细胞的增殖(二)

官方生物老师·13 页·深入(追求细节与边界)·0 次浏览·3 天前
有丝分裂减数分裂染色体行为细胞周期

细胞的增殖(二)

看懂有丝分裂每一期的分子事件与减数分裂同源重组的来龙去脉

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有丝分裂减数分裂染色体行为细胞周期

细胞的增殖(二)

看懂有丝分裂每一期的分子事件与减数分裂同源重组的来龙去脉

1第 1 页 · 细胞的增殖(二)

有丝分裂后期

上一页说到所有染色体整齐排在赤道板上——像拔河双方僵持不下。接下来呢?绳子中央的结突然被剪断,两边立刻被各自拉回阵营。这就是有丝分裂后期。

起点事件
着丝粒一分为二,姐妹染色单体瞬间分离
染色单体升级为染色体
分离后每条染色单体独立成一条染色体,细胞内染色体数临时由 2N 变为 4N
牵拉机制
动粒微管末端持续去组装而缩短,将染色体以约 1 μm/min 速度拉向两极
起止边界
起于着丝粒分裂,止于染色体抵达两极;通常仅持续数分钟,是分裂期最短阶段
拔河绳子中央被剪断对应 →有丝分裂后期

着丝粒像绳结,断开瞬间两边染色体被各自拉向两极

2第 2 页 · 有丝分裂后期

有丝分裂末期(植物细胞)

有丝分裂后期,姐妹染色单体已分头抵达细胞两极。但两套基因组还挤在一个细胞里——怎么把一间房真正分成两间?这就是末期要解决的事,而植物有自己的解法。

染色体解螺旋与核重建
到达两极的染色体松散伸展,核膜、核仁重新出现,恢复间期形态
赤道板出现细胞板
两子核之间开始形成新的分隔结构——这是植物细胞独有的分裂方式
高尔基囊泡汇聚融合
高尔基体产生的小泡沿微管运到赤道面,相互融合释放多糖类物质
细胞板扩展连壁
融合向四周延伸,直至与原细胞壁相连,把母细胞彻底一分为二
形成两个子细胞
每个子细胞含一套完整染色体,并拥有独立的细胞壁
在大房间中间砌一道墙隔成两间对应 →植物细胞通过细胞板分裂

砖块(囊泡)从外部运来,在中央砌起、向四周延伸直至接墙

3第 3 页 · 有丝分裂末期(植物细胞)

子细胞染色体数目保持不变

上节课我们看到末期植物细胞已经一分为二,两个子细胞各自拥有一套染色体。为什么每个子细胞拿到的染色体数目,刚好和母细胞一模一样?

定义
子细胞染色体数 = 母细胞染色体数(2N = 2N)
间期复制
DNA 复制后每条染色体含两条姐妹染色单体,染色体数不变
着丝点分裂
后期着丝点纵裂,两条染色单体变成独立染色体
均分两极
两套染色体分别进入两个子细胞,数目精确相等
遗传稳定
保证体细胞世代间遗传物质稳定传递
复印机复印文件对应 →有丝分裂

复印保证每份内容和原件完全一致,对应复制+均分两步

$$2N \xrightarrow{\text{间期复制}} 2N \xrightarrow{\text{着丝点分裂均分}} 2N$$
4第 4 页 · 子细胞染色体数目保持不变

有丝分裂的生物学意义(遗

上一页我们看到,分裂结束后子细胞和母细胞的染色体数目一模一样——2n 还是 2n。这「数目不变」背后,藏着有丝分裂最核心的生物学意义:遗传稳定性。

染色体数目恒定
母细胞 2n,分裂后两个子细胞各 2n,数目不增不减
遗传信息精确传递
DNA 完整复制后均分,子代基因型与亲代完全一致
支撑生长发育
受精卵分裂出万亿体细胞,基因组一致才能分化协作
支撑组织更新
皮肤、血细胞等寿命短的细胞靠此不断补充
无性繁殖的基础
植物扦插、动物出芽等后代与亲本遗传相同
复印同一份文件对应 →有丝分裂复制并分配染色体

原件内容=母细胞DNA,每份复印件=子细胞DNA,内容与原版完全一致

5第 5 页 · 有丝分裂的生物学意义(遗

动物细胞与植物细胞有丝分

前面我们看到有丝分裂让子细胞获得与母细胞相同的染色体。但'怎么做到'这件事,动物细胞和植物细胞走的路差别很大,背后是它们结构上的根本不同。

纺锤体起点不同
动物靠中心体发出星射线;植物没有中心体,纺锤丝从细胞两极直接长出
胞质分裂方式不同
动物细胞中部凹陷缢裂;植物细胞在赤道面长出细胞板,再扩展成新壁
差异根源在细胞壁
植物细胞有刚性细胞壁,无法像动物那样挤开,只能从内部建一道新壁
捏气球 / 砌墙隔房间对应 →动物细胞缢裂 / 植物细胞形成细胞板

无壁可挤开,有壁只能从内部建一道新隔板

6第 6 页 · 动物细胞与植物细胞有丝分

中心体(中心粒)

有丝分裂时,动物细胞的纺锤体像从两极伸出的支架。是谁在组织和维持这两个极点?中心体是重要答案,但它并非所有细胞分裂的必需条件。

基本构成
中心体含一对中心粒和周中心粒物质;每个中心粒呈圆筒状,壁由9组三联微管构成。
复制时序
中心体每个细胞周期通常复制一次;原中心粒从母中心粒旁生成,分裂期两套分离并定位于两极。
核心意义
中心体是动物细胞的主要微管组织中心,促成微管成核并维持纺锤体双极性;染色体分离由微管与动粒协同完成。
存在边界
多数高等植物细胞没有典型中心体,也可由其他微管组织位点形成纺锤体。
结构延伸
中心粒还可在细胞膜下成为纤毛或鞭毛的基体,参与其锚定与形成。
工地测量总站对应 →中心体

总站不搬建筑材料,但划定坐标、布设线路;中心体不直接搬染色体,却组织微管并定出两极。

7第 7 页 · 中心体(中心粒)

细胞板(植物细胞胞质分裂

细胞板(植物细胞胞质分裂特征):背景、意义与延伸了解

细胞板(植物细胞胞质分裂
细胞板(植物细胞胞质分裂特征):背景、意义与延伸了解
8第 8 页 · 细胞板(植物细胞胞质分裂

无丝分裂

无丝分裂:背景、意义与延伸了解

无丝分裂
无丝分裂:背景、意义与延伸了解
9第 9 页 · 无丝分裂

癌细胞(恶性增殖细胞)

上一页讲过:正常细胞每分裂一次都守规矩——次数、时机、位置都有基因管着。那万一管它的基因坏了呢?细胞就会挣脱控制、无限增殖——这就是癌细胞。

什么是癌细胞
原癌基因被异常激活(油门卡住)+抑癌基因失活(刹车失灵),使细胞挣脱正常增殖调控、无限制分裂。
三大恶性特征
①无限增殖(海拉细胞已分裂70+年);②逃避程序性死亡(凋亡);③可侵袭、转移到远端器官。
增殖≠癌症
骨髓干细胞、肠上皮每天也在大量分裂;区别在于是否受控。增殖本身不是问题,失控的增殖才是。
多步骤致癌
单个突变一般不致癌,需累积多个原癌/抑癌基因突变(通常3~6个),历经数年到数十年才演化出来。
带油门和刹车的车对应 →细胞增殖的基因调控

原癌基因=油门,抑癌基因=刹车;油门卡死+刹车失灵=失控的癌细胞

10第 10 页 · 癌细胞(恶性增殖细胞)

表面积/体积比与物质运输

前面看到细胞会不断分裂,但为什么不能一直长成一个大球省得分裂?这背后藏着一个物理规律。

表面积与体积增长不同步
边长翻倍,面积变 4 倍,体积变 8 倍——体积涨得更快
表面积/体积比随体积下降
正方体模型下 S/V = 6/r,边长越大比值越小
运输效率受限于膜面积
营养进、废物出都靠细胞膜,面积越大单位时间交换越多
比值过低则运输跟不上代谢
细胞越大,单位体积摊到的膜面积越少,供需失衡
分裂是恢复比值的手段
一个变两个,S/V 立刻回升,物质运输重新高效
1 个大箱子 vs 同体积的多个小箱子对应 →1 个大细胞 vs 分裂后的多个小细胞

小箱子堆放的总表面积更大,散热和取水都更快

S/V=6r2r3=6rS/V = \dfrac{6r^2}{r^3} = \dfrac{6}{r}
11第 11 页 · 表面积/体积比与物质运输

本节要点

  • 有丝分裂=复制一次+均分两次,子细胞遗传物质恒定
  • 动植差异的根在结构:有中心体用星射线,无则靠细胞板
  • 无丝分裂:省事但粗放,是特定组织的权宜之计
  • 癌=增殖失控:分裂方式没变,调控失灵了
  • 细胞不能无限长大:表体比下降→物质交换效率暴跌
延伸主题:细胞周期的分子调控减数分裂与有丝分裂对比原癌基因与抑癌基因
12第 12 页 · 本节要点

课后思考

先独立思考,再对照参考答案——三个问题层层递进:回顾核心、对比应用、突破边界。

1后期着丝点分裂使染色体数短暂加倍,子细胞为什么仍与母细胞染色体数相同?

参考答案关键在于后期着丝点分裂后,染色体被均分到细胞两极;末期细胞一分为二,每极的染色体完整进入一个子细胞。

2动物细胞靠细胞膜内缢完成胞质分裂,植物细胞为何必须改用形成细胞板?

参考答案植物细胞外有坚韧的细胞壁,无法向内凹陷缢裂;细胞板在赤道板处由中间向外扩展,最终形成新细胞壁把两个子细胞隔开。

3无丝分裂没有染色体和纺锤体的出现,为何子细胞仍能完成基本的遗传?

参考答案无丝分裂中细胞核内遗传物质仍会复制并大致均分,虽不形成染色体形态,但核一分为二,仍保证基本的遗传连续性。

13第 13 页 · 课后思考