Bài học

Ôn tập: Chu kì tế bào, phân bào, ung thư và công nghệ tế bào

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em tính lại được số nhiễm sắc thể và hàm lượng DNA của một tế bào tại từng thời điểm trong chu kì tế bào và trong giảm phân, giải thích lại cơ chế ung thư khi điểm kiểm soát thất bại, và phân biệt lại hai hướng ứng dụng công nghệ tế bào ở thực vật và động vật.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài này không dạy khái niệm mới. Nó gom lại nội dung đã học ở khóa Thông tin tế bào, chu kì tế bào và công nghệ tế bào (same-grade bridge), cụ thể bốn mảng: chu kì tế bào và nguyên phân, ung thư, giảm phân, công nghệ tế bào thực vật và động vật — không ôn lại truyền tin tế bào, vì đó là nội dung của một mạch riêng đã học trước đó.

Khởi động

Một tế bào ở pha G1 và một tế bào vừa kết thúc pha S có cùng số nhiễm sắc thể, nhưng hàm lượng DNA lại khác nhau hẳn. Điều gì xảy ra ở pha S khiến hai đại lượng này tách rời nhau?

Kiến thức trọng tâm

Chu kì tế bào gồm kì trung gian (pha G1 lớn lên, pha S nhân đôi DNA, pha G2 chuẩn bị) và pha M (nguyên phân). DNA chỉ nhân đôi đúng một lần, ở pha S — trước khi nguyên phân bắt đầu. Ba điểm kiểm soát (G1/S, G2/M, và kiểm soát thoi phân bào) xét điều kiện trước khi cho tế bào đi tiếp; nếu sai sót không sửa được, tế bào có thể tự huỷ có kiểm soát. Ung thư phát sinh khi gene kiểm soát các điểm này bị đột biến, khiến chu kì mất khả năng dừng đúng lúc — tế bào tiếp tục phân chia dù DNA chưa sửa xong, tạo khối u tăng sinh mất kiểm soát. Các yếu tố nguy cơ đã ghi nhận — khói thuốc, tia UV, một số virus, yếu tố di truyền — làm TĂNG khả năng đột biến, không phải nguyên nhân chắc chắn gây bệnh ở mọi trường hợp.

Nguyên phân gồm bốn kì: kì đầu (nhiễm sắc thể kép co xoắn, màng nhân tiêu biến), kì giữa (co xoắn cực đại, xếp hàng ở mặt phẳng xích đạo), kì sau (tâm động tách, mỗi crômatit trở thành một nhiễm sắc thể đơn di chuyển về hai cực), kì cuối (màng nhân tái lập, tế bào chất phân chia). Giảm phân gồm hai lần phân chia liên tiếp: giảm phân I là lần làm GIẢM số nhiễm sắc thể — các cặp tương đồng tách nhau, kèm tiếp hợp và trao đổi chéo tạo biến dị tổ hợp; giảm phân II về bản chất giống một lần nguyên phân, chỉ tách crômatit chị em, KHÔNG làm giảm thêm số lượng. Với n cặp nhiễm sắc thể tương đồng phân li độc lập, số loại giao tử tối đa (chưa tính trao đổi chéo) là $2^n$ .

Công nghệ tế bào thực vật khai thác tính toàn năng — một tế bào thực vật còn sống vẫn giữ đủ bộ gene để phát triển thành cả cây — qua quy trình vi nhân giống (nuôi cấy mô): chọn mẫu cấy, khử trùng, nuôi trong môi trường dinh dưỡng vô trùng, tạo hàng loạt cây con đồng nhất về kiểu gene. Tế bào động vật đã biệt hoá mất dần tính toàn năng, nên công nghệ tế bào động vật phải dùng chiến lược khác: nhân bản vô tính bằng chuyển nhân (lấy nhân từ một tế bào soma, chuyển vào trứng đã loại nhân), hoặc khai thác tế bào gốc — tế bào chưa biệt hoá hoàn toàn, có thể tự làm mới và biệt hoá thành nhiều loại tế bào chuyên hoá, như trong ghép tế bào gốc tạo máu điều trị bệnh về máu.

Số lượng NST không đổi từ G1 tới cuối pha S (chỉ hàm lượng DNA tăng gấp đôi) — chỉ kì sau mới tăng gấp đôi vì tách crômatit.

Ví dụ

Tính số nhiễm sắc thể và hàm lượng DNA qua chu kì tế bào

1
Một tế bào sinh dưỡng có bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội 2n = 8, đang ở pha G1, hàm lượng DNA trong nhân lúc này là x. Xác định số NST và hàm lượng DNA tại: (a) ngay sau khi kết thúc pha S; (b) kì giữa nguyên phân; (c) kì sau nguyên phân; (d) mỗi tế bào con sau khi nguyên phân kết thúc.
2
Ở pha G1, tế bào có 2n = 8 NST đơn, hàm lượng DNA = x. DNA chỉ nhân đôi một lần, ở pha S, trước khi nguyên phân diễn ra.
3
Pha S nhân đôi DNA, mỗi NST đơn trở thành một NST kép gồm hai crômatit dính nhau tại tâm động; SỐ LƯỢNG NST không đổi (vẫn 8), nhưng hàm lượng DNA tăng gấp đôi thành 2x. Trạng thái này giữ nguyên tới kì giữa nguyên phân, vì kì đầu và kì giữa chỉ co xoắn và xếp hàng, chưa tách tâm động. (1)
4
Từ (1), tại kì sau, tâm động tách, mỗi crômatit trở thành một NST đơn di chuyển về một cực; tổng số NST đơn trong cả tế bào tăng lên 16 (mỗi cực nhận 8), nhưng tổng hàm lượng DNA của cả tế bào KHÔNG đổi so với (1), vẫn là 2x — vì đây chỉ là tách rời vật chất di truyền đã nhân đôi từ trước, không tạo thêm DNA mới. (2)
5
Từ (2), sau khi tế bào chất phân chia, mỗi tế bào con nhận đúng một nửa: 8 NST đơn, hàm lượng DNA = x — quay lại đúng mức ban đầu ở G1. Vậy: G1 (8 NST đơn, DNA = x) → cuối pha S/kì giữa (8 NST kép, DNA = 2x) → kì sau (16 NST đơn trong cả tế bào, DNA = 2x) → mỗi tế bào con (8 NST đơn, DNA = x).

Ví dụ

Số loại giao tử tối đa qua giảm phân (dạng đề kiểm tra)

1
Một tế bào sinh dục chín có bộ NST 2n = 8, không xảy ra trao đổi chéo, giảm phân bình thường. (a) Tính số NST kép ở kì giữa giảm phân I. (b) Tính số NST kép mỗi tế bào con nhận sau giảm phân I. (c) Tính số NST đơn mỗi giao tử nhận sau giảm phân II. (d) Tính số loại giao tử tối đa mà tế bào này có thể tạo ra.
2
Với 2n = 8, số cặp NST tương đồng là n = 4. Ở kì giữa giảm phân I, các cặp NST kép tương đồng xếp thành hàng nhưng chưa tách nhau, nên số lượng NST kép vẫn là 2n = 8. (1)
3
Giảm phân I là lần làm GIẢM số lượng — cặp tương đồng tách nhau — nên mỗi tế bào con nhận n = 4 NST kép. Giảm phân II chỉ tách crômatit chị em, không giảm thêm, nên mỗi giao tử nhận n = 4 NST đơn. (2)
4
Từ (2), với n = 4 cặp NST tương đồng phân li độc lập ở giảm phân I, số loại giao tử tối đa là $2^n = 2^4 = 16$ .
Từ (2), với n = 4 cặp NST tương đồng phân li độc lập ở giảm phân I, số loại giao tử tối đa là $2^n = 2^4 = 16$.
5
Vậy: (a) 8 NST kép, (b) 4 NST kép mỗi tế bào con, (c) 4 NST đơn mỗi giao tử, (d) tối đa 16 loại giao tử. Nếu có trao đổi chéo xảy ra, số loại giao tử còn tăng thêm vượt xa $2^n$ , vì mỗi crômatit tái tổ hợp mang một tổ hợp gene mới.
Vậy: (a) 8 NST kép, (b) 4 NST kép mỗi tế bào con, (c) 4 NST đơn mỗi giao tử, (d) tối đa 16 loại giao tử. Nếu có trao đổi chéo xảy ra, số loại giao tử còn tăng thêm vượt xa $2^n$, vì mỗi crômatit tái tổ hợp mang một tổ hợp gene mới.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Sai lầm thường gặp

Sai lầm phổ biến nhất là nghĩ số lượng NST tăng gấp đôi ngay sau pha S — sai: pha S chỉ làm NST đơn thành NST kép (hàm lượng DNA tăng gấp đôi), số LƯỢNG NST không đổi cho tới kì sau, khi tâm động tách. Sai lầm khác là nhầm giảm phân I với giảm phân II — giảm phân I mới là lần làm giảm số lượng NST, giảm phân II chỉ tách crômatit.

Bài cuối cùng của khóa rời khỏi tế bào của cơ thể đa bào để ôn lại thế giới vi sinh vật và virus, đồng thời làm một đề tổng hợp trải rộng toàn bộ chương trình Sinh học 10.