Làm thế nào để các gen kiểm soát sự phát triển và phân chia của tế bào?

Di truyền phát triển là nghiên cứu về cách thức các gen kiểm soát sự tăng trưởng và phát triển của một sinh vật trong suốt vòng đời của nó. Và phân chia tế bào là phần của sự tăng trưởng và phát triển. Nhưng làm thế nào để các gen kiểm soát phân chia tế bào và sự phát triển của tế bào?

Chức năng của gen là truyền thông tin cần thiết để xây dựng protein và cơ thể từ thế hệ này sang thế hệ khác. Tế bào trứng mới được thụ tinh có một tập hợp các gen chứa tất cả thông tin cần thiết để biến đổi nó từ một tế bào đơn lẻ thành một phôi thai và sau đó trở thành một cơ thể trưởng thành. Quá trình thay đổi một tế bào đơn lẻ thành một người mới (hoặc một con ếch mới, hoặc một cây sồi mới) được gọi là sự phát triển.

Trong quá trình phát triển, các cấu trúc phức tạp phát triển từ những cấu trúc đơn giản. Một tế bào đơn lẻ tự biến đổi thành một sinh vật trưởng thành. Làm thế nào một cái gì đó phức tạp hình thành từ một cái gì đó đơn giản? Và làm thế nào để các gen kiểm soát sự phát triển tế bào?

Tạo ra một sinh vật từ một tế bào đơn lẻ bao gồm ba quá trình quan trọng:

• Phân chia tế bào: Tế bào phân chia để tạo ra nhiều tế bào hơn.
• Biệt hóa tế bào: Tế bào biến đổi thành nhiều loại tế bào khác nhau để làm những công việc cụ thể trong cơ thể, từ tế bào thần kinh đến tế bào cơ.
• Hình thái: Các nhóm tế bào di chuyển và thay đổi hình dạng để tạo ra cấu trúc của sinh vật.

Gen đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm soát tất cả các quá trình này. Các gen chứa thông tin mà tế bào cần để tạo ra protein - giống như một công thức tạo ra một sinh vật sống. Các gen khác nhau chứa thông tin cần thiết để tạo ra các protein khác nhau và các protein khác nhau thực hiện các công việc khác nhau trong tế bào. Các protein mà một tế bào tạo ra quyết định loại tế bào mà nó trở thành, và có khoảng 350 loại tế bào khác nhau ở một người trưởng thành.

Tế bào thay đổi thành các loại tế bào khác nhau do những thay đổi trong cách thức hoạt động của gen. Một số gen được kích hoạt (bật), và một số gen bị bất hoạt (tắt). Kết quả là, tế bào tạo ra một bộ protein cụ thể. Ví dụ, một tế bào thần kinh chỉ sản xuất các protein cần thiết để tạo ra một tế bào thần kinh, và một tế bào cơ chỉ tạo ra các protein cần thiết để tạo ra một tế bào cơ.

Nhưng làm thế nào để các tế bào bật và tắt các gen của chúng? Và, quan trọng hơn, làm thế nào để họ 'biết' gen nào cần bật và gen nào tắt? Câu trả lời nằm ở các gen kiểm soát đặc biệt tạo ra các protein kiểm soát hoạt động của các gen khác. Ví dụ, gen homeotic hoặc homeobox kiểm soát toàn bộ tập hợp các gen khác để thiết lập kế hoạch phát triển cơ thể cơ bản của phôi, tách mặt trước khỏi mặt sau và tạo ra cấu trúc cơ thể phù hợp ở đúng vị trí.

Một cách mà các gen có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các gen khác là thông qua việc sản xuất các protein được gọi là yếu tố phiên mã, các protein này bám vào các vị trí kiểm soát đặc biệt trong ADN khi bắt đầu phiên mã một gen để bật và tắt chúng.

Nhiều loại gen có liên quan đến việc kiểm soát sự phát triển và phân chia tế bào. Tế bào tự tái tạo theo một cách có tổ chức, từng bước được gọi là chu kỳ tế bào. Sự điều chỉnh chặt chẽ của quá trình này đảm bảo rằng ADN của tế bào đang phân chia được sao chép đúng cách, bất kỳ lỗi nào trong ADN đều được sửa chữa và mỗi tế bào con nhận được một bộ nhiễm sắc thể đầy đủ.

Chu kỳ tế bào có các điểm kiểm tra còn gọi là điểm giới hạn, chúng cho phép một số gen nhất định kiểm tra các vấn đề và tạm dừng chu kỳ tế bào để sửa chữa nếu có sự cố.

Nếu một tế bào có lỗi trong ADN của nó mà không thể sửa chữa được, nó có thể trải qua quá trình tự hủy (apoptosis). Apoptosis là một quá trình phổ biến trong suốt cuộc đời giúp cơ thể loại bỏ các tế bào không còn hoạt động hoặc không cần đến.

Các tế bào trải qua quá trình apoptosis sẽ vỡ ra và được tái chế bởi một loại tế bào bạch cầu gọi là đại thực bào. Apoptosis bảo vệ cơ thể bằng cách loại bỏ các tế bào bị hư hỏng do di truyền có thể dẫn đến ung thư, và nó đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của phôi và duy trì các mô trưởng thành.

Sự phá vỡ quy định bình thường của chu kỳ tế bào có thể dẫn đến các bệnh như ung thư. Khi chu kỳ tế bào tiến hành mà không có sự kiểm soát, các tế bào có thể phân chia không theo trật tự và tích lũy các lỗi di truyền có thể dẫn đến khối u ung thư.

Nguồn tham khảo: medlineplus.gov