的資訊和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有所幫助。
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