【疑难解析】细胞有丝分裂5问

来源:仪征中学 时间:2024-06-21
 
1“一问”—— 核膜如何解体与再生
在细胞有丝分裂前期,核纤层(细胞核骨架系统之一)中的蛋白质首先开始高度磷酸化而解体,解聚成分散的肽链,从核膜上散落到细胞质中,使细胞核失去主要的支持骨架。

接着,核膜的内、外两层膜与核孔复合体分别崩解,核膜解体成大小不一的封闭小膜泡,散落在细胞中,其形状与内质网难与区分,此时在细胞中已无法看到完整的细胞核结构。

但是,在电子显微镜下,核膜小泡在有丝分裂过程中始终可以看到,一直分散于纺锤体周围。细胞有丝分裂末期,核纤层蛋白又去磷酸化而重新聚合,且与散落在细胞质中的小膜泡结合而成核膜,包围在一组染色体之外。

同时,核膜上的核孔复合体也重新装配完成,开始执行一定的物质运输功能,从而完成核膜的再生。

2“二问”——中心体在什么时期复制
高等动物细胞中,中心体复制由中心粒分裂、中心粒复制、中心体分裂和子代中心体分离4个阶段组成。

中心粒分裂出现在G1晚期,此时构成原中心体的两个中心粒稍微分开,为中心粒的各自复制做准备,是中心体复制开始的征兆。

中心粒复制始于S早期或者始于S期二个相互垂直的中心粒轻微分裂之时,每个母代中心粒旁与其垂直的方向长出一个子代中心粒,子代中心粒不断延长,这个过程可延至G2期直至有丝分裂期生长成熟。

然而,中心体的复制并不会导致S期延长。随着中心体在G2期分裂和分离完成,中心体复制也结束,半保留复制的中心粒进入子代中心体,此时细胞中能看到复制后的两个子代中心体。

现研究表明,子代中心体的分裂与细胞循环调节激酶(Nek2)和EF-hand蛋白磷酸化有一定的关系。

3“三问”——纺锤体如何形成
以动物细胞为例,纺锤体微管蛋白的合成是在细胞有丝分裂间期完成的。纺锤体的形成是在有丝分裂前期,以中心体为中心,源自星体(中心体与四射的微管合称)微管和染色体的相互作用。

首先,两个星体的形成和向两极运动,标志着纺锤体装配的开始。

随之,星体微管逐渐向“细胞核”内侵入。有的星体微管快速捕获浓缩的染色体,并与染色体一侧的动粒(着丝点)结合,形成动粒微管。而由另一极星体发出的微管则快速与染色体另一侧的动粒相连结。另一星体微管的游离端也逐渐侵人细胞核内,形成极性微管。

这样,动粒微管、极性微管以及一些辅助因子就共同的组成了纺锤体。在动物或低等植物细胞中纺锤体的形成与中心粒有关,在高等植物细胞中与细胞两极一些物质有关,此物质成分与组成中心体的成分相同。所以,纺锤体形成应该主要与细胞两极的相关物质相关,中心粒不是其形成的必要条件。


4“四问”——细胞器如何分配
细胞分裂不但要使两个子细胞获得和原来细胞相同的成套染色体,也必须保证它们都能获得细胞中的各种细胞器,否则细胞不能正常生活。

线粒体和叶绿体在遗传上具有相对独立性,只能在原有的细胞器基础上分裂增生,不能在细胞质中重新产生。线粒体和叶绿体在细胞分裂时,通过细胞核基因与自身基因共同编码增殖产生子代,然后再随细胞分裂随机的分配到两子细胞中。

高尔基体和内质网等具单层膜细胞器,在细胞分裂时,首先破成碎片或小膜泡,这些小膜泡往往附着在纺锤丝上,随细胞分裂分配到两子细胞中,然后在子细胞中装配成新的细胞器。

核糖体是由rRNA与相关蛋白质组成,在间期核仁中DNA转录形成rRNA,并且与核糖体蛋白质以共价键的形式组装而成,后随细胞质基质的分裂分配到两子细胞。

中心体在间期复制后,与纺锤体共同参与细胞分裂,分配时有较强的定向性。不论哪种细胞器,它的再生都是在细胞分裂间期发生的,除中心体外,其他细胞器在子细胞中数量往往不均等。
5“五问”——着丝点分裂与纺锤丝牵引有关吗
有丝分裂中期每条染色体上含有两个着丝点(动粒),分别位于着丝粒的两侧。有丝分裂后期,位于同一条染色体上的两个着丝点分裂,在纺锤丝的牵引下走向细胞两极。

如果用秋水仙素在细胞分裂前期抑制纺锤体的形成,往往细胞无法完成正常的分裂而成为多核或最终发育成多倍体。

因此,用秋水仙素处理后的细胞中虽然没有出现纺锤丝,然而位于染色体上的着丝点还是进行了分裂,使细胞中染色体数目加倍。

由此可知,着丝点分裂与有无纺锤丝的牵引无关,纺锤丝的牵引只是让连接在着丝点上的两条染色单体相互分离,较为准确移向细胞两极,为子细胞中染色体数量的均等分配奠定基础。

文章来源:陈春建,细胞有丝分裂“五问” 发表于 中学生物学杂志。


 
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