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细胞周期与有丝分裂

细胞如何复制自己的 DNA，把它平均分给两个子细胞，以及调控失灵时会发生什么。

高中 13 分钟

简明回答： 细胞周期从间期（G1、S、G2）开始，细胞在此期间生长并复制 DNA，随后经有丝分裂和胞质分裂，分成两个相同的子细胞。有丝分裂依次分为前期、中期、后期和末期四个阶段。

你将学到

  • 列出细胞周期的各个阶段，并说明每个阶段发生的事。
  • 按顺序说出有丝分裂的四个时期。
  • 比较动物细胞与植物细胞的胞质分裂。
  • 解释细胞周期调控中的突变如何导致癌症。

细胞为什么要分裂

你的身体每秒钟都会产生数百万个新细胞。它们用来替换衰老的细胞、修复伤口，在成长中的孩子身上还会增加细胞总数。每个新细胞都必须得到一份完整而准确的 DNA 副本。细胞通过一系列反复进行的事件来完成这件事，这个过程叫作细胞周期细胞周期细胞一生中有序发生的一系列事件：先是漫长的间期（细胞生长并复制 DNA），随后是有丝分裂和胞质分裂。。

细胞周期的各个阶段

细胞一生中的大部分时间都处于间期间期细胞周期中两次分裂之间的漫长阶段，细胞在此期间生长、执行日常功能并复制 DNA。，也就是两次分裂之间的漫长阶段。间期分为三个部分。

时期名称发生的事
G1第一间隙期细胞生长，并进行正常的工作。
S合成期DNA 被复制，每条染色体都加倍。
G2第二间隙期细胞继续生长，检查复制好的 DNA，并为分裂做准备。

间期之后是 M 期，细胞在此期分裂。M 期有两项任务：有丝分裂有丝分裂细胞周期中把复制好的染色体分到两个相同细胞核中的阶段，包括前期、中期、后期和末期。，负责分开细胞核；以及胞质分裂胞质分裂细胞分裂的最后一步：细胞质被一分为二，形成两个独立的子细胞。，负责分开细胞的其余部分。在培养中快速分裂的人体细胞，大约一天就可以完成整个周期，其中有丝分裂本身约占一小时。另一些细胞，比如大多数神经元，则完全停止了周期。

有丝分裂的各个时期

有丝分裂是一个连续的过程，但把它分成四个时期会更容易理解。

  1. 前期。染色质凝缩成看得见的 X 形染色体染色体与蛋白质一起包装起来的一条长 DNA 分子。人类细胞有 46 条染色体。分裂前，每条染色体先被复制，再凝缩成可见的 X 形。。核膜解体，由微管微管直径约 25 nm 的中空蛋白质管。微管是物质运输的轨道，构成有丝分裂的纺锤体，也是纤毛和真核鞭毛的核心。构成的纺锤体开始形成。
  2. 中期。染色体排列在细胞的中央，每条染色体都与来自两极的纺锤丝相连。
  3. 后期。姐妹染色单体被拉开，移向细胞的两端。此时每一条都成为独立的染色体。
  4. 末期。围绕两组染色体各形成一层新的核膜，染色体重新松开，回到染色质状态。

结果是：得到两个染色体组相同的细胞核。一个人体细胞开始时有 46 条染色体，两个子细胞核最后各有 46 条。

植物根尖的风格化三维插图，许多细胞中的染色体处于有丝分裂的不同时期。
风格化的植物根尖，是同时观察到有丝分裂各个时期细胞的经典场所。图片来源: 项目生成的教学插图（AI 生成，已简化）查看可交互的标注版
随堂小测

DNA 在细胞周期的哪个时期被复制？

随堂小测

后期会发生什么？

分开细胞质

植物与动物的胞质分裂并不相同。

  • 在动物细胞中，中部有一圈由肌动蛋白和肌球蛋白构成的环，像抽绳一样收紧，把细胞掐成两半。这个凹陷叫作分裂沟。
  • 在植物细胞中，坚硬的细胞壁使它无法被掐断。取而代之的是，囊泡聚集在中间并融合，从内向外建起一道新的壁，这就是细胞板。
植物细胞细胞壁: 坚固的骨架
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植物细胞在两个子细胞之间建起一道新壁。
动物细胞细胞核: 指挥室
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动物细胞被掐成两半，而它的细胞核必须先完成分裂。
干细胞细胞核: 大而松散的核
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干细胞可以持续分裂，也可以退出细胞周期，分化为特化细胞。
酵母细胞芽体: 正在长大的子细胞
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酵母以出芽方式分裂，这是一种不均等分裂，产生较小的子细胞。

检查点与癌症

分裂是有风险的，所以细胞周期设有内置的检查点，由蛋白质检查细胞是否足够大、DNA 是否完好，以及染色体是否正确地连在纺锤体上。如果出了问题，细胞周期就会暂停以便修复，或者细胞被指令自我毁灭。

当突变破坏了这些调控时，就会发生癌症癌症一类细胞不受正常调控而不断分裂的疾病，通常由调节细胞周期的基因积累变化（突变）所致。。有两类基因尤其重要。像油门一样起作用的基因可能卡在“开启”状态，而像刹车一样起作用的基因，比如著名的 p53 基因，则可能丢失。一个累积了多处这样改变的细胞会无视停止信号，不受控制地分裂。这不是一次改变造成的，而是长期积累的结果，所以风险会随着年龄增长而上升。

一段话说清减数分裂

产生卵子和精子的细胞，其分裂方式不同，称为减数分裂。它包含两轮分裂，产生四个细胞，每个细胞的染色体数目减半。卵子与精子结合后，受精卵中恢复为完整的 46 条。有丝分裂使染色体数目保持不变，减数分裂则使它减半。

随堂小测

为什么说癌症是一种细胞周期失控的疾病？

要点回顾

  • 间期分三段：G1 期生长，S 期复制 DNA，G2 期为分裂做准备。
  • 有丝分裂的四个阶段依次是前期、中期、后期和末期。
  • 动物细胞通过分裂沟缢缩分开，植物细胞则形成细胞板。
  • 检查点能阻止受损细胞分裂；控制检查点的基因发生突变可能导致癌症。

参考来源

最近审校：2026年10月1日