細(xì)胞通過(guò)分解有機(jī)分子獲取能量
從嬰兒到成年的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中,人體的細(xì)胞會(huì)從約1012個(gè)增加到約1014個(gè)。進(jìn)入成年期,即使個(gè)體不再生長(zhǎng),但體內(nèi)大部分細(xì)胞還會(huì)不斷更新,如腸上皮細(xì)胞每天都有分裂,每一秒鐘我們體內(nèi)會(huì)有數(shù)百萬(wàn)的新細(xì)胞產(chǎn)生。那么,我們體內(nèi)的細(xì)胞是如何實(shí)現(xiàn)增殖的呢?新生細(xì)胞與親代細(xì)胞是否帶有同樣的遺傳信息呢?
思考與討論:1. 人成長(zhǎng)過(guò)程中,體內(nèi)細(xì)胞的數(shù)量、大小有什么變化?2. 隨著年齡增長(zhǎng),青少年的身高漸漸地不再增加,這也標(biāo)志著各器官發(fā)育趨于成熟,此時(shí)體內(nèi)的細(xì)胞分裂會(huì)發(fā)生怎樣的變化 ?3. 這個(gè)過(guò)程中,體內(nèi)細(xì)胞所含遺傳信息是否有變化?為什么?
找出自己從小到大不同年齡段的照片,從生物學(xué)的角度,看看成長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)生的變化。
1.有絲分裂保證遺傳信息的準(zhǔn)確傳遞
在成長(zhǎng)過(guò)程中,我們的身高和體重都在逐漸增長(zhǎng),但基本面貌特征卻變化不大。其實(shí),動(dòng)植物隨著個(gè)體的生長(zhǎng),其體內(nèi)細(xì)胞數(shù)量不斷增加,新增殖的子細(xì)胞內(nèi)的遺傳信息與親代細(xì)胞基本一致。 通過(guò)觀察動(dòng)植物細(xì)胞有絲分裂過(guò)程,可以知道細(xì)胞是如何做到遺傳信息準(zhǔn)確傳遞的。
有絲分裂:多細(xì)胞生物體細(xì)胞主要通過(guò)有絲分裂的方式實(shí)現(xiàn)增殖,一次分裂形成兩個(gè)與親代細(xì)胞完全相同的子代細(xì)胞。 間期:在分裂前,細(xì)胞已通過(guò)DNA復(fù)制的方式形成兩套完整的遺傳物質(zhì)的階段。
染色體是細(xì)胞核內(nèi)的長(zhǎng)絲狀染色質(zhì)經(jīng)過(guò)螺旋化后的狀態(tài)。通常呈現(xiàn)“X”形。 兩條染色單體互稱為姐妹染色單體。 兩條染色單體互稱為姐妹染色單體含有相同的遺傳信息,通過(guò)著絲粒相連接。
以中心體為起點(diǎn)構(gòu)建由微管(蛋白)組成的呈放射狀排列的紡錘絲。 紡錘絲以兩極中心體為頂點(diǎn),在前期開(kāi)始形成一個(gè)梭形的紡錘體結(jié)構(gòu)。
有絲分裂各時(shí)期主要特點(diǎn)(動(dòng)物細(xì)胞增殖過(guò)程)
為便于研究,整個(gè)有絲分裂過(guò)程被人為地劃分為前期、中期、后期和末期。細(xì)胞分裂的每個(gè)時(shí)期都有各自典型的形態(tài)特征。
間期:①DNA和中心體復(fù)制;②合成細(xì)胞分裂所需的蛋白質(zhì);③有完整的核膜、核仁;染色體沒(méi)有發(fā)生螺旋化
前期:①核膜、核仁開(kāi)始消失;②染色質(zhì)高度螺旋化為染色體;③中心體分離,分別移向細(xì)胞兩極;同時(shí)形成紡錘絲,與染色體著絲粒部位相連,牽引染色體開(kāi)始向細(xì)胞中央(赤道面)移動(dòng)。
中期:①染色體高度螺旋化到最大程度,著絲粒兩側(cè)分別與兩極中心體形成的紡錘絲相連,整齊地排列在細(xì)胞赤道面上;②此時(shí)期染色體數(shù)目和形態(tài)最為清晰。
后期:①每條染色體的姐妹染色單體在著絲粒部位分開(kāi),形成兩組形態(tài)結(jié)構(gòu)和數(shù)目相同的染色體,染色體在紡錘絲的牽引下分別向細(xì)胞的兩極移動(dòng);②細(xì)胞沿兩極方向拉長(zhǎng),細(xì)胞赤道面處的細(xì)胞質(zhì)膜開(kāi)始向內(nèi)凹陷
末期:①染色體移動(dòng)至細(xì)胞兩極,開(kāi)始恢復(fù)為染色質(zhì)形態(tài);②核膜、核仁重現(xiàn)并包裹染色質(zhì)。
姐妹染色單體分分開(kāi)分別移向細(xì)胞的兩極
有絲分裂前期的特點(diǎn)是形成染色體和紡錘絲,染色體的著絲粒部位連接紡錘絲,向細(xì)胞中央的赤道面移動(dòng)。到了中期,所有染色體整齊排列在赤道面上。隨后,姐妹染色單體在著絲粒部位分開(kāi),分別隨紡錘絲向兩極移動(dòng),細(xì)胞隨之變長(zhǎng)。染色體到達(dá)兩極,解旋為染色質(zhì),被核膜包圍,完成細(xì)胞核中遺傳信息的平均分配。
動(dòng)物有絲分裂和高等植物有絲分裂的區(qū)別
(1)動(dòng)物有絲分裂:位于細(xì)胞質(zhì)中的兩個(gè)中心體移向兩極,并以中心體為起點(diǎn)構(gòu)建由微管組成的呈放射狀排列的紡錘絲。紡錘絲以兩極中心體為頂點(diǎn),在前期開(kāi)始形成一個(gè)梭形的紡錘體結(jié)構(gòu)。有絲分裂過(guò)程中,來(lái)自同一染色體的姐妹染色單體分別由紡錘絲牽引向兩極移動(dòng),完成分裂中最重要的染色體分配。(2)高等植物有絲分裂:高等植物細(xì)胞雖然沒(méi)有中心體結(jié)構(gòu),但細(xì)胞分裂時(shí)同樣有紡錘絲、紡錘體的形成。
實(shí)驗(yàn)5-1 觀察植物根尖細(xì)胞有絲分裂
經(jīng)固定、解離和漂洗處理的植物根尖,如吊蘭、大蒜或洋蔥鱗莖的根尖;顯微鏡、載玻片、蓋玻片、攝子、解剖針、培養(yǎng)皿、吸水紙,染液(醋酸洋紅或0.2%龍膽紫)、蒸餾水等。
2.細(xì)胞分裂具有周期性
細(xì)胞周期:細(xì)胞從一次分裂結(jié)束到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的過(guò)程。具有細(xì)胞周期的前提:連續(xù)分裂的細(xì)胞
G1期:合成RNA和蛋白質(zhì),特別是與DNA復(fù)制相關(guān)的酶(如DNA聚合酶等),為S期的DNA復(fù)制做準(zhǔn)備; S期:DNA復(fù)制; G2期:合成組成紡錘絲的蛋白質(zhì); M期:將遺傳物質(zhì)均分到兩個(gè)子細(xì)胞中。
不同細(xì)胞細(xì)胞周期的長(zhǎng)短差異很大
①有些細(xì)胞分裂一次僅需要數(shù)十分鐘,如胚胎細(xì)胞、酵母等;
②有些需要按小時(shí)計(jì)算,例如洋蔥根尖細(xì)胞的細(xì)胞周期約為24h,人消化道上皮細(xì)胞的細(xì)胞周期為10h左右;
③還有些細(xì)胞的細(xì)胞周期長(zhǎng)達(dá)一年至數(shù)年。細(xì)胞周期長(zhǎng)短的差異主要來(lái)自分裂間期的不同,細(xì)胞一旦進(jìn)入到分裂期,持續(xù)的時(shí)間相對(duì)比較恒定。
3.細(xì)胞有多種分裂方式
無(wú)絲分裂:分裂過(guò)程是先細(xì)胞核延長(zhǎng),從核的中部向內(nèi)凹進(jìn),縊裂成為2個(gè)細(xì)胞核,整個(gè)細(xì)胞從中部縊裂成兩部分,形成2個(gè)子細(xì)胞。在整個(gè)分裂過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)紡比體和染色體的變化。這種分裂方式常出現(xiàn)于高度分化成熟的組織中,如蛙的紅細(xì)胞的分裂,在某些植物的胚乳中胚乳細(xì)胞的分裂等。
(1)特點(diǎn):在分裂過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)紡錘絲和染色體的變化。(2)實(shí)例:草履蟲等單細(xì)胞生物通常以這種方式進(jìn)行增殖等。
補(bǔ)充:細(xì)胞周期蛋白對(duì)分裂的影響
細(xì)胞周期蛋白(cyclin)和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent kinase, CDK)。cyclin 和 CDK 成員們彼此組成不同的復(fù)合物來(lái)調(diào)控細(xì)胞周期的有序進(jìn)程。 它們表現(xiàn)異常,會(huì)造成細(xì)胞周期進(jìn)程控制的失敗,可能會(huì)引發(fā)腫瘤細(xì)胞的形成??茖W(xué)家們?cè)诙喾N腫瘤細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)CDK的酶活性過(guò)度活躍,使細(xì)胞分裂失去控制。因此,設(shè)想通過(guò)藥物來(lái)抑制CDK酶活性,從而達(dá)到控制腫瘤細(xì)胞分裂的效果。
1.如圖為與有絲分裂相關(guān)的坐標(biāo)曲線。下列相關(guān)說(shuō)法不正確的是(  )A.若縱坐標(biāo)表示一條染色體中DNA的含量,則c→d過(guò)程細(xì)胞中DNA含量不變B.若縱坐標(biāo)表示一個(gè)細(xì)胞中DNA的含量,則e點(diǎn)時(shí)一條染色體中DNA的含量與a點(diǎn)相同C.若縱坐標(biāo)表示一條染色體中DNA的含量,則a→c過(guò)程染色體數(shù)目不變D.若縱坐標(biāo)表示一個(gè)細(xì)胞中DNA的含量,則a→c過(guò)程染色體數(shù)目不變
2.下列幾種細(xì)胞在進(jìn)行細(xì)胞分裂時(shí),始終觀察不到染色體的是(  )①洋蔥根尖分生區(qū)細(xì)胞?、谧冃蜗x細(xì)胞?、鄞竽c桿菌細(xì)胞?、芡艿募t細(xì)胞 ⑤蛙的囊胚期細(xì)胞?、奕说脑煅杉?xì)胞?、甙l(fā)菜A. ③④⑦B. ③⑥⑦C. ①③⑤D. ②④⑥
3.生物實(shí)驗(yàn)中常用鹽酸處理實(shí)驗(yàn)材料。下列說(shuō)法正確的是(  )A. 鹽酸解離根尖的同時(shí)也為龍膽紫染色創(chuàng)造酸性環(huán)境B. 鹽酸處理染色質(zhì)能促進(jìn)DNA與派洛寧(吡羅紅)結(jié)合C. 鹽酸濃度過(guò)高會(huì)破壞過(guò)氧化氫酶的空間結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其失活D. 鹽酸處理細(xì)胞有利于健那綠(詹納斯綠B)對(duì)線粒體染色

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第1節(jié) 細(xì)胞通過(guò)分裂實(shí)現(xiàn)增殖

版本: 滬科技版(2020)

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