細(xì)胞分裂-有絲分裂過程 細(xì)胞生物學(xué) 教學(xué)課件

細(xì)胞分裂：有絲分裂過程細(xì)胞分裂是生命延續(xù)的基礎(chǔ)過程，其中有絲分裂是最為常見和重要的分裂方式。通過有絲分裂，單個細(xì)胞可以分裂成兩個遺傳物質(zhì)完全相同的子細(xì)胞，這對于多細(xì)胞生物的生長、發(fā)育和組織修復(fù)至關(guān)重要。本課件將詳細(xì)介紹有絲分裂的完整過程，從細(xì)胞周期的各個階段到染色體的行為變化，以及分裂過程中的分子機制。我們將探討這一精密過程的每個步驟，并理解其在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中的重要意義。什么是細(xì)胞分裂？定義細(xì)胞分裂是細(xì)胞通過分裂產(chǎn)生新細(xì)胞的過程，是所有生命體生長和繁殖的基礎(chǔ)。這一過程確保遺傳信息能夠從母細(xì)胞準(zhǔn)確地傳遞給子細(xì)胞，維持生物體的遺傳穩(wěn)定性。目的細(xì)胞分裂的主要目的包括生物體的生長發(fā)育、組織修復(fù)和再生，以及生物體的繁殖。對于單細(xì)胞生物，細(xì)胞分裂直接導(dǎo)致個體數(shù)量增加；而對于多細(xì)胞生物，細(xì)胞分裂則是體積增大和組織修復(fù)的基礎(chǔ)。類型細(xì)胞分裂主要包括三種類型：有絲分裂（維持染色體數(shù)目不變）、減數(shù)分裂（減少染色體數(shù)目，用于生殖細(xì)胞形成）和無絲分裂（主要在原核生物中發(fā)生的簡單分裂方式）。有絲分裂的重要性生物體生長發(fā)育的基礎(chǔ)有絲分裂使多細(xì)胞生物從單個受精卵發(fā)育成為復(fù)雜的個體。從胚胎發(fā)育到個體成熟，細(xì)胞數(shù)量的增加都依賴于有絲分裂的進(jìn)行。正常的有絲分裂確保了生物體能夠按照遺傳程序正常發(fā)育和生長。組織修復(fù)和再生當(dāng)生物體受傷或組織受損時，有絲分裂使細(xì)胞能夠迅速復(fù)制并修復(fù)受損區(qū)域。皮膚、血液和消化道等組織具有很強的再生能力，這些組織中的細(xì)胞可以通過有絲分裂快速更新，保持組織的正常功能。維持染色體數(shù)目恒定有絲分裂確保子細(xì)胞獲得與母細(xì)胞完全相同的染色體組成，維持了物種染色體數(shù)目的穩(wěn)定性。這種遺傳穩(wěn)定性是生物體正常發(fā)育和功能的關(guān)鍵。染色體數(shù)目的變化通常會導(dǎo)致嚴(yán)重的遺傳疾病。有絲分裂與細(xì)胞周期G1期第一生長期，細(xì)胞生長并合成蛋白質(zhì)及細(xì)胞器S期DNA合成期，染色體復(fù)制2G2期第二生長期，為分裂做準(zhǔn)備M期有絲分裂期，細(xì)胞實際分裂細(xì)胞周期是指細(xì)胞從一次分裂結(jié)束到下一次分裂開始的全過程。整個周期包括間期（G1、S、G2三個時期）和有絲分裂期（M期）。有絲分裂僅是細(xì)胞周期的一部分，但卻是最引人注目的階段，因為這時細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈變化。有絲分裂的階段1間期細(xì)胞生長并復(fù)制DNA2前期染色質(zhì)凝集，紡錘體形成3前中期核膜破裂，染色體與紡錘絲結(jié)合4中期染色體排列在中期板上5后期姐妹染色單體分離移動6末期染色體解凝集，核膜重建有絲分裂是一個連續(xù)的過程，但為了方便研究，科學(xué)家們將其分為幾個階段。每個階段都有特定的細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化和分子事件。這些階段依次發(fā)生，且彼此之間沒有明顯的界限。了解每個階段的特征對于深入理解細(xì)胞分裂過程至關(guān)重要。間期：準(zhǔn)備階段G2期最后準(zhǔn)備，合成分裂所需蛋白質(zhì)2S期DNA復(fù)制，染色體數(shù)量加倍G1期基礎(chǔ)生長，合成RNA和蛋白質(zhì)間期是細(xì)胞生命周期中最長的階段，占整個細(xì)胞周期90%以上的時間。雖然在這一階段細(xì)胞看起來不太活躍，但實際上細(xì)胞正在進(jìn)行劇烈的代謝活動，為隨后的分裂做準(zhǔn)備。間期又可細(xì)分為G1期、S期和G2期三個階段。在間期，細(xì)胞不斷生長，體積增大，并且復(fù)制DNA、合成蛋白質(zhì)和細(xì)胞器。所有這些活動都是為了確保在隨后的分裂中，兩個子細(xì)胞能夠獲得足夠的細(xì)胞質(zhì)成分和完整的遺傳信息。G1期：生長和準(zhǔn)備細(xì)胞生長G1期是細(xì)胞體積增大的主要時期，細(xì)胞合成大量RNA和蛋白質(zhì)，為后續(xù)的DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂做準(zhǔn)備。這一時期細(xì)胞的代謝活動非?；钴S，能量消耗也較高。DNA檢查細(xì)胞會檢查DNA是否損傷，如果發(fā)現(xiàn)損傷，會啟動修復(fù)機制。只有當(dāng)DNA完好無損時，細(xì)胞才會進(jìn)入下一階段。這種檢查機制對于維持遺傳穩(wěn)定性至關(guān)重要。G1/S檢查點在G1期末存在一個重要的調(diào)控點，即G1/S檢查點。該檢查點決定細(xì)胞是否繼續(xù)進(jìn)入細(xì)胞周期。如果環(huán)境條件不適宜或細(xì)胞內(nèi)部狀態(tài)不佳，細(xì)胞可能會暫時退出細(xì)胞周期進(jìn)入G0期。S期：DNA復(fù)制DNA復(fù)制機制在S期，DNA雙螺旋鏈解開，每條鏈作為模板合成新的互補鏈。DNA聚合酶在復(fù)制叉處催化脫氧核苷酸的加入，逐步完成整個基因組的復(fù)制。這一過程極為精確，錯誤率不到十億分之一。姐妹染色單體形成DNA復(fù)制完成后，每個染色體由兩個完全相同的姐妹染色單體組成，這兩個染色單體在著絲點處相連。姐妹染色單體的形成是后續(xù)分裂過程正確進(jìn)行的基礎(chǔ)。復(fù)制精確性保障細(xì)胞擁有多重機制確保DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性，包括DNA聚合酶的校對功能和復(fù)制后修復(fù)系統(tǒng)。這些機制確保遺傳信息能夠準(zhǔn)確地傳遞給下一代細(xì)胞。G2期：為分裂做最后準(zhǔn)備持續(xù)生長細(xì)胞繼續(xù)增大體積，合成有絲分裂所需的蛋白質(zhì)和能量物質(zhì)。這一時期的細(xì)胞體積通常達(dá)到最大。DNA復(fù)制檢查細(xì)胞會檢查DNA復(fù)制是否完成，是否有錯誤。如果發(fā)現(xiàn)DNA復(fù)制不完全或存在錯誤，細(xì)胞會暫停周期并進(jìn)行修復(fù)。分裂蛋白合成大量合成有絲分裂所需的蛋白質(zhì)，如紡錘體蛋白、運動蛋白等。這些蛋白質(zhì)將在隨后的分裂過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。G2/M檢查點G2/M檢查點確保細(xì)胞只有在適當(dāng)條件下才能進(jìn)入有絲分裂期。此檢查點評估DNA復(fù)制情況和細(xì)胞大小等因素。間期總結(jié)細(xì)胞生長間期是細(xì)胞體積增大的主要時期，細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器數(shù)量顯著增加。這種增長確保子細(xì)胞能夠獲得足夠的細(xì)胞質(zhì)成分，維持正常的生理功能。DNA復(fù)制S期進(jìn)行的DNA復(fù)制是間期最為關(guān)鍵的事件之一，確保每個子細(xì)胞都能獲得完整的遺傳信息。復(fù)制過程中形成的姐妹染色單體為后續(xù)的染色體分離奠定基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)合成間期合成的各種蛋白質(zhì)不僅支持細(xì)胞的正常生理活動，還包括后續(xù)分裂所需的特殊蛋白質(zhì)，如微管蛋白、動力蛋白等結(jié)構(gòu)和調(diào)控蛋白。調(diào)控檢查點間期存在多個重要的調(diào)控檢查點，這些檢查點確保細(xì)胞只有在滿足特定條件時才能進(jìn)入下一階段，從而保證細(xì)胞分裂的準(zhǔn)確性和細(xì)胞周期的有序進(jìn)行。前期：染色質(zhì)凝集1染色質(zhì)螺旋化染色質(zhì)開始高度濃縮染色體形成可見姐妹染色單體結(jié)構(gòu)核仁消失核仁結(jié)構(gòu)逐漸分散前期是有絲分裂過程的第一個階段，標(biāo)志著分裂的正式開始。在前期，原本松散的染色質(zhì)開始螺旋化并濃縮，逐漸形成可在光學(xué)顯微鏡下觀察到的染色體。每條染色體由兩個姐妹染色單體組成，這兩個染色單體在著絲點處相連。同時，核仁開始消失，其成分分散到細(xì)胞質(zhì)中。染色質(zhì)的凝集是細(xì)胞準(zhǔn)備分離染色體的必要步驟，高度濃縮的染色體結(jié)構(gòu)便于在隨后的分裂過程中進(jìn)行準(zhǔn)確分離。紡錘體的形成在前期，微管開始從中心體發(fā)出，形成紡錘絲。紡錘體是有絲分裂的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，它將負(fù)責(zé)染色體的排列和分離。紡錘絲主要由微管組成，這些微管從細(xì)胞兩極的中心體向細(xì)胞中部延伸。紡錘體的形成是一個高度動態(tài)的過程，涉及微管的快速組裝和解聚。這一過程由多種蛋白質(zhì)精確調(diào)控，確保紡錘體能夠正確形成并發(fā)揮功能。沒有正常的紡錘體，染色體無法正確排列和分離，從而導(dǎo)致分裂異常。中心體的移動中心體復(fù)制G1/S期中心體開始復(fù)制中心體分離G2期末期中心體開始分離極向移動前期中心體向細(xì)胞兩極移動建立極性形成紡錘體兩極結(jié)構(gòu)中心體是微管組織中心，在有絲分裂過程中起著關(guān)鍵作用。中心體在細(xì)胞周期的S期復(fù)制，在G2期末期開始分離，到前期時繼續(xù)向細(xì)胞兩極移動，最終形成紡錘體的兩極。中心體的移動依賴于多種運動蛋白，如動力蛋白和驅(qū)動蛋白。這些蛋白質(zhì)能夠沿著微管移動，并產(chǎn)生力量推動中心體向相反方向移動。中心體的正確定位對于紡錘體的形成和后續(xù)染色體的準(zhǔn)確分離至關(guān)重要。染色體結(jié)構(gòu)2姐妹染色單體每條染色體由兩個完全相同的姐妹染色單體組成1著絲點姐妹染色單體連接處，也是紡錘絲附著的部位46人體染色體數(shù)人體細(xì)胞中染色體的總數(shù)（23對）染色體是DNA和蛋白質(zhì)的復(fù)合體，攜帶著生物體的遺傳信息。在有絲分裂前，DNA已在S期完成復(fù)制，因此每條染色體都包含兩個完全相同的姐妹染色單體。這兩個染色單體在著絲點處相連。著絲點是染色體上的特殊結(jié)構(gòu)，不僅連接姐妹染色單體，還是紡錘絲附著的部位。在后期，著絲點處的連接會斷開，允許姐妹染色單體分離。人體細(xì)胞中通常含有46條染色體，在有絲分裂過程中，這些染色體都需要準(zhǔn)確復(fù)制和分離。紡錘絲的組成微管蛋白α和β微管蛋白二聚體1動力蛋白促進(jìn)微管運動的馬達(dá)蛋白微管相關(guān)蛋白調(diào)節(jié)微管動態(tài)變化的蛋白質(zhì)3能量供應(yīng)ATP提供紡錘絲運動所需能量4紡錘絲是由微管組成的動態(tài)結(jié)構(gòu)，微管則是由α和β微管蛋白二聚體聚合而成的中空管狀結(jié)構(gòu)。紡錘絲的形成和功能依賴于多種蛋白質(zhì)的協(xié)同作用，特別是動力蛋白等馬達(dá)蛋白。動力蛋白能夠沿著微管移動，驅(qū)動染色體和其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)的運動。此外，還有多種微管相關(guān)蛋白參與調(diào)節(jié)微管的組裝和解聚。紡錘絲的形成和功能都需要消耗大量的ATP，這些能量用于支持微管的動態(tài)變化和馬達(dá)蛋白的活動。前期：染色質(zhì)凝集過程組蛋白修飾在染色質(zhì)凝集過程中，組蛋白蛋白質(zhì)往往會發(fā)生特定的修飾，如磷酸化和甲基化。這些修飾改變了組蛋白與DNA的相互作用方式，促進(jìn)了染色質(zhì)的濃縮。這些化學(xué)變化是由特定的酶介導(dǎo)的，反映了細(xì)胞對基因表達(dá)和染色體結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)控。凝縮蛋白的作用凝縮蛋白是一類幫助染色體更加緊密包裝的蛋白質(zhì)。在前期，這些蛋白質(zhì)與DNA和組蛋白相互作用，促進(jìn)染色質(zhì)形成更高級別的螺旋結(jié)構(gòu)。凝縮蛋白的活性受到細(xì)胞周期調(diào)控因子的嚴(yán)格控制，確保染色質(zhì)凝集在適當(dāng)?shù)臅r間發(fā)生。高級結(jié)構(gòu)形成染色質(zhì)凝集過程涉及多層次的結(jié)構(gòu)變化，從基本的DNA-組蛋白復(fù)合物到更高級別的螺旋結(jié)構(gòu)。這種高度壓縮使得長鏈DNA分子能夠在有限的細(xì)胞空間內(nèi)有序排列，便于后續(xù)的分離過程。染色體的最終結(jié)構(gòu)緊湊而有組織，是分子水平精確調(diào)控的結(jié)果。前期：紡錘體的動態(tài)變化微管是高度動態(tài)的結(jié)構(gòu)，不斷進(jìn)行組裝和解聚。這種被稱為"動態(tài)不穩(wěn)定性"的特性使紡錘體能夠快速響應(yīng)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的變化。在有絲分裂前期，微管的動態(tài)變化尤為活躍，這有助于紡錘絲探索細(xì)胞空間并與染色體建立連接。微管馬達(dá)蛋白如動力蛋白和驅(qū)動蛋白在紡錘絲的運動中發(fā)揮重要作用。這些蛋白質(zhì)能夠沿著微管移動，并產(chǎn)生力量推動細(xì)胞結(jié)構(gòu)的移動。通過這些分子馬達(dá)的作用，紡錘體能夠建立極性并維持其動態(tài)結(jié)構(gòu)，為后續(xù)的染色體分離做好準(zhǔn)備。前期：核仁的消失rRNA合成停止核仁是細(xì)胞核內(nèi)負(fù)責(zé)核糖體RNA(rRNA)合成和核糖體亞基組裝的區(qū)域。在前期開始時，rRNA的合成活動迅速減少直至停止。這是因為細(xì)胞將能量轉(zhuǎn)向支持分裂過程，暫時不需要新的核糖體生產(chǎn)。蛋白質(zhì)解離隨著rRNA合成的停止，許多參與rRNA轉(zhuǎn)錄和核糖體組裝的蛋白質(zhì)從核仁解離。這些蛋白質(zhì)會暫時分散到細(xì)胞質(zhì)中，等待分裂結(jié)束后重新組織核仁結(jié)構(gòu)。一些核仁蛋白可能會被修飾，如磷酸化，這促進(jìn)了核仁的解體。結(jié)構(gòu)分散核仁的結(jié)構(gòu)逐漸分散，最終在前期晚期完全消失。這一過程是有絲分裂的重要標(biāo)志之一，反映了細(xì)胞從合成代謝向分裂過程的轉(zhuǎn)變。核仁的消失為染色體的進(jìn)一步凝集和后續(xù)移動提供了空間。前期總結(jié)染色質(zhì)凝集染色質(zhì)高度濃縮形成可見染色體1紡錘體形成微管從中心體發(fā)出形成紡錘絲2中心體移動中心體向細(xì)胞兩極移動核仁消失核仁結(jié)構(gòu)分散，rRNA合成停止4前期是有絲分裂的第一個階段，標(biāo)志著細(xì)胞分裂過程的正式開始。在這一階段，染色質(zhì)凝集形成可見的染色體，紡錘體開始形成，中心體向細(xì)胞兩極移動，核仁消失。這些變化為染色體的正確分離做好了準(zhǔn)備。前期的所有事件都是高度協(xié)調(diào)的，涉及多種蛋白質(zhì)和信號通路的參與。這些分子事件的順序和時間控制確保了分裂過程的精確性，為后續(xù)的染色體排列和分離奠定了基礎(chǔ)。理解前期的分子機制對于揭示細(xì)胞分裂調(diào)控和相關(guān)疾病的發(fā)生機制具有重要意義。前中期：核膜破裂核膜分解在前中期開始時，核膜開始分解成小囊泡。這一過程涉及核膜蛋白的磷酸化，導(dǎo)致核孔復(fù)合體解體和核膜網(wǎng)絡(luò)的崩解。核膜的破裂是有絲分裂中的重要標(biāo)志，允許紡錘絲接觸染色體。紡錘絲接觸隨著核膜的破裂，來自細(xì)胞兩極的紡錘絲能夠進(jìn)入原核區(qū)域，開始與染色體建立接觸。這種接觸是隨機的，紡錘絲通過"搜尋-捕獲"機制尋找染色體上的特定結(jié)構(gòu)。分子機制核膜破裂的主要驅(qū)動力是細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶1(CDK1)的活性。CDK1磷酸化多種核膜蛋白，包括核纖層蛋白，導(dǎo)致核膜結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。此外，動力蛋白等馬達(dá)蛋白也參與核膜的物理拉伸和破裂。動力粒的形成1蛋白質(zhì)招募動力粒蛋白在著絲點周圍聚集層狀結(jié)構(gòu)形成內(nèi)層、外層動力粒組裝信號蛋白整合檢查點蛋白定位于動力粒動力粒是在每個染色體的著絲點處形成的蛋白質(zhì)復(fù)合體，是紡錘絲附著的部位。動力粒的形成是一個高度有序的過程，涉及多種蛋白質(zhì)的按序組裝。首先，一系列基礎(chǔ)蛋白質(zhì)在著絲點DNA序列處結(jié)合，形成動力粒的內(nèi)層。隨后，更多蛋白質(zhì)被招募，形成動力粒的外層。外層包含能夠與微管直接相互作用的蛋白質(zhì)，如Ndc80復(fù)合體。此外，動力粒還整合了多種信號蛋白，特別是紡錘體組裝檢查點蛋白，如Mad2和BubR1。這些蛋白質(zhì)監(jiān)測動力粒與微管的附著狀態(tài)，確保染色體只有在正確連接到紡錘絲后才開始分離。紡錘絲與動力粒的結(jié)合動力粒微管動力粒微管是指從中心體發(fā)出并直接與染色體動力粒相連的紡錘絲。這些微管負(fù)責(zé)將染色體拉向細(xì)胞兩極。每個動力粒通常連接多根微管，形成一個微管束。動力粒微管的連接可以是端部連接（微管末端與動力粒結(jié)合）或側(cè)面連接（微管側(cè)面與動力粒結(jié)合）。非動力粒微管非動力粒微管包括星體射線（從中心體向細(xì)胞皮層延伸的微管）和極間微管（從相對的兩個中心體延伸并在中間重疊的微管）。這些微管不直接連接染色體，但在維持紡錘體結(jié)構(gòu)和推動染色體運動方面發(fā)揮重要作用。非動力粒微管之間的滑動可以增加細(xì)胞兩極之間的距離。紡錘絲與動力粒的結(jié)合是一個動態(tài)過程，涉及多輪的連接嘗試和錯誤糾正。初始連接可能是錯誤的，如一個染色體同時與來自同一極的多根微管連接（單極連接）。這種錯誤連接會被檢測并糾正，直到每個染色體均與來自相對兩極的微管正確連接（雙極連接）。染色體的移動初始捕獲紡錘絲隨機接觸染色體動力粒來回擺動染色體在兩極間不規(guī)則移動逐漸對齊染色體逐漸移向細(xì)胞中部位置調(diào)整染色體在中期板上精確定位在前中期，紡錘絲通過"搜尋-捕獲"機制與染色體動力粒建立連接。一旦連接建立，染色體開始在兩極之間不規(guī)則移動。這種擺動行為反映了染色體受到來自兩極紡錘絲的拉力，以及動力粒與微管連接的動態(tài)變化。隨著時間推移，染色體逐漸向細(xì)胞中部移動，開始在中期板上排列。這一過程涉及多種力的平衡，包括來自兩極的拉力、極間微管的推力以及動力粒-微管接口處產(chǎn)生的力。染色體的移動是有絲分裂中最為動態(tài)的過程之一，展示了細(xì)胞內(nèi)分子馬達(dá)和微管網(wǎng)絡(luò)的精密協(xié)調(diào)。前中期總結(jié)前中期是有絲分裂中的一個關(guān)鍵階段，標(biāo)志著細(xì)胞從準(zhǔn)備階段轉(zhuǎn)向?qū)嶋H的染色體分離過程。這一階段的主要特征包括核膜破裂、動力粒形成、紡錘絲與動力粒結(jié)合以及染色體開始向中期板移動。核膜的破裂允許紡錘絲接觸染色體，而動力粒的形成則為紡錘絲提供了附著點。隨著紡錘絲與動力粒的結(jié)合，染色體開始在兩極之間移動，并逐漸向細(xì)胞中部聚集。這些事件的精確協(xié)調(diào)確保了染色體能夠正確排列在中期板上，為后續(xù)的分離做好準(zhǔn)備。前中期的分子機制涉及多種蛋白質(zhì)和信號通路的參與，反映了細(xì)胞分裂過程的復(fù)雜性和精確性。中期：染色體排列中期板排列染色體整齊排列在細(xì)胞中部的中期板上，這是中期的主要特征。每條染色體的位置都經(jīng)過精確調(diào)整，確保其位于細(xì)胞的赤道面上。這種排列是由多種力的平衡結(jié)果，包括來自兩極的拉力和微管網(wǎng)絡(luò)的張力。雙極連接每個染色體的姐妹動力粒分別與來自相對兩極的紡錘絲連接，形成所謂的"雙極連接"。這種連接方式確保姐妹染色單體能夠在后期向相反方向移動。染色體必須建立正確的雙極連接才能通過中期檢查點。張力建立雙極連接的建立使染色體在兩極拉力的作用下產(chǎn)生張力。這種張力是檢查連接是否正確的重要信號。缺乏張力或連接不正確的染色體會觸發(fā)中期檢查點，暫停細(xì)胞周期直至問題解決。中期是有絲分裂中染色體排列的關(guān)鍵階段。在這一階段，所有染色體都位于細(xì)胞中部的假想平面上，形成所謂的中期板。這種排列是染色體正確分離的前提，確保每個子細(xì)胞能夠獲得完整的染色體組。中期板定義與位置中期板是細(xì)胞中部的一個假想平面，位于兩個中心體之間的赤道區(qū)域。在中期，所有染色體的著絲點都排列在這一平面上。中期板的形成是染色體運動和紡錘絲張力共同作用的結(jié)果，反映了細(xì)胞內(nèi)力的精確平衡。結(jié)構(gòu)特點中期板不是一個實體結(jié)構(gòu)，而是染色體排列形成的一種模式。在顯微鏡下，可以清晰觀察到染色體整齊排列在細(xì)胞中部形成的一條線。這種排列結(jié)構(gòu)的厚度通常只有一個染色體的寬度，顯示了排列的精確性。功能意義中期板的形成確保了染色體能夠平均分配到兩個子細(xì)胞。通過將所有染色體排列在同一平面上，細(xì)胞能夠確保每個染色體的姐妹染色單體都能被正確分離并移向相對的兩極，從而保證遺傳物質(zhì)的均等分配。紡錘絲的張力張力產(chǎn)生紡錘絲通過多種機制對染色體施加張力。首先，來自相對兩極的微管與染色體動力粒結(jié)合，產(chǎn)生向相反方向的拉力。其次，微管的動態(tài)不穩(wěn)定性（端部的生長和收縮）也會產(chǎn)生力量。此外，微管馬達(dá)蛋白的活動能夠沿著微管產(chǎn)生力量，進(jìn)一步增加張力。動力粒響應(yīng)在張力作用下，動力粒結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，動力粒內(nèi)的蛋白質(zhì)可能會重新排列或改變構(gòu)象。這些變化被特定的檢查點蛋白感知，作為染色體連接狀態(tài)的信號。適當(dāng)?shù)膹埩Ρ砻鲃恿αＲ颜_連接到來自兩極的微管，可以進(jìn)入分裂的下一階段。馬達(dá)蛋白作用微管馬達(dá)蛋白如動力蛋白和驅(qū)動蛋白在張力產(chǎn)生中發(fā)揮重要作用。這些蛋白質(zhì)能夠沿著微管移動，并產(chǎn)生力量。例如，驅(qū)動蛋白家族的馬達(dá)蛋白可以推動微管向外滑動，增加紡錘體的長度和張力。這些活動都需要ATP提供能量。中期檢查點細(xì)胞周期進(jìn)行所有染色體正確連接，檢查點解除信號傳導(dǎo)張力和連接狀態(tài)被轉(zhuǎn)換為生化信號監(jiān)測狀態(tài)檢查點蛋白監(jiān)測染色體連接和張力中期檢查點，也稱為紡錘體組裝檢查點，是細(xì)胞周期中的一個關(guān)鍵控制點，確保所有染色體都正確連接到紡錘絲后才允許細(xì)胞進(jìn)入后期。此檢查點防止染色體錯誤分離，從而避免基因組不穩(wěn)定性和非整倍體的產(chǎn)生。當(dāng)有未連接或連接不正確的動力粒存在時，檢查點蛋白如Mad2、BubR1和Bub3會在動力粒上聚集，形成有絲分裂檢查點復(fù)合體(MCC)。MCC抑制后期促進(jìn)復(fù)合體/細(xì)胞周期體(APC/C)的活性，APC/C是啟動姐妹染色單體分離所必需的。只有當(dāng)所有染色體都建立了正確的雙極連接，并且動力粒上產(chǎn)生了適當(dāng)?shù)膹埩?，檢查點才會解除，細(xì)胞才能進(jìn)入后期。染色體排列的機制馬達(dá)蛋白活動驅(qū)動染色體移動的分子馬達(dá)2微管動態(tài)變化微管的生長和收縮調(diào)節(jié)位置力的平衡多種力相互平衡定位染色體染色體在中期板上的精確排列涉及多種細(xì)胞機制的協(xié)同作用。首先，微管的動態(tài)變化在染色體位置調(diào)整中起關(guān)鍵作用。微管不斷進(jìn)行生長和收縮，這種動態(tài)不穩(wěn)定性使染色體能夠探索細(xì)胞空間并最終定位到中期板上。其次，多種微管馬達(dá)蛋白參與染色體的移動。例如，位于動力粒上的CENP-E蛋白能夠沿著微管移動，幫助染色體向中期板移動。此外，還有一系列作用于微管上的馬達(dá)蛋白，如驅(qū)動蛋白家族蛋白，它們能夠推動微管滑動，影響染色體位置。最終，染色體在中期板上的排列是多種力平衡的結(jié)果，包括來自兩極的拉力、染色體之間的排斥力以及細(xì)胞骨架產(chǎn)生的其他力。這種精確的力平衡確保了染色體能夠整齊排列，為后續(xù)的分離做好準(zhǔn)備。紡錘絲張力的調(diào)控磷酸化調(diào)控磷酸化和去磷酸化是調(diào)控紡錘絲張力的主要方式之一。多種激酶和磷酸酶參與這一過程，通過修飾微管相關(guān)蛋白來影響微管的動態(tài)性和張力。例如，AuroraB激酶可以磷酸化動力粒蛋白，調(diào)整動力粒與微管的連接強度。當(dāng)連接不正確或張力不足時，AuroraB的活性增強，導(dǎo)致動力粒蛋白的磷酸化增加，從而削弱動力粒與微管的連接，促進(jìn)錯誤連接的糾正。相反，當(dāng)連接正確且張力適當(dāng)時，AuroraB活性降低，連接得以穩(wěn)定。信號通路多種信號通路參與紡錘絲張力的感知和調(diào)控。例如，Ran-GTP梯度在紡錘體形成和功能中起重要作用。Ran-GTP濃度在染色體周圍較高，遠(yuǎn)離染色體則較低，這種梯度幫助指導(dǎo)紡錘絲的形成和動力粒捕獲。此外，鈣信號通路、MAP激酶通路等也可能參與紡錘絲張力的調(diào)控。這些通路響應(yīng)細(xì)胞內(nèi)外的各種信號，調(diào)整紡錘體的結(jié)構(gòu)和功能，確保染色體分離的準(zhǔn)確性。通過這些精密的調(diào)控機制，細(xì)胞能夠在分裂過程中維持適當(dāng)?shù)募忓N絲張力。中期檢查點蛋白Mad2蛋白Mad2是中期檢查點的核心組分之一，屬于HORMA結(jié)構(gòu)域蛋白家族。它有兩種構(gòu)象：開放式（O-Mad2）和閉合式（C-Mad2）。在檢查點激活時，Mad2從開放式轉(zhuǎn)變?yōu)殚]合式，并與Cdc20結(jié)合，抑制APC/C的活性。Mad2的這種構(gòu)象變化是由未連接的動力粒觸發(fā)的。BubR1蛋白BubR1是另一個重要的檢查點蛋白，含有激酶結(jié)構(gòu)域和多個蛋白質(zhì)相互作用區(qū)域。它與Bub3形成復(fù)合物，在檢查點激活時與Mad2和Cdc20一起形成有絲分裂檢查點復(fù)合體(MCC)。BubR1不僅響應(yīng)未連接的動力粒，還能感知動力粒張力的缺乏，使其成為連接和張力檢測的雙重傳感器。APC/C復(fù)合物APC/C是一個多亞基E3泛素連接酶復(fù)合物，負(fù)責(zé)標(biāo)記多種細(xì)胞周期蛋白進(jìn)行降解。在中期檢查點活躍時，MCC與APC/C結(jié)合并抑制其活性，從而阻止securin的降解和姐妹染色單體的分離。只有當(dāng)所有染色體都正確連接、檢查點解除后，APC/C才能被激活，推動細(xì)胞進(jìn)入后期。中期總結(jié)染色體排列所有染色體整齊排列在細(xì)胞中部的中期板上，每條染色體的著絲點位于赤道面，而染色體臂則伸向兩側(cè)。這種排列是微管運動和力平衡的結(jié)果。紡錘絲張力紡錘絲對染色體施加適當(dāng)?shù)膹埩Γ@種張力是動力粒正確連接的指標(biāo)。張力的產(chǎn)生涉及微管的動態(tài)變化和馬達(dá)蛋白的活動，受到多種分子機制的精確調(diào)控。中期檢查點中期檢查點確保所有染色體都正確連接到紡錘絲。檢查點蛋白監(jiān)測動力粒的連接狀態(tài)和張力，只有當(dāng)所有染色體都建立正確連接時，細(xì)胞才能進(jìn)入后期。分離準(zhǔn)備中期的所有事件都為姐妹染色單體的分離做準(zhǔn)備。染色體的正確排列和連接是確保遺傳物質(zhì)均等分配到兩個子細(xì)胞的關(guān)鍵前提。后期：姐妹染色單體分離分離過程后期的開始標(biāo)志著姐妹染色單體開始分離。在分離酶的作用下，連接姐妹染色單體的粘連蛋白復(fù)合物被切割，使兩個染色單體能夠分開。分離后的染色單體立即開始向細(xì)胞相對的兩極移動，這是由多種力的共同作用驅(qū)動的。移動機制染色體向兩極的移動主要由兩種機制驅(qū)動：一是動力粒微管的縮短，將染色體拉向兩極；二是馬達(dá)蛋白沿微管的運動，如動力蛋白沿著微管向減端（位于中心體）方向移動，拉動染色體。這兩種機制的協(xié)同作用確保染色體能夠快速而準(zhǔn)確地移向細(xì)胞兩極。細(xì)胞伸長在染色體分離的同時，細(xì)胞本身也開始伸長，這主要是由極間微管的延長和滑動引起的。極間微管在中期相對較短，但在后期迅速延長，推動中心體進(jìn)一步分開，增加細(xì)胞兩極之間的距離。這種伸長為即將形成的兩個子細(xì)胞準(zhǔn)備了足夠的空間。紡錘絲縮短動力粒微管縮短在后期，連接動力粒和中心體的微管（動力粒微管）開始縮短，這一過程主要通過微管的解聚實現(xiàn)。微管的縮短從動力粒端開始，微管蛋白二聚體逐漸從微管末端解離，導(dǎo)致微管長度減少。這種縮短產(chǎn)生拉力，將染色體拉向細(xì)胞兩極。動力粒微管縮短的速度受到嚴(yán)格調(diào)控，確保所有染色體以相似的速度移動。這種調(diào)控涉及多種蛋白質(zhì)，如微管解聚蛋白和動力粒蛋白復(fù)合體?？s短的速度也可能受到微管上的負(fù)載（如染色體大小）和ATP可用性的影響。非動力粒微管延長與動力粒微管縮短相反，非動力粒微管（特別是極間微管）在后期會延長。極間微管是從相對兩極的中心體發(fā)出并在中間重疊的微管。這些微管通過馬達(dá)蛋白的作用相互滑動，推動兩極進(jìn)一步分開，導(dǎo)致細(xì)胞整體伸長。極間微管的延長涉及微管的生長（微管蛋白二聚體在微管加端添加）和滑動（馬達(dá)蛋白推動重疊微管相對滑動）。這一過程需要ATP提供能量，并受到多種調(diào)控蛋白的控制。極間微管的延長不僅增加了兩極之間的距離，還維持了紡錘體的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。染色體的移動機制動力蛋白驅(qū)動動力蛋白是一類向微管減端（通常位于中心體）移動的馬達(dá)蛋白。在后期，位于動力粒或其附近的動力蛋白沿著微管移動，將染色體拉向細(xì)胞兩極。這種運動需要ATP提供能量，并且速度受到多種因素的調(diào)控。微管解聚微管的解聚，特別是動力粒端的解聚，是驅(qū)動染色體移動的另一重要機制。當(dāng)微管解聚時，與動力粒保持連接的染色體會被"拉"向微管的起源點（中心體）。這種機制類似于收回繩子時，繩子末端連接的物體被拉向操作者。微管通量微管通量指微管亞基從微管加端添加并在減端解離的過程，類似傳送帶。這種通量可以在維持微管整體長度不變的情況下產(chǎn)生力量。在有絲分裂中，微管通量可能協(xié)助染色體向兩極移動，特別是在后期早期階段。染色體在后期的移動是一個復(fù)雜的過程，涉及多種機制的協(xié)同作用。這些機制確保染色體能夠準(zhǔn)確而有效地分離，從而保證遺傳物質(zhì)的均等分配。不同生物和細(xì)胞類型可能傾向于使用不同的機制，但基本原理相似。APC/C的激活檢查點解除所有染色體正確連接APC/C激活Cdc20與APC/C結(jié)合并激活底物識別APC/C識別Securin等靶蛋白蛋白降解Securin被泛素化并降解4后期促進(jìn)復(fù)合體/細(xì)胞周期體(APC/C)是一個大型的多亞基E3泛素連接酶復(fù)合物，在細(xì)胞周期進(jìn)程中起著關(guān)鍵作用。在中期，APC/C被紡錘體組裝檢查點抑制。當(dāng)所有染色體都正確連接到紡錘絲并且產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膹埩r，檢查點解除，APC/C與其輔助因子Cdc20結(jié)合并被激活。激活的APC/C-Cdc20復(fù)合物能夠識別并標(biāo)記多種靶蛋白進(jìn)行降解，其中最重要的是Securin（分離酶抑制蛋白）。APC/C通過催化泛素分子連接到Securin上，標(biāo)記其被26S蛋白酶體識別和降解。Securin的降解釋放了之前與其結(jié)合并被抑制的分離酶，使分離酶能夠發(fā)揮其蛋白酶活性。分離酶的作用Cohesin切割分離酶是一種半胱氨酸蛋白酶，其主要底物是Cohesin復(fù)合物中的一個亞基——Scc1/Rad21。當(dāng)分離酶被激活后，它切割Scc1/Rad21，導(dǎo)致整個Cohesin復(fù)合物解離，從而釋放姐妹染色單體之間的連接。這種切割是不可逆的，確保姐妹染色單體徹底分離。Cohesin結(jié)構(gòu)Cohesin是一個環(huán)狀蛋白復(fù)合體，由多個亞基組成，包括Smc1、Smc3、Scc1/Rad21和SA/STAG。這個復(fù)合體形成一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)，能夠包圍并連接兩個姐妹染色單體。在有絲分裂前期，大部分臂部的Cohesin已經(jīng)解離，但著絲點處的Cohesin在Shugoshin蛋白的保護下被保留，直到中期結(jié)束。分離過程當(dāng)分離酶切割Cohesin后，姐妹染色單體立即開始分離。首先是著絲點區(qū)域的分離，隨后整個染色體分開。分離的速度和效率受到多種因素的影響，包括紡錘絲的拉力和染色體的結(jié)構(gòu)。這一過程需要精確調(diào)控，以確保所有染色體同時分離，防止染色體橋的形成和DNA損傷。染色體分離的調(diào)控磷酸化調(diào)控染色體分離過程中的多個蛋白質(zhì)受到磷酸化的調(diào)控。例如，Cohesin的多個亞基可以被不同的激酶磷酸化，影響其與染色質(zhì)的結(jié)合和分離酶的接近性。此外，分離酶本身也可能受到磷酸化的調(diào)控，影響其活性和定位。這些磷酸化反應(yīng)由多種細(xì)胞周期相關(guān)激酶介導(dǎo)，如CDK1、PLK1和Aurora激酶。去磷酸化過程除了磷酸化，去磷酸化也在染色體分離調(diào)控中發(fā)揮重要作用。例如，特定的磷酸酶如PP2A可以去除某些蛋白質(zhì)上的磷酸基團，影響其功能。PP2A與Shugoshin蛋白結(jié)合，保護著絲點Cohesin免受提前分離，直到適當(dāng)?shù)臅r機。去磷酸化過程的調(diào)控確保染色體分離在正確的時間和地點發(fā)生。信號通路多種信號通路協(xié)同工作，確保染色體分離的精確性。除了APC/C-分離酶通路外，還有涉及CDK1、PLK1和MAPK等的通路。這些通路響應(yīng)各種細(xì)胞內(nèi)外信號，整合信息并調(diào)整分離過程。例如，DNA損傷可以激活A(yù)TM/ATR通路，延遲染色體分離直至損傷修復(fù)。這種多層次的調(diào)控確保了染色體分離的高度精確性。后期A和后期B后期A后期A是后期的第一階段，特征是姐妹染色單體沿著紡錘絲向細(xì)胞兩極移動。這一過程主要由動力粒微管的縮短和馬達(dá)蛋白的活動驅(qū)動。在后期A中，染色體的運動是主要事件，而細(xì)胞整體形狀變化不明顯。后期A的持續(xù)時間相對較短，但在這段時間內(nèi)，染色體需要迅速而協(xié)調(diào)地移動，以避免滯后染色體的形成和可能的DNA損傷。這一階段的關(guān)鍵是確保所有染色體都能夠及時、完整地向兩極移動，為子細(xì)胞的形成做準(zhǔn)備。后期B后期B是后期的第二階段，主要特征是細(xì)胞的伸長和兩極之間距離的增加。這一階段由極間微管的延長和滑動驅(qū)動，導(dǎo)致中心體進(jìn)一步分開，細(xì)胞整體拉長。后期B為即將到來的細(xì)胞質(zhì)分裂創(chuàng)造了條件。在后期B中，染色體已經(jīng)到達(dá)或接近細(xì)胞兩極，而細(xì)胞質(zhì)的伸長成為主要事件。這種伸長確保兩組染色體之間有足夠的距離，防止細(xì)胞質(zhì)分裂時可能發(fā)生的染色體損傷。后期B的延長程度可能因細(xì)胞類型而異，但其基本功能是為子細(xì)胞的分離做準(zhǔn)備。紡錘絲極性的作用微管極性微管是極性結(jié)構(gòu)，具有加端（生長端）和減端（通常位于中心體）。這種極性決定了微管蛋白加入和解離的方向，也決定了馬達(dá)蛋白運動的方向。在紡錘體中，微管通常以減端朝向中心體，加端朝向染色體或細(xì)胞中部排列。動力蛋白運動動力蛋白是一類向微管減端移動的馬達(dá)蛋白。在后期，位于動力?；蚱渲車膭恿Φ鞍籽刂⒐芟蛑行捏w方向移動，拉動染色體。這種運動依賴于微管的極性，只有減端朝向中心體時，動力蛋白才能將染色體拉向兩極。驅(qū)動蛋白作用驅(qū)動蛋白家族包含多種馬達(dá)蛋白，大多數(shù)向微管加端移動（與動力蛋白相反）。某些驅(qū)動蛋白參與極間微管的滑動，推動兩極分開。例如，Eg5/KIF11是一種四聚體驅(qū)動蛋白，能夠同時結(jié)合兩根平行微管并推動它們相對滑動，增加紡錘體長度。紡錘絲的極性是染色體正確分離的基礎(chǔ)。通過維持統(tǒng)一的微管排列（減端朝向中心體），細(xì)胞確保所有染色體都能夠向正確的方向移動。此外，微管極性還指導(dǎo)了多種蛋白質(zhì)的定位和功能，確保有絲分裂過程的有序進(jìn)行。能量需求~107ATP分子每個動力蛋白步進(jìn)所需的ATP分子數(shù)量~106動力蛋白分子一個細(xì)胞內(nèi)參與有絲分裂的動力蛋白估計數(shù)量~108微管二聚體一個紡錘體中微管蛋白二聚體的估計數(shù)量后期是有絲分裂中能量消耗最高的階段之一，需要大量的ATP來提供能量。這些能量主要用于支持馬達(dá)蛋白的活動、微管的動態(tài)變化以及各種酶促反應(yīng)。馬達(dá)蛋白如動力蛋白和驅(qū)動蛋白每次"步進(jìn)"都需要水解一個或多個ATP分子，而在染色體分離過程中，這些蛋白質(zhì)需要進(jìn)行數(shù)百至數(shù)千次的步進(jìn)。此外，微管的動態(tài)不穩(wěn)定性（組裝和解聚）也是一個能量密集型過程。GTP結(jié)合的微管蛋白二聚體加入微管加端后，GTP會被水解為GDP，這一過程釋放能量并影響微管的穩(wěn)定性。在后期，由于微管動態(tài)變化頻繁，這一過程消耗大量能量。因此，細(xì)胞必須維持充足的ATP供應(yīng)以支持這些能量密集型過程，確保染色體能夠順利分離。后期總結(jié)染色體分離完成姐妹染色單體完全分離并移向兩極染色體移動和細(xì)胞伸長染色體向兩極移動，細(xì)胞整體拉長3分子機制激活A(yù)PC/C激活，分離酶切割Cohesin后期是有絲分裂中染色體實際分離的階段，分為后期A和后期B兩個子階段。在整個后期過程中，分子層面的事件與細(xì)胞形態(tài)變化緊密協(xié)調(diào)，確保染色體能夠準(zhǔn)確分離并為子細(xì)胞形成做好準(zhǔn)備。后期開始于APC/C的激活和分離酶對Cohesin的切割，導(dǎo)致姐妹染色單體分離。隨后，染色體在多種力的作用下向細(xì)胞兩極移動，包括動力粒微管的縮短、馬達(dá)蛋白的運動以及微管的動態(tài)變化。同時，細(xì)胞整體拉長，兩極之間的距離增加，為后續(xù)的細(xì)胞質(zhì)分裂創(chuàng)造條件。后期的所有事件都受到精確調(diào)控，包括蛋白質(zhì)的磷酸化/去磷酸化以及多種信號通路的參與。這種多層次的調(diào)控確保了染色體分離的準(zhǔn)確性和時間性，是維持基因組穩(wěn)定性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。末期：染色體解凝集染色體到達(dá)兩極在末期開始時，分離的染色體已經(jīng)到達(dá)細(xì)胞兩極。這些染色體高度凝集，呈現(xiàn)為緊密的染色體團。隨后，染色體開始進(jìn)行一系列變化，逐漸恢復(fù)到間期狀態(tài)，這個過程被稱為染色體解凝集。染色體解螺旋化染色體從高度凝集狀態(tài)開始解螺旋化，變得松散。這一過程涉及多種蛋白質(zhì)的參與，包括組蛋白修飾酶和染色質(zhì)重塑因子。染色體解螺旋化是基因表達(dá)恢復(fù)的必要前提，因為只有松散的染色質(zhì)才能被轉(zhuǎn)錄機器接近。染色質(zhì)重新形成隨著解螺旋化的進(jìn)行，緊密的染色體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦缮⒌娜旧|(zhì)網(wǎng)絡(luò)。這一過程伴隨著特定蛋白質(zhì)的結(jié)合和解離，以及DNA和組蛋白的重新排列。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變使細(xì)胞能夠從分裂狀態(tài)過渡到生長和功能狀態(tài)。染色體解凝集是有絲分裂末期的關(guān)鍵特征之一，標(biāo)志著細(xì)胞從分裂狀態(tài)向間期轉(zhuǎn)變。這一過程不僅改變了染色體的物理形態(tài)，還影響了基因的可訪問性和表達(dá)狀態(tài)，為子細(xì)胞的功能恢復(fù)做好準(zhǔn)備。核膜的重建核膜起源核膜主要由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜形成。在末期，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜碎片開始圍繞分散的染色質(zhì)聚集。這些膜片逐漸擴大并融合，最終形成完整的核膜。這一過程由多種蛋白質(zhì)介導(dǎo)，包括核膜蛋白和膜融合蛋白。核孔復(fù)合體重組隨著核膜的形成，核孔復(fù)合體開始重新組裝。核孔是穿透核膜的蛋白質(zhì)通道，允許分子在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核之間選擇性通過。核孔復(fù)合體由多種核孔蛋白組成，其組裝是一個高度有序的過程，涉及多輪蛋白質(zhì)結(jié)合事件。核纖層重建核纖層是位于核膜內(nèi)側(cè)的蛋白網(wǎng)絡(luò)，主要由核纖層蛋白（lamins）組成。在核膜重建的同時，這些蛋白質(zhì)開始在核膜內(nèi)側(cè)聚集，形成支持結(jié)構(gòu)。核纖層不僅提供機械支持，還參與基因表達(dá)的調(diào)控和染色質(zhì)組織。核膜的重建是末期的關(guān)鍵事件之一，它將染色質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)隔離，恢復(fù)了細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能。這一過程是有絲分裂向間期轉(zhuǎn)變的重要標(biāo)志，也是基因表達(dá)恢復(fù)的前提。核膜重建的異?？赡軐?dǎo)致核形態(tài)異常和核功能障礙，與多種疾病相關(guān)。核仁的重現(xiàn)在末期，隨著核膜的重建和染色體的解凝集，核仁開始重新出現(xiàn)。核仁是細(xì)胞核內(nèi)最為顯著的結(jié)構(gòu)，主要負(fù)責(zé)核糖體RNA(rRNA)的合成和核糖體亞基的組裝。核仁的重現(xiàn)過程包括多個步驟，從rRNA基因的活化到核仁蛋白的定位和組織。首先，rRNA基因（通常位于多個染色體的特定區(qū)域，稱為核仁組織區(qū)或NOR）開始被活化并進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。這些區(qū)域的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變得更為開放，允許轉(zhuǎn)錄機器的接近。隨后，新合成的rRNA和各種核仁蛋白開始聚集在NOR周圍，逐漸形成初始的核仁結(jié)構(gòu)。最終，這些初始結(jié)構(gòu)融合并組織成成熟的核仁，恢復(fù)其在核糖體生物合成中的功能。核仁的重現(xiàn)標(biāo)志著細(xì)胞從分裂狀態(tài)返回到間期的蛋白質(zhì)合成狀態(tài)，是細(xì)胞功能恢復(fù)的重要指標(biāo)。紡錘體的解體微管解聚在末期，紡錘絲開始解聚，紡錘體結(jié)構(gòu)逐漸消失。這一過程主要通過微管的解聚來實現(xiàn)，微管蛋白二聚體從微管上解離，導(dǎo)致微管長度減少直至完全消失。微管解聚可能由多種因素觸發(fā)，包括CDK1活性的下降和微管解聚蛋白的激活。微管蛋白重分布隨著紡錘體的解體，微管蛋白回到細(xì)胞質(zhì)中，形成溶解狀態(tài)或參與新的微管網(wǎng)絡(luò)的組裝。在間期，這些蛋白質(zhì)將重新組織成間期微管網(wǎng)絡(luò)，支持細(xì)胞的形態(tài)維持、細(xì)胞內(nèi)運輸和細(xì)胞骨架功能。間期網(wǎng)絡(luò)重建紡錘體解體后，細(xì)胞開始重建間期微管網(wǎng)絡(luò)。這一網(wǎng)絡(luò)具有不同于紡錘體的組織和功能，主要服務(wù)于細(xì)胞的結(jié)構(gòu)支持和物質(zhì)運輸。間期微管網(wǎng)絡(luò)的形成是細(xì)胞從分裂狀態(tài)向生長狀態(tài)轉(zhuǎn)變的重要標(biāo)志。細(xì)胞質(zhì)開始分裂動物細(xì)胞在動物細(xì)胞中，細(xì)胞質(zhì)分裂通過一個被稱為胞質(zhì)分裂(cytokinesis)的過程進(jìn)行。在末期晚期，細(xì)胞膜開始向內(nèi)凹陷，形成一個被稱為縊溝(cleavagefurrow)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這種凹陷最初出現(xiàn)在細(xì)胞赤道面上，正好位于前一階段紡錘體中期板的位置。縊溝的形成主要由肌動蛋白和肌球蛋白組成的收縮環(huán)驅(qū)動。這個收縮環(huán)逐漸收緊，最終將細(xì)胞質(zhì)完全分隔成兩部分。收縮環(huán)的定位和活化受到多種信號的調(diào)控，確保細(xì)胞質(zhì)分裂與核分裂同步進(jìn)行，并且分裂面正確定位在兩組染色體之間。植物細(xì)胞植物細(xì)胞由于具有剛性細(xì)胞壁，無法通過收縮環(huán)的方式進(jìn)行細(xì)胞質(zhì)分裂。相反，它們通過形成細(xì)胞板來實現(xiàn)分裂。在末期，高爾基體衍生的囊泡開始聚集在細(xì)胞中部，正好位于前紡錘體的位置，形成所謂的分裂子(phragmoplast)。這些囊泡攜帶著細(xì)胞壁前體物質(zhì)，如纖維素和果膠。囊泡逐漸融合，形成初生細(xì)胞板。細(xì)胞板從中心向外擴展，最終與現(xiàn)有的細(xì)胞壁融合，完全分隔兩個子細(xì)胞。這一過程受到細(xì)胞骨架和多種蛋白質(zhì)的精確調(diào)控，確保細(xì)胞板能夠正確定位和形成。染色質(zhì)解凝集的機制去磷酸化組蛋白H3去磷酸化解除凝集1組蛋白乙?；阴；揎椝沙谌旧|(zhì)2染色質(zhì)重塑ATP依賴性復(fù)合體改變結(jié)構(gòu)輔助蛋白作用協(xié)助組蛋白重新組裝4染色質(zhì)解凝集是一個復(fù)雜的過程，涉及多種分子機制。首先，有絲分裂特異的組蛋白修飾被逆轉(zhuǎn)，如組蛋白H3的第10位絲氨酸(H3S10)被去磷酸化。在有絲分裂中，H3S10的磷酸化與染色質(zhì)凝集密切相關(guān)，因此其去磷酸化促進(jìn)了解凝集。其次，組蛋白的乙酰化水平增加，特別是H3和H4的多個賴氨酸殘基。乙?；瘻p弱了組蛋白與DNA的相互作用，使染色質(zhì)結(jié)構(gòu)更為松散。此外，ATP依賴性染色質(zhì)重塑復(fù)合體也參與這一過程，通過改變核小體的位置和組成來松弛染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。這些分子事件的協(xié)同作用使染色體從高度凝集狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮樗缮⒌娜旧|(zhì)網(wǎng)絡(luò)，恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄活性和核功能。核膜重建的調(diào)控Ran-GTP梯度Ran-GTP在染色體周圍濃度高，指導(dǎo)核膜組裝的位置和時間。染色體上的RCC1蛋白催化GDP轉(zhuǎn)換為GTP，形成Ran-GTP梯度磷酸化調(diào)控核膜蛋白的去磷酸化允許其重新組裝。有絲分裂期間，多種核膜蛋白被CDK1磷酸化，末期CDK1活性下降，蛋白去磷酸化核輸入蛋白作用Importin結(jié)合核定位信號，參與核膜蛋白的運輸和定位，確保核膜在染色體周圍正確組裝膜募集與融合內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜被招募并融合，形成連續(xù)核膜。特定蛋白如ELYS指導(dǎo)核膜和核孔復(fù)合體的組裝末期總結(jié)染色體解凝集染色體解螺旋化，恢復(fù)松散染色質(zhì)狀態(tài)1核膜重建內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜圍繞染色質(zhì)形成核膜核仁重現(xiàn)rRNA基因活化，核仁蛋白聚集3紡錘體解體紡錘絲解聚，微管蛋白回到細(xì)胞質(zhì)4細(xì)胞質(zhì)分裂開始動物細(xì)胞膜凹陷或植物細(xì)胞板形成末期是有絲分裂的倒數(shù)第二個階段，標(biāo)志著細(xì)胞從分裂狀態(tài)向間期狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。在這一階段，前幾個階段的變化開始逆轉(zhuǎn)：染色體解凝集，核膜重建，核仁重現(xiàn)，紡錘體解體。同時，細(xì)胞質(zhì)分裂開始，為形成兩個獨立子細(xì)胞做準(zhǔn)備。末期的所有事件都受到精確調(diào)控，確保細(xì)胞能夠順利完成分裂并恢復(fù)正常功能。這些過程涉及多種分子機制，包括蛋白質(zhì)的磷酸化/去磷酸化、Ran-GTP梯度的建立、核膜蛋白的運輸與定位等。末期的成功完成為隨后的子細(xì)胞分離和功能恢復(fù)奠定了基礎(chǔ)。兩個子細(xì)胞的形成遺傳同一性有絲分裂的最終結(jié)果是形成兩個在基因組成上完全相同的子細(xì)胞。每個子細(xì)胞都包含一套完整的染色體組，這些染色體是原始母細(xì)胞染色體的精確復(fù)制品。這種遺傳同一性確保了多細(xì)胞生物在發(fā)育和組織更新過程中的細(xì)胞功能一致性。細(xì)胞質(zhì)分配除了核遺傳物質(zhì)，細(xì)胞質(zhì)及其中的細(xì)胞器也需要在兩個子細(xì)胞之間分配。這種分配可能是均等的，也可能是不均等的，取決于細(xì)胞類型和分裂的目的。例如，在一些干細(xì)胞分裂中，細(xì)胞質(zhì)可能不均等分配，導(dǎo)致兩個功能不同的子細(xì)胞。細(xì)胞周期重啟一旦細(xì)胞質(zhì)分裂完成，兩個新形成的子細(xì)胞開始各自的細(xì)胞周期。它們可能立即進(jìn)入G1期并開始準(zhǔn)備下一輪分裂，或者進(jìn)入G0期成為非分裂的分化細(xì)胞。這種決定受到多種因素的影響，包括細(xì)胞類型、發(fā)育階段和環(huán)境信號。細(xì)胞質(zhì)分裂：細(xì)胞分裂完成動物細(xì)胞在動物細(xì)胞中，細(xì)胞質(zhì)分裂通過縊裂環(huán)的收縮完成?？O裂環(huán)由肌動蛋白絲和肌球蛋白II組成，形成一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)，位于細(xì)胞赤道面上。隨著肌球蛋白對肌動蛋白絲的拉動，環(huán)逐漸收縮，細(xì)胞膜向內(nèi)凹陷，形成越來越深的縊溝。最終，當(dāng)縊溝深度達(dá)到細(xì)胞中心時，兩個即將形成的子細(xì)胞之間只剩下一個細(xì)胞質(zhì)橋連接。這個橋被一系列蛋白質(zhì)復(fù)合體切割，完全分離兩個子細(xì)胞。這一過程被稱為終止(abscission)，是細(xì)胞質(zhì)分裂的最后一步。植物細(xì)胞在植物細(xì)胞中，細(xì)胞質(zhì)分裂通過細(xì)胞板的形成和擴展完成。初生細(xì)胞板由高爾基體衍生的囊泡形成，這些囊泡含有細(xì)胞壁前體物質(zhì)。囊泡在分裂子的引導(dǎo)下在細(xì)胞中部聚集并融合，形成一個平板狀結(jié)構(gòu)。隨著更多囊泡的添加，細(xì)胞板向外擴展，最終與現(xiàn)有的細(xì)胞壁融合。一旦融合完成，兩個子細(xì)胞被完全分隔，各自擁有一個完整的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁。這種細(xì)胞質(zhì)分裂方式是植物細(xì)胞特有的，反映了它們擁有剛性細(xì)胞壁的特點。縊裂環(huán)的形成定位信號小G蛋白RhoA在赤道面激活肌動蛋白聚集成形素誘導(dǎo)肌動蛋白絲組裝3肌球蛋白招募肌球蛋白II與肌動蛋白絲結(jié)合環(huán)收縮肌球蛋白水解ATP產(chǎn)生收縮力縊裂環(huán)是動物細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)分裂的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其形成是一個高度有序的過程。首先，一系列信號從中央紡錘體傳遞到細(xì)胞皮層，在細(xì)胞赤道面激活小G蛋白RhoA。激活的RhoA進(jìn)一步激活多種效應(yīng)蛋白，包括Rho激酶(ROCK)和成形素。成形素促進(jìn)肌動蛋白絲的組裝，而ROCK磷酸化肌球蛋白輕鏈，增強肌球蛋白II的活性。肌動蛋白絲和活化的肌球蛋白II在細(xì)胞赤道面富集，形成縊裂環(huán)。一旦形成，肌球蛋白II分子通過水解ATP產(chǎn)生力量，拉動肌動蛋白絲，導(dǎo)致環(huán)收縮。這種收縮力使細(xì)胞膜向內(nèi)凹陷，最終將細(xì)胞一分為二。細(xì)胞板的形成分裂子結(jié)構(gòu)分裂子是植物細(xì)胞特有的結(jié)構(gòu)，由微管、微絲和其他蛋白質(zhì)組成，位于細(xì)胞中部。它是由前紡錘體轉(zhuǎn)變而來，主要功能是引導(dǎo)高爾基體衍生的囊泡向細(xì)胞中部運動。分裂子的微管比前紡錘體更短，主要平行于細(xì)胞板的生長方向排列。囊泡運輸高爾基體產(chǎn)生含有細(xì)胞壁物質(zhì)（如纖維素、果膠和半纖維素）的囊泡。這些囊泡在馬達(dá)蛋白（如驅(qū)動蛋白）的幫助下沿著分裂子的微管向細(xì)胞中部運輸。囊泡的運輸是一個持續(xù)的過程，確保有足夠的物質(zhì)用于細(xì)胞板的形成和擴展。融合與擴展到達(dá)細(xì)胞中部的囊泡首先在中心區(qū)域融合，形成初生細(xì)胞板。隨著更多囊泡的到達(dá)和融合，細(xì)胞板向外擴展，最終與現(xiàn)有的細(xì)胞壁融合。這一擴展過程由分裂子引導(dǎo)，確保細(xì)胞板能夠準(zhǔn)確定位在兩個子核之間。細(xì)胞器分配隨機分配許多細(xì)胞器，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和溶酶體，在細(xì)胞質(zhì)中廣泛分布，可能通過隨機過程分配到兩個子細(xì)胞。這種分配方式簡單但有效，特別是對于數(shù)量眾多的細(xì)胞器。然而，隨機分配可能導(dǎo)致子細(xì)胞之間的細(xì)胞器數(shù)量不完全相等。主動分配某些細(xì)胞器可能通過更為主動的機制分配，例如被細(xì)胞骨架定向運輸?shù)教囟ㄎ恢?。這種方式可以確保兩個子細(xì)胞獲得大致相等數(shù)量的特定細(xì)胞器。例如，在一些細(xì)胞類型中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體在分裂前可能被分成大致相等的兩部分。自我復(fù)制線粒體和葉綠體等半自主細(xì)胞器具有自己的DNA，能夠通過分裂進(jìn)行自我復(fù)制。在細(xì)胞分裂前，這些細(xì)胞器通常已經(jīng)完成了自身的復(fù)制，確保每個子細(xì)胞都能獲得足夠數(shù)量的這些重要細(xì)胞器。這種復(fù)制過程受到細(xì)胞周期的調(diào)控，確保與核分裂同步。細(xì)胞器在細(xì)胞分裂中的分配對于子細(xì)胞的生存和功能至關(guān)重要。不同類型的細(xì)胞器可能采用不同的分配策略，反映了它們的結(jié)構(gòu)特點和功能重要性。理解這些分配機制有助于我們更全面地認(rèn)識細(xì)胞分裂過程和細(xì)