细胞的分裂和分化

1、简述细胞有丝分裂的全过程级各个时期的特点。

答：有丝分裂的全过程可分为前期、前中期、中期、后期和末期等阶段

前期：间期细胞进入前期的最明显变化是显微镜下可见的染色体的出现。核内的染色质凝缩成染色体，核仁解体、核膜破裂、纺锤体形成。

前中期：双层的核膜开始破裂，形成分散的小泡，核纤层解聚。

中期：各染色体都排列到纺锤体的中央，它们的着丝粒都位于细胞中央的赤道面上。着丝粒分为两个。

后期：各个染色体染色单体分开，在动粒微管的牵引下，由赤道面移向细胞两极。

末期：分离的两组染色体分别抵达两级时，动粒微管消失。极微管进一步延伸，使两组染色体的距离进一步加大。在两组染色体的外围，核膜重新形成，染色体伸展延长，最后形成染色质。核仁也开始出现，细胞核恢复到间期的状态。

胞质分裂：在后期或末期，细胞质开始分裂。在动物细胞，细胞膜在两极之间的“赤道”上形成一个由肌动蛋白微丝和肌球蛋白构成的环带。微丝收缩使细胞膜以垂直于纺锤体的方向向内凹陷形成环沟，环沟渐渐加深，最后将细胞分割成为2个子细胞。植物细胞质的分裂不是在细胞表面出现环沟，而是在细胞内部形成新的细胞壁，将两个子细胞分隔开来。在细胞分裂的晚后期和末期，残留的纺锤体微管在细胞赤道面的中央密集成圆柱状结构，称为成膜体，其内部微管以平行方式排列；同时，带有细胞壁前体物质的高尔基体或内质网囊泡也向细胞中央集中，它们在赤道面上彼此融合而形成有膜包围的平板，即早期细胞板。高尔基体或内质网囊泡继续向赤道面集中、融合，使细胞板不断向外延伸，最后达到细胞的外周而与原来的细胞壁。细胞膜连接起来。此时，两个子细胞就完全被分隔开了。

2、简述细胞周期的调控位点。

答：细胞周期的调控是通过一系列检控点形成的调控网络实现的。早期研究发现从G2期进入M期由一种称为成熟促进因子（MPF）的蛋白质复合体所触发的。组成MPF的是两种蛋白：细胞周期蛋白依赖性激酶（Ck）、细胞周期蛋白（yin）。周期蛋白在细胞周期中呈周期性变化。不仅仅起激活Ck的作用，还决定了Ck何时、何处、将何种底物磷酸化，从而推进细胞周期的前进。①G1/S检验点：在G1—S期，yinE与Ck2结合，促进细胞通过G1/S限制点而进入S期。向细胞内注射yinE的抗体能使细胞停滞于G1期。说明细胞进入S期需要yinE的参与。在酵母中称start点，在哺乳动物中称R点，控制细胞由静止状态的G1进入DNA合成期。②S期检验点：同样将yinE的抗体注射到细胞内，发现能抑制细胞的DNA合成，推测yinE是DNA复制所必需的。③G2/M检验点：是决定细胞一分为二的控制点，在G2—M期，yinA、yinB与Ck1结合，Ck1使底物蛋白磷酸化，如将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体等下游细胞周期事件。④M期：M—yin的泛素化和细胞蛋白酶的降解终止了M—Ck/M—yin的活性。调节M—yin的泛素化作用系统为分裂后期促进复合物（APC）。

3、根据增殖情况，可将细胞分为哪几类，有什么特点？

答：从细胞增殖角度看，细胞可分3类：①周期性细胞：持续不断分裂的细胞，始终保持旺盛的增殖活性；②静止期细胞（G0）期细胞：暂时不再分裂的细胞，外部刺激可以使其恢复分裂能力；③终末分化细胞：永久失去分裂能力，不再分裂。结构和功能高度特化。

4、有丝分裂和减数分裂各有什么生物学意义？

答：有丝分裂是体细胞进行分裂的主要方式，遗传物质复制一次，在细胞分裂的过程中，平均分配给子细胞，子细胞与母细胞含相同的遗传物质。有丝分裂的生物学意义在于它保证了子细胞具有与母细胞相同的遗传潜能，保持了细胞遗传的稳定性。减数分裂是有性生殖的个体在形成生殖细胞过程中发生的一种特殊分裂方式。在减数分裂过程中，染色体只复制一次，而细胞分裂两次。减数分裂的结果是有性生殖细胞（配子）的染色体数目减半。两配子结合成合子，合子的染色体重新恢复到亲本体细胞中染色体的数目，使每一物种的遗传性具相对的稳定性。在减数分裂过程中，由于同源染色体发生片段交换，非同源染色体可以随机自由组合而进入不同的细胞，配子的遗传基础多样化，后代对环境条件的变化有更大的适应性，对于生物的进化有重要意义，它可以使配子中的基因组合变化穷，从而带来生物个体间的更多的变化，为自然选择提供更大的可能性。

5、比较有丝分裂和减数分裂的异同点？

答：相同点：染色体都复制一次；出现纺锤体；均有子细胞产生；均有核膜、核仁的消失与重建过程；减数第二次分裂的过程和有丝分裂过程相似，着丝点分裂，姐妹染色单体分开。

不同点：有丝分裂中DNA复制一次，细胞分裂一次，得到两个与母代染色体倍数相等的子代细胞；减数分裂中DNA复制一次，细胞分裂两次，子代细胞的染色体倍数减半。减数分裂Ⅰ的间期DNA不仅在S期合成，而且也在前期Ⅰ的偶线期和粗线期合成一小部分。减数分裂的前期Ⅰ长，特有染色体配对、同源重组现象。减数分裂Ⅰ的中期染色体的分离方式是形成二价体，并联合定向。减数分裂Ⅱ的间期没有DNA的复制，减数分裂Ⅱ的间期很短甚至没有。

6、简述减数分裂的意义。

答：减数分裂最主要的的生物学意义是保持了遗传性状的相对稳定，减数分裂过程中遗传物质只复制一次，而细胞连续进行两次细胞分裂，因此子细胞染色体数目减半，但通过精卵结合形成受精卵，染色体又恢复原来体细胞中染色体的数目。因此，减数分裂既保持了染色体数目的相对稳定，又保证了遗传特性的相对稳定。减数分裂既是孟德尔分离定律的细胞学基础，又是自由组合定律的基础。第一次减数分裂过程中，存在同源染色体的联会与分离。经减数分裂后，成对的同源染色体分开，上面携带的基因也随之分开，进入不同的细胞。同时，在减数分裂的后期Ⅰ同源染色体的分离过程各非同源染色体可以随机自由组合而进入不同的细胞。减数分裂是生物复杂的遗传和变异的基础之一。基因存在于染色体上，同一染色体上的许多基因相互连锁，经减数分裂后，同源染色体上的非姐妹染色单体发生部分交换，因而产生了新的基因连锁关系，最终造成了生殖细胞之间的差异，从而导致后代与亲代之间以及后代的不同个体之间相似性和相异性，即生物的遗传和变异。

7、染色质和染色体是细胞周期中不同状态的遗传物质，它们各有什么结构特点？它们的结构状态与基因表达有什么关系？

答：染色质和染色体是由核酸和蛋白质的复合物组成的复杂物质结构，含有大量的DNA和组蛋白，较少量的RNA和非组蛋白。间期核内染色质常伸展成为宽度约10—15n的细长的纤丝，这些染色质的细丝，到有丝分裂时高度的螺旋缠绕—螺旋化，成为染色体。当分裂结束，进入间期时，染色体的螺旋又松散开来，扩散成为染色质。在光镜下染色质呈颗粒状，不均匀的分布于细胞核中，比较集中于核膜的内表面。染色体呈较粗的柱状和杆状等不同形状，并有基本恒定的数目（因生物的种属不同而异）。伸展的染色质形态有利于在它上面的DNA储存的信息的表达，而高度螺旋化的棒状染色体则有利于细胞分裂中遗传物质的平分。8、在整个细胞生命活动中，细胞分裂、细胞分化、细胞凋亡、细胞衰老死亡之间的联系与生物学意义是什么？

答：细胞增殖、细胞分化、细胞凋亡与细胞衰老是细胞生命活动的基本内容。细胞生命活动是建筑在细胞色物质代谢和能量转换的基础上。而这一切均受控于生物体的信息系统。对细胞而言，则直接到细胞信号转导网络的调控，它不仅将物质和能量低些与细胞生命活动紧密关联，而且也将细胞增殖。细胞分化、细胞凋亡与细胞衰老等生命过程从时间和空间上整合成为一个有序的、严格调控的有机整体。

9、什么是细胞全能性？举出一个应用这一原理的技术实例。

答：细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性。由于体细胞一般是通过有丝分裂繁殖而来的，一般已分化的细胞都有一整套的受精卵相同的染色体，携带有本物种相同的基因，因此分化的细胞具有发育成完整新个体的潜能。在合适的条件下，有些分化的细胞恢复分裂，如高度分化的植物细胞具有全能性。动物细胞随着胚胎的发育。有些细胞有分化出多种组织的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力，但是它的细胞核仍然保持着全能性，这是因为细胞核内含有保持物种遗传性所需要的全套遗传物质。具有全能性的细胞：受精卵、早期的胚胎细胞、植物的组织等。生产上可应用于植物组织培养快速繁殖。克隆羊多莉（Dy）是由移植母羊的乳腺细胞到被摘除细胞核的卵子细胞中发育而成了，证明了哺乳动物的特异性分化的细胞也可以发展成一个完整的生物体。多莉的诞生证明高度分化成熟的哺乳动物乳腺细胞仍具有全能性，还能像胚胎细胞一样完整的保存遗传信息，这些遗传信息在母体发育过程中没有发生不可回复的改变，还能完全恢复到早期胚胎细胞的状态，最终仍能发育成与核供体成体完全相同的个体。

10、试述影响细胞分化的因素？

答：细胞的分化命运取决于两个方面：①细胞内因素。细胞分化过程中，细胞核起着重要的作用。分化细胞之所以能合成特异的蛋白质，就是由于细胞核内的基因组有选择性的表达，这是细胞分化的基础。早期胚胎细胞的不均匀性导致细胞分化。细胞质成分可调节核中基因表达影响细胞分化。②细胞的外部环境。环境中各种对机体的发育有较大的影响，如温度、光线等。由环境因素的影响可能造成第一次不等分裂，从而决定了细胞的分化。多细胞生物的细胞分化是在细胞间的彼此彼此影响下进行的。细胞间的相互作用对细胞分化有较大的影响。诱导、抑制现象在动物的胚胎发育过程中普遍存在。激素和旁泌素信号转导系统诱导分化。

11、干细胞具有哪些特点？

答：干细是具有分化成其他细胞类型和构建组织和器官的能力的一类细胞，包括全能干细胞、多能干细胞、单能干细胞。干细胞具有以下特点：①终生保持未分化或低分化特征，具有多向分化潜能，能分化成不同类型的组织细胞。②能限制的分裂增殖。③具有自我更新能力。④通过两种方式分裂，对称分裂和不对称分裂。前者形成两个相同的干细胞，后者形成一个干细胞和一个单能干细胞。⑤分裂的慢周期性，绝大多数干细胞处于G0期；⑥在机体中的数目、位置相对恒定。

12、山中伸弥获得了2012年生理学奖，其研究的末端分化体细胞有什么特性？遗传基础是什么？并说明其应用前景。

答：山中伸弥将四个病毒基因（Ot3/4,Sx2,—My和Kf4）导入人类皮肤细胞，发现皮肤细胞可转化为具有胚胎干细胞特性的细胞，称为诱导多能干细胞（iPS）。遗传基础是细胞具有全部的遗传信息，在功能上具有发育的全能性。在器官移植等应用方面，与使用胚胎于细胞想比，iPS技术不使用胚胎细胞或卵细胞，因此没有伦理学的问题。利用iPS技术可以用病人自己的体细胞制备专有的干细胞，所以不会有免疫排斥的问题，从而大大推动与干细胞有关的疾病疗法研究。

13、哪些基因可能与细胞凋亡有关？

答：与细胞增殖有关的原癌基因与抑癌基因与细胞凋亡有关。其中研究较多的有Apaf—1、B—2、Fas/APO—1、—y、p53、ATM等。凋亡酶Caspas家族，半胖氨酸蛋白酶，相当于线虫的—3,是引起细胞凋亡的关键酶，一旦被信号途径激活，能将细胞内的蛋白质降解，使细胞不可逆的走向死亡。①Apaf—1称为凋亡酶激活因子—1，在线虫的同源物为—4.在线粒体参与的凋亡途径中具有重要作用。②B—2为凋亡抑制基因，是膜的整合蛋白。功能相当于线虫中的—9，它们在线粒体参与的凋亡途径中起调控作用，能控制线粒体中细胞色素等凋亡因子的释放。③Fas受体是凋亡的主要引发剂，Fas受体基因定位在1023，全长25kb，有9个外显子和8个内含子。表达产物是跨膜蛋白，主要分布在外周血中活化的T、B细胞。Fas受体与Fas配体的相互作用启动了细胞凋亡的通路。④p53抑癌基因，在G期监视DNA的完整性。如有损伤，则抑制细胞增殖，直到DNA修复完成。如果DNA不能被修复，则诱导其凋亡。⑥—y促进细胞增殖。抑制分化；能激活那些控制细胞增殖的基因；激活促进细胞凋亡的基因，给细胞两种选择：增殖或凋亡。

14.比较动物细胞坏死和细胞凋亡。

区别点

细胞凋亡

细胞坏死

起因

生理或病理性

病理性变化或剧烈损伤

范围

单个散在细胞

大片组织或成群细胞

细胞膜

保持完整，一直到形成凋亡小体

破损