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细胞周期与细胞分裂笔记,包含细胞周期同步化、有丝分裂、减数分裂、特殊的细胞周期几部分内容,值得收藏!
编辑于2022-05-17 23:27:37细胞周期与细胞分裂
细胞分裂
高等生物有丝分裂
前期
染色质高度螺旋化形成染色体,每条染色体中并列两条染色单体,在光镜下可见。 染色体杂乱的分布于核内。 核仁解体并逐渐消失。 细胞质中微管解聚,形成大量微管蛋白单体,以供纺锤体的形成。 动物细胞中每对中心粒与周围的细胞质共同形成中心体,分立细胞两极形成微管组织中心,放射出微管,即星体微管,纺锤体开始形成。
Smc蛋白(A)及其黏连蛋白( Smc1/3(B)、凝缩蛋白( Smc2/4)(C)异二聚体的作用
动物细胞中心体的复制与细胞周期 的关系
前中期
核纤层蛋白磷酸化,使核纤层解聚,核膜解体,形成分散的小泡分布于纺锤体周围,纺锤体移动至原细胞核位置。纺锤体极间微管部分与染色体动粒相连,形成动粒微管。染色体在与其结合的分子马达及微管聚合与解聚的作用下,做往复运动,最终排列于纺锤体中央的赤道面中。
纺锤体结构与组装过程
中期
染色体着丝粒定位于细胞中央的赤道面上,位于纺锤体中央,形态固定,纺锤体呈经典纺锤样。
后期
姐妹染色单体分开,染色体数目加倍。染色单体在动粒微管的牵引下,等速向细胞两极移动,接近细胞两极时,动粒微管缩短,极间微管伸长,纺锤体两极间距增大。
细胞有丝分裂后期由ATP驱动的马达蛋白沿微管向极部运动试染色体分开
末期:染色体到达细胞两极,平均分配,动粒微管消失。核纤层蛋白去磷酸化,重新组装,介导核膜重现。染色体去螺旋化,形成染色质。核仁重现,核分裂结束。
质分裂中各个时相的变化
(1)动物细胞(收缩环) 微丝与肌球蛋白在细胞赤道面上形成收缩环,微丝收缩使细胞膜垂直于纺锤体方向内陷,形成分裂沟并不断加深,最终形成两个子细胞。 (2)植物细胞(细胞板) 残留的纺锤体微管在赤道面附近聚集,形成圆柱状成膜体。高尔基体、内质网等膜泡向成膜体聚集,融合形成细胞板,膜泡中的多糖等生物大分子用于形成新的胞间层或初生壁,膜泡的膜形成新的细胞膜。膜泡不断聚集,细胞板不断延伸,与原细胞板、细胞膜相融合,形成两个完整的子细胞。
减数分裂
减数分裂是特殊的有丝分裂,发生于生殖细胞成熟后产生配子的过程中。其特点为 DNA只复制一次而细胞连续分裂两次,形成四个子细胞,子细胞中染色体数目减半。减数分裂是连续的过程,人为划分为减数 I 次分裂和减数 II 次分裂两个阶段,每个阶段包含与有丝分裂类似的五个时相。
减数分裂过程图解
减数 I 次分裂
间期 I
减I间期时间较长,且S期DNA复制不完整,复制过程延续到前期I。
前期 I
前期I(细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期) ①细线期:染色质螺旋化形成染色体,每条染色体上并排排列两个染色单体,染色体呈线状,不易观察。 ②偶线期(联会):同源染色体配对,开始联会,形成联会复合体。配对的一对同源染色体包含四条染色单体,又称四分体。同时 DNA 完成复制。 ③粗线期(交换):同源染色体联会完成,同源染色体上的非姐妹染色单体之间有可能发生DNA片段的交换。同时染色体形态变粗变短。 ④双线期(交叉):同源染色体交换完成,四分体中,同源染色体走向分离,非姐妹染色单体分开,但有些片段仍然连接在一起,形成交叉结。 ⑤终变期:染色体高度螺旋化,核仁解体,核膜消失,纺锤体形成,交叉结数量减少,向染色体端部移动,称为端化。
前中期 I
中期 I
每条染色体都排布于赤道面两侧,动粒与纺锤体动粒微管相结合,姐妹染色单体着丝粒定位于染色体同一极,称为联合定向。
后期 I
同源染色体分离,向细胞两极移动,但着丝粒不分开。四分体中,每条染色体移向哪一极是随机的。
末期 I
细胞质分裂,染色体解聚,核仁、核膜重现,形成两个子细胞,染色体数目不变。
减数Ⅱ次分裂
间期II
减I与减Ⅱ之间的间期Ⅱ间隔极短甚至没有,且不进行 DNA的合成。
分裂期II
与有丝分裂过程类似,分为前期、前中期、中期、后期、末期五个时相。 通过一次DNA复制与连续两次分裂,形成四个子细胞,每个子细胞中染色体数目为体细胞的一半。 一个精母细胞通过减数分裂形成四个精子。 一个卵母细胞通过减数分裂形成一个卵子与三个极体。
意义
(1)使有性生殖生物染色体数量与特征保持世代间相对稳定。减数分裂中,染色体只复制一次,而细胞连续分裂两次,使子细胞染色体数目减半。有性生殖时通过配子结合的受精作用形成受精卵,使染色体数目恢复与体细胞相同。体现出稳定性。 (2)使有性生殖生物的遗传多样性增加,对环境的适应性增强。无需突变,增加遗传多样性的方式: ①减数分裂中,同源染色体随机分配同源染色体分离,非同源染色体自由组合,增加配子染色体的多样性。是基因的分离、自由组合定律的基础。 ②减数分裂中,同源染色体上的非姐妹染色单体间交换 DNA 片段。即同源重组,为形成新的等位基因创造条件,是基因的连锁互换定理的基础。 ③精子、卵子的自由结合。
细胞增殖的基本方式:无丝分裂、有丝分裂、减数分裂 1.无丝分裂 无丝分裂过程相对简单,分裂时不出现纺锤体和染色体,如蛙的血红细胞。其基本过程为,细胞核延长,核中部内陷,缢裂为两个细胞核。进而细胞从中部缢裂为两部分,形成两个子细胞。 2.有丝分裂 有丝分裂是真核细胞中最常见的分裂方式,其特点为分裂时出现纺锤体,子细胞中染色体平均分裂。有丝分裂是连续的过程,人为的分为前期、前中期、中期、后期、末期五个时相,包括核分裂与质分裂两个连续的过程。
有丝分裂与减数分裂的异同
(1)相同点:都是真核生物细胞分裂的方式;都会出现纺锤体与染色体;都会将遗传物质均等的分配给子细胞。 (2)不同点 ①有丝分裂发生在体细胞增殖的过程中。减数分裂发生于生殖细胞产生配子的过程中。 ②有丝分裂时,DNA 复制一次,细胞分裂一次,两个子细胞与亲代染色体数目相同。减数分裂时,DNA 复制一次,细胞连续分裂两次,结果形成四个子细胞,染色体数目减半。 ③有丝分裂只有一个间期,间期 DNA 完全复制。减数分裂有两个间期,第一个时间较长,完成大多数 DNA 的复制,并延续到前期;第二个时间较长甚至没有,不进行 DNA 复制。 ④有丝分裂中无遗传物质的交换。减数分裂中发生同源染色体配对,非姐妹染色单体间可交叉互换,进行同源重组。
比较
细胞周期
细胞周期概述
细胞增殖是指,细胞数量增加的过程,细胞以分裂的方式增殖。 (1)单细胞生物通过分裂产生新的个体。 (2)多细胞生物通过分裂产生新的细胞,用以补充体内衰老与死亡的细胞。 (3)受精卵通过分裂和分化形成有机体。
细胞周期中各不同时相及其主要事件
细胞周期是指,连续分裂的细胞从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的过程。人为的将细胞周期分为 G1、S、G2、M 四个时相。 G1期:合成细胞分裂所需的营养物质,细胞器增殖,中心体开始复制,染色质去凝集化。不同生物的细胞周期以 G1 期差异最大。 S 期:主要进行 DNA 与组蛋白的合成。 G2期:DNA 合成完成,中心体复制完成,为进入 M 期做准备。 M 期:细胞分裂期,包括核分裂与质分裂,将遗传物质平均分配于两个子细胞中。
细胞周期示意图
细胞周期检查点及其主要事件
从增殖的角度,将细胞分为三类: (1)周期细胞:拥有完整的细胞周期,并连续分裂的细胞。 (2)静止期细胞:又称 G0 期细胞,暂时脱离细胞周期,不进行分裂增殖。但在一定的刺激下能够重新进入细胞周期的细胞。例如成纤维细胞。细胞转化为 G0 期细胞多发生在 G1期。 (3)终端分化细胞:分化程度很高,一但形成,终生不再分裂。例如哺乳动物成熟的红细胞。
细胞周期的测定
1.脉冲标记 DNA 复制与细胞分裂指数观察测定法 主要用于细胞种类简单,细胞周期相对较短,细胞组织均一的群体。主要过程为:用放射性同位素 3H-TdR 标记细胞,之后换为正常培养基继续培养,每隔一段时间定期取样,做放射性自显影观察,从而确定细胞周期的长短。 优点:不仅能够测定细胞周期的总时间,还可以测定各个时相所占的时间,其结果分析直截了当。 缺点:①放射性同位素对环境、设备、人员要求较高。②不适用于组成复杂的细胞群体。 2.流式细胞仪测定法 细胞中各个时相的 DNA 含量不同,利用流式细胞仪检测细胞中 DNA 的含量变化,从而确定不同时相所占时间的长短。通过细胞周期同步化与之配合,即可可靠的检测细胞周期的长短
细胞周期同步化
细胞周期同步化是指,通过自然或人为的选择、诱导,使细胞群中所有细胞处于细胞周期中同一时相的过程
有丝分裂选择法 细胞群经单层培养可获得一定数量的 M 期细胞,将细胞单层培养使之处于对数期增殖,此时细胞分裂活跃,形态变圆,粘着性降低。从而分离出同步化的细胞。 优点:不受到特异性药物影响,同步化程度高。 缺点:分离出的细胞数量较少。 密度梯度离心选择法 依据不同时相细胞在体积与重量上的差异进行离心分离,以获取不同时相的同步化细胞。 优点:操作简单,成本低。 缺点:效率低,精度差,对大多数种类不适用。 DNA 合成阻断法 用 DNA 合成抑制剂处理细胞,使 DNA 合成受到抑制,而不影响 S 期以外的细胞,故所有的细胞终将停止在 G1/S 期交界处。 优点:同步化效率高,适用面广。 缺点:诱导过程可能使细胞非均衡生长。 中期阻断法 用秋水仙素处理细胞,抑制纺锤体形成,细胞阻断于有丝分裂中期。 优点:同步化效率高,适用面广,操作简单。 缺点:抑制剂对细胞损伤较大。
从培养细胞中收集M期细胞的同步化 方法
特殊的细胞周期
芽殖酵母细胞周期
裂殖酵母的细胞周期
植物细胞的有丝分裂
细菌的细胞周期