1、第四章 细胞的增殖过去对细胞增殖的概念仅认为细胞分裂就是细胞增殖,从本世纪五十年代后,利用新技术分析研究,特别对细胞增殖过程中细胞群体的形态特征、生理活动以及时间、空间上的变化和调节研究的深入。 现在关于细胞增殖的概念则认为是包括细胞生长和细胞分裂、细胞分裂前,其体积一定要加倍,因此,可把细胞分裂看作是细胞生长的指标,生长旺盛,分裂快。细胞生长是指细胞结构成份、生理功能潜力的不断重复。细胞分裂是指复制后的遗传信息平均传递给子细胞,使其获得相同的遗传特性,维持了细胞存在和延续后代。每一个个体的生长、发育都是以细胞增殖为条件的机体的生长,主要是细胞数目的不断增多,而不是由于细胞体积加大,机体维持正
2、常的生命活动,也时刻离不开细胞的增殖,如有机体每时每刻都在进行着组织的更新。大家知道人体红细胞平均寿命只 120 天,小肠绒毛上皮 Cell 2-3 天全部更新一次。所以,大约每秒钟就有 2.5106 个细胞在增殖以 补充衰老红 Cell,另外,机体的创伤修养也依靠细胞增殖来实现。有关细胞增殖的研究,对肿瘤的病因诊断、治疗,对造血系统疾病、皮肤病、放射病、计划生育等均有极其密切的关系。一一一 细胞分裂细胞由一个分成 2,2 个分成 4,4 个分成 8 个.,这种增殖过程叫细胞分裂,根据分裂时核心变化情况不同而分为三种方式:无丝分裂、有丝分裂、减数分裂。一、无丝分裂:amitosis无丝分裂是不
3、出现染色体和纺锤丝结构的分裂方式,所以叫无丝分裂,又称直接分裂。（一）过程:细胞体积明显增大,由内向外,首先是核内核仁 ,先拉长并一分为二,然后核和胞质拉长,中部变细呈哑铃状,最后断裂为二个细胞。（二）特点1.整个过程简单,核膜、核仁不消失,无染色体形成,所以,无需丝状物纺锤丝出现。2.分裂速度快、耗能少,分裂时其他功能尚能正常进行,但细胞中遗传物质分配不均。这种分裂方式为原核细胞的基本分裂方式,在真核细胞中不普遍,但也能见到,如人有膀胱上皮细胞的分裂,以及创伤修复和病理代偿的情况下。二、有丝分裂:mitnsis又称间接分裂,这是真核细胞繁殖的基本方式,由于在分裂中总是伴有丝状物(纺锤丝) 的
4、出 现而得名、分裂时变化比较复杂,核变化大,染色质要形成染色体。（一）过程和特点为研究应用方便,整个过程被人为地划分为四个时期(前、中、后、末期),但是这是一个连续的过程,要用动态的概念来理解（图 4-1）。光镜下即将分裂之前的间期细胞,核质比大,遗传物质已复制,被碱性染料染色的染色质浓,但均匀。前期 Prophase 中期 metaphase 后期 anaphase 末期 telophase图 4-1 细胞有丝分裂过程1.前期 Prophase核的变化: 染色质凝集，核仁逐渐消失,核仁相随染色质被组织到染色体中,其余物质如RNA 等则粘附在染色体上或分散在胞质中,核膜也逐渐崩解,以小泡状结构
5、分散在胞质中,似内质网,染色体散在胞质中(核纤层蛋白磷酸化导致核膜崩解)。质的变化：在分裂前已复制好的一对中心粒逐渐分开(间期 DNA 复制时,中心粒倍增)向二级移动,由微管平行排列成纺锤丝,中心体周围短的微管放射排列形成呈射线(新合成的微管蛋白组装)(在核膜崩解时,微管侵入核区),由此就确定了分裂极。主要变化三句话:染色质凝集成染色体 核仁和核膜崩解 分裂极的确定。(2)中期 metaphase核物质的变化:散在胞质中的全部染色体移向细 胞中央赤道面上排列在一个平面形成赤道板,中心体移到两极,微管平行排列,形成二头尖、中间大的的纺锤体,每一染色体以着丝点与纺锤丝相连,牵拉力均等（图 4-2）
6、。纺锤体包括四种丝状结构:连续丝:一极与另一极相连的丝。牵引丝(动粒丝): 一极与染色体着 丝点(动粒) 相连的丝。中间丝:不与二极相连,而是两单体分开后之间 的丝。呈射线:中心体周围放射状排列的丝。四种丝基本是微管组成的。中期的星体、纺锤体和染色体组成的复合装置总称为有丝分裂器,和染色体运动、均分有关。中期末,着丝粒纵裂为二条子染色体,这样染色体数目加倍。图 4-2 动物细胞纺锤体结构(3)后期 anaphase每对子染色体(原姐妹染色单体)分别在纺锤体作用下移向二极,移动机制可能是染色体丝(牵引丝) 。微管缩短,将染色体向二极拉,连续丝伸长,向二级推,这可能是构成纺锤丝的微管一端解聚,一端
7、聚合,一推一拉使染色体移动,所有的染色体到两极为数目相等的二群。后期末细胞拉长,中央部分胞质,膜开始收缩,内陷成沟,此处肌动蛋白聚合使微丝数量增加,垂直于纺锤体长轴,成囊排列,不断收缩形成微丝收缩环,如用松胞素 B 处 理破坏微丝，细胞膜就不会凹陷成沟。(4)末期 telophase出现与前期相反的变化过程染色体解聚成染色质丝。核纤层蛋白去磷酸化,核膜重现,原分散的小泡重新融合成新的核膜。核仁重新形成,主要是有随体的染色体(13、14、15、 21、22 号)的次缢痕处为核仁组织者,此处 DNA 转录出 RNA 与蛋白质结合形成核仁的原 纤维区和颗粒区,并聚集成核仁。纺锤丝,呈射线消失,微管解
8、聚,胞质由外向内凹陷加深,似系绳紧缩,最后横缢成二个子细胞。有丝分裂的整个过程是个连续的变化,一切变化围绕使遗传物质均分这一主题,上面所说的特点是各期的重要形态指标,重点变化在哪里呢?主要是:染色体形成纵裂、移动,均分遗传物质,使子细胞获得与母细胞相同的染色体,从而维持体细胞条数恒定,具相同的遗传特性。(三) 减数分裂 :meiosis是生殖细胞形成过程中的一种特殊的有丝分裂方式,生殖细胞即精子和卵子,下面我们先来看看精子和卵子的形成过程。1.精卵的形成过程增殖 睾丸粗细管上皮 卵巢生发上皮(有 丝分裂) 体 Cell 精原细胞 DNA 复制 卵原细胞生长 (体积增大 , 初级精母细胞(一个)
9、 初级卵母细胞(一个)DNA 复制) (减数分裂) 成熟 次级精母细胞(二个) 次级卵母细胞+第一极体(减数分裂 ) ( 减数分裂) 精细胞(四个) 卵细胞+ 第二极体(退化、消失)形成 (变 形) 精子(四个) 卵(一个)图 4-3 减数分裂与精卵形成过程从上可见,减数分裂是指生殖细胞形成中最后 2 次连续的细胞分裂,分别称为减数分裂,减数分裂,即从初级精母细胞精细胞,是成熟过程,因此也称成熟分裂,卵的形成过程也一样（图 4-3）。2.减数分裂过程和特点减数分裂为特殊的有丝分裂,所以基本过程与有丝分裂相似。出现丝状物,每一次分裂均可分前、中、后、末四期,有染色体形成、纵裂、移动、解体以及核仁
10、,核膜的消失和再现等变化,还有中心体变化,纺锤体形成,胞质分裂等。但减数分裂全过程持续的时间比有丝分裂长得多,过程也复杂得多,分裂结果遗传物质减半,其特殊过程主要发生在第一次分裂。(1)减数分裂 meiosis前、中、后、末四个时期,前期比较复杂,时间长,特殊过程发生在第一次减数分裂的前期。前期 :变化复杂,一般分为五个不同的时期（图 4-4）。细线期:这是减数分裂过程的开始时期,间期 DNA 已复制,核体积增大,核仁增大,核中染色质开始凝集,在光镜下观呈细线状,并可见念珠状小圆粒,称为染色粒,许多细线密集在一起偏于核的一侧,特殊为凝线期,此期 DNA 虽已复制,但染色体呈单一细线状,分不出两
11、条染色单体。(合 )偶线 期:是同源染色体从核膜一端某些点开始相互靠拢,进行配对四时期,这种配对称为联合,联合只发生在同源染色体之间。什么是同源染色体? 是指在大小和形 态上相似的一对染色体,其中一条来自父方,一条来自母方。联合后的每对染色体称为二价体,有二个着丝粒,细胞中有 n 对染色体就有 n个二价体(双价体), 此期染色体仍较细长,看不清数目,也看不清两条染色单体。粗线期:此期染色体明显缩短变粗,并可见二价体 (在某些染色体的局部位置上可以分辨出二条染色体),双价体是由二个二分体组成(注意二分体与二价体不同,配对的二条染色体,二个着丝粒为二价体,一条染色体一个着丝粒为二分体),即四条染色
12、单体,又称为四分体,此时的二价体为四分体。此期在同源染色体的非姐妹染色体间发生交叉现象,这是非姐妹染色单体间发生更换的表现)（图 4-5）,配对靠拢(联合) 是交叉互换的前提,表明遗传物质可在某些片段上进行交换(交叉现象不易见)。双线期:注意与偶线期不要混,配对成偶,分开而成双。此期染色体继续缩短变粗,联合的两条同源染色体开始分开,但交叉部位仍连在一起,所以,交叉现象清晰可见,四分体由四条单体构成也能分辨。人和一些动物的减数分裂,在双线期常停留非常长的时间,如人的卵母细胞在五个月胎儿时已达此期,直到成年性成熟排卵时才继续分裂,完成减数分裂的过程。终变期:此期核仁,核膜开始消失,染色体进一步螺旋
13、化 压缩而变得更加粗短,交叉点逐渐移向两端,出现端化现象,有的只在端部连接,不同类型的染色体,交叉点位置不同而使染色体呈现出“”“0”等各种形状。图 4-4 减数分裂前期过程示意图图 4-4 同源染色体的非姐妹染色体间发生交叉和 DNA 的重组和交换过程示意图中期 :各二价体( 四分体) 排列在细胞中部一平面,形成赤道板,每一个二分体的着丝粒均与微管形成纺锤丝相连,着丝粒不发生断裂(在有丝分裂还发生什么现象)?后期 :由于着丝粒末发生纵裂,所以经纺锤丝牵拉作用,二条同源染色体(各自为 一整体二分体) 彼此分开,向二级移动,每条染色体仍为二分体(二条单体)(有丝分裂一条相当于一条单体)。末期 :
14、到达二极的染色体数是总数的一半,每个细胞只有同源中的一条(23 个二分体,46 个单体),(而在有丝分裂 46 条染色体复制为 92 个单体,后均分为46 条单体)。第一次减数分裂完成后,经短暂的间期 DNA 不再复制(实际上每条染色体已由二单体组成)即进入第二次减数分裂,有的可无间期,由末期直接进入前期。(2)减数分裂 meiosis此次分裂基本与有丝分裂相同,中期时,2 分体形成赤道板,并且着丝粒纵裂,后期时是姐妹染色单体彼此分开(相同的关键是二分体形成赤道板),末期染色体解螺化,核仁、核膜形成,二个次级精母细胞经分裂为辊个精细胞,每个精细胞的染色体为单倍体 n。归纳减数分裂的特点减数分裂
15、全 过程包括二次分 级;第一次分裂 过程长 而复杂,主要表现在前期 ,在偶线期发生染色体联合,且中期每一染色体的着丝粒不纵裂而导致第一次分裂结束时,染色体数减半。第二次分裂 过程与有 丝分裂相同,但第二次分裂前的 间期无 DNA 复制,所以,细胞分裂二次,DNA 只复制一次。3.减数分裂的生物学意义(1)维持物种世代 间染色体数目的相对恒定(遗传性的相对稳定)。体细胞中染色体成对(二倍体)、生殖细胞(精、卵)中成单(单倍体),受精结合为受精卵可恢复到 2 倍体,一半由父方提供,一半由母方提供,再经不断有丝分裂形成个体中所有细胞(体 Cell)均为 2n。这样,代代下传 ,保持数目恒定,而染色体
16、是遗传物质的载体,染色体数目的相对恒定,就能保持遗传性的相对稳定,使得物种得以保存的重要生物学机制。(2)是使生物种内生殖细胞遗传基础多样性、变异性的机制。减数分裂能造成亲代生殖细胞的极大多样性,如何理解?二方面:同源染色体 联合、分离,而非同源染色体自由组合到一个配子中去,就可形成含不同遗传物质的生殖细胞,染色体数越多,组合类型越多,生殖细胞间差异范围越广。22 (2 条染色体) 23 (3 条染色体) 223 .。在同源染色体 联合后的粗 线期(四分体时), 同源染色体(非姐妹染色单体)间单体间发生交叉,可互换片段(断开再连接,越长交换点越多),又可造成遗传物质的重新组合,而又增加了生殖细胞间的差异。再加上精神结合是随机的,这样,子代就可产生与二个亲代染色体不同的组合类型变异的个体。所以,减数分裂也是使后代的遗传类型增多,对外环境的条件变化产生更大适应性,这就是物种适应环境变化而不断进化发展的机制之一。提供了变异的源泉。减数分裂中,同源染色体配对分离,非同源染色体间自由结合以及同源染色体间交叉互换都是遗传基本定律的细胞学基础。所以,减数分裂不仅为子代遗传性的稳定,而且为变异提供了极为丰实的源泉,遗传的稳定性和变异性是一对矛盾的对立统一,由此物种能繁盛发展。
