生物问题

Question

细胞为什么会分裂???

分裂这个过程是无端的多出啊.需要消耗什么??

Answer 1

细胞周期

1 细胞周期的概念
活细胞生长到一定阶段，不是繁殖，就是死亡，几乎没有例外。细胞分裂后所产生的新细胞生长增大，随后又平均地分裂成两个和原来母细胞相同的子细胞。现在把细胞的这种生长与分裂的周期叫做细胞周期更具体地说细胞周期是指细胞一次分裂结束开始生长，到下一次分裂终了所经历的过程。所需的时间叫细胞周期时间。
依照1953年霍华德等(Howard和Pelc)首先确定的细胞周期时间表的4个期是：(1)从有丝分裂完成到DNA复制之前的这段间隙时间称为G1期；(2)DNA复制的时期叫S期。DNA在S期含量增加一倍，只有在这个时期氚标记的胸苷可以掺入DNA，提供了与其他各期的一个界标；(3)从DNA复制完成到有丝分裂开始，这段间隙时间叫G2期；(4)从细胞分裂开始到结束，也就是从染色体的凝缩、分离到平均分配到2个子细胞为止，分裂后细胞内DNA减半。这个时期称为M期或D期(图14-1)。细胞分裂期的开始，标志着G2期的结束。
在分裂完成后，一般只有一部分子细胞再进入G1期，开始第二个周期，其他细胞不再进入周期而进行分化。在晚G1期有个决定点(D)，决定细胞是否再开始代谢活动的顺序，引导细胞进行有丝分裂，或离开周期，停止循着周期前进入一个休止期。但在哺乳类细胞有所不同，可根据它们合成DNA和分裂的能力分为三类：第一类保持继续分裂能力，再进入细胞周期，由这次有丝分裂再到下一次分裂；第二类细胞群则永久失掉了分裂的能力；第三类是静止的细胞群。在平常的情况它们是不能合成DNA或进行分裂的。但在给予适当的刺激后，可以重新进入周期开始分裂，这类细胞叫G0细胞(不包括在周期之内)(图14-2)。G0和G1细胞无论在形态上和功能上的基础都是不同的。例如两者都能合成RNA和蛋白质，但G0细胞增强了对放线菌素D和吖啶橙的结合。
2 细胞周期的过程
从表14-3细胞周期的生物化学活动中可以看出，蛋白质、RNA和DNA都在间期中合成，然后再进入分裂期。G1期主要是生长，最重要的是控制着细胞繁殖的速度。正在繁殖的细胞可很快通过G1期，而在多细胞生物体的细胞，有些可暂时或永久停留在这一时期停止繁殖。
S期是DNA的复制期。DNA复制所需的酶，都在这时期合成。在真核细胞染色体的DNA分子上有许多复制单位，例如在人体46个染色体上共有约7万个复制单位，每个染色体平均约有1300个。这些复制单位不是在S期开始时都同时进行复制，而是有的在早期，有的在晚期，先后交错进行的，并在S期全部复制完毕。如果某一复制单位在前一S期的早期复制，那么到下一个S期也在早期复制。已发现常染色质和异染色质中DNA的复制也有先后次序，常染色质中的在S期的早期，而异染色质中的在晚期。那些能转录的DNA在早S期，不能转录的在晚S期。至于如何控制这么多的复制单位进行复制的机理，目前尚不了解。
G2期是作为进入细胞有丝分裂的准备期。这一时期需要有新的RNA和蛋白质的合成，如果抑制了它们的合成，就会阻止进入G2期。在G2期有几种蛋白质出现，而在有丝分裂结束时就不见。其中有一些蛋白质叫成熟促进因子(MPF)，仅在G2期合成。它们能使间期核被膜破裂染色质凝集成有丝分裂的染色体形式。这种MPF首先是在成熟的爪蟾卵母细胞中被鉴定的，其后在哺乳类的卵母细胞减数分裂和体细胞的有丝分裂，以及酵母菌有丝分裂时被鉴定出来。如果把哺乳类有丝分裂细胞中提取出来的半纯品MPF，注射入未成熟的爪蟾卵母细胞中，也能使核被膜破裂和早熟染色体凝集。
早熟染色体凝集现象，早在1970年Johnson和Rao 在灭活的仙台病毒介导下获得的融合细胞中发现。在一个有丝分裂细胞和间期细胞之间的融合，导致间期核被膜的崩溃，染色质凝集成分离的染色体。早熟凝集染色体的形态决定于融合时细胞在间期的位置。G1期早熟凝集染色体是由单个染色单体组成；S期早熟凝集染色体是“碎片状”，可能是由于DNA复制是在DNA长度的许多复制单位上进行的结果；G2期早熟凝集染色体由两条染色单体组成(图14-3)。近年来，他们(Sunkara等，1979)又发现引起染色体凝集的，在有丝分裂、减数分裂和爪蟾的卵母细胞的胚泡(未成熟的卵核)崩溃时经常出现的一些因子是一些蛋白质，称之为有丝分裂因子。它们在G2期合成，有丝分裂期达到高峰，在G1期开始迅速下降。
在这些研究的基础上，其后又在爪蟾卵母细胞的G2期鉴定出一些蛋白质，即成熟促进因子(MPF)，也能引起染色体作有丝分裂的凝集。如果这种MPF继续存在，则分裂的细胞将仍然停留在中期。怎样才能完成有丝分裂？现在已从爪蟾卵母细胞中鉴定出一种使MPF无活性的抑制物，它出现在中期能使MPF失去活性，由于它能在中期释放出来，就能使有丝分裂或减数分裂完成，再次进入又一次的间期。由此可见，这种抑制物在染色体凝集中起重要的调节作用。
通过从爪蟾卵母细胞中提取出来的MPF对分离出来的间期核进行培养的实验发现，在MPF加入15分钟后，核纤层的两种蛋白质lamin sA和C变成高磷酸化，随后核纤层就破裂，这可能是由于核纤层蛋白高磷酸化的结果。在30分钟后，核被膜就融解了。当分裂末期lamins发生去磷酸化，核被膜又出现重组。由此可见，蛋白质的磷酸化与去磷酸比和染色质的凝集，核纤层的破裂，核被膜的崩溃和重组都有密切的关系。
3 细胞周期的速率
细胞周期中前面的G1、S和G2期是生长期，后面一个M期是分裂期，这4个期的延续时间长短随细胞种类而异，但在同类细胞中的差别，虽受环境条件的影响，其间的差别仍较小(表14-1)。
各个时期延续的时间虽有差别，但仍表现有相似之处，如S期长而M期短。其中最引人注意的是G1期，有的很短如卵细胞，G1期完全测不出来；有的很长如白血病细胞可延续到十天以上。即使同一系统的细胞，由于它们所处的部位不同，细胞周期长短也不同，如消化系统，小鼠食道和十二指肠上皮细胞，它们的细胞周期总时间分别为115小时和15小时，食道的G1期长达103小时，而十二指肠的为6小时，两者周期速率之差主要在G1期。
4 细胞周期的生物化学
要了解细胞周期中各个时期的合成，以及各种生物化学变化情况，最好的办法是使在培养中的细胞都能同步化生长，否则就不可能得到很正确的结果。现在已经知道，有许多药剂加到培养液中，或者培养液缺少某种化合物，都能使不同步生长的细胞进行同步化生长，就能获得细胞时相均一的群体，以便进行生化分析以及用于细胞生物学方面的其他研究，如用秋水仙素使M期细胞停止在中期，就可用来进行染色体色带的分析。现将这些药物以及它们对细胞周期抑制的时相总结在表14-2。
细胞同步化的方法很多，现将常用的几种简要地介绍如下：
1．细胞分裂收获法 进行动物细胞单层培养时，在细胞不分裂的时候，都贴附在瓶壁表面。当有丝分裂开始，细胞就“站立”起来(成圆球形)。这时如把瓶轻轻摇动，正在分裂的细胞就被摇下来。这样，每隔一小时摇一次并收获一次，放入2—4℃冰箱内保存，可连续收集24小时。待收集完毕，再放入加有适量秋水仙素的培养液中，在37℃温箱中培养，处于M期的细胞，马上就可以开始生长，并都停留在中期。
2．代谢抑制法 本法常用的药物为加过量的胸苷到培养液中。胸苷是合成DNA的前体，是不可缺少的。适当的量为10-5-10-7mol／L，如给以过量的胸苷(即10-3mol／L)，则将引起脱氧胸苷的合成受到抑制，结果DNA的合成也将受到阻止。在培养中的细胞，当给以过量的胸苷后，经过24小时，然后冲洗，则S期的细胞都向G1、M和G1期前进。随后再加一次过量的胸苷继续培养，则细胞大都被阻滞在G1／S期。经过清洗就可把多余的胸苷洗掉而得到同步化的细胞。如这时还不能充分同步时，可再加一次过量的胸苷处理。
3．低温培养法 本法是先将宫颈癌细胞在37℃中培养24小时，然后在4℃培养1小时，并很快回到37℃中继续培养。在其后17小时内几乎没有看到分裂，但再经 1小时，约有95％的细胞同时进行分裂，细胞的数目增加一倍。如果保持这种同步分裂，可将分裂后的细胞，再经过一次低温处理。
通过上述这些同步化的方法，就可使培养中的细胞群体被阻滞在细胞周期的某一时相上，用来进行各种生化分析，从而了解各个不同时期细胞内的生化变化状况。现将细胞周期中各个时期的生物化学活动总结在表14-3中。
G0期细胞是能育的，在适宜的条件或刺激下，有能力再进入细胞周期。如大部分肝细胞是处于正常的G0状态，若将肝切除一部分，留下的细胞能再进入周期，再生细胞来代替切除的肝组织。又如唾液腺细胞也是在G0期，如果用异丙基肾上腺素(IPR)处理，就能刺激G0细胞增殖。这种苏醒状态的G0细胞，将经过一系列的代谢的变化才进入DNA合成期。这些生化活动见图14-4。
5 细胞增殖的调控
多细胞生物体要维持正常的生活，保持体重的恒定，就必须不断增殖新细胞来代替那些衰老死亡的细胞。例如人体每天要消失的细胞估计约占总数的1—2％，因此，每天新生的细胞要以亿万计。在体内的各种不同组织中，细胞转换的速度不同。例如神经元细胞新生的很少，而另一类细胞则增殖很快，如小肠粘膜和表皮，还有一些器官的生长状况则介于两者之间。如肝细胞经常在转换，但速度较慢，一个肝细胞的平均寿命约18个月，而小肠粘膜细胞只能存活二天。有关细胞的增殖、分化、迁移和死亡等问题相当复杂，新兴起来的细胞群体动力学就是研究这方面的问题。
关于如何调控细胞的增殖，这里先介绍在培养条件下大家经常提到的接触抑制。当正常的成纤维细胞在组织培养中，形成单层细胞相互接触后，生长与运动就被抑制。被抑制的细胞停留在G1期。在这里它们仍能保持许多天没有不利的影响。当这些细胞从培养管中移植到新的培养管中，它们能继续生长，通过细胞周期，为什么会出现这种现象？其机理还不得了解。有人(Burger等，1970)指出，这种调节的形成是由细胞膜的结构决定的。他们的实验是将正常的成纤维细胞经胰蛋白酶和其他蛋白酶处理后，在离体培养时，这些细胞又有增殖能力。这是因为细胞经胰蛋白酶处理后，质膜的外被被消化掉，凝集部位曝露，就不再出现接触抑制。但如果这些经过处理的细胞，把胰蛋白酶洗掉后再进行培养，则又能再生正常的质膜(即有完好的外被)，接触抑制又恢复。这个实验说明接触抑制与细胞膜的结构有紧密的关系(图14-5)。
在生物体内细胞繁殖的调控更为复杂。在动植物细胞中，细胞繁殖的速率不同，已如上述。同一体内不同组织的细胞繁殖速度也不同，有的受激素调控，有的能自我调节。例如：骨髓细胞分化为红细胞的繁殖速度，是由激素红细胞生成素的刺激来决定的。它们是被血液中O2的水平高低来决定在肾细胞中合成的速度。当O2的水平下降，在肾中红细胞生成素的产量增加，它将导致骨髓中红细胞产生速度增长。红细胞的增加将提高血液中携带O2的能力。随着O2水平上升，红细胞生成素就下降。这一调控机理不仅能保持红细胞生产的速率去代替那些消失和死亡的红细胞，而且还能提高红细胞的产量，以适应出血后失去的血液和适应在海拔高大气O2降低的影响。
在植物细胞培养中，激素对细胞繁殖的调控也很明显。例如在禾谷类作物细胞的培养中，培养基中加入适量的2，4-D生长素，就能使细胞分裂成细胞团，然后除去此激素能顺利生长成体细胞胚。
细胞繁殖的自我调节最明显的例子是成年哺乳动物肝细胞的繁殖。在平时肝细胞处于G1期。肝细胞寿命长，繁殖速度也较低。但一旦把肝脏大部切除，那么留下部分的细胞就会通过G1期进行有丝分裂。如果将大鼠的肝切去四分之三，残存的部分能很快繁殖再生，几天之内就恢复原有的大小。
现在知道细胞的分裂与分化，也受细胞膜上两类受体的调节。
许多证据说明对通过激活细胞膜上两类受体所导致细胞内的介体cAMP与GMP的变化，及其所引起细胞功能的变化，也可用阴阳学说(Goldberg，1973)来解释。
6 细胞周期的基因
细胞周期的各个时期都需要有各种不同功能的蛋白质，编码这些蛋白质的基因叫细胞周期基因，或称细胞分裂周期基因。例如DNA复制时应有各种酶的合成，引起染色体的凝集需要有成熟促进因子(MPF)的出现。研究细胞周期基因最多的是酵母菌。已知约有50种不同的cdc基因被条件突变鉴别出来。所谓条件突变是指只有在某一培养条件下影响基因产物活性的突变。几乎所有条件突变是对温度敏感(Ts突变)。例如酵母菌中已发现的几种温度敏感突变，正常生活温度为35℃，如培养在37℃，就会阻止某种蛋白质的合成，这叫做热敏感突变。在23℃培养时，则发生另一种突变，这叫做冷敏感突变。通常这种Ts突变是由于其中一个氨基酸被替代的结果。改变了基因产物蛋白质三维结构型的稳定性。高于或低于某一温度时就会失去它的功能。从这些突变体的研究中，发现某些特异蛋白质的功能与细胞周期有密切关系，酵母菌中的许多蛋白质在细胞周期的各个事件中，都担负着各自的功能。
7 细胞动力学的发展
什么是细胞动力学？细胞动力学是从定量方面来研究机体的细胞群体、增殖分化、分布消亡的规律，以及它们对于生理和理化因子而发生的调节和反应的学科。细胞动力学的研究不仅对肿瘤疾病的诊断、治疗和发病原理研究等有密切的关系，而且对于机体组织的增生与修复，特别是对于造血系统疾病(如恶性贫血)、皮肤性病(如牛皮癣)，以及放射病、计划生育、免疫淋巴细胞的生成与调节等重大课题都有极为密切的关系。对于这门新兴的学科，特别是对干细胞(stem cell．存在于体细胞与生殖细胞，是一种最基本的多潜能的母细胞，它的子代能向不同的方向转化。从造血干细胞可以分化出任何一种造血细胞。受致死剂量照射的动物，通过输注骨髓细胞，可使所有的淋巴器官得到重建，就是因为骨髓细胞中存在着干细胞)的研究是涉及癌变发生及逆转，根治肿瘤的根本途径，因而必须加以认真地对待。由此可见，细胞周期概念的出现，以及细胞动力学作为一门学科来发展，不仅对细胞生物学有重要影响，而且对人体肿瘤的治疗，也有重要的指导作用。正常及肿瘤细胞群体增殖动力学及细胞周期研究得出的一些基本原理，对制订合理治疗方案，可提供坚实的理论基础。
白血病的化疗原理之一，便是利用肿瘤细胞和正常骨髓细胞的周期时间的差异(表14-1)，来最大限度地杀伤肿瘤细胞，保存骨髓细胞。正常骨髓细胞的细胞周期时间短，恢复快，而白血病细胞周期长，第一次给药后，待骨髓恢复正常而白血病细胞数量尚未恢复前，又第二次给药进行一次杀伤，利用联合化疗，重复给药。在理论上是可以消灭白血病细胞而达到“痊愈”，在实际上也取得了较大的进展，但是，我们必须认识到，细胞动力学的发展，仍然处于幼年阶段，细胞动力学知识，应用于临床，也只是刚刚开始。为此，今后必须对人的正常组织和癌在体内细胞周期的研究进一步深入，使细胞增殖动力学和肿瘤治疗的关系更加紧密。
细胞分裂需要消耗大量的能量和物质。

Answer 2

正常细胞都会衰老死亡只有细胞分裂才能保证生命延续啊。就像人为什么要生孩子一样。细胞分裂需要消耗大量的能量和物质。