細(xì)胞及細(xì)胞分裂

關(guān)于細(xì)胞及細(xì)胞分裂細(xì)胞的結(jié)構(gòu)一、基本概念根據(jù)構(gòu)成生物體的基本單位，可以將生物分為非細(xì)胞生物：包括病毒、噬菌體(細(xì)菌病毒)，具有前細(xì)胞形態(tài)的構(gòu)成單位；細(xì)胞生物：以細(xì)胞為基本單位的生物；根據(jù)細(xì)胞核和遺傳物質(zhì)的存在方式不同又可以分為：真核生物(eukaryote)：(真核細(xì)胞)原生動(dòng)物、單細(xì)胞藻類、真菌、高等植物、動(dòng)物、人類原核生物(prokaryote)：(原核細(xì)胞)細(xì)菌、藍(lán)藻(藍(lán)細(xì)菌)真核細(xì)胞：細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核及(植物)細(xì)胞壁第2頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

原核生物和真核生物染色體的區(qū)別第3頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

二、真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)第4頁,共58頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能根據(jù)構(gòu)成生物體的基本單位，可以將生物分為非細(xì)胞生物：包括病毒、噬菌體(細(xì)菌病毒)，具有前細(xì)胞形態(tài)的構(gòu)成單位；細(xì)胞生物：以細(xì)胞為基本單位的生物；根據(jù)細(xì)胞核和遺傳物質(zhì)的存在方式不同又可以分為：真核生物(eukaryote)：(真核細(xì)胞)原生動(dòng)物、單細(xì)胞藻類、真菌、高等植物、動(dòng)物、人類原核生物(prokaryote)：(原核細(xì)胞)細(xì)菌、藍(lán)藻(藍(lán)細(xì)菌)真核細(xì)胞：細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核及(植物)細(xì)胞壁第5頁,共58頁，2024年2月25日，星期天真核細(xì)胞(eukaryoticcell)的結(jié)構(gòu)第6頁,共58頁，2024年2月25日，星期天一、細(xì)胞壁(cellwall)與動(dòng)物細(xì)胞不同，植物細(xì)胞具有細(xì)胞壁及穿壁胞間連絲(plasmodesma)。對(duì)細(xì)胞的形態(tài)和結(jié)構(gòu)起支撐和保護(hù)作用。正是因?yàn)榇嬖谶@一獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使得植物遺傳的研究與動(dòng)物遺傳研究有了比較大的差異(更困難)，尤其是在進(jìn)入分子水平或者說是在進(jìn)行細(xì)胞工程和基因工程研究時(shí)，這一點(diǎn)尤其突出。構(gòu)成植物細(xì)胞壁的化學(xué)成分有：？纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)第7頁,共58頁，2024年2月25日，星期天二、細(xì)胞膜

主要由磷脂雙分子層和蛋白分子組成。細(xì)胞內(nèi)的許多其它構(gòu)成部分也具有膜結(jié)構(gòu)，稱為膜相結(jié)構(gòu)(membranousstructure)；相對(duì)地，不具有膜的部分則稱為非膜相結(jié)構(gòu)(non-membranousstructure)

。膜結(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞形態(tài)、生理生化功能具有重要作用，如：選擇性透過某些物質(zhì)，而大分子物質(zhì)則通過膜地的微孔進(jìn)出細(xì)胞；提供生理生化反應(yīng)的場(chǎng)所；對(duì)細(xì)胞內(nèi)空間進(jìn)行分隔，形成結(jié)構(gòu)、功能不同又相互協(xié)調(diào)的區(qū)域。第8頁,共58頁，2024年2月25日，星期天三、細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)的構(gòu)成成分除了由蛋白分子、脂肪、游離氨基酸和電解質(zhì)組成的基質(zhì)外，具有許多重要的結(jié)構(gòu)，稱為細(xì)胞器主要細(xì)胞器線粒體:動(dòng)力工廠內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，物質(zhì)合成核糖體：RNA及蛋白質(zhì)構(gòu)成，物質(zhì)合成場(chǎng)所高爾基體：扁平囊泡,加工、合成、修復(fù)質(zhì)體(植物細(xì)胞特有):白色體、有色體、葉綠體溶酶體：?jiǎn)螌有∨荩鞣N水解酶微體：過氧化物酶體、乙醛酸循環(huán)體，代謝中心粒、鞭毛、纖毛：運(yùn)動(dòng)、參與細(xì)胞分裂液泡(植物細(xì)胞特有)：內(nèi)容有機(jī)物、色素等第9頁,共58頁，2024年2月25日，星期天在此要強(qiáng)調(diào)的細(xì)胞器是：核糖體：主要成分是蛋白質(zhì)和rRNA，是合成蛋白質(zhì)的主要場(chǎng)所，是遺傳信息表達(dá)的主要途徑。線粒體和葉綠體：分別是有氧呼吸和光合作用的場(chǎng)所，但它們含有DNA、RNA等成分，研究表明：這些核酸分子也具有遺傳物質(zhì)的功能第10頁,共58頁，2024年2月25日，星期天四、細(xì)胞核細(xì)胞核的形狀一般為圓球形，其形狀、大小也因生物和組織而異。植物細(xì)胞核一般為5-25

m(微米)，變動(dòng)范圍可達(dá)1

m-600

m。細(xì)胞核是遺傳物質(zhì)集聚的場(chǎng)所，對(duì)細(xì)胞發(fā)育和性狀遺傳起著控制作用。細(xì)胞核由四個(gè)部分組成：1.核膜；2.核液；3.核仁；4.染色質(zhì)和染色體。第11頁,共58頁，2024年2月25日，星期天1.核膜(nuclearmembrane)核膜是雙層膜，對(duì)核與質(zhì)間起重要的分隔作用；但是細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)又不是完全隔離的，核膜上分布有一些直徑約40-70nm的核孔(nuclearpore)，以利于質(zhì)與核間進(jìn)行大分子物質(zhì)的交換。核膜在細(xì)胞分裂過程中存在一個(gè)“解體-重建”的過程，并可作為細(xì)胞分裂階段劃分的標(biāo)志。進(jìn)入細(xì)胞分裂中期：核膜解體；進(jìn)入細(xì)胞分裂末期：核膜重建。第12頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2.核液(nuclearsap)充滿核內(nèi)的液體狀物質(zhì)稱為核液，也稱為核漿或核內(nèi)基質(zhì)。核液主要成分為蛋白質(zhì)、RNA、酶等。其中存在一種與核糖體大小類似的顆粒，據(jù)推測(cè)可能與核內(nèi)蛋白質(zhì)的合成有關(guān)。核仁和染色質(zhì)存在于核液中。第13頁,共58頁，2024年2月25日，星期天3.核仁(nucleolus)一個(gè)或幾個(gè)；折光率高；呈球形；外無被膜。主要成分是蛋白質(zhì)和RNA，還可能存在少量的類脂和DNA。細(xì)胞分裂過程中也會(huì)暫時(shí)分散。功能：可能與核糖體和核內(nèi)的蛋白質(zhì)合成有關(guān)。第14頁,共58頁，2024年2月25日，星期天細(xì)胞分裂第15頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

有絲分裂

——高等生物細(xì)胞的主要分裂方式。細(xì)胞周期主要包括有絲分裂過程和兩次分裂的間期。無絲分裂——細(xì)菌等的主要分裂方式。在高等動(dòng)物的胎膜、肌肉、腫瘤或愈傷細(xì)胞等也進(jìn)行無絲分裂。減數(shù)分裂——性細(xì)胞形成過程中的分裂方式使得其染色體的數(shù)目比性母細(xì)胞中染色體的數(shù)目減少了一半的分裂方式。

一、基本概念第16頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

細(xì)胞周期（cellcycle）——從一次細(xì)胞分裂結(jié)束到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束為止的一段歷程。一個(gè)周期包括細(xì)胞分裂期（M期）和間期，一般間期大約占細(xì)胞周期的90％～95％；分裂期大約占細(xì)胞周期的5％～10％。細(xì)胞的種類不同，細(xì)胞周期的長(zhǎng)短也不相同。（見下表）二、細(xì)胞周期第17頁,共58頁，2024年2月25日，星期天幾種真核細(xì)胞的周期

細(xì)胞類型細(xì)胞周期各期時(shí)間(h)G1SG2M周期人白細(xì)胞25.912.84.190.6343.5

金魚5912173周齡兔肝臟8周齡兔肝臟991.81.721.5281681.747.5哺乳動(dòng)物離體細(xì)胞1094124第18頁,共58頁，2024年2月25日，星期天間期

間期為細(xì)胞分裂作準(zhǔn)備，間期又分為：G1（復(fù)制前期）——RNA和蛋白質(zhì)的合成，及細(xì)胞生長(zhǎng)所需酶的合成，為進(jìn)入S期作物質(zhì)準(zhǔn)備（細(xì)胞明顯增大）。S（復(fù)制期）——DNA合成期，DNA含量加倍。G2（復(fù)制后期）——從DNA合成后到細(xì)胞開始分裂前的間隙期，有少量DNA和蛋白質(zhì)合成。第19頁,共58頁，2024年2月25日，星期天細(xì)胞周期的遺傳調(diào)控

細(xì)胞周期中一個(gè)重要的控制點(diǎn)就是決定細(xì)胞是否進(jìn)入S期。如果在G1后期發(fā)生DNA損傷，就會(huì)影響G1期細(xì)胞周期蛋白及其CDK的作用，從而阻止細(xì)胞進(jìn)入S期，該位點(diǎn)的調(diào)控是十分精確的，該控制點(diǎn)的失控往往會(huì)導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生（Russel，2000）。（CDK——依賴于周期蛋白的激酶）。第20頁,共58頁，2024年2月25日，星期天遺傳調(diào)控發(fā)生在G1期的后期S期G1期G2期前期中期后期末期間期非分裂細(xì)胞減數(shù)分裂胞質(zhì)分裂細(xì)胞周期第21頁,共58頁，2024年2月25日，星期天三、有絲分裂第22頁,共58頁，2024年2月25日，星期天動(dòng)物細(xì)胞有絲分裂

第23頁,共58頁，2024年2月25日，星期天1、前期

染色質(zhì)螺旋化、折疊、縮短變粗，向染色體過渡，核仁逐漸消失，核膜裂解。在中心體周圍形成放射狀星體并向兩極移動(dòng)，開始形成紡錘絲。PS:中心體：是位于細(xì)胞核附近的細(xì)胞質(zhì)中，接近于細(xì)胞的中心，因此叫中心體。中心體與細(xì)胞的有絲分裂有關(guān)。

第24頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2、中期

中期的開始以核膜破裂消失為標(biāo)志，染色體達(dá)到最大程度的盤繞，形態(tài)特征最為典型。染色體向赤道方向移動(dòng)，排列在赤道板上，紡錘體呈現(xiàn)典型的紡錘樣，中期是研究染色體形態(tài)和計(jì)數(shù)的最佳時(shí)期。PS:

赤道板是細(xì)胞有絲分裂中期，染色體的著絲點(diǎn)排列在細(xì)胞中央的平面上，這個(gè)平面在細(xì)胞的中央，就是赤道板，但是個(gè)虛擬平面，并不是真實(shí)存在。

第25頁,共58頁，2024年2月25日，星期天3、后期

每條染色體的著絲點(diǎn)分裂為二，這時(shí)各條染色單體已經(jīng)各成為一個(gè)染色體。受紡錘絲的牽引，每條染色體分別向兩極移動(dòng)，因而兩極各具有與原來細(xì)胞同樣數(shù)目的染色體。第26頁,共58頁，2024年2月25日，星期天4、末期

在兩極圍繞著染色體出現(xiàn)新的核膜，染色體又變得松散細(xì)長(zhǎng)，核仁重新出現(xiàn)。于是在一個(gè)母細(xì)胞內(nèi)形成兩個(gè)子核。接著細(xì)胞質(zhì)分裂，成為兩個(gè)細(xì)胞，又恢復(fù)為分裂前的間期狀態(tài)。第27頁,共58頁，2024年2月25日，星期天有絲分裂的遺傳學(xué)意義

1、是多細(xì)胞生物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，所以又稱為體細(xì)胞分裂。2、核內(nèi)染色體準(zhǔn)確的復(fù)制并分裂為二，保證了子細(xì)胞在遺傳組成上與母細(xì)胞完全一樣。保證了物種的連續(xù)性和穩(wěn)定性。第28頁,共58頁，2024年2月25日，星期天四、減數(shù)分裂

發(fā)生在配子形成期的一種分裂方式，其中染色體復(fù)制一次，細(xì)胞分裂兩次，結(jié)果子細(xì)胞的染色體數(shù)目減半。第29頁,共58頁，2024年2月25日，星期天減數(shù)分裂過程

前期Ⅰ，中期Ⅰ，后期Ⅰ，末期Ⅰ

前期Ⅱ，中期Ⅱ，后期Ⅱ，末期Ⅱ第30頁,共58頁，2024年2月25日，星期天第31頁,共58頁，2024年2月25日，星期天減數(shù)分裂前期Ⅰ

減數(shù)分裂前期Ⅰ變化最為復(fù)雜，又被分為5個(gè)連續(xù)的時(shí)期：細(xì)線期、偶線期、粗線期、雙線期、終變期。第32頁,共58頁，2024年2月25日，星期天1、細(xì)線期

細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)染色體，好象一團(tuán)細(xì)線纏繞在一起，此時(shí)已經(jīng)復(fù)制為雙重結(jié)構(gòu)，但在光學(xué)顯微鏡下難以識(shí)別。第33頁,共58頁，2024年2月25日，星期天2、偶線期

主要特點(diǎn)是同源染色體聯(lián)會(huì)，形成聯(lián)會(huì)復(fù)合體。這樣聯(lián)會(huì)的一對(duì)同源染色體稱為二價(jià)體(四分體)。PS:第一次減數(shù)分裂的前期，細(xì)胞中的同源染色體兩兩配對(duì)，叫聯(lián)會(huì)。聯(lián)會(huì)后，染色體進(jìn)一步螺旋化變粗，逐漸在光學(xué)顯微鏡下可見每個(gè)染色體都含有兩個(gè)姐妹染色單體，由一個(gè)著絲點(diǎn)相連，每對(duì)同源染色體則含有四個(gè)姐妹染色單體，叫四分體。第34頁,共58頁，2024年2月25日，星期天3、粗線期

二價(jià)體進(jìn)一步凝縮變粗，每個(gè)二價(jià)體的4條染色單體互相纏繞在一起，在某些部位可能發(fā)生非姐妹染色單體之間某些節(jié)段的交換（crossing-over）和重組，產(chǎn)生新的等位基因組合。PS:在遺傳學(xué)上，把位于一對(duì)同源染色體的相同位置上，控制著相對(duì)性狀的基因叫等位基因。第35頁,共58頁，2024年2月25日，星期天染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)第36頁,共58頁，2024年2月25日，星期天BvvVVBbb

減數(shù)分裂時(shí),非姐妹單體交換時(shí)上面的基因也發(fā)生交換。連鎖的基因

在少部分的性母細(xì)胞中發(fā)生了交換一對(duì)同源染色體各自產(chǎn)生的染色單體之間互稱非姐妹染色單體。第37頁,共58頁，2024年2月25日，星期天BvbbVV連鎖的基因

在大部分性母細(xì)胞中是不交換的Bv在大部分性母細(xì)胞中

姐妹染色單體是不交換的，

雄果蠅所有的精母細(xì)胞都是這樣的：姐妹染色單體是由一個(gè)著絲點(diǎn)連著的并行的兩條染色單體，是在細(xì)胞分裂的間期由同一條染色體經(jīng)復(fù)制后形成的，在細(xì)胞分裂的間期、前期、中期成對(duì)存在，其大小、形態(tài)、結(jié)構(gòu)及來源完全相同。第38頁,共58頁，2024年2月25日，星期天姐妹染色單體和非姐妹染色單體1234第39頁,共58頁，2024年2月25日，星期天4、雙線期

染色體繼續(xù)縮短變粗，聯(lián)會(huì)復(fù)合體解體。出現(xiàn)交叉，交叉是交換的結(jié)果。這個(gè)時(shí)期較長(zhǎng)，如人的卵母細(xì)胞雙線期從胚胎期的第五個(gè)月開始，到性成熟結(jié)束，長(zhǎng)的要四十多年，到生育期結(jié)束。第40頁,共58頁，2024年2月25日，星期天5、終變期

染色體收縮達(dá)到最大程度，是減數(shù)分裂時(shí)期進(jìn)行染色體計(jì)數(shù)的最佳時(shí)期。這時(shí)可以見到交叉的二價(jià)體向兩端移動(dòng)，漸漸接近末端。第41頁,共58頁，2024年2月25日，星期天減數(shù)分裂中期Ⅰ

各成對(duì)的同源染色體雙雙移向細(xì)胞中央的赤道板，著絲點(diǎn)成對(duì)排列在赤道板兩側(cè)，細(xì)胞質(zhì)中形成紡錘體。第42頁,共58頁，2024年2月25日，星期天減數(shù)分裂后期Ⅰ

由紡錘絲的牽引，使成對(duì)的同源染色體各自發(fā)生分離，并分別移向兩極。

第43頁,共58頁，2024年2月25日，星期天減數(shù)分裂末期Ⅰ

到達(dá)兩極的同源染色體又聚集起來，重現(xiàn)核膜、核仁，然后細(xì)胞分裂為兩個(gè)子細(xì)胞。第44頁,共58頁，2024年2月25日，星期天

注意：

在減數(shù)分裂末期Ⅰ后有一個(gè)短暫的停頓期，稱為中間期，不進(jìn)行DNA的復(fù)制，許多動(dòng)物沒有中間期，直接進(jìn)入減數(shù)Ⅱ。染色體不再復(fù)制。每條染色體的著絲點(diǎn)分裂，姐妹染色單體分開，分別移向細(xì)胞的兩極，有時(shí)還伴隨細(xì)胞的變形。

第45頁,共58頁，2024年2月25日，星期天減數(shù)分裂與有絲分裂的區(qū)別1.減數(shù)分裂只發(fā)生在配子形成期。而有絲分裂幾乎在一生中,各種組織中都進(jìn)行。2.減數(shù)分裂的結(jié)果是染色體數(shù)目減半，而有絲分裂的結(jié)果是染色體數(shù)目不變；

3.減數(shù)分裂后，一個(gè)細(xì)胞形成四個(gè)含有不同遺傳物質(zhì)組合的子細(xì)胞，而有絲分裂后，一個(gè)細(xì)胞只形成兩個(gè)遺傳物質(zhì)相同的子細(xì)胞；

4.減數(shù)分裂過程中有其特有的同源染色體配對(duì)和同源非姐妹染色單體間的局部交換，而有絲分裂沒有

5.減數(shù)分裂發(fā)生部位為精巢卵巢，有絲分裂發(fā)生部位為體細(xì)胞。

第46頁,共58頁，2024年2月25日，星期天減數(shù)分裂的意義1.減數(shù)分裂使染色體數(shù)目減半，精卵結(jié)合后又恢復(fù)成二倍體，從而保證了物種世代間染色體數(shù)目的穩(wěn)定。2.同源染色體（非姐妹染色單體）的交換和非同源染色體間的隨機(jī)重組，導(dǎo)致配子的多樣性。3.減數(shù)分裂時(shí)非姐妹染色單體片段的交換是研究連鎖交換的細(xì)胞學(xué)依據(jù)。第47頁,共58頁，2024年2月25日，星期天有絲分裂與減數(shù)分裂的比較第48頁,共58頁，2024年2月25日，星期天（一）高等動(dòng)物配子的形成

雄性的精原細(xì)胞和雌性的卵原細(xì)胞通過多次有絲分裂