有丝分裂
yǒu sī fēn liè
有丝分裂是细胞核的分裂过程,产生两个遗传上完全相同的子细胞,用于生长、修复和无性繁殖。
Definition
有丝分裂是一个细胞分裂成两个彼此完全相同的细胞的过程:细胞先复制全部DNA,然后进行分裂,使每个新细胞都获得一整套完整的遗传物质。在真核细胞中,复制后的染色体经过前期(染色体凝缩)、中期(染色体排列到细胞中央)、后期(姐妹染色单体被拉开)和末期(核重新形成)这几个阶段,被平均分配到两个细胞核中,随后进行胞质分裂,把细胞质一分为二,产生两个遗传上完全相同的子细胞,用于生长、组织修复和无性繁殖。有丝分裂是细胞周期中紧接在S期DNA复制之后的M期。由黏连蛋白连接在一起的凝缩姐妹染色单体,通过其着丝点与来自两极的纺锤体微管相连,纺锤体组装检查点会推迟后期的到来,直到每个着丝点都受到来自两极的张力为止;随后分离酶会切断黏连蛋白,染色单体移向两极,核膜重新组装,胞质分裂则在动物细胞中通过肌动球蛋白收缩环、在植物细胞中通过细胞板来完成。这一进程由细胞周期蛋白依赖性激酶驱动,出现错误会导致非整倍体,这在肿瘤中很常见。
Example
当你划伤皮肤时,伤口周围的皮肤细胞会通过有丝分裂产生新的皮肤细胞来愈合伤口,每一个新细胞的DNA都与原来的细胞完全相同。一个含有$46$条染色体的人类皮肤细胞,先复制出$92$条染色单体,随后有丝分裂把它们分开,使每个子细胞恰好获得$46$条染色体;人类肠道内壁的细胞正是通过这种方式,大约每$3$到$5$天更新一次。一个快速分裂的人类细胞完成整个细胞周期大约需要$24$小时,其中有丝分裂本身大约耗时$1$小时,而复制$31$亿个碱基对的S期则大约需要$8$小时;检查点机制的失灵可能导致某个子细胞获得$45$或$47$条染色体。
Key Insight
你正是通过有丝分裂从一个细胞发育成数万亿个细胞的,而你的身体至今每秒钟仍在制造数百万个新细胞来替换衰老的细胞。有丝分裂制造的是复制品,而减数分裂制造的是多样性:有丝分裂产生两个完全相同的体细胞,减数分裂则产生四个染色体数目减半、彼此各不相同的性细胞。有丝分裂是一个带有分子层面安全检查的机械过程,紫杉烷类和长春花生物碱等抗癌药物正是通过卡住纺锤体来发挥作用,这会触发检查点机制,把正在分裂的细胞推向细胞凋亡。