Sinh Hoc Tap 3

Bài 1: Nhập môn sinh học phân tử _ tập 1

Bài 2: Màng sinh chất _ tập 1

Bài 3: Vận chuyển vật chất qua màng _ tập 1

Bài 4: Tiêu thể và Peroxisomes _ tập 2

Bài 5: Lưới nội sinh chất và Golgi _tậi 2

Bài 6: Ty thể _tập 2

Bài 7: Nhân tế bào ở gian kỳ _ tập 3

Bài 8: Bộ xương tế bào_ tập 3

Bài 9: Sự phân bào _tập 3

Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử

NHÂN TẾ BÀO GIAN KỲ

Mục tiêu: 1. Mô tả được siêu cấu trúc của nhân trong thời gian kỳ. 2. Hiểu được chức năng chính của nhân. 3. Nhận biết được tầm quan trọng của nhân ÐẠI CƯƠNG: Nhân, với chức năng chủ yếu là một bào quan đặc biệt chứa các thông tin di truyền quyết định các cấu trúc và chức năng của tế bào, là đặc điểm tiến hóa quan trọng nhất của Eukaryote so với Prokaryote. Nhân có 2 lớp màng bao bọc đồng tâm, phân cách khỏi bào tương, có dạng gần cầu, chiếm chừng 1/10 thể tích tế bào. Nói chung thì mỗi tế bào Eukaryote chứa một nhân, nhưng cũng có nhiều ngoại lệ. Trùng đơn bào Paramecium (trùng đế giày) thường xuyên có 2 nhân, một để di truyền cho tế bào con, một để "điều hành" các hoạt động thường xuyên cần đến thông tin di truyền chứa trong bộ gen. Một số loại nấm thường có nhiều nhân trong một tế bào vì khi phân chia nhân, tế bào không kịp hình thành vách ngăn phân chia tế bào chất. Ở tế bào gan của người cũng thấy có hiện tượng này. Bạch cầu đa nhân thật ra là một tên gọi không chính xác nhưng vẫn phổ biến trong các nhà huyết học, các tế bào này chỉ có một nhân, nhưng nhìn dưới kính hiển vi quang học thấy nhân gồm nhiều "thùy". Ðối với tế bào Prokaryote, không có nhân điển hình, mà chỉ có một vùng tập trung ADN, nhưng không có màng bao bọc, gọi là thể nhân (nucleoid). Cấu trúc nhân hoàn chỉnh, tách biệt phần còn lại của tế bào chất (bào tương) cho phép tế bào Eukaryote đạt được các lợi thế so với Prokaryote: 1) Lượng ADN chứa được lớn hơn nhiều. Mỗi tế bào Eukaryote chứa nhiều phân tử ADN, mỗi phân tử đều có kích thước rất dài so với phân tử ADN duy nhất của Prokaryote. Số lượng ADN này dư thừa nhiều lần so với nhu cầu mã hóa tất cả các ARN và protein của cơ thể. Tế bào Eukaryote cũng có hệ thống các cấu trúc tơ sợi rất phát triển trong bào tương, tạo thành bộ xương tế bào thực hiện các vận động của nguyên sinh chất. Giả sử ADN không được "đóng gói" trong nhân, chức năng vận động nói trên chắc khó mà thực hiện được. 2) Quá trình phiên dịch mã di truyền (tổng hợp protein) được thực hiện trong bào tương, tách biệt với nhân là nơi xảy ra phiên mã (tổng hợp ARN). Sự tách rời hai quá trình về không gian và thời gian cho phép tế bào thực hiện thêm một số phản ứng hóa học để "cải biến" phân tử m-ARN trên đường vận chuyển từ nhân ra bào tương, trước khi nó được sử dụng làm khuôn để phiên dịch mã. Nhờ vậy tế bào Eukaryote thực hiện được sự điều hòa thể hiện gen một cách tinh vi hơn, thông qua hai giai đoạn phiên mã và phiên dịch mã. Trong bài này, chúng ta sẽ đi sâu mô tả cấu tạo và chức năng của từng thành phần của nhân. Các thành phần đó bao gồm: - Vỏ nhân với hai lớp màng và khoang gian màng quanh nhân (khoang quanh nhân), có nhiều chỗ tạo thành các lỗ hổng (lỗ nhân). Chức năng chủ yếu của vỏ nhân là tạo thành hàng rào


- Dịch nhân, bao gồm các chất tan và các đại phân tử (acid nucleic và protein) ở các trạng thái ngưng tụ với nhau, có độ bắt màu kiềm cao, gọi là chất nhiễm sắc. Chức năng chủ yếu của dịch nhân, hay đúng hơn là của các nhiễm sắc thể chứa trong đó, là chứa đựng các thông tin di truyền và tạo ra các phiên bản thông tin để gởi ra bào tương, quyết định thành phần protein đặc trưng sẽ xây dựng nhiều cấu trúc và thực thi nhiều chức năng khác nhau của tế bào. Một chức năng quan trọng khác của nhiễm sắc thể là truyền thông tin di truyền cho các tế bào con trong quá trình phân chia tế bào, chức năng này sẽ được đề cập trong một bài riêng (meiose). - Hạch nhân hay nhân con, là khối hình cầu không có màng bao quanh nhưng bắt màu đậm đặc hơn so với dịch nhân, có chức năng chủ yếu là tổng hợp ARN của ribosome (r-ARN) và cũng là nơi hình thành các tiểu đơn vị ribosome. I. VỎ NHÂNVÀ SỰ VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT GIỮA NHÂN VÀ BÀO TƯƠNG: Vỏ nhân (nuclear envelope) bao gồm hai lớp màng, gọi là màng trong và màng ngoài, như 2 mặt cầu đồng tâm bao bọc lấy nhân. Giữa hai lớp màng là khoang quanh nhân (perinuclear space).

Màng ngoài nối với màng của lưới nội bào hạt và cũng có nhiều ribosome bám lên, giống như lưới nội bào hạt. Do đó, màng ngoài nhân (và khoang quanh nhân) cũng có chức năng thực hiện tổng hợp các protein đóng gói trong màng nội bào hoặc chế tiết ra khoang gian bào (như lưới nội bào hạt). Khoang quanh nhân liên thông với khoang chứa của lưới nội bào hạt. Trong quá trình phân chia tế bào, vỏ nhân dường như tan biến nhưng thật ra được chuyển thành lưới nội bào hạt. Sau đó, vỏ nhân lại được hình thành trở lại cũng từ các đoạn của lưới nội bào hạt.

Ebook created by CLB195

Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử

Về quan điểm tiến hóa, vỏ nhân cũng như lưới nội bào hạt có thể có nguồn gốc chung từ các đoạn lõm vào của màng sinh chất. Ở tế bào Prokaryote, có thể thấy màng sinh chất lõm vào thành những cấu trúc gọi là mesosome. Nhiễm sắc thể của tế bào Prokaryote tập trung vào vùng thể nhân và cũng gắn với màng nhưng trong trường hợp này là màng tế bào chứ không phải màng nhân. Vỏ nhân bị "dệt" vào giữa hai hệ thống mạng sợi. Từ phía ngoài bào tương, các siêu sợi trung gian của bộ xương tế bào đan khắp bề mặt vỏ nhân. Còn từ phía trong, màng trong của vỏ nhân được lợp một lớp mạng gọi là lamina, cấu tạo từ 3 loại protein sợi (lamin). Qua các sợi này, màng trong liên kết với dị nhiễm sắc của nhiễm sắc thể. Dị nhiễm sắc bao phủ gần như hết mặt trong vỏ nhân, nhưng lại chừa ra các khoảng trống xung quanh lỗ nhân là nơi vận chuyển các chất qua lại giữa nhân và bào tương. Màng ngoài và màng trong có cấu trúc hóa học khác nhau. Nhưng ở nhiều chỗ, chúng nối với nhau và chừa lại lỗ hổng không có màng, gọi là lỗ nhân (nuclear pore). Những lỗ hổng này được lấp đầy bởi "phức hợp lỗ nhân", gồm nhiều phân tử protein khác nhau, có tổng khối lượng khoảng 50-100MD. Các protein này tạo thành các hạt có thể nhìn thấy được dưới kính hiển vi điện tử. Trên sơ đồ, ta thấy phức hợp lỗ nhân như bông cúc 8 cánh, với 8 cánh xung quanh và một hạt ở giữa. Mỗi cánh này thực ra gồm 3 hạt, phân bố thành 3 tầng. Chúng lấp gần kín lỗ nhân, chỉ chừa lại một kênh dài khoảng 15 nm, rộng khoảng 9nm. Kênh này lại thường thấy bị nút kín bởi hạt trung tâm. Có lẽ hạt này là những phức hợp đang được vận chuyển qua lỗ nhân. Lỗ nhân kiểm soát sự trao đổi chất giữa nhân và bào tương. Các phân tử nhỏ có thể qua lại lỗ nhân khá dễ dàng. Chẳng hạn một protein TLPT 17000Daltons sẽ cân bằng nồng độ giữa nhân và bào tương chỉ sau hai phút. Ngược lại những hạt lớn như ribosome hoàn chỉnh thì không lọt qua lỗ nhân và bị giữ lại (ở bên ngoài bào tương, chứ không lọt vào trong nhân). Tuy vậy, cũng không thể nói rằng lỗ nhân có tác dụng như cái rây, tức là cấu trúc sàng lọc các hạt đi qua tùy theo kích thước của hạt. Các tiểu đơn vị ribosome mặc dù kích thước vượt xa đường kính kênh qua lỗ nhân, nhưng vẫn được nhân "xuất khẩu" ra bào tương một cách dẽ dàng. Những enzym có TLPT lớn như ADN- và ARN-polymeraz (riêng mỗi tiểu đơn vị đã có TLPT 100000 - 200000Daltons) cũng được nhân nhập khẩu từ bào tương. Như vậy, sự vận chuyển các hạt lớn qua lỗ nhân phải kèm theo sự mở rộng đường kính kênh. Cơ chế mở rộng đường kính kênh lỗ nhân ngày nay chưa thật rõ.


Có các bằng chứng cho thấy rằng phức hợp lỗ nhân có chứa thụ thể nhận biết các đại phân tử và hạt khác nhau. Với các protein đã được tổng hợp trong bào tương và cần được nhập khẩu vào nhân, người ta đã xác định được rằng thụ thể nói trên tương tác với một đoạn oligopeptid tín hiệu, chứa từ 4 đến 8 acid amin bao gồm prolin và các gốc tích điện dương (lysin, arginin) được mã hóa trong thành phần cấu trúc bậc nhất của các protein đó. Protein đoạn oligopeptid nói trên (ví dụ histon, protein ribosome, tiểu đơn vị của ADN-polymeraz...) thì được thụ thể tiếp nhận và vận chuyển vào nhân, còn các protein bào tương thì không chứa đoạn oligopeptid này, do đó chỉ nằm lại bên ngoài bào tương. Quá trình mở rộng kênh cũng đòi hỏi tiêu thụ năng lượng ATP, nhưng cơ chế chưa được biết rõ. Sự vận chuyển qua lại lỗ nhân xảy ra khá mạnh mẽ, đặc biệt khi tế bào có tổng hợp nhiều đại phân tử. Ta hãy xem một con số ví dụ. Vỏ nhân tế bào động vật chứa trung bình 3000 - 4000 lỗ nhân (khoảng 11 lỗ trên mỗi micromet vuông). Khi tổng hợp ADN, nhân cần nhập khẩu từ


II. CÁC TRẠNG THÁI NGƯNG TỤ CỦA ADN TRONG NHÂN:

Bộ gen của tế bào Eukaryote chứa nhiều nhiễm sắc thể, mỗi nhiễm sắc thể chứa một phân tử ADN. Số lượng phân tử ADN trong mỗi bộ gen (mỗi nhân) bình thường là 2n (n là số nguyên khác nhau phụ thuộc vào mỗi loài). Mỗi phân tử này ngưng tụ với nhiều phân tử protein khác nhau trong đó protein kiềm (histon) chiếm tỷ lệ đa số. Khi tế bào phân chia, trạng thái ngưng tụ giữa ADN với protein sẽ đậm đặc nhất, khiến cho nhiễm sắc thể có thể nhìn thấy được dễ dàng dưới kính hiển vi quang học. Ở người, có 2n=46 nhiễm sắc thể, tức là mỗi nhân tế bào bình thường chứa 46 phân tử ADN. Mỗi phân tử này chứa từ 50Mb đến 250Mb (Megabazơ = 1 triệu cặp bazơ nitơ). Nếu các phân tử này duỗi ra hoàn toàn dưới dạng chuỗi xoắn kép Watson-Crick, thì sẽ có chiều dài lý thuyết từ 1,7 đến 8,5 cm. Rõ ràng là chuỗi xoắn kép dài như vậy không thể chứa vừa trong nhân và rất dễ dàng bị đứt gãy. Trong thực tế thì ngay cả ở nhân gian kỳ, khi nhiễm sắc thể ở trạng thái phân tán, phân tử ADN vẫn không bị duỗi ra hoàn toàn, mà được đóng gói (ngưng tụ) vào các cấu trúc xoắn khác nhau. Sự ngưng tụ này thực hiện được nhờ có sự liên kết của ADN với nhiều loại protein khác nhau, trong đó chủ yếu là các protein kiềm (histon). Chất nhiễm sắc (chromatin) tồn tại dưới dạng chất dịch bắt màu kiềm trong nhân tế bào gian kỳ chính là hỗn hợp giữa ADN với các protein nói trên (gọi chung là protein nhiễm sắc thể). Nhiễm sắc thể Eukaryote ở trạng thái phân tán chất vẫn duy trì mức độ ngưng tụ nhất định thành các cấu trúc hạt và sợi mảnh. Nucleosome và sợi 10 nm Ở trạng thái ngưng tụ ít nhất, nhiễm sắc thể có thể nhìn thấy được dưới kính hiển vi điện tử dưới dạng sợi mảnh có kích thước (bề dày) 10 nm.



Dưới KHVÐT, sợi này trông như một chuỗi cườm, gồm các hạt nhỏ đường kính khoảng 10nm nối với nhau bằng sợi ADN. Hạt nhỏ nói trên gọi là nucleosome. Nucleosome là đơn vị cấu trúc cơ bản của phức hợp ADN-histon. Trong mỗi nucleosome, có 8 phân tử histon gồm 4 loại, ký hiệu H2A, H2B, H3 và H4, mỗi loại 2 phân tử. Mỗi phân tử histon chứa từ 107 đến 135 gốc acid amin, tức là thuộc loại protein PTL tương đối nhỏ. Histon có tính kiềm cao, vì có nhiều các gốc acid amin như Lys, Arg tích điện dương. Tám phân tử histon được xếp thành phức hợp lõi (octamer), có thể phân ly thành hai nửa (tetramer). Phức hợp lõi có đoạn ADN dài 146b cuốn khoảng hai vòng bên ngoài, được gọi là nucleosome. Ðó là một hạt khá dẹt có đường kính 11nm. Sợi ADN nối giữa 2 nucleosome kế tiếp dài chừng vài chục bazơ nitơ được gọi là ADN nối (linker ADN). Tổng cộng hai vòng ADN cuốn quanh lõi histon và đoạn ADN nối tạo thành một chu kỳ lập lại của các nucleosome trên ADN, dài vào khoảng 200b. Như vậy, một gen cỡ trung bình dài chừng 10kb sẽ chứa khoảng 50 nucleosome. Bên ngoài mỗi nucleosome có thể có thêm một phân tử histon (H1) được gắn một cách lỏng lẻo (dễ phân ly). Sự liên kết đồng thời các phân tử histon H1 vào các nucleosome làm cho sợi 10nm ngưng tụ chặt hơn. Các histon lõi gắn rất chặt với ADN, ngay cả trong quá trình sao chép mã, cấu trúc nucleosome của nhiễm sắc thể vẫn không bị phân ly hoàn toàn. Người ta cho rằng khi tổng hợp ARN trên khuôn ADN, enzyme ARN-polymeraza chạy đến nucleosome nào thì lõi histon của nucleosome đó có thể phân ly tạm thời thành 2 mảnh để cho enzyme "làm việc". Cơ chế "mở để làm việc tạm thời" đối các nucleosome có tính chất rất bảo tồn, không thay đổi trong suốt lịch sử tiến hóa của Eukaryote, do đó cấu trúc bậc nhất của các histon hầu như không có thay đổi nhiều giữa các loài. Sợi nhiễm sắc 30nm Histon H1 liên kết vào mỗi nucleosome khiến cho sợi 10nm bị ngưng tụ chặt chẽ hơn và có thể hình thành một sợi lớn hơn, gọi là sợi nhiễm sắc 30nm. Mô hình cấu tạo trình bày trên hình, trong đó ta thấy sợi 10 nm tạo thành một chuỗi xoắn (solenoid) có bề ngang chừng 30nm. Trong nhiễm sắc thể có những đoạn ADN tương đối dài không liên kết với histon và không ngưng tụ thành nucleosome. Các đoạn này rất nhạy cảm với ADN-az. Phần lớn chúng nằm


Ngưng tụ cấp cao hơn

Sau khi ngưng kết thành sợi 30nm, phân tử ADN có thể xếp gọn lại với độ dài còn chừng 0,1cm. Tuy nhiên, chiều dài này vẫn còn lớn gấp khoảng 100 lần đường kính của nhân! Trong thực tế, trên các nhiễm sắc thể của nhân gian kỳ, phần lớn các sợi nhiễm sắc 30 nm còn ngưng tụ tiếp tục thành các sợi nhiễm sắc có kích thước chừng 100nm (bề dày). Tuy nhiên, mô hình của cấu trúc này còn chưa rõ. Ðối với nhân của tế bào đang phân chia, nhiễm sắc có thể được ngưng tụ một cách đậm đặc nhất. Sợi 30nm uốn lượn thành các vòng, mỗi vòng chứa chừng 20-100kb. Một dãy các vòng đó được nối với nhau bởi một trục protein. Dãy vòng này có bề dày chừng 300nm, chúng có thể gấp lại ở những đoạn nhất định và xếp thành cấu trúc cao hơn nữa (700nm). Cấu trúc 700nm ngưng tụ vào nhiễm sắc thể của nhân gián phân, ở trung kỳ nhiễm sắc thể này có bề rộng cỡ 1400nm và chỉ dài vài micromet (10-6m). So với chiều dài lý thuyết của ADN ở trạng thái duỗi hoàn toàn (1cm = 10-2m), kích thước nói trên được thu gọn cỡ 10000 lần với một trật tự hoàn hảo. Chúng ta đã nghiên cứu cấu trúc siêu vi của chất nhiễm sắc (nhiễm sắc thể). Sang mục này, chúng ta có thể đề cập đến hoạt động chức năng của nó. Sự thể hiện gen chính là một trong hai chức năng chính yếu nhất của nhiễm sắc thể. Chức năng thứ hai - tự sao chép và di truyền


Gen là một đoạn trong phân tử ADN của nhiễm sắc thể, mã hóa cho một polypeptid hay một phân tử ARN. Sự thể hiện của một gen là sự tạo ra các phân tử do nó mã hóa cấu trúc. Trong quá trình đó, thông tin di truyền chứa trong ADN được truyền sang phân từ ARN hay protein. Quá trình này thực hiện tuân theo Ðịnh đề trung tâm của sinh học phân tử.


Dòng thông tin di truyền đi từ ADN đến protein qua hai giai đoạn: - Phiên mã (sao chép mã, transcription): tổng hợp ARN trên ADN. Thứ tự nucleotid của ARN mới được tổng hợp là do thứ tự nucleotid trên ADN qui định. - Phiên dịch mã (dịch mã, translation): tổng hợp protein trên ARN. Với tế bào Eukaryote, giai đoạn này xảy ra ngoài bào tương. Thứ tự của acid amin của polypeptid mới tổng hợp là do thứ tự các nucleotid trên mARN quy định. Trong tế bào Eukaryote, sự thể hiện gen được kiểm soát trên cả hai cấp phiên mã và phiên dịch mã. Sự phiên dịch mã được đề cập trong chương trình này trong một bài riêng biệt. Trong bài này, chúng ta hãy xem xét sự thể hiện gen qua phiên mã. Tế bào Eukaryote có số lượng ADN dư thừa nhiều so với số lượng gen của nó. Chỉ có vài phần trăm ADN của nhiễm sắc thể là tạo thành các gen. Có thể tưởng tượng gen như những hòn đảo thông tin trong đại dương bao la gồm rất nhiều đoạn ADN "vô nghĩa" của nhiễm sắc thể. Nhưng ngay cả đối với các đoạn ADN-gen này, cũng chỉ có một phần nhỏ (khoảng 10%) là được phiên mã. Hoạt động phiên mã thường chỉ xảy ra trên những đoạn ADN ngưng tụ lỏng lẻo ở vùng đồng nhiễm sắc. Ðồng nhiễm sắc và dị nhiễm sắc Dưới kính hiển vi quang học, tùy theo mức độ bắt màu kiềm ít hay nhiều mà chất nhiễm sắc được phân biệt thành đồng nhiễm sắc và dị nhiễm sắc. Dị nhiễm sắc (heterochromatin) là vùng có cấu trúc ngưng tụ đậm đặc (bắt màu rõ) ngay cả khi tế bào không phân chia (gian kỳ). Dị nhiễm sắc bao gồm dị nhiễm sắc vĩnh viễn và dị nhiễm sắc tạm thời. Dị nhiễm sắc vĩnh viễn (constitutive heterochromatin) là những đoạn nhiễm sắc thể chỉ ngưng tụ đậm đặc ở mọi loại tế bào trong cơ thể. Phần lớn những đoạn này bao gồm ADN có chuỗi nucleotid lặp đi lặp lại một cách đơn giản (ADN đồng hành = satelite DNA). Chúng tạo thành tâm nhiễm sắc thể, tức là vị trí mà khi tế bào phân chia, nhiễm sắc thể sẽ gắn với siêu ống của thoi vô sắc. Dĩ nhiên, mỗi nhiễm sắc thể bình thường chỉ có một tâm. Dị nhiễm sắc tạm thời (facultative heterochromatin) là những đoạn nhiễm sắc thể chỉ ngưng tụ ở một số tế bào trong cơ thể, hoặc là ở những giai đoạn nào đó của sự biệt hóa tế bào. Chúng cũng không được phiên mã, mặc dù ADN ở đây không phải là những chuỗi lặp lại đơn giản mà có thể chứa các gen thực thụ. Tế bào càng biệt hóa thì tỷ lệ dị nhiễm sắc tạm thời càng lớn; hay nói cách khác càng có nhiều gen bị khóa lại, không được thể hiện nữa. Nhiễm sắc thể X ở phụ nữ là một trường hợp đặc biệt mà tất cả các gen của nó bị khóa trong trạng thái dị nhiễm sắc tạm thời. Ðồng nhiễm sắc (euchromatin) là phần còn lại của nhiễm sắc thể, nơi có chất nhiễm sắc ngưng tụ lỏng lẻo hơn, bắt màu kém hơn. Ðồng nhiễm sắc cũng có thể chứa một số ADN không hoạt động phiên mã. Nhưng tất cả các đoạn ADN nào trên nhiễm sắc thể có phiên mã thì điều phải nằm ở trạng thái đồng nhiễm sắc. Ở tế bào người và các động vật có xương sống, các gen có phiên mã thường chiếm chừng 1/10 tổng số bộ gen. Ngay cả khi tế bào đang phân chia, nhiễm sắc thể ngưng tụ đậm đặc vẫn còn chứa những vùng chất nhiễm sắc hoạt động, vẫn nhạy cảm với tác dụng phân hủy của ADN-az. Ðiều này chứng tỏ ADN ở đây liên kết lỏng lẻo hơn với histon. Tại vùng chất nhiễm sắc hoạt động phiên mã, thành phần protein có các đặc điểm khác với ở vùng không hoạt động: - Histon H1 phân ly khỏi sợi 10 nm. - Các histon khác bị khử bớt điện tích dương, do được gắn thêm các gốc acetyl và gốc phosphoryl (acid) vào chuỗi bên của các gốc acid amin kiềm (ví dụ lysin). Do vậy, lực hút tĩnh điện giữa các histon (bazơ) với các gốc phosphat (acid) của ADN bị giảm đi: - Histon H2A bị thay thế bằng một tiểu phần phụ có cấu trúc bậc nhất khác với histon H2A thông thường.


- Sự có mặt của các protein thuộc nhóm rất linh động (HMG protein). Phiên mã: Tổng hợp ARN nhờ các ARN-polymeraz khác nhau Phiên mã (DNA transcription) là quá trình tổng hợp ARN trên khuôn ADN, trong đó thứ tự chuỗi polydeoxyribonucleotid được sao chép thành thứ tự chuỗi polyribonucleotid. Khác với tế bào Prokaryote chỉ có một loại ARN-polymeraz làm nhiệm vụ tổng hợp mọi loại ARN, tế bào Eukaryote có 3 loại ARN-az khác nhau, phiên mã các nhóm gen khác nhau: - ARN-polymeraz I, tổng hợp các r-ARN lớn - ARN-polymeraz II, tổng hợp các m-ARN - ARN- polymeraz III, tổng hợp các phân tử ARN nhỏ như t-ARN và 5S-r-ARN Các polymeraz này, cũng như ARN-polymeraz của Prokaryote, đều là những phức hợp lớn (TLPT trên 500kD), gồm nhiều chuỗi polypeptid khác nhau. Trong cấu trúc bậc nhất của các polypeptid này có nhiều đoạn tương đồng. Sự tổng hợp phân tử ARN trong mọi trường hợp đều bắt đầu từ đầu 5? Ba loại polymeraz của Eukaryote có thể phân biệt tùy theo độ nhạy cảm của chúng với alcaloid αηπλα-amanitin. ARN-polymeraz II rất nhạy cảm, ARN-polymeraz I khá nhạy cảm, còn ARN-polymeraz III ít nhạy cảm nhất với αηπλα-amanitin. Ðể dẽ nhớ, có thể nhận xét rằng sản phẩm ARN tổng hợp ra càng dài thì enzym của quá trình tổng hợp càng nhạy cảm với αηπλα-amanitin. Trước hết, ta hãy xem xét quá trình tổng hợp loại gen dài nhất, tức là gen của m-ARN, do ARN-polymeraz II thực hiện. Tổng hợp m-ARN Phân tử m-ARN ở tế bào Eycaryot được tổng hợp với những đặc điểm khác với ở Prokaryote: - Ðược tổng hợp dưới dạng phân tử tiền m-ARN (hn-RNA = heterogeneous nuclear RNA = ARN dị thuần nhất trong nhân) dài hơn nhiều so với m-ARN "chín". - Tiền m-ARN trải qua nhiều cải biến hóa học và sẽ được cắt ngắn đi - m-ARN không được phiên dịch mã ngay mà còn phải chuyển ra bào tương - Sự tổng hợp được tiến hành trên ADN gắn với histon, và do ARN-polymeraz II xúc tác.

Nhiều phân tử ARN-polymeraz II có thể cùng đồng thời hoạt động trên một đơn vị phiên mã. Ðơn vị phiên mã (transcription unit) là một đoạn của phân tử ADN, bắt đầu bằng chuỗi nucleotid mang tín hiệu khởi phát, và kết thúc bằng chuỗi nucleotid tín hiệu kết thúc quá trình tổng hợp ARN. Mỗi đơn vị phiên mã thường là một gen. ARN-polymeraz đậu trên chuỗi nucleotid mang tín hiệu khởi phát với sự tham gia của một số protein (yếu tố khởi phát). Trong quá trình tổng hợp ARN, khi toàn bộ phức hợp chuyển dịch gần về phía chuỗi tín hiệu kết thúc thì tiền m-ARN thông tin càng được kéo dài ra. Do vậy, trên ảnh hiển vi điện tử, ta có thể thấy một cấu trúc giống như cây thông noel, với các cành là các phân tử tiền m-ARN đang kéo dài. Phân tử tiền m-ARN sau khi tổng hợp, hay đúng hơn là ngay trong khi đang được tổng hợp dở dang, đã chịu nhiều biến đổi hóa học. Ở trạng thái "chín", khi đã chuyển ra bào tương, m-ARN khác nhiều so với phân tử tiền thân của nó: - Ngay trong khi được tổng hợp, tiền m-ARN được bao bọc bởi các protein và các phức hợp của protein với các phân tử ARN nhỏ, cỡ dưới 250b. Các protein này tạo thành một lớp vỏ


- Ðầu 5? của tiền m-ARN được tổng hợp trước. Khi vừa được tổng hợp, nó liền được gắn thêm gốc methyl-guanin (MetG). Gốc này có tác dụng như một chiếc mũ bảo vệ cho tiền m-ARN khỏi bị phân hủy. Sau này, khi m-ARN được chuyển ra bào tương, MetG cũng tham gia vào quá trình khởi phát phiên dịch mã. - Ðuôi 3? của tiền m-ARN được tổng hợp sau cùng, khi ARN-polymeraz II chạy đến đoạn tín hiệu kết thúc đơn vị phiên mã. Ở cách đuôi 3? chừng 10-30b, có chuỗi thứ tự AAUAAA. Chuỗi này là tín hiệu để các enzym đặc hiệu tiến đến, cắt bỏ khúc đuôi 10-30b nói trên, và liền sau đó nối thêm một đoạn 100-200 gốc adenyl. Ðoạn polyA này được tổng hợp nhờ enzym polyA-polymeraz hoạt động không có khuôn ADN. Phân tử tiền m-ARN mới tổng hợp có độ dài xấp xỉ độ dài của đơn vị phiên mã (trung bình 8kb, nhưng có thể tới hàng chục hay hàng trăm kb). So với chiều dài của m-ARN cần thiết cho việc mã hóa một protein (trung bình chứa 400 gốc acid amin, tức chỉ cần 1,2kb m-ARN để mã hóa), rõ ràng tiền m-ARN còn thừa rất nhiều. Vấn đề đặt ra là nó phải được cắt ngắn bớt trước khi chuyển ra bào tương để thực hiện chức năng phiên dịch mã. Như trên ta thấy, tiền m-ARN được gắn thêm đầu MetG và thêm đuôi polyA có tác dụng bảo vệ, như vậy sự cắt ngắn phải xảy ra từ giữa phân tử chứ không phải từ hai đầu tận cùng! Các đoạn tiền m-ARN bị cắt bỏ được gọi là intron (in = bên trong, nằm lại nhân). Những đoạn còn lại (sẽ vận chuyển ra bào tương) gọi là exon (ex = ngoài, ra khỏi nhân). Exon là những đoạn mã hóa cho chuỗi polypeptid trong quá trình phiên dịch mã. Intron và exon cũng dùng để gọi tên các đoạn ADN trên gen tương ứng với các đoạn tiền m-ARN toàn vẹn khi intron bị cắt bỏ, các đầu mút của các exon phải được nối lại với nhau. Quá trình này được thực hiện nhờ sự uốn vòng của các intron. Vòng intron tương tác và gắn với một phức hợp ribonucleoprotein lớn, gọi là thể cắt nối (spliceosome). Sự cắt đoạn intron xảy ra gần như đồng thời với sự nối gắn đầu nút 3? (donor) của exon này với đầu mút 5? (aceptor) của exon kế tiếp. Rõ ràng, để đảm bảo thông tin di truyền không bị lệch lạc trong quá trình cắt nối nói trên, phải có sự nhận biết chính xác các đầu mút của các exon kế tiếp nhau. Sự nhận biết này được thực hiện nhờ thể cắt nối. Người ta cho rằng thể cắt nối có thể chứa các đoạn ARN tạo liên kết bổ sung với những đoạn chuỗi nucleotid đặc hiệu trên cấu trúc bậc nhất của tiền m-ARN (các đoạn đầu mút của các exon kế tiếp). Intron bị cắt ra sẽ cùng với thể cắt nối phân ly khỏi tiền m-ARN, sau đó bị phân rã trong dịch nhân. Nhờ có cơ chế cắt bỏ intron và nối exon với nhau thành chuỗi m-ARN chính thức, cùng một đơn vị phiên mã (một gen) có thể được xử lý khác nhau để tạo thành các m-ARN có thành phần exon khác nhau. Như vậy, một gen có thể điều khiển tổng hợp ra các protein khác nhau. Lý thuyết một gen - một protein do Jacob và Monod đưa ra có thể đúng với Prokaryote, nhưng lại không đúng với Eukaryote! Nhờ đó, tế bào Eukaryote đạt được sự linh hoạt (mềm dẻo) tối đa về phương diện thể hiện thông tin di truyền. Tổng hợp r-ARN và t-ARN Nếu như sự thể hiện gen của protein được tiếp diễn qua hai giai đoạn (phiên mã - phiên dịch mã), trong đó qua phiên mã, một phiên bản gen tổng hợp ra nhiều phiên bản m-ARN và qua phiên dịch mã một phiên bản m-ARN lại tiếp tục tạo ra nhiều phiên bản protein nữa, thì đối với gen r-ARN và t-ARN, sự thể hiện chỉ qua một giai đoạn. Do đó mỗi gen trong trường hợp này chỉ điều khiển tổng hợp một số lượng tương đối ít sản phẩm. Ðể gia tăng số lượng sản phẩm của sự thể hiện gen, các gen này tồn tại trong nhiễm sắc thể dưới dạng nhiều phiên bản trùng lặp, giống hệt nhau. Hiện tượng này xảy ra cả ở tế bào Prokaryote. Ví dụ nhiễm sắc thể của E. coli chứa 7 phiên bản gen r-ARN. Nhưng với Eukaryote, sự dồi dào về số lượng ADN trong mỗi tế bào cho phép tăng số phiên bản lên hàng trăm. Các phiên bản này được gọi là các gen lặp (tandem gene), chúng nằm thành chuỗi kế tiếp nhau trên nhiễm sắc thể như thể các vận động viên, mỗi người tác động lên một cơ chế truyền động riêng (bàn đạp, đùi đĩa, xích) nhưng đều cùng hợp lực đẩy một cỗ xe tandem. Các gen lặp cách nhau bởi đoạn ADN ngắt câu (không phiên mã). Chuỗi các gen lặp của r-ARN có thể nằm trên nhiều nhiễm sắc thể


Gen của 5S-r-ARN và các gen t-ARN tương đối ngắn và được phiên mã bởi ARN-polymeraz III. Còn 3 r-ARN còn lại thì có chung một đơn vị phiên mã, do ARN-polymeraz I điều khiển quá trình tổng hợp. ARN-polymeraz I điều khiển tổng hợp ra tiền r-ARN 45S (13kb). Phân tử 45S này liên kết với các phức hợp protein trong hạch nhân, sau đó được cắt lược một số đoạn. Các đoạn còn lại (18S, 5, 8S, 28S) kết hợp với r-protein và 5S ARN để lắp ráp nên các tiểu đơn vị ribosome. Quá trình này, cũng như quá trình lắp ráp tiểu đơn vị ribosome, diễn ra trong hạch nhân. Hạch nhân Hạch nhân hay nhân con (nucleolus) ở tế bào gian kỳ là một khối cầu nằm trong nhân không có màng bao bọc, bắt màu đậm đặc hơn dịch nhân xung quanh. Tế bào ở trạng thái ít hoạt động thì hạch nhân rất nhỏ. Tế bào tổng hợp nhiều protein thì hạch nhân lớn hơn, có khi chiếm đến 1/4 thể tích nhân. Thành phần của nó gồm 3 vùng phân biệt được dưới kính hiển vi điện tử: - Tâm sợi, bắt màu nhạt, chứa ADN - Thành phần sợi, bắt màu đậm, chứa các phân tử r-ARN đang tổng hợp dở - Thành phần hạt, bắt màu nhạt hơn, chứa các hạt tiền ribosome đang được lắp ráp từ rARN và r-protein. Khi tế bào phân chia, hạch nhân tan biến ở trung kỳ và xuất hiện trở lại ở mạt kỳ dưới dạng nhiều hạch nhân nhỏ. Ở người, có thể thấy 10 hạch nhân nhỏ. Các hạch nhân nhỏ này sau đó kết hợp với nhau, cuối cùng chỉ còn lại một hạch nhân lớn. Hạch nhân hình thành từ các miền tổ chức hạch nhân của các nhiễn sắc thể. Ở người, có 10 nhiễm sắc thể chứa miền tổ chức hạch nhân. Mỗi miền tổ chức hạch nhân chính là một đoạn nhiễm sắc thể chứa chuỗi các gen lặp của r-ARN 45S. Mười nhiễm sắc thể này phân tán khắp dịch nhân gian kỳ, nhưng các đoạn chứa chuỗi các gen lặp đó thì luôn có xu hướng gắn với nhau vào chung một khối, tức là hạch nhân. Như vậy, hạch nhân là nơi tập trung các đoạn ADN (có thể của nhiều nhiễm sắc thể khác nhau) chứa các gen lặp đang thực hiện việc tổng hợp r-ARN, với rất nhiều phân tử r-ARN còn đang tổng hợp dở hoặc vừa tổng hợp xong đã lập tức được gắn với các protein của ribosome (r-protein), tạo thành các tiểu đơn vị ribosome trước khi các hạt này được vận chuyển ra bào tương.

BỘ XƯƠNG TẾ BÀO (CYTOSKELETON - CYTOSQUELETTE)

Mục tiêu :


1. Nêu được tên và chức năng của ba loại protein sợi thuộc bộ xương tế bào 2. Nêu được đặc điểm cấu trúc của siêu sợi actin và các protein kết hợp với siêu sợi actin 3. Nêu được cơ chế hoạt động của siêu sợi actin và các protein kết hợp với siêu sợi actin 4. Nêu được đặc điểm cấu trúc của siêu ống và các protein kết hợp với siêu ống 5. Nêu được cơ chế hoạt động của siêu ống và các protein kết hợp với siêu ống 6. Nêu được đặc điểm cấu trúc của siêu sợi trung gian I. ÐẠI CƯƠNG - Bộ xương tế bào là một mạng lưới các protein sợi nằm trong bào tương của tế bào eukaryote, có chức năng tạo khung, duy trì hình dạng và thực hiện các chuyển động của tế bào. - Bộ xương tế bào có nhiều chức năng khác nhau là do được cấu tạo từ 3 loại protein sợi : siêu sợi actin (actin filament), siêu ống (microtubule) và siêu sợi trung gian (intermediate filament). Mỗi loại sợi được tạo thành từ sự trùng phân (polymerization) các tiểu đơn vị (subunit) khác nhau : siêu sợi actin được tạo thành từ actin; siêu ống từ các tubulin và siêu sợi trung gian được tạo thành từ 6 loại protein sợi khác nhau. - Do thành phần cấu tạo không giống nhau nên mỗi loại sợi tạo ra sự chuyển động riêng, chẳng hạn, siêu sợi actin tham gia chủ yếu vào các chuyển động co cơ, chuyển động của các chân giả; siêu ống tạo ra sự chuyển động của các lông chuyển, roi và một số bào quan trong bào tương; còn siêu sợi trung gian như laminin có chức năng duy trì hình dạng của màng nhân, v.v. II. SIÊU SỢI ACTIN VÀ CÁC PROTEIN KẾT HỢP VỚI SIÊU SỢI ACTIN 1. Siêu sợi actin - Siêu sợi actin hiện diện trong hầu hết các loại tế bào và là loại protein sợi chiếm tỷ lệ khá lớn, khoảng 5%, trong số các protein của tế bào. - Siêu sợi actin tập trung chủ yếu ở những cấu trúc của tế bào như : vi nhung mao, thể liên kết trung gian và cũng là thành phần chính cấu tạo nên mạng lưới các sợi protein phân bố ở ngay mặt bào tương của màng tế bào. - Siêu sợi actin được cấu tạo từ sự trùng phân của các tiểu đơn vị, gọi là actin-G (globular actin). Bản thân actin-G là một polypeptid có 375 acid amin, trọng lượng phân tử khoảng 42.000 dalton và có dạng hình cầu kích thước 6nm x 4 nm. Trong mỗi actin-G đều có chứa 1 phân tử ATP và sự trùng phân của các actin-G thành siêu sợi actin luôn cần có sự thủy phân phân tử ATP này. Siêu sợi actin có dạng 2 chuỗi xoắn vào nhau và mỗi vòng xoắn có 14 đôi actin-G có chiều dài khoảng 77nm. - Các siêu sợi actin có tính phân cực, nghĩa là 2 đầu của một siêu sợi actin không giống nhau. Người ta phân biệt 1 cực "dương" và một cực "âm" hay "cực nhanh" và "cực chậm". Sự trùng phân của các actin-G xãy ra ở cả 2 đầu của siêu sợi actin nhưng tốc độ trùng phân ở cực "dương" nhanh hơn ở cực "âm" gấp 10 lần. 2. Các protein kết hợp với siêu sợi actin Siêu sợi actin thường kết hợp với các protein rất đặc biệt như : spectrin, tropomyosin, và myosin, v.v.


- Spectrin đặc biệt có rất nhiều trong hồng cầu. Sự kết hợp giữa siêu sợi actin và spectrin qua trung gian ankyrin (cũng có bản chất là một protein) có chức năng rất đặc biệt là duy trì hình dạng lõm hai mặt của hồng cầu giúp hồng cầu tăng diện tích trao đổi khí với các mô, và giúp cho hồng cầu chống lại các lực cơ học bằng cách thay đổi hình dạng của hồng cầu. - Tropomyosin là một loại protein sợi có 2 chuỗi xoắn giống nhau, phân bố dọc theo chiều của siêu sợi actin. - Myosin có khả năng kết hợp với siêu sợi actin được xếp chung vào nhóm myosin II. Myosin II là một phân tử không đối xứng có trọng lượng khoảng 500.000 dalton, gồm 2 phần : phần thân và phần đầu. Phần thân là phần lớn nhất của phân tử myosin do 2 chuỗi peptid giống nhau có khoảng 2.000 acid amin, dài 150nm, rộng 2nm, và xoắn vào nhau. Phần đầu của phân tử myosin có 2 thể hình cầu (thuộc 2 chuỗi peptide của phần nặng) và trên đó có phân tử ATPase; mỗi thể hình cầu của phần đầu myosin còn có 2 chuổi nhẹ nhỏ đính vào. - Trong tế bào cơ sự phân bố của siêu sợi actin và các protein kết hợp với siêu sợi actin rất đặc biệt và thay đổi tùy theo từng loại tế bào cơ khác nhau như : cơ vân, cơ tim và cơ trơn. - Tế bào cơ vân, còn gọi là sợi cơ vân, có dạng hình trụ thon ở hai đầu, đường kính khoảng 0,1mm và dài khoảng từ vài cm đến 12cm. Sợi cơ vân có chứa trong bào tương rất nhiều vi sợi cơ (myofilament) cũng có dạng hình trụ, đường kính khoảng 1-2mm và dài theo suốt chiều dài của sợi cơ vân. Vi sợi cơ có 2 thành phần cấu tạo chính : siêu sợi actin và sợi myosin. Sự phân bố rất đặc biệt của các siêu sợi actin và sợi myosin đã tạo nên những vạch sáng và tối có tính lập đi lập lại một cách rất đều nhau suốt trên chiều dài của vi sợi cơ. Ở động vật có xương sống, các siêu sợi actin có chiều dài khoảng 1mm và rộng khoảng 8nm. Trong khi đó các phân tử myosin kết hợp thành từng bó có chiều dài khoảng 1mm và rộng khoảng 150nm do phần thân của phân tử myosin này kết hợp với phần thân của các phân tử myosin xung quanh và sắp xếp gối lên nhau theo một khoảng cách rất đều và tạo thành bó myosin, trong khi phần đầu được bọc lộ ra ngoài và xếp đều theo chiều vòng xoắn ốc. Sự sắp xếp của các siêu sợi actin quanh bó myosin rất đều như sau : cứ 6 siêu sợi actin bao quanh 1 bó myosin, vì vậy trên thiết đồ cắt ngang các sợi sẽ phân bố theo hình lục giác rất đều đặn. - Tế bào cơ tim tuy có kích thước nhỏ hơn và có dạng hình trụ phân nhánh, nhưng sự phân bố của các siêu sợi actin và sợi myosin rất giống với tế bào cơ vân. Ngoài tropomyosin và myosin, trong tế bào cơ vân và cơ tim còn có một loại protein kết hợp với siêu sợi actin là troponin. Troponin là một phức hợp gồm 3 thành phần: troponin I (Inhibitor) cùng với tropomyosin nằm ở tại rãnh do 2 chuỗi xoắn của siêu sợi actin tạo ra. Tropomyosin có tác dụng ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp của phần đầu myosin và actin bằng cách che lắp điểm gắn (hay điểm tiếp xúc) nằm trên siêu sợi actin ; troponin T (Tropomyosin) có vai trò gắn kết phức hợp troponin vào tropomyosin; còn troponin C (Troponin có gắn Ca ++) có ái tính rất cao đối với Ca++, khi gắn kết với Ca++ sẽ có tác dụng giải phóng vị trí bị che lắp do phức hợp troponin I và tropomyosin tạo ra điểm gắn trên siêu sợi actin nhờ đó được bọc lộ ra để tương tác trực tiếp với phần đầu của myosin. Cơ chế phân tử của hiện tượng co cơ Sự co cơ có liên quan chặt chẽ với vai trò của hệ thần kinh, năng lượng và các chất điện giải, đặc biệt quan trọng nhất là vai trò của Ca ++


- Khi có tính hiệu từ luồng xung động thần kinh truyền đến tế bào cơ sẽ gây ra hiện tượng khử cực ở màng bào tương và hiện tượng kích thích điện học này sẽ lan đi


nhanh chóng đến hệ thống ống T và sau đó là lưới nội bào trơn bao bọc xung quanh các siêu sợi cơ. Tại màng lưới nội cơ trơn, hiện tượng khử cực làm thay đổi điện thế màng do đó khởi động các kênh phóng thích Ca++ nhằm mở kênh này ra, do đó sẽ gây ra sự vận chuyển một lượng lớn Ca++ từ lòng lưới nội cơ trơn ra dịch cơ tương theo gradient nồng độ. - Khi nồng độ Ca++ trong dịch bào tương tăng cao, troponin C sẽ gắn kết với Ca++ để tạo nên phức hợp Troponin C - Ca++ . Phức hợp này sẽ làm mất đi tác dụng ức chế sự gắn kết myosin vào actin do troponin I và troponin T tạo ra. Nhờ đó myosin được tiếp xúc trực tiếp với actin. Ðể sự gắn kết actin myosin xảy ra còn cần phải có sự thủy phân và giải phóng phân tử ATP. Sự thủy phân ATP làm cho đầu nặng của phân tử myosin thay đổi cấu hình nhằm tạo thuận lợi cho sự gắn kết myosin-actin xảy ra và actin trượt vào myosin theo một hướng nhất định. Do xung động thần kinh truyền đi rất nhanh qua hệ thống ống T và lưới nội cơ tương để đến từng sarcomer nên hầu hết các siêu sợi cơ trong tế bào cơ đều co thắt cùng một lúc. Tuy nhiên sự gia tăng nồng độ Ca trong dịch bào tương chỉ thoáng qua để rồi sau đó các ion này được bơm một cách chủ động và nhanh chóng vào trong lưới nội cơ tương nhờ bơm Ca++ -ATPase ở tại màng. Nồng độ Ca++ trong dịch bào tương giảm làm cho vai trò ức chế gắn kết actin-myosin của Troponin I và Troponin T được phục hồi, cơ trở về trạng thái nghĩ. - Tế bào cơ trơn có các đặc điểm như sau: có dạng hình thoi dài, có thể có phân nhành ở hai đầu. Về mặt cấu trúc phân tử, tế bào cơ trơn cũng có nhiều sợi actin và myosin nhưng không tạo thành sarcomer và cũng không có Troponin. Ở mức độ siêu cấu trúc, cơ trơn không có những hệ thống các protein co thắt (siêu sợi cơ) có tổ chức như đối với cơ vân, mà cơ trơn lại có những protein co thắt được xếp thành bó bắt chéo trong bào tương và đầu tận cùng của các bó này được đính vào những điểm có chức năng giống như cái neo (anchoring points) Những điểm neo này có cấu trúc giống với thể liên kết dính và được phân bố ở vòng quanh mặt trong màng tế bào. Trương lực do sự co thắt cơ trơn được tạo ra được truyền qua các điểm neo rồi lan đến màng ngoài sợi cơ, nhờ vậy giúp cho bó cơ trơn hoạt động như là một khối thống nhất. Mặc dù Ca++ vẫn là yếu tố chính kiểm soát sự co thắt như cơ vân, nhưng cơ chế chuyển động của ion này lại khác. Ở trạng thái nghĩ, ion Ca++ được tích trữ trong lưới nội cơ tương. Khi bị kích thích ion Ca++ được phóng thích ra bào tương và kết hợp với một protein gọi là calmodulin ( là một loại protein kết hợp với calcium. Phức hợp Ca++- Calmodulin sau đó sẽ kích hoạt một enzym gọi là kinase của chuỗi nhẹ trên myosin, enzym này sẽ phosphoryle hóa chuỗi nhẹ myosin và cho phép chuỗi này gắn kết với actin. Actin và myosin sẽ tương tác với nhau tạo ra sự co cơ lúc này giống như sự co cơ vân. III. SIÊU ỐNG VÀ CÁC PROTEIN KẾT HỢP VỚI SIÊU ỐNG

Siêu ống được cấu tạo chủ yếu từ các đơn phân là tubulin. Phân tử tubulin có dạng hình cầu, trọng lượng phân tử khoảng 55.000 dalton tương ứng với 450 acid amin. Có hai loại tubulin : tubulin a và tubulin b, xuất phát từ một phân tử chung. Vì vậy, phân tử tubulin a và tubulin b có những đoạn giống nhau về trình tự của các acid amin. Tubulin a và tubulin b có thể kết hợp với nhau một cách tự nhiên thành từng cặp gọi là heterodimer. Sau đó các heterodimer có khả năng liên kết với nhau và tạo thành những cấu trúc gọi là những siêu ống nhờ hiện tượng trùng phân. Có hai loại siêu ống là siêu ống bền và siêu ống không bền.


1. Siêu ống không bền - Siêu ống không bền là các siêu ống có thể vừa tự giải trùng thành các heterodimer và vừa được trùng phân từ các heterodimer. Các siêu ống này luôn có sự tồn tại đồng thời hai phản ứng khử trùng và trùng phân. - Siêu ống không bền đưọc tìm thấy ở dạng tự do trong bào tương, nhưng đặc biệt rất nhiều ở tại các cấu trúc như thoi phân bào và trung tử. - Mỗi siêu ống có chu vi được tạo thành từ 13 chuỗi phân tử tubulin (13 protofilament) xếp thành 1 vòng tròn có đường kính 25nm. Các phân tử tubulin a và tubulin b xếp xen kẽ nhau một cách đều đặn theo chu vi của siêu ống cũng như dọc theo chiều dài của mỗi phân tử tubulin (hay siêu sợi protofilament). - Siêu ống không bền có tính phân cực do đó tốc độ trùng phân ở cực (+) nhanh hơn cực (-) gấp 3 lần. Trong tế bào, sự hình thành các siêu ống được bắt đầu từ những trung tâm tổ chức. Cực "âm" của các siêu ống được gắn chặt vào trung tâm tổ chức còn cực "dương" ở dưới dạng tự do. Siêu ống không bền luôn được thay đổi thường xuyên. Lúc đầu siêu ống được tạo thành và kéo dài ra nhờ sự trùng phân của các heterodimer, nhưng sau đó lại bị rút ngắn lại một cách đột ngột do sự giải trùng. Trong tế bào luôn có sự thăng bằng giữa trùng phân và khử trùng, hay nói cách khác luôn tồn tại song song một lượng heterodimer tự do và các siêu ống trong bào tương. Tuy nhiên sự thăng bằng này có thể bị ảnh hưởng bởi các tác nhân vật lý khác nhau : ví dụ khi áp lực thủy tĩnh trong tế bào tăng cao hay ở nhiệt độ 0oC sẽ làm tăng phản ứng giải trùng, và tác nhân hóa học như một số loại Alkaloid : colchicin, vinblastin, vincristin, . có thể liên kết một cách rất chuyên biệt với các heterodimer tự do trong bào tương tế bào, do đó sẽ ngăn chặn sự trùng phân để tạo thành các siêu ống từ các heterodimer này. Dựa vào đặc tính này người ta đã sử dụng những hóa chất này dưới dạng những thuốc có tác dụng chống gián phân do ngăn chặn sự hình thành các siêu ống của thoi phân bào, vì vậy một trong số những hóa chất nêu trên được dùng trong phòng nuôi cấy tế bào, một số khác được dùng trong điều trị một số bệnh ung thư. - Có một số loại protein kết hợp với siêu ống không bền như ATPase. Sự kết hợp này có khả năng tạo ra sự chuyển dịch của một số bào quan trong bào tương của tế bào. Chẳng hạn, kinesin là một loại ATPase, khi gắn vào siêu ống sẽ làm dịch chuyển một số bào quan từ thân neuron về phía sợi trục, hay theo chiều của cực (+) của siêu ống. Sự vận chuyển theo chiều ngược lại do một loại ATPase khác gọi là dynein. 2. Siêu ống bền Các tubulin tạo nên các siêu ống bền hoàn toàn giống với các tubulin củ siêu ống không bền. Tính bền vững của các siêu ống này phụ thuộc chủ yếu vào các protein kết hợp với siêu ống hơn là bản thân các tubulin. Các siêu ống bền thường tồn tại dưới dạng những bộ đôi hoặc bộ ba các siêu ống. Trong trường hợp này, một trong số các siêu ống sẽ có thành (hay chu vi) trọn vẹn gồm 13 chuổi Tubulin (protofilament), trong khi đó một (nếu là bộ đôi) hoặc hai(nếu là bộ ba) siêu ống còn lại sẽ có dạng hình chữ C và hai đầu tự do của chữ C sẽ gắn chặc vào thành siêu ống bên cạnh. Các siêu ống bền được tìm thấy trong các cấu trúc như : Trung tử, Thể đáy, Lông chuyển và Roi. a. Trung tử


Trung tử là một bào quan cặp, luôn luôn gần nhau và vuông góc với nhau. Khảo sát mặt cắt ngang qua trung tử bằng kính hiển vi điện tử cho thấy mỗi trung tử là một cấu trúc gồm có 9 bộ ba (siêu ống) sắp xếp khá đều theo hình tròn có đường kính khoảng 200nm và dài khoảng 400nm. Mỗi bộ ba có 3 siêu ống được ký hiệu là A, B và C. Siêu ống A có thành trọn vẹn và hướng về trung tâm của trung tử. Dọc theo chiều dài của siêu ống A và siêu ống C của mỗi bộ ba còn có các cầu protein kết nối tương ứng


với siêu ống C và siêu ống A của bộ ba kế cận. Trung tử được tổng hợp nhờ vào khuôn mẫu của trung tử có sẵn khi có hiện tượng phân bào. Mỗi bộ ba siêu ống của trung tử sẽ làm khuôn mẫu để tổng hợp chỉ 1 siêu ống mới mà thôi, siêu ống đơn (siêu ống A) mới được tạo thành sẽ làm khuôn mẫu để tổng hợp ra 2 siêu ống (siêu ống B và C), nhờ đó tạo nên bộ ba siêu ống A, B và C hoàn thiện. Trung tử cũng là trung tâm tổ chức để tạo ra các siêu ống không bền và cùng với các siêu ống này hình thành nên thoi phân bào để kéo các NST tiến về hai cặp trung tử ở hai cực khi tế bào phân chia. b. Thể đáy Thể đáy là cấu trúc có đặc điểm cấu tạo giống như trung tử, phân bố ở tại phần gốc của các lông chuyển hoặc roi. Ở những tế bào có nhiều lông chuyển, các thể đáy tại phần gốc của lông chuyển sẽ tạo thành một vệt sẫm màu, quan sát được bằng KHV quang học, gọi là tấm tận cùng. Thể đáy có chức năng làm khuôn mẫu để tổng hợp ra cặp siêu ống trung tâm của lông chuyển hoặc roi, ngoài ra còn kết hợp với các protein sợi thuộc bộ xương tế bào như siêu sợi actin để tạo thành mạng lưới protein sợi phân bố ở ngay mặt trong của màng tế bào. c. Lông chuyển và Roi - Lông chuyển và roi là những cấu trúc có đặc tính chuyển động, có trục ở giữa là các siêu ống và bao bọc bên ngoài là màng tế bào. Sự khác biệt giữa 2 kiểu cấu trúc lông chuyển và roi tạo ra kiểu chuyển động đặc trưng cho từng loại. - Lông chuyển có kích thước ngắn khoảng từ 2 - 10mm, chuyển động đơn giản theo một hướng nhất định. Trong khi đó roi có kích thước dài khoảng 55mm (như roi của tinh trùng) hoặc thậm chí dài đến vài mm, khả năng chuyển động phức tạp hơn như uốn lượn hoặc đôi khi kết hợp với cử động xoay như trường hợp tinh trùng. - Ở mức độ phân tử, lông chuyển và roi có cấu tạo giống nhau. Màng của lông chuyển là màng tế bào, các siêu ống kết hợp với nhau tạo thành một sợi trục ở giửa. Trên thiết đồ cắt ngang, sợi trục có cấu tạo gồm 9 cặp siêu ống ở ngoại vi bao quanh 2 siêu ống ở trung tâm, chính vì thế được gọi là cấu trúc 9 + 2. Mỗi cặp siêu ống ngoại vi có một siêu ống có cấu tạo hoàn chỉnh gồm 13 protofilament, gọi là siêu ống A. Siêu ống A có một loại protein đặc biệt kết hợp với siêu ống, gọi là tay dynein. Dynein là một phức hợp có 9 -12 chuỗi polypeptid, có hoạt tính ATPase ở một số vị trí của phức hợp. Ngoài dynein còn có một loại protein đặc biệt khác gọi là nexin có chức năng tạo ra sự liên kết thường xuyên giữa siêu ống A của cặp siêu ống này với siêu ống B của bộ đôi siêu ống kế cận. Hai siêu ống trung tâm được bao quanh bằng một bao trung tâm. Các siêu ống A của 9 cặp siêu ống liên kết với bao trung tâm bằng những cấu trúc gọi là nan hoa. - Cơ chế phân tử của sự chuyển động : do sự trượt của các cặp siêu ống ngoại vi lên nhau nhưng không kèm theo sự thay đổi chiều dài của các cặp siêu ống. Sự trượt của các cặp siêu ống nhờ các tay dynein thay đổi cấu hình để tạo nên một liên kết tạm thời do giửa siêu ống A của của cặp siêu ống này và siêu ống B của cặp kế cận. Sự thay đổi cấu hình của dynein là do hoạt tính của ATPase làm thủy phân phân tử ATP. IV. SIÊU SỢI TRUNG GIAN - Siêu sợi trung gian là những protein sợi có đường kính từ 8 -10nm.Các loại sợi này được tìm thấy đặc biệt nhiều trong các tế bào chịu lực cơ học như : trong sợi nhánh của tế bào thần kinh, tại các Desmosom của biểu mô, trong bào tương tế bào cơ trơn, v.v. - Khác với siêu sợi actin và siêu ống, siêu sợi trung gian không được cấu tạo từ sự trùng phân của các đơn phân hình cầu mà từ các chuỗi xoắn. - Có 4 loại sợi trung gian : sợi Keratin, Vimentin, Siêu sợi thần kinh và Lamina nhân.


· Keratin : là một họ phức tạp nhất trong siêu sợi trung gian. Ở người có trên 20 loại khác nhau được tìm thấy trong các biểu mô khác nhau. Mặc dù đa dạng nhưng keratin thường rất đặc hiệu cho mỗi loại mô, điều này được ứng dụng trong hóa mô miễn dịch để xác định nguồn gốc của một số loại bướu của biểu mô. · Vimentin : là loại protein phổ biến nhất trong số các protein sợi thuộc siêu sợi trung gian. Vimentin hiện diện nhiều trong ngyuên bào sợi (Fibroblast), tế bào nội mô, bạch cầu, . · Siêu sợi thần kinh : có chủ yếu trong các neuron. · Lamina nhân : là một mạng lưới sợi trung gian dày 10 - 20nm phân bố ngay tại mặt trong của màng nhân, mất liên tục tại các lỗ nhân, và có khả năng tự tách rời ra trong mỗi lần phân bào. Lamina nhân được tạo thành là do sự trùng phân của các lamin

PHÂN BÀO (Mitosis & Meiosis - Mitose & Meiose)

Mục tiêu : Nêu được ý nghĩa của sự phân bào Nêu tên và giải thích được ý nghĩa của các pha trong chu kỳ phân bào chuẩn và trong chu kỳ phân bào của các tế bào phôi giai đoạn sớm Giải thích được cơ chế nhân đôi của DNA ở pha S Giải thích được vai trò của cơ chế kiểm soát sự nhân đôi DNA Nêu được những biến đổi của tiến trình Mitosis ở pha M Nêu được những biến đổi của tiến trình Cytokinesis ở pha M ÐẠI CƯƠNG Một trong những đặc tính giúp phân biệt các loại tế bào khác nhau trong một cơ thể đa bào là khả năng phát triển và phân chia của các tế bào này. Có thể phân biệt 3 nhóm tế bào lớn: Nhóm 1 : các tế bào biệt hóa cao và mất khả năng phân bào, chẳng hạn như tế bào thần kinh, tế bào cơ, hồng cầu .. Một khi các tế bào này đã được biệt hóa xong sẽ tồn tại ở tình trạng này cho đến khi chúng chết do chương trình định sẳn hoặc do yếu tố khác gây ra. Nhóm 2 : các tế bào trong trường hợp bình thường thì không phân bào nhưng khi có một kích thích đúng mức nào đó thì có thể dẫn đến sự tổng hợp DNA lành tính và sau đó là phân bào. Chẳng hạn như tế bào gan có thể tăng phân bào sau phẫu thuật cắt bỏ một phần gan, hoặc tế bào limphô có thể tăng phân bào do sự kích hoạt của một kháng nguyên chuyên biệt nào đó. Nhóm 3 : các tế bào có độ hoạt tính phân bào rất cao kể cả trong điều kiện bình thường. Các tế bào này phải được tạo ra một cách liên tục nhờ vào sự phân bào. Trong nhóm này bao gồm tế bào tạo giao tử, các tế bào máu gốc, tế bào biểu mô lợp bề mặt cơ thể (biểu mô da) hoặc lót mặt trong các khoang (tiêu hóa, hô hấp, ... ). 1. Phân bào là một tiến trình nhờ đó các tế bào eukaryotes thực hiện một việc rất quan trọng là chia đôi số gen đã được nhân đôi trước đó sao cho cặp tế bào được tạo ra có chứa một bộ gen giống nhau về mặt di truyền. 2. Cùng với việc chia đôi số gen đã được nhân đôi trước đó, tuyệt đại đa số các tế bào cũng tiến hành việc phân chia khối lượng tế bào và các bào quan đã được tổng hợp trước đó. 3. Chu kỳ phân bào của tế bào thay đổi không chỉ giữa các loài khác nhau mà còn giữa các tế bào khác nhau trong cùng một cá thể.


Ví dụ: ruồi giấm có chu kỳ phân bào khoảng 8 phút trong khi tế bào gan của động vật có vú có chu kỳ phân bào kéo dài hơn 1 năm. Tuy nhiên để dể dàng nghiên cứu, người ta chỉ khảo sát một chu kỳ phân bào điển hình ở động vật có vú với thời gian trung bình là 24 giờ. 4. Một chu kỳ phân bào chuẩn ở hầu hết các tế bào Eukaryotes (nhưng không phải tất cả) được chia thành 4 pha liên tiếp nhau gồm pha M, G1, S và G2. Trong đó: - Pha M (Mitosis) là thời gian tế bào phân chia thật sự, pha này kéo dài khoảng 1 giờ; - Pha G1 (Gap) là khoảng thời gian chuyển tiếp từ pha M của chu kỳ trước sang pha S của chu kỳ sau, pha này kéo dài trung bình là 9 giờ; - Pha S (Synthesis) là thời gian tương ứng với giai đoạn DNA nhân đôi, pha này kéo dài khoảng 10 giờ; - Pha G2 là khoảng thời gian chuyển tiếp từ pha S sang pha M của cùng một chu kỳ phân bào, kéo dài khoảng 1 giờ. Như vậy, pha M chỉ chiếm một phần thời gian rất nhỏ trong một chu kỳ trong khi đó phần lớn thời gian còn lại chính là khoảng thời gian rất cần thiết để chuẩn bị tốt nhất cho pha M. Thời gian này được gọi là interphase (gian kỳ) 5. Chu kỳ phân bào của tế bào Eukaryotes, trong trường hợp đặc biệt, có thể rất ngắn, thậm chí ngắn hơn chu kỳ phân bào của nhiều loại vi khuẩn. Ðó chính là chu kỳ phân bào của các tế bào phôi ở giai đoạn sớm sau thụ tinh. Tuy nhiên do chu kỳ phân bào diễn ra rất nhanh nên tế bào phôi chỉ có thể nhân đôi DNA nhưng không có thời gian cho sự phát triển và tăng trưởng kích thước. Vì vậy, từ một hợp tử (một tế bào) ban đầu sau thụ tinh, qua nhiều chu kỳ phân bào liên tiếp đã tạo ra nhiều tế bào phôi có cùng một bộ gen nhưng kích thước nhỏ hơn tế bào ban đầu rất nhiều. Như vậy, chu kỳ phân bào của các tế bào phôi giai đoạn sớm chỉ có pha S và pha M, trong khi các pha G1 và G2 hầu như không có. Nhờ vậy, thời gian từ chu kỳ này đến chu kỳ kế tiếp của các tế bào phôi giai đoạn sớm chỉ kéo dài từ 8 đến 60 phút trong đó phân bố một nữa thời gian là pha S, một nữa còn lại là pha M.


1. Pha S (Synthesis): sự tự nhân đôi của DNA nhân - Sự nhân đôi của DNA nhân xảy ra trong một phần của gian kỳ (Interphase), còn gọi là pha tổng hợp hay pha S. Tốc độ trung bình của sự nhân đôi của DNA ở động vật có vú là 50 nucleotides /giây. - Trong suốt giai đoạn nhân đôi của DNA, cả hai chuỗi đơn DNA đều đóng vai trò làm khuôn mẫu cho sự hình thành của 2 chuỗi đơn DNA mới. - Ở người, 1 NST trung bình được cấu tạo từ sợi DNA có chiều dài khoảng 5 cm (sau khi được kéo thẳng ra), nói cách khác sợi NST này có khoảng 150 triệu nucleotides. Vì pha S có tổng thời gian trung bình là 10 giờ nên cần phải có ít nhất 80 - 100 vị trí thực hiện việc nhân đôi DNA trong cùng một thời gian. Vị trí xảy ra sự nhân đôi DNA được gọi là replicon. Các replicon trên đoạn DNA đang nhân đôi có các điểm như sau: (1) Các replicon xuất hiện thành từng nhóm từ 20 - 80 replicons, khoảng cách giữa 2 replicon kế cận có chiều dài từ 30.000 - 300.000 nucleotides;


(2) Trên cùng một replicon, sự nhân đôi (hay sự tổng hợp DNA mới) được thực hiện theo 2 chiều ngược nhau; (3) Các replicon tự dịch chuyển dọc theo sợi DNA cho đến khi hướng đi của replicon này gặp hướng đi ngược lại của replicon kế cận, cứ vậy cho đến khi hoàn tất quá trình nhân đôi; (4) Vận tốc dịch chuyển của các replicon không thay đổi trong suốt pha S. * Cơ chế nhân đôi DNA tại replicon - Nhờ vào sự tác động của 2 loại protein là DNA helicases và SSB (Single-Strand DNA Binding) chuỗi xoắn kép DNA được mở xoắn ra để tạo điều kiện thuận lợi cho DNA polymerase có thể thực hiện sao chép DNA dựa trên chuỗi đơn DNA mẫu. - Ðoạn gen được mở xoắn có dạng hình lục giác (còn gọi là replicon), trong đó 2 góc nhọn đối nhau được gọi là chạc nhân đôi DNA (DNA replication ford) có hình dạng giống chữ Y. Ðây chính là nơi các DNA polymerase gắn vào để tổng hợp (nhân đôi) DNA. - Vì chiều tổng hợp luôn luôn là từ đầu 5' đến đầu 3' và cả hai chuỗi đơn đều làm khuôn mẫu cho sự nhân đôi nên cơ chế nhân đôi ở mỗi chuỗi đơn được thực hiện rất khác nhau : + Một chuỗi đơn được tổng hợp một cách liên tục và trực tiếp theo hướng cùng với chiều mở xoắn của replicon, chuỗi này được gọi là chuỗi nhanh (hay sớm); + Một chuỗi đơn còn lại được gọi là chuỗi chậm (muộn) vì sự tổng hợp diễn ra không liên tục và cần phải qua trung gian các đoạn DNA ngắn có chiều dài từ 100 - 200 nucleotides (đối với tế bào Eukaryotes) gọi là đoạn Okazaki. Bản thân đoạn Okazaki được tạo thành là nhờ vào 1 đoạn RNA ngắn có khoảng 10 nucleotides, được tổng hợp nhờ men DNA primase. Ðoạn RNA có tác dụng như một đoạn "mồi"(primer) giúp cho sự hình thành đoạn Okazaki theo hướng 5' -3'. Ðoạn RNA này sẽ bị loại ra khi phần phía trước của đoạn Okazaki này tiếp nối với đoạn Okazaki ngay trước nó. Cứ như vậy chuỗi muộn chỉ trở thành một chuỗi liên tục khi các đoạn Okazaki được kéo dài ra (theo hướng 5' -3') và nối tiếp lại với nhau. 2. Pha G1 và G2 (Gap) - G1: là khoảng thời gian ngay sau khi pha M hoàn thành và đầu pha S. G1 là thời gian cần thiết để cho tế bào chuẩn bị môi trường nội bào cho sự nhân đôi của DNA diễn ra một cách dễ dàng - G2: là khoảng thời gian ngay sau khi pha S hoàn thành và bắt đầu pha M. G2 là thời gian kiểm tra lại sự an toàn nhằm để đảm bảo rằng sự nhân đôi của DNA là hoàn thành và chính xác trước khi tế bào bước vào giai đoạn M. - Ngoài ra có một số ít trường hợp ngoại lệ cần lưu ý là khi tế bào đã dừng phân bào, hoặc là tạm thời hoặc là vĩnh viễn cho dù trong cơ thể sống hoặc trong môi trường nuôi cấy, ở giai đoạn ngay trước khi khởi đầu tổng hợp DNA thường được gọi là giai đoạn G0 . Giai đoạn này khác với G1 là giai đoạn có thể nhanh chóng chuyển sang giai đoạn tổng hợp DNA. 3. Kiểm soát chu kỳ phân bào Trong chu kỳ phân bào, những tiến trình cực kỳ quan trọng như giai đoạn tổng hợp DNA và giai đoạn phân chia tế bào đều được giám sát một cách chặt chẽ nhờ một hệ thống kiểm soát. Hệ thống này có thể làm cho tiến trình phân chia tế bào bị đứng lại ở 1 "trạm kiểm soát" (checkpoints) chuyên biệt của chu kỳ. Có 2 trạm kiểm soát chính trong một chu kỳ phân bào: gần cuối G1 và gần cuối G2. Ở những tế bào Eukaryotes bậc cao, chu kỳ phân bào thường bị dừng lại ở pha G1.


Tế bào có những trạm kiểm soát như là một phần quan trọng trong chu kỳ phân bào. Ðiểm kiểm soát là những cơ chế làm dừng lại tiến trình của chu kỳ phân


bào nếu như : (1) ở giai đoạn rất quan trọng nào đó như tổng hợp DNA không được hoàn tất một cách chính xác hoặc (2) có bất kỳ đoạn DNA nhiễm sắc thể bị tổn hại. Cơ chế kiểm soát được thực hiện thông qua ít nhất 3 thành phần riêng biệt: Thành phần theo dõi hoặc cảm nhận giúp phát hiện những bất thường Thành phần truyền tin giúp truyền dẫn thông tin Thành phần tác động có khả năng ức chế bộ máy phân bào Ở những giai đoạn chuyển tiếp từ G1 sang S và từ G2 sang M có sự tác động của một phức hợp protein kinase gọi là MPF (Mitose phase Promoting Factor tức yếu tố hỗ trợ cho sự phân bào, có chức năng như là bộ máy khởi động phân bào). Hoạt tính của phức hợp protein kinase này phụ thuộc vào hai tiểu đơn vị : các Cyclins (gồm có G1- cyclin và Mitotic- cyclin) và các Cdk (Cyclin depending kinase). Sự biến thiên nồng độ của các tiểu đơn vị này thay đổi từ giai đoạn này đến giai đoạn khác trong một chu kỳ phân bào.

Chẳng hạn, trước khi bắt đầu pha S, ở giai đoạn G1 các G1- cyclin được tạo thành và gia tăng về số lượng, sau đó các G1- cyclin sẽ kết hợp với các Cdk có sẵn để tạo ra nhiều phức hợp Cdk - G1-cyclin giúp cho pha S được diễn ra một cách chính xác. Khi pha S đã hoàn tất, các G1- cyclin sẽ phân rã và vì vậy phức hợp Cdk - G1-cyclin không còn nữa, tế bào đi vào pha G2. Ở pha này các mitotic cyclin được hình thành và gia tăng số lượng, tương tự như các G1- cyclin, sau đó khi vào pha M các mitotic cyclin sẽ kết hơp với Cdk để tạo ra phức hợp Cdk - Mitotic cyclin gíup cho giai đoạn phân chia thật sự của tế bào được hoàn chỉnh. 4. Pha M (Mitosis) - Pha M gồm có 2 giai đoạn: giai đoạn phân chia nhân (mitosis) và giai đoạn phân chia bào tương (cytokinesis). Pha M chính là pha kết thúc 1 chu kỳ phân bào. - Pha M có 3 đặc điểm chính: sự kết tụ NST, sự hình thành thoi phân bào và sự xuất hiện của vòng thắt phân đôi tế bào. (1) Sự kết tụ NST: là hiện tượng cần thiết đối với sự phân chia NST cho hai tế bào con do ở giai đoạn gian kỳ các sợi NST ở trạng thái tương đối duỗi thẳng giúp cho sự sao chép dễ dàng. Ðể phân chia NST, tế bào cần phải chuyển các NST thành trạng


thái ngắn hơn và dày hơn gọi là sự kết tụ. Kết quả của sự kết tụ NST làm cho các sợi NST trở thành hình que và tách rời rạc ra. Khảo sát NST trong giai đoạn phân bào dưới KHV điện tử cho thấy NST được cấu tạo gồm 2 thành phần riêng biệt. Mỗi thành phần có dạng hình que gọi là sợi nhiễm sắc. Hai sợi nhiễm sắc của mỗi NST liên kết với nhau một cách chắc chắn tại centromere. Centromere là nơi chứa những đoạn DNA có tính lập lại rất cao (highly repeated DNA sequences) có chức năng như những vị trí gắn kết của một số protein chuyên biệt như Kinetochore. Kinetochore là nơi các siêu ống của thoi phân bào gắn vào và đây cũng là nơi tập trung nhiều protein chuyển động như Kinesin và Dynein.

(2) Sự hình thành thoi phân bào: thoi phân bào được hình thành từ các siêu ống không bền và các protein kết hợp với các siêu ống. Thoi phân bào sắp xếp các NSTđã nhân đôi nằm trên 1 mặt phẳng chia đôi tế bào, mỗi NST (đã nhân đôi) sau đó tách ra thành 2 sợi đơn và di chuyển về hai cực đối diện nhau của thoi phân bào. Sự hình thành thoi phân bào phụ thuộc vào sự nhân đôi của trung thể (trung thể là cấu trúc trong bào tương được cấu tạo bởi hai thành phần là một cặp trung tử và chất nền quanh trung tử). Ðây chính là trung tâm tổ chức quan trọng của các siêu ống. Trước khi phân bào, các tế bào Eukaryote phải tổng hợp bằng cách nhân đôi trung thể để cung cấp một trung thể cho mỗi tế bào sau phân bào. Quá trình nhân đôi của trung thể được bắt đầu từ pha G1 và hoàn tất ở pha G2 với các đặt điểm như sau: lúc đầu cặp trung tử đã nhân đôi và chất nền quanh trung tử vẫn giữ như là một phức hợp đơn nằm về một phía của nhân. Ở pha M sớm (prophase) phức hợp này tách dần ra thành hai trung thể riêng (mỗi trung thể có một cặp trung tử riêng) nhưng vẫn còn nối với nhau bằng một số siêu ống. Mỗi trung thể bây giờ trở thành một trung tâm tổ chức của siêu ống và từ mỗi trung tử các siêu ống mới được hình thành. Dần dần hai trung thể di chuyển về hai phía đối xứng nhau qua nhân và các siêu ống nối hai trung thể được kéo dài ra. Quá trình này được chấm dứt ở kỳ đầu muộn và vì thế thoi phân bào đã được hình thành, mỗi trung thể trở thành một cực của thoi phân bào.


Có 3 loại siêu ống khác nhau trong thoi phân bào : siêu ống hoa cúc (astral microtubules), siêu ống tâm động (kinetochore microtubules) và siêu ống cực (polar microtubules). * Siêu ống hoa cúc là những siêu ống tỏa ra xung quanh trung thể. Các siêu ống này có lẽ có chức năng hổ trợ cho hình dạng của thoi phân bào trong tế bào và xác định mặt phẳng của tiến trình phân chia bào tương. * Siêu ống tâm động là những siêu ống kéo dài từ trung thể đến tâm động của các NST. Các siêu ống này được quy định cho sự chuyển động của các NST hướng về phía hai cực của tế bào ở kỳ sau. * Siêu ống cực là những siêu ống kéo dài từ trung thể đi vượt qua NST. Các siêu ống này tạo nên cấu trúc lưới giúp duy trì sự toàn vẹn của thoi phân bào. Các siêu ống này không kéo dài suốt từ cực này đến cực kia của thoi phân bào mà mỗi một siêu ống chỉ lồng vào siêu ống tương ứng xuất phát từ trung thể đối diện.


Giả thuyết về hoạt động của các siêu ống của thoi phân bào ở kỳ giữa theo hai kiểu : các siêu ống tâm động sẽ rút gắn lại dần (do sự khử trùng của các tubulin) do đó, kéo

các NST về hai cực trong khi đó các siêu ống cực lại được kéo dài ra thêm (do sự trùng phân của các tubulin) làm cho khoảng cách hai cực của thoi phân bào càng lúc càng xa nhau hơn. Nhờ vậy các NST vừa được kéo về hai cực của tế bào đồng thời

với sự dịch chuyển về hai phía ngược chiều nhau của hai trung

thể.


(3) Biến đổi của màng nhân : ở kỳ giữa, màng nhân bị tan ra, các siêu ống của thoi phân bào có thể gắn kết với các NST (kép). Ðến cuối pha M màng nhân được tái tạo trở lại và bao quanh các NST ở mỗi cực. Mỗi tế bào nhận được một trung thể. * Những biến đổi của màng nhân trong chu kỳ phân bào: màng nhân có cấu tạo là màng đôi

gồm màng ngoài và màng trong. Màng ngoài thường có một số ribosom bám trên bề mặt. Vì vậy, màng nhân được xem như một phần đặc biệt thuộc lưới nội bào hạt. Trong khi đó sát mặt trong của màng trong có một lớp được gọi là lamina nhân. Lamina nhân là một mạng lưới các siêu sợi trung gian dày khoảng 10 - 20 nm và bị mất liên tục tại các lỗ nhân. Lamina nhân được cấu tạo từ những đơn phân là các lamin nhân. Ở kỳ đầu của pha M, màng nhân tiêu biến là do phản ứng phosphoryl hóa (phản ứng gắn phospho) các lamin nhân, do đó gây ra hiện tượng khử trùng (depolymeration) làm cho màng nhân bị vỡ ra thành nhiều mảnh vụn. Nhờ vậy NST mới tiếp xúc và gắn được với thoi phân bào. Ðến kỳ cuối của pha M, lamina nhân được phục hồi do phản ứng khử phospho các lamin nhân. Do vậy các lamin trùng phân (polymeration) để tái tạo lại Lamina và gắn kết với các mảnh vụn của màng nhân để tái tạo lại màng nhân. (4) Vòng thắt phân bào: các siêu sợi actin và sợi myosin tạo nên vòng thắt nhằm phân đôi bào tương của tế bào ban đầu. Vòng thắt này được hình thành ngay sát mặt trong màng tế bào và nằm trên một mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng của thoi phân bào. Các sợi này kéo màng tế bào vào giữa và siết lại như một vòng thắt sao cho khi kết thúc tiến trình cytokinesis hai tế bào vừa được sinh ra không chỉ có bộ gen giống nhau về mặt di truyền mà còn? có đầy đủ các thành phần trong bào tương và có kích thước bằng nhau. Cơ chế của hoạt động của siêu sợi actin và sợi myosin trong tiến trình cytokinesis phụ thuộc vào mức độ thay đổi Ca++ trong bào tương tương tự như trong co cơ Pha M được chia thành 6 kỳ, trong đó 5 kỳ đầu tương ứng với sự phân chia nhân còn kỳ thứ 6 tương ứng với giai đoạn phân chia bào tương (cytokinesis).

III. MEIOSIS


Là tiến trình qua đó giúp làm giảm một nữa số lượng NST trong các tế bào đặc biệt, gọi là giao tử. Tiến trình này bảo đảm cho sự tạo ra các giao tử đực và giao tử cái có bộ NST đơn bội, trong khi sự thụ tinh, kết hợp giữa giao tử đực và giao tử cái lại đảm


bảo cho sự khôi phục lại bộ NST lưỡng bội đặc trưng cho loài trong hợp tử mới hình thành. Tiến trình hình thành noãn và tinh trùng được khỏi đầu tương tự nhau bằng sự phân bào giảm phân. Trong tiến trình này có hai lần phân bào tiếp theo sau một lần nhân đôi DNA để sau đó tạo ra bốn tế bào đơn bội xuất phát từ một tế bào lưỡng bội. Ðối với phân bào giảm phân, phần lớn thời gian (chiếm > 90% toàn bộ thời gian của quá trình phân bào) là ở kỳ đầu (prophase) của lần giảm phân I. Mỗi nhiễm sắc thể (chromosome) trong giai đoạn này gồm hai nhiễm sắc thể đơn (chromatid) dính chặc vào nhau và hiện tượng bắt chéo (chromosomal crossover) xãy ra trong kỳ đầu I kéo dài này lúc các nhiễm sắc thể trong cặp đồng dạng xếp trên mặt phẳng thoi phân bào của lần giảm phân I, vì thế đã có sự giao thoa giữa các nhiễm sắc thể đơn (chromatid) và tình trạng này được giữ nguyên cho đến kỳ sau I (anaphase I). Trong lần phân bào I, mỗi nhiễm sắc thể của cặp đồng dạng (lúc này vẫn còn gồm hai nhiễm sắc thể đơn dính vào nhau) được chia đều cho hai tế bào con vừa mới hình thành. Ở lần phân bào thứ 2, không có sự tự nhân đôi của DNA, các nhiễm sắc thể đơn sẽ được tách rời nhau ra và được chia đều cho mỗi tế bào con mới hình thành, và vì thế có chứa bộ nhiễm sắc thể đơn bội. Câu hỏi lượng giá: 1. Quá trình tự nhân đôi của DNA ở người xảy ra theo kiểu: Một chiều - một replicon Một chiều - đa replicon Hai chiều - một replecon Hai chiều - đa replicon Tất cả đều sai 2. Ðoạn Okazaki có các đặc điểm sau đây, TRỪ MỘT: Là một đoạn DNA đơn xuất hiện ở pha M Là một đoạn DNA đơn xuất hiện phía chuỗi muộn Ðược tổng hợp từ đoạn RNA khoảng 10 - 15 nucleotides Có thể có nhiều đoạn Okazaki cùng hiện diện trên chuỗi muộn Chiều tổng hợp đoạn Okazaki là 5' - 3' 3. Sự tự nhân đôi của DNA có các đặc điểm sau, TRỪ MỘT: Có sự tác động của DNAhelicases Có sự tác động của SSB (Single - Strand DNA Binding) Chỉ có một chuỗi đơn DNA làm khuôn mẫu Có sự tác động của DNA polymerase Chiều nhân đôi bắt buộc phải là 5' - 3' 4. Các replicon trên đoạn DNA đang nhân đôi có đặc điểm sau, TRỪ MỘT: Các replicon xuất hiện thành từng nhóm khoảng 20 - 80 replicons Vận tốc dịch chuyển của các replicon không đổi Trên 1 replicon có 1 chạc nhân đôi Trên 1 replicon có 2 chuỗi sớm Trên 1 replicon có 2 chuỗi chậm ngược chiều nhau 5. Thoi phân bào có thành phần chủ yếu là: Siêu ống


Siêu sợi Actin Siêu sợi Keratin Sợi Myosin Lamina 6. Nếu thoi phân bào bị phá hủy ở kỳ giữa sẽ tạo ra: Một tế bào đa bội NST Một tế bào đa nhân Một tế bào có bộ NST 2n khổng lồ Hai tế bào con có kích thước không đều Hai tế bào con có kích thước không bằng nhau 7. Các thành phần sau có vai trò quan trọng trong phân bào, TRỪ MỘT: Siêu ống tâm động Siêu sợi Actin Siêu sợi cực Thể đáy Lamina nhân.


Education

Sinh Hoc Tap 3