普通生物学陈阅增第五章?细胞分裂和分化

细菌染色体分裂时是如何运动的还不知道。

1.纺锤体由成束的微管组成。中心体与纺锤体的形成有关。中心体有两个中心粒,在细胞分裂前复制一次形成两对中心粒。进入前期后,每对中心粒被一层细胞质包围,形成中心体。一般认为中心体是微管形成的中心。中心体周围有放射状排列的微管,形成光学显微镜下可见的星状丝。星状丝和中心体统称为星。起初,两颗恒星在核膜外保持一定的距离。后期初期,由于星间微管的延伸,两颗星被推向相反的两极,与它们之间的微管一起形成两极纺锤体。

2.前期和中期

双层核膜开始破裂,形成散在的小泡,很像散在的内质网膜。核膜下的核纤维层也解聚成核纤维层蛋白。在整个有丝分裂过程中,可以看到核小泡,核小泡分散在纺锤体周围。染色体进一步凝集,变短变粗。纺锤体移动到细胞核原来所在的细胞中心,着丝粒外的动粒通过马达分子与一组特殊的微管——动粒微管相连。与动粒结合的驱动蛋白、驱动蛋白等运动分子沿动粒微管外壁运动,使这一时期的染色体向赤道板聚集。

1.核膜破裂并再生。

2.纺锤体形成

染色体DNA的复制和各种蛋白质的合成发生在间期。染色体中的组蛋白也是在S期合成的。在S期开始前的G1期和S期结束后的G2期,细胞不合成DNA,但此时受损的DNA分子可以修复。细胞进入G1期后,开始为下一次分裂做准备。G1期与DNA复制有关的各种酶明显增多,线粒体、叶绿体和核糖体也增多。内质网更新扩大,高尔基体和溶酶体的数量也增多。动物细胞的两个中心粒相互分离,开始复制。G1期,中心粒被复制形成两对中心粒。微管蛋白和一些与细胞分裂有关的物质也在这一时期大量合成。

有些细胞分化后就不分裂了。比如人的神经细胞出生时停留在G1期,不再分裂。这些细胞被称为C0期细胞,它们脱离了细胞周期的循环。有些细胞,如肝细胞、淋巴细胞,在正常情况下是不分裂的,但在某些因素的作用下,可以恢复分裂能力,重新进入细胞周期。例如,肝脏的一部分被切除后,剩余组织的细胞可以进行剧烈的分裂。有些细胞可以继续分裂,永远不进入G0期,如植物茎尖和根尖中的分生组织细胞,动物骨髓中的造血干细胞等。

可见生物的细胞有的一生都在分裂,有的一旦产生就不会分裂了。所以细胞分裂的复杂过程是由一种调节机制控制的。许多实验证明,细胞周期是由细胞质中的一些化学信号控制的,这些信号存在于人工培养的哺乳动物细胞中。实验表明,当两个处于细胞周期不同阶段的细胞融合时,会形成一个具有两个细胞核的细胞。如果这两个细胞中有一个处于S期,另一个处于G1期,那么G1期的细胞核会立即进入S期,就好像第一个细胞细胞质中的化学物质刺激了第二个细胞一样。同样,如果一个处于M期的细胞与另一个处于M期的细胞融合,第二个细胞立即进入M期,其染色质浓缩形成纺锤体。

在间期,染色质以极细的串珠状细丝的形式存在,珠子是由组蛋白和包裹在它周围的DNA组成的核小体。在有丝分裂期间,这些细长的染色质细丝卷曲并折叠,成为光学显微镜下可见的染色体。着丝粒位于染色体的狭窄部位,即主缢痕。着丝粒即染色质,是染色体复制的最后一部分。着丝粒和主缢痕在每条染色体上的位置被确定。

着丝粒是DNA分子中一种特殊的序列(重复序列)。在高等生物中,在着丝粒之外,也就是在光学显微镜下看到的主缢痕周围,还有另一种结构,即着丝点。游动微管和微管(游动微管)的结合起着将染色体排列在纺锤体中心的作用。

真核细胞的染色体都是线形的,末端有一种特殊的结构叫做端粒。实验表明,端粒序列对于正常的DNA复制非常重要。

在二倍体生物中,每对染色体的两个成员,一个来自父亲,另一个来自母亲,具有相同的形状和大小。这两条被称为同源染色体。

1.细胞分化

3.细胞全能性和干细胞

多细胞个体的细胞都来自受精卵。有丝分裂的精确机制使得每个细胞都有一套完整的遗传信息。在分化的动植物细胞中,其细胞核仍具有全能性,但至今无法使动物体的细胞形成完整的个体。

在植物的成体中,分生组织一直存在,即使分化的细胞在受到刺激后也会恢复其分生能力。例如,在受伤的表面,薄壁组织恢复细胞分裂并形成愈伤组织。在动物体内,随着胚胎的发育,细胞逐渐失去发育成个体的能力。只有少数细胞仍然具有分化成其他细胞类型并构建组织和器官的能力。这些细胞被称为干细胞。受精卵和早期卵裂球细胞具有发育成完整个体的能力,是全能干细胞。当胚胎发育成胚泡时,其干细胞具有分化成各种细胞类型的能力,是多能干细胞。干细胞也存在于一些动物的成年组织中。它们具有分化成某些组织细胞类型的能力,这些细胞被称为组织干细胞。

红骨髓中有一种组织干细胞可以分化成各种血细胞,这就是多能干细胞。一方面,它可以通过有丝分裂自我更新,另一方面,它可以转化为淋巴干细胞和骨髓干细胞。淋巴干细胞分化为T细胞和B细胞。骨髓干细胞分化成红细胞、各种白细胞和血小板。当产生白细胞的干细胞癌变时,就会发生白血病。这是一种致命的疾病。尽量破坏患者癌变的骨髓细胞,然后将合适供体的骨髓或从骨髓中分离出的多能干细胞移植到患者体内,这是对白血病的一种治疗方法。

一种很有前途的血液病治疗方法。

从非常年轻的哺乳动物胚胎中分离的胚胎干细胞(ES细胞)具有重要意义。ES细胞在胚胎中可以分化产生各种结构,因此在医学上具有重要的应用价值。