在包括人体在内的大多数哺乳动物中,一个细胞完全分裂所需的时间约为24小时。有些细胞需要更多或更少的时间,这取决于它们的用途;例如,一个苍蝇胚胎只需要8分钟就可以分裂,而一个人类肝细胞可能需要一年多的时间。配子,用于有性生殖的细胞,需要几十年才能分裂。异常的细胞分裂也可能发生,导致癌细胞繁殖更快。
Cell Type | Process | Time |
---|---|---|
fly embryo | mitosis | 8 minutes |
bacteria | mitosis | 20 minutes |
yeast | mitosis | 2 hours |
human skin | mitosis | 20 - 24 hours |
human sperm | meiosis | about 64 days |
human liver | mitosis | 1 year or more |
human egg | meiosis | up to 40 years or more |
human nerve | mitosis | never, once mature |
细胞分裂主要有两种类型:有丝分裂和减数分裂。有丝分裂使整个单细胞有机体得以繁殖,多细胞动物的组织得以修复。在这个过程中,“父”细胞将染色体加倍,然后将自己分裂成两个完全相同的“子”细胞。对于细菌和快速生长的有机体,如胎儿或幼小动物,细胞分裂发生得非常迅速,因此有机体可以生长和茁壮成长。在完全发育的生物体中,大多数细胞的分裂速度要慢得多,以缓慢地更新身体。皮肤和骨髓等区域是例外,它们不断生成新细胞,因此,如果损伤持续,细胞可以快速分裂以修复该区域。
虽然有许多类型的细胞,但大多数哺乳动物在有丝分裂期间都会发生相同的一般细胞周期。在这个周期中,细胞生长和休息,复制其DNA并分裂成新的子细胞。每一步都必须完成,然后才能开始下一步。流程中还内置了各种检查点,以确保在发送开始下一阶段的信号之前进行了适当的更改。
细胞周期有四个主要阶段:
这些时间估计值是身体中大多数细胞的平均值,因为并非所有细胞都以相同的速度分裂。有些细胞,如脑细胞和肝细胞,通常根本不分裂。肝脏中的细胞可以通过有丝分裂来修复轻微损伤,但这一过程可能需要很长时间才能完成。
减数分裂只发生在多细胞动物中,包括形成卵子和精子或配子以进行有性生殖。最终产物是四个子细胞,每一个子细胞包含一半原始染色体的独特组合。例如,在人类身上,一个卵子和一个精子各含有23条染色体,当它们结合在一起时,就构成了大多数细胞中的46条染色体。
虽然每个减数分裂都由几个阶段组成,但减数分裂有三个主要阶段:
根据生物体的种类和性别,每个阶段可能需要不同的时间。在人类女性中,减数分裂过程在出生前开始,即卵原细胞(未成熟卵)在胎儿中发育。然而,发育过程在减数分裂I期的中间停止,直到身体需要细胞变成卵子为止。这意味着这种类型的细胞分裂可能需要几十年才能完成,因为女性的卵子会持续发育到更年期,通常是40岁或50岁。在男性,减数分裂产生精子要到青春期才开始,大约需要64天。
减数分裂是一个单向过程,必须与有丝分裂同时发生。在产前发育过程中,精子使卵子受精形成合子。在24至30小时内,合子通过有丝分裂进行第一次细胞分裂;一个细胞变成两个,然后这两个细胞分裂成四个,依此类推。随着生物体的发育,这一过程继续在有丝分裂细胞周期中复制细胞。
细胞分裂太快,以至于生长失控,称为癌症。异常快速的细胞生长会导致成熟细胞功能所需的基因受损或突变。细胞分裂和生长失控的原因有很多,包括遗传因素、营养缺乏、某些感染或暴露于环境因素,如致癌物或来自太阳的紫外线(UV)辐射。癌症可以从一个开始繁殖过快的单个细胞开始,然后这些细胞就无法接受适当的指令来制造蛋白质,以便生长、繁殖,并且通常能够存活。
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