nhiễm sắc thể , chu trình và sự phân ppt

Trong chương này đầu tiên chúng ta sẽ mô tả làm cách nào mà những sinh vật đơn bào prổkaytic có thể sinh sản tạo ra các cá thể mới từ những sinh vật đơn bào đàu tiên.. Chúng ta đã biết đ

Năm 1951, ở tuổi 31 Henritta được đưa và bệnh viện Hopkins để chữa một căn bệnh ung thư ác tính Mặc

dù cô ta đã chết sau đó vài tháng, nhưng những tế bào ung thư của cô

ta vẫn còn được lưu lại cho đến

ngày nay Khoa học đã tìm ra được rằng việc nuôi duỡng các tế bào

việc nuôi dưỡng các tế bào ung thư trong những điều kiện môi trường

dinh dưỡng đầy đủ chúng có thể

sinh sản một cách vô hạn định

trong các đĩa trong phòng thí

nhiệm, ở đó chúng phát triển và tạo

thông tin từ những tế bào của

Henritta Nhưng liệu rằng sự bất

diệt của những tế bào này có thực

sự tốt cho sự tạo thành của các tổ chức sinh vật không?

thể đôn bào: cụ thể là từ tinh trùng

và trứng tạo thành hợp tử,các hợp

tử này tạo thành hai rồi 4 tế bào cho đến khi tạo thnahf một cơ thể hoàn chỉnh, cơ thể này lại có thể bắt đầu một quá trình sinh sản mới Một cơ thể hoàn chỉnh không phải chỉ là

một khối của tế bào Hela nôi cấy, các tế bào phải tạo thành các mô

đặc biệt, từ đó hình thành lên các

cơ quan, mỗi cơ quan trong chúng thực hiện một vai trò nhất định Từ những nghiên cưucaanr thận trên

chết ngay sau khi con dun này sinh

ra Nếu như chương trình chết của

tế bào không được thực hiện nũa

thì nó sẽ tạo ra những dị hình trong cấu trúc

Một tế bào chết thường có một

chương trình đã được lập trình sẵn

ở trong bộ gen Với một tế bào bình thường chứng sẽ phát triển thành

một cơ quan hoàn chỉnh, một tế bào

sẽ phát triển thành một cơ quan

hoàn chỉnh, ở đây có sự kết hợp

giữa quá trình phân chia tế bào và quá trình tự chết của tế bào Không giống với những tế bào không bình thường tế bào ung thư của Hela,

chúng có thể dữ được sự phát triển mãi bởi vì chúng đã có sự biến đổi

làm mất cân bằng trong bộ gen, và chúng đã vượt qua được chương

trình chết tự động của tế bào

Trong chương này đầu tiên chúng

ta sẽ mô tả làm cách nào mà những sinh vật đơn bào prổkaytic có thể sinh sản tạo ra các cá thể mới từ

những sinh vật đơn bào đàu tiên

Trong một mô bình thường, sinh

sản của một tế bào thường là sự

sinh ra của một tế bào này kèm

theo đó là sự mất đi của tế bào

khác Chúng ta đã biết được rằng hiện tượng chết lập trình của tế bào

là rất quan trọng

Hệ thống sinh sản tế bào

Các sinh vật đơn bào sử dụng chủ yếu phân chia tế bào để sinh sản , ở các sinh vật đa bào phân bào cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển và sửa chữa các mô (hình 9.1) Bất kì tế bào nào phân chia cũng đều trải qua 4 giai đoạn như sau:

- Đầu tiên xuất hiện các dấu hiệu sinh sản Các dấu hiệu này có thể xuât hiện bên trong hoặc bên ngoài

tế bào

- Quá trình sao chép ADN (vật chất

di truyền ) và các thành phần khác của tế bào sống được thực hiện để đảm bảo hai tế bào mới được sinh

ra giống hệt nhau và có đầy đủ các chức năng

- Tế bào phân phối các ADN đã

được sao chép vào hai tế bào mới Đây là quá trình phân chia

- Các vật chất mới được bổ sung

vào màng tế bào ( và vách tế bào đối với các sinh vật có vách tế bào)

để hoàn thành quá trình phân ly

thành 2 tế bào mới Đây là quá

trình phân chia tế bào chất 4 sự

kiện này sẽ xuất hiện trong bất kì quá trình phân chia nào cả ở tế bào nhân sơ và nhân chuẩn

Prokaryote phân chia bằng trực phân

Ở các sinh vật nhân sơ, phân bào là cách sinh sản duy nhất của toàn bộ các sinh vật đơn bào Tế bào phát triển đến kích thước nhất định, sao chép ADN sau đó phân chia thành hai tế bào mới Đây là quá trình

trực phân

Dấu hiệu sinh sản: Tỉ lệ sinh sản

của nhiều loài nhân sơ phụ thuộc

vào điều kiện môi trường Vi khuẩn Escherichia coli, một loài được

dùng phổ biến trong nghiên cứu di truyền học , là một “cỗ máy phân chia tế bào” , quá trình phân chia diễn ra liên tục Ở điều kiện bình

thường, 37°C quá trình phân chia diễn ra trong 40 phút Nhưng nếu nguồn Cacbonhydrat và muối dồi

dào, quá trình phân chia chỉ mất 20 phút Một loại vi khuẩn khác

Baccillus subtilis, ngừng phân chia khi lượng thức ăn cung cấp ít và sẽ tiếp tục phân chia trở lại nếu điều kiện được cải thiện hơn Những

quan sát này gợi ý rằng các nhân tố bên ngoài như nguồn vật chất trong môi trường, kiểm soát bước khởi

đầu quá trình phân bào ở các sinh vật nhân sơ

Sao chép ADN Một nhiễm săc

thể, chúng ta đã thấy ở chương 4, là một phân tử ADN chứa các thông tin di truyền Khi tế bào phân chia, tất cả các nhiễm sắc thể được sao chép thành 2 bản, mối bản sẽ được phân chia vào 1 trong 2 tế bào mới

được sinh ra Hầu hết các sinh vật nhân sơ chỉ có 1 nhiễm sắc thể, một phân tử ADN đơn mạch thẳng với các Protein liên kết với nó Trong

vi khuẩn E.coli, ADN là một phân

tử liên tục thường được nghiên cứu

ở dạng các nhiễm sắc thể vòng

Nếu ADN của vi khuẩn đựoc sắp xếp thành một vòng, vóng đó sẽ có chu vi khoảng 1.6 triệu nm

(1.6mm) Bản thân vi khuẩn đó chỉ

có đường kính 1µm (1000nm) và dài khoảng 4µm Do đó ADN của

vi khuẩn, khi trải ra chúng sẽ tạo

thành 1 vòng tròn lớn gấp 100 lần

tế bào! Để nằm vừa trong tế bào,

ADN phải được đóng gói Các

phân tử ADN được đóng gói bằng

cách tự cuộn xoắn, các protein

mang điện tích dương (bazơ) liên kết với các ADN mang điện tích

âm (axit) để cuộn xoắn Sự xuất

hiện các nhiễm sắc thể vòng là

điểm đặc trưng cho tất cả các sinh vật nhân sơ, cũng như ở 1 số virut

và cũng đựoc tìm thấy ở lục lạp và

ty thể của tế bào nhân chuẩn

Về chức năng, nhiễm sắc thể của

sinh vật nhân sơ có hai vùng đặc

biệt quan trọng với quá trình sinh sản:

- Vị trí mà quá trình sao chép vòng đựợc bắt đầu : mở đầu quá trình sao chép, kí hiệu là ori - Vị trí kết thúc quá trình sao chép : điểm cuối của quá trình sao chép, ter Quá trình

sao chép nhiễm sắc thể diễn ra khi ADN mở xoắn thông qua một

“phức hệ sao chép” của các Protein

ở trung tâm của tế bào Các Protein này bao gồm các enzym ADN

polymeraza, cấu tạo của chúng sẽ được tìm hiểu kĩ hơn ở chương 11 Trong suốt quá trình sao chép ADN của tế bào nhân sơ , tế bào phát

triển và điều khiển một cơ chế để phân chia các ADN vào các tế bào con mới hình thành

Quá trình phân ly ADN : Sự sao

chép ADN là tiền đề cho quá trình phân ly Các phân tử ADN đã được sao chép sẽ đi về 2 tế bào

mới.Vùng đầu tiên được sao chép

là ori, vùng này gắn với màng sinh

chất Hai vùng ori được tạo ra sẽ

phân chia khi các nhiễm sắc thể và các màng sinh chất mới được hình thành giữa chúng, giai đoạn này

kéo dài hơn (hình 9.2) Khi kết thúc quá trình sao chép có hai bộ nhiễm sắc thể được hình thành, tế bào vi khuẩn kéo dài

Sự phân bào Tế bào phân chia hay

phân bào, bắt đầu sau khi quá trình sao chép nhiễm sắc thể kết thúc

được 20 phút Đầu tiên ở màng sinh chất hình thành gờ thắt tròn giống như dây thắt miệng túi Các sợi liên kết các Protein tương tự như hệ vi ống của sinh vật nhân chuẩn là

thành phần chính của vòng dây

này Khi màng sinh chất thắt lại,

các nguyên liệu xây dựng vách tế bào mới được tổng hợp.Quá trình phân chia hoàn thành

Eukaryote phân chia bằng

nguyên phân hoặc giảm phân

Các tế bào nhân chuẩn phức tạp,

như ở người và thực vật có hoa,

đều có nguồn gốc từ tế bào đơn

giản , từ trứng đựợc thụ tinh Tế

bào này sinh ra từ hai tế bào giới

tính của của cơ thể bố mẹ (giao tử) kết hợp với nhau Các giao tử là

trứng và tinh trùng chứa các vật

chất di truyền của tế bào bố mẹ

Như vậy trứng được thụ tinh chứa 1

bộ nhiễm sắc thể của bố và một của

mẹ Sự hình thành cơ thể đa bào từ trứng được thụ tinh được gọi là sự

phát triển Nó liên quan đến cả sự sinh sản tế bào và biệt hoá tế bào

Ví dụ, một người trưởng thành có vài ngàn tỉ tế bào, tất cả các tế bào đều có nguồn gốc tận cùng từ trứng được thụ tinh, và rất nhiều tế bào

có vai trò biệt hoá Quá trình biệt hoá diễn ra như thế nào sẽ được

xem xét trong phần 3 Ở đây chúng

ta tập trung vào sự sinh sản của tế bào Sinh sản ở tế bào nhân chuẩn, cũng giống như sở tế bào nhân sơ,

có 4 giai đoạn : dấu hiệu sinh sản, sao chép ADN, phân ly và phân

chia tế bào chất Nhưng ở một mức

độ nào đó các giai đoạn diễn ra

phức tạp hơn Đầu tiên khác với tế bào nhân sơ , các tế bào nhân chuẩn

không phân chia liên tục bất cứ khi nào điều kiện môi trường thích

hợp Trong thực tế các tế bào nhân chuẩn trong cơ thể đa bào biệt hoá

và hiếm khi phân chia Vì vậy các dấu hiệu phân chia không liên quan đến môi trường của một tế bào đơn giản mà nó liên quan đến toàn bộ sinh vật Thứ hai không chỉ có một nhiễm sắc thể đơn, sinh vật nhân chuẩn thường có nhiều nhiễm sắc thể ( người có 46) vì vậy quá trình sao chép và phân chia về cơ bản

giống với nhân sơ nhưng phức tạp hơn (hình 9.1) Thứ ba tế bào nhân chuẩn có nhân riêng biệt, nhân này

sẽ được sao chép và phân chia

thành hai nhân mới Do đó quá

trình phân chia tế bào chất được

phân biệt với phân chia vật chất di truyền Cuối cùng, sự phân chia tế bào chất khác nhau ở tế bào thực

vật(có vách tế bào) và tế bào động vật (không có vách) Điểm khác

biệt chủ yếu giữa sinh vật nhân sơ

và sinh vật nhân chuẩn trong sinh sản tế bào là ở sinh vật nhân chuẩn các nhiễm sắc thể mới được sao

chépvẫn bát cặp với các nhiễm sắc thể còn lại như các nhiễm sắc tử chị

em, và có một cơ chế mới ,nguyên phân, để phân chia chúng vào hai nhân mới Sinh sản ở tế bào nhân chuẩn bao gồm 3 bước đặc trưng :

- Sự sao chép ADN trong nhân

- Cuộn xoắn và phân chia ADN đã được sao chép vào hai nhân mới

(phân chia nhân)

- Phân chia tế bào chất (phân bào)

Một cơ chế thứ hai của quá trình

phân chia nhân , đó là giảm phân, xảy ra ở tế bào mầm để tạo ra giao

tử đóng góp cho quá trình sinh sản tạo ra cơ thể mới Trong khi hai tế bào mới được sinh ra trong nguyên phân giống hệt tế bào mẹ - chúng

có ADN giống nhau, sản phẩm của quá trình giảm phân thì không

giống như vậy Giảm phân tạo ra tính đa dạng của sinh vật bàng cách thay đổi vật chất di truyền, tạo ra các tổ hợp gen mới.Nó đóng vai trò

quan trọng trong chu trình sống của sinh vật sinh sản hữu tính

Cái gì quyết định tế bào có phân

chia hay không?Nguyên phân tạo

ra các tế bào giống hệt nhau như

thế nào? Tại sao giảm phân lại tạo

ra tính đa dạng? Tại sao chúng ta

cần các tế bào giống hệt nhau và

các tế bào khác nhau? Tại sao hầu hết các sinh vật nhân chuẩn đều

sinh sản hữu tính? Phần tiếp theo chúng ta sẽ mô tả chi tiết kì trung gian của nguyên phân và giảm phân

và tác động của chúng trong di

truyền , phát triển và tiến hoá của sinh vật