CHUYÊN đề CHU kì tế bào

Đối với phần năm “ Chu kì tế bào và sự sinh sản của tế bào”, quá trình nguyên phân và giảm phân là phần các em học sinh đã được tìm hiểu tương đối kĩ từ cấp trung học cơ sở, còn phần điề

KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ

MÔN: SINH HỌC CHUYÊN ĐỀ: CHU KÌ TẾ BÀO

Họ và tên: Trần Thị Kim Thoa

Đơn vị: THPT chuyên Lê Hồng Phong- Nam Định

CHUYÊN ĐỀ: CHU KÌ TẾ BÀO

A MỞ ĐẦU

Sinh học tế bào là phân môn đầu tiên được đưa vào nội dung dạy học trongchương trình Sinh học trung học phổ thông Có thể nói, phân môn này đã góp phầnquan trọng mang lại hứng thú, say mê cho các em học sinh khi mới bước chân vàomôi trường học tập mới Nội dung sinh học tế bào về cơ bản dễ tiếp nhận và cónhiều tài liệu tham khảo

Trong cuốn “Tài liệu giáo khoa chuyên Sinh học trung học phổ thông- Sinhhọc tế bào”, nội dung kiến thức được chia làm 5 phần Đối với phần năm “ Chu kì

tế bào và sự sinh sản của tế bào”, quá trình nguyên phân và giảm phân là phần các

em học sinh đã được tìm hiểu tương đối kĩ từ cấp trung học cơ sở, còn phần điềuchỉnh chu kì tế bào là một nội dung mới và liên quan nhiều đến các ứng dụng trongthực tế cuộc sống Nhiều học sinh gặp nhiều bối rối khi học đến phần này

Qua quá trình giảng dạy, tôi đã tóm lược một số nội dung cơ bản và tìm hiểumột số thông tin bổ sung để các em học sinh có cơ sở nắm bắt kiến thức dễ dànghơn đồng thời có hứng thú tìm hiểu sâu hơn về phần chu kì tế bào Do đó, tôi lựachọn viết chuyên đề “Chu kì tế bào” Quá trình soạn thảo không tránh khỏi thiếusót, tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo để chuyên đề được hoànthiện hơn

B NỘI DUNG

* Chuyên đề “Chu kì tế bào” có những nội dung chính sau:

- Khái niệm về chu kì tế bào

- Các giai đoạn của chu kì tế bào

- Điều chỉnh chu kì tế bào

- Một số câu hỏi và bài tập liên quan

I Khái niệm về chu kì tế bào

Chu kì tế bào: là thời gian diễn ra kể từ thời điểm tế bào được hình thành nhờphân bào của tế bào mẹ và kết thúc bởi sự phân bào để hình thành tế bào mới

II Các giai đoạn của chu kì tế bào

1 Kì trung gian

Pha

Đặc điểm

Pha G 1 Pha S Pha G 2

Thời gian Từ ngay sau khi tế bào con

được tạo thành do phân bàođến khi bắt đầu pha S Thờigian tùy thuộc vào chức năng sinh lí của tế bào

Tiếp theo pha G1 Thời gian của pha tương đối ổn định

Tiếp theo sau pha S, thời gian thường ngắn nhất trong 3 pha

Sự kiện

chính

Tế bào sinh trưởng mạnh, tổng hợp các bào quan, protein, enzim, tiền chất tạođiều kiện cho sự tổng hợp ADN, NST

Nhân đôi ADN và NST,

Tổng hợp các thành phần còn lại chuẩn bị cho phân bào đặc biệt là các protei tubulin để tạo thoi phân bào

2 Kì phân bào nguyên phân M

Kì phân bào nguyên phân thường là giai đoạn ngắn nhất trong chu kì tế bào gồm

phân chia nhân là phân chia tế bào chất Sự phân chia nhân được chia thành 5 kì: kìđầu, kì giữa, kì sau, kì cuối Gối lên kì cuối cùng là giai đoạn phân chia tế bào chất

Hạch nhân, màng nhân đã tiêu biến

Hạch nhân và màng nhân đã tiêu biến

Hạch nhân và màng nhân dầnhình thành

Bộ máy phân

bào

Các vi ống cùng các trung

Thoi phân bào

ở vị trí trung

Các sợi tâm động co ngắn

Thoi phân bào dần biến mất

tử dần sắp xếp theo trật tự hình thành thoi phân bào

tâm, đính với nhiễm sắc thể kép tại tâm động

phối hợp với

sự kéo dài của các sợi cực và hẹp lại của thoi, di chuyểnnhiễm sắc thể

về hai cựcNhiễm sắc

thể

Chất nhiễm sắc

đã được nhân đôi, co ngắn hình thành nhiễm sắc thể kép gồm hai nhiễm sắc tử chị em đính vớinhau ở trung tiết

Các nhiễm sắc thể kép đính xếp thành 1 hàng trên mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào, đínhvới các sợi củathoi phân bào tại tâm động

Các nhiễm sắc

tử chị em tách khỏi nhau trở thành nhiễm sắc thể con, di chuyển về hai cực của tế bào

Các nhiễm sắc thể con đã di chuyển về hai cực, dãn xoắn trở thành chất nhiễm sắc

b Phân chia tế bào chất

Màng sinh chất, hệ vi sợi actin Phức hệ gongi, lưới nội chất,

vi ống cực của thoi còn tồ dư

một vòng co rút ở xích đạo

Ở vùng trung tâm xích đạo xuất hiện một vách ngăn

Khi vòng sợi actin co rút kép theo phần màng sinh chất lõm thắt vào trung tâm, mặt phẳng phân cắt tế bào chất thẳng góc với trục của thoi phân bào, khihai màng nối với nhau sẽ phântách tế bào chất thành 2 nửa, mỗi nửa chứa 1 nhân con.

ngang Vách ngăn phát triển dần ra ngoại vi cho đến khi liên kết với vách bao tế bào

từ đó tách tế bào chất thành hai nửa chứa nhân con

III Điều chỉnh chu kì tế bào

III.1 Tầm quan trọng của việc nghiên cứu điều chỉnh chu kì tế bào

Nghiên cứu cơ chế điều chỉnh chu kì tế bào có tầm quan trọng trong nghiên cứusinh học sinh sản, nghiên cứu bệnh học đặc biệt là bệnh ung thư

III 2 Điểm chốt trong chu kì tế bào

a Ý nghĩa của điểm chốt trong chu kì tế bào

Điểm chốt thể hiện cơ chế điều chỉnh theo mối liên hệ ngược trong chu kì tếbào, nghĩa là sự hoàn thành quá trình trước là điều kiện phát động cho quá trình sau

b Các điểm chốt trong chu kì tế bào ở động vật bậc cao

Điểm chốt

Đặc điểm

pha S

Từ pha G2 sang pha M

Từ kì giữa chuyển sang kì sau phân bào

Sự kiện kiểm tra Kiểm tra các quá Kiểm tra các quá Kiểm tra các quá

trình ở G1 đã đượchoàn tất như quátrình tăng trưởng,quá trình chuẩn bịcho sự nhân đôiADN

trình cần hoàn tất:

sự nhân đôi AND,

co xoắn và tăngxoắn của sợi nhiễmsắc, sự tạo thànhcác vi ống chuẩn bịcho sự tạo thànhthoi phân bào

trình: tan rã màngnhân, tạo thoi phânbào, các trung tiếtbám gắn nhiễm sắcthể vào sợi của thoi

c Điểm chốt trong chu kì tế bào ở nấm men

Nấm men có hai đối tượng nghiên cứu chu kì tế bào là Schizosaccharomyces

pompe phân chia theo kiểu phân đôi và dạng Saccharomyces cerevisiae phân chia

theo kiểu mọc chồi

Trong một chu kì tế bào nấm men có một số điểm chốt khác nhau Ở Saccharomyces cerevisiae quan trọng nhất là điểm chốt ở pha G1 gọi là điểm xuấtphát hay điểm khởi đầu S (start) Nếu nấm men thiếu chất dinh dưỡng, chúng sẽ giữ

tế bào tại điểm khởi đầu và đi vào trạng thái nghỉ mà không tiếp tục đi vào pha S.Các nhân tố tín hiệu polipeptit cho sự ghép đôi của tế bào nấm men cũng giữ tế bàotại điểm khởi đầu giúp tế bào nấm đơn bội có thể kết hợp với nhau chứ không đivào pha S Điểm khởi đầu cũng là điểm kiểm soát kích thước tế bào Trong kiểuphân chia nảy chồi, tế bào nhỏ sau khi được tạo ra cần sinh trưởng lớn hơn tế bào

mẹ trước khi chúng có thể phân chia Vì vậy tế bào con nhỏ hơn phải ở pha G1 lâuhơn và sinh trưởng nhiều hơn tế bào mẹ

Ở Schizosaccharomyces pompe, chu kì tế bào được điều hòa chủ yếu bằng cách

kiểm soát điểm chuyển tiếp từ G2 sang M

III.3 Các nhân tố điều chỉnh chu kì tế bào

1 Hệ thống điều chỉnh chu kì tế bào

a Khái niệm

Hệ thống điều chỉnh chu kì tế bào gồm các phức hệ sinh hóa tác động theo chu

kì, đó là các phức hệ protein hoạt động tương tác theo kiểu kích thích và ức chế,phối hợp với các quá trình tiền thân cần thiết cho sự nhân đôi ADN và phân li củaADN

b Thí nghiệm chứng minh có sự tồn tại của các yếu tố tham gia điều chỉnh chu

kì tế bào

* Thí nghiệm trên noãn bào ếch

Tiêm tế bào chất của trứng ếch đã chín nhưng chưa thụ tinh vào các noãn bàoếch đang bị ách lại ở pha G2 của giảm phân I, thì các noãn bào này sẽ chuyển vàopha M để tiếp tục hoàn thành phân bào và trở thành tế bào trứng chín

Như vậy, tồn tại trong tế bào chất của trứng ếch đã chín trên những nhân tố cóhoạt tính gọi là nhân tố phát động trứng chín- MPF Nhiều thí nghiệm sau chứngminh, MPF cũng là nhân tố phát động để tế bào vượt qua điểm chốt G2 để tiến vàoM

* Thí nghiệm tiến hành với các tế bào động vật có vú in vitro

Nuôi cấy in vitro chung các tế bào ở các giai đoạn khác nhau của chu kì, tạo điềukiện cho chúng hòa hợp lẫn nhau bằng phương pháp lai tế bào xoma

VD: đem các tế bào đang ở giai đoạn M nuôi chung với các tế bào ở giai đoạn G1

hoặc giai đoạn S hoặc giai đoạn G2 thì các tế bào này dù ở giai đoạn nào của Gcũng đi vào pha M, thể hiện ở chỗ nhân của chúng có xu thế co ngắn lại giống nhưnhiễm sắc thể của các tế bào đang ở giai đoạn phân bào

c Các thành phần của hệ thống điều chỉnh chu kì tế bào

Hệ thống điều chỉnh chu kì tế bào gồm 2 họ protein chủ yếu:

- Các kinaza phụ thuộc cyclin- Cdk :có tác dụng phát động các quá trình tiền thân

bằng cách gây photphorin hóa nhiều protein đặc trưng tại gốc serin và treonin

- Họ protein cyclin : kiểm tra hoạt tính photphorin hóa của Cdk Khi cyclin liên kết

với Cdk thành một phức hệ thì Cdk ở trạng thái hoạt tính và khi cyclin tách khỏiCdk thì Cdk không có hoạt tính

Bằng có chế tổng hợp và phân giải protein cyclin cùng với cơ chế tạo phức hệ vàgiải thể phức hệ cyclin- Cdk tế bào điều chỉnh chu kì sống của mình Có nhiều loạiCdk và cyclin khác nhau, mỗi loại cần thiết cho các giai đoạn khác nhau của tế bào

2 Các nhân tố sinh trưởng

a Thí nghiệm

Trong nuôi cấy các tế bào động vật in vitro mặc dù môi trường nuôi cấy có đủ

các chất dinh dưỡng cần thiets nhưng tế bào không sinh trưởng và sinh sản nếu nhưkhông cho thêm vào môi trường nuôi cấy “chất huyết thanh” là dịch chiết từ máusau khi để máu ngưng kết

Kết luận: có những nhân tố sinh trưởng tác động lên chu kì tế bào giúp tế bàovượt qua các điểm chốt

b Phân loại nhân tố sinh trưởng

- Bản chất: Hiện nay, người ta biết được trên 50 chất có tác động như nhân tố sinhtrưởng Các nhân tố sinh trưởng thường có bản chất là protein, một số là cáchoocmon steroid

* Lưu ý: các nhân tố sinh trưởng tác động lên tế bào theo nhóm và rất đa dạng, có

thể kích thích hoặc ức chế sinh sản của tế bào tùy theo nồng độ và tùy trường hợp,

có thể tác động lên sinh sản, biệt hóa, di cư của tế bào trong cơ thể đa bào

- Lớp p27: ức chế chu kì tế bào và điều chỉnh sự tăng sinh tế bào trong cơ thể ở giaiđoạn phôi thai

- Lớp p57: ức chế chu kì tế bào của các tế bào được biết hóa của đa số mô của cơthể trưởng thành

4 Các nhân tố khác ức chế sự phân bào

- Các chất hóa học hoặc các bức xạ có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên sự phânbào: sự nhân đôi ADN, sự tạo thành thoi phân bào, tác động lên nhiễm sắc thể, sựphân chia tế bào chất …

- Các chất kháng sinh như actinomixin D, daunomixin, nogalomixin tác dụng liênkết với ADN do đó ức chế sự tổng hợp ADN

- Các chất xicloheximit, puromixin ức chế sự tổng hợp protein bằng cách tác độnglên riboxom

- Các chất chống chuyển hóa chất ankyl, các thuốc nhuộm đều có tác động ức chếhoặc làm sai lệch sự nhân đôi ADN dẫn đến ức chế sự phân bào

- Các chất có nguồn gốc từ thực vật như consixin, colcemit, podophilin,vinblastin…đều có tác dụng ức chế sự tạo thành thoi phân bào, tế bào dừng lại ở kìgiữa tạo các nhân đa bội

III.4 Chu kì tế bào ở một số tế bào của cơ thể động vật

a Các tế bào phôi sớm

Các tế bào phôi sớm thường có chu kì tế bào ngắn, chỉ khoảng 30 phút- 1 giờ.Chu kì tế bào không có pha G1, G2 mà chỉ gồm pha S luân phiên với pha M, cácnhân tố của G1 cần thiết cho sự nhân đôi ADN ở pha S cũng như các nhân tố ở pha

G2 được chuẩn bị sẵn và có trong tế bào chất của trứng

b Tế bào gan người

- Các tế bào thường dừng lại ở giai đoạn G1 , đi vào giai đoạn biệt hóa G0

- Tế bào ở phần gan bị cắt có thể trở lại pha G1 , phân bào cho ra các tế bào ganmới để tái sinh lại phần gan bị cắt

c Tế bào limpho

- Ở giai đoạn biệt hóa G0

- Khi có kích thích của kháng nguyên, các tế bào limpho vượt qua giai đoạn G1,phân bào, sau đó biệt hóa cho ra các tế bào có chức năng miễn dịch như limpho B,limpho T

d Tế bào biểu mô da

- Tế bào trưởng thành đi vào pha G0

- Khi da bị tổn thương, các tế bào biểu mô da có thể trở về G1 và phân bào tái tạo

da bị tổn thương

e Tế bào noron thần kinh

- Tế bào noron sau khi được biệt hóa chuyển vào giai đoạn G0 thì chúng ở trạngthái đó để thực hiện chức năng dẫn truyền xung thần kinh suốt đời

- Hiện nay có những phát hiện mới của khoa học về sự phân chia của tế bào thầnkinh

ra-thay-the-cac-te-bao-chet/40085226/188/ (Tìm thấy quá trình các tế bào thần kinhmới sinh thay thế các thế bào chết)

http://ykhoa.net/yhocphothong/thankinh/55-28.html ( Phát hiện mới của ngànhthần kinh học: não người có khả năng tái tạo)

III.5 Sự chết theo chương trình của tế bào (Apotosis)

1 Vai trò của sự chết theo chương trình của tế bào

- Vai trò kiến tạo trong biến đổi hình thái: các tế bào chết theo chương trình là quátrình bắt buộc quan trọng để tạo nên hình thái của các cơ quan bộ phận trong quátrình phát triển phôi

(Sự chết theo chương trình ảnh hưởng đến phát triển chân ở phôi chuột)

- Điều chỉnh số lượng tế bào: Ví dụ trong sự phát triển của hệ thần kinh, sự chếttheo chương trình của tế bào điều chỉnh số noron tương ứng với số tế bào mục tiêu

mà các tế bào noron kết nối vào

Ở các mô trưởng thành đang tăng trưởng hay co lại, sự chết theo chương trìnhcủa tế bào được điều hòa chặt chẽ cân bằng với sự phân bào VD: một phần ganchuột bị lấy mất ở chuột trưởng thành, tế bào gan sẽ phân chia tăng số lượng bù chophần gan bị mất Nếu chuột bị xử lí thuốc kích thích phân bào ở gan làm phình gan,sau khi ngưng dùng thuốc, sự chết theo chương trình ở tế bào gan sẽ diễn ra mạnh

mẽ để gan trở về kích thước ban đầu

- Kiểm soát chất lượng trong sự phát triển: sự chết theo chương trình của tế bàogiúp loại bỏ các tế bào không bình thường, sai chỗ, không hoạt động hay nguyhiểm cho động vật VD: trong hệ miễn dịch của động vật có xương, sự chết theochương trình loại bỏ các bạch cầu T và B do chúng không sinh các thụ thể đặc hiệuhay loại trừ các bạch cầu bị hoạt hóa bởi sự nhiễm trùng sau khi chúng đã hỗ trợphân giải các vi sinh vật gây nhiễm

2 Biểu hiện của sự chết theo chương trình của tế bào

Tế bào chết theo chương trình có những biến đổi hình thái đặc trưng: tế bào colại và cô đặc, khung xương tế bào gãy vụn, màng nhân tan rã, chất nhiễm sắc tụ lại

và gãy ra từng mảnh Tế bào có dạng “phồng rộp”, các phần của tế bào được đónggói trong các túi, những túi này sau đó được nuốt bởi các tế bào chuyên hóa vàkhông để lại dấu vết Cơ chế này giúp bảo vệ các tế bào lân cận không bị phá hủybởi các enzim tiêu hóa và những enzim khác của tế bào chết có thể bị rò rỉ ra ngoài

Hình bên trái: tế bào bình thường Hình bên phải: tế bào đang có biểu hiện chết theo chương trình

3 Cơ chế chết theo chương trình của các tế bào ở giun tròn Caenorhabditis elegans

Sự chết theo chương trình của C elegans được kích hoạt bởi các tín hiệu làm

hoạt hóa một chuỗi các protein gây ra sự chết của tế bào

- Các thành phần tham gia chính:

+ hai gen ced-3 và ced-4 mã hóa cho các protein ced-3 và ced-4 là những protein

thiết yếu gây chết theo chương trình Các protein này và các protein liên quan đến

sự chết theo chương trình luôn có sẵn trong tế bào nhưng ở dạng bất hoạt

+ một protein nằm ở màng ngoài ti thể gọi là ced-9 là một chất điều hòa chính của

sự chết theo chương trình

- Cơ chế:

+ Khi ced-9 ở trạng thái hoạt hóa, nó ức chế hoạt tính của ced-4, chương trình tự

chết bị ức chế (hình a)

+ Khi tế bào nhận được tín hiệu gây chết làm bất hoạt ced-9, mất khả năng ức chế

ced-4; ced-4 được hoạt hóa sẽ tiếp tục hoạt hóa ced-3- một proteaza Ced-3 hoạt

hóa các nucleaza và proteaza khác dẫn đến các phản ứng trong quá trình tự chết của

tế bào (hình b)

Hình a Hình b

Hình a: Không có tín hiệu gây chết theo chương trình

Hình b: Khi có tín hiệu gây chết theo chương trình

4 Cơ chế chết theo chương trình của các tế bào ở động vật có vú

Ở người và động vật có vú khác có nhiều con đường khác nhau gây nên hiệuứng tế bào chết theo chương trình Mỗi con đường diễn ra phụ thuộc vào loại tế bào

và tín hiệu gây chết

- Con đường liên quan đến các protein ti thể: các protein gây chết theo chường trình

có thể hình thành các lỗ phân tử trên màng ngoài ti thể làm cho nó bị rò rỉ và giảiphóng các protein thúc đẩy sự chết theo chương trình của tế bào, trong số này cócytocrome c là thành phần của chuỗi chuyền electron Quá trình tế bào chết theochương trình liên quan đến ti thể ở động vật có vú sử dụng các protein giống với

các protein ở giun tròn ced-3, ced-4 và ced-9

Một trong các cơ chế đó được miêu tả dưới đây: