Chu kỳ tế bào và nguyên phân

Nguyên phân (mitosis) là quá trình phân chia tế bào trong đó các tế bào con được tạo ra có số lượng nhiễm sắc thể giống với các tế bào bố mẹ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chu kỳ tế bào và nguyên phân Chu kỳ tế bào và nguyên phânNguyên phân (mitosis) là quá trình phânchia tế bào trong đó các tế bào con đượctạo ra có số lượng nhiễm sắc thể giốngvới các tế bào bố mẹ. Kiểu phân bào nàyđặc trưng cho các tế bào soma, kể cả cáctế bào sinh dục (2n) ở pha sinh sản củasự phát sinh giao tử ở các động-thực vật(mục IV.2), và xảy ra theo cấp số nhânvới công bội bằng 2, nghĩa là: từ một tếbào ban đầu trải qua k lần nguyên phânliên tiếp sẽ cho ra 2k tế bào giống nó.Nhờ vậy mà cơ thể lớn lên và các tế bàotrong cơ thể thường xuyên được đổi mới.Quy luật phân bào này được minh họađơn giản như sau:1→ 2 → 4 → 8 → 16 → 32 → 64 →128 → 256 → 512 →...1. Chu kỳ tế bào (cell cycle)Quá trình nguyên phân lặp lại theo chukỳ như vậy được gọi là chu kỳ nguyênphân hay chu kỳ tế bào (cell cycle).Nguyên phân là một phần của toàn bộchu kỳ tế bào đối với các tế bào trải quanguyên phân (như hợp tử, các tế bàophôi, các tế bào thuộc các mô sinh trưởnghay mô phân chia; hình 3.7a). Nói chung,một chu kỳ tế bào bao gồm hai giai đoạnchính là nguyên phân (ký hiệu: M), làmột phần tương đối nhỏ của toàn bộ chukỳ(a) (b)Hình 3.7 (a) Sự phân chia của các tếbào chóp rễ hành tây (Allium cepa). (b) Sơ đồ tổng quát củamột chu kỳ tế bào.tế bào, và phần còn lại của chu kỳ tế bàogọi là kỳ trung gian (interphase). Gọi làkỳ trung gian bởi vì nó nằm giữa hai lầnphân chia liên tiếp. Đây là giai đoạn tếbào diễn ra các hoạt động chuyển hóacao độ, tổng hợp và tái bản vật chất ditruyền - DNA, chuẩn bị tích cực cho tếbào bước vào nguyên phân. Nó được chiathành ba phần, gọi là G1, S và G2. Nhưvậy, theo nguyên tắc, một chu kỳ tế bàobao gồm bốn giai đoạn theo thứ tự sauđây (hình 3.7b): (1) G1 (first gap) = giaiđọan khởi đầu trong đó tế bào sinhtrưởng, chuyển hóa và chuẩn bị cho sựtái bản bộ gene; (2) S (DNA synthesis) =tổng hợp DNA (về chi tiết, xem chương5); (3) G2 (second gap) = chuẩn bị choquá trình nguyên phân; và (4) M =nguyên phân (mitosis). Thời gian của cácgiai đoạn khác nhau trong chu kỳ tế bàokhác nhau một cách đáng kể, tùy thuộcvào từng loài, từng kiểu tế bào, nhiệt độvà các nhân tố khác. Chẳng hạn, thờilượng tương ứng với bốn giai đoạn G1, S,G2 và M đối với các tế bào máu trắng củangười đang phân chia là 11, 7, 4 và 2 giờ(thời gian toàn bộ là 24 giờ).Khi một hợp tử vừa được hình thành haymột cơ thể đang sinh trưởng, chu kỳ nàyđược lặp lại nhiều lần để hình thành nênmột cá thể với hàng tỷ tế bào. Một sốkiểu tế bào trưởng thành, như các tế bàothần kinh và tế bào cơ vẫn giữ nguyên ởkỳ trung gian, thực hiện các chức năngđã được biệt hóa trong cơ thể cho đến lúcchết và không bao giờ phân chia nữa;giai đoạn đó được gọi là pha G0. Tuynhiên, một số tế bào có thể từ pha G0quay lại đi vào chu kỳ tế bào. Mặc dùhầu hết các tế bào lympho trong máungười ở pha G0, nhưng nếu có sự kíchthích thích hợp như khi bắt gặp khángnguyên phù hợp chẳng hạn, chúng có thểbị kích thích để quay lại chu kỳ tế bào.Có thể nói, G0 không đơn thuần chỉ ra sựvắng mặt của các tín hiệu cho nguyênphân mà là một sự ức chế hoạt tính củacác gene cần thiết cho nguyên phân. Cáctế bào ung thư thì không thể đi vào phaG0 và được định trước để lặp lại chu kỳtế bào một cách vô hạn (xem chương 5).Hình 3.8 Sơ đồ biểu diễn các kỳ củanguyên phân và chu kỳ của nó.2. Nguyên phân (mitosis)Nguyên phân tự nó có thể chia làm bốngiai đoạn khác nhau, diễn tiến theo mộttrình tự như sau: kỳ trước (prophase), kỳgiữa (metaphase), kỳ sau (anaphase) vàkỳ cuối (telophase). Mỗi giai đoạn có mộtnét đặc trưng riêng, đặc biệt là mối liênquan với tập tính của nhiễm sắc thể, nhờđó mà ta có thể xác định chúng (hình 3.8và 3.9).Sau khi tự nhân đôi ở kỳ trung gian (cụthể là pha S) và hoàn tất việc chuẩn bịbước vào nguyên phân (pha G2), lúc nàycác nhiễm sắc thể tiếp tục đóng xoắn vàkết đặc, nhờ vậy chúng hiện rõ dần dướikính hiển vi quang học. Mỗi nhiễm sắcthể bây giờ gồm hai chromatid chị em(sister chromatids) dính nhau ở tâmđộng. Theo nguyên tắc, các chromatidnày hoàn toàn giống nhau do kết quả củasự tái bản bán bảo toàn DNA ở pha S(chương 5). Hơn nữa, vì hai chromatidchị em dính nhau tại vùng tâm động, nênchúng được xem là một nhiễm sắc thể.a b c de f g hHình 3.9 Các giai đoạn của quá trìnhnguyên phân ở một tế bào chóp rễhành tây (Allium cepa).2.1. Kỳ trước (prophase)Cũng trong giai đoạn này, hạch nhân(nucleolus) thường biến mất và màngnhân bắt đầu tan vỡ. Trung thể (centriole)phân chia và hình thành xung quanh nómột cấu trúc mới gồm rất nhiều sợi thoi(spindle fiber) trải dài tới các cực của tếbào. Một số sợi thoi đính trực tiếp vàotâm động (cụ thể là kinetochore) củanhiễm sắc thể.2.2. Kỳ giữa (metaphase)Vào kỳ giữa, màng nhân tan biến hoàntoàn, các sợi thoi đính vào tâm động củacác nhiễm sắc thể và đẩy chúng về mặtphẳng xích đạo ...