Vòng đời của tế bào trong cơ thể người

Từ con người đến thực vật, vi khuẩn cũng có một vòng đời từ khi được sinh ra cho đến lúc sinh sản. Vòng đời tế bào có thể được coi là chu kỳ sống của một tế bào, bao gồm các bước tăng trưởng và phát triển mà một tế bào trải qua giữa quá trình “sinh ra” - biến đổi bằng cách phân chia tế bào mẹ và sinh sản, phân chia để tạo ra hai tế bào con mới.

Vòng đời tế bào là một chuỗi các sự kiện diễn ra trong tế bào khi nó lớn lên và phân chia. Một tế bào dành phần lớn thời gian của nó để phát triển, sao chép các nhiễm sắc thể, chuẩn bị cho quá trình phân chia tế bào. Sau đó, tế bào rời khỏi giữa các pha, trải qua quá trình nguyên phân và hoàn thành phân chia. Các tế bào kết quả được gọi là tế bào con, mỗi tế bào sẽ đi vào khoảng thời gian riêng của chúng và bắt đầu một vòng đời tế bào mới.

Chu kỳ của tế bào có các giai đoạn khác nhau được gọi là G1, S, G2 và M. G1 là giai đoạn tế bào chuẩn bị phân chia. Để làm được điều này, nó sẽ chuyển sang pha S, nơi tế bào sao chép tất cả DNA. Vì vậy, S là viết tắt của tổng hợp DNA. Sau khi DNA được sao chép và có một bộ bổ sung hoàn chỉnh của tất cả các vật liệu di truyền, tế bào chuyển sang giai đoạn G2, nơi nó tổ chức và cô đặc vật liệu di truyền hoặc bắt đầu cô đặc vật liệu di truyền, chuẩn bị phân chia. Giai đoạn tiếp theo là M (viết tắt của nguyên phân). Đây là nơi tế bào thực sự phân chia hai bản sao của vật liệu di truyền vào hai tế bào con. Sau khi pha M hoàn thành, sự phân chia tế bào xảy ra và còn lại hai tế bào, chu kỳ tế bào có thể bắt đầu lại.

Hầu hết các tế bào nhân thực sống theo một đồng hồ bên trong, nghĩa là chúng tiến hành qua một chuỗi các giai đoạn được gọi là chu kỳ của tế bào. Trong đó, DNA được nhân đôi ở giai đoạn tổng hợp (S) và các bản sao được phân phối đến các đầu đối diện của tế bào tại giai đoạn phân bào (M). Tiến trình dọc theo chu kỳ được kiểm soát tại các điểm kiểm tra quan trọng, nơi giám sát trạng thái của tế bào. Ví dụ, số lượng DNA bên trong hoặc sự hiện diện của các chất dinh dưỡng ngoại bào. Khi các điều kiện nhất định được đáp ứng, tế bào sẽ chuyển sang điểm kiểm tra tiếp theo. Chu kỳ bắt đầu sau khi tế bào phân chia thành hai tế bào con, mỗi tế bào chứa một bản sao giống hệt vật liệu di truyền của tế bào cha mẹ.

Ở hầu hết các tế bào đang phát triển, bốn giai đoạn diễn ra liên tiếp nhau, mất từ ​​10 - 20 giờ tùy thuộc vào loại tế bào và trạng thái phát triển. Interphase gồm có các pha G1 , S và G 2. DNA được tổng hợp.

Các vòng đời của tế bào prokaryote là đơn giản và nhanh chóng. Sự sao chép của nhiễm sắc thể đơn bắt đầu từ một chuỗi DNA cụ thể , nguồn gốc sao chép , được gắn chặt vào màng tế bào. Khi quá trình sao chép DNA hoàn tất, quá trình lắp ráp màng và thành tế bào mới tạo thành vách ngăn, vách ngăn này cuối cùng chia tế bào thành hai. Vì nguồn gốc của hai nhiễm sắc thể mới hình thành được gắn vào các vị trí màng khác nhau nên mỗi tế bào con nhận được một nhiễm sắc thể. Trong điều kiện sinh trưởng lý tưởng, chu kì tế bào vi khuẩn được lặp lại sau mỗi 30 phút.

Chỉ có một số loại tế bào nhân thực có thể phát triển và phân chia nhanh như vi khuẩn. Hầu hết, các tế bào thực vật và động vật đang phát triển mất 10 - 20 giờ để nhân đôi số lượng và một số nhân bản với tốc độ chậm hơn nhiều. Nhiều tế bào ở động vật trưởng thành, chẳng hạn như tế bào thần kinh và tế bào cơ vân, hoàn toàn không phân chia. Chúng đã tạm thời thoát ra khỏi vòng đời tế bào sau khi nguyên phân và bước vào trạng thái “tạm dừng hoặc tĩnh lặng”, được gọi là G0. Bởi vì tế bào nhân thực lớn và phức tạp hơn tế bào nhân sơ, một cơ chế chuyên biệt điều phối sự sao chép của chúng đối với DNA bộ gen, sự phân bố của nhiễm sắc thể và sự phân chia tế bào.

Nguyên phân là cơ chế ở sinh vật nhân thực để phân chia bộ gen như nhau ở khu vực phân bào. Để thực hiện nhiệm vụ phức tạp này, các tế bào thực vật và động vật xây dựng một bộ máy chuyên biệt, được gọi là bộ máy phân bào, bắt các nhiễm sắc thể và sau đó đẩy cũng như kéo chúng về phía đối diện của tế bào đang phân chia. Đáng chú ý, bộ máy nguyên phân là một cấu trúc tạm thời chỉ tồn tại trong quá trình nguyên phân để phân phối vật chất di truyền. Mặc dù các sự kiện của quá trình nguyên phân diễn ra liên tục, chúng được quy ước chia thành bốn giai đoạn con thể hiện các giai đoạn di chuyển của nhiễm sắc thể.

Trong substage đầu tiên, prophase, các nhiễm sắc thể đã sao chép, mỗi nhiễm sắc thể bao gồm hai nhiễm sắc thể giống nhau, được cô đặc lại thành các gói nhỏ gọn và sau đó giải phóng ra tế bào chất khi màng nhân bị phá vỡ.

Trong metaphase và anaphase, các nhiễm sắc thể được sắp xếp, mỗi nhiễm sắc thể của một cặp di chuyển đến cạnh đối diện của tế bào. Sự kết thúc của quá trình nguyên phân được đánh dấu bằng sự hình thành lại màng bao quanh mỗi bộ nhiễm sắc thể (telophase). Sự phân chia tế bào chất được gọi là cytokinesis, sau đó tạo ra hai tế bào con, mỗi tế bào có 2n phần bổ sung của vật liệu di truyền.

Sự phân chia tế bào ở tế bào thực vật và động vật khác nhau chủ yếu ở quá trình tạo tế bào. Tế bào động vật chia đôi bằng cách chèn ép tế bào chất. Tuy nhiên, do tế bào thực vật được bao bọc bởi thành tế bào cứng nên các tế bào con được hình thành bằng cách xây dựng màng tế bào mới và thành tế bào giữa hai nhân con, do đó cắt tế bào chất thành hai phần.

Ví dụ phức tạp nhất về động lực học của tế bào xảy ra khi một tế bào thay đổi hoặc biệt hóa để thực hiện một chức năng chuyên biệt. Quá trình này thường được đánh dấu bằng sự thay đổi về hình thái hiển vi hay hình thái của tế bào. Ví dụ, cấu trúc khác nhau của tế bào thần kinh, tế bào cơ phản ánh các chức năng tương ứng của chúng trong giao tiếp đường dài và co lại, làm nổi bật nguyên tắc sinh học “hình thức tuân theo chức năng”.

Sự phân hóa tế bào tạo ra sự đa dạng của các loại tế bào phát sinh trong quá trình phát triển của một sinh vật từ trứng đã thụ tinh. Đây là một quá trình nhân lên và biệt hóa rộng rãi của tế bào. Động vật có vú bắt đầu từ một tế bào trở thành một sinh vật có hàng trăm loại tế bào đa dạng như cơ, thần kinh và da. Ở đây, chúng ta thấy rõ nhất sức mạnh của DNA trong việc kiểm soát hành vi của tế bào. Sự phát triển là một tập hợp các thay đổi tế bào được sắp xếp bởi DNA (dễ dàng hàng chục nghìn trong số chúng) xảy ra hầu như không có lỗi. Sự giống nhau gần như hoàn hảo của các cặp song sinh “giống hệt nhau” là minh chứng cho chương trình được mã hóa bởi DNA để định hướng một cách tái tạo sự phát triển của một con người.

Không nơi nào có sự đa dạng về các hoạt động và phản ứng của tế bào được minh họa rõ hơn ở hệ thống miễn dịch cơ thể. Có rất nhiều loại tế bào kết hợp với nhau trong các mô có tổ chức được thiết kế đặc biệt để cho phép cơ thể phân biệt tế bào của chính mình với tế bào những “kẻ xâm lược”. Trong hệ thống miễn dịch, chúng ta thấy cả sự phát triển của các tế bào chuyên biệt có thể nhận ra các tế bào xâm nhập và sự hình thành mô từ tế bào bắt nguồn ở những bộ phận khác nhau tại cơ thể. Tế bào của hệ thống miễn dịch không chỉ tích cực khảo sát môi trường của chúng với các protein thụ thể bề mặt như kháng thể, mà còn thay đổi đặc tính của chúng khi gặp một chất lạ, cho phép cơ thể tự loại bỏ những “kẻ xâm lược”.

Sự phát triển và nhân lên của tế bào không được kiểm soát sẽ tạo ra một khối lượng tế bào, u. Sự chết tế bào theo chương trình đóng vai trò rất quan trọng trong việc kiểm soát dân số bằng cách cân bằng giữa sự phát triển và nhân lên của tế bào. Ngoài ra, tế bào chết còn giúp loại bỏ những tế bào không cần thiết. Ví dụ, trong quá trình hình thành phôi thai, các ngón tay và ngón chân của chúng ta được “điêu khắc” bởi sự chết của các tế bào trong không gian xen kẽ. Nếu những tế bào này vẫn còn sống, bàn tay và bàn chân của chúng ta sẽ trở nên có màng. Vì vậy, thời gian và vị trí của tế bào chết cũng như sự phát triển và phân chia của tế bào, phải được kiểm soát một cách chính xác.

Sự chết của tế bào diễn ra theo một chương trình nội bộ của các sự kiện được gọi là apoptosis, trong đó tất cả các dấu vết của tế bào đều biến mất. Dấu hiệu đầu tiên có thể nhìn thấy được của quá trình apoptosis là sự cô đặc của nhân và sự phân mảnh của DNA. Tế bào sẽ sớm teo lại và được tiêu thụ bởi các đại thực bào. Tế bào được định hướng để tự phân hủy khi một yếu tố thiết yếu bị loại bỏ khỏi môi trường ngoại bào hoặc khi một tín hiệu bên trong được kích hoạt. Do đó, trạng thái mặc định của tế bào là vẫn tồn tại. Việc phát hiện ra các gen ngăn chặn sự phát triển của các khối u bằng cách kích hoạt quá trình chết của tế bào đã kích thích một dòng nghiên cứu ung thư mới thú vị có thể dẫn đến các chiến lược điều trị hiệu quả hơn.

Nguồn tham khảo: genome.gov, ncbi.nlm.nih.gov, mayoclinic.org