通常,我們將細胞從一次分裂完成開始到下一次分裂結束所經歷的全過程稱為一個細胞周期,分為間期與分裂期兩個階段。細胞的生命開始于產生它的母細胞的分裂, 結束于它的子細胞的形成,或是細胞的自身死亡。通常將子細胞形成作為一次細胞分裂結束的標志,細胞周期是指從一次細胞分裂形成子細胞開始到下一次細胞分裂形成子細胞為止所經歷的過程。在這一過程中,細胞的遺傳物質復制并均等地分配給兩個子細胞。
細胞周期各個階段以植物細胞有絲分裂為例:
有絲分裂分五段
間前中后末相連
間期首先作準備
間期染體復制在其間
前期 兩消兩現(xiàn)一散亂
中期 著絲點聚赤道板
后期 絲牽染體兩極走
末期 兩消兩現(xiàn)壁重建
注:動物細胞末期不生成細胞壁。
細胞分裂間期是為細胞分裂做準備的時間,主要完成的是DNA的復制,相關蛋白質的合成,核膜核仁逐漸消失的過程,占據(jù)細胞分裂的絕大部分時間,有絲分裂重要的時期。
間期又分為三期、即DNA合成前期(G1期)、DNA合成期(S期)與DNA合成后期(G2期)。
1.G1期(first gap) 從有絲分裂到DNA復制前的一段時期,又稱合成前期,此期主要合成RNA和核糖體。該期特點是物質代謝活躍,迅速合成RNA和蛋白質,細胞體積顯著增大。這一期的主要意義在于為下階段S期的DNA復制作好物質和能量的準備。
2.S期(synthesis) 即DNA合成期,在此期,除了合成DNA外,同時還要合成組蛋白。DNA復制所需要的酶都在這一時期合成。
3.G2期(second gap)期為DNA合成后期,是有絲分裂的準備期。在這一時期,DNA合成終止,大量合成RNA及蛋白質,包括微管蛋白和促成熟因子等。
細胞分裂間期是動植物體細胞有絲分裂過程中的一個重要階段,這是一個新的細胞周期的開始,占整個細胞分裂周期的絕大部分,一般大約90~95%這個時期為細胞分裂準備了條件,細胞內
部正在發(fā)生很復雜的變化。近年來,利用放射性同位素標記自顯影技術證明,間期細胞的最大特點是完成DNA分子的復制和有關蛋白質的合成。因此,間期是整個細胞有絲分裂周期中極為關鍵的準備階段。
間期階段細胞內的特點:發(fā)育中的紡錘體出現(xiàn),完成DNA分子的復制和有關蛋白質的合成,同時細胞有適度的生長,此時出現(xiàn)染色體,也可叫做出現(xiàn)姐妹染色單體[染色體單體是針對復制后,分開后就不存在染色單體這一說法]
分裂期與細胞裂間期共同構成細胞周期。此間染色質成為染色體,發(fā)生各種變化,可分為前期,中期,后期和末期。
1、前期(prophase)染色質絲高度螺旋化,逐漸形成染色體(chromosome)。染色體短而粗,強嗜堿性。兩個中心體向相反方向移動,在細胞中形成兩極;而后以中心粒隨體為起始點開始合成微管,形成紡錘體。隨著核仁相隨染色質的螺旋化,核仁逐漸消失。核被膜開始瓦解為離散的囊泡狀內質網。
2、中期(metaphase)細胞變?yōu)榍蛐?,核仁與核被膜已完全消失。染色體均移到細胞的赤道平面,從紡錘體兩極發(fā)出的微管附著于每一個染色體的著絲點上。從中期細胞可分離得到完整的染色體群,共46個,其中44個為常染色體,2個為性染色體。男性的染色體組型為44+XY,女性為44+XX。分離的染色體呈短粗棒狀或發(fā)夾狀,均由兩個染色單體借狹窄的著絲點連接構成。
3、后期(anaphase)由于紡錘體微管的活動,著絲點縱裂,每一染色體的兩個染色單體分開,并向相反方向移動,接近各自的中心體,染色單體遂分為兩組。與此同時,細胞波拉長,并由于赤道部細胞膜下方環(huán)行微絲束的活動,該部縮窄,細胞遂呈啞 鈴形。
4、末期(telophase)染色單體逐漸解螺旋,重新出現(xiàn)染色質絲與核仁;內質網囊泡組合為核被膜;組胞赤道部縮窄加深,最后完全分裂為兩個2倍體的子細胞。
抑素是細胞產生的一種小分子蛋白質或多肽,有的還含有糖或RNA。它無種屬特異性,但有細胞特異性,對同類細胞增殖有抑制作用并且可逆。當抑素含量達到一定濃度時可抑制同類細胞的增殖,抑素濃度下降則細胞增殖活躍。有人認為抑素作用的機制,在于它能激活細胞膜上的腺苷環(huán)化酶活性,提高細胞內cAMP的濃度,因而抑制細胞的增殖,也可能通過cAMP-依賴性蛋白激酶對蛋白質的磷酸化作用來影響調節(jié)基因的活動。
cAMP能抑制細胞的分裂,促進細胞的分化,cGMP則能抑制細胞分化,促進細胞增殖,在正常生長的細胞中,cAMP和cGMP維持在適當?shù)乃?,調節(jié)控制細胞周期的運轉。
細胞周期也受機體調節(jié)系統(tǒng)的影響,例如肝再生就是由調節(jié)系統(tǒng)的作用加速肝細胞增殖。但是腫瘤細胞,由于宿主失去對它的調控,因而惡性增殖。在腫瘤治療中可應用細胞周期的原理,如G0期細胞對化療不敏感,往往成為日后癌癥復發(fā)的根源,因而可通過調控機理的研究,誘發(fā)G0期癌細胞進入細胞周期,再合理用抗癌藥物加以殺滅,是防止癌轉移和擴散的重要調控措施,是細胞動力學中有理論意義和實踐意義的研究問題。