有絲分裂的過程、機制和意義有絲分裂概述有絲分裂真核生物是細胞分裂的基本方式。又稱間接分裂、核分裂。在這些分裂過程中出現由許多紡錘絲構成的紡錘體,染色質集縮成球狀的染色體。1882最先將此種分裂方法命名為有絲分裂。通過有絲分裂,作為遺傳物質的(DNA)得以確切地在細胞世代間相傳。通過有絲分裂和能夠實現組織發生和個體發育。癌因子通過使有絲分裂的調控失常而造成癌癥發生。細胞在進行有絲分裂時,核和胞質都發生形態上的變化,稱有絲分裂期。兩次有絲分裂之間稱為分裂間期。有絲分裂期和間期合上去稱。有絲分裂的打算工作,比如DNA復制、組蛋白合成、微管蛋白合成、能量打算等都是在間期進行的。動動物的許多組織細胞都進行有絲分裂。非常是胚胎發育時期細胞的有絲分裂旺盛。高等動物的根尖和莖端分生組織,高等植物的骨髓和一些上皮組織,都是觀察有絲分裂現象的適合部位。有絲分裂過程前期細胞進行有絲分裂具有周期性。即連續分裂的細胞,從一次分裂完成時開始,到下一次分裂完成時為止,為一個細胞周期。一個細胞周期包括兩個階段:分裂間期和分裂期。細胞在進行有絲分裂時,核和胞質都發生形態上的變化,稱有絲分裂期。
有絲分裂過程是一個連續的過程,為了易于描述人為的界定為六個時期:間期()、前期()、前中期()、中期()、后期()和末期()。其中間期包括G1期和G2期,主要進行DNA復制等打算工作。前期。自分裂期開始到核膜解體為止的時期。間期細胞步入有絲分裂前期時,核的容積減小,由染色質構成的細染色線漸漸減短變粗,產生染色體。由于染色體在間期中早已復制,所以每條染色體由兩條染色單體組成。胚乳在前期的后半逐漸消失。在前期終核膜斷裂,于是染色體散于細胞質中。植物細胞有絲分裂前期時緊靠核膜有兩個中心體。中心體放射出恒星絲,即放射狀微管。帶有恒星絲的兩個中心體漸漸分開,移向相對的兩極。核膜斷裂后產生兩極之間的紡錘體。中期前中期。自核膜斷裂起到染色體排列在赤道面上為止。前中期的主要過程是紡錘體的最終產生和染色體向赤道面的運動。紡綞體有兩種類型:一為有星紡兩極各有一個以一對中心粒為核心的恒星,見于絕大多數植物細胞和個別低等動物細胞。一為無星紡錘體。兩極無恒星,見于高等動物細胞。
有星紡錘體富含3種紡錘絲,即三種微管。一種是恒星微管,由恒星散射出的微管;二是極微管,是由兩極分別向相對一極方向伸展的微管。三是動粒微管,與動粒連結的微管,又名動粒絲或牽引絲。無星紡錘體只有極微管與著絲點微管。核膜斷裂后染色體分散于細胞質中。每條染色體的兩條染色單體其動粒分別通過動粒與兩極相連。因為極微管和動粒微管之間的互相作用,染色體向赤道面運動。最后各類力達到平衡,染色體乃排列到赤道面上。中期。從染色體排列到赤道面上,到它們的染色單體開始分向兩極之前,這段時間稱為中期。有時把前中期也包括在中期之內。中期染色體濃縮變粗,顯示出該物種所特有的數量和形態。后期后期。每條染色體的兩條姐妹染色單體分開并移向兩極的時期。分開的染色體稱為子染色體。子染色體抵達兩極時后期結束。子染色體向兩極的聯通是靠紡錘體的活動實現的。末期。從子染色體抵達兩極開始至產生兩個子細胞為止稱為末期。此期的主要過程是子核的產生和細胞體的分裂。子核的產生大體上是經歷一個與前期相反的過程。抵達兩極的子染色體首先解螺旋而輪廓消失,其周圍集合核膜成份,融合而產生子核的核膜,核內出現胚乳。細胞體的分裂稱胞質分裂。
植物和個別低等動物細胞的胞質分裂是以縊束或起溝的方法完成的。高等動物細胞的胞質分裂是靠細胞板的產生。細胞板漸漸擴展到原先的細胞壁乃把細胞質一分為二。有絲分裂期所用時間,因生物和細胞的種類不同而有很大差異。通常要1~小時,但快者有10多分鐘就可完成,慢者需5~6個小時,甚至更長時間。通常細胞膜教具圖,胚胎發生初期細胞分裂快細胞膜教具圖,而成體組織細胞分裂慢。在有絲分裂期中一般是前期和末期時間較長,而中期和后期時間較短。許多理化誘因都影響有絲分裂過程。對于動物和低等植物的細胞,在一定范圍內(約8~25)氣溫越低,細胞周期越長,有絲分裂過程也越慢。接近零度的高溫可抑制紡鍾體的產生,使細胞遇阻在有絲分裂中期。電離幅射,如X射線射線能抑制細胞步入有絲分裂。許多物理抗生素都有抑制有絲分裂的作用,如秋水仙素、對二甲苯等。推動有絲分裂的物理物質有動物凝集素、赤霉素等。有絲分裂動動物的不同植物細胞有絲分裂植物細胞有絲分裂的過程,與動物細胞的基本相同,不同的特征是:1.植物細胞有中心體,在細胞分裂的間期,中心體的兩個中心粒各自形成了一個新的中心粒,因此細胞中有兩組中心粒。在細胞分裂的過程中,兩組中心粒分別移向細胞的兩極。
在這兩組中心粒的周圍,發出無數條放射線,兩組中心粒之間的星射線產生了紡錘體。2.植物細胞分裂末期,細胞的中部并不產生細胞板,而是細胞膜從細胞的中部向內凹坑,最后把細胞縊裂成兩部份,每部份都富含一個細胞核。這樣,一個細胞就分裂成了兩個子細胞。有絲分裂分裂機制染色體的集縮構成染色體的細線在分裂前期減短變粗,染色體的這些集縮運動是通過染色線的螺旋化實現的。染色質濃縮過程和細胞質中的個別誘因有關。假如用實驗方式使分裂期細胞與間期細胞融合,可以觀察到間期細胞染色質會提早集縮成染色體。這說明分裂期細胞的細胞質中有某種物質能使得染色體紡錘體的產生由微管蛋白聚合成紡錘體微管的過程。微管蛋白的聚合有兩種基本方式:一種是自我裝配型,另一種是位點起始裝配型,前者有特殊位點做為聚合的起始部位,后者沒有這些特殊位點。產生紡錘體時的位點也稱為“微管組織中心”(MTOC)。中心體和著絲點都是MTOC,它們在離體情況下都能表現出使微管蛋白聚合成微管的能力。紡錘體的產生似乎和那些MTOC的活動是分不開的。中期染色體運動分裂后期用抗生素(秋水仙素、巰基乙酸等)破壞紡錘體,則染色體不能排列到赤道面,去除抗生素后,紡錘體重新產生,則染色體又能排列到赤道面,由此可見,染色體向赤道面的排列和紡錘體的活動有關。
由幅射損傷或其他誘因引起的沒有著絲點的染色體斷片不能排列到赤道面上。為此說明,染色體向赤道面的排列和著絲點的活動有關。用微束紫外線照射時二價體的兩側著絲點或著絲點絲,則染色體不能恰好坐落赤道面,而偏近于未受照射的著絲點所面向的一極。這說明染色體在赤道面的配位必須兩個著絲點及與兩極相連的一側著絲點絲都正常地發揮作用。按照以上事實和其他觀察,猜想在前中期時兩個著絲點分別以著絲點絲與兩極相連,靠兩極牽引力的平衡,使染色體坐落赤道面上。除這些牽引平衡的力量外,還可能有其他一些誘因起輔助作用。后期染色體運動后期時兩組子染色體向兩極聯通,而在有些細胞兩極也被推開更遠。關于這種運動的機制尚無定論。后期時著絲點微管在向極的末端不斷解聚,從而逐步變短。這可能是使染色體被拉向兩極的重要誘因。由于在體外實驗中給模型細胞添加O以阻抑微管的解聚時,則染色體向兩極聯通過程停止,反之,假如添加少量秋水仙素以促進微管解聚速率推進,則染色體向兩極聯通速率也推動。有些細胞在分裂后期兩極分開更遠可能是由下列機制造成的:來自兩極的極微管在赤道區相互重疊,微管蛋白在它們的自由末端聚合而使微管加長。
這種重疊的來自兩極的微管相互滑動,使兩極推開更遠。有絲分裂意義有絲分裂的重要意義,是將親代細胞的染色體經過復制(實質為DNA的復制)之后,精確地平均分配到兩個子細胞中去。因為染色體上有遺傳物質DNA,因此在生物的親代和子代之間保持了遺傳性狀的穩定性。可見,細胞的有絲分裂對于生物的遺傳有重要意義。來源:生化實驗技術,生化與分子常用試劑配制,酶學實驗技術,生化實驗離心技術,層析技術lb