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课程: 生物 > 单元 12

课程 2: 细胞周期和有丝分裂
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细胞分裂
细胞周期和有丝分裂
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细胞周期的各个阶段

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细胞周期由间期（G₁，S，和 G₂ 阶段）组成，然后是有丝分裂期（有丝分裂和胞质分裂）和G₀ 阶段。

介绍

你看到过一只毛虫变成蝴蝶吗？如果有，你也许熟悉生命周期的概念。蝴蝶有神奇的生命周过渡—从看似低级的毛虫变成美丽的会飞的蝴蝶。其他物种，从人类到植物到细菌，也有生命周期：一系列的从出生到繁殖的变化过程。
细胞周期可以视为细胞的生命周期，换言之，这是一系列增长和发展步骤，在“出生”之间——由母细胞——和生殖——分裂形成细胞，以形成两个新子细胞。

细胞周期的阶段

为了分裂，细胞需要完成重要的任务：增长，复制遗传物质（DNA），并分裂成两个子细胞。细胞规律有序地完成生命周期。由于这是一个周期而不是线性过程，在周期的最后两个子细胞可以重新开始一样的周期。
在真核细胞中，或有细胞核的细胞，细胞周期分为两个主要阶段：间期和有丝分裂期（M）
  • 在 间期, 细胞生长并复制DNA。
  • 在有丝分裂期（M）, 细胞分裂成两个并分裂细胞质, 形成两个新细胞。

间期

我们从母细胞分裂开始探究细胞周期。新形成的细胞想要生长和分裂需要完成什么呢？分裂的准备有这几步：
  • Gstart subscript, 1, end subscript 期. 在 Gstart subscript, 1, end subscript 期间, 也叫做第一间期, 细胞长大, 复制基因，合成后续需要的分子。
  • S期. 在S期, 细胞在核内复制一个完整的DNA副本。它也复制组织微管叫做中心体的结构。中心体也在M期帮助DNA分离。
  • Gstart subscript, 2, end subscript 期 在第二间期, 或 Gstart subscript, 2, end subscript 期, 细胞更快的生长, 生成蛋白质和细胞器, 并开始将组织内容物进行有丝分裂。Gstart subscript, 2, end subscript 期在有丝分裂开始时结束。
Gstart subscript, 1, end subscript, S, 和 Gstart subscript, 2, end subscript 期统称为 间期。 间 表示在减数分裂（M）和下一个过程之间。
细胞周期的图片。间期由G1期（细胞生长），接着是S期（DNA合成），G2期（细胞生长）组成。在间期末尾是有丝分裂期，由有丝分裂和细胞质分裂组成，便是两个子细胞的生成。有丝分裂在细胞质分裂之前，但两个过程皆有重叠。
Image credit: "The cell cycle: Figure 1" by OpenStax College, Biology (CC BY 3.0).

M期

在有丝分裂期（M），细胞分裂复制的DNA和细胞质给新细胞。M期包括两个与分裂相关的过程：有丝分裂和细胞质分裂。
在有丝分裂中，核DNA聚集成可见的染色体并被纺锤丝拉到两边，一种特殊的由微管组成的结构。有丝分裂分为四步：前期（有时被分为前期和前中期），中期，后期， 末期。你可以学习 在关于有丝分裂的视频中获得更多信息。
在细胞质分裂中，细胞质分裂成两半，组成两个新细胞。细胞质分裂通常在有丝分裂结束时开始，有较短的重合。重要的是，细胞质分裂在植物和动物中并不一样。
植物和动物的细胞质分裂
在动物细胞中，细胞中间的细胞骨架纤维收缩环向内收缩，形成卵裂沟。最后，收缩环将母细胞一分为二，形成两个子细胞。
在植物细胞中，高尔基体形成的卵泡转移到细胞中间，它们合体变成细胞板。细胞板向外扩张并与外壁连接，形成新的细胞壁将母细胞一分为二。
Image credit: "The cell cycle: FIgure 4" by OpenStax College, Biology (CC BY 3.0).
  • 在动物中, 细胞分裂在叫做收缩环的细胞骨架纤维收缩时发生。环向内收缩形成的凹陷叫做卵裂沟。一个动物细胞可被分为两个，因为它们相对较软。
  • 植物细胞比动物细胞硬的多；它们被一层坚硬的细胞壁包围并有高内压。因此，植物通过在细胞中间增加结构来分裂成两个。这个结构，也叫做细胞板，由细胞膜和细胞壁通过液泡运输，其将细胞一分为二。

生命周期的出口和 Gstart subscript, 0, end subscript

一轮细胞周期中生成的两个子细胞会发生什么？这取决于细胞种类。一些细胞分裂较快，子细胞可能立刻进入下一轮分裂。例如，许多细胞在早期胚胎中快速分裂，以及肿瘤细胞。
有些细胞分裂缓慢或不分裂。这些细胞离开Gstart subscript, 1, end subscript期并进入一个休息期Gstart subscript, 0, end subscript期。在Gstart subscript, 0, end subscript,细胞并不活跃分裂，只行使职能。例如，神经元传递信号，（如下图）或储存碳水化合物如肝细胞。Gstart subscript, 0, end subscript对于一些细胞是一个永久的状态，而其他的可能在信号下重新开始分裂。
一个有复杂分支的神经元的图片；这种神经元叫做浦肯野细胞。
Image modified from "Neurons and glial cells: Figure 3" by OpenStax College (CC BY 3.0).

细胞周期需要多久？

不同的细胞需要不同时间完成细胞周期。一个典型人类细胞可能需要24小时分裂，但分裂快速的哺乳动物细胞，如肠上皮细胞，可以在培养皿中每9-10小时完成一个细胞周期。
不同种类的细胞在间隔时间分配中也有所不同。在蛙前期胚胎细胞中，细胞几乎没有在Gstart subscript, 1, end subscript和Gstart subscript, 2, end subscript的时间，S期与M期间时间非常短—导致配子大细胞分裂成很多小细胞start superscript, 2, comma, 3, end superscript。下面是加速的蛙细胞分裂的视频。
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Video credit: "BSA-injected Xenopus embryos cell division time-lapse movie" by Zhang et al.start superscript, 4, end superscript (CC BY 2.5).

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