遺傳學 - 細胞週期 (Cell Cycle)

細胞學發展的歷史 (History of Cytology) 細胞學說 “ 細胞是活生物構造和功能的單位” Schwann & Schleiden (1839) “ omnis cellula e cellula (新細胞是從細胞衍生出來的) ” Rudolph Virchow (1855) Boveri & Fleming (1879) - 細胞核進行分裂形成兩個完全相等的子細胞 Weismann (1887) - 細胞進行特別的分裂，產生配子

染色體 (Chromosome) 成份 : 構造 : 去氧核糖核酸 (DNA) 蛋白質 (組蛋白 histones) 核糖核酸 (RNA) DNA-雙螺旋圈繞著核小體 (nucleosome)  染色質 (chromatin) (中期)  染色體 (chromosome) (複製)  2 x 染色單體 / 姊妹染色單體 (chromatids / sister chromatids)

纖絲 核蛋白絲 核小體 DNA雙螺旋 組蛋白

著絲點

微管

星絲 (中心體) 微管 / 紡錘絲 一對中心粒

細胞週期 (Cell Cycle) 定義 : 可分為 3 個主要階段 : 1) 間期 (interphase) 是細胞在形成後直至完成分裂產生兩個子細胞(daughter cells) 的時段 可分為 3 個主要階段 : 1) 間期 (interphase) 2) 核分裂 (nuclear division) 3) 細胞質分裂 / 胞質分裂 (cell division / cytokinesis)

時段 : 腸表皮細胞 (8 - 10 h) 洋蔥根尖細胞 (20 h) 神經細胞 (永不分裂) 視乎細胞的種類及其他外界因素 ( eg. 溫度、食物供應、氧氣供應 ) eg. 細菌 (20 min) 腸表皮細胞 (8 - 10 h) 洋蔥根尖細胞 (20 h) 神經細胞 (永不分裂)

(1) 間期的第一階段 (G1) 細胞活躍地進行合成作用: 代謝速率很高，由酵素控制 細胞不斷生長 / 增大、及發育 各種細胞器 核酸 (rRNA, mRNA, tRNA) 核糖體 代謝速率很高，由酵素控制 細胞不斷生長 / 增大、及發育

(2) 間期的第二階段 (S) 進行 DNA 複製、合成組蛋白 每條染色體複製 (replication) 成兩條 染色單體 / 姊妹染色單體 (chromatids)

(3) 間期的第三階段 (G2) 細胞再次增大及發育 染色質繞縮  形成染色體 染色質繞縮  形成染色體 合成紡錘絲 (spindle fibres)  準備進行核分裂

(4) 核分裂 (M) 可分為兩種不同的分裂 : 減數分裂 (meiosis) 可分成 4 個階段進行 : 1) 前期 (prophase) 有絲分裂 (mitosis) 減數分裂 (meiosis) 可分成 4 個階段進行 : 1) 前期 (prophase) 2) 中期 (metaphase) 3) 後期 (anaphase) 4) 末期 (telophase)

(5) 細胞質分裂 / 胞質分裂 (C) 細胞質進行分裂  將細胞質及細胞器平均地分佈於兩個 子細胞內

有絲分裂 (Mitosis) 過程 : 母細胞核 ---------- > 2 x 子細胞核 母細胞與子細胞完全相像 ( 包括染色體數目、及遺傳訊息等 ) 發生: 單細胞生物 (unicellular organisms) 生物的體細胞 (somatic cells)

母細胞 前期 中期 (中心粒分裂) 兩個子細胞

間期

中期

後期

細胞質分裂 / 胞質分裂 (Cytoplasmic division / cytokinesis) 動物細胞 (animal cells) 植物細胞 (plant cells)

有絲分裂的重要性 (Importance of mitosis) 維持遺傳的穩定性 (genetic stability) 遺傳訊息及染色體數目完全相同 沒有任何遺傳變異 生長 (growth) 無性生殖 (asexual reproduction) 再生 (regeneration) 細胞替代 (cell replacement)

減數分裂 (Meiosis / Reduction division) 第一次減數分裂 第二次減數分裂 (Meiosis I) (Meiosis II) 母細胞 ---------- > ---------- > 4 x 子細胞 (雙倍體) (單倍體) N N N N 2N

減數分裂的發生 (Occurrence of meiosis) 只在配子形成 (gametogenesis) 時才發生 : 1) 動物 - 製造配子 ( 精子、卵子 ) 2) 植物 - 製造孢子 ( 雄孢子 / 小孢子、 雌孢子 / 大孢子 )

減數分裂的重要性 (Importance of meiosis) 進行有性生殖 (sexual reproduction) 母細胞(2n)  配子(n) 雄配子(n) + 雌配子(n)  合子(2n) ∴可保持 / 恆定該品種染色體數目 遺傳變異 (genetic variation) 因減數分裂時發生互換、獨立分配，及配子的隨機結合  子代基因型及表現型改變 / 變異

同源染色體 交叉 重組染色單體