《有絲分裂原理》課件

有絲分裂原理有絲分裂是真核生物細(xì)胞進(jìn)行的有性復(fù)制過(guò)程，通過(guò)這個(gè)過(guò)程，一個(gè)母細(xì)胞分裂為兩個(gè)相同的子細(xì)胞。這對(duì)于生物體的生長(zhǎng)、發(fā)育、修復(fù)以及繁殖至關(guān)重要。本課件將深入探討有絲分裂的基本原理，包括其歷史發(fā)展、細(xì)胞周期、不同階段的特征以及調(diào)控機(jī)制，并重點(diǎn)介紹有絲分裂異常對(duì)生物體的影響。有絲分裂的重要性生長(zhǎng)發(fā)育有絲分裂是生物體生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，它能夠產(chǎn)生新的細(xì)胞，使機(jī)體不斷增大并形成不同的組織和器官。修復(fù)損傷當(dāng)組織受到損傷時(shí)，有絲分裂可以產(chǎn)生新的細(xì)胞來(lái)修復(fù)受損的部位，例如傷口愈合、骨骼再生等。無(wú)性繁殖一些生物體通過(guò)無(wú)性繁殖進(jìn)行繁殖，而有絲分裂是無(wú)性繁殖的主要方式，例如植物的扦插、動(dòng)物的出芽等。有絲分裂的歷史發(fā)展11855魯?shù)婪颉し茽柦B提出“所有細(xì)胞都來(lái)自細(xì)胞”的著名論斷，為細(xì)胞分裂的研究奠定了基礎(chǔ)。21874奧斯卡·赫特維希使用顯微鏡觀察到海膽卵的有絲分裂過(guò)程，首次揭示了有絲分裂的基本步驟。31882瓦爾特·弗萊明使用染色劑對(duì)細(xì)胞染色體進(jìn)行了觀察，首次揭示了染色體在有絲分裂過(guò)程中的行為規(guī)律。41953沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，為理解有絲分裂中染色體復(fù)制機(jī)制提供了關(guān)鍵信息。細(xì)胞周期與有絲分裂12間期細(xì)胞進(jìn)行生長(zhǎng)、合成代謝和復(fù)制DNA的時(shí)期有絲分裂期細(xì)胞分裂為兩個(gè)子細(xì)胞的時(shí)期細(xì)胞周期的四個(gè)階段G1期細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝活躍的階段S期細(xì)胞進(jìn)行DNA復(fù)制的階段G2期細(xì)胞為有絲分裂做準(zhǔn)備的階段M期細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂的階段G1期的特點(diǎn)細(xì)胞體積增大，合成大量的蛋白質(zhì)和RNA。積累能量，為后續(xù)的DNA復(fù)制和有絲分裂做準(zhǔn)備。檢查點(diǎn)機(jī)制保證細(xì)胞只有在適宜的環(huán)境下才能進(jìn)入S期。S期的DNA復(fù)制解旋DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被解旋酶解開，形成兩條單鏈。引物合成引物酶在單鏈DNA上合成引物，為DNA聚合酶提供起始位點(diǎn)。延伸DNA聚合酶沿模板鏈移動(dòng)，以引物為起點(diǎn)，合成新的互補(bǔ)鏈。連接DNA連接酶將新合成的片段連接起來(lái)，形成完整的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。G2期的準(zhǔn)備復(fù)制細(xì)胞器細(xì)胞器，如線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，在G2期被復(fù)制，為兩個(gè)子細(xì)胞提供充足的細(xì)胞器。合成蛋白質(zhì)細(xì)胞合成大量與有絲分裂相關(guān)的蛋白質(zhì)，例如微管蛋白和動(dòng)力蛋白等。檢查點(diǎn)機(jī)制檢查點(diǎn)機(jī)制確保DNA復(fù)制完成后，細(xì)胞才能進(jìn)入M期。M期的4個(gè)階段1前期染色體凝集、核膜解體、紡錘體形成2中期染色體排列在赤道板，著絲粒附著在紡錘體上3后期染色體分離，向兩極移動(dòng)4末期染色體解凝集，核膜重建，細(xì)胞質(zhì)分裂前期染色體開始凝集，變得更短更粗，可以觀察到染色體形態(tài)。核膜逐漸解體，核仁消失，細(xì)胞質(zhì)中開始出現(xiàn)紡錘體。中期1排列所有染色體排列在細(xì)胞中央的赤道板上，形成一個(gè)平面。2附著每個(gè)染色體的著絲粒都附著在紡錘體的微管上，確保染色體能夠準(zhǔn)確分離。后期1分離染色體著絲粒分裂，姐妹染色單體分開，成為獨(dú)立的染色體。2移動(dòng)分離的染色體沿紡錘體微管向細(xì)胞兩極移動(dòng)，保證染色體能夠準(zhǔn)確分配到兩個(gè)子細(xì)胞中。末期動(dòng)力蛋白纖維的作用微管的結(jié)構(gòu)和功能微管由微管蛋白亞基聚合而成，呈中空管狀結(jié)構(gòu)，在細(xì)胞內(nèi)形成一個(gè)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮多種功能。細(xì)胞骨架微管是細(xì)胞骨架的重要組成部分，參與維持細(xì)胞形狀、細(xì)胞器運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞分裂等過(guò)程。運(yùn)輸微管為細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸提供軌道，例如將蛋白質(zhì)、囊泡等運(yùn)送到目的地。染色體的行為1凝集前期，染色體開始凝集，變得更短更粗，便于分離和分配到子細(xì)胞中。2排列中期，染色體排列在赤道板上，著絲粒附著在紡錘體上，為后期分離做準(zhǔn)備。3分離后期，染色體著絲粒分裂，姐妹染色單體分開，成為獨(dú)立的染色體。4移動(dòng)染色體沿紡錘體微管向兩極移動(dòng)，最終到達(dá)各自的子細(xì)胞中。5解凝集末期，染色體解凝集，恢復(fù)正常的形態(tài)，并被包裹在新的核膜中。著絲粒的作用著絲粒是染色體上一個(gè)特殊的區(qū)域，連接著姐妹染色單體。著絲粒是紡錘體微管附著的位置，確保染色體能夠準(zhǔn)確地分離到兩個(gè)子細(xì)胞中。紡錘體的形成微管組織中心細(xì)胞兩極的中心體發(fā)出微管，形成紡錘體的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。微管延伸微管不斷延伸，互相交織，形成一個(gè)連接兩極的紡錘體。附著紡錘體微管附著在染色體的著絲粒上，為染色體分離提供動(dòng)力。著絲粒的分離在后期，著絲粒分裂，連接姐妹染色單體的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)被分解。分離后的染色體被紡錘體微管拉向細(xì)胞的兩極，確保染色體能夠準(zhǔn)確分配到兩個(gè)子細(xì)胞中。染色體的分離細(xì)胞質(zhì)的分裂胞質(zhì)分裂細(xì)胞質(zhì)從中間開始收縮，形成一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，稱為收縮環(huán)。縊裂收縮環(huán)不斷收縮，將細(xì)胞質(zhì)縊裂成兩個(gè)部分，最終將一個(gè)細(xì)胞分裂為兩個(gè)子細(xì)胞。細(xì)胞壁形成在植物細(xì)胞中，細(xì)胞壁會(huì)在細(xì)胞中間形成，將兩個(gè)子細(xì)胞隔開。染色體的行為與親和力染色體在有絲分裂過(guò)程中，表現(xiàn)出不同的行為，例如凝集、排列、分離和移動(dòng)。染色體之間的親和力決定了它們的排列方式，例如著絲粒之間的親和力使姐妹染色單體保持在一起，而紡錘體微管與著絲粒之間的親和力促使染色體分離。染色體的排列前期，染色體開始凝集，并隨機(jī)分布在細(xì)胞核內(nèi)。中期，染色體排列在赤道板上，形成一個(gè)平面，并附著在紡錘體微管上。著絲粒的分離酶解細(xì)胞內(nèi)的一些酶會(huì)將連接著絲粒的蛋白質(zhì)分解，使姐妹染色單體分開。1拉動(dòng)紡錘體微管的動(dòng)力蛋白會(huì)拉動(dòng)著絲粒，將染色體拉向兩極。2染色體的移動(dòng)1微管縮短紡錘體微管上的動(dòng)力蛋白不斷分解微管蛋白亞基，使微管縮短，拉動(dòng)染色體向兩極移動(dòng)。2微管解聚紡錘體微管也會(huì)解聚，釋放能量，推動(dòng)染色體移動(dòng)。核膜的崩潰與重建1崩潰前期，核膜開始分解，成為許多小的膜泡，使染色體能夠進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，與紡錘體微管接觸。2重建末期，新的核膜會(huì)在染色體周圍重新形成，將染色體包裹起來(lái)，形成新的細(xì)胞核。細(xì)胞質(zhì)的分裂收縮環(huán)形成細(xì)胞質(zhì)中形成一個(gè)環(huán)狀的蛋白結(jié)構(gòu)，稱為收縮環(huán)，主要由肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白組成。收縮環(huán)收縮收縮環(huán)不斷收縮，將細(xì)胞質(zhì)從中間縊裂成兩個(gè)部分。細(xì)胞壁形成在植物細(xì)胞中，細(xì)胞壁會(huì)在細(xì)胞中間形成，將兩個(gè)子細(xì)胞隔開。細(xì)胞分裂的結(jié)果一個(gè)母細(xì)胞分裂成兩個(gè)相同的子細(xì)胞，遺傳物質(zhì)和細(xì)胞器均等分配到兩個(gè)子細(xì)胞中。子細(xì)胞與母細(xì)胞具有相同的基因組，能夠繼續(xù)進(jìn)行生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖。有絲分裂的檢查點(diǎn)G1/S檢查點(diǎn)確保細(xì)胞只有在適宜的環(huán)境下，例如有充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生長(zhǎng)因子，以及DNA沒有損傷的情況下，才能進(jìn)入S期。G2/M檢查點(diǎn)確保細(xì)胞只有在DNA復(fù)制完成，并且沒有錯(cuò)誤的情況下，才能進(jìn)入M期。G1/S檢查點(diǎn)生長(zhǎng)因子細(xì)胞接收生長(zhǎng)因子信號(hào)，促進(jìn)細(xì)胞進(jìn)入S期。DNA損傷如果DNA受損，細(xì)胞會(huì)暫停在G1期，進(jìn)行DNA修復(fù)，只有修復(fù)完成后才能進(jìn)入S期。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)細(xì)胞需要充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)才能進(jìn)行DNA復(fù)制，如果營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足，細(xì)胞會(huì)暫停在G1期，直到營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充足為止。G2/M檢查點(diǎn)確保DNA復(fù)制完成后，細(xì)胞才能進(jìn)入M期，避免復(fù)制錯(cuò)誤的DNA傳遞給子細(xì)胞。檢查DNA復(fù)制是否完整，是否含有錯(cuò)誤，如果有錯(cuò)誤，細(xì)胞會(huì)暫停在G2期，進(jìn)行DNA修復(fù)，只有修復(fù)完成后才能進(jìn)入M期。細(xì)胞分裂的調(diào)控機(jī)制1細(xì)胞周期蛋白一類蛋白質(zhì)，其濃度在細(xì)胞周期中發(fā)生周期性變化，調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程。2Cdk細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶，需要與細(xì)胞周期蛋白結(jié)合才能發(fā)揮活性，磷酸化其他蛋白質(zhì)，控制細(xì)胞周期的進(jìn)程。細(xì)胞周期蛋白與Cdk結(jié)合細(xì)胞周期蛋白與Cdk結(jié)合，形成活性復(fù)合物。磷酸化活性復(fù)合物磷酸化其他蛋白質(zhì)，調(diào)控細(xì)胞周期的不同階段。降解細(xì)胞周期蛋白會(huì)被降解，Cdk失去活性，控制細(xì)胞周期進(jìn)程。細(xì)胞周期的正向調(diào)控生長(zhǎng)因子生長(zhǎng)因子刺激細(xì)胞周期蛋白的合成，促進(jìn)細(xì)胞進(jìn)入S期。Cdk活性Cdk活性增強(qiáng)，磷酸化其他蛋白質(zhì)，促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)程。細(xì)胞周期的負(fù)向調(diào)控DNA損傷會(huì)激活細(xì)胞周期抑制因子，例如p53，抑制細(xì)胞周期蛋白的合成，阻止細(xì)胞進(jìn)入S期。Cdk抑制劑會(huì)與Cdk結(jié)合，抑制其活性，阻止細(xì)胞周期進(jìn)程。有絲分裂的異常染色體的非分離原因著絲粒沒有正確分裂，或者紡錘體微管沒有正確附著在著絲粒上，導(dǎo)致姐妹染色單體沒有分離到不同的子細(xì)胞中。結(jié)果子細(xì)胞的染色體數(shù)目發(fā)生改變，可能導(dǎo)致遺傳疾病，例如唐氏綜合征。染色體的倍性增加整個(gè)染色體組在有絲分裂過(guò)程中沒有分離，導(dǎo)致子細(xì)胞的染色體數(shù)目增加。染色體倍性增加會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)失控，甚至導(dǎo)致癌癥。細(xì)胞周期的失控細(xì)胞周期蛋白失控細(xì)胞周期蛋白的過(guò)度表達(dá)或者降解異常，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期進(jìn)程失控。Cdk活性失控Cdk活性增強(qiáng)或者抑制因子失活，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期進(jìn)程失控。檢查點(diǎn)失活檢查點(diǎn)機(jī)制失活，導(dǎo)致細(xì)胞即使在存在DNA損傷或復(fù)制錯(cuò)誤的情況下，也會(huì)繼續(xù)進(jìn)入下一個(gè)細(xì)胞周期階段。細(xì)胞分裂導(dǎo)致的疾病癌癥細(xì)胞周期失控，細(xì)胞無(wú)限增殖，形成腫瘤，侵犯周圍組織器官，最終導(dǎo)致死亡。遺傳疾病染色體非分離導(dǎo)致遺傳物質(zhì)異常，出現(xiàn)遺傳疾病，例如唐氏綜合征、特納氏綜合征等。有絲分裂抑制劑在腫瘤治療中的應(yīng)用有絲分裂抑制劑能夠抑制腫瘤細(xì)胞的有絲分裂，從而抑制腫瘤生長(zhǎng)。