e. Đặc điểm số lượng của các nhiễm sắc thể
5.3.2. Các hình thức phân chia tế bào
Các tế bào có hai hình thức phân chia cơ bản đó là trực phân (amitose) và gián phân (mitose).
* Trực phân
Trực phân là hình thức phân chia giản đơn và nhanh chóng, được gặp phổ biến ở các cơ thể đơn bào. Trong quá trình phân chia không có sự tạo thành thoi phân bào và nhiễm sắc thể.
Ở các cơ thể đa bào, trực phân chỉ thấy ở sự phân chia vội vàng của những tế bào trong những mô ung thư, các tế bào tái sinh ở các mô bị tổn thương.
* Gián phân
Gián phân là hình thức phân chia chủ yếu của các tế bào ở các cơ thể đa bào. Gián phân bao gồm hai hình thức: nguyên phân (mitose) và giảm phân (meiose).
+ Nguyên phân
Đặc điểm chung: Nguyên phân là hình thức phân chia hoàn chỉnh và phổ biến ở hầu
hết các tế bào thân và các tế bào sinh dục sơ khai của các cơ thể động thực vật. Nguyên phân là một quá trình liên tục trong đó diễn ra nhiều sự biến đổi của các thành phần cấu trúc khác nhau của tế bào, đặc biệt là của nhiễm sắc thể ở trong nhân.
Kết quả của quá trình nguyên phân là từ một tế bào mẹ sinh ra 2 tế bào con có bộ nhiễm sắc thể giống nhau và giống như tế bào mẹ là bộ 2n.
Nguyên phân là cơ sở của sự sinh sản vô tính, sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật.
Diễn biến:
Một cách ước lệ, người ta có thể phân chia quá trình nguyên phân thành các pha hay các kỳ như sau:
-Kỳ đầu (prophase):
Các sợi chromatin tụ lại hình thành nên các nhiễm sắc thể lúc đầu mảnh và dài sau đó co ngắn dần lại. Mỗi nhiễm sắc thể lúc này đều có cấu trúc kép gồm 2 nhiễm sắc tử dính với nhau ở vùng tâm động. Trung thể được nhân đôi, các trung tử con đi về hai cực, thoi vô sắc với các dây sao được tạo thành.
Cuối kỳ đầu, màng nhân tan ra, hạch nhân tan biến. Các nhiễm sắc thể hướng về vùng xích đạo của tế bào. Kỳ đầu của sự nguyên phân ở tế bào người kéo dài từ 30 đến 60 phút.
- Kỳ giữa (metaphase):
Các nhiễm sắc thể tập trung trên mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào và nằm song song với mặt phẳng xích đạo tạo thành các tấm xích đạo. Sau đó các nhiễm sắc tử tách nhau ra, tâm động đính vào sợi thoi phân bào.
Kỳ này, ở người kéo dài từ 2 đến 10 phút.
- Kỳ sau (anaphase):
Các nhiễm sắc tử được tách ra di chuyển về các cực đối diện. Lúc này, người ta thấy chúng có hình chữ V mà đầu nhọn quay về phía cực.
Kỳ này ở người kéo dài từ 3 đến 15 phút.
- Kỳ cuối (telophase):
Các nhiễm sắc thể về đến mỗi cực, đó chính là các nhiễm sắc thể con ở đây chúng duỗi xoắn ra thành các sợi nhiễm sắc giống như trạng thái trước lúc phân chia.
Xung quanh mỗi nhân con diễn ra sự hình thành màng nhân. Hạch nhân cũng được tái tạo lại. ở người, kỳ này kéo dài chừng 30 phút.
Do sự phân chia của nhân, bào tương cũng được phân chia. ở tế bào động vật, sự phân chia này được thực hiện bằng cách tạo rãnh thắt ở vùng xích đạo lõm sâu dần vào phía trong để tạo ra 2 tế bào con chứa nhân ở bên trong. Đến đây quá trình phân bào cũng kết thúc.
Sinh học di truyền
Hình 2. 16 Sơ đồ quá trình phân bào nguyên nhiễm
+ Giảm phân
Đặc điểm chung: Là hình thức phân bào xảy ra ở các tế bào sinh dục chín của động
vật và thực vật để tạo thành các giao tử (hoặc bào tử đơn bội ở thực vật). Đây là một quá tình phức tạp bao gồm nhiều giai đoạn, thời kỳ kế tiếp nhau trong 2 lần phân chia liên tiếp gọi là lần phân chia thứ nhất của giảm phân (meiose I) và lần phân chia thứ hai của giảm phân (meiose II).
Diễn biến:
Lần phân chia thứ nhất: Diễn ra qua 4 thời kỳ kế tiếp nhau, đó là:
- Kỳ đầu I: được chia ra một loạt giai đoạn trong đó xảy ra sự biến đổi đặc biệt
về chất lượng của nhiễm sắc thể. Các giai đoạn đó là:
Giai đoạn sợi mảnh (Leptonem): Các sợi nhiễm sắc thể xuất hiện với số
lượng lưỡng bội dưới dạng các sợi đơn rất dài và mảnh.
Giai đoạn sợi hợp (Zygonem): Các nhiễm sắc thể đồng dạng tiến lại gần nhau
và tiếp hợp với nhau theo từng đôi một tạo thành nhiễm sắc thể kép dính hoàn toàn vào nhau ở những điểm tương ứng theo chiều dọc gọi là lưỡng trị (bivalent). Số lượng các bivalent lúc này bằng một nửa số lượng nhiễm sắc thể của bộ 2n.
Giai đoạn sợi dày (Pakinem): Các nhiễm sắc thể tiếp tục co ngắn lại và dày
chromatit. Bởi vậy, mỗi bivalent lúc này có cấu tạo gồm 4 chromatit và được gọi là bộ tứ (tetrad).
Giai đoạn sợi kép (Diplonem): Sau khi kết thúc tiếp hợp, các nhiễm sắc thể
đồng dạng bớt xoắn và một số bắt đầu tách nhau ra, song vẫn còn dính với nhau ở một vài điểm gọi là các bắt chéo (chiasma). Đây là biểu hiện của sự trao đổi chéo đã xảy ra trong quá trình tiếp hợp mà ở đó một phần nhiễm sắc thể thuộc 2 nhiễm sắc thể đồng dạng đã trao đổi cho nhau.
Giai đoạn hướng cực (Diakines): các nhiễm sắc thể trong các bivalent tiếp tục
co xoắn lại mạnh hơn và đẩy dần những điểm bắt chéo về phía đầu mút của nhiễm sắc thể. Đó là hiện tượng tận cùng hóa các bắt chéo. Đồng thời, lúc này màng nhân tan đi, hạch nhân biến mất và thoi vô sắc được tạo thành đánh dấu sự kết thúc của kỳ đầu I.
- Kỳ giữa I: Các cặp nhiễm sắc thể tương đồng dưới dạng các bộ tứ tập trung
thành hai hàng về mặt phẳng xích đạo của thoi phân bào. Các mặt phẳng tiếp hợp nằm song song với mặt phẳng xích đạo, điều này khiến cho mỗi một nhiễm sắc thể trong cặp tương đồng được nằm về một phía của mặt phẳng này một cách ngẫu nhiên.
- Kỳ sau I: Các cặp nhiễm sắc thể trong cặp tương đồng tách nhau ra và di
chuyển về các cực tạo thành một tổ hợp mới chỉ gồm một nhiễm sắc thể trong mỗi cặp tương đồng trước đây, làm cho số lượng nhiễm sắc thể trong nhân tế bào con bị giảm đi một nửa (từ 2n còn lại n). Lúc này, các nhiễm sắc tử vẫn còn dính với nhau ở tâm động. Bộ nhiễm sắc thể lúc này ở trạng thái đơn bội kép.
- Kỳ cuối I: diễn ra sự phân chia bào tương còn hình thái nhiễm sắc thể với các
nhiễm sắc tử vẫn được ổn định.
Kỳ nghỉ giữa 2 lần phân chia của quá trình giảm phân rất ngắn vì ở đây không xảy ra sự nhân đôi ADN. Các tế bào mới được hình thành nhanh chóng bước vào lần phân chia thứ hai.
Lần phân chia thứ hai của sự giảm phân về cơ bản giống như sự nguyên phân bình thường với các kỳ như sau:
- Kỳ đầu II: Các nhiễm sắc thể mỗi chiếc gồm 2 nhiễm sắc tử tập trung về
vùng xích đạo và nằm song song với mặt phẳng của thoi phân bào. Sau đó, các nhiễm sắc tử tách nhau ra.
- Kỳ sau II: Các nhiễm sắc tử (nhiễm sắc thể con) đi về các cực của tế bào. ở
mỗi cực số lượng các nhiễm sắc thể bằng nhau và bằng số lượng bộ nhiễm sắc thể n của tế bào mẹ.
- Kỳ cuối II: Tại kỳ này, xảy ra sự phân chia bào tương. Các nhiễm sắc thể tháo
xoắn chuyển dần thành chất nhiễm sắc. Màng nhân và hạch nhân cũng được tái tạo lại. Như vậy từ một tế bào sinh dục chín ban đầu, trải qua 2 lần phân chia liên tiếp của quá trình giảm phân đã sinh ra 4 tế bào con có số lượng nhiễm sắc thể đều bị giảm đi một nửa so với tế bào mẹ ban đầu và mang các tổ hợp di truyền không giống nhau ở tế bào sinh dục.
Sinh học di truyền
Hình 2. 17. Sơ đồ quá trình phân bào giảm nhiễm 5.4 Ý nghĩa của sự phân chia tế bào
- Sự phân chia tế bào là cơ sở tế bào học của đặc tính sinh sản, sinh trưởng, phát triển của các tế bào sống. Sự phân bào nguyên nhiễm là cơ chế bảo đảm sự ổn định bộ nhiễm sắc thể qua các thế hệ tế bào.
- Sự phân bào giảm nhiễm là cơ chế bảo đảm sự ổn định số lượng nhiễm sắc thể qua các thế hệ cá thể của loài và là một trong những nhân tố làm cho sinh vật phong phú đa dạng.