演講人：日期:細(xì)胞有絲分裂過(guò)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(guò)程06末期與胞質(zhì)分裂01概述與基本原理定義與生物意義細(xì)胞增殖的核心機(jī)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(xì)胞增殖的主要方式，通過(guò)染色體精確復(fù)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(xué)意義包括組織修復(fù)、個(gè)體生長(zhǎng)及無(wú)性繁殖等基礎(chǔ)生命活動(dòng)。紡錘體與著絲粒的協(xié)同作用使復(fù)制后的染色體平均分配至子細(xì)胞，避免基因劑量異常導(dǎo)致的發(fā)育缺陷或疾?。ㄈ绨┌Y）。該過(guò)程保守性強(qiáng)，從酵母到人類(lèi)均遵循相似分子機(jī)制。相較于產(chǎn)生配子的減數(shù)分裂，有絲分裂形成的子細(xì)胞染色體數(shù)目與母細(xì)胞一致（2n→2n），且不發(fā)生同源染色體配對(duì)與基因重組，維持了體細(xì)胞基因組的同質(zhì)性。主要階段劃分前期（Prophase）染色質(zhì)凝縮為可見(jiàn)的棒狀染色體，核仁解體；中心體向兩極移動(dòng)并形成紡錘體微管，動(dòng)粒蛋白在著絲粒處組裝為染色體附著位點(diǎn)。中期（Metaphase）染色體在動(dòng)粒微管牽引下排列于赤道板，形成典型的"中期板"結(jié)構(gòu)。該階段是細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)（checkpoint）的關(guān)鍵位點(diǎn)，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(dá)蛋白驅(qū)動(dòng)下向兩極遷移。此時(shí)紡錘體極間微管延長(zhǎng)，推動(dòng)兩極距離增大。末期（Telophase）及胞質(zhì)分裂染色體到達(dá)兩極后去凝縮，核膜重新形成；同時(shí)收縮環(huán)（肌動(dòng)蛋白-肌球蛋白）在赤道面縊縮，最終完成胞質(zhì)分裂（Cytokinesis），產(chǎn)生兩個(gè)遺傳相同的子細(xì)胞。細(xì)胞周期位置G2/M轉(zhuǎn)換調(diào)控有絲分裂起始受周期蛋白依賴性激酶（CDK1/cyclinB）復(fù)合物調(diào)控，該復(fù)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(guān)系間期（G1,S,G2）為分裂期提供物質(zhì)準(zhǔn)備，包括中心體復(fù)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(diǎn)（RestrictionPoint）控制在G1期通過(guò)的R點(diǎn)決定細(xì)胞進(jìn)入分裂周期或退出至G0期，而S期DNA復(fù)制完整性是有絲分裂推進(jìn)的前提，復(fù)制未完成將激活檢查點(diǎn)阻滯周期。02分裂間期階段G1期是細(xì)胞周期的第一階段，細(xì)胞通過(guò)合成大量蛋白質(zhì)和RNA來(lái)增加體積，為后續(xù)DNA復(fù)制提供足夠的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器支持。此階段細(xì)胞代謝活動(dòng)旺盛，核糖體和線粒體數(shù)量顯著增加。G1期：細(xì)胞生長(zhǎng)細(xì)胞體積增大與物質(zhì)積累G1期存在關(guān)鍵限制點(diǎn)（RestrictionPoint），通過(guò)cyclinD-CDK4/6復(fù)合物磷酸化Rb蛋白，釋放E2F轉(zhuǎn)錄因子，決定細(xì)胞是否進(jìn)入S期。若DNA損傷或營(yíng)養(yǎng)不足，p53蛋白可激活p21抑制CDK，使細(xì)胞停滯修復(fù)或進(jìn)入G0期。檢查點(diǎn)調(diào)控機(jī)制部分細(xì)胞在G1期退出周期進(jìn)入終末分化（如神經(jīng)元），或執(zhí)行特定功能（如肝細(xì)胞儲(chǔ)存糖原）。此時(shí)細(xì)胞會(huì)下調(diào)周期蛋白表達(dá)，轉(zhuǎn)向組織特異性基因激活。分化與功能特化S期：DNA復(fù)制半保留復(fù)制與復(fù)制起始點(diǎn)激活S期核心事件是DNA半保留復(fù)制，由ORC（起源識(shí)別復(fù)合體）識(shí)別復(fù)制起始點(diǎn)，在CDC6和Cdt1協(xié)助下加載MCM解旋酶復(fù)合體。復(fù)制叉形成需DNA聚合酶α/δ/ε協(xié)同作用，前導(dǎo)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(fù)制壓力與檢查點(diǎn)響應(yīng)為匹配DNA倍增，細(xì)胞上調(diào)組蛋白H2A/H2B/H3/H4的轉(zhuǎn)錄翻譯，CAF-1復(fù)合物將新合成組蛋白裝配到復(fù)制叉后側(cè)，形成染色質(zhì)基本結(jié)構(gòu)。SWI/SNF等重塑復(fù)合物調(diào)控局部核小體間距。DNA損傷（如雙鏈斷裂）或核苷酸短缺會(huì)觸發(fā)ATR-Chk1通路暫停復(fù)制，通過(guò)同源重組或跨損傷修復(fù)機(jī)制處理錯(cuò)誤。復(fù)制未完成時(shí)，S期檢查點(diǎn)阻止CDK1激活以延遲進(jìn)入G2期。123G2期細(xì)胞檢測(cè)DNA復(fù)制完整性，通過(guò)BRCA1/2和Rad51介導(dǎo)的同源重組修復(fù)殘留雙鏈斷裂。同時(shí)中心體完成復(fù)制并分離，微管成核能力增強(qiáng)為紡錘體組裝做準(zhǔn)備。G2期：分裂準(zhǔn)備損傷修復(fù)與結(jié)構(gòu)驗(yàn)證CDK1與積累的cyclinB結(jié)合形成MPF（成熟促進(jìn)因子），但初期被Wee1激酶磷酸化抑制。Cdc25磷酸酶在G2/M轉(zhuǎn)換時(shí)去磷酸化激活CDK1，觸發(fā)核膜破裂等有絲分裂事件。CyclinB-CDK1調(diào)控網(wǎng)絡(luò)線粒體通過(guò)裂變?cè)黾訑?shù)量以滿足分裂能量需求，高爾基體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)片段化便于分配。細(xì)胞通過(guò)增加肌動(dòng)蛋白聚合提升皮層張力，為胞質(zhì)分裂建立力學(xué)基礎(chǔ)。能量與細(xì)胞器重構(gòu)03前期變化染色質(zhì)凝聚染色質(zhì)螺旋化縮短變粗染色質(zhì)纖維通過(guò)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(jiàn)的棒狀染色體結(jié)構(gòu)，確保遺傳物質(zhì)均等分配。姐妹染色單體顯現(xiàn)每條染色體完成復(fù)制后形成兩條完全相同的姐妹染色單體，通過(guò)著絲粒（centromere）區(qū)域相連，此時(shí)可觀察到典型的X形染色體形態(tài)。遺傳物質(zhì)保護(hù)機(jī)制啟動(dòng)凝聚過(guò)程中伴隨DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)的激活，確保染色體結(jié)構(gòu)完整性，防止分裂期斷裂或異常重組。核膜解體核孔復(fù)合體解聚核膜表面的核孔復(fù)合體逐步分解，導(dǎo)致核質(zhì)與胞質(zhì)物質(zhì)交換中斷，為后續(xù)紡錘體微管接觸染色體創(chuàng)造物理?xiàng)l件。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)參與膜重組部分核膜碎片被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)吸收并儲(chǔ)存，以便末期重建子細(xì)胞核膜時(shí)快速調(diào)用膜結(jié)構(gòu)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(dǎo)致核膜崩解成小膜泡，分散于胞質(zhì)中。紡錘體形成中心體遷移與微管組裝兩個(gè)中心體向細(xì)胞兩極移動(dòng)，同時(shí)輻射出α/β微管蛋白聚合形成的動(dòng)態(tài)微管，逐漸構(gòu)建雙極紡錘體框架。動(dòng)粒微管捕獲染色體來(lái)自兩極的微管通過(guò)末端動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)與收縮，最終與染色體著絲粒處的動(dòng)粒（kinetochore）特異性結(jié)合，形成穩(wěn)定的染色體-微管連接。極性微管交疊穩(wěn)定結(jié)構(gòu)兩極延伸的非動(dòng)粒微管在紡錘體中部相互交疊，由驅(qū)動(dòng)蛋白（kinesin）和動(dòng)力蛋白（dynein）介導(dǎo)滑動(dòng)，維持紡錘體張力與結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性。04中期特征赤道板排列對(duì)稱(chēng)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(jié)構(gòu)，其著絲粒精確排列在細(xì)胞中央的虛擬平面上，為后續(xù)均等分離奠定基礎(chǔ)。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(dòng)粒（kinetochore），通過(guò)動(dòng)態(tài)組裝和解聚產(chǎn)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(dá)到最大程度的凝縮狀態(tài)，形態(tài)清晰可見(jiàn)，每條染色體由兩條姐妹染色單體通過(guò)著絲粒緊密連接。染色體附著雙極附著機(jī)制動(dòng)粒-微管動(dòng)態(tài)連接張力依賴性穩(wěn)定每條染色體的兩個(gè)動(dòng)粒必須分別與來(lái)自兩極的紡錘體微管結(jié)合，形成穩(wěn)定的雙極附著（biorientation），此過(guò)程依賴AuroraB激酶對(duì)錯(cuò)誤附著的校正。正確的雙極附著會(huì)在姐妹染色單體間產(chǎn)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(diǎn)（SAC）的抑制信號(hào)。動(dòng)粒處形成多層蛋白復(fù)合體（如KMN網(wǎng)絡(luò)），通過(guò)Ndc80等蛋白與微管形成可調(diào)控的滑動(dòng)連接，實(shí)現(xiàn)染色體的定向移動(dòng)。檢查點(diǎn)機(jī)制紡錘體組裝檢查點(diǎn)（SAC）監(jiān)測(cè)未附著或錯(cuò)誤附著的動(dòng)粒，通過(guò)Mad1/Mad2復(fù)合體傳遞抑制信號(hào)，阻止后期促進(jìn)復(fù)合體（APC/C）的活化，確保所有染色體正確排列前不進(jìn)入后期。時(shí)間調(diào)控窗口檢查點(diǎn)機(jī)制通過(guò)持續(xù)抑制Cdc20-APC/C的活性，為染色體正確排列提供充足時(shí)間，直至所有動(dòng)粒達(dá)到穩(wěn)定附著狀態(tài)后才會(huì)解除抑制。張力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)AuroraB激酶通過(guò)磷酸化動(dòng)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(chǎn)生。05后期過(guò)程姐妹染色單體分離紡錘體微管牽引機(jī)制紡錘體微管通過(guò)動(dòng)力蛋白（如驅(qū)動(dòng)蛋白和動(dòng)力蛋白相關(guān)蛋白）產(chǎn)生的機(jī)械力，將姐妹染色單體從著絲粒處分離，確保遺傳物質(zhì)均等分配。黏連蛋白降解作用后期促進(jìn)復(fù)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(dòng)創(chuàng)造條件。錯(cuò)誤校正機(jī)制紡錘體組裝檢查點(diǎn)（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(chǎn)生。染色體向極移動(dòng)附著于染色體動(dòng)粒的微管通過(guò)解聚作用縮短，將染色體拉向細(xì)胞兩極，此過(guò)程依賴微管正極端的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性。動(dòng)粒微管縮短機(jī)制極間微管延長(zhǎng)作用馬達(dá)蛋白協(xié)同調(diào)控極間微管通過(guò)聚合作用延長(zhǎng)，推動(dòng)紡錘體兩極遠(yuǎn)離，擴(kuò)大染色體移動(dòng)的空間范圍，確保分離的染色體充分分散。驅(qū)動(dòng)蛋白家族（如Kinesin-5和Kinesin-14）與動(dòng)力蛋白（Dynein）協(xié)同作用，調(diào)節(jié)微管滑動(dòng)和染色體運(yùn)動(dòng)速度，維持移動(dòng)方向的精確性。細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化核膜重建起始染色體到達(dá)兩極后，核膜前體小泡（如核孔復(fù)合體成分）在染色體表面聚集，逐步融合形成新的核膜，標(biāo)志著核分裂進(jìn)入末期。紡錘體解體過(guò)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(zhì)分裂提供原料。胞質(zhì)分裂準(zhǔn)備中后期過(guò)渡階段，肌動(dòng)球蛋白環(huán)（ContractileRing）在細(xì)胞赤道板處開(kāi)始組裝，為后續(xù)的細(xì)胞膜縊縮和分裂溝形成奠定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。06末期與胞質(zhì)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(guò)膜融合機(jī)制逐步形成連續(xù)的核膜結(jié)構(gòu)，恢復(fù)核-質(zhì)分離狀態(tài)。核孔復(fù)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(fù)合體，恢復(fù)核質(zhì)間物質(zhì)運(yùn)輸功能，確保RNA和蛋白質(zhì)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為核膜提供機(jī)械支撐并參與染色質(zhì)錨定。123動(dòng)物細(xì)胞中，肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白Ⅱ在赤道板下方組裝成動(dòng)態(tài)收縮環(huán)，通過(guò)ATP水解提供能量產(chǎn)生機(jī)械力，使細(xì)胞膜內(nèi)陷形成分裂溝。細(xì)胞質(zhì)分隔收縮環(huán)形成機(jī)制植物細(xì)胞在高爾基體衍生的囊泡運(yùn)輸作用下，于赤道面沉積果膠質(zhì)和纖維素等物質(zhì)，通過(guò)囊泡融合擴(kuò)展形成細(xì)胞板，最終發(fā)育成新的細(xì)胞壁。植物細(xì)胞板形成分裂過(guò)程中細(xì)胞器（如線粒體、核糖體）通過(guò)微管牽引實(shí)現(xiàn)均等分配，確保子細(xì)胞獲得