Phân chia tế bào là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Phân chia tế bào là quá trình tế bào mẹ nhân đôi DNA và tách thành hai tế bào con qua các pha chu kỳ, đảm bảo mỗi tế bào mới chứa bộ nhiễm sắc thể giống hệt. Quá trình này gồm các giai đoạn G₁, S, G₂ và M với sự điều hòa bởi cyclin–CDK, các điểm kiểm soát chu kỳ và cơ chế co thắt hoặc hình thành tấm vách để tách hoàn toàn tế bào.

Định nghĩa và ý nghĩa của phân chia tế bào

Phân chia tế bào là quá trình trong đó một tế bào mẹ tách ra để sinh ra hai hoặc nhiều tế bào con có cấu trúc và chức năng tương tự. Đây là cơ chế cơ bản giúp sinh vật đa bào tăng trưởng, phát triển, tái tạo và duy trì sự cân bằng mô trong cơ thể.

Quá trình này không chỉ đảm bảo sự nhân đôi vật liệu di truyền (DNA) mà còn duy trì tính toàn vẹn của bộ nhiễm sắc thể qua nhiều thế hệ tế bào. Mỗi tế bào con sau phân chia cần chứa đầy đủ thông tin di truyền để thực hiện chức năng sinh lý chuyên biệt trong cơ thể.

Ý nghĩa sinh học của phân chia tế bào bao gồm:

  • Tăng sinh và mở rộng số lượng tế bào nhằm hỗ trợ phát triển cơ quan.
  • Sửa chữa và thay thế tế bào bị tổn thương, hao mòn.
  • Duy trì tỉ lệ biểu mô và nội mô, đảm bảo chức năng bảo vệ và trao đổi chất.

Phân loại phân chia tế bào

Phân chia nguyên phân (mitosis) và giảm phân (meiosis) là hai hình thức phân chia tế bào chính mang tính chất phân bào khác nhau về mặt di truyền và chức năng. Ngoài ra, một số tế bào phát triển theo phân chia không đối xứng để tạo ra tế bào đặc biệt như tế bào gốc hoặc tế bào phôi.

Nguyên phân tạo ra hai tế bào con có bộ nhiễm sắc thể và bản đồ gene giống hệt tế bào mẹ, đóng vai trò chính trong tăng sinh mô somatic. Giảm phân sinh ra giao tử (tinh trùng, trứng) chứa bộ nhiễm sắc thể giảm một nửa, đảm bảo quá trình thụ tinh tái tạo bộ nhiễm sắc thể đầy đủ ở thế hệ mới.

Các hình thức phân chia tế bào:

  • Nguyên phân (mitosis): tạo tế bào sinh dưỡng, duy trì bộ nhiễm sắc thể 2n.
  • Giảm phân (meiosis): tạo giao tử, bộ nhiễm sắc thể giảm còn n.
  • Phân chia không đối xứng: xuất hiện ở bào tử, tế bào gốc, phôi để phân biệt vai trò tế bào con.

Các giai đoạn của nguyên phân

Nguyên phân diễn ra qua các giai đoạn rõ ràng: Interphase (gồm G₁, S, G₂), sau đó là Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase và cuối cùng là Cytokinesis để hoàn thành quá trình phân chia tế bào.

Trong Interphase:

  • G₁: tế bào tăng trưởng, tổng hợp protein, RNA.
  • S: nhân đôi toàn bộ phân tử DNA, đảm bảo mỗi nhiễm sắc thể thành hai cromatid chị em.
  • G₂: kiểm tra và sửa lỗi DNA, chuẩn bị phân chia.

Giai đoạn M (Mitosis) gồm:

Giai đoạnĐặc điểm chínhVai trò
ProphaseNhuộm đậm nhiễm sắc thể, màng nhân tan dầnChuẩn bị cho sự phân bố nhiễm sắc thể
MetaphaseNhiễm sắc thể sắp xếp trên mặt phẳng xích đạoĐảm bảo phân bố đều cho hai tế bào con
AnaphaseCromatid chị em tách rời, di chuyển về hai cựcPhân ly vật chất di truyền
TelophaseMàng nhân tái hình thành, nhiễm sắc thể kéo giãnHoàn thành phân chia nhân

Cytokinesis là giai đoạn cuối cùng, khi màng tế bào co lại theo vòng actin-myosin (ở động vật) hoặc hình thành tấm vách ngăn (ở thực vật) để tách hoàn toàn hai tế bào con.

Các giai đoạn của giảm phân

Giảm phân gồm hai chu trình phân chia liên tiếp: Giảm phân I (Meiosis I) và Giảm phân II (Meiosis II), với tổng số bốn giai đoạn M giống nguyên phân kèm theo sự phân li và tái tổ hợp nhiễm sắc thể.

Meiosis I bao gồm:

  • Prophase I: trao đổi chéo (crossing-over) giữa các nhiễm sắc thể tương đồng, tạo đa dạng di truyền.
  • Metaphase I: cặp nhiễm sắc thể tương đồng sắp xếp tại mặt phẳng xích đạo.
  • Anaphase I: nhiễm sắc thể tương đồng tách đôi về hai cực, giảm số lượng nhiễm sắc thể mỗi tế bào con còn n.
  • Telophase I & Cytokinesis: hình thành hai tế bào con n, mỗi nhiễm sắc thể gồm hai cromatid.

Meiosis II tiếp tục như nguyên phân với bốn giai đoạn tương ứng, tách cromatid chị em để tạo tổng cộng bốn tế bào con đơn bội (n), sẵn sàng cho quá trình thụ tinh hoặc tham gia chu trình sinh sản.

Điều hòa chu kỳ tế bào

Chu kỳ tế bào được kiểm soát chặt chẽ qua các điểm kiểm soát (checkpoints) nhằm đảm bảo DNA được nhân đôi chính xác và tế bào chỉ tiến vào giai đoạn phân chia khi các điều kiện nội bào và ngoại bào phù hợp. Các điểm kiểm soát chính là G1/S, G2/M và điểm phân chia tế bào (spindle checkpoint).

Cyclin và cyclin-dependent kinase (CDK) là hai nhóm protein trung tâm điều hòa. Mỗi pha của chu kỳ ứng với một bộ cyclin-CDK khác nhau:

  • G1/S: Cyclin D kết hợp CDK4/6 giúp tế bào vượt qua điểm kiểm soát G1/S.
  • S: Cyclin E/A phối hợp CDK2 điều khiển quá trình nhân đôi DNA.
  • G2/M: Cyclin B/CDK1 kích hoạt phân chia nhân và tái tổ chức thoi vô sắc.

Sự bất thường trong biểu hiện cyclin hoặc đột biến CDK có thể dẫn đến mất kiểm soát chu kỳ, gây tăng sinh không điều hòa và hình thành khối u.

Cơ chế phân chia tế bào ở thực vật và động vật

Ở tế bào động vật, sự co thắt vòng actin–myosin tại vùng giữa tế bào tạo ra rãnh phân chia (cleavage furrow), từ từ tách tế bào mẹ thành hai tế bào con.

Trong khi đó, tế bào thực vật không có khả năng co thắt do vách tế bào cứng; chúng hình thành tấm trung tâm (cell plate) ngay giữa tế bào, dần lắp ghép các hạt vách ngăn (vesicle chứa cellulose và pectin) để tạo thành vách tế bào mới.

Đặc điểmTế bào động vậtTế bào thực vật
Phương thức phân chiaRãnh phân chia, co thắt actin-myosinTấm trung tâm, kết hợp vesicle vách ngăn
Thành phần cấu trúcMàng plasma, lưới nội chấtVách tế bào, màng tế bào
Vai trò rỗng tế bàoÍt liên quanHữu ích, định hướng cell plate

Khác biệt này phản ánh sự thích nghi tiến hóa: động vật cần di động nên giữ vách mềm, thực vật cần vách cứng để chịu lực, do đó chuyển sang cơ chế tấm trung tâm.

Ảnh hưởng của đột biến lên phân chia tế bào

Đột biến gen điều hòa chu kỳ tế bào hoặc kiểm soát phân chia có thể dẫn đến rối loạn tăng sinh. Ví dụ, đột biến gen p53 – “người gác cổng chu kỳ” – khiến tế bào không thực hiện sửa chữa DNA hoặc apoptosis khi phát hiện tổn thương, dẫn đến ung thư.

Sai lệch phân li nhiễm sắc thể trong giảm phân cũng gây ra các bệnh di truyền. Hội chứng Down (trisomy 21) là kết quả của ba nhiễm sắc thể 21, còn Turner (45,X) do mất một nhiễm sắc thể X ở nữ.

  • Ung thư: mất kiểm soát chu kỳ, tăng sinh bất thường.
  • Bệnh di truyền: trisomy, monosomy, lệch bội.
  • Bệnh thoái hóa: tổn thương ADN không được sửa chữa tích lũy, gây lão hóa sớm.

Hiểu cơ chế đột biến giúp phát triển thuốc điều hòa cyclin/CDK và liệu pháp gen sửa chữa điểm đột biến.

Phương pháp nghiên cứu phân chia tế bào

Kỹ thuật nhuộm huỳnh quang (fluorescence microscopy) kết hợp kháng thể gắn fluorophore cho phép quan sát động thái protein chu kỳ tế bào và nhiễm sắc thể trong tế bào sống.

Phân tích di truyền như FISH (Fluorescence In Situ Hybridization) sử dụng mồi DNA đánh dấu để xác định mất mát hoặc nhân đôi nhiễm sắc thể, hỗ trợ chẩn đoán dị tật di truyền.

  • Microscopy: bright-field, phase-contrast, confocal.
  • Phân tích protein: Western blot, flow cytometry đánh giá phân bố pha G1/S/G2/M.
  • Công nghệ –omics: single-cell RNA-seq phân tích biểu hiện gene theo pha.
Phương phápỨng dụngƯu điểm
Flow cytometryĐếm tế bào theo phaNhanh, định lượng chính xác
Live-cell imagingQuan sát động họcKhông xâm lấn, theo dõi liên tục
RNA-seq đơn tế bàoPhân tích gene pha độc lậpĐộ phân giải cao, dữ liệu đa chiều

Ứng dụng thực tiễn và triển vọng

Kiểm soát phân chia tế bào là nền tảng của liệu pháp tế bào gốc: hướng dòng tế bào gốc sang pha mong muốn để tạo ra mô thay thế cho tổn thương tim, gan, tủy xương.

Trong ung thư học, thuốc ức chế CDK4/6 (palbociclib, ribociclib) đã được phê duyệt để ngăn tế bào ung thư vú tiến vào pha S, kéo dài thời gian sống cho bệnh nhân.

  • Tái tạo mô: da, sụn, gan, tim.
  • Điều trị ung thư: CDK inhibitors, liệu pháp kết hợp DNA repair inhibitors.
  • Phát triển nông nghiệp: điều khiển phân chia tế bào thực vật để tăng năng suất.

Các hướng nghiên cứu đang tập trung vào phát triển phân tử nhắm mục tiêu điểm kiểm soát mới (checkpoint kinases), kết hợp công nghệ CRISPR để chỉnh sửa gene điều hòa chu kỳ và mô phỏng in vitro hệ vi mô “organ-on-chip” theo dõi phân chia tế bào thời gian thực.

Tài liệu tham khảo

  • Alberts B. et al. (2015). Molecular Biology of the Cell. Garland Science. garlandscience.com
  • NIH Genetics Home Reference. (2020). Cell cycle. ghr.nlm.nih.gov
  • Nature Reviews Molecular Cell Biology. (2019). Regulation of the eukaryotic cell cycle. nature.com
  • International Agency for Research on Cancer. (2018). Cell cycle control as a target for cancer therapy. iarc.who.int
  • Johnston, M. (2021). Fluorescence microscopy in cell cycle studies. Journal of Cell Science, 134(7), jcs255632.
  • Smith, L. & Wang, Y. (2022). CDK4/6 inhibitors in cancer therapy. Clinical Cancer Research, 28(4), 781–789.

Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề phân chia tế bào:

Chuyển hóa và chức năng của polyamine Dịch bởi AI
American Journal of Physiology - Cell Physiology - Tập 243 Số 5 - Trang C212-C221 - 1982
Polyamine là các cation hữu cơ phổ biến có trọng lượng phân tử thấp. Nội dung của những amine này được điều chỉnh chặt chẽ bởi tế bào theo trạng thái phát triển. Các phản ứng chịu trách nhiệm cho sự tổng hợp sinh học và sự chuyển hóa của polyamine cũng như tiền chất putrescine của chúng được mô tả, và những phương tiện mà qua đó nội dung polyamine có thể thay đổi để phản ứng với các kích ...... hiện toàn bộ
#polyamine #tổng hợp sinh học #chu kỳ tế bào #phân chia tế bào #tăng trưởng mô #sự phân hóa
Protein 14‐3‐3: các yếu tố điều chỉnh chính trong sự phân chia tế bào, tín hiệu và quá trình apoptosis Dịch bởi AI
BioEssays - Tập 23 Số 10 - Trang 936-946 - 2001
Tóm tắtProtein 14‐3‐3 tạo thành một họ protein bảo tồn có mặt trong tất cả các sinh vật nhân sơ đã được nghiên cứu cho đến nay. Những protein này thu hút sự quan tâm vì chúng tham gia vào các quá trình tế bào quan trọng như truyền tín hiệu, kiểm soát chu kỳ tế bào, apoptosis, phản ứng với stress và chuyển hóa ác tính và vì ít nhất 100 đối tác liên kết khác nhau cho...... hiện toàn bộ
Phân tích đặc hiệu cơ chất của phức hợp kinase protein Dbf2-Mob1 qua lựa chọn thư viện peptide và sàng lọc mảng proteome Dịch bởi AI
BMC Biochemistry - Tập 6 Số 1 - 2005
Tóm tắt Đặt bối cảnh Mạng lưới thoát mitotic (MEN) là một nhóm protein tạo thành một chuỗi tín hiệu thiết yếu để các tế bào thoát khỏi quá trình phân bào trong Saccharomyces cerevisiae. MEN cũng đã được liên quan đến vai trò trong phân chia tế bào. Hai thành phần của co...... hiện toàn bộ
#Dbf2-Mob1 #kinase protein #phân chia tế bào #tín hiệu sinh học #cơ chất phosphoryl hóa
Phân biệt giữa sự tăng trưởng tuyến tính và sự tăng trưởng hàm mũ trong chu kỳ phân chia: Nghiên cứu tế bào đơn, nghiên cứu nuôi cấy tế bào và đối tượng nghiên cứu chu kỳ tế bào Dịch bởi AI
Theoretical Biology and Medical Modelling - Tập 3 Số 1 - 2006
Tóm tắt Giới thiệu Hai phương pháp để hiểu sự tăng trưởng trong chu kỳ tế bào là nghiên cứu tế bào đơn, trong đó sự tăng trưởng trong chu kỳ tế bào của một tế bào đơn lẻ được đo lường, và nghiên cứu nuôi cấy tế bào, trong đó sự tăng trưởng trong chu kỳ tế bào của một số lượng lớn tế bào được phân...... hiện toàn bộ
Không phụ thuộc vào số lượng bản sao gen ErbB1, EGF kích thích di chuyển nhưng không liên quan đến sự phân chia tế bào trong ung thư phổi không tế bào nhỏ Dịch bởi AI
Cancer Cell International - - 2013
Tóm tắtĐặt vấn đềUng thư phổi thường thể hiện các thay đổi phân tử, chẳng hạn như biểu hiện quá mức gen ErbB1. ErbB1 mã hóa cho thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGFR), một thụ thể kinase tyrosine, chủ yếu liên quan đến sự sinh sản và sống sót của tế bào. Biểu hiện quá mức EGFR đã được liên kết với căn bệnh ác tính hơn, tiên lượ...... hiện toàn bộ
Biểu hiện quá mức của yếu tố tăng trưởng giống insulin-2 trong các tế bào gốc nội mô mở rộng cải thiện chức năng tâm thất trái trong nhồi máu cơ tim thực nghiệm Dịch bởi AI
Journal of Vascular Research - Tập 54 Số 6 - Trang 321-328 - 2017
Các yếu tố tăng trưởng giống insulin (IGFs) là những chất trung gian cho các hoạt động chuyển hóa và đồng hóa do hormone tăng trưởng kích thích, nhưng cũng điều chỉnh sự phát triển tế bào, biệt hóa và chết tế bào, đồng thời cho thấy những tác dụng tích cực trong thiếu máu cục bộ cơ tim cấp. Vì các tế bào gốc nội mô (EPCs) cải thiện chức năng cơ tim sau nhồi máu cơ tim cấp, chúng tôi đã tiế...... hiện toàn bộ
#Yếu tố tăng trưởng giống insulin #tế bào gốc nội mô #nhồi máu cơ tim #chức năng tâm thất trái #quá trình phân chia tế bào.
Ảnh hưởng của chế phẩm Regent 800WG đến hoạt động phân chia và nhiễm sắc thể trong quá trình nguyên phân ở tế bào rễ hành lá - Allium fistulosum L.
Tạp chí Khoa học Đại học cần Thơ - Tập 54 Số 3 - Trang 94-101 - 2018
Nhiều nghiên cứu trên thế giới cho thấy, việc lạm dụng thuốc trừ sâu trong trồng trọt đã ảnh hưởng tiêu cực đến thực vật và có thể gây đột biến cho các sinh vật (kể cả con người) gián tiếp tiếp xúc với thuốc. Trong nghiên cứu này, chế phẩm thương mại Regent 800WG được sử dụng để kiểm tra sự ảnh hưởng của chế phẩm đến nhiễm sắc thể và tế bào rễ hành Allium fistulosum L. trong quá trình nguyên phâ...... hiện toàn bộ
#Allium fistulosum L #chế phẩm thương mại #nguyên phân #sai hình nhiễm sắc thể #tế bào
Các đột biến thay đổi cơ chế điều phối sự phân chia tế bào với sự tăng trưởng tế bào trong nấm men phân chia Schizosaccharomyces pombe Dịch bởi AI
Springer Science and Business Media LLC - Tập 161 - Trang 215-220 - 1978
Cơ chế điều phối giữa sự phân chia tế bào và sự tăng trưởng tế bào đã được nghiên cứu trong nấm men phân chia Schizosaccharomyces pombe. Hai mươi lăm biến thể đột biến với sự thay đổi trong cơ chế này đã được phân lập, có tốc độ tăng trưởng tương đương với kiểu hoang dã nhưng phân chia ở kích thước tế bào nhỏ hơn. Các biến thể này xác định hai gen wee 1 và wee 2, cả hai đều tham gia vào cơ chế khở...... hiện toàn bộ
#Schizosaccharomyces pombe #phân chia tế bào #tăng trưởng tế bào #đột biến #gen wee 1 #gen wee 2
Đồng bộ hóa phân chia tế bào của Chlorella pyrenoidosa Dịch bởi AI
Folia Microbiologica - Tập 9 - Trang 150-155 - 1964
Một phương pháp điều chỉnh việc đồng bộ hóa cho Chlorella pyrenoidosa đã được đề xuất, dựa trên việc tách biệt cơ học giữa các tế bào nhỏ và lớn qua ly tâm phân biệt và pha loãng quần thể sau khi phân chia đến mật độ không đổi (tối đa 3×106 tế bào/ml). Sử dụng hệ thống này, với 16 giờ ánh sáng và 8 giờ tối, chu kỳ ontogenetic của Chlorella pyrenoidosa diễn ra trong 24 giờ và sự phát triển đồng bộ ...... hiện toàn bộ
#Chlorella pyrenoidosa #đồng bộ hóa #phân chia tế bào #ly tâm phân biệt #phát triển đồng bộ
Chu kỳ tế bào của vi khuẩn planctomycete Gemmata obscuriglobus liên quan đến sự phân chia tế bào Dịch bởi AI
BMC Cell Biology - Tập 10 - Trang 1-12 - 2009
Gemmata obscuriglobus là một thành viên đặc trưng của ngành Planctomycetes có sự khác biệt, tất cả các thành viên đã biết đều là vi khuẩn không có peptidoglycan với cấu trúc tế bào phân chia ngăn và tiến hành quá trình phân chia bằng cách chồi. G. obscuriglobus còn có đặc điểm độc đáo là DNA nucleoid của nó được bao quanh bởi một lớp vỏ gồm hai màng tạo thành cấu trúc tương tự như nucleoid được ba...... hiện toàn bộ
#Gemmata obscuriglobus #kế hoạch tế bào #phân chia tế bào #nucleoid #màng tế bào
Tổng số: 35   
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4

Chủ đề khác

#bất thường mạch máu

Bất thường mạch máu là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học

#phân tích ngược

Phân tích ngược là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

#rối loạn phát triển thần kinh

Rối loạn phát triển thần kinh là gì? Nghiên cứu liên quan

#virus thực vật

Virus thực vật là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

#bctiv

Bctiv là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

#lỏng khớp

Lỏng khớp là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

#bolometer

Bolometer là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

#điều khiển chuyển động

Điều khiển chuyển động là gì? Nghiên cứu khoa học liên quan

#bò sữa

Bò sữa là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

#độ phong phú

Độ phong phú là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan


Xem thêm