SINH HỌC · PHÂN BÀO ② — Sổ cái NST, cromatit và DNA trên trục thời gian
Chuyên đề Sinh học (nguyên phân – giảm phân): ba sự kiện duy nhất làm đổi số liệu (nhân đôi DNA, tách tâm động, phân chia tế bào), cách đọc đồ thị lượng DNA…
[SINH HỌC · PHÂN BÀO ②] · THPT AI LUKATO · BÀI KHÁI NIỆM
Sổ cái NST, cromatit và DNA trên trục thời gian
Ba cuốn sổ, ba sự kiện, hai đường cong: đọc mọi số liệu của nguyên phân và giảm phân mà không phải học thuộc từng kì
Học sinh hay mất điểm ở phần phân bào vì học thuộc từng con số theo từng kì: kì sau có bao nhiêu NST, kì giữa II có bao nhiêu cromatit, đồ thị DNA nào là của giảm phân. Bài này đổi cách học: theo dõi MỘT tế bào, ghi vào ba cuốn sổ (số NST, số cromatit, lượng DNA) và chỉ cần nhớ rằng có đúng ba sự kiện làm các con số đổi. Mọi bảng, đồ thị và phòng thí nghiệm đều suy ra từ ba sự kiện ấy. Bài chỉ xây khái niệm, không có mục luyện đề. Mọi loài, tế bào và số liệu trong bài đều là hư cấu.
11 SƠ ĐỒ TỰ DỰNG 3 PHÒNG THÍ NGHIỆM THUẦN KHÁI NIỆM 8 CÂU TRẮC NGHIỆM TỰ SOẠN
BẢN ĐỒ BÀI
Đừng nhớ số, hãy nhớ sự kiện
Nếu hỏi "tế bào ở kì sau của nguyên phân có bao nhiêu NST", nhiều em trả lời bằng trí nhớ. Cách chắc chắn hơn là hỏi: từ đầu chu kì đến lúc này, đã xảy ra những sự kiện nào? Mỗi sự kiện đổi các con số theo một quy tắc cố định, nên chỉ cần cộng dồn các sự kiện là ra đáp số. Hình 1 cho thấy trước kết quả của cách làm ấy: hai đường cong của nguyên phân chỉ "lệch nhịp" đúng ở hai chỗ.
E1 nhân đôi DNA (pha S) E2 tách tâm động (kì sau) E3 phân chia tế bào E4 phân li cặp (kì sau I)
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 1. Hai đường cong của nguyên phân (2n = 6, hư cấu) trên cùng một trục thời gian: DNA tăng ở pha S khi số NST đứng yên, số NST tăng ở kì sau khi DNA đứng yên.
0.1 Một tế bào, ba cuốn sổ
Ta luôn nói về một tế bào đang được theo dõi . Khi tế bào ấy chia, ta chuyển sang theo dõi MỘT tế bào con. Ba cuốn sổ ghi ba con số khác nhau:
Sổ · Đếm cái gì · Quy tắc đếm · Đơn vị
① Số NST · Số tâm động có trong tế bào · Mỗi tâm động là một NST, dù NST đó đơn hay kép · chiếc; 2n, n, 4n
② Cromatit · Số cromatit nhìn thấy riêng · NST kép có 2 cromatit; NST đơn tính là 0 (quy ước của sách giáo khoa Việt Nam) · chiếc
③ DNA nhân · Lượng DNA trong nhân · Đặt a là lượng DNA của một bộ NST đơn bội (n NST đơn); tế bào 2n ở G1 có 2a · a
Vuốt ngang để xem hết bảng
Ba sổ này không tự đổi, chúng chỉ đổi khi một sự kiện xảy ra. Đó là lí do ta có thể thay việc nhớ hàng chục con số bằng việc nhớ ba sự kiện.
0.2 Ba sự kiện làm đổi số liệu (và một sự kiện không làm đổi)
Sự kiện · Xảy ra khi nào · Số NST · Cromatit · DNA
E1 nhân đôi DNA · Pha S của kì trung gian · KHÔNG đổi (6 → 6, nhưng từ đơn thành kép) · 0 → 12 · ×2 (2a → 4a)
E2 tách tâm động · Kì sau của nguyên phân; kì sau II của giảm phân · ×2 (ví dụ 6 → 12 hoặc 3 → 6) · về 0 · KHÔNG đổi
E3 phân chia tế bào · Cuối kì cuối (một lần ở nguyên phân; hai lần ở giảm phân) · mỗi tế bào con nhận một nửa số của tế bào mẹ · một nửa · một nửa
E4 phân li cặp · Kì sau I của giảm phân · KHÔNG đổi số liệu tổng (quyết định NST nào đi về cực nào) · KHÔNG đổi · KHÔNG đổi
Vuốt ngang để xem hết bảng
Mọi số liệu trong bảng lấy từ tế bào của một loài hư cấu có 2n = 6. Hai chữ in đậm quan trọng nhất: E1 làm DNA tăng mà không làm số NST tăng; E2 làm số NST tăng mà không làm DNA tăng. Nguyên phân có một E1 và một E3; giảm phân có một E1 nhưng hai E3.
Lưu ý về kí hiệu 4n. Cùng viết "4n" nhưng có thể chỉ ba thứ khác nhau: số NST ở kì sau nguyên phân (ví dụ 12 khi 2n = 6), số cromatit sau E1 (4n cromatit), hoặc thể tứ bội. Hãy phân biệt theo ngữ cảnh của câu hỏi.
0.3 Quy ước và giả định của bài
Giả định. Chỉ xét tế bào lưỡng bội bình thường (2n) và các lần phân bào diễn ra bình thường, không có đột biến số lượng NST. Mục 6.4 nói rõ khi nào quy tắc đếm không còn đúng.
Quy ước đếm. NST đơn tính 0 cromatit, NST kép tính 2 cromatit. Số NST luôn đếm theo tâm động. Lượng DNA tính theo đơn vị a: tế bào 2n ở G1 có 2a, sau pha S có 4a.
Quy ước vẽ. Ở kì trung gian các NST ở dạng sợi mảnh, không nhìn thấy riêng từng chiếc; trong hình, ta vẽ chúng thành các nét mảnh tách rời để tiện đếm . Cromatit chỉ được đếm từ khi nhân đôi xong (từ pha G2), nên trong pha S ta ghi 0 rồi nhảy lên cuối pha. Hai NST của một cặp tương đồng được vẽ cùng kích thước và cùng vị trí tâm động; cặp NST giới tính XY là ngoại lệ vì hai NST khác hình, và bài này không dùng cặp XY.
Loài hư cấu chính 2n = 6 (n = 3)
Hai màu NST xanh: mẹ · cam: bố
Gen liên kết (mục 5) AB/ab, Dd, Ee
Đơn vị DNA a (2n ở G1 = 2a)
Các loài, tế bào và con số trong bài là hư cấu, tự soạn và kiểm bằng máy tính; chúng chỉ dùng để làm rõ cơ chế, không dùng làm số liệu tra cứu.
MỤC 1 · BA SỰ KIỆN
Mỗi sự kiện đổi đúng những số nào, và vì sao
Mục này trả lời "vì sao" cho từng sự kiện, bằng cách nhìn vào chính cấu trúc của NST: một NST có một tâm động , và tùy lúc có một hay hai phân tử DNA (hai cromatit) dính nhau ở tâm động. Số NST đếm tâm động; số cromatit đếm các nửa dính nhau; lượng DNA đếm số phân tử DNA.
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 2. Ba sự kiện E1, E2, E3 với tế bào mini trước và sau (2n = 6, hư cấu) và bảng "đổi gì, không đổi gì"; E4 không làm đổi số liệu tổng.
1.1 E1: nhân đôi DNA đổi DNA, không đổi số NST
Ở pha S, mỗi phân tử DNA của mỗi NST được nhân đôi. Hai phân tử DNA mới (hai cromatit chị em) vẫn dính nhau ở cùng một tâm động . Vì tâm động không nhân đôi nên số NST không đổi: tế bào 2n = 6 vẫn có 6 NST, nhưng mỗi NST từ đơn (một phân tử DNA) thành kép (hai phân tử DNA, hai cromatit).
Hệ quả cho ba cuốn sổ: số NST 6 → 6 (không đổi); cromatit 0 → 12 (6 NST kép × 2); DNA 2a → 4a (gấp đôi). Trong lúc pha S đang diễn ra, DNA tăng dần theo thời gian từ 2a lên 4a, nên đường cong DNA đi lên theo một dốc, không nhảy bậc ngay.
Tâm động và thoi phân bào MỞ RỘNG Tâm động là vùng thắt của NST, nơi hai cromatit chị em dính nhau. Các vi ống của thoi phân bào bám vào tâm động qua một cấu trúc protein (kinetochore) để kéo NST về cực. Em chỉ cần biết thế để hiểu vì sao "tâm động tách" nghĩa là các NST bắt đầu đi về hai cực; chi tiết cấu trúc ấy nằm ngoài chương trình bắt buộc.
1.2 E2: tách tâm động đổi số NST, không đổi DNA
Ở kì sau, tâm động của mỗi NST kép tách đôi. Hai cromatit chị em, đến lúc này mỗi cái có tâm động riêng, trở thành hai NST đơn và đi về hai cực. Số tâm động gấp đôi nên số NST gấp đôi; nhưng chưa có phân tử DNA nào được tạo ra hay mất đi, chỉ có cách chia nhóm thay đổi, nên lượng DNA trong cả tế bào không đổi . Cromatit trở về 0 vì không còn NST kép.
Với nguyên phân ở tế bào 2n = 6: số NST 6 → 12 (mỗi cực 6), cromatit 12 → 0, DNA vẫn 4a. Với kì sau II của giảm phân, mỗi tế bào con của giảm phân I có 3 NST kép: số NST 3 → 6 (mỗi cực 3), cromatit 6 → 0, DNA vẫn 2a.
Tế bào ở kì sau chưa chia xong nên 12 NST đơn (hay 6 NST đơn ở kì sau II) vẫn nằm trong một tế bào. Đây là lí do số NST của tế bào đạt giá trị lớn nhất (4n ở nguyên phân) đúng vào kì sau và kì cuối.
1.3 E3: phân chia tế bào, mọi con số giảm một nửa; và E4 không đổi gì
Khi tế bào chất tách đôi, hai nhân con nhận hai nhóm NST đã đi về hai cực. Mỗi tế bào con nhận một nửa số NST, một nửa số cromatit và một nửa lượng DNA của tế bào mẹ. Ở nguyên phân: 12 NST đơn → 6 mỗi tế bào con, DNA 4a → 2a. Ở giảm phân I: 6 NST kép → 3 NST kép mỗi tế bào con, DNA 4a → 2a. Ở giảm phân II: 6 NST đơn → 3 mỗi tế bào con, DNA 2a → a.
E4 là việc ở kì sau I, hai NST kép của mỗi cặp tương đồng đi về hai cực khác nhau (tâm động chưa tách). Sự kiện này quyết định NST nào về cực nào, nhưng cả hai nhóm vẫn nằm trong cùng một tế bào, nên số liệu tổng không đổi: 6 NST kép, 12 cromatit, 4a. Số liệu chỉ giảm một nửa nhờ E3 ngay sau đó. Vì vậy kì sau I không làm số NST tăng gấp đôi.
DNA đổi ở đâu, NST đổi ở đâu. DNA chỉ tăng ở E1 (pha S) và chỉ giảm ở E3 (cuối kì cuối). Số NST chỉ tăng ở E2 (kì sau, kì sau II) và chỉ giảm ở E3. Không có sự kiện nào làm DNA đổi ở kì giữa hay kì sau.
Chốt ý mục 1: E1 làm DNA ×2, NST không đổi · E2 làm NST ×2, DNA không đổi · E3 làm cả ba số giảm một nửa tâm động đổi số NST; phân tử DNA đổi lượng DNA; hai thứ này chỉ đổi cùng lúc ở E3
một tế bào 2n = 8 (hư cấu) vừa xong pha S. Nếu sau đó nó đi tiếp đến hết kì giữa của nguyên phân thì ba con số là gì?
Hãy hỏi: từ cuối pha S đến hết kì giữa đã có thêm sự kiện nào chưa?
Giải thích. Chưa có sự kiện nào mới (E2 xảy ra ở kì sau, E3 ở kì cuối). Vậy ba con số vẫn là các giá trị sau E1: số NST 8, cromatit 16 (8 NST kép × 2), DNA 4a. Kiểm tra bằng Phòng thí nghiệm 1: chọn nguyên phân, 2n = 8 và kéo đến "Kì giữa".
MỤC 2 · NGUYÊN PHÂN
Cộng dồn sự kiện theo trục thời gian
Nguyên phân đi qua đúng ba mốc: một E1 ở pha S, một E2 ở kì sau, một E3 ở cuối kì cuối. Giữa các mốc, các con số đứng yên. Vì vậy sổ cái của nguyên phân chỉ có ba lần đổi, và bảng sau chỉ là việc áp dụng ba quy tắc ở mục 1 cho từng bước của một tế bào 2n = 6 (hư cấu).
2.1 Sổ cái từng bước của một tế bào nguyên phân
Bước · NST đơn hay kép · Số NST (tâm động) · Mỗi cực · Cromatit · DNA (a) · Sự kiện
Pha G1 · đơn · 6 · — · 0 · 2a ·
Pha S · đơn → kép · 6 · — · 0 (chưa đếm) · 2a → 4a · E1 nhân đôi DNA
Pha G2 · kép · 6 · — · 12 · 4a ·
Kì đầu · kép · 6 · — · 12 · 4a ·
Kì giữa · kép · 6 · — · 12 · 4a ·
Kì sau · đơn · 12 · 6 · 0 · 4a · E2 tách tâm động
Kì cuối (trước khi tách tế bào chất) · đơn · 12 · 6 · 0 · 4a ·
Mỗi tế bào con · đơn · 6 · — · 0 · 2a · E3 chia tế bào
Vuốt ngang để xem hết bảng
Cách đọc bảng: đi từ trên xuống, cứ gặp một ô "Sự kiện" thì các con số đổi theo quy tắc của sự kiện đó. Ở các hàng không có sự kiện, ba con số giữ nguyên hàng trên. Chú ý hàng "Kì sau" và "Kì cuối": số NST là 12 vì cả hai nhóm NST còn nằm trong một tế bào, và mỗi cực có 6 NST đơn, đúng bằng 2n. Chỉ sau E3 số NST mới về 6.
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 3. Nguyên phân của một tế bào 2n = 6 (hư cấu): các tế bào mini thẳng hàng với ba đồ thị (số NST, số cromatit, lượng DNA); ba sự kiện E1, E2, E3 được đánh dấu. Đồ thị vẽ từ bảng sổ cái.
2.2 Đọc ba đồ thị trong Hình 3
Đồ thị số NST (xanh). Đứng ở 6 suốt từ G1 đến kì giữa, nhảy lên 12 ở kì sau (E2), giữ 12 ở kì cuối, rồi về 6 ở tế bào con (E3). Đường này chỉ có hai bậc.
Đồ thị cromatit (cam). Bằng 0 ở G1, nhảy lên 12 khi nhân đôi xong (E1), giữ 12 qua kì đầu và kì giữa, rồi về 0 ngay ở kì sau (E2). Nó không bị E3 làm đổi vì lúc ấy các NST đã là NST đơn.
Đồ thị DNA (đen). Đi lên theo dốc trong pha S (E1), đứng ở 4a qua toàn bộ kì sau và kì cuối (E2 không đổi DNA), rồi xuống 2a ở tế bào con (E3).
Phòng thí nghiệm dưới đây cho em tự đi qua từng bước. Em kéo thanh trượt (hoặc bấm "Bước sau") và quan sát ba con số cùng điểm đỏ chạy trên hai đồ thị. Đổi 2n để thấy bảng thay đổi nhưng các sự kiện thì không.
PHÒNG 1 Sổ cái của một tế bào
Chọn quy trình và bộ NST 2n (hư cấu), rồi kéo qua các bước. Hình trái là tế bào đang theo dõi cùng ba con số; hai đồ thị bên phải là số liệu của chính tế bào đó, điểm đỏ là bước hiện tại, đường mờ là phần chưa đi tới. Dải màu đánh dấu bước xảy ra sự kiện E1 (đỏ), E2 (tím), E3 (xanh lá), E4 (xám). Trong pha S, DNA tăng dần từ 2a lên 4a.
Quy trình
Bộ NST 2n
Bước
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Bước hiện tại
Số NST (tâm động)
Cromatit
DNA nhân
Sự kiện ở bước này
2.3 Ba điều nên rút ra từ phòng thí nghiệm
(1) Hai đường cong chỉ lệch nhịp hai lần. Ở pha S, DNA tăng còn số NST đứng yên (E1). Ở kì sau, số NST tăng còn DNA đứng yên (E2). Mọi chỗ khác, hai đường đi cùng nhịp (cùng đứng yên hoặc cùng giảm ở E3).
(2) Kì cuối chưa phải tế bào con. Cho đến lúc tế bào chất tách đôi, tế bào vẫn mang 12 NST và 4a. Số liệu giảm một nửa là kết quả của E3, tức là ở hàng "Mỗi tế bào con".
(3) Nguyên phân giữ nguyên 2n. Một E1 làm gấp đôi, một E3 làm giảm một nửa, nên tế bào con trở về 2n NST đơn và 2a, giống hệt tế bào mẹ ở G1.
Chốt ý mục 2: nguyên phân = 1 lần E1 + 1 lần E3 → 2a → 4a → 2a, số NST 2n → 2n (tạm thời 4n ở kì sau) số NST chỉ lên ở kì sau; DNA chỉ lên ở pha S; hai điều này không bao giờ cùng một lúc
một tế bào 2n = 6 (hư cấu) đang ở kì cuối nguyên phân, chưa tách tế bào chất. Cả tế bào có bao nhiêu NST và lượng DNA bao nhiêu? Mỗi nhân con có bao nhiêu NST?
Hỏi: E3 đã xảy ra chưa?
Giải thích. E3 chưa xảy ra nên số liệu vẫn của tế bào mẹ: 12 NST đơn và 4a trong cả tế bào, mỗi nhân con có 6 NST đơn (bằng 2n). Chỉ khi tế bào chất chia đôi, mỗi tế bào con mới có 6 NST và 2a. Kiểm bằng Phòng thí nghiệm 1: kéo đến "Kì cuối", rồi bước thêm một bước.
MỤC 3 · GIẢM PHÂN
Một lần nhân đôi, hai lần chia
Giảm phân có hai lần phân chia liên tiếp (giảm phân I và giảm phân II) nhưng DNA chỉ nhân đôi một lần, ở pha S trước giảm phân I. Giữa hai lần phân chia không có pha S. Mọi điều đặc biệt của giảm phân về số liệu đều suy ra từ sự lệch này: hai E3 nhưng chỉ một E1.