通常,我们将细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程称为一个细胞周期,分为间期与分裂期两个阶段。细胞的生命开始于产生它的母细胞的分裂, 结束于它的子细胞的形成,或是细胞的自身死亡。通常将子细胞形成作为一次细胞分裂结束的标志,细胞周期是指从一次细胞分裂形成子细胞开始到下一次细胞分裂形成子细胞为止所经历的过程。在这一过程中,细胞的遗传物质复制并均等地分配给两个子细胞。
细胞周期各个阶段以植物细胞有丝分裂为例:
有丝分裂分五段
间前中后末相连
间期首先作准备
间期染体复制在其间
前期 两消两现一散乱
中期 着丝点聚赤道板
后期 丝牵染体两极走
末期 两消两现壁重建
注:动物细胞末期不生成细胞壁。
细胞分裂间期是为细胞分裂做准备的时间,主要完成的是DNA的复制,相关蛋白质的合成,核膜核仁逐渐消失的过程,占据细胞分裂的绝大部分时间,有丝分裂重要的时期。
间期又分为三期、即DNA合成前期(G1期)、DNA合成期(S期)与DNA合成后期(G2期)。
1.G1期(first gap) 从有丝分裂到DNA复制前的一段时期,又称合成前期,此期主要合成RNA和核糖体。该期特点是物质代谢活跃,迅速合成RNA和蛋白质,细胞体积显著增大。这一期的主要意义在于为下阶段S期的DNA复制作好物质和能量的准备。
2.S期(synthesis) 即DNA合成期,在此期,除了合成DNA外,同时还要合成组蛋白。DNA复制所需要的酶都在这一时期合成。
3.G2期(second gap)期为DNA合成后期,是有丝分裂的准备期。在这一时期,DNA合成终止,大量合成RNA及蛋白质,包括微管蛋白和促成熟因子等。
细胞分裂间期是动植物体细胞有丝分裂过程中的一个重要阶段,这是一个新的细胞周期的开始,占整个细胞分裂周期的绝大部分,一般大约90~95%这个时期为细胞分裂准备了条件,细胞内
部正在发生很复杂的变化。近年来,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分子的复制和有关蛋白质的合成。因此,间期是整个细胞有丝分裂周期中极为关键的准备阶段。
间期阶段细胞内的特点:发育中的纺锤体出现,完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成,同时细胞有适度的生长,此时出现染色体,也可叫做出现姐妹染色单体[染色体单体是针对复制后,分开后就不存在染色单体这一说法]
分裂期与细胞裂间期共同构成细胞周期。此间染色质成为染色体,发生各种变化,可分为前期,中期,后期和末期。
1、前期(prophase)染色质丝高度螺旋化,逐渐形成染色体(chromosome)。染色体短而粗,强嗜碱性。两个中心体向相反方向移动,在细胞中形成两极;而后以中心粒随体为起始点开始合成微管,形成纺锤体。随着核仁相随染色质的螺旋化,核仁逐渐消失。核被膜开始瓦解为离散的囊泡状内质网。
2、中期(metaphase)细胞变为球形,核仁与核被膜已完全消失。染色体均移到细胞的赤道平面,从纺锤体两极发出的微管附着于每一个染色体的着丝点上。从中期细胞可分离得到完整的染色体群,共46个,其中44个为常染色体,2个为性染色体。男性的染色体组型为44+XY,女性为44+XX。分离的染色体呈短粗棒状或发夹状,均由两个染色单体借狭窄的着丝点连接构成。
3、后期(anaphase)由于纺锤体微管的活动,着丝点纵裂,每一染色体的两个染色单体分开,并向相反方向移动,接近各自的中心体,染色单体遂分为两组。与此同时,细胞波拉长,并由于赤道部细胞膜下方环行微丝束的活动,该部缩窄,细胞遂呈哑 铃形。
4、末期(telophase)染色单体逐渐解螺旋,重新出现染色质丝与核仁;内质网囊泡组合为核被膜;组胞赤道部缩窄加深,最后完全分裂为两个2倍体的子细胞。
抑素是细胞产生的一种小分子蛋白质或多肽,有的还含有糖或RNA。它无种属特异性,但有细胞特异性,对同类细胞增殖有抑制作用并且可逆。当抑素含量达到一定浓度时可抑制同类细胞的增殖,抑素浓度下降则细胞增殖活跃。有人认为抑素作用的机制,在于它能激活细胞膜上的腺苷环化酶活性,提高细胞内cAMP的浓度,因而抑制细胞的增殖,也可能通过cAMP-依赖性蛋白激酶对蛋白质的磷酸化作用来影响调节基因的活动。
cAMP能抑制细胞的分裂,促进细胞的分化,cGMP则能抑制细胞分化,促进细胞增殖,在正常生长的细胞中,cAMP和cGMP维持在适当的水平,调节控制细胞周期的运转。
细胞周期也受机体调节系统的影响,例如肝再生就是由调节系统的作用加速肝细胞增殖。但是肿瘤细胞,由于宿主失去对它的调控,因而恶性增殖。在肿瘤治疗中可应用细胞周期的原理,如G0期细胞对化疗不敏感,往往成为日后癌症复发的根源,因而可通过调控机理的研究,诱发G0期癌细胞进入细胞周期,再合理用抗癌药物加以杀灭,是防止癌转移和扩散的重要调控措施,是细胞动力学中有理论意义和实践意义的研究问题。