本文将介绍
中心体是什么?一个快速概述
中心体是作为动物细胞主要微管组织中心的细胞器。微管是细胞骨架中的一种纤维蛋白。微管网络从中心体生长并到达细胞的每一寸。微管可以作为细胞的骨架来改变细胞的形状。
携带分子和细胞器的马达蛋白可以沿着微管丝行走，就像分子卡车在细胞内高速公路上行驶一样。此外，微管束形成了两种特殊细胞结构的核心，纤毛和鞭毛，它们允许细胞移动和游动。
在细胞分裂过程中，中心体复制并向分裂细胞的相反极点移动，以帮助染色体的精确分离(否则，错误的染色体数量会导致癌症)。开云体育电脑官网所有这些功能都依赖中心体的协调!
[在此图中]中心体的说明和电子显微照片。
左:中心体结构示意图。中心体由两个中心粒组成，中心粒彼此成直角排列，并被一种称为中心粒周物质(PCM)的蛋白质团包围。微管从中心体辐射到细胞的其他部位。右:中心粒的电子显微镜图像。(图片:johan-nygren)
中心体的结构
中心体有时被称为MTOC”或“微管组织中心牢房里。中心体由两个组成中心粒彼此成直角排列的。中心粒是由微管核组成的桶形簇。每个中心粒的基础是一个九联体的微管，与几个相关的蛋白质组成一个车轮结构。
在中心体中，两个中心粒被密集的蛋白质团包围，称为中心粒周物质(PCM)，这是一种蛋白质复合物，帮助额外的微管形成。PCM含有允许中心体开始和停止微管丝形成的蛋白质。这使得中心体能够控制有丝分裂纺锤体纤维和在细胞中发挥重要作用的其他结构的形成。
中心体中中心粒和微管的详细结构。
图中显示一对中心粒，由于有9个三联微管(A、B、C微管)，每个中心粒具有九重对称性。每个中心粒都有中心周物质，在最靠近彼此的末端周围形成微管。只有母中心粒有两组额外的附肢，远端和下远端;后者似乎锚定了微管。一系列相互连接的纤维连接两个中心粒的最接近的末端。
在DNA复制之前，细胞包含两个中心粒，一个较老的“母”中心粒和一个较年轻的“子”中心粒。两个中心粒在其近端通过相互连接的纤维相互连接。母中心粒在其长轴的远端有辐射附属物(远端和下远端)。中心粒在DNA复制时开始复制。细胞分裂后，每个子细胞将继承其中一对。
微管是什么?
微管是细胞骨架的纤维蛋白之一。它们是由微管蛋白单元构成的空心管。微管通过负(-)端固定在MTOC上，而正(+)端继续生长到细胞外围。微管在细胞中有多种功能。在细胞分裂过程中，微管形成有丝分裂纺锤体，将姐妹染色单体平均分开，这样一个副本就可以进入每个子细胞。微管还参与细胞内分子的运输和鞭毛、纤毛等细胞结构的形成。
(此图)微管由α微管蛋白和β微管蛋白组成。可溶性α -微管蛋白/ β -微管蛋白二聚体在GTP(类似ATP的高能分子)存在下聚合成极性微管。
要了解更多关于微管和细胞骨架的知识，请参阅我们的文章“细胞骨架”。
中心体函数
中心体有几个重要的功能，包括:
一、维持细胞分裂过程中的染色体数目
在动物细胞中，中心体在细胞分裂过程中帮助姐妹染色单体的平等分离。
什么是姐妹染色单体?
当细胞准备细胞分裂时，每个DNA线被组织成一个非常紧凑的结构，称为“染色体”。在DNA复制后，染色体看起来像一个x型(称为开云体育电脑官网姐妹染色单体)附着在中心点区域(着丝粒)．理想情况下，姐妹染色单体在有丝分裂时应该分裂成两条相同的染色体。开云体育电脑官网否则，子细胞可能会丢失或复制某些基因。
(此图)染色体复制形成姐妹染色单体。x型姐妹染色单体在着丝粒上有四条臂。
有丝分裂的阶段
有丝分裂是一个细胞分裂的过程，其中一个细胞(母细胞)分裂并产生两个基因完全相同的新细胞(子细胞)。有丝分裂的目的是确保每个子细胞获得一组完美的、完全平等的染色体。开云体育电脑官网如果子细胞由于染色体分离不均，基因增多或缺失，细胞的功能就会完全混乱。开云体育电脑官网这些细胞很可能会变成癌细胞!
为了确保细胞平等地分割复制的染色体，我们的细胞开发了一个标准操作程序(SOP)。开云体育电脑官网我们把这一系列精心组织的步骤称为有丝分裂阶段。中心体在确保SOP的完成中起着关键作用。
[在这张图中]显微镜下的有丝分裂阶段。
有丝分裂由五个基本阶段组成:前期、前中期、中期、后期和末期。这些阶段以严格的顺序发生。这个标本是蛔虫卵(寄生线虫)，含有活跃的有丝分裂细胞，可以从Rs的科开云体育全站app下载安装学25预制件幻灯片．
中心体在有丝分裂中的作用
如你所见，在有丝分裂的阶段，姐妹染色单体必须被分开，相等地分离成两个新的细胞核。细胞做这项工作就像我们用缆绳和绞车把车从泥里拉出来一样。这种“电缆”叫做“微管”。中心体就像“绞车”一样将姐妹染色单体(汽车)分开。
(此图)有丝分裂过程中微管、着丝粒和中心体的图示。
在有丝分裂过程中，微管的一端附着在每条染色体的着丝粒区，另一端由中心体控制。你可以想象，中心体就像绞车一样，通过拖动固定在着丝粒上的微管(缆绳)将姐妹染色单体(汽车)分开。
中心体在有丝分裂过程中的作用
在静止细胞(不是细胞周期活跃的细胞)中，其中心体与核膜相关。当有丝分裂开始时，核膜分解，释放中心体与染色体相互作用。开云体育电脑官网
当DNA复制时，原来的中心体复制一次。在前期，中心体迁移到细胞的相反极点。的有丝分裂纺锤体(或纺锤体)然后在两个中心体之间形成。
(此图)(左)在有丝分裂中期，荧光显微图显示有丝分裂纺锤体，蓝色为浓缩染色体，粉红色为着丝粒，绿色为微管。开云体育电脑官网(右)浓缩染色体上的有丝分裂纺锤体、中心体、着丝粒和微管的图示。开云体育电脑官网
图片来源:Afunguy在维基(左)，由Biorender创建(右)
有丝分裂的纺锤体通过微管附着在姐妹染色单体的着丝粒上组装(形成一个称为着丝粒的锚定复合体)。每个姐妹染色单体分别附着在细胞两极的两个中心体上。两个中心体的协调作用使所有姐妹染色单体在细胞的中间对齐(通过相反的张力)，形成一个结构称为赤道板(中期)。
两个着丝粒同时回收它们的微管。收缩力(由马达蛋白、运动蛋白和动力蛋白产生)将姐妹染色单体从着丝粒的附着点分离;然后朝相反的方向移动。一旦所有的姐妹染色单体被平等地分离成两个新的细胞核，细胞质和细胞膜也将分裂成两个新的细胞。分裂时，每个子细胞接受一个中心体。
(此图)有丝分裂阶段的食物模型。
这是我们发表的一个科学项目，用厨房里的食物来模拟有丝分裂的过程。在这里，全麦意大利面代表DNA;香肠代表浓缩的染色体;通心粉代表中心体;最后，白色的意大利面代表微管。
2在细胞中组织微管网络
中心体作为“微管组织中心(MTOC)”控制着细胞内微管网络的分布。微管是一种多功能的细胞骨架，有丝分裂纺锤体的形成只是其功能之一。在非分裂细胞中，微管还充当细胞内的高速公路，运输细胞内的分子和细胞器。有一组“马达蛋白”可以在沿着细胞骨架行走时携带货物，就像在细胞内运输系统中行驶的许多小卡车一样。
(此图)微管组织根据细胞类型和细胞周期的不同而不同。它决定了细胞器的内部组织和有利于细胞功能的囊泡运输。
图片来源:植物和动物组织学图集
在其他情况下，如细胞运动或吞噬，中心体也可以指挥细胞膜形状的大变化。
扩展阅读:
3形成纤毛和鞭毛的
微管支持特殊的细胞结构，使细胞能够移动。
[在这张图中]原生动物的三种运动方式。
纤毛——协调地跳动着游动。假足动物通过改变细胞形状在表面爬行。鞭毛——像螺旋桨一样旋转游动。
图片来源:流明．
一个例子是“鞭毛”(复数:鞭毛)，这是一个“尾巴”，可以推动细胞前进。中心体位于鞭毛根部附近。一个长长的微管束(称为轴突)从母中心粒延伸出来，形成从细胞体突出的睫毛状附着物。通常，一个细胞只有一到两条长长的鞭毛。
(此图)中心体纤毛/鞭毛复合体的解剖。
微管也在纤毛(单数:纤毛)，它们是毛发状的小突起。这些纤毛不断运动，帮助单细胞微生物草履虫移动。纤毛还覆盖在我们的支气管上皮细胞表面，将微生物和碎片向上移出气道。微管在鞭毛和纤毛中的作用类似。不同之处在于纤毛比鞭毛短得多，而一个细胞可能有数百根纤毛。
为了产生大量纤毛，中心体会在细胞中进行多次复制(这个过程称为纤毛发生)。一旦细胞开始为细胞分裂做准备，纤毛/鞭毛复合体就会分解。中心体融合并返回指导有丝分裂。
一种具有许多纤毛的气道上皮细胞．
纤毛的基部有一个中心体作为根，由纤毛发生产生。
纤毛的组织。
每个纤毛包含9对微管，形成外环和两个中心微管(9+2)。这种结构被称为轴素。微管是由交联蛋白连接在一起的。有马达蛋白，称为动力蛋白，设置在每一对微管纤维。
图片来源:LadyofHatswiki。
在纤毛和鞭毛的微管束中，微管丝之间有许多“运动蛋白”。这些马达蛋白(动力蛋白)利用ATP作为能量沿着微管爬行。当动力蛋白在一侧向上运动而在另一侧向下运动时，纤毛弯曲。反复的弯曲-放松的循环使纤毛像桨一样，来回拍打来创造运动。
【图中】上皮细胞表面纤毛的电子显微镜图。
插入的图像从横切面显示纤毛内9+2微管排列。
图片来源:哥伦比亚大学
注:这里所说的“鞭毛”是指真核细胞的鞭毛眼虫还有一些绿色/棕色的藻类)。细菌还有一种叫做“鞭毛”的细胞结构。然而，细菌鞭毛在结构和组成上有很大的不同。一些科学家试图用“波状足体”或“纤毛”来代替真核生物鞭毛的名称。然而，“鞭毛”在真核细胞中的使用仍然非常普遍。
癌细胞中心体的改变
细胞中中心体的异常结构和数量与肿瘤有关。缺陷中心体的存在通常与基因组不稳定、细胞分裂失败和细胞分化丧失的出现有关。人类细胞中的中心体扩增(有丝分裂时两个以上中心体)可形成不规则的有丝分裂纺锤体，导致非整倍体(染色体数量异常)，极有可能导致癌症。开云体育电脑官网
(此图)中心体扩增结果的示意图。
中心体的发现
中心体在1883年被Edouard Van Beneden发现，后来在1888年被Theodor Boveri描述并命名为“细胞分裂的特殊器官”。这个名字来源于拉丁语centrum“中心”+希腊语summa“身体”。Theodor Boveri还注意到癌细胞中的中心体畸变。
常见问题:
植物和真菌有中心体吗?
不，植物和真菌没有中心体。中心体被认为只在真核细胞的动物谱系中进化。真菌和植物缺乏中心体，因此使用其他结构来组织它们的微管和有丝分裂。
中心体是所有动物细胞所必需的吗?
也许不是。虽然中心体在动物细胞的有丝分裂中起着关键作用，但在某些动物物种如苍蝇和扁形虫的有丝分裂中，中心体并不是必需的。在一项果蝇实验中(果蝇)，即使中心粒被激光破坏，有丝分裂仍能正常进行，纺锤体形态正常。此外，果蝇生长正常。这表明细胞应该有其他方式来组织它们的微管。
中心体和着丝粒有什么不同?
中心体是包含两个中心粒的细胞器。而着丝粒是染色体上高度狭窄的区域。中心体是一个微管组织中心，而着丝粒则把复制染色体中的姐妹染色单体连在一起。
总结
- 中心体是作为主要微管组织中心(MTOC)的细胞器。
- 在细胞分裂过程中，每个细胞有两个中心体。它们向细胞的相反位置移动，形成有丝分裂纺锤体。
- 微管从中心体延伸到姐妹染色单体的着丝粒上。两个着丝粒同时获得它们的微管，分裂姐妹染色单体并进入新的细胞。
- 中心体还构成了涉及细胞流动性的两个结构的核心:纤毛和鞭毛。
参考文献
“中心体”
“控制中心体数字”
健康与疾病中的中心粒、中心体和纤毛
“将中心体复制限制在每个细胞周期一次的机制”
