PHÂN CHIA TẾ BÀO: CÁC LOẠI, QUY TRÌNH VÀ TẦM QUAN TRỌNG - SINH HỌC - 2026

Các phân chia tế bào là quá trình cho phép tất cả cuộc sống sinh vật phát triển và sinh sản. Ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực, kết quả của quá trình phân bào là các tế bào con sở hữu thông tin di truyền giống với tế bào ban đầu. Điều này xảy ra bởi vì, trước khi phân chia, thông tin chứa trong DNA được nhân đôi.

Ở sinh vật nhân sơ, sự phân chia xảy ra bằng cách phân hạch nhị phân. Bộ gen của hầu hết các sinh vật nhân sơ là một phân tử ADN hình tròn. Mặc dù những sinh vật này không có nhân, nhưng DNA ở dạng nhỏ gọn được gọi là nucleoid, khác với tế bào chất xung quanh.

Nguồn: Retama

Ở sinh vật nhân thực, sự phân chia xảy ra thông qua nguyên phân và nguyên phân. Bộ gen của sinh vật nhân thực bao gồm một lượng lớn DNA được tổ chức trong nhân. Tổ chức này dựa trên sự đóng gói của DNA với protein, tạo thành nhiễm sắc thể, chứa hàng trăm hoặc hàng nghìn gen.

Các sinh vật nhân thực rất đa dạng, cả đơn bào và metazoan, có chu kỳ sống xen kẽ giữa nguyên phân và giảm phân. Những chu kỳ này là những chu kỳ có: a) meiosis giao tử (động vật, một số nấm và tảo), b) meiosis hợp tử (một số nấm và động vật nguyên sinh); và c) sự luân phiên giữa giao tử và hợp tử (thực vật).

Các loại

Sự phân chia tế bào có thể bằng phân hạch nhị phân, nguyên phân hoặc meiosis. Mỗi quá trình liên quan đến các kiểu phân chia tế bào này được mô tả dưới đây.

Phân hạch nhị phân

Sự phân hạch nhân sơ, phân hạch nhị phân, là một hình thức sinh sản vô tính.

Phân hạch nhị phân bao gồm sự phân chia tế bào tạo ra hai tế bào con, mỗi tế bào có một bản sao giống hệt ADN của tế bào ban đầu.

Trước khi phân chia tế bào nhân sơ, quá trình sao chép DNA diễn ra, bắt đầu từ một vị trí cụ thể trên DNA sợi kép, được gọi là nguồn gốc của sự sao chép. Các enzim sao chép di chuyển theo cả hai hướng từ nguồn gốc, tạo ra một bản sao của mỗi chuỗi ADN sợi kép.

Sau khi sao chép DNA, tế bào dài ra và DNA được tách ra trong tế bào. Ngay lập tức, một màng sinh chất mới bắt đầu phát triển ở giữa tế bào, tạo thành vách ngăn.

Quá trình này được tạo điều kiện thuận lợi bởi protein FtsZ, protein này được bảo tồn rất cao về mặt tiến hóa ở sinh vật nhân sơ, bao gồm cả Archaea. Cuối cùng, tế bào phân chia.

Chu kỳ tế bào và nguyên phân

Các giai đoạn tế bào nhân thực trải qua giữa hai lần phân chia tế bào liên tiếp được gọi là chu kỳ tế bào. Thời gian của chu kỳ tế bào thay đổi từ vài phút đến hàng tháng, tùy thuộc vào loại tế bào.

Chu kỳ tế bào được chia thành hai giai đoạn, đó là giai đoạn M và giai đoạn phân cách. Hai quá trình xảy ra trong pha M, được gọi là nguyên phân và phân bào. Nguyên phân bao gồm sự phân chia nhân. Số lượng và loại nhiễm sắc thể có trong nhân ban đầu giống nhau được tìm thấy ở các nhân con. Tế bào xôma của sinh vật đa bào phân chia bằng nguyên phân.

Cytokinesis bao gồm sự phân chia tế bào chất để tạo thành các tế bào con.

Giao diện có ba giai đoạn: 1) G1, các tế bào phát triển và dành phần lớn thời gian của chúng trong giai đoạn này; 2) S, sự nhân đôi bộ gen; và 3) G2, sự sao chép của ti thể và các bào quan khác, sự ngưng tụ của nhiễm sắc thể, và lắp ráp các vi ống, trong số các sự kiện khác.

Các giai đoạn của nguyên phân

Nguyên phân bắt đầu với sự kết thúc của giai đoạn G2, và được chia thành năm giai đoạn: prophase, prometaphase, metaphase, anaphase và telophase. Tất cả đều diễn ra liên tục.

Prophase

Prophase. Leomonaci98, từ Wikimedia Commons

Ở giai đoạn này, sự kiện chính diễn ra quá trình lắp ráp thoi phân bào, hay còn gọi là bộ máy giảm phân. Tiên liệu bắt đầu với sự nén chặt của chất nhiễm sắc, tạo thành các nhiễm sắc thể.

Mỗi nhiễm sắc thể có một cặp nhiễm sắc thể chị em, với DNA giống hệt nhau, được liên kết chặt chẽ trong vùng lân cận của tâm động của chúng. Các phức hợp protein được gọi là chất kết dính tham gia vào liên kết này.

Mỗi tâm động được gắn với một kinetochore, là một phức hợp các protein liên kết với các vi ống. Các vi ống này cho phép từng bản sao của các nhiễm sắc thể được chuyển đến các tế bào con. Các vi ống tỏa ra từ mỗi đầu của tế bào và tạo thành bộ máy phân bào.

Trong tế bào động vật, trước khi xảy ra quá trình nhân đôi của trung thể, là trung tâm tổ chức chính của các vi ống và là nơi gặp nhau của các trung tâm con. Mỗi centrosome tiến đến cực đối diện của tế bào, thiết lập một cầu nối giữa các vi ống được gọi là bộ máy phân bào.

Ở những thực vật tiến hóa gần đây, không giống như tế bào động vật, không có trung thể và nguồn gốc của các vi ống không rõ ràng. Trong các tế bào quang hợp có nguồn gốc tiến hóa cũ hơn, chẳng hạn như tảo lục, có các trung thể.

Prometaphase

Leomonaci98

Nguyên phân phải đảm bảo sự phân li của các NST và sự phân bố của vỏ nhân phức hợp lỗ nhân và các nuclêôtit. Tùy thuộc vào việc lớp vỏ nhân (EN) có biến mất hay không và mức độ mất liên kết của EN, nguyên phân dao động từ đóng đến mở hoàn toàn.

Ví dụ, ở S. cerevisae nguyên phân là khép kín, ở A. nidulans là bán mở và ở người là mở.

Trong nguyên phân kín, các thể cực của thoi được tìm thấy bên trong vỏ nhân, tạo nên các điểm tạo mầm của vi ống nhân và tế bào chất. Các vi ống tế bào chất tương tác với vỏ tế bào và với các kinetochores của nhiễm sắc thể.

Trong nguyên phân bán mở, do EN bị tháo rời một phần nên không gian nhân bị xâm nhập bởi các vi ống có nhân từ các trung thể và qua hai lỗ mở trong EN, tạo thành các bó bao quanh EN.

Trong nguyên phân mở, sự phân li hoàn toàn của EN xảy ra, bộ máy giảm phân được hoàn thành và các nhiễm sắc thể bắt đầu dịch chuyển về phía giữa tế bào.

Phép ẩn dụ

Các nhiễm sắc thể sắp xếp trong đĩa xích đạo của tế bào trong quá trình siêu phân bào

Trong hoán vị, các nhiễm sắc thể xếp thành hàng ở đường xích đạo của tế bào. Mặt phẳng tưởng tượng vuông góc với trục của trục xoay, đi qua chu vi bên trong của tế bào, được gọi là tấm siêu hình.

Ở tế bào động vật có vú, bộ máy giảm phân được tổ chức thành một thoi trung tâm và một cặp thoi. Thoi phân bào gồm một bó vi ống đối xứng hai bên được phân chia ở xích đạo của tế bào tạo thành hai nửa đối xứng nhau. Aster được tạo thành từ một nhóm vi ống ở mỗi cực của trục chính.

Trong bộ máy nguyên phân có ba nhóm vi ống: 1) ống trung gian, tạo thành aster, bắt đầu từ tâm thể và tỏa ra về phía vỏ tế bào; 2) của kinetochore, được gắn vào nhiễm sắc thể thông qua kinetochore; và 3) phân cực, xen kẽ với các vi ống từ cực đối diện.

Trong tất cả các vi ống được mô tả ở trên, các đầu (-) đối diện với trung thể.

Ở tế bào thực vật, nếu không có nhân tâm thì thoi tương tự như tế bào động vật. Trục chính gồm hai nửa có cực tính ngược nhau. Các đầu tận cùng (+) nằm trên đĩa xích đạo.

Anaphase

Nguồn: Leomonaci98, từ Wikimedia Commons

Anaphase được chia thành sớm và muộn. Trong anaphase sơ khai, sự phân tách của các chromatid chị em xảy ra.

Sự phân tách này xảy ra do các protein duy trì liên kết bị phân cắt và do có sự rút ngắn các vi ống của kinetochore. Khi các cặp nhiễm sắc thể chị em phân tách, chúng được gọi là nhiễm sắc thể.

Trong quá trình chuyển cực của nhiễm sắc thể, kinetochore di chuyển dọc theo vi ống của cùng một kinetochore khi đầu (+) của nó phân ly. Do đó, sự di chuyển của các nhiễm sắc thể trong quá trình nguyên phân là một quá trình thụ động không cần đến protein vận động.

Trong anaphase muộn, sự tách biệt lớn hơn của các cực xảy ra. Một protein KRP, được gắn vào đầu (+) của vi ống có cực, trong vùng xen phủ của cùng, di chuyển về phía đầu (+) của vi ống cực đối song song liền kề. Do đó, KRP đẩy vi ống phân cực liền kề về phía đầu (-).

Trong tế bào thực vật, sau khi các nhiễm sắc thể phân li, một khoảng trống với các vi ống xen kẽ hoặc xếp chồng lên nhau vẫn còn ở giữa thoi. Cấu trúc này cho phép khởi động bộ máy tế bào, được gọi là fragmoplast.

Telophase

Telophase. Leomonaci98

Trong telophase, nhiều sự kiện khác nhau xảy ra. Các nhiễm sắc thể tiến tới các cực. Kinetochore biến mất. Các vi ống cực tiếp tục kéo dài, chuẩn bị cho tế bào cho quá trình tạo tế bào. Vỏ nhân được hình thành lại từ các mảnh vỡ của vỏ mẹ. Các nucleolus xuất hiện trở lại. Các nhiễm sắc thể bị giảm phân đoạn.

Cytokinesis

Cytokinesis là giai đoạn của chu kỳ tế bào trong đó tế bào phân chia. Trong tế bào động vật, sự phân bào xảy ra nhờ một vành đai thắt chặt của các sợi actin. Các sợi này trượt qua nhau, đường kính của dây đeo giảm và hình thành một rãnh phân cắt xung quanh chu vi của tế bào.

Khi sự co thắt tiếp tục, sulcus sâu hơn và một cầu nối gian bào được hình thành, chứa thân giữa. Ở vùng trung tâm của cầu nối gian bào là các bó vi ống, được bao phủ bởi một ma trận điện cực.

Sự phá vỡ cầu nối gian bào giữa các tế bào chị em sau nguyên phân xảy ra thông qua quá trình abscission. Có ba loại abscission: 1) cơ chế phá vỡ cơ học; 2) cơ chế làm đầy bởi các túi bên trong; 3) sự co thắt của màng sinh chất để phân hạch.

Trong tế bào thực vật, các thành phần màng tập hợp bên trong chúng và tấm tế bào được hình thành. Mảng bám này phát triển cho đến khi nó chạm đến bề mặt của màng sinh chất, hợp nhất với nó và chia tế bào làm hai. Sau đó, cellulose được lắng đọng trên màng sinh chất mới và hình thành thành tế bào mới.

Meiosis

Meiosis là một kiểu phân chia tế bào làm giảm một nửa số lượng nhiễm sắc thể. Như vậy, một tế bào lưỡng bội phân chia thành 4 tế bào con đơn bội. Meiosis xảy ra trong tế bào mầm và làm phát sinh giao tử.

Các giai đoạn của meiosis bao gồm hai lần phân chia nhân và tế bào chất, đó là meiosis I và meiosis II. Trong quá trình giảm phân I, các thành viên của mỗi cặp nhiễm sắc thể tương đồng tách rời nhau. Trong giai đoạn meiosis II, các chromatid chị em tách ra và tạo ra 4 tế bào đơn bội.

Mỗi giai đoạn của nguyên phân được chia thành prophase, prometaphase, metaphase, anaphase và telophase.

Meiosis I

- Giai đoạn I. Nhiễm sắc thể ngưng tụ và thoi bắt đầu hình thành. DNA đã nhân đôi. Mỗi nhiễm sắc thể được tạo thành từ các crômatit chị em, gắn vào tâm động. Các nhiễm sắc thể tương đồng bắt cặp trong quá trình tiếp hợp, cho phép lai chéo, đây là chìa khóa để tạo ra các giao tử khác nhau.

- Metaphase I. Các cặp nhiễm sắc thể tương đồng xếp thành hàng dọc theo bản hoán vị. Sự co thắt giúp giữ cặp đôi lại với nhau. Các vi ống của kinetochore ở mỗi cực liên kết với tâm động của nhiễm sắc thể tương đồng.

- Anaphase I. Các vi ống của kinetochore ngắn lại và các cặp tương đồng tách ra. Một bản sao tương đồng đi đến một cực của tế bào, trong khi tương đồng nhân bản khác đi về phía bên kia của cực.

- Telophase I. Các chất tương đồng riêng biệt tạo thành một nhóm ở mỗi cực của tế bào. Vỏ nhân hình thành lại. Cytokinesis xảy ra. Tế bào tạo thành có số lượng nhiễm sắc thể bằng một nửa so với tế bào ban đầu.

Meiosis II

- Giai đoạn II. Một trục mới hình thành trong mỗi tế bào và màng tế bào biến mất.

- Phép ẩn dụ II. Hình thành trục chính đã hoàn thành. Các nhiễm sắc thể có các crômatit chị em, tham gia ở tâm động, thẳng hàng dọc theo tấm siêu vi. Các vi ống của kinetochore bắt đầu từ các cực đối diện liên kết với tâm động.

- Anaphase II. Các vi ống ngắn lại, tâm động phân chia, các chromatid chị em tách ra và di chuyển về các cực đối nhau.

- Viễn chí II. Vỏ nhân được hình thành xung quanh 4 nhóm nhiễm sắc thể: 4 tế bào đơn bội được hình thành.

Tầm quan trọng

Một số ví dụ minh họa tầm quan trọng của các kiểu phân chia tế bào.

- Nguyên phân. Chu kỳ tế bào có các điểm không thể đảo ngược (sao chép DNA, tách các chromatid chị em) và các điểm kiểm tra (G1 / S). Protein p53 là chìa khóa của điểm kiểm tra G1. Protein này phát hiện tổn thương DNA, ngừng phân chia tế bào và kích thích hoạt động của các enzym sửa chữa tổn thương.

Trong hơn 50% trường hợp ung thư ở người, protein p53 có các đột biến làm mất khả năng liên kết các chuỗi DNA cụ thể. Các đột biến ở p53 có thể do các chất gây ung thư, chẳng hạn như benzopyrene trong khói thuốc lá gây ra.

- Meiosis. Nó có liên quan đến sinh sản hữu tính. Theo quan điểm tiến hóa, người ta tin rằng sinh sản hữu tính phát sinh như một quá trình sửa chữa DNA. Do đó, tổn thương nhiễm sắc thể có thể được sửa chữa dựa trên thông tin từ nhiễm sắc thể tương đồng.

Trạng thái lưỡng bội được cho là thoáng qua ở các sinh vật cổ đại, nhưng trở nên phù hợp hơn khi bộ gen lớn hơn. Ở những sinh vật này, sinh sản hữu tính có chức năng bổ sung, sửa chữa DNA và biến dị di truyền.

Người giới thiệu

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. 2007. Sinh học phân tử của tế bào. Khoa học Garland, New York.
2. Bernstein, H., Byers, GS, Michod, RE 1981. Sự tiến hóa của sinh sản hữu tính: tầm quan trọng của việc sửa chữa, bổ sung và biến thể DNA. Nhà Tự nhiên học Hoa Kỳ, 117, 537-549.
3. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Sinh học tế bào và phân tử. Biên tập Medica Panamericana, Buenos Aires.
4. Raven, PH, Johnson, GB, Losos, JB, Singer, SR 2005 Sinh học. Giáo dục Đại học, Boston.
5. Solomon, BM, Berg, LR, Martin, DW 2008. Sinh học. Thomson, Hoa Kỳ.