主要内容
细胞周期的各个阶段
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。
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。
- 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。
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。
Video credit: "BSA-injected Xenopus embryos cell division time-lapse movie" by Zhang et al.start superscript, 4, end superscript (CC BY 2.5).