Phân bào (Cell division)

Phân bào nguyên nhiễm (Mitosis)

Phân bào nguyên nhiễm là quá trình phân chia tế bào tạo ra hai tế bào con giống hệt tế bào mẹ về mặt di truyền. Quá trình này diễn ra ở tế bào soma (tế bào cơ thể) và có vai trò trong sinh trưởng, sửa chữa mô và thay thế tế bào chết. Phân bào nguyên nhiễm gồm các kỳ sau:

• Kỳ trung gian (Interphase): Đây không phải là một kỳ của phân bào nhưng là giai đoạn chuẩn bị cho phân bào. Trong kỳ này, tế bào sinh trưởng, sao chép DNA và chuẩn bị các thành phần cần thiết cho phân bào. Kỳ trung gian gồm 3 giai đoạn nhỏ: G1 (sinh trưởng), S (sao chép DNA), và G2 (chuẩn bị phân bào).
• Kỳ đầu (Prophase): Nhiễm sắc thể bắt đầu ngưng tụ và trở nên rõ ràng dưới kính hiển vi. Màng nhân bắt đầu biến mất, và thoi phân bào bắt đầu hình thành. Trung thể di chuyển về hai cực của tế bào.
• Kỳ giữa (Metaphase): Nhiễm sắc thể xếp thành một hàng ở mặt phẳng xích đạo của tế bào nhờ sự co rút của thoi phân bào. Thoi phân bào bám vào tâm động của mỗi nhiễm sắc thể.
• Kỳ sau (Anaphase): Các nhiễm sắc tử chị em tách nhau tại tâm động và di chuyển về hai cực của tế bào nhờ sự co rút của thoi phân bào.
• Kỳ cuối (Telophase): Nhiễm sắc thể bắt đầu duỗi xoắn. Màng nhân mới hình thành xung quanh mỗi nhóm nhiễm sắc thể ở hai cực tế bào. Thoi phân bào biến mất.
• Phân chia tế bào chất (Cytokinesis): Tế bào chất phân chia, tạo thành hai tế bào con riêng biệt. Ở tế bào động vật, cytokinesis xảy ra nhờ sự hình thành eo thắt. Ở tế bào thực vật, cytokinesis xảy ra nhờ sự hình thành vách ngăn.

Phân bào giảm nhiễm (Meiosis)

Phân bào giảm nhiễm là quá trình phân chia tế bào tạo ra các giao tử (tế bào sinh dục) có số lượng nhiễm sắc thể bằng một nửa so với tế bào mẹ. Quá trình này diễn ra ở tế bào sinh dục và có vai trò trong sinh sản hữu tính. Phân bào giảm nhiễm gồm hai lần phân bào liên tiếp: meiosis I và meiosis II.

• Meiosis I:
  • Kỳ đầu I (Prophase I): Tương tự kỳ đầu của nguyên nhiễm nhưng có thêm giai đoạn tiếp hợp và trao đổi chéo giữa các nhiễm sắc thể tương đồng. Đây là giai đoạn quan trọng tạo ra sự đa dạng di truyền.
  • Kỳ giữa I (Metaphase I): Các cặp nhiễm sắc thể tương đồng xếp thành hai hàng ở mặt phẳng xích đạo. Sự sắp xếp ngẫu nhiên của các cặp nhiễm sắc thể tương đồng góp phần tạo ra sự đa dạng di truyền.
  • Kỳ sau I (Anaphase I): Các nhiễm sắc thể tương đồng tách nhau và di chuyển về hai cực của tế bào. Lưu ý: nhiễm sắc tử chị em vẫn dính nhau tại tâm động.
  • Kỳ cuối I (Telophase I): Tương tự kỳ cuối của nguyên nhiễm. Màng nhân có thể xuất hiện trở lại.
  • Phân chia tế bào chất I (Cytokinesis I): Tạo thành hai tế bào con.
• Meiosis II: Tương tự như phân bào nguyên nhiễm, nhưng diễn ra trên hai tế bào con được tạo ra từ meiosis I. Kết quả là tạo ra bốn tế bào con, mỗi tế bào có số lượng nhiễm sắc thể bằng một nửa so với tế bào mẹ ban đầu.

So sánh Mitosis và Meiosis

Ý nghĩa của phân bào

Phân bào là quá trình thiết yếu cho sự sống. Nó đảm bảo sự sinh trưởng và phát triển của cơ thể, duy trì số lượng nhiễm sắc thể ổn định qua các thế hệ, và tạo ra sự đa dạng di truyền cho sinh vật. Sự rối loạn trong quá trình phân bào có thể dẫn đến các bệnh lý như ung thư.

Các yếu tố điều khiển phân bào

Phân bào là một quá trình được kiểm soát chặt chẽ bởi nhiều yếu tố, bao gồm cả yếu tố bên trong và bên ngoài tế bào.

• Yếu tố bên trong: Chu kỳ tế bào được điều khiển bởi một hệ thống phức tạp các protein, được gọi là các cyclin và kinase phụ thuộc cyclin (CDK). Các protein này hoạt động như “công tắc” phân tử, kích hoạt hoặc ức chế các sự kiện khác nhau trong chu kỳ tế bào. Nồng độ của cyclin thay đổi theo từng giai đoạn của chu kỳ tế bào. Các điểm kiểm soát (checkpoint) trong chu kỳ tế bào đảm bảo rằng mỗi giai đoạn hoàn thành đúng trước khi chuyển sang giai đoạn tiếp theo. Ví dụ, điểm kiểm soát G1/S kiểm tra xem DNA có bị hư hỏng trước khi sao chép hay không, điểm kiểm soát G2/M kiểm tra xem DNA đã được sao chép đầy đủ và tế bào đã sẵn sàng cho phân bào hay chưa.
• Yếu tố bên ngoài: Các yếu tố bên ngoài như các yếu tố tăng trưởng, hormone, và mật độ tế bào cũng có thể ảnh hưởng đến phân bào. Ví dụ, yếu tố tăng trưởng có thể kích thích tế bào phân chia, trong khi mật độ tế bào cao có thể ức chế phân bào thông qua hiện tượng ức chế tiếp xúc. Các yếu tố môi trường như nhiệt độ và chất dinh dưỡng cũng ảnh hưởng đến quá trình phân bào.

Sự rối loạn phân bào và bệnh tật

Khi quá trình phân bào bị rối loạn, nó có thể dẫn đến nhiều vấn đề sức khỏe, đáng chú ý nhất là ung thư. Ung thư là kết quả của sự phân chia tế bào không kiểm soát, tạo ra các khối u có thể xâm lấn các mô xung quanh và di căn đến các bộ phận khác của cơ thể. Các đột biến trong các gen kiểm soát chu kỳ tế bào, chẳng hạn như gen ức chế khối u p53, có thể góp phần vào sự phát triển ung thư. Ngoài ung thư, các rối loạn phân bào khác có thể gây ra các vấn đề như dị tật bẩm sinh, lão hóa sớm, và các bệnh thoái hóa.

Ứng dụng nghiên cứu phân bào

Nghiên cứu về phân bào có nhiều ứng dụng quan trọng trong y học và công nghệ sinh học. Hiểu biết về cơ chế phân bào giúp phát triển các phương pháp điều trị ung thư hiệu quả hơn, chẳng hạn như liệu pháp nhắm mục tiêu vào các protein kiểm soát chu kỳ tế bào. Nghiên cứu phân bào cũng đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực như nhân bản, liệu pháp tế bào gốc, và kỹ thuật di truyền.

• Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. Molecular Biology of the Cell. 4th edition. New York: Garland Science; 2002.
• Lodish H, Berk A, Zipursky SL, et al. Molecular Cell Biology. 4th edition. New York: W. H. Freeman; 2000.
• Cooper GM. The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000.

Câu hỏi và Giải đáp

Sự khác biệt chính giữa phân bào nguyên nhiễm và phân bào giảm nhiễm là gì?

Trả lời: Sự khác biệt chính nằm ở sản phẩm của quá trình. Phân bào nguyên nhiễm tạo ra hai tế bào con giống hệt tế bào mẹ (2n), trong khi phân bào giảm nhiễm tạo ra bốn tế bào con, mỗi tế bào có một nửa số lượng nhiễm sắc thể so với tế bào mẹ (n). Phân bào nguyên nhiễm dùng cho sinh trưởng và sửa chữa, còn phân bào giảm nhiễm dùng cho sinh sản hữu tính.

Vai trò của các điểm kiểm soát (checkpoint) trong chu kỳ tế bào là gì?

Trả lời: Các điểm kiểm soát trong chu kỳ tế bào hoạt động như “người gác cổng”, đảm bảo mỗi giai đoạn của chu kỳ hoàn thành chính xác trước khi chuyển sang giai đoạn tiếp theo. Chúng kiểm tra các yếu tố như sự sao chép DNA, hư hỏng DNA, và sự gắn kết của nhiễm sắc thể với thoi phân bào. Nếu phát hiện ra lỗi, chu kỳ tế bào sẽ bị dừng lại để sửa chữa hoặc tế bào có thể bị tiêu diệt theo chương trình (apoptosis).

Telomere là gì và chúng có vai trò gì trong quá trình phân bào?

Trả lời: Telomere là những đoạn DNA lặp lại ở đầu mút của nhiễm sắc thể. Chúng bảo vệ nhiễm sắc thể khỏi bị hư hỏng và kết dính với nhau. Mỗi lần tế bào phân chia, telomere sẽ ngắn đi một chút. Khi telomere trở nên quá ngắn, tế bào sẽ ngừng phân chia hoặc chết đi. Đây là một trong những yếu tố góp phần vào quá trình lão hóa.

Làm thế nào mà các lỗi trong phân bào có thể dẫn đến ung thư?

Trả lời: Ung thư thường là kết quả của các đột biến trong các gen kiểm soát chu kỳ tế bào, ví dụ như gen ức chế khối u p53. Các đột biến này có thể làm mất kiểm soát chu kỳ tế bào, khiến tế bào phân chia không kiểm soát và hình thành khối u. Các lỗi trong phân bào cũng có thể dẫn đến bất ổn định bộ gen, tạo điều kiện cho các đột biến khác tích lũy và thúc đẩy sự phát triển của ung thư.

Ngoài ung thư, còn có những bệnh nào khác liên quan đến rối loạn phân bào?

Trả lời: Một số bệnh khác liên quan đến rối loạn phân bào bao gồm các hội chứng do bất thường số lượng nhiễm sắc thể (ví dụ: hội chứng Down, hội chứng Turner, hội chứng Klinefelter), một số bệnh di truyền, và một số rối loạn phát triển. Các rối loạn phân bào cũng được cho là góp phần vào quá trình lão hóa và một số bệnh thoái hóa.