一、细胞的增殖

一、细胞的增殖

细胞增殖是细胞生命活动的重要特征之一,是生物体繁殖、生长和发育的基础。细胞分裂使生物体的细胞数量增加,参与生物体的生长与发育。同时细胞分裂对生物种族的延续、生命活动的维持具有十分重要的意义。细胞增殖包括细胞生长和细胞分裂,细胞生长为细胞分裂提供必要的准备,细胞通过分裂的方式将细胞的遗传物质及其他成分平均分配到两个子细胞中。

细胞增殖的方式与细胞类型有关,细胞增殖的方式主要有三种。

1.无丝分裂 细菌等原核生物的细胞分裂形式。细胞分裂时,环状DNA分子复制,形成两个新的DNA分子,细胞变长变大,随后细胞缢裂成两个子细胞,在分裂过程中没有染色体和纺锤丝的出现。

2.有丝分裂 真核细胞体细胞的主要增殖方式,染色体复制一次,细胞分裂一次,形成两个子细胞,分裂过程中出现纺锤丝。

3.减数分裂 进行有性生殖的真核生物形成性细胞时的分裂方式,染色体复制一次,细胞连续分裂两次,形成四个子细胞,分裂过程中出现纺锤丝。

(一)细胞增殖周期与有丝分裂

细胞增殖周期简称为细胞周期(cell cycle),是指细胞从前一次有丝分裂结束开始到这一次有丝分裂结束为止所经历的全过程。根据细胞形态的变化可将细胞周期分成两个阶段,即间期和细胞分裂期(M期)。间期分为DNA合成前期(first gap,G1期)、DNA合成期(synthesis phase,S期)与DNA合成后期(second gap,G2期)。细胞周期可分为四个时期,即G1期、S期、G2期、M期(图2-4)。

图示

图2-4 动物细胞有丝分裂

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知识链接2-2

不同种生物以及同一种生物不同组织的细胞,其细胞周期经历的时间不同。一般而言,间期是细胞增殖的物质准备和积累阶段,约占细胞周期时间的95%,细胞在形态上没有什么显著变化。细胞分裂期是细胞增殖的实施过程,约占细胞周期时间的5%,但细胞的形态结构发生显著变化,特别是细胞核及染色体发生有规律的变化,最后经复制的染色体平均分配到两个子细胞中。细胞生命活动大部分时间是在间期度过的,如大鼠角膜上皮细胞的细胞周期内,间期占14000 min,细胞分裂期仅占70 min。(https://www.daowen.com)

细胞分裂期(M期)所需的时间最短,且比较恒定,人体细胞0.5~2 h。根据细胞的形态结构的变化特征,可将该期分为前期、中期、后期和末期四个时期。

(二)减数分裂

减数分裂(meiosis)是有性生殖的高等生物,在成熟期形成生殖细胞(配子)时进行的一种特殊分裂方式。减数分裂的特点如下:在分裂过程中DNA复制一次,染色体复制一次,细胞连续分裂两次,形成四个子细胞,子细胞中染色体数目比母细胞减少一半。减数分裂的过程包括两次连续的分裂,分别称为减数第一次分裂和减数第二次分裂。两次分裂都可以分为前、中、后、末四个时期(图2-5)。两次分裂之间有时有一小段时间间隔,但无DNA合成和染色体复制。

图示

图2-5 减数分裂过程

减数分裂是生殖细胞形成过程中的必经阶段,是有性生殖表现出来的复杂遗传现象的基础,具有非常重要的生物学意义。

(1)减数分裂形成了含n条染色体的精子和卵子,精子和卵子结合成受精卵,又恢复成二倍体(n+n=2n),这样保证了亲代与子代之间染色体数目的相对稳定性。

(2)后代的个体表现出多样性。减数分裂过程中同源染色体分离、非同源染色体自由组合,以及同源染色体之间的交换,导致生殖细胞的遗传组成多样化,从而使个体表现出遗传的多样性。

(3)减数分裂为遗传三大定律提供了细胞学基础。在减数分裂Ⅰ过程中,同源染色体分离是分离定律的细胞学基础;非同源染色体发生自由组合是自由组合定律的细胞学基础;同源染色体交换是连锁定律的细胞学基础。