Chu kỳ tế bào và một số bài tập vận dụng

 CHU KỲ TẾ BÀO VÀ MỘT SỐ BÀI TẬP VẬN DỤNG 
A. CHU KỲ TẾ BÀO 
 Theo Campbell thì chu kỳ tế bào là cuộc đời của mỗi tế bào từ khi nó sinh 
ra đến khi phân chia xong. Chu kỳ tế bào gồm hai thời kỳ xen kẽ nhau đó là kỳ 
trung gian và nguyên phân. 
 Ở các tế bào động vật khi nuôi cấy, một chu kỳ tế bào kéo dài khoảng 24 
giờ. Tuy nhiên, tùy từng loại tế bào trong cơ thể mà thời gian của chu kỳ tế bào 
cũng như thời gian của các pha có sự khác nhau. 
 Thời gian của chu kỳ tế bào còn phụ thuộc vào tốc độ phân bào ở những 
giai đoạn khác nhau trong sự phát triển cơ thể. Ví dụ như một số tế bào có chu 
kỳ sống rất ngắn như các tế bào sinh trưởng nhanh trong giai đoạn đầu tiên của 
sự phát triển phôi (từ 15 đến 20 phút); tế bào ruột phân bào hai lần trong một 
ngày; tế bào gan phân bào hai lần trong một năm; còn tế bào thần kinh ở cơ thể 
trưởng thành hầu như không phân bào mà kỳ trung gian kéo dài cho đến khi tế 
bào chết hoặc có thể chết. 
1. Kỳ trung gian 
 Ở tế bào trưởng thành, kỳ trung gian chiếm khoảng 90% thời gian của 
chu kỳ tế bào, bao gồm 3 pha là G1, S và G2. Đây là gia đoạn chuẩn bị cơ sở vật 
chất cho sự phân chia tế bào. Thời gian kéo dài của kỳ trung gian phụ thuộc vào 
thời gian của 3 pha G1, S và G2, đặc biệt là G1 vì ở các loại tế bào khác nhau 
thì thời gian G1 khác nhau còn G2 và S tương đối ổn định. 
1.1. Pha G1 
 Đây là pha sinh trưởng chủ yếu của tế bào. Trong pha này hoạt động chủ 
yếu của tế bào là tổng hợp các ARN, protein, gia tăng tế bào chất, hình thành 
thêm các bào quan làm tăng kích thước và khối lượng tế bào. loại Cdk và Cyclin riêng để kích hoạt. Ở động vật có xương sống Cyclin D kết 
hợp với Cdk4, Cdk6. 
 Ở động vật có vú, việc kiểm soát chốt G1 cũng được thực hiện bởi hoạt 
động của một loại protein gọi là P53 (vốn được cảm ứng khi có ADN bị sai 
hỏng). Nếu ADN bị hư hỏng nhẹ, P53 làm cho chu kỳ tế bào tạm dừng lại ở pha 
G1 để sửa chữa ADN. Nếu ADN hư hỏng nặng thì protein P53 hoạt hóa gen dẫn 
đến quá trình tự chết của tế bào theo chương trình. Những tế bào chứa gen đột 
biến P53 ở trạng thái đồng hợp, tế bào sẽ vượt qua G1 kể cả khi tế bào có sai 
hỏng nhẹ và không tự chết khi có sai hỏng nặng tạo đột biến và tái sắp xếp lại 
các ADN dẫn dến phát triển thành tế bào ung thư. 
 Đối với các tế bào phôi sớm, chu kỳ tế bào kéo dài khoảng 30 phút đến 1 
giờ và chúng không có pha G1. Các yếu tố cần thiết của pha G1 đã được chuẩn 
bị trước và có sẵn trong tế bào chất của trứng. 
 Trong quá trình phát triển phôi thai, ở pha G1 các gen trong hệ gen hoạt 
hóa khác nhau và sẽ tổng hợp nên các protein đặc thù và từ đó tạo nên các dòng 
tế bào xoma biệt hóa trong các môn và cơ quan khác nhau của cơ thể. 
 Trong cơ thể trưởng thành, trong các mô vẫn tồn tại tế bào gốc (những tế 
bào vẫn giữ khả năng sinh trưởng, phân bào và sản sinh ra các tế bào biệt hóa 
của mô). Ví dụ như trong tủy xương có dòng tế bào gốc máu có tiềm năng phân 
bào và cho ra các tế bào máu như hồng cầu, các loại bạch cầu. 
1.2. Pha S 
 Diễn ra ngay sau khi tế bào vượt qua điểm kiểm soát R. Trong pha này, 
hoạt động chủ yếu của tế bào là nhân đôi ADN từ đó nhân đôi NST, làm cho các 
NST chuyển từ trạng thái đơn sang trạng thái kép; Ở tế bào động vật có sự nhân 
đôi trung tử. Ở pha này, tế bào vẫn tiếp tục tổng hợp các chất cần thiết và gia 
tăng kích thước. Cuối pha G2 có điểm kiểm soát G2, nếu tế bào vượt qua điểm kiểm soát này thì 
sẽ bước vào nguyên phân. 
 Điểm kiểm soát G2 là một trong những điểm kiểm soát được nghiên cứu 
kỹ nhất. Cylclin bắt đầu được tổng hợp ở pha S và tích lũy dần đến hết pha G2. 
Tại đây, Cyclin kết hợp với Cdk tạo ra phức hợp MPF, phức hợp này kích thích 
tế bào nguyên phân. Vào cuối pha M (kỳ sau), chính MPF lại kích thích sự phân 
hủy Cyclin, còn lại phần Cdk không hoạt động, tế bào bước vào pha G1. 
2. Pha M (nguyên phân) 
 Nguyên phân là kiểu phân bào mà từ một tế bào mẹ tạo ra hai tế bào con 
có bộ NST hoàn toàn giống nhau và giống tế bào mẹ ban đầu. Nguyên phân xảy 
ra ở các tế bào sinh dưỡng và sinh dục sơ khai, có những đặc trưng cơ bản: chỉ 
xảy ra một lần nhân đôi và một lần phân chia NST; các tế bào con tạo ra có thể 
tiếp tục một chu kỳ nguyên phân tiếp theo. của thoi phân bào. 
 Trong kỳ đầu của quá trình phân bào, một nhóm các phức hệ protein có tên 
 là condensin giúp chất nhiễm sắc đóng xoắn, co ngắn và thể hiện hình thái 
 đặc trưng. 
 Các nhiễm sắc thể đính vào thoi phân bào ở đầu kỳ giữa. Đầu dương của các 
 tơ phân bào đính với nhiễm sắc thể qua một phức hệ protein đặc biệt là 
 kinetochores – phức hệ được lắp ráp vào cuối kỳ đầu. 
2.2. Kỳ giữa 
- Thường là kỳ kéo dài nhất của 
nguyên phân. Các trung thể ở hai phía 
đối lập của tế bào. 
- Các NST tập trung trên phiến giữa, 
tâm động của các NST nằm trên 
phiến giữa. Với mỗi NST, thể động 
của các nhiễm sắc tử bám với các vi 
ống thể động từ hai cực đối lập. 
 Hình 5. Kỳ giữa của phân bào nguyên 
 phân 
 Sự chuyển tiếp từ kỳ giữa sang kỳ sau của nguyên phân được thực hiện 
bởi điểm chốt M. Khi tất cả các nhiễm sắc thể đã được bám chắc chắn với các vi 
ống ở thoi trên phiến giữa thì các protein điều chỉnh mới được kích hoạt. Nhiều 
nghiên cứu cho thấy, các protein điều chỉnh trong trường hợp này không phải là 
Cdk. Khi các protein điều chỉnh được kích hoạt, protein này sẽ thiết lập một 
chuỗi các sự kiện phân tử và kết quả cuối cùng là sự phân cắt các cohensin làm 
cho các nhiễm sắc thể phân ly. Cơ chế này đảm bảo cho các tế bào con không 
thể đi tiếp khi mất hoặc thừa nhiễm sắc thể. đóng góp của hai cơ chế có thể thay 
đổi tùy từng loài. 
 Trong tế bào động vật đang phân chia, vi ống không thể động chịu trách 
nhiệm về sự dài ra của tế bào ở kỳ sau. Các vi ống không thể động phát sinh từ 
các cực đối lập lồng vào nhau ở kỳ giữa. Trong kỳ sau đoạn lồng vào nhau ngắn 
đi khi các protein động cơ bám vi ống đẩy chúng xa nhau nhờ năng lượng ATP. 
Khi các vi ống đẩy nhau, các cực của thoi cũng bị đẩy xa nhau làm tế bào dài ra. 
Khi các vi ống dài ra do các đơn vị tubulin được thêm vào các đầu chồng nhau 
của chúng. 
 Vào cuối kỳ sau, hai cực của tế bào có hai bộ nhiễm sắc thể hoàn chỉnh 
và tương đương nhau. 
2.4. Kỳ cuối 
 Trong tế bào hình thành hai nhân. Màng nhân hình thành từ các mảnh của 
màng nhân cũ và các bộ phận khác của hệ thống nội màng. Nhân con xuất hiện 
trở lại. Các NST trở nên ít cô đặc. Sự phân chia nhân từ một thành hai nhân 
giống hệ nhau về di truyền đã kết thúc. 
* Sự phân chia tế bào chất 
 Trong tế bào động vật, sự phân chia tế bào chất xảy ra theo một quá trình 
gọi là sự phân cắt. Dấu hiệu bắt đầu của sự phân cắt là xuất hiện rãnh phân cắt. 
Ở phía tế bào chất của rãnh có một vòng các vi sợi actin liên kết với các phân tử 
miosin, chúng tương tác với nhau làm cho vòng co lại. Rãnh phân cắt ăn sâu 
đến khi tách tế bào thành hai, mỗi tế bào có nhân riêng và chia nhau dịch bào, 
các bào quan và các cấu trúc dưới tế bào. 
 Sự phân chia tế bào chất ở tế bào thực vật có thành xenlulo có sự khác 
biệt tương đối nhiều. Ở kỳ cuối, các túi vận tải xuất xứ từ thể gonghi di chuyển 
dọc theo vi ống đên trung tâm tế bào, ở đây chúng liên kết lại và tạo thành vách - Đối với sinh vật đơn bào nhân thực: Nguyên phân vừa là phương thức sinh 
sản, vừa là phương thức duy trì ổn định bộ NST đặc trưng của loài qua các thế 
hệ. 
- Đối với sinh vật đa bào, nguyên phân có ý nghĩa: 
+ Làm tăng số lượng các tế bào giúp cơ thể sinh trưởng và phát triển hoặc tái 
sinh các mô, cơ quan bị tổn thương. 
+ Là cơ chế duy trì ổn định bộ NST đặc trưng cho loài qua các thế hệ tế bào 
trong suốt quá trình phát sinh, phát triển các thể. 
+ Là cơ chế duy trì ổn định bộ NST đặc trưng cho loài qua các thế hệ cơ thể ở 
những loài sinh sản sinh dưỡng. 
+ Tạo điều kiện cho các độ biến xoma biểu hiện thành thể khảm. 
* Ý nghĩa thực tiễn: Nguyên phân là cơ sở của các phương pháp: 
- Giâm, chiết, ghép cành, duy trì ổn định các đặc tính quý của giống. 
- Nuôi cấy mô, tế bào thực vật để nhân giống nhanh các giống tốt, giống "sạch" 
virut, giống có khả năng chống sâu bệnh và cho năng suất cao. 
B. BÀI TẬP VẬN DỤNG. 
Câu 1. Em có nhận xét gì về kỳ trung gian của: Vi khuẩn; tế bào hồng cầu; 
hợp tử; tế bào ung thư; tế bào thần kinh của người trưởng thành. Giải 
thích? 
Hướng dẫn trả lời: 
- Tế bào vi khuẩn: kỳ trung gian thường rất ngắn, không chia thành các pha như 
ở tế bào nhân thực. Vì Vi khuẩn có cấu tạo đơn giản, phân bào theo lối trực 
phân, không cần tơ phân bào; tốc độ tổng hợp các chất, tốc độ tái bản nhanh  c. Có giả định cho rằng một số nhân thực đơn bào đang tồn tại hiện nay có 
cơ chế phân chia tế bào mà có lẽ là trung gian giữa phân đôi ở vi khuẩn và 
nguyên phân ở đa số nhân thực, hãy chứng minh giả định trên. 
Hướng dẫn trả lời: 
a. Thời điểm xử lí đột biến (loại trừ các yếu tố như: loại tác nhân gây đột biến, 
cường độ, liều lượng, loại TB) thì: 
 - Tác động vào pha S dễ gây đột biến gen. 
 - Tác động vào pha G2 dễ gây đột biến số lượng NST. 
 - Riêng đột biến cấu trúc NST dù tác động vào pha nào cũng dễ gây đột biến. 
b. Tính đặc trưng của bộ NST biểu hiện ở kì giữa của nguyên phân (lúc NST co 
ngắn đóng xoắn cực đại và xếp thành một hàng trên mặt phẳng xích đạo của 
thoi phân bào). 
c. - Ở protist đơn bào hai roi, NST bám vào màng nhân và màng nhân giữ 
nguyên trong phân bào. Các vi ống đi qua nhân trong một ống ngầm tế bào chất 
xuyên qua nhân và định hướng trong không gian cho nhân, nhân phân chia theo 
kiểu cổ xưa như phân đôi ở vi khuẩn. 
 - Tảo silic và nấm men: màng nhân giữ nguyên trong phân bào, các vi 
ống hình thành thoi ở trong nhân. Các vi ống phân li nhiễm sắc thể và nhân tách 
thành hai nhân con. 
Câu 4. Trong chu kì tế bào, pha nào có biến động nhiều nhất về sinh hóa 
và pha nào có biến động nhiều nhất về hình thái? Hai pha này có mối quan 
hệ với nhau như thế nào và có thuận nghịch không? 
Hướng dẫn trả lời: 
- Pha biến động nhiều nhất về sinh hóa : pha S + Loại bỏ các tế bào không mong muốn (vì khi chết theo chương trình thì 
cơ thể không bị nhiễm trùng, không cho vi rút xâm nhập); 
 + Kiến tạo trong biến đổi hình thái (ví dụ nòng nọc đứt đuôi thành ếch) 
 + Điều chỉnh số lượng tế bào cho hợp lý (ví dụ khi tế bào thần kinh 
không kết nối được với tế bào mục tiêu thì tự sát). 
 + Kiểm soát chất lượng tế bào trong sự phát triển: loại bỏ các TB không bình 
thường, sai chỗ, không hoạt động, gây nguy hiểm cho động vật. 
Câu 7: Nêu khái quát các pha của chu kỳ tế bào. Tại sao nói pha G1 vừa là 
pha sinh trưởng vừa là pha kiểm soát của chu kỳ tế bào? 
 Hướng dẫn trả lời: 
 * Các pha của chu kỳ tế bào: 
 - Pha G1: 
 + Kéo dài từ ngay sau khi tế bào đựơc hình thành ở lần phân bào trước đó 
cho đến khi bắt đầu pha S. 
 + Tổng hợp ARN và Prôtêin, sự gia tăng tế bào chất, hình thành thêm các 
bào quan. 
 - Pha S: 
 + Có sự tự nhân đôi ADN và sự nhân đôi NST. 
 + Hàm lượng ADN tăng gấp đôi, NST tăng gấp đôi, NST ở trạng thái kép. 
 + Trung tử tự nhân đôi. 
 + Tổng hợp nhiều hợp chất cao phân tử từ các hợp chất nhiều năng lượng. 
 - Pha G2: + Pha G1: Tổng hợp và tích luỹ chất hữu cơ giúp tế bào sinh trưởng, hình 
thành thêm các bào quan. 
 + Pha S: Tự nhân đôi của ADN, làm cơ sở cho tự nhân đôi của nhiễm sắc 
thể, trung thể tự nhân đôi để hình thành thoi phân bào. 
 + Pha G2: Tổng hợp thêm các chất cần thiết như enzim, histôn, trùng hợp 
tubulin để hình thành thoi phân bào... để sẵn sàng bước vào pha M. 
b.Loại tế bào biệt hóa (như tế bào thần kinh) lại không có khả năng phân chia 
vì: Điểm giới hạn (R) ở cuối pha G1 quyết định khả năng phân chia. Nếu vượt 
qua điểm R thì chuyển sang pha S tiếp tục hoàn thành chu kỳ phân bào. Tế bào 
biệt hoá như tế bào thần kinh thì không vượt qua điểm R, tế bào duy trì ở trạng 
thái của pha G1. 
Câu 9: Mô tả sự biến đổi hình thái của NST qua chu kì tế bào? Ý nghĩa của 
mỗi sự biến đổi đó? 
 Hướng dẫn trả lời: 
Các pha Hình thái Ý nghĩa 
 Tạo điều kiện thuận lợi cho tổng hợp các 
 G1 Thể đơn, sợi mảnh ARN để tham gia tổng hợp prôtêin. Dễ 
 nhận tín hiệu, nhân đôi ADN và NST. 
 Sợi mảnh, NST kép 
 Giúp phân chia đồng đều NST cho 2 tế 
 S gồm 2 sợi crômatit 
 bào con. 
 dính nhau ở tâm động. 
 G2 Sợi mảnh, thể kép Thuận lợi cho tổng hợp ARN.