NộI Dung
- Biểu hiện gen hoạt động bằng cách tạo các bản sao của gen
- Các yếu tố bên trong ảnh hưởng đến chuyên môn tế bào
- Sự phân chia không đối xứng tạo ra các tế bào khác nhau
- Tín hiệu tế bào là gốc rễ của sự biệt hóa tế bào
- Tín hiệu tế bào bởi sự ảnh hưởng khuếch tán Phát triển mô
- Tín hiệu tế bào địa phương cho phép các tế bào nhận ra hàng xóm của họ
- Các yếu tố ảnh hưởng đến sự khác biệt của tế bào tín hiệu tế bào
- Các yếu tố môi trường có thể ảnh hưởng đến sự khác biệt của tế bào
Trong quá trình biệt hóa tế bào ở các sinh vật đa bào, các tế bào trở nên chuyên biệt và đảm nhận các vai trò như các tế bào thần kinh, cơ và tế bào máu. Các yếu tố liên quan đến việc kích hoạt sự biệt hóa tế bào bao gồm tín hiệu tế bào, ảnh hưởng môi trường và mức độ phát triển của sinh vật.
Sự biệt hóa tế bào cơ bản xảy ra sau khi một tế bào tinh trùng thụ tinh với trứng và hợp tử thu được đạt đến một kích thước nhất định. Tại thời điểm đó, hợp tử bắt đầu phát triển các loại tế bào khác nhau và cần các tế bào khác biệt để đảm nhận các chức năng chuyên biệt.
Cơ chế là gốc rễ của sự biệt hóa tế bào là biểu hiện gen. Tất cả các tế bào của một sinh vật có bộ gen giống hệt nhau vì mã di truyền được sao chép từ tế bào trứng ban đầu được thụ tinh bởi tế bào tinh trùng. Để đảm nhận chức năng chuyên biệt, một tế bào sẽ chỉ biểu hiện hoặc sử dụng một số gen trong mã di truyền của nó và bỏ qua phần còn lại.
Ví dụ, một tế bào biệt hóa để trở thành tế bào gan sẽ biểu hiện các gen của tế bào gan và tất cả các tế bào gan khác sẽ sử dụng cùng một bộ gen gan. Chúng sẽ phân biệt với nhau để tạo thành gan.
Sự biệt hóa tế bào diễn ra trong ba tình huống:
Trong mỗi trường hợp, tín hiệu tế bào thông báo cho các tế bào loại tế bào chuyên biệt được yêu cầu. Các tế bào không phân biệt biểu hiện các gen tương ứng để đáp ứng nhu cầu của sinh vật.
Biểu hiện gen hoạt động bằng cách tạo các bản sao của gen
Mã di truyền của các tế bào nhân chuẩn nằm trên DNA trong nhân. DNA không thể rời khỏi nhân để tế bào phải sao chép gen mà nó muốn thể hiện.
Sứ giả RNA (mRNA) gắn vào DNA và sao chép gen liên quan. MRNA có thể di chuyển ra ngoài nhân và mang các chỉ dẫn di truyền đến các ribosome đang trôi nổi trong tế bào chất của tế bào hoặc được gắn vào mạng lưới nội chất. Các ribosome tạo ra protein được mã hóa bởi gen biểu hiện.
Tùy thuộc vào các tín hiệu mà tế bào nhận được, ảnh hưởng môi trường và giai đoạn phát triển của tế bào, quá trình biểu hiện gen có thể bị chặn ở bất kỳ giai đoạn nào. Nếu protein được mã hóa bởi gen không cần thiết cho sinh vật, mRNA sẽ không sao chép gen và quá trình biểu hiện gen sẽ không bắt đầu.
Ngay cả sau khi mRNA sao chép gen, phân tử mRNA có thể bị chặn ra khỏi nhân hoặc có thể không đến được ribosome. Ribosome có thể không tạo ra protein cần thiết ngay cả khi mRNA cung cấp mã di truyền được sao chép. Các yếu tố khác nhau có thể ảnh hưởng đến sự biểu hiện gen thông qua quá trình gồm nhiều bước này.
Các yếu tố bên trong ảnh hưởng đến chuyên môn tế bào
Các sinh vật có một số cách để đảm bảo rằng các tế bào phát triển thành các tế bào chuyên biệt và biệt hóa cần thiết.
Yếu tố chính thúc đẩy sự khác biệt tế bào trong cơ thể là sản xuất protein. Các tế bào có thể phân biệt tùy thuộc vào gen nào được biểu hiện và protein nào được mã hóa trong gen biểu hiện. Các protein được tạo ra giúp các tế bào biệt hóa thực hiện chức năng chuyên biệt của chúng và để chúng nói với các tế bào khác những gì chúng đang làm thông qua tín hiệu tế bào.
Một cơ chế nữa có thể ảnh hưởng đến sự biệt hóa tế bào là sự phân biệt không đối xứng trong phân chia tế bào. Các chất như protein đặc biệt tập hợp ở một đầu của tế bào. Khi tế bào phân chia, một tế bào con có nhiều protein đặc biệt hơn tế bào kia. Các tế bào trở thành các loại tế bào khác nhau do sự phân phối protein khác nhau.
Khi một tế bào khác biệt, loại chuyên môn hóa nó có thể trở nên hạn chế hơn. Tế bào gốc phôi ban đầu có thể trở thành bất kỳ loại tế bào nào, nhưng một khi tế bào đã trưởng thành và đảm nhận vai trò chuyên biệt, nó thường không thể thay đổi được nữa. Tế bào gốc phôi được gọi là toàn phần các tế bào bởi vì chúng vẫn có thể đảm nhận bất kỳ vai trò nào trong khi các tế bào trưởng thành, chuyên biệt được phân biệt hoàn toàn chỉ có thể thực hiện chức năng chuyên biệt của chúng.
Sự phân chia không đối xứng tạo ra các tế bào khác nhau
Biểu hiện gen chịu trách nhiệm chuyên môn hóa tế bào, nhưng các tế bào cơ bản phải có khả năng đảm nhận các chức năng chuyên biệt. Trước khi quá trình biệt hóa và chuyên môn hóa tế bào có thể diễn ra, phải có loại tế bào phù hợp. Sự phân tách không đối xứng có thể tạo ra các loại tế bào khác nhau. Tế bào phôi tổng hợp trở thành một trong ba loại đa năng các tế bào cuối cùng biệt hóa thành các mô cơ thể khác nhau.
Ba loại tế bào đa năng là:
Trong khi tín hiệu tế bào chịu trách nhiệm sản xuất một số loại tế bào khác nhau và chuyên môn hóa tế bào, sự phân chia không đối xứng hoạt động khi bắt đầu phát triển tế bào để tạo ra các tế bào đa năng.
Quá trình phiên mã DNA thành mRNA diễn ra theo cách mà mRNA tạo ra một số protein nhất định ở một đầu của tế bào và các protein khác nhau ở đầu kia. Kết quả phân chia tế bào trong hai loại tế bào con khác nhau có thể tiếp tục tạo ra các tế bào với các chuyên môn khác nhau.
Tín hiệu tế bào là gốc rễ của sự biệt hóa tế bào
Các cơ chế bên trong ảnh hưởng đến sự biệt hóa tế bào của các tế bào đa năng chủ yếu dựa trên tín hiệu tế bào. Các tế bào nhận được tín hiệu hóa học cho chúng biết loại tế bào nào hoặc loại protein nào là cần thiết.
Cơ chế báo hiệu tế bào bao gồm:
Các tế bào liên tục đưa ra các hóa chất liên quan đến các hoạt động của chúng và nhận được tín hiệu về những gì đang diễn ra trong khu vực lân cận của chúng, trong các mô nơi chúng nằm và trong cơ thể nói chung. Những tín hiệu này là các yếu tố chính ảnh hưởng đến chuyên môn tế bào và tín hiệu tế bào là yếu tố chính thúc đẩy sự biệt hóa tế bào trong cơ thể.
Tín hiệu tế bào bởi sự ảnh hưởng khuếch tán Phát triển mô
Các tế bào trở nên nhạy cảm với các tín hiệu hóa học nhất định bởi vì chúng có thụ thể trên màng tế bào của chúng. Các thụ thể phụ thuộc vào loại tế bào, nó đã phát triển như thế nào và gen nào đang được biểu hiện. Khi các thụ thể được kích hoạt, tế bào sẽ phân biệt hơn nữa.
Khi một tế bào là tín hiệu cho nhiều tế bào gần đó, nó sẽ phát ra một chất hóa học khuếch tán qua mô trong đó tế bào được nhúng vào. Tín hiệu hóa học được thu bởi các thụ thể trong màng tế bào của các tế bào xung quanh và kích hoạt phản ứng bên trong mỗi tế bào. Những phản ứng này giúp làm cho các tế bào phân biệt theo cách xây dựng mô.
Ví dụ, các tế bào sẽ trở thành một phần của gan phát ra các hóa chất kích hoạt các thụ thể tương ứng trong các tế bào gần đó và tất cả các tế bào ở vị trí đó sẽ biệt hóa để trở thành tế bào gan. Khi mô gan hình thành, tín hiệu tế bào tiếp tục kích hoạt một số tế bào biệt hóa thành tế bào ống hoặc mô liên kết. Cuối cùng, các tế bào biệt hóa tạo thành một gan hoàn chỉnh và hoạt động.
Tín hiệu tế bào địa phương cho phép các tế bào nhận ra hàng xóm của họ
Để phát triển thành các tế bào chuyên biệt cần thiết cho sinh vật, các tế bào phải biết những tế bào khác trong môi trường xung quanh ngay lập tức của chúng đang làm gì. Các thụ thể đặc biệt cho sự tiếp xúc giữa các tế bào và các khoảng cách giữa các tế bào tạo điều kiện cho việc trao đổi tín hiệu trực tiếp giữa các tế bào lân cận. Các tế bào có thể đảm bảo rằng môi trường xung quanh tương ứng với chuyên môn khác biệt của chúng.
Trong tín hiệu tế bào, các protein thụ thể được hình thành đặc biệt trên bề mặt của một tế bào khớp với các protein tương ứng trên màng tế bào lân cận. Khi các tế bào tiếp xúc, hai protein liên kết và tín hiệu được kích hoạt từ tế bào này sang tế bào khác. Tín hiệu đi qua màng tế bào và đi vào tế bào nơi nó gây ra một hành vi tế bào cụ thể.
Ví dụ, các tế bào da phải đảm bảo chúng có các tế bào da khác xung quanh chúng, nhưng một số tế bào da sẽ có các tế bào của mô bên dưới chúng. Tín hiệu giữa các tế bào cho phép các tế bào đảm bảo rằng môi trường xung quanh khớp với sự khác biệt của chúng.
Mối nối khoảng cách là các liên kết đặc biệt giữa các tế bào lân cận cho phép trao đổi protein dễ dàng và trực tiếp hoạt động như s. Sử dụng các khoảng cách, các ô có thể điều phối các hoạt động của họ và trao đổi tín hiệu nhanh chóng và dễ dàng.
Ví dụ, các tế bào thần kinh sử dụng các mối nối khoảng cách để thiết lập các đường thần kinh và các mối nối khoảng cách cho phép các tế bào phân biệt thành loại tế bào thần kinh phù hợp với vị trí của chúng trên da, trong tủy sống hoặc trong não.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự khác biệt của tế bào tín hiệu tế bào
Tín hiệu tế bào và sự biệt hóa tế bào kết quả là các quá trình phức tạp với nhiều bước. Tín hiệu phải được sản xuất, tuyên truyền nhận và hành động. Kích hoạt do tín hiệu tế bào phải làm việc như mong đợi. Các yếu tố phá vỡ bất kỳ bước nào có thể ảnh hưởng đến sự biệt hóa tế bào và gây ra những thay đổi trong sinh vật.
Các yếu tố có thể ảnh hưởng và phá vỡ tín hiệu tế bào và sự biệt hóa tế bào bao gồm thiếu chất dinh dưỡng; nếu một tế bào không thể tạo ra protein vì nó thiếu các khối xây dựng, nó không thể phân biệt được. Đột biến trong mã di truyền là một vấn đề khác.
Nếu DNA bị lỗi hoặc phiên mã sai, quá trình truyền tín hiệu và phân biệt bị gián đoạn. Ngoài ra, nếu các hóa chất báo hiệu bị chặn hoặc các thụ thể tế bào chứa đầy các liên kết hóa học không tín hiệu, quá trình báo hiệu sẽ không hoạt động đúng.
Các yếu tố môi trường có thể ảnh hưởng đến sự khác biệt của tế bào
Những ảnh hưởng từ môi trường của sinh vật có thể ảnh hưởng đến tín hiệu tế bào, biểu hiện gen và sự biệt hóa tế bào có thể thay đổi, ngăn chặn hoặc phá vỡ quá trình. Một số yếu tố môi trường được sử dụng bởi sinh vật để thích nghi, một số có thể được sử dụng để chống lại bệnh tật và một số tác hại hoặc giết chết sinh vật.
Ví dụ, nhiệt độ môi trường có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của một số sinh vật. Nhiệt độ cao hơn tăng tốc độ tăng trưởng của các tế bào và sự biệt hóa của chúng trong khi nhiệt độ thấp làm chậm hoặc ngừng phát triển.
Thuốc có thể phá vỡ sự biệt hóa tế bào có hại. Ví dụ, thuốc có thể chặn một trong các bước của quy trình để tăng trưởng khối u không giới hạn và ngăn chặn sự biểu hiện của các gen tương ứng.
Chấn thương có thể ảnh hưởng đến biểu hiện gen và ảnh hưởng đến loại tế bào nào là cần thiết để sửa chữa thiệt hại. Virus và vi khuẩn có thể ảnh hưởng đến sự biệt hóa tế bào. Ví dụ, nếu người mẹ bị nhiễm một bệnh như rubella, thai nhi đang phát triển có thể bị ảnh hưởng đến sự biệt hóa tế bào và nó có thể bị dị tật bẩm sinh.
Cuối cùng hóa chất độc hại có thể ảnh hưởng đến sự biệt hóa tế bào. Các chất tấn công hoặc chặn các hóa chất báo hiệu hoặc chặn các vị trí thụ thể tín hiệu trên màng tế bào có thể ngừng hoạt động tín hiệu và ảnh hưởng đến sự biệt hóa tế bào.
Trong trường hợp của các yếu tố môi trường này, sinh vật cố gắng đáp ứng bằng cách thích nghi hoặc bằng cách thay đổi các quy trình nội bộ. Thích nghi có hiệu quả đối với một số ảnh hưởng môi trường, nhưng đối với những người khác, sinh vật có thể tồn tại nhưng biểu hiện khuyết tật, hoặc sinh vật có thể chết.