Tiểu luận Sinh học phân tử tế bào: Cơ chế phân bào, điều khiển chu kì tế bào của sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
KHOA SINH HỌC

BÀI TIỂU LUẬN
MƠN: SINH HỌC PHÂN TỬ TẾ BÀO

Chủ đề: Cơ chế phân bào, điều khiển chu kì tế bào của 
sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực.


HÀ NỘI – 2022


NỘI DUNG CHÍNH
PHẦN I. KHÁI QT VỀ TẾ BÀO NHÂN SƠ VÀ TẾ BÀO NHÂN THỰC
1. Lịch sử nghiên cứu tế bào
2. Đặc điểm cấu trúc của tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực

PHẦN II. CƠ CHẾ PHÂN BÀO
1. Cơ chế phân bào ở sinh vật nhân sơ
2. Cơ chế phân bào ở sinh vật nhân thực
2.1.

Cơ chế ngun phân

2.2.

Cơ chế giảm phân

PHẦN III. ĐIỀU KHIỂN CHU KÌ TẾ BÀO
1. Đặc điểm của chu kì tế bào

2. Các cơ chế điều khiển chu kì tế bào
2.1.

Điều khiển chu kì tế bào ở sinh vật nhân sơ

2.2.

Điều khiển chu kì tế bào ở sinh vật nhân thực

TÀI LIỆU THAM KHẢO


PHẦN I. KHÁI QT VỀ TẾ BÀO NHÂN SƠ VÀ TẾ BÀO NHÂN THỰC
1.

Lịch sử nghiên cứu tế bào

Robert Hooke là người đầu tiên sử dụng kính hiển vi để quan sát về tế bào, đồng  
thời mở ra ngành khoa học sinh học tế bào. Năm 1665, tế bào được Hooke mơ tả giống 
như  các ơ rỗng có thành bao quanh và xếp cạnh nhau như  tổ  ong. Sau đó vào những  
năm 1674 – 1683, cùng với sự phát triển của kính hiển vi, nhà khoa học người Hà Lan 
Antonie van Leeuwenhoek  đã phát hiện được các tế  bào như: vi sinh vật trong giọt 
nước ao, tế bào máu, tế bào tinh trùng động vật. Từ những quan sát của mình, ơng đã 
kết luận rằng tế bào có cấu tạo phức tạp gồm màng sinh chất, tế  bào chất chứa các  
bào quan và nhân chứ khơng chỉ có dạng xoang rỗng như Hooke thấy. Năm 1838 ­ 1839, 
Matthias Schleiden và Theodor Schwann đã đưa ra học thuyết tế bào với nội dung: Tất  
cả sinh vật được cấu tạo từ tế bào và tế bào là đơn vị sống cơ bản của sinh giới . Năm 
1858, Virchow phát biểu thêm rằng: Tế  bào sinh ra từ  tế  bào có trước.  Năm 1862, 
Pasteur tiếp tục chứng minh rằng: Sự sống khơng tự hình thành ngẫu nhiên từ các chất  
vơ sinh.  Ngày nay học thuyết tế bào vẫn giữ ngun giá trị của nó và tế bào được xem  

là đơn vị  tổ  chức cơ  bản của thế  giới sống cả  về  cấu tạo, chức năng sinh lý và di 
truyền. F. Engels đã từng đánh giá: cùng với hoạc thuyết tiến hóa của Darwin, và 
thuyết bảo tồn năng lượng, học thuyết tế bào là một trong ba phát kiến vĩ đại của thể 
kỉ XIX.
2.

Đặc điểm cấu trúc của tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực

Tùy theo mức độ  phức tạp về  cấu trúc mà người ta phân biệt hai dạng tế  bào 
nhân sơ và tế bào nhân thực. Từ hai loại tế bào này sẽ cấu trúc nên hai nhóm sinh vật 
tương  ứng là sinh vật nhân sơ  và sinh vật nhân thực. Sinh vật nhân sơ  bao gồm vi  
khuẩn và vi khuẩn cổ. Sinh vật nhân thực được tạo nên từ  các tế  bào nhân thực như 
động vật đơn bào, tảo, nấm, thực vật và động vật.
Tế bào nhân sơ thường có kích thước nhỏ và cấu tạo đơn giản với ba thành phần  
cấu tạo chính: màng sinh chất, tế bào chất, vùng nhân (Hình 1). Màng sinh chất của vi  
khuẩn chứa khoảng 45% lipit và 55% protein có cấu trúc và chức năng tương tự màng 
sinh chất của tế bào nhân thực. Nhiều chỗ màng sinh chất gấp nếp lồi lõm vào tế bào 
chất tạo nên các mezoxom được xem như một loại bào quan có vai trị quan trọng trong 
sự phân bào. Bên trong tế bào chất có chứa nhiều loại riboxom tổng hợp protein của vi  
khuẩn nhưng khơng có các bào quan có màng bao bọc và khơng có hệ thống nội màng  
điển hình như  tế bào nhân thực. Hầu hết các chức năng của các bào quan như  ty thể,  
lục lạp, bộ máy Golgi được tiến hành trên màng sinh chất. Vùng nhân chứa nhiễm sắc  
thể  của vi khuẩn là phân tử  ADN trần (khơng liên kết với histon), là chuỗi xoắn kép 
dạng vịng khu trú ở vùng tế bào chất. Ngồi ADN trong thể nhân, cịn có một số phân  
4


tử ADN khác được gọi là plasmit chứa thơng tin di truyền quy định một số đặc tính của 
vi khuẩn. Ngồi ba thành phần chính có  ở  các tế  bào nhân sơ  điển hình, một số  vi  
khuẩn cịn có thêm các thành phần cấu tạo khác như  lơng, roi, thành tế  bào, vỏ  nhầy. 

Lơng và roi là các protein bám trên bề  mặt tế  bào giúp vi khuẩn di chuyển chủ động 
trong mơi trường. Thành tế bào có bản chất là peptidoglican giúp vi khuẩn giữ ngun  
hình dạng và khơng bị tác động của áp suất thẩm thấu trong mơi trường nhược trương.  
Vỏ nhày là rào cản phụ giúp bảo vệ tế bào, chọn lọc các chất ra vào tế bào. 

Tuy cũng được cấu tạo từ ba thành phần chính là màng sinh chất, tế bào chất và  
nhân, nhưng tế bào nhân thực có kích thước lớn hơn và cấu tạo phức tạp hơn nhiều so  
với tế  bào nhân sơ  (Hình 2). Màng tế  bào cũng gồm hai thành phần chính là lipit và 
protein   nhưng   được   phân   hóa   phức   tạp  hơn.   Màng   có   cấu   trúc   khảm   ­  động:   lớp  
photpholipit kép tạo nên cái khung liên tục của màng, cịn các phân tử protein phân bố 
rải rác trong khung, xun qua khung hoặc bám  ở  rìa trong và rìa ngồi của màng, các 
phân tử  lipit và protein có trong màng có tính động. Tế  bào chất được phân vùng và  
chứa các bào quan phức tạp như  mạng lưới nội chất, riboxom, ti thể, lục lạp, thể 
Golgi, lizoxom, peroxixom, trung thể…Trong đó trung thể  có ý nghĩa đặc biệt quan  
trọng trong sự phân bào (tạo thành bộ máy phân bào), các vi ống và định hướng cho các 
vi ống. Tế bào nhân thực có nhân hồn chỉnh với lớp màng kép bao bọc lấy vật chất di  
truyền. Vật chất di truyền gồm một hoặc một số phân tử  ADN mạch thẳng liên kết  
với protein histone tạo nên cấu trúc nhiễm sắc thể. Ngồi nhân, ADN cịn được tìm  
thấy ở một số bào quan như ti thể, lục lạp. 

5


Tế bào thực vật cũng như tế bào động vật đều thuộc dạng tế bào nhân thực điển hình. 
Ngồi những đặc điểm chung giống nhau, chúng cịn khác nhau  ở  một số  đặc điểm.  
Một số  loại bào quan chỉ có thể  tìm thấy  ở tế  bào thực vật hoặc tế  bào động vật mà 
khơng thể  cùng tồn tại trong cả  hai loại tế  bào này. Các lysosome, trung tử  với các 
trung thể chỉ có ở tế bào động vật mà khơng có ở tế bào thực vật. Lục lạp, khơng bào  
trung tâm, thành tế  bào, cầu sinh chất có thể  tìm thấy  ở  tế  bào thực vật cịn tế  bào  
động vật thì khơng.

Như vậy, điểm khác biệt quan trọng giữa sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực  
là sự  xoang hóa  ở  tế  bào nhân thực nhờ  các lớp nội màng giúp chúng thực hiện các  
hoạt động trao đổi chất riêng biệt. Trong đó, quan trọng nhất là việc hình thành nhân tế 
bào có hệ thống màng riêng để bảo vệ các phân tử ADN của tế bào. Chính những khác 
biệt trong cấu trúc của hai loại tế bào này sẽ tạo nên sự khác nhau trong cơ chế phân 
bào cũng như điều khiển chu kì tế bào ở hai nhóm sinh vật nhân sơ và nhân thực.
PHẦN II. CƠ CHẾ PHÂN BÀO
Cơ chế phân bào ở sinh vật nhân sơ
Tế  bào nhân sơ  chưa có nhân hồn chỉnh nên phân bào bằng cách phân đơi trực 
tiếp, khơng hình thành thoi phân bào như ở tế bào nhân thực. Nhiễm sắc thể của chúng 
chỉ là ADN trần, là chuỗi xoắn kép dạng vịng khu trú ở  vùng tế bào chất được gọi là  
thể  nhân ­ nucleoit. Mặc dù ADN của thể  nhân liên kết với các protein giúp đóng gói  
phân tử  thành một kích thước nhỏ  gọn, nhưng khơng có protein histone nên khơng có 
nucleosom  ở  sinh vật nhân sơ. Tuy nhiên, các protein đóng gói của vi khuẩn có liên 
quan đến các protein cohesin và condensin tham gia vào q trình nén nhiễm sắc thể 
1.

6


của sinh vật nhân chuẩn. Qúa trình phân đơi của vi khuẩn E. Coli gồm 5 năm bước  
(Hình 3).

Đầu tiên, ADN nhiễm sắc thể của vi khuẩn bắt đầu nhân đơi tại điểm khởi đầu sao  
chép, q trình này diễn ra theo hai hướng. Ngay sau đó, một bản sao của điểm khởi 
đầu sao chép nhanh chóng di chuyển về đầu đối lập của tế bào bằng một cơ chế chưa  
rõ. Sự  nhân đơi tiếp tục, mỗi đầu tế  bào đã có một bản sao của điểm khởi đầu nhân 
đơi. Đồng thời tế  bào dài ra, các protein FtsZ di chuyển về  giữa của tế  bào và định 
hướng sự phân chia giữa các nucleoit ở sinh vật nhân sơ. Nhiễm sắc thể sau khi được 
nhân đơi tiếp tục di chuyển về hai cực đối diện của tế bào, các protein FtsZ tạo thành 

vịng phân cắt  ở  chính giữa tế  bào và ngăn cách hai nulceoit với nhau. Một vách ngăn 
được hình thành giữa các nucleoit, màng sinh chất và thành tế bào lõm dần từ ngoại vi 
về phía trung tâm của tế bào. Sau khi vách ngăn hồn thiện, tế bào phân chia thành hai  
tế bào con. Protein FtsZ nằm phân tán trong tế bào chất của hai tế bào mới. 
2.
Cơ chế phân bào của sinh vật nhân thực
7


Nhiễm sắc thể  của sinh vật nhân thực có cấu trúc phức tạp gồm ADN xoắn 
kép, liên kết với protein histon tạo thành các sợi nhiễm sắc. Trong kì trung gian, các sợi 
nhiễm sắc ở trạng thái giãn xoắn được gọi là chất nhiễm sắc, và khi phân bào chúng ở 
trạng thái xoắn và co ngắn lại tạo thành các thể  có hình dạng nhất định được gọi là 
nhiễm sắc thể. Sau khi ADN được tái bản, nhiễm sắc thể được nhân đơi ở pha S của  
kì trung gian, nhiễm sắc thể  sẽ  gồm 2 nhiễm sắc tử đính với nhau  ở  trung tiết (tâm 
động). Vì nhiễm sắc thể  có cấu trúc phức tạp, nằm trong nhân có màng nhân, nên  
phương thức phân bào diễn ra phức tạp và địi hỏi phải có bộ máy phân bào (thoi phân  
bào). Có hai phương thức phân bào là: phân bào ngun nhiễm (ngun phân ­ mitosis)  
và phân bào giảm nhiễm (giảm phân ­ meiosis). 
2.1. Cơ chế ngun phân
Ngun phân là hình thức phân bào ngun nhiễm, trong đó từ một tế  bào ban đầu 
phân chia sẽ tạo ra hai tế bào mới giống nhau và giống hệt tế bào ban đầu. Người ta 
quy ước chia ngun phân thành năm kì: kì đầu, kì trước giữa, kì giữa, kì sau và kì cuối.  
Gối lên kì cuối của ngun phân là kì chia tế bào chất và kết thúc pha phân bào (Hình  
4). Sau khi hồn thành kì trung gian, các nhiễm sắc thể  đơn đã nhân đơi để  tạo thành  
nhiễm sắc thể kép. Mỗi nhiễm sắc thể kép gồm hai nhiễm sắc tử chị em dính với nhau  
ở  tâm động và dọc theo nhiễm sắc thể  nhờ  các protein cohesin. Mỗi trong nhiễm sắc  
tử  có một thể  động, một cấu trúc protein liên kết với một đoạn đặc hiệu của ADN 
nhiễm sắc thể   ở  tâm động. Hai thể  động của nhiễm sắc thể  kép quay về  hai hướng  
đối lập nhau. 

Bước vào kì đầu của ngun phân, các nhiễm sắc thể  kép bắt đầu co xoắn.  Ở  tế 
bào thực vật, do có khơng bào trung tâm lớn nên trước khi q trình ngun phân bắt 
đầu, nhân phải di chuyển vào trung tâm của tế  bào. Hạch nhân dần tiêu bến, bộ  máy 
phân bào xuất hiện. Tế  bào động vật có trung thể  gồm hai trung tử  và vùng quanh 
trung tử, trung tử nhân đơi ở pha S kì trung gian tạo thành hai đơi trung tử con và phát  
triển thành trung thể mới. Do sự hoạt hố của chất quanh trung tử, các đơn hợp tubulin  
trong tế  bào chất trùng hợp hố thành các vi  ống tubulin. Các vi  ống xếp phóng xạ 
8


quanh trung tử mới, tạo thành sao phân bào. Hai trung thể và hai sao di chuyển vể hai  
cực tế bào. Giữa hai sao, các vi ống phát triển sắp xếp thành hệ thống sợi có dạng hình 
thoi được gọi là thoi phân bào. Tế bào của thực vật thiếu các trung tử;  thay vào đó, các 
vi  ống hình thành một trục trên bề  mặt của nhân và sau đó được tổ  chức thành một  
trục bởi chính các nhiễm sắc thể, sau khi vỏ nhân bị phá vỡ. 
Kì trước giữa, các lamins được phosphoryl hóa bởi các  yếu tố  thúc đẩy ngun 
phân (MPF), màng nhân tan rã đứt ra thành nhiều đoạn và biến thành các bóng khơng  
bào bé phân tán trong tế bào chất, tạo điều kiện cho nhiễm sắc thể di chuyển ra ngoại  
vi tế  bào. Các vi ống thể động bắt đầu tìm kiếm và gắn vào các thể  động của nhiễm 
sắc thể. Một số vi ống khơng gắn vào thể động của nhiễm sắc thể (các vi ống khơng 
thể  động)  sẽ tìm và tương tác với các vi  ống khơng thể  động tương  ứng từ  phía đối 
diện để  hình thành thoi phân bào. Khi một vi  ống kết nối với thể  động, một protein  
động cơ  sẽ  kích hoạt, sử  dụng năng lượng từ ATP để  "trượt" lên  ống về  phía trung 
thể  khởi đầu. Hoạt động vận động này, cùng với q trình polyme hóa và khử  phân 
giải của các vi ống, cung cấp lực kéo cần thiết để sau này phân tách hai nhiễm sắc tử 
của nhiễm sắc thể.
Kì giữa là kì dài nhất của ngun phân, sau khi các vi ống đã định vị và gắn vào các  
thể  động, hai trung thể  bắt đầu kéo các nhiễm sắc thể  về  các đầu đối diện của tế 
bào. Sự  kéo căng của thoi phân bào làm cho các nhiễm sắc thể  sắp xếp dọc theo  mặt 

phẳng xích đạo, một đường tưởng tượng nằm  ở  trung tâm tế  bào. Để  đảm bảo sự 
phân bố  đồng đều của các nhiễm sắc thể   ở  cuối q trình ngun phân,  điểm kiểm 
tra chuyển tiếp đảm bảo rằng các thể  động được gắn đúng vào thoi phân bào và các  
nhiễm sắc thể được xếp thẳng hàng.
Kì sau bắt đầu khi các protein cohesin tách nhau ra khiến các nhiễm sắc tử chị em 
của mỗi cặp đột ngột tách nhau theo, mỗi nhiễm sắc tử trở thành một nhiễm sắc thể 
đơn, trượt dọc theo thoi phân bào về  hai phía đối diện của tế  bào. Các vi  ống khơng  
gắn với nhiễm sắc thể dài ra và đẩy ra xa nhau, tách các cực và làm cho tế bào dài ra.  
Tất cả các q trình này đều được thúc đẩy bởi các protein vận động , các cỗ máy phân 
tử có thể  “trượt” dọc theo các đường dẫn vi  ống và mang nhiễm sắc thể hoặc các vi 
ống khác về hai cực của tế bào. Đây là thời kì diễn ra nhanh nhất của ngun phân, chỉ 
mất vài phút. Kết thúc kì sau, ở hai cực của tế bào có hai bộ nhiễm sắc thể hồn chỉnh 
và tương đương nhau.
Khi các nhiễm sắc thể đã di chuyển xong về hai cực của tế bào cũng là lúc kì cuối  
bắt đầu. Các vi ống cực tiếp tục dài ra, kéo dài tế  bào hơn nữa. Một vỏ  nhân mới sẽ 
hình thành bằng cách sử  dụng các túi màng của vỏ  nhân cũ của tế  bào mẹ.  Vỏ  mới 
hình thành xung quanh mỗi bộ nhiễm sắc thể con đã tách rời và nhân con xuất hiện trở 
lại, thoi phân bào tiêu biến. Cả  hai bộ  nhiễm sắc thể, bây giờ  được bao quanh bởi 
màng nhân mới, bắt đầu "giãn" hoặc phân rã. Q trình phân chia nhân hồn tất, mỗi 
9


nhân con có một bộ nhiễm sắc thể giống hệt nhau.  Ngay sau đó q trình phân chia tế 
bào chất diễn ra phân cắt tế bào mẹ thành hai tế bào con. Tế bào động vật hình thành 
eo thắt và lõm sâu của eo tiến tới cắt đơi tế bào chất. Khi vịng sợi actin co rút kéo theo 
phần màng sinh chất lõm thắt vào trung tâm, và khi màng nối với nhau sẽ phân tách tế 
bào chất thành hai nửa, mỗi nửa chứa một nhân con. Đối với tế bào thực vật do được 
bao bởi thành xenlulozơ nên sự phân chia tế bào chất xảy ra khác với tế bào động vật. 
Một vách ngăn ngang xuất hiện ở vùng trung tâm xích đạo, và phát triển dần ra ngoại  
vi cho đến khi liên kết với thành tế  bào, và như  vậy phân tách tế  bào chất thành hai  

nửa chứa nhân con.
2.2. Cơ chế giảm phân
Giảm phân, phân bào giảm nhiễm, là hình thức phân bào chỉ  xảy ra ở các tế  bào  
sinh dục chín (tế bào sinh tinh và sinh trứng) tạo ra các giao tử (tinh trùng hoặc trứng) 
mang một nửa bộ  nhiễm sắc thể  của tế  bào mẹ  ban đầu. Giống với ngun phân,  
giảm phân cũng có một lần nhân đơi nhiễm sắc thể ở pha S kì trung gian nhưng có hai 
lần phân bào liên tiếp là giảm phân I và giảm phân II, trong mỗi lần phân bào lại chia  
thành các kì: kì đầu, kì giữa, kì sau, kì cuối. Diễn biến chi tiết của q trình giảm phân  
được mơ tả như trong hình 5.

Giảm phân I chính là q trình phân ly các nhiễm sắc thể  trong cặp nhiễm sắc 
thể tương đồng, tạo ra hai tế bào đơn bội. Kì đầu I cho đến nay là giai đoạn dài nhất, 
nhiễm sắc thể  bắt đầu co xoắn, màng nhân và nhân con dần tan rã, bộ  máy phân bào 
xuất hiện. Trung thể  sau khi nhân đơi tiến dần về  hai cực tế  bào, các thoi phân bào 
hình thành. Các cặp nhiễm sắc thể tương đồng, tiếp hợp và có thể trao đổi chéo thơng 
tin di truyền cho nhau. Tiếp hợp kết thúc  ở  giữa kì đầu và nhiễm sắc thể  trong từng  
cặp dần tách nhau ra. Mỗi cặp nhiễm sắc thể tương đồng có một hoặc nhều hơn các  
bắt chéo, điểm xảy ra trao đổi chéo và các nhiễm sắc thể tương đồng vẫn cịn liên  kết  
với nhau nhờ lực cố kết giữa các nhiễm sắc tử chị em. Cuối kì đầu I, vi ống từ các cực  
gắn vào hai thể động, cấu trúc protein nằm  ở  tâm động của các nhiễm sắc thể  . Cặp 
nhiễm sắc thể tương đồng sau đó di chuyển về măt phẳng xích đạo của tế  bào. Ở  kì 
giữa, các cặp nhiễm sắc thể  tương đồng xếp thành hai hàng  ở  mặt phẳng xích đạo, 
10


mỗi nhiễm sắc thể trong một cặp hướng về một cực của tế bào. Cả hai nhiễm sắc tử 
của một nhiễm sắc thể tương đồng gắn với các vi ống thể  động từ  một cực, cịn các 
nhiễm sắc tử  của các nhiễm sắc thể  kia gắn với vi  ống từ  cực đối lập. Sau đó các  
protein gắn kết các nhiễm sắc tử chị em bị phân hủy làm cho các nhiễm sắc thể tương 
đồng tách nhau ra. Mỗi nhiễm sắc thể trong cặp tương đồng di chuyển về một cực đối  

lập nhờ sự định hướng của bộ thoi phân bào. Lực cố kết giữa các nhiễm sắc tử chị em  
vẫn duy trì ở tâm động, làm cho các nhiễm sắc tử di chuyển như một đơn vị hướng về 
cùng một cực. Sau khi các sự kiện của kì sau I kết thúc, tế bào chuyển sang kì cuối I và  
phân chia tế bào chất. Đầu kì cuối I, mỗi nửa tế bào có một bộ nhiễm sắc thể đơn bội  
hồn chỉnh với các nhiễm sắc thể  đã được nhân đơi. Mỗi nhiễm sắc thể  gồm hai 
nhiễm sắc tử  chị  em, một hoặc cả hai nhiễm sắc tử có vùng ADN của nhiễm sắc tử 
khơng chị  em. Qúa trình phân chia tế  bào chất diễn ra tương tự  như phân chia tế  bào 
chất ở ngun phân: tế bào động vật hình thành eo thắt trung tâm, tế bào thực vật hình  
thành vách ngăn ngang phân cắt tế  bào. Kết thúc kì cuối, nhiễm sắc thể  dãn xoắn và  
màng nhân, nhân con tái hình thành.
Sau khi kết thúc giảm phân I, tế  bào trải qua một kì chuyển tiếp rất ngắn rồi  
ngay lập tức bước vào giảm phân II mà khơng có q trình nhân đơi nhiễm sắc thể. 
Lần phân bào II cũng trải qua các kỳ: kỳ  đầu II, kỳ  giữa II, kỳ  sau II, kỳ  cuối II và 
phân tế  bào chất để  tạo thành hai tế  bào mang nhiễm sắc thể  đơn bội. Người ta nói 
lần phân bào hai là phân bào cân bằng và nó có cơ chế tương tự với phân bào ngun  
phân. Sự phân ly ở kỳ sau hai giống hệt với ngun phân, hai nhiễm sắc tử chị em tách 
khỏi nhau và di chuyển về hai cực theo mặt phẳng cắt dọc giữa hai nhiễm sắc tử ch ị 
em. Do chỉ có một lần nhân đơi nhiễm sắc thể diễn ra vào kì trung gian trước lần phân  
bào I nhưng lại có tới hai lần phân chia nhiễm sắc thể cho các tế bào con ở kì sau I và 
sau II nên khi kết thúc q trình giảm phân, từ một tế bào có bộ nhiễm sắc thể lưỡng 
bội ban đầu sẽ tạo ra bốn tế bào con đơn bội.
PHẦN III. ĐIỀU KHIỂN CHU KÌ TẾ BÀO
1.
Đặc điểm của chu kì tế bào
Chu kì tế bào là một chu trình tuần hồn các sự kiện xảy ra trong một tế bào từ 
lần phân bào này cho đến lần phân bào kế tiếp.
Chu kì tế  bào  ở  sinh vật nhân sơ  rất đơn giản và được chia thành ba giai đoạn:  
giai đoạn giữa phân chia  (sơ  sinh) và bắt đầu sao chép nhiễm sắc thể  (giai  đoạn  
B); thời kỳ  cần thiết để  sao chép nhiễm sắc thể  (kỳ  C);  và khoảng thời gian từ  khi 
hồn thành q trình nhân đơi nhiễm sắc thể đến khi hồn thành q trình phân chia tế 

bào (kỳ D) (Hình 6).

11


12


Chu   kì   tế   bào   ở   sinh   vật 
nhân thực diễn ra phức tạp hơn 
với hai thời kì chính là kì trung 
gian   và   phân   bào   (M).   Kì   trung 
gian bao gồm ba pha là G1, S, G2 
(Hình 7). Chu kỳ  phân bào có ý 
nghĩa   sống   cịn   đối   với   tế   bào 
bởi   nhờ   đó   mà   trứng   được   thụ 
tinh từ một tế bào đơn phát triển 
thành cơ  thể  trưởng thành, đồng 
thời tóc, da, tế  bào máu và một 
vài cơ  quan nội tạng ln được 
làm mới. Sau giai đoạn phân chia, 
mỗi tế  bào con tạo thành sẽ  bắt 
đầu kỳ trung gian của một chu kỳ phân bào mới. Pha Gl là pha sinh trưởng của tế bào 
vì trong pha này xảy ra sự tổng hợp các ARN và protein, số lượng nhiễm sắc thể chứa  
hàm lượng ADN là ổn định. Mỗi một nhiễm sắc thể chứa một phân tử  ADN liên kết  
với histon  ở  trạng thái hoạt động. Vào cuối pha G l, có một thời điểm được gọi là 
điểm kiểm sốt R. Nếu tế bào vượt qua điểm R chúng tiếp tục đi vào pha S.  Đối với  
các tế bào biệt hố thì tế bào khơng vượt qua R mà đi vào q trình biệt hố tế bào để 
tạo nên các dịng tế bào sinh dưỡng (tế bào soma) khác nhau, có chức năng khác nhau.  
Cuối pha G1 tế  bào tổng hợp một loại protein đặc trưng là cyclin A và được tích luỹ 

trong nhân tế bào. Pha S: chủ yếu xảy ra sự tổng hợp ADN (tái bản ADN) và nhân đơi  
nhiễm sắc thể. Protein cyclin A (nhân tố  hoạt hố tổng hợp ADN) tác động cho tới 
cuối pha S thì biến mất. Sau pha S, hàm lượng ADN và số  lượng nhiễm sắc thể  đã 
được nhân đơi. Pha G2: các ARN và protein được tổng hợp chuẩn bị  cho phân bào.  
Cuối pha G2, một protein được tổng hợp là cyclin B và được tích luỹ  trong nhân cho  
đến tiền kỳ phân bào. Cyclin B hoạt hố enzim kinaza và đóng vai trị quan trọng trong  
việc thực hiện q trình phân bào như sự tạo thành các vi ơng tubulin để tạo thành thoi 
phân bào. Tiếp theo pha G2 là pha phân bào, là thời kỳ tế bào mẹ phân chia thành 2 tế 
bào con.
2.
Điều khiển chu kì tế bào
2.1.
Điều khiển chu kì tế bào ở sinh vật nhân sơ
Chất dinh dưỡng là yếu tố quyết định chính cho việc bắt đầu sao chép nhiễm sắc  
thể của sinh vật nhân sơ. Việc sản xuất protein khởi đầu DnaA và các thành phần thiết 
yếu khác của cơ  chế  sao chép tỷ  lệ  thuận với lượng cacbon sẵn có và tốc độ  tăng 
trưởng. Sự thiếu hụt các axit amin sẽ ức chế trực tiếp sự khởi đầu sao chép thơng qua 
13


việc sản xuất guanosine tetraphosphate và guanosine pentaphosphate (được gọi chung là 
(p) ppGpp). Tốc độ tăng trưởng cũng có thể ảnh hưởng gián tiếp đến sự khởi đầu, có 
khả năng ngăn chặn sự khởi đầu q mức. Sự sẵn có của chất dinh dưỡng và sự thiếu  
axit amin cũng ảnh hưởng đến sự kéo dài sao chép và sự phân li của nhiễm sắc thể. 
Việc đạt được kích thước hoặc khối lượng cụ  thể đã được chấp nhận rộng rãi 
như là cơ chế chính liên kết sự phát triển của tế bào với việc bắt đầu sao chép nhiễm 
sắc thể. Theo hướng này, một yếu tố cần thiết để bắt đầu sao chép, thường được giả 
định là DnaA, tích lũy phụ  thuộc vào tốc độ  tăng trưởng, đạt đến ngưỡng khi tế  bào 
đạt được kích thước cụ thể (được gọi là 'khối lượng ban đầu') để  kích hoạt sao chép 
(Donachie, 1968). Nếu khối lượng ban đầu khơng đổi có nghĩa là các tế bào ngắn phải  

trì hỗn q trình sao chép cho đến khi chúng đạt đến kích thước thích hợp, trong khi 
các tế bào dài hơn sẽ bắt đầu sao chép ADN sớm hơn. Đây là một cơ chế đơn giản để 
duy trì cân bằng kích thước tế bào trong một quần thể nhất định. 
Sự kiểm sốt tạm thời q trình phân chia tế bào ở sinh vật nhân sơ (Hình 8).

Q trình lắp ráp FtsZ được phối hợp với việc bắt  đầu sao chép DNA và phân ly 
nucleoid để  đảm bảo rằng các tế  bào con nhận được các bản sao hồn chỉnh của bộ 
gen vi khuẩn. Ở Bacillus subtilis , con đường sinh tổng hợp glucolipid đóng vai trị như 
một bộ  cảm biến trao đổi chất để  truyền thơng tin về  lượng carbon và tốc độ  tăng 
trưởng, thơng qua nồng độ UDP­glucose nội bào, đến bộ máy phân chia.  Khi cảm biến 
14


này   hoạt   động   (trên   cùng),   sự 
phân chia được kết hợp với việc  
đạt được kích thước cụ thể (được 
gọi là 'khối lượng tới hạn') cũng 
như   thời   gian   nhân   đơi   khối 
lượng. Khi   cảm   biến   này   bị   lỗi 
(dưới cùng), sự phân chia không bị 
tách rời khỏi việc đạt được khối 
lượng   tới   hạn   nhưng   vẫn   nhạy  
cảm với thời gian nhân đơi khối 
lượng, dẫn đến giảm kích thước 
tế bào.
2.2.
Điều khiển chu kì tế bào ở sinh vật nhân thực
Điều hịa chu kỳ tế bào rất quan trọng đối với tế bào, bao gồm phát hiện và sửa  
chữa những tổn thương trong bộ gen cũng như ngăn ngừa sự phân chia tế bào một cách  
mất kiểm sốt. Cơ chế kiểm sốt chu kỳ tế bào được lập trình và có định hướng, nghĩa  

là mỗi q trình xảy ra theo một hướng liên tục và khơng thể  đảo ngược chu kỳ. Các  
cơ chế điều hịa được thể hiện tóm tắt trong hình 9.
Thứ  nhất là một hệ  thống các điểm chốt của chu kỳ  và cơ  chế  tác động điều  
chỉnh của MPF. Cơ  chế  kiểm tra  ở  điểm chốt là cơ  chế  kiểm tra theo mối liên hệ 
ngược, nghĩa là công việc  ở  giai đoạn sau chỉ  được bắt đầu khi cơng việc của giai  
đoạn trước đó đã hồn thành, cũng có nghĩa là cơng việc sẽ  xảy  ở  giai đoạn sau đã 
được chuẩn bị  đầy đủ, tiền đề  cần thiết diễn ra  ở  giai đoạn trước đó. Tác động lên  
điểm chốt có các tín hiệu nội bào và các tín hiệu đến từ  các tế  bào và các mơ khác 
trong cơ thể, cũng như tín hiệu đến từ mơi trường. Có ba điểm chốt quan trọng: đó là 
điểm chốt từ Gl sang S (ở nấm men được gọi là điểm xuất phát S (start), cịn ở  động 
vật bậc cao được gọi là điểm hạn định R (restriction)), khi tế bào vượt qua được điểm  
chốt G l chúng sẽ đi vào S để tổng hợp ADN. Điểm chốt thứ hai là điểm chốt G2 để 
kiểm tra cửa vào M của tế bào, và điểm chốt thứ 3 là điểm chốt M ở thời kỳ từ kì giữa 
chuyển sang kì sau phân bào, thường được gọi là điểm cửa ra của phân bào, nghĩa là 
khi tế  bào vượt qua điểm này sẽ  hồn tất phân bào và đi vào Gl tiếp tục chu kỳ  mới  
(hình 7). Điểm chốt Gl báo hiệu rằng q trình tăng trưởng, q trình chuẩn bị cho sự 
tái bản ADN ỏ Gl đã được hồn tất. Đối vổi các tế bào bị ách lại ở Gl, các nhân tố sinh 
trưởng GF (Growth Factor) cũng như các chất kích thích phân bào thường tác động lên 
điểm chốt Gl. Nhân tố phiên mã E2F có tác động kích thích sự phiên mã các gen mã hóa 
cho các protein và enzim cần thiết cho sự tái bản ADN. Khi tế bào chưa vượt qua điểm  
chốt G l thì E2F bị   ức chế  do liên kết với các protein  ức chế, ví dụ, protein Rb. Khi  
15


protein Rb bị photphorin hóa nhờ các phức hệ kinaza (tức MPF) như Cdk4/6­cyclinD và 
Cdk2­ cyclinE thì E2F được giải phóng, chúng sẽ tác động cùng với Cdk2­ cyclinA lên 
hệ  tái bản ADN, và như  vậy Gl được chuyển vào S. Người ta đã phát hiện ra protein 
p53 (gọi như vậy vì khối lượng 53kDa) có vai trị ức chế tế bào người ở Gl khi có sự 
hư hỏng ADN. Khi protein khơng hoạt động, các tế bào với hư hỏng ADN sẽ vượt qua  
Gl vào S để tái bản ADN, hồn thành chu kỳ và sẽ cho ra các tế bào con có thể chuyển  

dạng thành tế  bào ung thư. Vì vậy người ta gọi gen mã hóa cho protein p53 là gen ức  
chế ung thư (tumor suppressor gene). Trong trường hợp bình thường, protein p53 là một  
nhân tố phiên mã, chúng rất khơng bền vững, vì vậy, chúng tồn tại với lượng rất ít vừa  
đủ để  bám vào yếu tố kiểm tra tương  ứng của ADN và hoạt hóa sự  phiên mã. Sự  hư 
hỏng ADN làm bền vững hố protein p53 và nồng độ của chúng tăng cao, chúng sẽ tích  
cực kích thích phiên mã. Một trong các gen được chúng kích thích phiên mã là gen mã 
hóa cho protein ức chế CIP p21, là protein ức chế hoạt tính của phức hệ cyclin­kinaza. 
CIP p21 liên kết và ức chế tất cả Cdk­cyclin ở động vật có vú và kết quả là các tế bào  
bị ách lại ở Gl (hoặc G0) cho tới khi ADN hư hỏng đã được sửa chữa và nồng độ p53 
và CIP p21 giảm xuống. Nếu ADN bị hư hại q nặng thì protein p53 sẽ hoạt hóa các 
gen dẫn đến q trình tự chết của tế bào (apoptosis). Điểm chốt G2 báo hiệu là các q 
trình cần thiết cho sự phân bào phải được hồn tất như sự tái bản ADN, sự đơng đặc  
và tăng xoắn của sợi nhiễm sắc, sự tạo thành các vi ống chuẩn bị cho sự tạo thành thoi 
phân bào, thì tế bào mới vượt qua chốt để vào kì đầu của phân bào. Nếu các q trình 
đó chưa được hồn tất hoặc có xảy ra sự hư hỏng ADN thì tế bào cũng bị dừng lại ở 
G2 và khơng vào được M, như  vậy ngăn chặn khơng để  xảy ra sự  hư  hỏng trong hệ 
gen của thế hệ tế bào con cháu. Điểm chốt của giai đoạn M ở kì giữa chuyển sang kì  
sau: Nếu các q trình như  tan rã màng nhân, tạo thoi phân bào và các trung tiết (tức  
tâm động) bám gắn nhiễm sắc thể vào sợi của thoi... chưa hồn tất thì tế bào bị dừng  
lại ở trung kỳ. 
Thứ hai là hệ thống điều chỉnh chu kỳ tế bào là gồm hai họ protein chủ yếu. Họ 
thứ  nhất là các kinaza phụ  thuộc cyclin­Cdk có tác dụng phát động các q trình tiền 
thân bằng cách gây photphorin hóa nhiều protein đặc trưng tại gốc serin và threonin.  
Họ  protein thứ  hai là các protein đặc biệt được gọi là cyclin, các cyclin đóng vai trị 
kiểm tra hoạt tính photphorin hóa của Cdk đối với các protein đích. Khi cyclin liên kết  
với Cdk thành một phức hệ thì Cdk ở  trạng thái hoạt tính và khi cyclin tách khỏi Cdk 
thì Cdk khơng có hoạt tính. Cyclin và kinases phụ  thuộc cyclin (CDK) là hai loại phân 
tử  điều hịa chủ  chốt quyết định diễn biến của chu kỳ  tế  bào. CDK chỉ  có hoạt tính 
xúc tác khi được gắn với cyclin hay nói cách khác cyclin là một protein điều hịa có vai  
trị hoạt hóa CDK. CDK thực hiện phản  ứng phosphoryl hóa hoạt hóa hay bất hoạt  

protein mục tiêu để tế bào đi vào các pha tiếp theo của chu kỳ.Nhờ các tín hiệu ngoại  
bào tiền ngun phân, phức hợp cyclin­CDK G 1 trở  nên có hoạt tính giúp tế  bào tiến 
16


vào pha S bằng cách thúc đẩy sự  biểu hiện các nhân tố  phiên mã giúp tăng cường sự 
biểu hiện cyclin của pha S và các enzyme cần thiết cho sự nhân đơi ADN. Phức hợp  
cyclin­CDK G1cũng thúc đẩy sự phân hủy các phân tử ức chế pha S. Phức hợp cyclin­
CDK ở pha S phosphoryl hóa protein làm phức hợp tiền nhân đơi đã được tập hợp trong 
suốt pha G1 gắn vào điểm khởi đầu sao chép ADN cảm  ứng sự  nhân lên của ADN. 
Phức hợp cyclin­CDK ngun phân bị bất hoạt trong suốt pha S và G2 sẽ khởi đầu giai 
đoạn ngun phân bằng cách kích thích các protein liên quan đến sự  xoắn chặt của  
nhiễm sắc thể  và sự  hình thành thoi vơ sắc. APC được hoạt hóa nhằm thúc đẩy sự 
phân hủy các protein cấu trúc liên kết với phức hợp protein gắn vào tâm động nhiễm 
sắc thể đồng thời phân hủy cyclin trong giai đoạn ngun phân để kỳ cuối và giai đoạn 
phân chia tế bào chất có thể tiếp tục. Cyclin D là cyclin đầu tiên được tạo ra trong chu 
kỳ tế bào đáp ứng lại các tín hiệu ngoại bào chẳng hạn như các nhân tố  tăng trưởng.  
Cyclin D gắn vào CDK4, tạo phức hợp cyclin D­CDK4 hoạt hóa có vai trị phosphoryl 
hóa protein  ức chế  khối u (Rb) giúp Rb phân tách khỏi phức hợp E2F/DP1/Rb (phức  
hợp này được gắn vào gen và ngăn chặn q trình phiên mã) dẫn tới hoạt hóa E2F. Sự 
hoạt hóa này cho phép phiên mã nhiều gen khác nhau như  cyclin E, cyclin A, DNA  
polymerase, thymidine kinase, …. Cyclin E khi gắn vào CDK2  tạo phức hợp cyclin E­
CDK2 có vai trị đẩy tế  bào từ  G1 vào pha S. Sự  hoạt hóa phức hợp Cyclin B­CDK2 
giúp phá vỡ  màng nhân và khởi đầu kỳ  đầu của giai đoạn ngun phân, đồng thời sự 
bất hoạt phức hợp này giúp tế bào thốt khỏi ngun phân. Phức hợp cyclin­CDK ở các  
giai đoạn khác nhau của tế bào nhân thực được mơ tả ở hình  
Thứ ba là nhân tố phát động trứng chín ­ MPF (M aturation Promoting Factor) giúp 
điều chỉnh chu kì tế bào của phơi ở giai đoạn phát triển sớm. Nhân tố  này giúp cho tế 
bào vượt qua điểm chốt G2 tiến vào M. Nhân tố MPF khơng chỉ có tác dụng phát động 
để vượt qua điểm chốt G2 mà cịn phát động vượt qua điểm chốt ở G l cho phép tế bào  

đi vào S. Tồn tại một số cyclin, khi hàm lượng của chúng đạt tới ngưỡng nào đó sẽ tác 
động hoạt hố MPF và khi chúng bị  phân hủy sẽ  làm bất hoạt MPF và  ức chế  phân 
bào.
Thứ  tư  là các nhân tố  sinh trưởng giúp điều chỉnh chu kì tế  bào.  Tác động của  
nhân tố  sinh trưởng có thể  gây cho tế  bào có hai đáp  ứng: đáp  ứng sớm và đáp  ứng  
chậm. Trong đáp ứng sớm: Nhân tố sinh trưởng có tác động kích thích sự phiên mã của  
nhiều gen, chủ  yếu là các gen mã hóa cho các nhân tố  phiên mã như  c­Fos và C­Jun. 
Trong đáp  ứng chậm: Các protein được tổng hợp trong giai đoạn đáp ứng sớm có tác  
động hoạt hóa các gen  ở  giai đoạn đáp  ứng chậm. Một số  gen này là các gen mã hóa 
cho các nhân tố phiên mã như E2F. Một số gen khác trong đáp ứng chậm là các gen mã 
hóa cho các loại cyclin D, A, E, các gen mã hóa cho các loại Cdk2, Cdk4 và Cdk6 cũng 
được hoạt hóa và biểu hiện. Cho đến khi nào nồng độ các protein này tích lũy đủ thì tế 
bào mới vượt qua điểm R để  vào S và tái bản ADN. Một số nhân tố  phiên mã E2F là  
17


cần thiết cho sự phiên mã các gen trên đây, cũng như các gen mã hóa cho nhiều protein  
tham gia vào sự tổng hợp ADN và nhân tố E2F cũng kích thích sự phiên mã các gen mã  
hóa cho bản thân chúng. Khả  năng kích thích phiên mã của E2F lại bị   ức chế  bởi  
protein liên kết với chúng là Rb và bởi 2 protein thân thuộc khác là pl07 và pl30. Protein  
Rb đầu tiên được xác định như  là sản phẩm của gen  ức chế, do đó dẫn đến sự  hoạt 
hóa các gen cần thiết bởi E2F để đi vào giai đoạn S. 
Một số protein  ức chế cũng có vai trị trong điều khiển chu kì tế  bào. các protein  
có tác dụng  ức chế  hoạt tính của các cyclin­kinaza, được gọi là CKI (Cyclin Kinase 
Inhibitor) và chúng có hai lớp: Một lớp được gọi là CIP (Cdk Inhibitor Protein), chúng 
liên kết và  ức chế  tất cả  các phức hệ  Cdkl­, Cdk2­, Cdk4­ và Cdk6­cyclin. Một lớp 
khác được gọi là INK4 (kinase­4­inhibitor) liên kết và  ức chế phức hệ Cdk4­cyclin D 
và Cdk6­cyclin D. Người ta đã biết được một loại protein INK4 là pl6 có tác động như 
một chất ức chế ung thư (tumor suppressor). Người ta cũng đã biết được ở động vật có 
vú có ba lớp protein CIP được gọi là p21, p27 và p57. Các protein ức chế như INK4 và  

các CIP như p21, p27 và p57 đóng vai trị ức chế hệ MPF, từ đó ức chế chu kỳ tế bào.  
Vai trị của CIP p21 là đáp  ứng lại sự  hư  hỏng của ADN  ở  tế  bào động vật có vú.  
Chúng cũng có vai trị ức chế sự tăng sinh tế bào trong phát triển phơi sinh. Protein CIP 
p57 được biểu hiện trong các tế  bào được biệt hóa của đa số  mơ của cơ  thể  trưởng  
thành.
Như vậy cơ chế phân bào và điều khiển chu kì tế bào ở  sinh vật nhân thực diễn  
ra phức tạp và chặt chẽ  hơn so với sinh vật nhân sơ. Điều này phù hợp với sự  phức 
tạp và hồn thiện hơn về cấu trúc của tế bào nhân thực và đồng thời giúp đảm bảo sự 
sinh trưởng, phát triển bình thường, ổn định của tế bào và cơ thể. 

18


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. N.A. Campbell, J.B Reece, L.A Urry, M.L Cain, S.A Wasseman, P.V Minorsky và R.B 
Jackson (2012), Sinh học (dịch theo sách xuất bản lần thứ 8). NXB Giáo dục Việt Nam 
6 
2. Nguyễn Như Hiền (2007), Giáo trình Sinh học tế bào, NXB Đại học Quốc gia Hà 
Nội 
3. Jue D. Wang and Petra A. Levin (2009). Metabolism, cell growth and the bacterial cell 
cycle, Nature Reviews Microbiology volume 7, pages822–827.
4. Eric V. Wong (2009), Cells: Molecules and Mechanisms, Axolotl Academic 
Publishing.
5.  />6.  />7.  />
19