# 细胞周期的各个阶段

> 生物学 · CIE A-Level
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u5-stages-of-the-cell-cycle/

本模块介绍真核细胞产生遗传相同子细胞所经历的有序事件序列。你将学习间期、有丝分裂、胞质分裂的关键事件，以及调控检查点的作用。

**先修:** [真核染色体的结构](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u5-chromosome-structure/); 对细胞分裂的基本理解

## 学习目标

- 识别真核细胞周期的主要阶段
- 描述间期和有丝分裂各亚阶段发生的关键事件
- 解释细胞周期检查点的作用
- 比较动物细胞和植物细胞的胞质分裂

## 细胞周期概述

**细胞周期** — 一次细胞分裂到下一次细胞分裂之间调控有序的事件序列，产生两个遗传物质相同的子细胞

细胞周期遵循高度调控的顺序，在较长的生长期和较短的分裂期之间交替。它可分为三个核心连续阶段。

1. 间期（G₁、S、G₂亚阶段）
2. 有丝分裂（前期、中期、后期、末期）
3. 胞质分裂（细胞质分裂）

**例题:** 一位科学家观察了1000个正在分裂的洋葱根尖细胞，其中910个处于间期。若细胞周期总时长为24小时，计算有丝分裂的持续时间。

1. 计算处于有丝分裂的细胞比例：
2. $$\frac{1000 - 910}{1000} = 0.09$$
3. 将比例乘以细胞周期总时长，得到有丝分裂持续时间：
4. $$0.09 \times 24 = 2.16 \text{ hours}$$

## 间期和细胞周期检查点

**间期** — 细胞周期中最长、最活跃的阶段，细胞在此阶段为分裂做准备

间期分为三个不同的亚阶段，每个亚阶段都有特定功能：

- **G₁ (Gap 1)**: 细胞生长，合成蛋白质和细胞器，检查细胞大小和营养是否充足
- **S (Synthesis)**: DNA复制，产生两个连接在着丝粒上的相同姐妹染色单体
- **G₂ (Gap 2)**: 细胞继续生长，检查DNA复制是否完全并修复损伤

检查点是防止错误发生的调控机制。关键检查点出现在G₁末期、G₂末期和有丝分裂中期。

**例题:** 如果G₂期检测到细胞存在无法修复的受损DNA，会发生什么？

1. G₂检查点会阻止细胞周期继续进行，防止细胞带着受损DNA进入有丝分裂。
2. 如果损伤无法修复，细胞会启动凋亡（程序性细胞死亡），防止异常子细胞形成。

> **info**
>
> 绕过检查点并不受控分裂的细胞可能发展为肿瘤和癌症。

## 有丝分裂的阶段

**有丝分裂** — 产生两个遗传物质相同子细胞核的核分裂，子染色体数目与母细胞相同

**例题:** 说出并描述姐妹染色单体分离的有丝分裂阶段。

1. 这个阶段是后期，它发生在中期之后，中期时染色体排列在细胞赤道板上。
2. 关键事件：1. 连接每对姐妹染色单体的着丝粒分裂。2. 纺锤丝缩短，将遗传相同的姐妹染色单体拉向细胞的两极。3. 后期结束时，细胞两极各有一套完整的染色体。

| 阶段 | 关键事件 |
| --- | --- |
| 前期 | 染色体浓缩，核仁消失，核膜解体，纺锤体形成 |
| 中期 | 染色体排列在细胞赤道板，纺锤丝附着在着丝粒上 |
| 末期 | 染色体解浓缩，核膜重新形成，核仁重新出现，纺锤体解体 |

> **考试提示:** CIE考试经常要求你从图或显微照片中识别有丝分裂阶段。务必检查染色体位置以及着丝粒是否已经分裂。

## 胞质分裂：动物细胞 vs 植物细胞

**胞质分裂** — 核分裂后细胞质分裂，产生两个独立的子细胞

由于植物细胞存在坚硬的细胞壁，动物细胞和植物细胞的胞质分裂过程不同。

**例题:** 比较动物细胞和植物细胞的胞质分裂过程。

1. 动物细胞：细胞赤道板周围形成分裂沟，由肌动蛋白微丝向内收缩。分裂沟逐渐加深，直到细胞质完全分裂为两个子细胞。
2. 植物细胞：高尔基体囊泡携带细胞壁物质，在赤道板处聚集融合形成新的细胞板。细胞板发育为新的细胞壁和细胞膜，将细胞分裂为两个子细胞。

> **tip**
>
> 记住：大多数植物细胞没有中心粒，因此开花植物的纺锤体形成不需要中心粒。

## 常见错误

- **错误做法:** 认为间期是细胞分裂之间的静止阶段
  - 原因: 间期是高度活跃的，细胞生长、DNA复制和蛋白质合成一直在持续进行
  - 正确做法: 间期是为细胞分裂做准备的活跃阶段
- **错误做法:** 声称DNA复制发生在有丝分裂前期
  - 原因: DNA复制在间期的S期就已经完成，发生在有丝分裂开始之前
  - 正确做法: 有丝分裂开始时染色体已经完成复制
- **错误做法:** 认为姐妹染色单体在中期分离
  - 原因: 中期染色体仅排列在细胞赤道板；分离发生在纺锤体检查点之后
  - 正确做法: 姐妹染色单体分离发生在后期
- **错误做法:** 认为胞质分裂是有丝分裂的一个阶段
  - 原因: 有丝分裂仅指核分裂；胞质分裂是发生在有丝分裂之后的细胞质分裂
  - 正确做法: 细胞周期的M期同时包含有丝分裂和胞质分裂
- **错误做法:** 声称所有细胞在G1期之后都会进入有丝分裂
  - 原因: 如果条件不适宜，细胞会退出细胞周期进入G0期，这是一种不分裂的静止状态
  - 正确做法: 细胞只有通过G1检查点后才会进入S期

## 速查表

| 阶段 | 关键事件 |
| --- | --- |
| G1 | 细胞生长，检查大小/营养的检查点 |
| S | DNA复制，形成姐妹染色单体 |
| G2 | 细胞生长，检查DNA损伤的检查点 |
| 前期 | 染色体浓缩，纺锤体形成 |
| 中期 | 染色体排列在细胞赤道板 |
| 后期 | 姐妹染色单体分离移向两极 |
| 末期 | 新细胞核形成，染色体解浓缩 |
| 胞质分裂 (动物) | 分裂沟分裂细胞质 |
| 胞质分裂 (植物) | 细胞板形成新细胞壁 |

## 下一步

理解细胞周期的各个阶段是进一步研究真核细胞分裂、生长和癌症的基础。细胞周期和有丝分裂带来的遗传稳定性对生物体生长、组织修复和无性繁殖至关重要。任何阶段（尤其是检查点）的错误都会导致突变和细胞不受控分裂，这一内容你会在学习癌症发展时探索。接下来，你将在此基础上进一步探索有丝分裂过程中染色体的详细行为，以及有丝分裂与有性生殖中减数分裂的区别。

- [有丝分裂与胞质分裂](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u5-mitosis-and-cytokinesis/)
- [细胞周期调控与癌症](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u5-cell-cycle-control-and-cancer/)
- [干细胞](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u5-stem-cells/)

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