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细胞增殖:机制、类型

时间:2025-03-26 10:40:16
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细胞增殖
细胞增殖是生物体的关键生命活动之一,细胞通过分裂实现增殖。在单细胞生物中,细胞分裂直接产生新的个体;而在多细胞生物中,细胞分裂则用于产生新细胞,以替代体内衰老或死亡的细胞。
多细胞生物能够从一个受精卵出发,通过细胞分裂和分化,逐步发育成一个完整的多细胞个体。需要特别强调的是,细胞分裂过程中,遗传物质得以复制,并能平均分配至两个子细胞中。由此可见,细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖以及遗传的基础。
意    义 生长、发育、繁殖和遗传的基础 类    型 生命特征
分    类 有丝分裂无丝分裂减数分裂 方    式 分裂

 

基本概念

意义:细胞增殖是活细胞的关键生理功能之一,也是生物体的重要生命特征。细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖以及遗传的基础。
方式:真核生物的细胞分裂依据过程不同,主要有三种方式,即有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。其中,有丝分裂是人、动物、植物、真菌等所有真核生物中最为普遍的分裂方式,是真核细胞增殖的主要途径。减数分裂则是生殖细胞形成时的一种特殊形式的有丝分裂。

有丝分裂

分裂介绍

有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式。多细胞生物体通过有丝分裂增加体细胞的数量。体细胞的有丝分裂具有周期性,即存在细胞周期。

细胞周期

细胞周期是指连续分裂的细胞从一次分裂完成时开始,到下一次分裂完成时为止的整个过程。一个细胞周期包括两个阶段:分裂间期和分裂期。从细胞在一次分裂结束之后到下一次分裂之前,是分裂间期;分裂间期结束后,细胞进入分裂期。在一个细胞周期内,这两个阶段所占的时间相差较大,一般分裂间期大约占细胞周期的 90% - 95%,而分裂期大约占细胞周期的 5% - 10%。不同种类的细胞,其细胞周期的时间也各不相同。

细胞分裂间期

细胞分裂间期标志着新的细胞周期的开始,为细胞分裂期准备条件,细胞内部发生着复杂的变化。近年来的研究,特别是利用放射性同位素标记自显影技术,证明间期细胞的最大特点是完成 DNA 分子的复制和相关蛋白质的合成。因此,间期是整个细胞周期中极为关键的准备阶段。

有丝分裂的周期变化

前期
细胞分裂的前期,最明显的变化是细胞核中出现染色体。分裂间期复制的染色体,由于螺旋缠绕在一起,逐渐缩短变粗,形态变得越来越清晰。在光学显微镜下观察这个时期的细胞,可以看到每一条染色体实际上包括两条并列的姐妹染色单体,这两条姐妹染色单体并非完全分离,而是由一个共同的着丝点连接着。在前期,核仁逐渐解体,核膜逐渐消失。同时,从细胞的两极发出许多纺锤丝,形成一个梭形的纺锤体,细胞内的染色体散乱地分布在纺锤体的中央。
中期
细胞分裂的中期,纺锤体清晰可见。此时,每条染色体的着丝点两侧都有纺锤丝附着,纺锤丝牵引着染色体运动,使每条染色体的着丝点排列在细胞中央的一个平面上。这个平面与纺锤体的中轴相垂直,类似于地球赤道的位置,因此被称为赤道板。分裂中期的细胞,染色体的形态较为固定,数目较为清晰,便于观察。
后期
细胞分裂的后期,每一个着丝点分裂成两个,原来连接在同一个着丝点上的两条姐妹染色单体也随之分离开来,成为两条子染色体。纺锤丝牵引着子染色体分别向细胞的两极移动,使细胞的两极各有一套染色体。这两套染色体的形态和数目完全相同,每一套染色体与分裂前的亲代细胞中的染色体的形态和数目也相同。
末期
当这两套染色体分别到达细胞的两极后,每条染色体的形态发生变化,逐渐恢复为细长而盘曲的丝状。同时,纺锤丝逐渐消失,新的核膜和核仁开始出现。核膜将染色体包围起来,形成两个新的细胞核。此时,在赤道板的位置出现一个细胞板,细胞板从细胞中央向四周扩展,逐渐形成新的细胞壁。最终,一个细胞分裂成两个子细胞。大多数子细胞随后进入下一个细胞周期的分裂间期状态。
动物细胞的有丝分裂过程与植物细胞基本相同,但存在以下不同点:第一,动物细胞有中心体,在细胞分裂间期,中心体的两个中心粒各产生一个新的中心粒,从而使细胞中有两组中心粒。在细胞分裂过程中,一组中心粒位置不变,另一组中心粒移向细胞的另一极。这两组中心粒周围发出无数条放射状的星射线,两组中心粒之间的星射线形成纺锤体。第二,动物细胞分裂末期,细胞中部不形成细胞板,而是细胞膜从细胞中部向内凹陷,最终将细胞缢裂成两部分,每部分都含有一个细胞核,从而完成细胞分裂。

细胞有丝分裂的重要意义

细胞有丝分裂的重要意义在于,它将亲代细胞的染色体经过复制后,精确地平均分配到两个子细胞中。由于染色体上携带着遗传物质,因此在生物的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。由此可见,细胞的有丝分裂对于生物的遗传具有极其重要的意义。

无丝分裂

细胞无丝分裂的过程相对简单,通常先是细胞核延长,从核的中部向内凹进,缢裂成为两个细胞核;随后,整个细胞从中部缢裂成两部分,形成两个子细胞。由于在分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体,因此被称为无丝分裂(如蛙的红细胞)。

减数分裂

减数分裂是一种特殊的有丝分裂方式,与有性生殖细胞的形成密切相关。在进行有性生殖的生物中,原始的生殖细胞(如动物的精原细胞或卵原细胞)发育为成熟的生殖细胞(精子或卵细胞)的过程中,会经历减数分裂。在整个减数分裂过程中,染色体仅复制一次,而细胞连续分裂两次。减数分裂的结果是,新产生的生殖细胞中的染色体数目比原始生殖细胞减少一半。例如,人类的精原细胞和卵原细胞各有 46 条染色体,而经过减数分裂形成的精子和卵细胞中,仅含有 23 条染色体。

二分裂

细菌主要通过二分裂这种无性繁殖方式进行繁殖,此外,二分裂也是原生动物最普遍的一种无性生殖方式。一般情况下,二分裂是有丝分裂,分裂时细胞核先由一个分为两个,染色体均等地分布在两个子核中,随后细胞质分别包围两个细胞核,形成两个大小、形状相等的子体。二分裂可以是纵裂(如眼虫)、横裂(如草履虫)或斜分裂(如角藻)。细菌没有核膜,只有一个大型的环状 DNA 分子。细菌细胞分裂时,DNA 分子附着在细胞膜上并复制为二,随着细胞膜的延长,复制而成的两个 DNA 分子彼此分开。同时,细胞中部的细胞膜和细胞壁向内生长,形成隔膜,将细胞质分成两半,形成两个子细胞,这一过程被称为细菌的二分裂。无丝分裂是发现最早的一种真核细胞的分裂方式,在真核生物中普遍存在,不仅在体细胞中,甚至在生殖细胞中也能进行。由于其核分裂过程中不出现染色体和纺锤丝,胞质分裂后的遗传物质不一定能够平均分配给子细胞,与有丝分裂有很大区别,因此被称为无丝分裂。无丝分裂的过程大致可划分为四个时期:第一期,核内染色质复制倍增,核及核仁体积增大,核仁及核仁组织中心分裂;第二期,以核仁及核仁组织中心为分裂制动中心,以核仁与核膜周染色质相联系的染色质丝为牵引带,分别牵引着新复制的染色质和原有的染色质。新复制的染色质在对侧核仁组织中心发出的染色质丝的牵引下,离开核膜移动到核的赤道面上;第三期,核拉长成哑铃型,中央部分缢缩变细;第四期,核膜内陷加深,最终缢裂成为两个完整的子细胞核,接着,整个细胞从中部缢裂成两部分,形成两个子细胞。由此可见,无丝分裂和二分裂有着本质的区别。二分裂是原核生物进行的一种最原始的细胞增殖方式,而无丝分裂是真核生物独特的细胞增殖方式。通过无丝分裂,可同时形成多个核,且分裂时细胞核仍可执行其生理功能。

研究方法

细胞增殖的研究方法多种多样,主要包括 BrdU、EdU、CCK8 等方法。其中,EdU 检测方法是目前最新的细胞增殖检测方法。EdU 是一种胸腺嘧啶核苷类似物,能够在细胞增殖时期代替 T 渗入正在复制的 DNA 分子。通过基于 EdU 与 Apollo® 荧光染料的特异性反应检测 DNA 复制活性,通过检测 EdU 标记便能准确地反映细胞的增殖情况。与 BrdU 检测方法相比,EdU 检测方法更快速、更灵敏、更准确。EdU 检测染料只有 BrdU 抗体大小的 1/500,在细胞内很容易扩散,无需 DNA 变性(酸解、热解、酶解等)即可有效检测,可有效避免样品损伤,在细胞和组织水平能更准确地反映细胞增殖等现象。

 

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EdU-488 细胞增殖检测试剂盒(细胞/组织通用) abs50174-20T 20T
EdU-647 细胞增殖检测试剂盒(流式) 560506 50Tst