Quá trình phân chia tế bào là một phần thiết yếu trong sự phát triển và duy trì sự sống của các sinh vật. Đây là quá trình mà một tế bào mẹ phân chia để tạo ra hai hoặc nhiều tế bào con, đảm bảo sự phát triển, tăng trưởng và sửa chữa các mô trong cơ thể. Bằng cách hiểu rõ về quá trình này, chúng ta có thể khám phá sâu hơn về cách các sinh vật phát triển và duy trì hoạt động sống.
Phân chia tế bào là gì?
Phân chia tế bào là một quá trình cơ bản quan trọng cho sự tăng trưởng và phát triển của các sinh vật sống. Sự phân chia tế bào diễn ra thông qua hai quá trình: Nguyên phân và giảm phân.
Sự phân chia tế bào nguyên phân liên quan đến sự nhân đôi của vật liệu di truyền và sự phân chia tế bào thành hai tế bào con giống hệt nhau. Quá trình này rất cần thiết cho việc sửa chữa mô, tăng trưởng và sinh sản vô tính ở sinh vật.
Mặt khác, bệnh teo cơ là một dạng phân chia tế bào chuyên biệt xảy ra ở các sinh vật sinh sản hữu tính. Không giống như nguyên phân, giảm phân dẫn đến sự hình thành giao tử (tế bào tinh trùng và trứng) với số lượng nhiễm sắc thể bằng một nửa. Nó đảm bảo sự đa dạng di truyền ở con cái. Cả nguyên phân và giảm phân đều đóng vai trò quan trọng trong vòng đời của sinh vật và góp phần tạo nên sự phức tạp và đa dạng của sự sống trên Trái đất.
Tại sao tế bào phân chia?
Tế bào phân chia vì nhiều lý do. Ví dụ, khi bạn bị trầy xước đầu gối, các tế bào phân chia để thay thế các tế bào cũ, chết hoặc bị hư hỏng. Các tế bào cũng phân chia để các sinh vật có thể phát triển.
Khi các sinh vật phát triển, không phải vì các tế bào đang lớn hơn. Các sinh vật phát triển vì các tế bào đang phân chia để tạo ra ngày càng nhiều tế bào. Trong cơ thể con người, gần hai nghìn tỷ tế bào phân chia mỗi ngày.
Các loại phân chia tế bào
Phân chia tế bào nhân sơ
Sinh vật nhân sơ sao chép thông qua một loại phân chia tế bào được gọi là phân đôi nhị phân . Sinh vật nhân sơ là sinh vật đơn giản, chỉ có một màng và không có phân chia bên trong.
Do đó, khi sinh vật nhân sơ phân chia, nó chỉ sao chép DNA và tách đôi. Quá trình này phức tạp hơn một chút, vì DNA trước tiên phải được tháo xoắn bằng các protein đặc biệt. Mặc dù DNA ở sinh vật nhân sơ thường tồn tại trong một vòng, nhưng nó có thể bị rối khi được tế bào sử dụng.
Để sao chép DNA hiệu quả, nó phải được kéo dài ra. Điều này cũng cho phép hai vòng DNA mới được tạo ra tách ra sau khi chúng được sản xuất. Hai sợi DNA tách thành hai mặt khác nhau của tế bào nhân sơ. Sau đó, tế bào dài ra và phân chia ở giữa.
DNA là đường rối. Các thành phần khác được dán nhãn. Plasmid là những vòng DNA nhỏ cũng được sao chép trong quá trình phân đôi nhị phân và có thể được thu thập trong môi trường, từ các tế bào chết bị phân tách. Những plasmid này sau đó có thể được sao chép thêm.
Nếu một plasmid có lợi, nó sẽ tăng lên trong quần thể. Đây là một phần cách kháng kháng sinh ở vi khuẩn xảy ra. Ribosome là những cấu trúc protein nhỏ giúp sản xuất protein. Chúng cũng được sao chép để mỗi tế bào có đủ để hoạt động.
Phân chia tế bào nhân thực: Nguyên phân
Sinh vật nhân chuẩn có các bào quan và DNA liên kết màng tồn tại trên nhiễm sắc thể, khiến quá trình phân chia tế bào trở nên khó khăn hơn. Sinh vật nhân chuẩn phải sao chép DNA, bào quan và cơ chế tế bào của chúng trước khi phân chia.
Nhiều bào quan phân chia bằng một quá trình về cơ bản là phân đôi , khiến các nhà khoa học tin rằng sinh vật nhân chuẩn được hình thành bởi các sinh vật nhân sơ sống bên trong các sinh vật nhân sơ khác.
Sau khi DNA và bào quan được sao chép trong kỳ trung gian của chu kỳ tế bào, sinh vật nhân chuẩn có thể bắt đầu quá trình nguyên phân. Quá trình này bắt đầu trong kỳ đầu, khi nhiễm sắc thể ngưng tụ. Nếu nguyên phân diễn ra mà không có nhiễm sắc thể ngưng tụ, DNA sẽ bị rối và đứt. DNA của sinh vật nhân chuẩn liên kết với nhiều protein có thể gấp nó thành các cấu trúc phức tạp.
Khi nguyên phân tiến hành đến kỳ giữa , nhiễm sắc thể được xếp thành hàng ở giữa tế bào. Mỗi nửa nhiễm sắc thể, được gọi là nhiễm sắc thể chị em vì chúng là bản sao được sao chép của nhau, được tách thành mỗi nửa tế bào khi nguyên phân diễn ra. Vào cuối nguyên phân, một quá trình khác được gọi là phân chia tế bào chất chia tế bào thành hai tế bào con mới.
Tất cả các sinh vật nhân chuẩn đều sử dụng nguyên phân để phân chia tế bào của chúng. Tuy nhiên, chỉ có các sinh vật đơn bào sử dụng nguyên phân như một hình thức sinh sản. Hầu hết các sinh vật đa bào đều sinh sản hữu tính và kết hợp DNA của chúng với DNA của một sinh vật khác để sinh sản.
Trong những trường hợp này, các sinh vật cần một phương pháp phân chia tế bào khác. Nguyên phân tạo ra các tế bào giống hệt nhau, nhưng giảm phân tạo ra các tế bào có một nửa thông tin di truyền của một tế bào bình thường, cho phép hai tế bào từ các sinh vật khác nhau của cùng một loài kết hợp.
Phân chia tế bào nhân thực: Giảm phân
Ở động vật sinh sản hữu tính, thường cần phải giảm thông tin di truyền trước khi thụ tinh. Một số loài thực vật có thể tồn tại với quá nhiều bản sao của mã di truyền, nhưng ở hầu hết các sinh vật, việc có quá nhiều bản sao lại rất có hại. Con người thậm chí chỉ có một bản sao thừa của một nhiễm sắc thể cũng có thể gặp phải những thay đổi có hại cho cơ thể.
Để chống lại điều này, các sinh vật sinh sản hữu tính trải qua một loại phân chia tế bào được gọi là giảm phân . Giống như trước khi nguyên phân, DNA và các bào quan được sao chép.
Quá trình giảm phân bao gồm hai lần phân chia tế bào khác nhau, diễn ra liên tiếp. Lần giảm phân đầu tiên, giảm phân I , tách các nhiễm sắc thể tương đồng. Các nhiễm sắc thể tương đồng có trong một tế bào đại diện cho hai alen của mỗi gen mà một sinh vật có.
Các alen này được tái tổ hợp và tách ra, do đó các tế bào con tạo thành chỉ có một alen cho mỗi gen và không có cặp nhiễm sắc thể tương đồng. Lần phân chia thứ hai, giảm phân II , tách hai bản sao của DNA, giống như trong nguyên phân. Kết quả cuối cùng của quá trình giảm phân ở một tế bào là 4 tế bào, mỗi tế bào chỉ có một bản sao của bộ gen, bằng một nửa số lượng bình thường.
Các sinh vật thường đóng gói các tế bào này thành giao tử , có thể di chuyển vào môi trường để tìm các giao tử khác. Khi hai giao tử cùng loại gặp nhau, một giao tử sẽ thụ tinh cho giao tử kia và tạo ra hợp tử . Hợp tử là một tế bào đơn lẻ sẽ trải qua nguyên phân để tạo ra hàng triệu tế bào cần thiết cho một sinh vật lớn. Do đó, hầu hết các sinh vật nhân chuẩn đều sử dụng cả nguyên phân và giảm phân, nhưng ở các giai đoạn khác nhau trong vòng đời của chúng.
Các giai đoạn phân chia tế bào
Tùy thuộc vào loại phân chia tế bào mà sinh vật sử dụng, các giai đoạn có thể hơi khác nhau.
Các giai đoạn nguyên phân
Nguyên phân bắt đầu bằng kỳ đầu trong đó nhiễm sắc thể được cô đặc. Tế bào tiến tới kỳ giữa , trong đó nhiễm sắc thể được sắp xếp trên tấm kỳ giữa. Sau đó, nhiễm sắc thể được tách ra trong kỳ sau và tế bào chất của tế bào bị kẹp lại trong kỳ cuối . Phân chia tế bào chất là quá trình cuối cùng phá vỡ màng tế bào và chia tế bào thành hai.
Các giai đoạn giảm phân
Các giai đoạn của giảm phân tương tự như nguyên phân, nhưng nhiễm sắc thể hoạt động khác nhau. Giảm phân có hai pha, bao gồm hai lần phân chia tế bào riêng biệt mà không có DNA sao chép giữa chúng.
Giảm phân I và giảm phân II có cùng 4 giai đoạn như nguyên phân: kỳ đầu, kỳ giữa, kỳ sau và kỳ cuối. Phân chia tế bào chất kết thúc cả hai vòng giảm phân.
Ở kỳ đầu I, các nhiễm sắc thể được cô đặc. Ở kỳ giữa I, các nhiễm sắc thể xếp thành hàng ngang từ các cặp tương đồng của chúng.
Khi chúng tách ra ở kỳ sau I và kỳ cuối I, chỉ có một dạng của mỗi gen trong mỗi tế bào, được gọi là phân chia giảm. Giảm phân II diễn ra theo cùng cách như nguyên phân, trong đó các nhiễm sắc thể chị em phân chia trên tấm kỳ giữa.
Ở kỳ cuối II, có 4 tế bào, mỗi tế bào có một nửa số alen là tế bào mẹ và chỉ có một bản sao duy nhất của bộ gen. Các tế bào bây giờ có thể trở thành giao tử và hợp nhất với nhau để tạo ra các sinh vật mới.
Quá trình phân chia tế bào không chỉ là cơ chế để sinh sản và phát triển mà còn là nền tảng cho các ứng dụng y học và sinh học hiện đại, như nghiên cứu ung thư và liệu pháp tái tạo. Việc nắm bắt rõ quá trình này sẽ giúp chúng ta phát triển những phương pháp điều trị mới và cải thiện chất lượng cuộc sống. Vì vậy, việc tiếp tục nghiên cứu về quá trình phân chia tế bào là điều vô cùng cần thiết cho khoa học và y học.
