演講人：日期:細胞有絲分裂過程CATALOGUE目錄01概述與基本原理02分裂間期階段03前期變化04中期特征05后期過程06末期與胞質分裂01概述與基本原理定義與生物意義細胞增殖的核心機制與減數(shù)分裂的差異遺傳穩(wěn)定性保障有絲分裂是真核生物體細胞增殖的主要方式，通過染色體精確復制和均等分配，確保遺傳信息在代際間穩(wěn)定傳遞。其生物學意義包括組織修復、個體生長及無性繁殖等基礎生命活動。紡錘體與著絲粒的協(xié)同作用使復制后的染色體平均分配至子細胞，避免基因劑量異常導致的發(fā)育缺陷或疾?。ㄈ绨┌Y）。該過程保守性強，從酵母到人類均遵循相似分子機制。相較于產生配子的減數(shù)分裂，有絲分裂形成的子細胞染色體數(shù)目與母細胞一致（2n→2n），且不發(fā)生同源染色體配對與基因重組，維持了體細胞基因組的同質性。主要階段劃分前期（Prophase）染色質凝縮為可見的棒狀染色體，核仁解體；中心體向兩極移動并形成紡錘體微管，動粒蛋白在著絲粒處組裝為染色體附著位點。中期（Metaphase）染色體在動粒微管牽引下排列于赤道板，形成典型的"中期板"結構。該階段是細胞周期檢測點（checkpoint）的關鍵位點，確保所有染色體正確連接至紡錘體。后期（Anaphase）著絲粒分裂，姐妹染色單體分離并在馬達蛋白驅動下向兩極遷移。此時紡錘體極間微管延長，推動兩極距離增大。末期（Telophase）及胞質分裂染色體到達兩極后去凝縮，核膜重新形成；同時收縮環(huán)（肌動蛋白-肌球蛋白）在赤道面縊縮，最終完成胞質分裂（Cytokinesis），產生兩個遺傳相同的子細胞。細胞周期位置G2/M轉換調控有絲分裂起始受周期蛋白依賴性激酶（CDK1/cyclinB）復合物調控，該復合物磷酸化核纖層蛋白、組蛋白等底物，觸發(fā)核膜崩解和染色體凝縮。與間期的協(xié)同關系間期（G1,S,G2）為分裂期提供物質準備，包括中心體復制（G1/S）、DNA合成（S期）及微管蛋白等有絲分裂器組分的積累（G2期），形成完整的周期閉環(huán)。限制點（RestrictionPoint）控制在G1期通過的R點決定細胞進入分裂周期或退出至G0期，而S期DNA復制完整性是有絲分裂推進的前提，復制未完成將激活檢查點阻滯周期。02分裂間期階段G1期是細胞周期的第一階段，細胞通過合成大量蛋白質和RNA來增加體積，為后續(xù)DNA復制提供足夠的細胞質和細胞器支持。此階段細胞代謝活動旺盛，核糖體和線粒體數(shù)量顯著增加。G1期：細胞生長細胞體積增大與物質積累G1期存在關鍵限制點（RestrictionPoint），通過cyclinD-CDK4/6復合物磷酸化Rb蛋白，釋放E2F轉錄因子，決定細胞是否進入S期。若DNA損傷或營養(yǎng)不足，p53蛋白可激活p21抑制CDK，使細胞停滯修復或進入G0期。檢查點調控機制部分細胞在G1期退出周期進入終末分化（如神經元），或執(zhí)行特定功能（如肝細胞儲存糖原）。此時細胞會下調周期蛋白表達，轉向組織特異性基因激活。分化與功能特化S期：DNA復制半保留復制與復制起始點激活S期核心事件是DNA半保留復制，由ORC（起源識別復合體）識別復制起始點，在CDC6和Cdt1協(xié)助下加載MCM解旋酶復合體。復制叉形成需DNA聚合酶α/δ/ε協(xié)同作用，前導鏈連續(xù)合成，滯后鏈以岡崎片段方式合成。組蛋白同步合成與核小體重塑復制壓力與檢查點響應為匹配DNA倍增，細胞上調組蛋白H2A/H2B/H3/H4的轉錄翻譯，CAF-1復合物將新合成組蛋白裝配到復制叉后側，形成染色質基本結構。SWI/SNF等重塑復合物調控局部核小體間距。DNA損傷（如雙鏈斷裂）或核苷酸短缺會觸發(fā)ATR-Chk1通路暫停復制，通過同源重組或跨損傷修復機制處理錯誤。復制未完成時，S期檢查點阻止CDK1激活以延遲進入G2期。123G2期細胞檢測DNA復制完整性，通過BRCA1/2和Rad51介導的同源重組修復殘留雙鏈斷裂。同時中心體完成復制并分離，微管成核能力增強為紡錘體組裝做準備。G2期：分裂準備損傷修復與結構驗證CDK1與積累的cyclinB結合形成MPF（成熟促進因子），但初期被Wee1激酶磷酸化抑制。Cdc25磷酸酶在G2/M轉換時去磷酸化激活CDK1，觸發(fā)核膜破裂等有絲分裂事件。CyclinB-CDK1調控網絡線粒體通過裂變增加數(shù)量以滿足分裂能量需求，高爾基體和內質網片段化便于分配。細胞通過增加肌動蛋白聚合提升皮層張力，為胞質分裂建立力學基礎。能量與細胞器重構03前期變化染色質凝聚染色質螺旋化縮短變粗染色質纖維通過組蛋白修飾和凝縮蛋白（condensin）的作用，逐步螺旋化形成顯微鏡下可見的棒狀染色體結構，確保遺傳物質均等分配。姐妹染色單體顯現(xiàn)每條染色體完成復制后形成兩條完全相同的姐妹染色單體，通過著絲粒（centromere）區(qū)域相連，此時可觀察到典型的X形染色體形態(tài)。遺傳物質保護機制啟動凝聚過程中伴隨DNA損傷修復系統(tǒng)的激活，確保染色體結構完整性，防止分裂期斷裂或異常重組。核膜解體核孔復合體解聚核膜表面的核孔復合體逐步分解，導致核質與胞質物質交換中斷，為后續(xù)紡錘體微管接觸染色體創(chuàng)造物理條件。內質網參與膜重組部分核膜碎片被內質網吸收并儲存，以便末期重建子細胞核膜時快速調用膜結構成分。核纖層蛋白磷酸化核纖層蛋白（lamin）被周期蛋白依賴性激酶（CDK1）磷酸化后發(fā)生解聚，導致核膜崩解成小膜泡，分散于胞質中。紡錘體形成中心體遷移與微管組裝兩個中心體向細胞兩極移動，同時輻射出α/β微管蛋白聚合形成的動態(tài)微管，逐漸構建雙極紡錘體框架。動粒微管捕獲染色體來自兩極的微管通過末端動態(tài)生長與收縮，最終與染色體著絲粒處的動粒（kinetochore）特異性結合，形成穩(wěn)定的染色體-微管連接。極性微管交疊穩(wěn)定結構兩極延伸的非動粒微管在紡錘體中部相互交疊，由驅動蛋白（kinesin）和動力蛋白（dynein）介導滑動，維持紡錘體張力與結構對稱性。04中期特征赤道板排列對稱性排列所有染色體在紡錘體作用下形成規(guī)則的赤道板結構，其著絲粒精確排列在細胞中央的虛擬平面上，為后續(xù)均等分離奠定基礎。紡錘體微管牽引紡錘體微管從兩極延伸并附著于染色體的動粒（kinetochore），通過動態(tài)組裝和解聚產生的張力將染色體拉向赤道板平面。染色體高度凝縮中期染色體達到最大程度的凝縮狀態(tài)，形態(tài)清晰可見，每條染色體由兩條姐妹染色單體通過著絲粒緊密連接。染色體附著雙極附著機制動粒-微管動態(tài)連接張力依賴性穩(wěn)定每條染色體的兩個動粒必須分別與來自兩極的紡錘體微管結合，形成穩(wěn)定的雙極附著（biorientation），此過程依賴AuroraB激酶對錯誤附著的校正。正確的雙極附著會在姐妹染色單體間產生張力，觸發(fā)著絲粒區(qū)域Mad2蛋白的釋放，從而解除紡錘體組裝檢查點（SAC）的抑制信號。動粒處形成多層蛋白復合體（如KMN網絡），通過Ndc80等蛋白與微管形成可調控的滑動連接，實現(xiàn)染色體的定向移動。檢查點機制紡錘體組裝檢查點（SAC）監(jiān)測未附著或錯誤附著的動粒，通過Mad1/Mad2復合體傳遞抑制信號，阻止后期促進復合體（APC/C）的活化，確保所有染色體正確排列前不進入后期。時間調控窗口檢查點機制通過持續(xù)抑制Cdc20-APC/C的活性，為染色體正確排列提供充足時間，直至所有動粒達到穩(wěn)定附著狀態(tài)后才會解除抑制。張力監(jiān)測系統(tǒng)AuroraB激酶通過磷酸化動粒蛋白感知姐妹染色單體間張力不足的情況，觸發(fā)微管附著的重新校正，防止非整倍體產生。05后期過程姐妹染色單體分離紡錘體微管牽引機制紡錘體微管通過動力蛋白（如驅動蛋白和動力蛋白相關蛋白）產生的機械力，將姐妹染色單體從著絲粒處分離，確保遺傳物質均等分配。黏連蛋白降解作用后期促進復合物（APC/C）激活分離酶，降解黏連蛋白（Cohesin），解除姐妹染色單體間的連接，為染色體向兩極移動創(chuàng)造條件。錯誤校正機制紡錘體組裝檢查點（SAC）監(jiān)控微管與著絲粒的正確附著，防止未正確連接的染色體提前分離，避免非整倍體產生。染色體向極移動附著于染色體動粒的微管通過解聚作用縮短，將染色體拉向細胞兩極，此過程依賴微管正極端的動態(tài)不穩(wěn)定性。動粒微管縮短機制極間微管延長作用馬達蛋白協(xié)同調控極間微管通過聚合作用延長，推動紡錘體兩極遠離，擴大染色體移動的空間范圍，確保分離的染色體充分分散。驅動蛋白家族（如Kinesin-5和Kinesin-14）與動力蛋白（Dynein）協(xié)同作用，調節(jié)微管滑動和染色體運動速度，維持移動方向的精確性。細胞結構變化核膜重建起始染色體到達兩極后，核膜前體小泡（如核孔復合體成分）在染色體表面聚集，逐步融合形成新的核膜，標志著核分裂進入末期。紡錘體解體過程微管去聚合酶（如Katanin）切割紡錘體微管，使其解聚為游離的微管蛋白單體，為后續(xù)胞質分裂提供原料。胞質分裂準備中后期過渡階段，肌動球蛋白環(huán)（ContractileRing）在細胞赤道板處開始組裝，為后續(xù)的細胞膜縊縮和分裂溝形成奠定結構基礎。06末期與胞質分裂核膜重建核膜小泡聚集與融合末期階段，前期破碎的核膜小泡重新圍繞兩組子染色體聚集，通過膜融合機制逐步形成連續(xù)的核膜結構，恢復核-質分離狀態(tài)。核孔復合體組裝核纖層蛋白重組新形成的核膜上同步嵌入核孔復合體，恢復核質間物質運輸功能，確保RNA和蛋白質等大分子的選擇性交換。核纖層蛋白（如LaminA/C）在染色體表面重新聚合形成網狀結構，為核膜提供機械支撐并參與染色質錨定。123動物細胞中，肌動蛋白和肌球蛋白Ⅱ在赤道板下方組裝成動態(tài)收縮環(huán)，通過ATP水解提供能量產生機械力，使細胞膜內陷形成分裂溝。細胞質分隔收縮環(huán)形成機制植物細胞在高爾基體衍生的囊泡運輸作用下，于赤道面沉積果膠質和纖維素等物質，通過囊泡融合擴展形成細胞板，最終發(fā)育成新的細胞壁。植物細胞板形成分裂過程中細胞器（如線粒體、核糖體）通過微管牽引實現(xiàn)均等分配，確保子細胞獲得