细胞是生命的组成部分。建立一个细胞模型应该加深你对细胞、每个细胞器的作用以及它们如何完成工作的理解。有些细胞器一直存在于细胞中。有些细胞器是暂时性的，只在细胞进行特定过程如有丝分裂时才出现。因此，我们有4篇系列博文来介绍动物细胞经历不同过程的模型。
- 动物细胞模型第一部分-细胞膜，细胞质，细胞核和线粒体。
- 动物细胞模型第二部分-内质网，核糖体，高尔基体，过氧化物酶体和溶酶体。
- 动物细胞模型第三部分-两种参与进食行为的临时细胞器，自噬体和核内体。
- 动物细胞模型第四部分-两种只在有丝分裂期间出现的临时细胞器，中心体和染色体。开云体育电脑官网
- 植物细胞模型第五部分:细胞壁、液泡和叶绿体。
- 细胞器及其功能-各细胞器概述。
本文将介绍
什么是有丝分裂
有丝分裂是一个细胞分裂的过程，其中一个细胞(母细胞)分裂并产生两个基因完全相同的新细胞(子细胞)。
在《餐桌上的细胞生物学》系列第四部分中，我们将学习两种只在有丝分裂期间出现的临时细胞器。他们是中心体而且开云体育电脑官网！
为什么有丝分裂很重要
有丝分裂是一种必要的细胞分裂生物体的生长，受损组织的修复，愈合和再生，以及繁殖。
不要搞砸DNA
就像我们在"细胞核， DNA分子是一条非常非常长的线。如果你将单个细胞的所有DNA拉伸成一条线性线，它可以长达3米(或10英尺)。这种线性形式的DNA在细胞分裂过程中是不可能被分离的。
[在这张图中]纠结的耳机是我们生活中最讨厌的事情之一。在我们的细胞中，DNA线甚至比耳机线还要长。
细胞是如何将这么长的DNA打包到一个极小的空间(细胞核)而不纠缠在一起的?
为了解决这个问题，当细胞准备细胞分裂时，每个DNA线被组织成一个非常紧凑的结构，称为“染色体”。我们所有的基因(称为基因组)都位于46条(或23对)长的DNA线上。结果，我们有23对染色体(1-22,X或Y)。开云体育电脑官网
[在这张图中]为了处理长DNA分子，我们的细胞将DNA线打包成许多紧凑的结构，称为“染色体”。
[在这张图中]23对人类(男性)染色体的显微技术称为Giemsa开云体育电脑官网显带(g显带)核型。
将DNA打包成染色体开云体育电脑官网
细胞需要一组蛋白质，叫做组蛋白，将DNA线组织成染色体。开云体育电脑官网简单地说，八个组蛋白形成一个核心复合体，叫做核小体．你可以想象DNA包裹着核小体就像纱线包裹着球一样。每个核小体允许两次DNA包裹。在电子显微镜下，带有核小体的DNA看起来就像一串珠子。
[在该图中]组蛋白对DNA线程包的说明。
八个核心组蛋白组成一个组蛋白八聚体。大约147个碱基对的DNA缠绕在组蛋白八聚体周围(约两匝)形成核小体。沿着DNA分子排列的核小体看起来就像串在绳子上的珠子。
[在这张图中]DNA包裹在核小体周围的电子显微镜图像，就像绳子上的珠子。
核小体用箭头表示。图片修改自Olins, D. E. & Olins, A. L.染色质历史:我们从桥上的观点。自然评论分子细胞生物学4,811(2003)。
将DNA包装到核小体中可以使DNA线长度缩短约7倍。这些核小体被进一步包装成染色体最紧密的棒状结构。开云体育电脑官网这些染色体在开云体育电脑官网常规光学显微镜下染色后可见。
[在这张图中]染色体包装的过程。
DNA包裹在组蛋白周围，与支架蛋白一起形成染色体。目前，科学家们只对DNA如何组织成核小体有一个很好的了解。除此之外，我们仍然不知道染色体到底是如何组装的。开云体育电脑官网图片来源:维基
[在这张图中]染色体在细胞分裂时可见。
在40 开云体育电脑官网× 100倍物镜光学显微镜下，染色体清晰可见。亚甲基蓝将染色体的DNA内容染成深蓝色。开云体育电脑官网这个标本是蛔虫(寄生线虫)卵，含有活跃的有丝分裂细胞。这个标本包括在Rs的科开云体育全站app下载安装学25预制件幻灯片．
x型姐妹染色单体
在有丝分裂之前，DNA复制形成两个相同的副本。这时，染色体从杆状变成了“X”形。开云体育电脑官网两个完全相同的"姐妹染色单体“保持附着在一个称为”的中心点区域。着丝粒”。
[在这张图中]有丝分裂前的染色体复制。
我们的细胞是“二倍体”，这意味着它们有两个遗传物质的副本。有丝分裂前，遗传物质的两个拷贝形成23对同源染色体。开云体育电脑官网DNA复制后，每条染色体变成x型，有4条臂连接在一个中心点上，称为着丝粒。染色体的两个相同部分称为“姐妹染色单体”。
有丝分裂的阶段
有丝分裂是一个细胞分裂的过程，其中一个细胞(母细胞)分裂并产生两个基因完全相同的新细胞(子细胞)。有丝分裂的目的是确保每个子细胞获得一组完美的、完全平等的染色体。开云体育电脑官网如果子细胞由于染色体分离不均，基因增多或缺失，细胞的功能就会完全混乱。开云体育电脑官网这些细胞很可能会变成癌细胞!
为了确保细胞平等地分割复制的染色体，我们的细胞开发了标准操作程序(SOP)。开云体育电脑官网我们称这种精心组织的一系列步骤为——有丝分裂的阶段．许多参与有丝分裂的蛋白质以精确的顺序和时间完成它们的工作。有丝分裂的每个阶段之间都有检查点。只有在检查了上一步是否无错误的情况下，才允许单元处理到下一个步骤。
以下是有丝分裂的顺序阶段
(1）间期-细胞在细胞核中复制DNA。
（2）前期- DNA凝结形成染色体。开云体育电脑官网中心体向细胞的相反方向移动，形成有丝分裂纺锤体。
（3）前中期-微管螺纹从中心体投射并捕获染色体。开云体育电脑官网染色体附着在微管上的点称为着丝开云体育电脑官网点。
（4）中期-纺锤体捕获了所有的染色体，并将它们排列在细胞的中间(称为赤道板)。开云体育电脑官网
（5）后期-微管开始将姐妹染色单体拉向相反的纺锤极。
(6）末期-细胞分裂已接近完成，随着胞质分裂(细胞内容物的分裂)的发生，细胞开始重新建立其正常结构。两个新的细胞核形成了，每组染色体一个。开云体育电脑官网
(7）胞质分裂细胞质和细胞膜的分裂形成两个新的细胞。
[在这张图中]显微镜下的有丝分裂期。
有丝分裂由五个基本阶段组成:前期、前中期、中期、后期和末期。这些阶段以严格的顺序发生。这个标本是蛔虫卵(寄生线虫)，含有活跃的有丝分裂细胞，可以从Rs的科开云体育全站app下载安装学25预制件幻灯片．
中心体和微管——神奇的分子机器
如你所见，在有丝分裂的阶段，姐妹染色单体必须被分开，相等地分离成两个新的细胞核。细胞做这项工作就像我们用缆绳和绞车把车从泥里拉出来一样。
微管-电缆
细胞内的“电缆”叫做“微管”。在细胞质的前一节中，我们提到了胞浆的网络细胞骨架在牢房里。微管是细胞骨架蛋白的一种，它在细胞内组装成像高速公路一样的纤维，用于分子和细胞器的运输。在有丝分裂过程中，微管线被用来将染色体分开。开云体育电脑官网
[在这张图中]有丝分裂过程中微管、着丝粒和中心体的图示。
在有丝分裂过程中，微管的一端附着在每条染色体的着丝粒区域上，另一端由一种特殊的细胞器控制，称为“中心体”。你可以想象，中心体就像绞车一样，通过拖动固定在着丝粒上的微管(缆绳)将姐妹染色单体(汽车)分开。
中心体-绞盘
中心体是只有在有丝分裂时才出现的细胞器，是主要的微管组织中心。每个细胞有两个中心体。当有丝分裂开始时，两个中心体向细胞的相反位置移动，细胞核的膜(称为核膜)暂时消失。
微管从中心体延伸到姐妹染色单体的着丝粒上。两个中心体的协同作用使所有姐妹染色单体在细胞的中间排列，形成一个称为赤道板的结构。
两个着丝粒同时回收它们的微管。收缩力将姐妹染色单体与着丝粒的附着点分离;然后朝相反的方向移动。一旦所有的姐妹染色单体被平等地分离成两个新的细胞核，细胞质和细胞膜也将分裂成两个新的细胞。
[在此图中]中心体的说明和电子显微照片。
左图:中心体由两个中心粒组成，中心粒彼此成直角排列，被称为中心粒周物质(PCM)的蛋白质包围。微管纤维从PCM生长。右:中心粒的电子显微镜图像。(图片:johan-nygren)
有丝分裂的食物模型
有丝分裂的过程听起来有点复杂。别担心。我可以用一种简单而有趣的方式向你解释有丝分裂——在你的餐桌上!
有丝分裂间期
首先，我煮了一些全麦意大利面，装在一个白色的盘子里。这是我在间期监狱的牢房。全麦意大利面代表了分散的DNA串，然后再打包成染色体。开云体育电脑官网我选择全麦意大利面，因为它是棕色的。稍后您将看到原因。
[在这张图中]间期的食物模式．
全麦意大利面条代表间期无组织的DNA串。这个平板代表一个细胞。
然后，我需要短香肠来代表我的染色体。开云体育电脑官网我发现乔氏枫木鸡早餐香肠是一个很好的尺寸(大约2英寸长)。如果你有更大的盘子，更长的香肠也可能适合你。
[在这张图中]染色体的食物模式
在我的食物模型中，鸡肉香肠代表染色体。开云体育电脑官网
我把香肠两端切成两半，保留中间部分(约1/3英寸)。
[在这张图中]姐妹染色单体的食物模型。
香肠被切成两半，中间的部分仍然连在一起。这表示两个姐妹染色单体连接在一起。
然后，我小心地从香肠中间刺穿一根普通的意大利面条。当然，只有“未煮熟的”意大利面才足够硬。
[在这张图中]姐妹染色单体与微管的食物模型．
附着在香肠上的普通意大利面条代表附着在姐妹染色单体上的微管。
然后，我单独做香肠，香肠和意大利面在锅里。
奇迹发生了!
如下图所示，切好的香肠在烹饪后弯曲成“X”形。它们是“姐妹染色单体”的完美食物模型!香肠的棕色和全麦意大利面条的颜色很像，这表明染色体是DNA串的浓缩形式。开云体育电脑官网
你可能还会注意到，插入香肠中的普通(白色)意大利面在煮熟后会变软。这些普通的(白色)意大利面条是固定在姐妹染色单体上的“微管”。
[在这张图中]X型姐妹染色单体和微管的食物模型．
切好的香肠煮熟后两端弯曲，代表x型姐妹染色单体。煮熟的意大利面条变软，代表附着在姐妹染色单体上的微管。
有丝分裂前期
前期的主要特征是DNA凝结形成姐妹染色单体，在显微镜下可见。
我在盘子上放了一对x形的香肠(姐妹染色单体)来代表有丝分裂的前期。
[在这张图中]有丝分裂前期的食物模型。
有丝分裂中期
中期的主要特征是纺锤体捕获了所有的染色体，染色体沿着赤道板排列。开云体育电脑官网
我把两个姐妹染色单体放在平板的中间，它们的微管指向相反的方向。两条香肠排列整齐，代表染色体排列为“赤道板”。开云体育电脑官网我在微管纺锤体的末端放置了两片烯作为“中心体”。现在，我有了一个完美的中期模型。
如果你有一个较大的盘子，试着放置更多的香肠-意大利面组合，使它看起来更接近“有丝分裂纺锤体”。
[在这张图中]有丝分裂中期的食物模型。
有丝分裂后期
后期的主要特征是微管开始将姐妹染色单体拉向相反的纺锤极。
当有丝分裂进行到后期时，微管的牵拉力导致姐妹染色单体从着丝粒中间分离。
[在这张图中]有丝分裂后期的食物模型。
有丝分裂末期
末期的主要特征是姐妹染色单体到达相反的极点，细胞核开始重组。
在我的末期模型中，x型的香肠变成了棒状，代表染色体平均分布到两个子细胞。开云体育电脑官网
[在这张图中]有丝分裂末期的食物模型。
有丝分裂后，染色体像意大利面条开云体育电脑官网一样去密度。
[在这张图中]有丝分裂后新生细胞的食物模型。
最后，我们有了一个完整的有丝分裂周期。
[在这张图中]有丝分裂阶段的食物模型。
参考
”对人体和细菌细胞数量的修正估计"罗恩·森德，沙伊·富克斯和罗恩·米洛。PLOS生物学(2016)
”染色质的电子显微图:串上的珠子“Olins, D. E. & Olins, A. L.染色质历史:我们从桥上的视角。自然评论分子细胞生物学4,811(2003)。
”染色质结构的基本单位“大卫·奥·摩根。(2007)细胞周期。控制原则。
”把这个想法提出来中心体中的中心粒是相互围绕的吗?”Johan-nygren。
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