Mỗi tế bào bắt đầu cuộc sống của mình khi nó tách khỏi tế bào mẹ và kết thúc sự tồn tại của nó, cho phép các tế bào con xuất hiện. Thiên nhiên cung cấp nhiều cách để phân chia hạt nhân của chúng, tùy thuộc vào cấu trúc của chúng.
Phương pháp phân chia tế bào
Sự phân chia hạt nhân phụ thuộc vào loại tế bào:
- Phân hạch nhị phân (tìm thấy ở sinh vật nhân sơ).
- Amitosis (phân chia trực tiếp).
- Nguyên phân (tìm thấy ở sinh vật nhân chuẩn).
- Meiosis (được thiết kế để phân chia tế bào mầm).
Các kiểu phân chia nhân được xác định theo bản chất và tương ứng với cấu trúc của tế bào và chức năng mà nó thực hiện trong tổ chức vĩ mô hoặc tự nó.
Phân hạch nhị phân
Loại này phổ biến nhất trong tế bào nhân sơ. Nó bao gồm nhân đôi phân tử DNA tròn. Sự phân hạch nhị phân của hạt nhân được gọi như vậy vì hai tế bào con có kích thước giống hệt nhau xuất hiện từ tế bào mẹ.
Sau khi vật liệu di truyền (phân tử DNA hoặc RNA) được chuẩn bị theo cách thích hợp, được nhân đôi, từ thành tế bào bắt đầuvách ngăn ngang được hình thành, vách ngăn này dần dần thu hẹp lại và chia tế bào chất của tế bào thành hai phần gần giống nhau.
Quá trình phân hạch thứ hai được gọi là sự nảy chồi, hoặc phân hạch nhị phân không đồng đều. Trong trường hợp này, một phần lồi xuất hiện trên vị trí của thành tế bào, phần này dần dần phát triển. Sau khi kích thước của “quả thận” và tế bào mẹ bằng nhau, chúng sẽ tách ra. Và một phần của thành tế bào được tổng hợp lại.
Amitosis
Sự phân chia hạt nhân này tương tự như mô tả ở trên, với điểm khác biệt là không có sự nhân đôi vật chất di truyền. Phương pháp này lần đầu tiên được mô tả bởi nhà sinh vật học Remak. Hiện tượng này xảy ra ở các tế bào bị thay đổi bệnh lý (thoái hóa khối u), và cũng là một tiêu chuẩn sinh lý cho mô gan, sụn và giác mạc.
Quá trình phân chia nhân được gọi là amitosis, bởi vì tế bào vẫn giữ các chức năng của nó, và không mất chúng, như trong quá trình nguyên phân. Điều này giải thích các đặc tính bệnh lý vốn có trong các tế bào có phương pháp phân chia này. Ngoài ra, quá trình phân chia nhân trực tiếp diễn ra không có trục phân hạch nên chất nhiễm sắc trong các tế bào con phân bố không đều. Sau đó, các tế bào như vậy không thể sử dụng chu kỳ nguyên phân. Đôi khi, hiện tượng amitosis dẫn đến sự hình thành các tế bào đa nhân.
Nguyên phân
Đây là sự phân hạch hạt nhân gián tiếp. Nó thường được tìm thấy nhất trong các tế bào nhân thực. Sự khác biệt chính giữa quá trình này là các tế bào con và tế bào mẹ chứa cùng một số lượng nhiễm sắc thể. Bằng cách ấySố lượng tế bào cần thiết được duy trì trong cơ thể, và quá trình tái tạo và tăng trưởng cũng có thể thực hiện được. Flemming là người đầu tiên mô tả quá trình nguyên phân trong tế bào động vật.
Quá trình phân chia nhân trong trường hợp này được chia thành các kỳ phân bào và nguyên phân trực tiếp. Interphase là trạng thái nghỉ ngơi của tế bào giữa các lần phân chia. Nó có thể được chia thành nhiều giai đoạn:
1. Thời kỳ tổng hợp - tế bào phát triển, protein và carbohydrate tích tụ trong đó, ATP (adenosine triphosphate) được tổng hợp tích cực.
2. Thời kỳ tổng hợp - Vật chất di truyền được nhân đôi.
3. Thời kỳ hậu tổng hợp - các yếu tố tế bào nhân đôi, các protein xuất hiện tạo nên trục phân chia.
Các giai đoạn nguyên phân
Sự phân chia nhân của tế bào nhân thực là một quá trình đòi hỏi sự hình thành của một bào quan bổ sung - centrosome. Nó nằm bên cạnh nhân, và chức năng chính của nó là hình thành một bào quan mới - trục phân chia. Cấu trúc này giúp phân bố đều các nhiễm sắc thể giữa các tế bào con.
Có 4 giai đoạn của nguyên phân:
1. Giai đoạn đầu: Chất nhiễm sắc trong nhân ngưng tụ thành các crômatit tập trung gần tâm động tạo thành các nhiễm sắc thể thành từng cặp. Các nucleoli tan rã và các trung tâm di chuyển về các cực của tế bào. Một trục phân hạch được hình thành.
2. Metaphase: Các nhiễm sắc thể xếp thành một hàng xuyên qua trung tâm của tế bào, tạo thành mảng siêu hình.
3. Tương tự: Các nhiễm sắc thể di chuyển từ trung tâm của tế bào đến các cực, và sau đó tâm động tách ra làm hai. Như làchuyển động có thể xảy ra do trục phân chia, các sợi trong đó co và kéo các nhiễm sắc thể theo các hướng khác nhau.
4. Telophase: Hạt nhân con gái được hình thành. Các chất nhiễm sắc thể lại chuyển thành chất nhiễm sắc, hạt nhân được hình thành, và trong đó - các hạt nhân. Tất cả kết thúc bằng sự phân chia tế bào chất và hình thành thành tế bào.
U bã đậu
Sự gia tăng vật chất di truyền không liên quan đến sự phân chia hạt nhân được gọi là endomitosis. Nó được tìm thấy trong tế bào thực vật và động vật. Trong trường hợp này, không có sự phá hủy tế bào chất và vỏ của nhân, nhưng chất nhiễm sắc sẽ biến thành nhiễm sắc thể, và sau đó khử phân một lần nữa.
Quá trình này tạo ra các nhân đa bội với hàm lượng DNA tăng lên. Tương tự cũng xảy ra trong các tế bào tạo khuẩn lạc của tủy xương đỏ. Ngoài ra, có những trường hợp phân tử DNA tăng gấp đôi kích thước, trong khi số lượng nhiễm sắc thể không đổi. Chúng được gọi là polytene và có thể được tìm thấy trong tế bào côn trùng.
Ý nghĩa của nguyên phân
Phân bào giảm phân là một cách để duy trì một bộ nhiễm sắc thể không đổi. Các tế bào con gái có cùng bộ gen với mẹ và tất cả các đặc điểm vốn có trong đó. Nguyên phân là bắt buộc đối với:
- sinh trưởng và phát triển của một sinh vật đa bào (từ sự hợp nhất của các tế bào mầm);
- di chuyển tế bào từ lớp dưới lên lớp trên, cũng như thay thế tế bào máu (hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu);
- phục hồi các mô bị hư hỏng (ở một số động vật, khả năng tái tạo làmột điều kiện cần thiết để tồn tại, chẳng hạn như sao biển hoặc thằn lằn);
- sinh sản vô tính của thực vật và một số động vật (động vật không xương sống).
Meiosis
Cơ chế phân chia nhân của tế bào mầm có phần khác so với xôma. Kết quả là, các tế bào thu được có lượng thông tin di truyền chỉ bằng một nửa so với các tế bào tiền nhiệm. Điều này là cần thiết để duy trì số lượng nhiễm sắc thể không đổi trong mỗi tế bào của cơ thể.
Meiosis diễn ra trong hai giai đoạn:
- giai đoạn giảm;
- giai đoạn cân bằng.
Quy trình chính xác của quá trình này chỉ có thể xảy ra ở các tế bào có bộ nhiễm sắc thể chẵn (lưỡng bội, tứ bội, lục bội, v.v.). Tất nhiên, vẫn có thể xảy ra quá trình meiosis trong các tế bào có bộ nhiễm sắc thể lẻ, nhưng sau đó thế hệ con cái có thể không sống được.
Chính cơ chế này đã đảm bảo tính vô trùng trong các cuộc hôn nhân giữa các loài khác nhau. Vì các tế bào sinh dục chứa các bộ nhiễm sắc thể khác nhau, điều này khiến chúng khó hợp nhất và tạo ra con cái có thể sống được hoặc có khả năng sinh sản.
Phân chia đầu tiên của meiosis
Tên của các giai đoạn lặp lại các giai đoạn trong nguyên phân: prophase, metaphase, anaphase, telophase. Nhưng có một số khác biệt đáng kể.
1. Prophase: một bộ nhiễm sắc thể kép thực hiện một loạt các biến đổi, trải qua 5 giai đoạn (leptotene, zygotene, pachytene, diplotene, diakinesis). Tất cả điều này xảy ra nhờ sự liên hợp và giao nhau.
Tiếp hợp là sự tập hợp các nhiễm sắc thể tương đồng lại với nhau. Trong leptoten giữa chúng được hình thànhcác sợi mảnh, sau đó trong hợp tử, các nhiễm sắc thể được kết nối thành từng cặp và kết quả là thu được cấu trúc của 4 crômatit.
Lai chéo là quá trình trao đổi chéo các đoạn của crômatit giữa các nhiễm sắc thể chị em hoặc tương đồng. Điều này xảy ra ở giai đoạn pachytene. Sự giao nhau (chiasmata) của các nhiễm sắc thể được hình thành. Một người có thể có từ ba mươi lăm đến sáu mươi sáu lần trao đổi như vậy. Kết quả của quá trình này là sự không đồng nhất về mặt di truyền của vật liệu tạo thành hoặc sự biến đổi của tế bào mầm.
Khi đến giai đoạn lưỡng bội, phức hợp của bốn crômatit bị phá vỡ và các nhiễm sắc thể chị em đẩy nhau. Diakinesis hoàn thành quá trình chuyển đổi từ prophase sang supershase.
2. Siêu âm: Các nhiễm sắc thể xếp hàng gần đường xích đạo của tế bào.
3. Anaphase: Các nhiễm sắc thể, vẫn bao gồm hai chromatid, di chuyển xa nhau về các cực của tế bào.
4. Telophase: Trục quay bị phá vỡ, tạo ra hai tế bào đơn bội với số lượng gấp đôi DNA.
Phân chia thứ hai của meiosis
Quá trình này còn được gọi là "nguyên phân của meiosis". Tại thời điểm giữa hai giai đoạn, sự nhân đôi DNA không xảy ra và tế bào bước vào giai đoạn tiên tiến thứ hai với cùng một bộ nhiễm sắc thể mà nó đã để lại sau giai đoạn telophase 1.
1. Giai đoạn đầu: các nhiễm sắc thể ngưng tụ, tâm tế bào tách ra (tàn dư của nó phân tách về các cực của tế bào), vỏ nhân bị phá hủy và hình thành trục phân chia, nằm vuông góc với trục xoay từ lần phân chia đầu tiên.
2. Metaphase: nhiễm sắc thể nằm ở xích đạo, hình thànhtấm ẩn dụ.
3. Anaphase: Các nhiễm sắc thể phân chia thành các chromatid, chúng di chuyển ra xa nhau.
4. Telophase: một nhân được hình thành trong các tế bào con, các chromatids khử độc tính thành chromatin.
Vào cuối kì 2, từ một tế bào bố mẹ, chúng ta có 4 tế bào con với một nửa bộ nhiễm sắc thể. Nếu giảm phân xảy ra kết hợp với phát sinh giao tử (tức là hình thành tế bào mầm) thì quá trình phân chia diễn ra đột ngột, không đồng đều và một tế bào được hình thành với bộ nhiễm sắc thể đơn bội và cơ thể giảm ba không mang thông tin di truyền cần thiết. Chúng cần thiết để chỉ một nửa vật chất di truyền của tế bào mẹ được bảo tồn trong trứng và tinh trùng. Ngoài ra, hình thức phân chia hạt nhân này đảm bảo sự xuất hiện của các tổ hợp gen mới, cũng như sự di truyền của các alen thuần túy.
Ở động vật nguyên sinh, có một dạng biến thể của bệnh meiosis, khi chỉ xảy ra một lần phân chia trong giai đoạn đầu, và trong giai đoạn thứ hai có một sự lai chéo. Các nhà khoa học cho rằng dạng này là tiền thân tiến hóa của bệnh meiosis bình thường ở các sinh vật đa bào. Có thể có những cách phân hạch hạt nhân khác mà các nhà khoa học chưa biết.
