有丝分裂：阶段及其特征，功能和生物 - 生物学 - 2025

的有丝分裂是一细胞分裂过程，其中细胞产生遗传上相同的子细胞; 每个细胞产生两个具有相同染色体负荷的“女儿”。这种分裂发生在真核生物的体细胞中。

此过程是真核生物细胞周期的一个阶段，由四个阶段组成：S（DNA合成），M（细胞分裂），G1和G2（产生mRNA和蛋白质的中间阶段） 。G1，G2和S相一起被视为接口。核和细胞质分裂（有丝分裂和胞质分裂）构成了细胞周期的最后阶段。

有丝分裂概述。资料来源：Viswaprabha

在分子水平上，有丝分裂是通过一种称为MPF（成熟促进因子）的激酶（蛋白质）的激活以及随后大量细胞成分蛋白的磷酸化而引发的。后者使细胞呈现进行分裂过程所必需的形态变化。

有丝分裂是一个无性过程，因为祖细胞及其后代具有完全相同的遗传信息。这些细胞被称为二倍体，因为它们携带完整的染色体负荷（2n）。

另一方面，减数分裂是导致性繁殖的细胞分裂过程。在此过程中，二倍体干细胞复制其染色体，然后连续分裂两次（不复制其遗传信息）。最后，仅以一半的染色体负载生成了4个子细胞，称为单倍体（n）。

有丝分裂概述

单细胞生物中的有丝分裂通常产生与其祖细胞非常相似的子细胞。相反，在多细胞生物的发育过程中，此过程会产生具有某些不同特征的两个细胞（尽管遗传上相同）。

这种细胞分化产生了组成多细胞生物的不同细胞类型。

在生物体的生命中，细胞周期不断发生，不断形成新的细胞，继而生长并准备通过有丝分裂分裂。

细胞的生长和分裂受机制调节，例如凋亡（程序性细胞死亡），可以维持平衡，避免过度的组织生长。以这种方式，确保根据身体的需求和需要用新的电池替换有缺陷的电池。

这个过程有多重要？

繁殖能力是所有生物（从单细胞到多细胞）和构成它的细胞的最重要特征之一。这种质量可确保您的遗传信息的连续性。

理解有丝分裂和减数分裂的过程在理解生物体有趣的细胞特征方面起了根本作用。例如，在个体内以及同一物种的个体之间，从一个细胞到另一个细胞保持染色体数目不变的特性。

当我们在皮肤上遭受某种形式的割伤或伤口时，我们观察到受损皮肤在几天之内如何恢复。这是由于有丝分裂过程而发生的。

阶段及其特征

通常，在所有真核细胞中，有丝分裂遵循相同的过程序列（阶段）。在这些阶段，细胞中发生许多形态变化。其中包括染色体的凝结，核膜的破裂，细胞与细胞外基质和其他细胞的分离以及细胞质的分裂。

在某些情况下，核分裂和胞质分裂被认为是不同的阶段（分别是有丝分裂和胞质分裂）。

为了更好地研究和理解该过程，已指定了六（6）个阶段，称为前期，前中期，中期，后期和末期，然后将胞质分裂视为第六阶段，该阶段在后期开始发展。

末期是有丝分裂的最后阶段。取自https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitosepanel.jpg。通过维基共享资源

自19世纪以来，就已经通过光学显微镜对这些阶段进行了研究，因此如今，根据细胞所呈现的形态特征（例如染色体浓缩和有丝分裂纺锤体），可以轻松识别它们。

前期

前期。Leomonaci98，来自Wikimedia Commons

前期是细胞分裂的第一个可见表现。在这一阶段，由于染色质的逐渐压实，染色体的出现可以看作是可区分的形式。染色体的这种凝结始于MPF激酶使组蛋白H1分子磷酸化。

浓缩过程包括收缩，因此减少了染色体的大小。这是由于染色质纤维的盘绕而产生的，从而产生更容易移位的结构（有丝分裂染色体）。

先前在细胞周期的S期复制的染色体具有双链外观，称为姐妹染色单体，这些链通过称为着丝粒的区域结合在一起。在这个阶段，核仁也消失了。

有丝分裂纺锤体形成

来自Wikimedia Commons的Silvia3

在前期，有丝分裂纺锤体形成，由微管和蛋白质组成，这些蛋白质和微管组成一组纤维。

随着纺锤体的形成，细胞骨架的微管被分解（通过失活维持其结构的蛋白质），从而为形成所述有丝分裂纺锤体提供了必要的材料。

在界面处复制的中心体（无膜细胞器，在细胞周期中起作用）充当纺锤体微管的组装单位。在动物细胞中，中心体在中央有一对中心体。但大多数植物细胞中却没有这些。

当纺锤体微管组装在每个微管中时，复制的质体开始彼此分离，并开始向细胞的相对端迁移。

在前期结束时，核膜的破裂开始，发生在不同的过程中：核孔，核层和核膜的分解。这种断裂使有丝分裂纺锤体和染色体开始相互作用。

前期

莱莫纳西98

在此阶段，核被膜已完全破碎，使纺锤体的微管侵入该区域，与染色体相互作用。这两个中心体分开，分别位于有丝分裂纺锤体的两极，位于细胞的相对两端。

现在，有丝分裂纺锤体包括微管（从每个中心体向细胞中心延伸），中心体和一对紫苑（具有短微管径向分布的结构，从每个中心体展开）。

染色单体每个都在着丝粒处形成了一种特殊的蛋白质结构，称为动粒体。这些动粒体位于相反的方向，一些微管（称为动粒体微管）附着在它们上。

这些附着在动粒上的微管开始从其末端延伸到染色体。一些来自一极，其他来自另一极。这会产生“拉缩”效果，当稳定时，可使染色体最终位于细胞末端之间。

中期

在有丝分裂中期，染色体排列在细胞的赤道板上

在中期，中心体位于细胞的相对末端。纺锤体显示清晰的结构，染色体位于其中心。这些染色体的着丝粒附着在纤维上，并在称为中期板的假想平面中对齐。

染色单体着丝粒仍附着在动粒微管上。现在，不粘附到动植物上并从纺锤的相对极延伸的微管彼此相互作用。此时，来自紫苑的微管与质膜接触。

微管的这种生长和相互作用完善了有丝分裂纺锤体的结构，使其具有“鸟笼”外观。

从形态上讲，此阶段是变化最小的阶段，因此将其视为静止阶段。但是，尽管它们不是很容易注意到，但除了有丝分裂的最长阶段外，其中还发生了许多重要的过程。

后期

来源：Leomonaci98，来自Wikimedia Commons

在后期，每对染色单体开始分离（由于将它们结合在一起的蛋白质失活）。分离的染色体移至细胞的相对末端。

这种迁移运动是由于动粒微管的缩短，产生了“拉”效应，导致每个染色体从其着丝粒移开。根据着丝粒在染色体上的位置，它可能呈特定的形状，例如V或J。

微管未粘附在动粒上，通过微管蛋白（蛋白质）的粘附以及在其上移动的运动蛋白质的作用而生长并伸长，从而使它们之间的接触停止。当它们彼此远离时，主轴的极点也会起作用，从而延长了单元格。

在此阶段结束时，染色体组位于有丝分裂纺锤体的相对两端，使细胞的每一端具有一组完整且等效的染色体。

末期

末期。莱莫纳西98

末期是核分裂的最后阶段。线粒体的微管崩解，而极性微管进一步伸长。

利用祖细胞的核被膜，就像细胞质中的囊泡一样，核膜开始在每组染色体周围形成。

在此阶段，由于组蛋白分子（H1）的去磷酸化作用，细胞极处的染色体被完全解压缩。核膜元素的形成是由几种机制指导的。

在后期，许多前期的磷酸化蛋白开始去磷酸化。这允许在末期开始时，核小泡开始重新组装，并与染色体表面相关联。

另一方面，核孔被重新组装，允许泵送核蛋白。核层的蛋白质被去磷酸化，使其再次结合，以完成所述核层的形成。

最后，在染色体完全解压缩后，RNA合成重新开始，再次形成核仁，从而完成了子细胞新相间核的形成。

胞质分裂

胞质分裂是与核分裂分开的一个独立事件，通常在典型的细胞中，从分裂后期开始，每次有丝分裂都伴随着胞质分裂过程。多项研究表明，在某些胚胎中，在细胞质分裂之前会发生多次核分裂。

该过程从出现在中期板平面上的凹槽或裂口开始，以确保在染色体组之间进行划分。裂隙的部位由有丝分裂纺锤体特别是紫the的微管表示。

在明显的裂口中发现了一系列微丝，形成了一个指向细胞膜细胞质侧的环，该环主要由肌动蛋白和肌球蛋白组成。这些蛋白质彼此相互作用，使环在凹槽周围收缩。

当这些蛋白质的细丝彼此相互作用时，以与它们在肌肉组织中相同的方式滑动，从而产生收缩。

环的收缩加深，发挥“钳位”作用，最终分裂祖细胞，从而分离出具有发育中的细胞质的子细胞。

植物细胞的细胞分裂

植物细胞具有细胞壁，因此它们的细胞质分裂过程与先前描述的不同，并且始于末期。

当残留的纺锤体的微管组装在一起时，新的细胞壁就开始形成，构成了脆性塑料。这种圆柱形结构由两组微管组成，这两组微管的两端相连，其正极嵌入赤道平面的电子板中。

来自高尔基体的小囊泡中充满了细胞壁前体，穿过碎片的微管到达赤道区域，合并形成细胞板。随着其生长，囊泡的内容物被分泌到该板中。

该斑块生长，沿着细胞周界与质膜融合。发生这种情况的原因是，碎片的微管在板的外围不断重新排列，从而使更多的囊泡移向该平面并清空其内容物。

以这种方式，发生子细胞的细胞质分离。最后，细胞板的含量以及其中的纤维素微纤维可以完成新细胞壁的形成。

特征

有丝分裂是细胞分裂的机制，并且是真核生物中细胞周期阶段之一的一部分。简单地说，我们可以说这个过程的主要功能是在两个子细胞中繁殖一个细胞。

对于单细胞生物，细胞分裂意味着新个体的产生，而对于多细胞生物，这一过程是整个生物生长和正确功能的一部分（细胞分裂产生组织的发展和结构的维持）。

有丝分裂过程根据身体的需要而被激活。例如，在哺乳动物中，当人体需要更好的氧气吸收时，红细胞（红细胞）开始分裂，形成更多的细胞。类似地，当需要抵抗感染时，白细胞（白细胞）就会繁殖。

相反，一些专门的动物细胞实际上缺乏有丝分裂过程，或者它非常缓慢。例如神经细胞和肌肉细胞。

通常，它们是属于人体的结缔组织和结构组织的一部分的细胞，只有在细胞出现缺陷或退化并需要更换时才需要进行生殖。

调节细胞生长和分裂。

多细胞生物中的细胞分裂和生长控制系统比单细胞生物中的复杂得多。在后者中，复制基本上受到资源可用性的限制。

在动物细胞中，分裂被阻止，直到有一个积极的信号激活这一过程。这种激活以来自邻近细胞的化学信号的形式出现。这样可以防止组织的无限生长以及缺陷细胞的繁殖，而缺陷细胞的繁殖会严重损害生物体的生命。

控制细胞增殖的机制之一是细胞凋亡，如果细胞受到相当大的损害或被病毒感染，则该细胞死亡（由于某些可激活自我破坏的蛋白质的产生）。

通过抑制生长因子（如蛋白质）也可以调节细胞发育。因此，细胞保留在界面上，而不进行细胞周期的M期。

实现它的有机体

有丝分裂的过程发生在绝大多数的真核细胞中，从单细胞生物（如酵母）（无酵母繁殖过程）到复杂的多细胞生物（如动植物）。

尽管一般来说，所有真核细胞的细胞周期都相同，但单细胞和多细胞生物之间存在显着差异。在前者中，自然选择有利于细胞的生长和分裂。在多细胞生物中，增殖受到严格控制机制的限制。

在单细胞生物中，繁殖以加速的方式发生，因为细胞周期不断运转，子细胞迅速开始有丝分裂，从而继续这一周期。而多细胞生物的细胞需要更长的时间才能生长和分裂。

在该过程的某些阶段，动植物细胞的有丝分裂过程之间也存在一些差异，但是，原则上，该机制在这些生物体中的作用方式相似。

原核细胞的细胞分裂

原核细胞

原核细胞通常比真核细胞以更快的速度生长和分裂。

具有原核细胞（通常是单细胞或在某些情况下为多细胞）的生物缺乏核膜，该膜将核内的遗传物质隔离开，因此它分散在细胞内的核苷区域。这些细胞具有圆形的主染色体。

因此，这些生物体中的细胞分裂比真核细胞中的细胞分裂更为直接，缺乏所描述的机制（有丝分裂）。在它们中，繁殖是通过一种称为二元裂变的过程进行的，在该过程中，DNA复制从圆形染色体上的特定位点开始（复制起点或OriC）。

然后形成两个起点，它们在复制发生时迁移到细胞的相对侧，并且细胞被拉伸至其大小的两倍。复制结束时，细胞膜生长到细胞质中，将祖细胞分为具有相同遗传物质的两个子代。

有丝分裂的演变

真核细胞的进化带来了基因组复杂性的增加。这涉及到更精细的划分机制的发展。

有丝分裂之前是什么？

有假设表明细菌分裂是有丝分裂的前身机制。在真核细胞中，与二元裂变有关的蛋白质（可能是将染色体锚定在女儿质膜上特定部位的蛋白质）与微管蛋白和肌动蛋白之间存在一定的关系。

一些研究指出了现代单细胞质子分裂中的某些特殊性。在它们中，核膜在有丝分裂期间保持完整。复制的染色体保持锚定在该膜上的某些位置，在细胞分裂过程中细胞核开始伸展时分开。

这表明与二元裂变的过程有些重合，复制的染色体附着在细胞膜的某些位置。假说然后表明，在细胞分裂过程中表现出这种品质的生物原可以保持祖先原核细胞的这种特征。

目前，关于在多细胞生物的真核细胞中为什么需要在细胞分裂过程中使核膜解体的解释尚未得到解释。

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