bai giang sinh hoc dai cuong

MỤC LỤC Chương I CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA SỰ SỐNG I Các nguyên tố liên kết hóa học Các nguyên tố thể sống Tế bào cấu tạo từ nguyên tố vốn có tự nhiên Tuy nhiên 92 nguyên tố có tự nhiên có 22 ngun tố có sinh vật Các nguyên tố chia thành nhóm dựa theo vai trò tham gia vào chất sống, tạo chất hữu cơ, ion hay có dấu vết Trong - Các nguyên tố tham gia cấu tạo chất hữu :N, O, C, H, P, S - Các ion : K+, Na+, Mg++, Ca++, Cl- Các nguyên tố có dấu vết: Fe, Mn, Co, Cu, Zn, B, V, Al, Mo, I, Si Trong thể sinh vật C, H, O, N chiếm tới 96% thành phần tế bào Các ngun tố khác có vết gọi vi lượng hay vi tố Vai trò chủ yếu nguyên tố thể người: - Oxygen (O) chiếm khoảng 65%, tham gia cấu tạo hầu hết chất hữu cơ, phân tử nước tham gia vào trình hơ hấp - Carbon (C) chiếm khoảng 18%, tạo liên kết với nguyên tử khác, tạo khung chất hữu cơ - Hydrogen (H) chiếm khoảng 10%, thành phần nước hầu hết chất hữu - Nitrogen (N) có khoảng 3%, tham gia cấu tạo protein, acid nucleic - Calcium (Ca) có khoảng 1,5% thành phần xương răng, có vai trò quan trọng co cơ, dẫn truyền xung thần kinh đơng máu - Phosphor (P) có khoảng 1%, giữ vai trò quan trọng chuyển hố lượng, thành phần acid nucleic - Kalium (K) (Potassium), có khoảng 0,4% cation (ion+) chủ yếu tế bào, giữ vai trò quan trọng cho hoạt động thần kinh co - Sulfua (S) có khoảng 0,3%, có mặt thành phần phần lớn protein - Natrium (Na) (Sodium), có khoảng 0,2% cation chủ yếu dịch mơ, giữ vai trò quan trọng cân chất dịch, dẫn truyền xung thần kinh - Magnesium (Mg) khoảng 0,1% thành phần nhiều hệ enzyme quan trọng, cần thiết cho máu mô - Chlor (Cl) khoảng 0,1%, anion (ion-) chủ yếu dịch thể, có vai trò cân nội dịch - Sắt (Fe) (Ferrum) có dấu vết, thành phần hemoglobin, myoglobin số enzyme - Iod (I) - dấu vết thành phần hormone tuyến giáp 2 Các liên kết hóa học Các tính chất hóa học ngun tố trước tiên xác định số lượng xếp điện tử lớp lượng ngồi Ví dụ : Hydrogen có điện tử lớp ngồi cùng, carbon có 4, nitrogen có oxygen có Hình 1.1 Mơ hình cấu trúc ngun tử nguyên tố H, C, N, O Các nguyên tử kết hợp với cách xác liên kết hóa học để tạo nên hợp chất * Liên kết hóa học lực hút gắn nguyên tử với Mỗi liên kết chứa hóa học định Phụ thuộc vào số điện tử lớp cùng, nguyên tử nguyên tố hình thành số lượng đặc hiệu liên kết với nguyên tử nguyên tố khác - Có loại liên kết hóa học chủ yếu liên kết cộng hóa trị liên kết ion Trong hoạt động sống liên kết quan trọng liên kết hydro tương tác yếu (như lực hút van der waals vàì tương tác kỵ nước) 2.1 Liên kết cộng hóa trị : Liên kết cộng hóa trị tạo góp chung điện tử nguyên tử Ví dụ : Sự gắn nguyên tử Hydrogen tạo thành phân tử khí Hydrogen phân tử nước có nguyên tử H nối liên kết cộng hóa trị với nguyên tử O : Trong Liên kết cộng hóa trị đơn hai nguyên tử có chung cặp điện tử, liên kết đơi có chung hai cặp điện tử liên kết ba có chung ba cặp điện tử Ví dụ : Hai nguyên tử Oxygen liên kết đôi với hai cặp điện tử thành phân tử Oxygen 2.2 Liên kết ion : Khi nguyên tử nhận thêm điện tử trở nên tích điện gọi ion Những nguyên tử có 1, 2, điện tử lớp ngồi có xu hướng điện tử trở thành ion mang điện dương (cation) Các nguyên tử có hay 6, điện tử lớp ngồi có xu hướng nhận điện tử trở thành ion mang điện âm (anion) Do điện tích khác dấu, cation anion kết hợp với nhờ liên kết ion Liên kết ion khác với liên kết cộng hóa trị khơng góp chung điện tử Ví dụ : Na+ + Cl- = NaCl (muối ăn) 2.3 Liên kết Hydro tương tác yếu khác : - Liên kết Hydro : Liên kết hyđro có xu hướng hình thành ngun tử có điện âm với nguyên tử Hydrogen gắn với Oxy hay Nitơ Các liên kết Hydro tạo phần phân tử hay phân tử Các liên kết Hydro yếu liên kết cộng hóa trị 20 lần giữ vai trò quan trọng hoạt động sống - Lực hút van der waals xảy phân tử gần kề tương tác đám mây điện tử - Tương tác kỵ nước xảy nhóm phân tử khơng phân cực Chúng có xu hướng xếp kề không tan nước trường hợp giọt dầu nhỏ tự kết - Các liên kết Hydro, ion, lực Vanderwals yếu liên kết cộng hóa trị nhiều chúng xác định tổ chức phân tử khác tế bào, nhờ chúng nguyên tử dù có liên kết cộng hóa trị phân tử tương tác lẫn - Các tương tác yếu giữ vai trò quan trọng khơng chúng xác định vị trí tương đối phân tử mà định hình phân tử mềm dẻo protein acid nucleic II Các chất vô Trong thành phần chất sống, chất vô chiếm tỉ lệ nhiều chất hữu Chúng gồm có nước acid, base, muối chất khí hòa tan Trong số nước chiếm tỷ lệ cao quan trọng cho sống Nước (H2O) Trong thể sinh vật nước chiếm phần lớn, cá biệt sứa nước chiếm 98%, động vật có vú nước chiếm 2/3 trọng lượng thể Nước chất vơ đơn giản, có số lượng lớn hành tinh, có tính chất lý hóa đặc biệt nên chiếm phần lớn chất sống có lẽ sống bắt nguồn từ mơi trường nước Cơ thể sinh vật sinh ra, phát triển, chết môi trường nước dù dạng hay dạng khác Về mặt hoá học phân tử nước có nguyên tử Oxygen hai hydrogen Điện tích chung phân tử nước trung hòa, điện tử phân bố không đối xứng nên làm phân tử nước phân cực Nhân nguyên tử Oxygen kéo phần điện tử Hydrogen làm cho vùng nhân trở nên có điện tích âm hai góc, nhân ngun tử Hydrogen trở nên điện dương Do phân cực, hai phân tử nước kề tạo thành liên kết hydro Các phân tử nước tập hợp lại thành mạng lưới nhờ liên kết hydro Bản chất dịnh vào phân tử nước xác định phần lớn tính chất đặc biệt nó, sức căng bề mặt, nhiệt cao, hấp thu nhiều nhiệt lượng, thay đổi nhiệt Do chất phân cực, phân tử nước tập hợp xung quanh ion phân tử khác phân cực Các chất tham gia với liên kết hydro nước gọi ưa nước dễ hoà tan nước Các phân tử không phân cực làm đứt mạng lưới liên kết hydro nước Chúng phân tử kỵ nước Các phân tử kỵ nước đẩy phân tử nước để đứng kề Lượng nước thể nhiều hay ít, tăng hay giảm tùy thuộc vào giai đoạn phát triển trao đổi chất sinh vật Lúc non, nước chiếm tỷ lệ cao lúc già Nước thay đổi quan khác Ví dụ : Ở chất xám nước chiếm 85% , chất trắng 75%, xương 20% men có 10% Hình 1.2 Cấu trúc không gian nước (a,b), liên kết hydro(c), phân tử nước tạo mạng - Nước có vai trò quan trọng thể sống : + 95% nước dạng tự có vai trò quan trọng q trình chuyển hóa trao đổi chất tế bào, tế bào môi trường Các chất hóa học tan nước nhờ nước mà phân phối đều, chúng có hội gặp để phản ứng với + 5% nước dạng liên kết liên kết khác hay kết hợp với thành phần khác protein Khi nước tế bào giảm thấp xuống hoạt động tế bào bị giảm Ví dụ : amip nước co lại nang Do người ta dùng phương pháp chống ẩm để ức chế không cho vi khuẩn hoạt động bảo quản sinh vật Nước có vai trò điều hòa nhiệt độ Nước có nhiệt dung cao, hấp thu nhiều lượng nóng lên chậm, tỏa nhiệt chậm làm nhiệt độ thay đổi không đột ngột Nước làm cho môi trường ôn hòa - động vật thực vật phát triển tạo mơi trường ngồi cho thể Sức căng bề mặt nước lớn nước mao dẫn từ đất lên Hiện tượng giúp máu lưu thông thể động vât Do tầm quan trọng nên nước nhân tố giới hạn sinh mơi Những nơi nước sa mạc sống nghèo nàn, vùng rừng mưa nhiệt đới, vùng bãi triều sông, biển nơi nhiều nước sống phong phú Các chất vơ khác Trong thể ngồi nước có chất vơ khác acid, base, muối vô nguyên tố kim loại Ở động vật có xương, xương chứa nhiều chất vơ (khoảng 1/10 trọng lượng thể, chủ yếu Ca) Các chất vô thường gặp NaCl, KCl, NaHCO3, CaCl2, CaCO3, MgSO4, NaH2PO4, kim loại I, Zn, Fe, Co, dạng vơ cơ, có chất hữu hay gắn với protein Chúng có số lượng ít, coi dấu vết, giữ vai trò trọng yếu nhiều chất hữu Fe, Heme Hemoglobin máu, cobalt vitamin B12 Đặc điểm quan trọng chúng tính chất điện phân cho cation(+) anion(-) từ chúng kết hợp với ion H + OH- để làm thay đổi pH môi trường Các cation anion kết hợp với tạo thành acid, base hay trung tính: H+ + HCO3- → H2CO3 có tính acid NH4+ + OH- → NH4OH có tính base Tuy nồng độ thấp, muối có vai trò đáng kể tế bào thể Sự cân muối giúp cho hoạt động sinh lí xảy bình thường Khi muối bị giảm bất thường gây rối loạn Ví dụ : Ca máu giảm mức bình thường gây co giật Hoạt động tim rối loạn nồng độ K+,Na+, Ca+ cân NaCl trì áp suất thẩm thấu, giữ nước mô, muối mô tăng, áp suất thẩm thấu tăng mơ phải giữ nước để giảm áp suất thẩm thấu Các khí hòa tan Dịch thể chứa khí hồ tan: - Khí CO2 chiếm 0,03% khơng khí Trong thể sinh vật lượng CO nhiều q trình oxy hóa chất hữu sinh Ở thực vật khí CO sử dụng để làm nguồn nguyên liệu tổng hợp chất hữu - Oxygen có nhiều khơng khí (20-21%) hòa tan nhiều tế bào, tham gia vào phản ứng oxy hóa để tạo lượng cần thiết cho hoạt động sinh vật - Nitrogen có nhiều khơng khí (79%) khí trơ, có số vi sinh vật có khả cố định nitơ khơng khí Các sinh vật khác sử dụng nitrogen dạng hợp chất mà không sử dụng dạng khí III Các chất hữu phân tử nhỏ Các chất hữu chất đặc trưng thể sinh vật Chúng có số lượng lớn, đa dạng tạo nên theo nguyên tắc chung cho giới sinh vật Có thể phân biệt hai loại: chất hữu phân tử nhỏ đại phân tử sinh học Các chất hữu phân tử nhỏ gồm chất hydrocarbon, carbohydrate (glucide), lipid, amino acid nucleotide dẫn xuất Một số chất đơn vị cấu trúc (đơn phân) cho đại phân tử sinh học Các chất hữu phân tử nhỏ tổng hợp theo nguyên tắc phản ứng đơn giản enzyme xúc tác Trọng lượng phân tử chúng khoảng 100 - 1000 chứa đến 30 nguyên tử C Các Carbohydrate (glucide) Các nguyên tố tạo thành gồm: C, H O Trong công thức carbohydrate C tỷ lệ H O ln 2:1 phân tử nước Các phân tử carbohydrate khác kích thước chẳng khó khăn phân loại chúng Có nhóm chính: đường đơn (monosaccharide), đường đôi (disaccharide) đường phức (polysaccharide) 1.1 Các đường đơn (monosaccharide ) Đó glucide đơn giản có công thức chung (CH2O)n, số n dao động từ đến Các đường đơn aldehyde hay ketone có thêm nhóm hydroxyl hay nhiều Đường đơn thường phân loại theo số cacbon có chúng Đơn giản đường carbon, gọi triose glyceraldehyde, dihydroxyacetone H-C=O CH2OH H-C-OH C=O CH2OH Glyceraldehyde CH2OH Dihydroxyacetone - Đường (pentose): Ribose Deoxyribose: C5H10O5; C5H10O4 - Đường (hexose): glucose, fructose: C6H12O6 H-C=O (Nhóm aldehyt) H-C-OH HO-C-H H-C-OH H H-C-OH C=O (Keton) HO-C-H H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H H-C-OH H Glucoza Fructoza Trong nhóm nguyên tử kết hợp với theo cách khác nhau, thường hình thành cấu trúc hóa học khác dù số nguyên tử C, H O Các dạng cấu trúc gọi đồng phân cấu trúc Một số kiểu đồng phân có vai trò quan trọng cho hoạt động sống tế bào Glucose Fructose Các nhóm aldehyde hay ketone gluxide phản ứng với nhóm hydroxyl Phản ứng xảy bên phân tử gluxide có n > để tạo vòng hay nguyên tử cacbon Các nguyên tử C trường hợp đánh số thứ tự từ 1, 2, 3, từ đầu gần với nhóm aldehyde hay ketone Hình 1.3 Sự tạo vòng glucose 1.2 Các đường đơi ( disaccharide ) Hai đường đơn gắn với tạo thành đường kép (disaccharide) saccharose (đường ăn thông dụng - glucoseα 1,2 fructose), maltose (glucoseα 1,4 glucose), lactose (galactoseβ 1,4 glucose), thường có thể sinh vật Hình 1.4 Các đường đơn tạo maltose Hình 1.5 Các đường đơn tạo saccharose Đường maltose thấy ống tiêu hóa người sản phẩm tiêu hóa tinh bột, sau gãy tiếp thành glucose để hấp thụ vào thể sử dụng cho q trình hơ hấp Maltose gồm phân tử glucose kết hợp với mối liên kết glycosid Trong thể sống mối liên kết hình thành qua số bước, bước enzyme xúc tác 1.3 Các đường đa (polysaccharide) Là polymer cấu tạo từ đơn vị đường đơn (monomer) chủ yếu glucose có phân tử lớn Các polysaccharide coi đại phân tử sinh học việc tổng hợp chúng giống với phân tử nhỏ Ví dụ: tinh bột bao gồm nhiều trăm đơn vị glucose nối Tinh bột gồm 10-20% amylose tan nước, 80-90% amylopectin không tan nước gây tính chất keo cho hồ tinh bột Tinh bột chất dự trữ tế bào thực vật, glycogen chất dự trữ tế bào động vật Nó có cấu trúc phân tử giống amylopectin phân nhánh mau qua khoảng 8-12 đơn vị glucose (amylopectin - 24-30 đơn vị) Cellulose với số đơn vị glucose 300-15000, không xoắn cuộn mà băng duỗi thẳng tạo vi sợi Tinh bột Tinh bột Vách tế bào Sợi cellulose vách tế bào thực vật Tế bào thực vật Hình 1.6 Các polysaccharide: tinh bột, glycogen cellulose 1.4 Vai trò carbohydrate sinh vật Là nguồn cung cấp lượng chủ yếu sinh vật, thực vật tổng hợp nên chất đường đơn, đường đôi tinh bột Động vật ăn thực vật chuyển glucide thực vật thành dự trữ dạng glycogen, glycogen cần biến đổi thành glucose Glucose nguồn lượng trực tiếp tế bào thể ln có lượng glucose ổn định Ví dụ: Ở động vật có vú 0,1% máu - thiếu hay thừa gây rối loạn Glucose bị thủy phân làm nguyên liệu để tổng hợp lipide - Chức bảo vệ : cellulose cấu tạo nên vách tế bào thực vật, hơp chất hưu diện nhiêu sinh quyên - gồm phân tử glucose nối với thành mạch thẳng dài Chitin cấu tạo nên vỏ loài tiết túc, vỏ tôm - Các glucide thường gắn với protein hay lipide thành glyco-protein, glycolipide tham gia vào cấu trúc màng tế bào Các chất lipid Lipid gồm chất dầu, mỡ có tính nhờn khơng tan nước, tan dung môi hữu ether, chlorophorm, benzene, rượu nóng Giống carbohydrate Các lipid tạo nên từ C, H, O chúng chứa nguyên tố khác P hay N Chúng khác với carbohydrate chỗ chứa O với tỷ lệ hẳn Hai nhóm lipid quan trọng sinh vật là: nhóm có nhân glycerol nhóm có nhân sterol Các nhân kết hợp với acid béo chất khác để tạo thành nhiều loại lipid khác 2.1.Các acid béo: acid hữu có mạch hydrocacbon no acid palmitic: CH 3(CH2)14-COOH, acid stearic: CH3-(CH2)16-COOH, có mạch hydrocarbon khơng no (có nối đôi) acid oleic: CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH Triglycerid Hợp tử phôi bào phơi bào Phân cắt hồn tồn - Hợp tử phôi bào phôi bào Phân cắt hồn tồn - xoắn phơi bào 16 phơi bào 32 phơi bào Phân cắt hồn tồn - phôi bào 16 phôi bào 32 phôi bào Phân cắt hồn tồn - xoắn Hình 7.3 Sự phân cắt hợp tử Lớp phơi bào lớn phía sát nuôi tạo thành màng ối Lớp phôi bào lớn phía xoang ối tạo thành phơi ngồi nằm kề phôi Như lúc phôi nằm xen hai xoang, xoang ối phía túi nỗn hồng phía Về sau túi nỗn hồng thu nhỏ lại tạo xung quanh phía ngồi túi bên phơi xoang ngồi phơi IV Giai đoạn sinh trưởng Định nghĩa: Trong sách khác giai đoạn sinh trưởng có nhiều tên gọi khác – ví dụ giai đoạn kế phôi thai, giai đoạn sau phôi, giai đoạn hậu phôi - - - - - Tiếp sau giai đoạn sau phôi giai đoạn sinh trưởng, giai đoạn màng ấu trùng non tách khỏi nỗn hồng, vỏ trứng thể mẹ, dựa vào “sự tự hoạt động” thân để liên tục sinh trưởng, phát triển, để tăng tiến khối lượng, kích thước chuẩn bị sở vật chất cho chuyển biến chất sang giai đoạn thành niên tiếp Đặc điểm: Trong giai đoạn ấu trùng non tự hoạt động để tăng tiến khối lượng kích thước với tốc độ mạnh mẽ Tốc độ tăng đồng hóa lớn, cao tốc độ dị hóa nhiều Sự phát triển chưa cân đối, chưa hài hòa quan; số quan chưa hoàn chỉnh; số quan bị hay thay quan giai đoạn trưởng thành Cơ quan sinh dục chưa phát triển chưa hoạt động cách có hiệu Khả thích nghi chống đỡ với ngoại cảnh yếu Phân loại:  Tùy theo đặc điểm sinh trưởng giai đoạn mà sinh vật xếp vào hai nhóm: Nhóm sinh trưởng có giới hạn: Các sinh vật có thể lớn lên số giai đoạn xác định vòng đời Gia tăng khối lượng kích thước thể chủ yếu diễn hết thời kỳ sinh trưởng, đạt tới giới hạn định đặc trưng cho lồi dừng lại Thuộc nhóm có nhiều lồi chim, động vật có vú người Nhóm sinh trưởng khơng có giới hạn: Sự lớn lên thể sinh vật thuộc nhóm diễn suốt đời sống cá thể cách liên tục (một số lồi bò sát)  Tùy theo đặc điểm kiểu phát triển hậu phôi, động vật chia làm hai nhóm: Nhóm phát triển trực tiếp (khơng biến thái): nhóm động vật mà giai đoạn sinh trưởng quan có sẵn từ giai đoạn phơi hồn chỉnh thêm thực chức sinh vật trưởng thành, biến đổi hình thành dạng đại cương thể, khơng có quan cũ xuất quan mới, thay quan cũ (đa số lồi chim, động vật có vú, người) Nhóm phát triển gián tiếp (có biến thái): giai đoạn phát triển, ấu trùng non phải trải qua hai nhiều lần biến đổi sâu sắc hình thái bên ngồi cấu trúc bên phát triển thành sinh vật trưởng thành Một số quan tạo thành giai đoạn phôi trì giai đoạn đầu sống hậu phơi, sau thay quan – gọi phát triển hậu phơi có biến đổi (như lưỡng thê, muỗi)  Trong giai đoạn sinh trưởng dựa khả hoạt động ấu trùng người ta phân biệt hai dạng: Dạng non khỏe, có khả hoạt động sau tách khỏi nỗn hồng; vỏ trứng thể mẹ (gà con, bê, nghé, hươu nai con…v.v) Dạng non yếu: dạng non sau tách khỏi nỗn hồng, vỏ thể mẹ chưa phát triển đầy đủ cần bố mẹ chăm sóc thời gian (chim non, hổ non, trẻ sơ sinh) V Giai đoạn trưởng thành Định nghĩa: Là giai đoạn kế sau giai đoạn sinh trưởng – giai đoạn mà sinh vật bắt đầu có khả hoạt động sinh dục có nhiều hiệu tiến hành hoạt động sinh dục tích cực để tạo hệ mới, trì tồn lồi Đặc điểm: Sự phát triển thể nhảy vọt vật chất Cấu trúc quan thể hoàn chỉnh thực chức sinh lý, sinh hóa cách thục phối hợp hoạt động cách hài hòa, cân xứng thể Q trình đồng hóa, dị hóa mạnh mẽ cân tương đối; hoạt động tích cực mạnh mẽ; khả thích nghi chống chịu với ngoại cảnh cao; hoạt động sinh dục tích cực có hiệu quả; thời gian hoạt động sinh dục dài hay ngắn tùy thuộc vào lồi, sau khả hoạt động sinh dục giảm dần ngừng hẳn sống cá thể chuyển sang giai đoạn khác Có sinh vật thời kỳ trưởng thành khéo dài hàng chục năm, vài trăm năm; có lồi hoạt động sinh dục lần chết; có lồi vài Phân loại:  Dựa vào cách thụ tinh giai đoạn trưởng thành người ta chia nhóm động vật khác nhau: +Nhóm động vật tự thụ tinh: động vật lưỡng tính, quan sinh dục đực thể tự thụ tinh Thuộc nhóm có số động vật bậc thấp (giun dẹp, giun đốt…) +Nhóm động vật thụ tinh chéo: Gồm số động vật lưỡng tính bậc thấp sán toàn động vật bậc cao đơn tính có quan sinh dục đực thể riêng biệt hai thể đực Đây hình thức tiến hóa cao sinh vật + Nhóm động vật thụ tinh ngoài: Sự thụ tinh trứng tinh trùng tiến hành ngồi thể mẹ - bố, mơi trường nước (cá, lưỡng thê) + Nhóm động vật thụ tinh trong: thụ tinh xảy thể Đây hình thức tiến hóa cao, đảm bảo hiệu suất thụ tinh cao (động vật không xương sống bậc cao, động vật có xương bậc cao, trùng, chim, động vật có vú)  Dựa vào phương thức bảo vệ non mà người ta xếp động vật làm hai loại: + Nhóm động vật đẻ trứng (cá, lưỡng thê, bò sát, chim) +Nhóm động vật đẻ (động vật có vú, người) Ngồi số lồi vừa đẻ trứng vừa đẻ cá mập, số thằn lằn, số côn trùng rắn Trứng chúng chứa đầy nỗn hồng Sau thụ tinh trứng lưu lại lâu ống sinh dục nở Tuy phát triển phơi khơng có liên quan chặt chẽ tới thành ống dẫn trứng không phụ thuộc dinh dưỡng vào thể mẹ VI Giai đoạn già lão Định nghĩa Là giai đoạn kế sau giai đoạn trưởng thành, bao gồm biến đổi sâu xa dẫn tới làm giảm hẳn khả hoạt động mặt thể trưởng thành  gọi lão hóa Đặc điểm Đặc điểm đặc trưng giai đoạn giảm sút khả hoạt động sinh dục hẳn khả hoạt động sinh dục Khả hoạt động chức quan thể giảm sút so với giai đoạn trưởng thành Q trình thối cấu trúc chức quan song song với giảm sút trình trao đổi chất, trình dị hóa mạnh đồng hóa Sự già hóa quan, hệ quan khác thể bắt đầu xảy thời điểm khác tốc độ hoạt động đồng bộ, hài hòa thể bị thương tổn Sự hoạt động quan không đáp ứng đầy đủ nhu cầu đòi hỏi quan khác, kết dẫn đến loại bệnh giả khác Cá thể sinh vật trở nên hoạt động mặt, khả thích nghi chống đỡ với ngoại cảnh giảm sút Sự đồng cân đối quan tạo nên trạng thái “khủng hoảng lão hóa” Sau thời gian khủng hoảng dài ngắn tùy loài tùy thể trạng cá thể dẫn tới hai khả sau: - Nếu già hóa diễn từ từ, khủng hoảng lão hóa khơng q cấp tập, quan già đáp ứng nhu cầu tối thiểu quan chưa già, kéo dài thời điểm toàn hệ quan thể lão hóa thể chuyển sang trạng thái cân mới, trạng thái cân đại lão Ở trạng thái quan thể hoạt động tương đối hài hòa cân mức độ thấp nhiều so với giai đoạn trưởng thành Sự sống cá thể sinh vật tiếp tục kéo dài với hoạt động mặt - Nếu già hóa quan thể giai đoạn q nhanh, q cấp tập ác liệt, khơng đáp ứng đòi hỏi quan khác cách bản, ngừng hoạt động sống cá thể chuyển sang giai đoạn tử vong VII Giai đoạn tử vong Là giai đoạn ngắn, dẫn tới chấm dứt sống cá thể Khi phân thể, quan số quan quan trọng không thực chức sinh lý – sinh hóa mình, không đáp ứng yêu cầu quan khác dẫn tới kiện tính chất “tổng thể hài hòa phối hợp chặt chẽ” thể bị phá vỡ Sự ngừng hoạt động quan, phận kéo theo ngừng hoạt động tất quan phận khác thể, dẫn tới cáci chết cá thể Đó chết tự nhiên, hay chết già VIII Về chế phát triển Một số vấn đề di truyền sở phân tử phát triển phôi sớm 1.1 Đặc điểm chung hoạt động gen phát triển phôi sớm Giai đoạn phát triển phôi sớm giai đoạn đặc biệt ý lí sau: Trong thời kỳ bắt đầu biểu gen có hợp tử Bắt đầu hoạt động quy luật hình thành phơi, biến đổi hệ thống đơn bào sang hệ thống đa bào Chính vào giai đoạn bắt đầu hoạt động sản phẩm nhiều gen, tổng hợp tích lũy dự trữ nhân tế bào chất từ giai đoạn tạo noãn, gây nên ấn tượng rõ rệt thiếu kiểm sốt gen q trình phát triển phôi sớm, rõ rệt phát triển kiểm soát tác nhân tế bào chất Để nghiên cứu giai đoạn người ta sử dụng số phương pháp sau: - Phân tích loại phân tử sản phẩm hoạt động gen phát triển phôi sớm (như ARN, protein cấu trúc, enzim) - Nghiên cứu di truyền thực nghiệm hủy nhân, cắt bỏ tế bào chất, v.v - Nghiên cứu tiềm nhân, phôi bào tách riêng, phối hợp phôi bào, cấy nhân tế bào xôma vào trứng - Nghiên cứu q trình phát triển sớm phơi có gen bị biến đổi đơn bội, đa bội, với sai lệch nhiễm sắc thể, đột biến Dưới trình bày sơ lược phần kết quan trọng thu 1.2 Về hoạt động tái phiên mã phát triển sớm Trước tiên phải nói đến ADN thành phần gen, đồng thời có mối tương quan nghịch tái phiên mã Khi ADN tái lúc khơng có hoạt động phiên mã, đồng thời hoạt động phiên mã diễn mạnh vào thời kì khơng có tái quần thể phân chia mạnh, hoạt động phiên mã thường yếu quần thể tế bào chuyên hóa, tế bào pha Go, tức khơng có tái ADN khơng có phân bào Sau thụ thai, tái ADN phân bào xảy liên tiếp Thí dụ cá lưỡng thê, chu kì tế bào chiếm khoảng 30 phút Sự tổng hợp ADN, tức pha S, chiếm 15 phút, chu kì tế bào gồm có hai pha S M, tức có tổng hợp ADN phân chia, khơng có pha chuẩn bị G1 G2 ruồi giấm phân cắt diễn nhanh nữa, phút lại lần phân bào Như vậy, suốt giai đoạn phân cắt khơng có hoạt động phiên mã Giai đoạn dài hay ngắn tùy thuộc vào loại trứng Người ta thấy có liên hệ kích thước trứng thời điểm bắt đầu hoạt động gen Trứng lớn, có nghĩa lượng chất dự trữ lớn hoạt động gen bắt đầu muộn, thí dụ cá lưỡng thê trứng nhỏ, nhỏ 200 micromet động vật có vú, tổng hợp ARN (hay hoạt động gen) bắt đầu sớm, từ giai đoạn 2-4 phôi bào Trong thời kì tạo nỗn, ARN tổng hợp với tốc độ cao nhiên rõ ràng khơng có phối hợp tổng hợp loại ARN khác ta thấy có lệch pha tổng hợp tARN, 5S ARN với 28S 18S ARN Sự bất phối hợp có lẽ phân tử tổng hợp nên để sử dụng mà để dự trữ cho giai đoạn phát triển sau Nhiều dẫn liệu chứng tỏ có tổng hợp ARN thông tin giai đoạn dự trữ ARN cho giai đoạn phát triển sau, nhiên phát hiện, tách chiết phân tích ARN việc khó khăn Trong suốt thời kỳ thành thục hồn tồn khơng có tổng hợp ADN loại ARN Rất đặc biệt gần suốt trình phân cắt khơng thấy có hoạt động gen, khơng có hoạt động phiên mã gen Vào cuối giai đoạn phân cắt, bắt đầu hoạt hóa gen tARN ARN không đồng (người ta cho ARN không đồng ARN thông tin, iARN), sau gen 28S, 18S 5S ARN đồng thời hoạt hóa tổng hợp phối hợp với với tỷ lệ cần thiết cho trình tổng hợp protein 1.3 Chu kỳ sinh hình nhân phát triển phôi sớm Năm 1959 xuất phương pháp làm hoạt tính nhân phóng xạ tiến hành nhiều thí nghiệm quan trọng vai trò nhân phát triển phơi sớm Nhân tế bào chất khác độ mẫn cảm với chiếu xạ (chiếu xạ ion hóa chiếu xạ tia cực tím) Nhân có độ mẫn cảm lớn nhiều so với tế bào chất, chọn liều chiếu xạ phá hủy hoàn toàn nhân mà khơng có ảnh hưởng nhiều tới tế bào chất Nghiên cứu tiến hành phôi cá chạch với liều chiếu chọn 20Kr (kilorơnghen) Nếu phá huỷ nhân hợp tử phôi tiếp tục phân cắt, phôi bào không chứa nhân Phôi không nhân tiếp tục phát triển giai đoạn phôi nang, nhiên khơng thể bước sang tạo phơi vị Thí nghiệm chứng tỏ giai đoạn phân cắt phôi nang không cần tới nhân chạch, nhiệt độ 210 C, phôi đạt tới giai đoạn phôi nang muộn giai đoạn gọi giai đoạn Nếu chiếu xạ tiến hành 1-2 sau thụ thai, kết Kết không thay đổi chiếu vào 4,5,6, phôi ngừng phát triển giai đoạn Các thí nghiệm chứng tỏ iARN tổng hợp dự trữ tạo nỗn đủ để đảm bảo cho phơi phát triển đầu đầu nhân không hoạt động Kết khác hẳn chiếu xạ tiến hành vào thứ bảy Các phôi rõ ràng bắt đầu tạo phôi vị ngừng phát triển giai đoạn phôi vị sớm, giai đoạn 12 Nếu chiếu xạ vào thứ 8, phôi ngừng phát triển vào cuối tạo phôi vị, giai đoạn 16 Chiếu xạ vào thứ phôi ngừng phát triển sau hồn thành tạo phơi vị Như hoạt động nhân đảm bảo cho phát triển tiếp tục Sự hoạt động nhân đảm bảo cho trình tạo hình phôi, người ta gọi hoạt động sinh hình nhân hoạt động có tính chất chu kì gọi chu kì hoạt động sinh hình nhân phát triển Chu kì thứ thời kì hoạt động nhân vào 7, Chiếu xạ vào thứ 10, 11, 12 13 không ảnh hưởng tới tạo phôi vị Chu kì hoạt động sinh hình thứ hai nhân vào giai đoạn từ 14 tới 22 Giờ thứ 14 hoạt động nhân đảm bảo cho phát triển mầm thần kinh diễn vào giai đoạn 17- 28 Chiếu xạ vào thứ 22 gây ngừng phát triển hệ thần kinh vào thứ 26 ngừng phát triển thể tiết vào thứ 32 Tóm lại, lưỡng thê, phôi phát triển qua giai đoạn phân cắt nhờ chất dự trữ có trứng mà khơng cần có hoạt động nhân Vào cuối giai đoạn phân cắt bắt đầu có hoạt động sinh hình nhân đảm bảo cho trình phát triển Quyết định biệt hoá 2.1 Các khái niệm Như phần ta thấy, phơi tế bào, có khả phát triển thành phôi nguyên vẹn Trong phân cắt trở thành đa bào phơi bắt đầu có phân hố, tế bào thuộc khu vực khác trở nên khác nhau, khu vực phát triển theo hướng định Sự biến đổi mầm tế bào trở nên khác với mầm khác tế bào khác gọi biệt hoá (differentiation) Các khu vực (hay mầm) luôn phải trải qua giai đoạn mà số phận chúng bị thay đổi để phát triển theo hướng khác, mầm phát triển theo số hướng hay nói cách khác chúng đa tiềm Do có giai đoạn mà có điều chỉnh phơi, có nghĩa khơi phục tiến trình phát triển bình thường bị làm sai lệch Sự khơi phục có có thay đổi hướng phát triển phần khác bù vào Tuy nhiên theo tiến trình phát triển, lúc xảy kiện mầm thu hẹp tiềm lại phát triển theo hướng xác định Sự kiện gọi định (determination) Như định xác định hướng phát triển (hay nói xác định số phận) khu vực phôi Một thời gian dài, phôi sinh học sâu tìm hiểu vấn đề xảy định Còn vấn đề sao, nguyên nhân gây nên định khó nhiều người ta có số câu trả lời mà phần nhiều mang tính chất phán đoán 2.2 Quyết định, biệt hoá điều chỉnh giai đoạn sớm Người ta tiến hành thí nghiệm làm sai lệch q trình phát triển để xem khả điều chỉnh phôi, tức để tìm hiểu thời điểm xảy định giai đoạn chưa phân cắt, người ta hút bớt cắt bớt phần tế bào chất giai đoạn phân cắt người ta tách riêng phôi bào, phối hợp phôi bào từ vị trí khác Tuỳ theo khả điều chỉnh sau thí nghiệm vậy, W Roux phân biệt hai loại trứng: trứng điều hoà trứng khảm Trứng điều hồ trứng có khả điều chỉnh cao, trứng khảm gồm khu vực tế bào chất có số phận chắn, khơng thay đổi hướng phát triển, khơng có khả điều chỉnh Trứng có khả điều chỉnh cao trứng sứa-thuỷ tức, thí dụ Aegineta Mỗi số 32 phôi bào (ở giai đoạn 32 phôi bào) tách riêng phát triển thành thể bình thường Với trứng cầu gai phân cắt, tách riêng theo múi kinh tuyến 1/8 phơi cho cá thể bình thường Nếu tách riêng theo vĩ độ phơi bào cực động vật cho nhiều cấu trúc ngoại bì hơn, phơi bào từ cực thực vật cho phơi có nội bì q lớn Điều nói lên có khác biệt tiềm phần động vật phần thực vật Sự khác biệt có từ chưa phân cắt, tượng gọi phân vùng nỗn bào chất trứng Trứng lưỡng thê loại trứng có khả điều chỉnh, tức thuộc loại trứng điều hồ giai đoạn hai phơi bào, phơi bào tách riêng cho thể bình thường Tuy nhiên quan sát cho biết trường hợp xảy rãnh phân cắt qua liềm xám Như vậy, có vai trò quan trọng việc điều chỉnh loại nguyên liệu định khu vùng liềm xám, ngun liệu dây sống-trung bì Cần phải nói thêm trước thụ tinh trứng ếch phân biệt hai khu vực vùng động vật vùng thực vật Sau thụ tinh xuất vùng liềm xám Đối với động vật có vú, thí nghiệm tách 2, phôi bào cho thấy khả điều chỉnh hoàn toàn giai đoạn Thậm chí ghép 2, 3, phơi làm phơi hỗn hợp cho cá thể bình thường Thuộc loại khảm trứng hải tiêu, sứa lược, giun tròn dạng phân cắt xoắn lồi nói trên, phơi bào tách riêng cho cấu trúc mà phơi bình thường cho Thí dụ hải tiêu, sau thụ tinh phân biệt trục đầu-đi phải-trái Một phơi bào tách riêng có 1/4 thể, nửa đầu phải, nửa đầu trái, nửa phải nửa trái sứa lược có lược bơi chạy dọc theo kinh tuyến Một hai phôi bào tách riêng cho sứa có lược, phơi bào cho sứa hai lược phân vùng noãn bào chất xác định, dù có can thiệp thực nghiệm, số phận vùng lược không đảo ngược Phôi thể khảm khu vực xác định Qua phần thụ tinh phân cắt ta biết trứng có loại hạt đặc biệt, có màu sắc hình thái khác mà người ta theo dõi Sự di chuyển định khu hạt thị cho phân vùng nỗn bào chất Các thí dụ trình bày cho ta thấy phân biệt hai loại trứng điều hoà khảm tương đối, tuỳ thuộc vào thời điểm bắt đầu định Sự định sớm theo hai hướng: động vật cho ngoại bì thực vật cho nội bì, hướng thứ ba trung bì xuất muộn chút Sự định trứng khảm lại diễn sớm Về chế đưa tới phân hai vùng động vật thực vật có giả thuyết Tshaild (Child C.M.,1936) Ông cho xác định hai cực động vật thực vật đặc tính phân bố mạch máu xung quanh nang trứng gây nên Phần máu gần gốc mạch nhiều oxi cho phần động vật, phần thực vật hình thành phần mạng mạch xa gốc oxi Trên thực tế vấn đề có lẽ phức tạp Với lưỡng thê, nhờ có phương pháp đánh dấu thuốc nhuộm sống, vơ hại mà người ta theo dõi số phận khu vực khác trứng thụ tinh phôi nang Bản đồ khu vực bề mặt phơi nang gọi đồ số phận khu vực đoán trước Bằng phương pháp cắt riêng khu vực, đem nuôi cấy riêng rẽ cấy vào khu vực khác, J.Holfreter cho biết giai đoạn phôi nang muộn, khu vực thay đổi hướng phát triển Thí dụ miếng ngoại bì cấy vào vùng trung bì phát triển phù hợp với vị trí để tạo trung bì Tuy nhiên tới giai đoạn phôi vị muộn, hướng phát triển mầm xác định Phôi lúc thể khảm khu vực có số phận xác định Lúc phơi bị mầm thể phát triển nên thiếu phần Khơng khả điều chỉnh có giai đoạn Đặc biệt chưa có sai khác đáng kể hình thái mầm người ta cho giai đoạn xảy biệt hoá hố học 2.3 Vai trò vị trí phơi bào động vật có vú Như ta thấy, bọn không ối, xác định hai hướng lớn sơ khởi (nội bì ngoại bì) sai khác nỗn bào chất Ở động vật có vú, sau phân cắt, tế bào biệt hoá trước tiên theo hai hướng: nút phôi lớp dưỡng bào Nhiều thí nghiệm cho thấy vị trí phơi bào (trong quan hệ với tế bào xung quanh) định hai hướng giai đoạn phơi bào, phơi bào tách riêng cho phơi tồn vẹn Do phân cắt khơng đồng thời nên có giai đoạn 5-7 phơi bào giai đoạn có tế bào bao bọc toàn tế bào khác Một thời gian ngắn sau vị trí tế bào trở nên thiên khả phát triển thành nút phơi, đồng thời tế bào có mặt tiếp xúc với bên định để phát triển thành dưỡng bào (lá nuôi) Nếu giai đoạn phôi bào người ta tách riêng phơi bào phơi bào khơng cho phôi nguyên vẹn đa số cho túi phơi khơng có nút phơi Thí nghiệm ghép phơi thuộc dòng chuột khác cho kết tương tự giai đoạn phơi bào bao quanh phơi dòng chuột đen 14 phơi thuộc dòng chuột trắng Hỗn hợp 15 phôi phát triển phôi Do thân phôi phát triển từ nút phôi nên chuột sinh luôn chuột đen mà chuột trắng Ngược lại vậy, đem 14 phơi dòng đen bao quanh phơi dòng trắng kết cho chuột trắng tế bào bao quanh phát triển thành dưỡng bào mà khơng cho thân phơi Tóm lại vị trí phơi nguyên nhân xác định hướng phát triển mầm phôi 2.4 Sự cảm ứng phôi Trên thí nghiệm tách phơi bào giai đoạn phân cắt cho biết nửa phơi có chứa nguyên liệu liềm xám phát triển thành phôi bình thường, nửa khơng chứa liềm xám phát triển thành đống lộn xộn tế bào nội ngoại bì Bằng phương pháp đánh dấu theo dõi người ta biết liềm xám nguyên liệu mơi lưng phơi vị Đó khu vực có hoạt tính cao, vào phơi với tốc độ nhanh nhất, tạo ruột nguyên thủy sau cho nguyên liệu trước dây sống phần trung bì trục Để xác minh vai trò liềm xám, hay mơi lưng phơi vị Spemann cắt miếng môi lưng cấy vào phía bụng phơi khác (xem h46) Để theo dõi số phận mầm cấy, ông dùng miếng mơi lưng phơi cá cóc mào (Triturus cristatus) hồn tồn khơng có sắc tố, cấy vào phơi cá cóc thường (Triturus taeniatus) với tế bào chứa đầy sắc tố đen Kết miếng nguyên liệu liềm xám có hành vi phát triển bình thường, có nghĩa lộn vào trong, tạo trước dây sống, dây sống phần thể tiết, kết hình thành nên phơi ngun vẹn dính với phơi chủ, giống trường hợp đôi sinh đôi Xiêm người Phôi phụ có đủ quan, nhiên hệ thần kinh, ruột nhiều phận khác hình thành nên từ mô chủ Như môi lưng gây nên chuyển động tạo phôi vị, yếu tố tổ chức nên tồn phơi, Spemann gọi mơi lưng, nguyên liệu trung bì-dây sống tổ chức tố (organizer) Tác động lớn tổ chức tố gây ảnh hưởng lên ngoại bì nằm sát bên nó, làm cho phần ngoại bì phát triển thành hệ thần kinh từ mà hình thành nên sơ đồ cấu trúc trục phơi ảnh hưởng gọi cảm ứng phơi ảnh hưởng gây tạo thần kinh cảm ứng phôi sơ cấp ảnh hưởng phôi giai đoạn muộn ta thấy có ảnh hưởng cảm ứng phát triển quan khác, cảm ứng thứ cấp Sau Spemann phát minh cảm ứng phôi, nhà nghiên cứu bắt đầu tìm chế tượng Đầu tiên người ta nghĩ gây cảm ứng đặc tính đơn tổ chức tố cấu khác khó mà có tính chất Tuy nhiên, vài năm sau người ta phát tổ chức tố bị giết chết (luộc chín ngâm rượu) gây tạo cấu trúc thần kinh Như tính chất tổ chức tố có lẽ chất hóa học chứa định Phát lại kích thích hàng loạt nghiên cứu chất hóa học gây cảm ứng Việc phát hàng loạt mơ, hàng loạt chất hóa học gây cảm ứng đưa tới ý nghĩ tính đặc hiệu tương đối chất cảm ứng Tính đặc hiệu có lẽ cần phải tìm khả tiếp nhận cảm ứng ngoại bì Nghiên cứu khả gây cảm ứng miếng môi lưng cấy vào ngoại bì phơi thuộc giai đoạn khác cho kết bất ngờ Tỷ lệ gây cảm ứng để tạo phôi phụ lớn giai đoạn phôi vị sớm, mức độ cảm ứng, hồn thiện phơi phụ cao Tuy nhiên giai đoạn phôi vị giữa, tỷ lệ gây cảm ứng bắt đầu giảm, bắt đầu tạo phơi thầm kinh khả tiếp nhận tác động cảm ứng bị nhanh chóng tiêu biến Như mô chịu cảm ứng phải trạng thái sẵn sàng để ảnh hưởng tổ chức tố có hiệu lực Trạng thái gọi (competency) mơ giai đoạn sớm mơ đa tiềm (polypotent), có vài tiềm Thí dụ ngoại bì phơi vị sớm chịu ảnh hưởng cảm ứng để biến thành mô thần kinh, khơng bị ảnh hưởng tổ chức tố biến thành biểu bì Trong phát triển xảy hạn chế không gian thời gian Thí dụ, tạo thần kinh giai đoạn sớm có tồn ngoại bì Thế khu trú phía lưng phơi biến kết thúc tạo phôi vị giai đoạn sớm, dùng tổ chức tố để xác định đó, dùng tổ chức tố để thay đổi hướng định, giai đoạn đầu định lỏng lẻo Càng giai đoạn muộn hướng định xác định chắn khơng đảo ngược Như nói, phôi lưỡng thê, từ giai đoạn phôi thần kinh, mầm định chắn, lúc bị mầm phơi khơng có khả tái sinh, mầm khác khơng thể điều chỉnh, đổi hướng để thay cho mầm 2.5 Những thí nghiệm phát triển chi Các đơi chi động vật có xương sống phát triển từ tế bào trung mô, di cư từ thành trung bì, mối liên hệ chặt chẽ với ngoại bì, lưỡng thê, đặt mầm, chi có dạng mấu lồi nhỏ - chồi chi chim chi đặt mầm hai gờ dọc hai bên sườn phôi Phần thân gờ thối hóa để lại chồi chi trước phần đầu các chi sau phần sau gờ Mầm chi định đại thể sớm từ chưa thấy mấu lồi tồn vùng chi (trường phôi chi) giai đoạn cắt vùng chi (cả trung ngoại bì) cấy vào bên phơi Mầm chi tự biệt hóa thành chi nguyên vẹn, lơi kéo dây thần kinh tới hoạt động bình thường Ở giai đoạn sớm, vùng chi rộng, cắt vùng chi theo hình tròn đường kính chốn tới thể tiết, vết cắt liền lại từ mọc chi nguyên vẹn Đồng thời miếng cắt tròn chia làm cấy vào chỗ khác bên sườn phôi ta có chi riêng rẽ Ở động vật có xương sống, chi có cấu trúc không gian xác định lưỡng thê, trục trước-sau trùng với trục đầu đuôi Chi trước mọc theo hướng trước-sau, trục lưng-bụng xét theo vị trí ngón phía bụng Trong q trình phát triển trục trước-sau định trước, trục lưng-bụng định muộn Ở giai đoạn sớm, ta quay mầm chi góc 180o, chi mọc phía trước theo hướng xác định mầm, nhiên ngón phía bụng Nếu thí nghiệm giai đoạn muộn tồn chi bị quay góc 180o với trục trước- sau lưng-bụng bị lộn ngược, tức chi hướng phía trước với ngón quay phía lưng Ở chim, mầm chi người ta phát khu vực gọi vùng phân cực, từ tiết chất sinh hình (morphogen) tế bào mầm thơng báo vị trí chúng (thơng tin vị trí) để hình thành nên cấu đặc trưng Thơng tin vị trí tồn dạng nồng độ chất, theo khuynh độ giảm dần từ vùng phân cực Các thí nghiệm sau chứng tỏ điều Vùng phân cực (có thể gọi điểm phân cực gồm khoảng 100 tế bào) nhóm tế bào trung mơ mép sau đĩa chi Chính xác định thứ tự ngón chi Chi ngón gồm có ngón (đánh số 1), ngón trỏ (2), ngón (3), ngón đeo nhẫn (4) ngón út (5) Chim có ngón 2, 3, So với điểm phân cực gần ngón 4, xa ngón Thứ tự xác định cho hai phía trước-sau điểm phân cực Nếu cắt vùng phân cực đem cấy lên mép trước đĩa chi ta chi có hai ngón đối xứng gương với qua mặt phẳng đối xứng qua đĩa chi (và trực giao với trục trướcsau) Nếu thay đổi vị trí miếng cấy (tức điểm phân cực) theo hướng trước-sau thấy tương tác hai điểm phân cực, điểm ghép điểm chủ Nếu cấy theo kiểu A ảnh hưởng khơng biểu trước điểm phân cực, sau điểm phân cực gây tạo ngón theo thứ tự 4-3 Điểm chủ gây tạo theo hướng 4-3, hai ngón khơng có (chắc khơng đủ ngun liệu) Còn cấy vào vị trí đĩa chi gây ảnh hưởng phía trước theo thứ tự 4-3-2, phía sau 4-3, điểm chủ gây tạo 4-3 Giữa chủ ghép có đối xứng gương Một điều lí thú nồng độ morphogen lớn khả tạo ngón gần nhiều hơn, ngược lại, nồng độ nhỏ khả thiên tạo ngón xa Nồng độ morphogen phụ thuộc vào khối lượng mô ghép, khối lượng nhỏ hàm lượng chất nhỏ Nếu lấy từ điểm phân cực để ghép 30 tế bào có hai ngón xác định, 80 tế bào có hai ngón 3, miếng mơ ghép có 100 tế bào thi tạo ba ngón 2.6 Lý thuyết tế bào gốc phát triển Trong thể vật trưởng thành, có số loại tế bào hồn tồn khơng phân chia, thí dụ tế bào thần kinh Một số khác lại ln ln phải tạo để bù cho số tế bào chết q trình hoạt động, thí dụ tế bào biểu mơ bì biểu mơ ruột, tế bào máu, v.v Sự trì ổn định số lượng tế bào phân chia tế bào biệt hóa ln có mơ Nếu biểu diễn q trình phân hóa tế bào dạng tế bào biệt hố ln ln phần gốc, từ phát cành, tế bào chuyên hóa Do tế bào gọi tế bào gốc Thí dụ biểu bì, tế bào gốc ln nằm lớp đáy, sát với màng đáy Một tế bào gốc phân chia vài lần tạo nhóm 8-10 tế bào Một tế bào lại lớp đáy tế bào gốc, tế bào khác chuyển dần lên phía trên, tích lũy keratin hóa sừng Biểu mơ ruột ln đổi mới, tế bào thay phân chia tế bào gốc đáy tuyến Libercune (Lieberkuhn) Trong tủy xương ln có tế bào gốc thành phần hữu hình máu Rất khó phân biệt tế bào gốc với giai đoạn trung gian q trình biệt hóa tế bào máu Nhờ có phương pháp gây sai lệch nhiễm sắc thể tia rơn-ghen người ta đánh dấu tế bào Các sai lệch nhiều không ảnh hưởng tới biệt hố tế bào máu Nếu tế bào có dấu tế bào gốc tất cháu chúng mang dấu Nhờ dấu người ta phát tế bào gốc chung cho tất loại tế bào máu, loại hồng cầu bạch cầu; tế bào nửa gốc - thủy tổ bạch cầu hạt, bạch cầu limphô hồng cầu Nếu chiếu xạ tồn thân cho chuột với liều 1000 rơnghen tất tế bào máu chết hết Có thể cứu sống chuột đưa vào thể tế bào tủy xương lấy từ chuột bình thường (và có dấu di truyền để tiện theo dõi) Các tế bào tạo tập đoàn tế bào tạo máu lách Một tập đoàn cháu tế bào gốc Một số tập đoàn biệt hố theo dòng hồng cầu, số theo dòng bạch cầu, số cho hai dòng Khá lí thú lấy tế bào dòng hồng cầu đem đưa vào chuột chiếu xạ, lách xuất tập đoàn hồng cầu tập đồn bạch cầu Người ta tính tế bào nửa gốc qua khoảng 15 lần phân chia để tạo hồng cầu Như vậy, tế bào gốc hồng cầu cho khoảng 30.000 hồng cầu Tuy nhiên, khó mà phán đốn có tế bào gốc chung cho tất thành phần hữu hình máu Ngày nay, người ta tìm số phương pháp để dự đốn xác số tế bào gốc đầu tiên, mà chúng định theo hướng xác định, thí dụ để hình thành tế bào máu *Xác định số tế bào gốc hồng cầu nhờ nhiễm sắc thể X Ta biết thể phụ nữ có nhiễm sắc thể X hoạt động, hoạt tính từ giai đoạn sớm Trong hai nhiễm sắc thể, hoạt động, vấn đề ngẫu nhiên Ở vùng Địa Trung Hải có bệnh di truyền, bệnh dị ứng với đậu ngựa, có liên quan tới đột biến gen nằm nhiễm sắc thể X, gen glucoza-6-photphat dehidrogenaza (G-6-PDH) Cơ thể mang gen đột biến G - cho tồn hồng cầu có enzyme dị thường Người nữ G+/G- có hồng cầu chứa enzyme bình thường hồng cầu chứa enzyme dị thường Theo kiểu gen bố người ta chọn 950 phụ nữ chắn có kiểu gen G+/G- Tuy nhiên, số có phụ nữ mà hồng cầu chứa enzyme dị thường Trường hợp người ta suy luận sau: Nếu định tế bào gốc hồng cầu có tế bào, xác suất thể có hồng cầu bình thường (G+) dị thường (G-) 1/2, trường hợp có khoảng 500 phụ nữ có hồng cầu mang enzyme bình thường 500 dị thường Nếu tiếp tục suy luận theo cách (xem bảng) ta giả định định tế bào gốc hồng cầu tổng số có tế bào gốc thủy tổ hàng tỷ tế bào hồng cầu thể Suy luận số lượng tế bào gốc hồng cầu Số tế bào gốc giả định Xác xuất NST X có hoạt tính mang gen đột biến Số phụ nữ dị hợp có enzyme dị thường (trong 1000 trường hợp) (1/2)2=1/4 (1/2)3=1/8 (1/2) =1/128 (1/2)8=1/256 500 250 125 *Xác định số lượng tế bào gốc thí nghiệm ghép phơi Có thể ni in vitro phơi động vật có vú giai đoạn phân cắt Cũng giai đoạn tiến hành nhiều thực nghiệm lí thú Đặc biệt sau tiêu hủy màng sáng bao quanh phôi hỗn hợp hai, ba phơi làm một, từ khối tế bào hỗn hợp phát triển thành phôi sau đưa vào tử cung phát triển thành chuột hỗn hợp Như vậy, chuột có bố, mẹ, bố, mẹ (và mẹ nuôi mang thai) Những thể gọi thể khảm hay shi-me (Chimera tên quái vật người đầu sư tử thần thoại Hy Lạp) Nếu hỗn hợp từ giai đoạn sớm, tế bào hỗn hợp với tham gia vào việc hình thành quan Có thể theo dõi tế bào nhờ dấu di truyền, theo kiểu hình hai dòng khác Thí dụ ghép phơi dòng chuột trắng với phơi dòng chuột đen thu chuột vằn, có vạch đen trắng luân phiên từ đầu Tất có 17 vạch đen 17 trắng Chỉ có đơn giải thích đúng, giai đoạn định phát triển theo hướng sắc bào, có 34 tế bào gốc phân bố cách dọc theo chiều dài thể Mỗi tế bào cho dòng (clone) sắc bào phát triển thành vạch đặc trưng cho chuột khảm Ở chuột có đột biến rd (retina degeneration), chuột mang gen rd/rd tới giai đoạn định toàn võng mạc bị thối hóa hết Nếu ghép chuột rd/rd với chuột +/+ võng mạc thối hóa theo hình cánh rõ rệt Như võng mạc tạo nên từ 10 tế bào gốc phân bố theo đường tròn Dùng dấu di truyền khác đưa đến nhiều phát lý thú Do phát triển, tế bào phôi khảm hỗn hợp nhau, nên xác xuất tế bào hai kiểu gen rơi vào mầm phụ thuộc vào số lượng tế bào gốc tạo nên mầm Trong trường hợp ghép hai phơi A B, mầm phát triển từ tế bào gốc quan phát triển từ mầm có xác suất 0,5 gồm loại tế bào A B Nếu mầm phát triển từ hai tế bào gốc xác suất để quan không khảm (AA BB) 0,25 Nếu mầm phát triển từ tế bào gốc có 1/24 :: 1/16 số phơi khảm mà mầm quan khơng khảm Bằng cách vậy, người ta tìm thấy thể tiết phát triển từ hai dòng tế bào (2 tế bào gốc) Tham gia vào hình thành gan có 20 dòng tế bào, võng mạc 20 dòng, ống thận 4-5 dòng v.v Nếu tổng hợp tất quan thể lại ta thấy dòng tế bào gốc định tổng số tế bào phôi lớn Sự bền vững trạng thái biệt hóa Di truyền siêu gen 3.1 Tính ổn định trạng thái biệt hóa Như ta biết, thể có hàng trăm loại tế bào khác Lẽ tất nhiên chúng phát triển từ tế bào hợp tử, qua trình phát triển phức tạp để biệt hóa nên tế bào So với đời, giai đoạn mà tế bào trở nên biệt hóa chiếm khoảng thời gian ngắn, biệt hóa trạng thái biệt hóa trì lâu nhiều Thí dụ mơ thần kinh động vật có xương sống xuất giai đoạn phát triển phôi sớm tế bào thần kinh chuyên hóa giữ nguyên gần không đổi suốt đời Nhiều loại tế bào khác thể trưởng thành Gan biệt hóa quan từ giai đoạn sớm Cho tới giai đoạn trưởng thành gan tăng trưởng lên hàng nghìn lần Có nghĩa tế bào gan phải qua 10-15 lần phân chia mà ln ln tế bào gan thể trưởng thành, tế bào gan phân chia, nhiên cắt 1/2 2/3 gan, hoạt tính phân chia tăng lên vài ngày gan lại đạt kích thước ban đầu Có thể tiến hành cắt vài lần sau lần, tế bào gan lại phân chia để bù cho phần khơi phục lại kích thước ban đầu Như dù qua nhiều lần phân chia, tế bào gan giữ nét đặc trưng cho tế bào gan, hình thái tế bào, hoạt tính enzymee, tổng hợp protein huyết tương, v.v , nhờ nét đặc trưng làm cho khác với tế bào khác Khi so sánh tế bào biệt hóa khác thể, người ta thấy loại tế bào có sản phẩm protein (sản phẩm hoạt động gen) đặc trưng Như tụy đặc trưng enzymee protease, hồng cầu đặc trưng hemoglobin, sợi bào collagen, v.v Rõ ràng tế bào gan có số gen ln hoạt động mà khơng hoạt động tụy thận Ngược lại, gen hoạt động tụy hồng cầu non không bắt đầu hoạt động gan Tóm lại, loại tế bào có trạng thái hoạt động gen đặc trưng, trạng thái hoạt động gen ổn định truyền từ hệ tế bào sang hệ tế bào khác Giữa tế bào gan tụy (và tế bào khác) thể có lẽ khơng có khác thứ tự nucleotid ADN chúng, rõ ràng tồn dạng di truyền khác-di truyền siêu gen Đó truyền theo hệ tế bào thông tin hoạt động gen, thông tin gen hoạt động gen không hoạt động loại tế bào biệt hóa Nếu tồn di truyền siêu gen khơng làm ta nghi ngờ chất nó, sở vật chất nhiều điều chưa rõ Vấn đề chỗ phải giải thích bảo tồn hoạt tính gen xác định tế bào phân chia Trong chu kỳ nhiễm sắc thể trải qua trình biến đổi cấu trúc, tái tạo nhiễm sắc thể phân chia Khi tạo nhiễm sắc thể xảy xoắn xếp chặt sợi nhiễm sắc, trình chép phiên mã ngừng lại, cần phải giải thích sau hoàn thành Mitose, nhiễm sắc thể mở xoắn, hoạt tính gen lại lặp lại Khơng phức tạp giải thích trì tính bền vững biệt hóa q trình tái Khi nhân đôi ADN xuất sợi mới, sợi lại với protein histon phi histon xoắn lại vài cấp để tạo nên sợi nhiễm sắc Sự chuyển trạng thái hoạt động (hoặc không hoạt động) gen thành gen, hay nói cách khác, nhân đơi, sinh sản, tái ADN mà trạng thái hoạt động chọn lọc đoạn khác diễn Đó vấn đề nghiên cứu để giải di truyền siêu gen Có hai nhóm giả thuyết di truyền siêu gen, nhóm giả thuyết nhấn mạnh vai trò chất chuyển hóa nhóm nhấn mạnh vai trò biến đổi cấu trúc ADN 3.2 Giả thuyết chuyển hóa Nhóm giả thuyết chuyển hóa cho chất ổn định biệt hóa tồn chất chuyển hóa hoạt hóa nhóm gen, chất ARN protein Theo giả thuyết “chuyển hóa”, tế bào xuất vòng kín, mARN phiên từ gen đặc biệt, mARN dịch protein, protein hoạt hóa gen tất gen đặc trưng cho kiểu biệt hóa Sơ đồ dễ dàng giải thích tất khó khăn trì hoạt tính gen kiểu biệt hóa xác định chu kỳ Mitose Trong thời kỳ tái ADN nguyên phân (Mitose), chất tổng hợp trước đó, “chất chuyển hóa”, nằm tế bào chất, sau nhân đôi nhiễm sắc thể sau tạo nhân con, lại tiếp tục hoạt hóa gen đặc trưng cho kiểu biệt hóa Hệ thống vậy, xuất tự trì khơng cần có tác nhân kích thích tạo Rõ ràng số lượng gen mà xác định chất hoạt hóa cần phải số kiểu tế bào biệt hóa có thể Giả thuyết chuyển hóa logic giải thích đa số trường hợp biệt hóa Tuy nhiên, có số trường hợp có lẽ khơng phù hợp với giả thuyết Thí dụ trường hợp Lyon hóa nhiễm sắc thể X Như nữ bác học người Anh M.Lyon phát hiện, động vật có vú giới có hai nhiễm sắc thể X, giới đực có Nhiễm sắc thể X mang nhiều gen quan trọng đương nhiên phải có chế làm cân lượng sản phẩm gen tế bào đực tế bào phôi sớm, giai đoạn 300-400 tế bào, diễn hoạt tính hai nhiễm sắc thể X Nhiễm sắc thể hoạt tính tạo nên nhân cục nhiễm sắc chất đặc hiệu, thể Barr mà sử dụng để xác định giới tính đực Nhiễm sắc thể X hoạt tính trở nên có cấu trúc đặc hơn, bắt màu đậm hơn, tức bị dị sắc hóa Sự dị sắc hóa nhiễm sắc thể X xảy tế bào cách ngẫu nhiên, sau tất tế bào hậu tế bào đó, dị sắc nhiễm sắc thể X Trong dòng thuần, hai nhiễm sắc thể hồn tồn nhau, khơng thể tưởng tượng có chất phân biệt nhiễm sắc thể X với nhiễm sắc thể X Do đó, Lyon hóa, chí trung kỳ Mitose tự nhớ Lyon hóa lặp lại trạng thái sau Mitose Trong trường hợp phải giả thiết Lyon hóa làm thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể thay đổi cấu trúc trì qua tái Mitose 3.3 Các dạng giả thuyết cấu trúc Các dạng giả thuyết cấu trúc giả định biến đổi cấu trúc vật di truyền biến đổi trì qua tái truyền qua loạt hệ tế bào Trước tiên phải kể tới biến đổi cấu trúc bậc Có số dẫn liệu tồn enzyme biến nucleotid sang nucleotid khác mà khơng làm thay đổi vị trí ADN Những biến đổi kiểu thường gây nên đột biến, khơng gây hậu nghiêm trọng mà ảnh hưởng lên hoạt tính chung gen nhóm gen Một cách biến đổi ADN qua metyl hóa Trong tế bào có enzyme metylase, đính gốc metyl vào số citozin Quan trọng tính đặc hiệu tính tái trạng thái metyl hóa, người ta thấy có tương quan rõ rệt mức độ metyl hóa hoạt tính gen Các gen khơng hoạt động có độ metyl hóa cao Hơn nucleotid metyl hóa tái trạng thái metyl hóa Tồn metylase metyl hóa citozin mạch mạch metyl hóa Sự tồn enzyme đảm bảo cho tái citozin metyl hóa Trên thực tế thấy trì trạng thái metyl hóa nhiều hệ tế bào Về chế biệt hóa, thay đổi cấu trúc bậc ADN cách thay nucleotid biến đổi nucleotid vấn đề tranh cãi thay đổi qua chuyển dịch đoạn lớn ADN đoạn ADN chứng minh Trong thời gian gần đây, người ta phát phát triển ruồi giấm có lẽ xảy di chuyển ngẫu nhiên đoạn ADN vào khu vực khác nhiễm sắc thể làm ảnh hưởng tới hoạt động gen Đặc biệt biến đổi gen globin miễn dịch, người ta xác lập biệt hóa tế bào limpho xảy kết hợp cách có quy luật số vùng ADN Trong phần riêng sau ta quay lại xem kỹ vấn đề Trong số chế cấu trúc di truyền siêu gen nói tái chưa hết tái độ ADN Người ta biết tạo nhiễm sắc thể đa sợi côn trùng, số đoạn tái lần đoạn khác Trong tạo noãn, gen riboxom noãn bào lại tái độ, nhiều lần, chí tách hẳn khỏi nhiễm sắc thể hoạt động dịch nhân Trong chế cấu trúc di truyền siêu gen người ta giả định thay đổi độ xoắn sợi ADN, cấu trúc khác nucleoxom, xếp khác ADN sợi nhiễm sắc nhiễm sắc thể Như vậy, tồn hai nhóm giả thuyết di truyền siêu gen chưa có giả thuyết chứng minh chắn Trường hợp biến đổi gen phân tử kháng thể, globin miễn dịch, rõ rệt, song trường hợp rõ rệt độc nhất, ý định tìm kiện tương tự với gen khác chưa tới kết Dưới ta xem chi tiết gen kháng thể 3.4 Về gen kháng thể * Về hệ miễn dịch Có hai loại miễn dịch, miễn dịch thể dịch miễn dịch tế bào chủ yếu nói miễn dịch thể dịch, tức sinh kháng thể huyết để chống lại kháng nguyên lạ xâm nhập vào thể Nếu có kháng nguyên lạ (một protein đại phân từ lạ) xâm nhập vào thể, qua 1-2 tuần máu thể xuất kháng thể - protein đặc biệt, thuộc nhóm globulin miễn dịch (IG)- liên kết đặc hiệu với kháng nguyên gây tạo Mỗi phân tử kháng thể có hai trung tâm hoạt động giống nhau, cho phép liên kết với hai phân tử kháng ngun, gây đơng kết vơ hiệu hóa tính độc hại kháng nguyên Vấn đề phải giải thích cách mà kháng nguyên lại gây tạo kháng thể đặc hiệu với Sự phát chế tổng hợp protein đa dạng vô hạn kháng nguyên làm sụp đổ lý thuyết trước giải thích tính đặc hiệu kháng thể Cố gắng nhiều nhà khoa học từ năm 60 lại cho hiểu biết hoàn chỉnh tượng miễn dịch Trước tiên phải nói tới lý thuyết dòng tế bào miễn dịch Burnett Theo lý thuyết kháng thể tổng hợp dòng tế bào limphơ Sau cơng trình Tonegawa chứng minh biệt hóa thành dòng tế bào limpho biến đổi gen phân tử globulin miễn dịch Lý thuyết Burnett so sánh kháng ngun kháng thể khóa chìa khóa Tính đặc hiệu kháng nguyên thường định đoạn ngắn phân tử nó, đoạn gọi định tố (determinant) Đoạn định tố lại ứng với trung tâm hoạt động, thường gồm 5-7 axit amin, kháng thể Lý thuyết miên dịch Burnett cho thể có sẵn chùm chìa khóa (khoảng 107 chiếc) ln ln chọn chìa thích hợp cho kháng ngun ... quan hemoglobin 5.7 Các chất có hoạt tính sinh học cao: Môt số protein không thực bất ky biến đơi hóa hoc nào, nhiên điêu khiên protein khác thực chức sinh hoc, điêu hoa hoạt đông trao đôi chất Vi... hữu chất đặc trưng thể sinh vật Chúng có số lượng lớn, đa dạng tạo nên theo nguyên tắc chung cho giới sinh vật Có thể phân biệt hai loại: chất hữu phân tử nhỏ đại phân tử sinh học Các chất hữu... vệ: Protein bảo vệ có mơt vai tro lớn sinh hoc miên dich Đơng vật có xương sống có mơt chế phức tạp, phát triên cao, với chế chung ngăn ngưa tác nhân vi sinh vật gây bệnh (virus, vi khuân, nấm,