Sự biệt hóa tế bào

1. Các tế bào biệt hóa mang thông tin giống nhau

Ở  các  sinh vật bậc  cao  cũng như ở người,  cơ  thể  trưởng  thành  gồm nhiều  loại  tế bào khác nhau. Các  tế bào này đều bắt nguồn  từ một hợp  tử ban đầu, nhưng đã qua quá  trình biệt hóa  trở  thành các  tế bào có các chức năng khác nhau. Tuy nhiên, thực nghiệm xác định rằng số lượng nhiễm sắc thể,  số  lượng DNA và cả  tỷ  lệ  (A+T)/(G+C) của các  tế bào  thuộc các mô khác nhau của cùng một cơ thể đều giống nhau. Sử dụng kỹ thuật lai DNA cho thấy DNA từ những tế bào của các mô khác nhau của cùng một cơ thể không  bị  biến  đổi  trong  quá  trình  biệt  hóa,  chúng  có  thể  tự  hồi  tính (renaturation) với nhau.

Thí nghiệm ghép nhân  tế bào ruột ếch vào  tế bào  trứng bị hỏng nhân (do chiếu  tia  tử ngoại) cho  thấy 1%  tế bào ghép nhân phát  triển  thành ếch trưởng thành. Điều này chứng tỏ tế bào ruột tuy đã biệt hóa vẫn giữ nguyên vẹn thông tin di truyền để tạo ra ếch trưởng thành.

Tóm lại, số lượng DNA của các tế bào biệt hóa về căn bản giống với các hợp tử ban đầu và chứa nguyên vẹn thông tin di truyền đủ để phát triển thành cá thể nguyên vẹn.

2. Các tế bào biệt hóa tổng hợp các nhóm protein khác nhau

Để hiểu được sự khác nhau giữa các tế bào biệt hóa, cần xét nhiều vấn đề sau:

- Thứ nhất, nhiều quá trình là chung cho tất cả các tế bào nên có nhiều protein  giống nhau. Những protein này  gồm  số  lượng nhiều, dễ phân  tích như phần lớn các protein cấu trúc của thành tế bào và nhiễm sắc thể; một số protein  căn  bản  của  các  bào  quan  (lưới  nội  sinh  chất,  bộ máy Golgi,  các ribosome…). Nhiều protein có số lượng không nhiều như các enzyme khác nhau, tham gia vào các phản ứng trung tâm của quá trình trao đổi chất, đều hiện diện như nhau ở tất cả các kiểu tế bào.

-  Thứ  hai, một  số  protein  có  số  lượng  phong  phú  ở một  số  tế  bào chuyên  hóa  mà  việc  phát  hiện  chúng  cần  có  thử  nghiệm  riêng.  Ví  dụ, hemoglobin chỉ có thể phát hiện ở tế bào máu.

- Thứ ba, nếu như hơn 2.000 loại protein có số lượng dồi dào được so sánh giữa các kiểu  tế bào biệt hóa của cùng một vi sinh vật với nhau bằng điện di hai chiều polyacrylamide, thì một số khác biệt đáng kể sẽ được tìm thấy. Dù sự so sánh giữa hai dòng tế bào nuôi cấy (như các dòng tế bào cơ và  thần kinh) hay giữa các  tế bào của cùng một mô của chuột (như gan và phổi), đại đa số các protein được phát hiện đều được tổng hợp ở cả hai loại tế  bào  và  với  tốc  độ  tổng  hợp  có  thể  khác  nhau  đến  105;  chỉ  có  vài  trăm protein hiện diện với số lượng khác nhau đáng kể ở hai kiểu tế bào.

Các  nghiên  cứu  cho  thấy  các  tế  bào  eukaryote  bậc  cao  tổng  hợp  từ 10.000-20.000 protein khác nhau. Phần lớn chúng có số lượng rất ít và khó phát hiện. Nếu các protein hiếm (minor protein) này khác nhau giữa các  tế bào với mức độ tương tự các protein dồi dào, thì chỉ một số lượng nhỏ của chúng cũng đủ tạo nên nhiều khác biệt chuyên hóa lớn về hình thái và sinh lý của tế bào. 

Tế bào có thể thay đổi sự biểu hiện gen của chúng đáp lại tín hiệu bên ngoài.  Phần lớn các tế bào chuyên hóa của sinh vật đa bào có khả năng thay đổi phương thức biểu hiện của gen để đáp lại tác động bên ngoài. Ví dụ: nếu tế  bào  bị  tác  động  bởi  glucocorticoid  hormone,  thì  sự  tổng  hợp  một  số protein chuyên biệt được  tăng vọt (Hình 8.10). Glucocorticoid được phóng thích  ra  khi  bị  đói  bụng  hay  hoạt  động mạnh  và  báo  hiệu  cho  gan  tăng cường  tạo  glucose  từ  amino  acid  hay  các  phân  tử  nhỏ  khác  nhau.  Các protein, được tạo ra do các enzyme cảm ứng như tyrosine aminotransferase hỗ  trợ  biến  tyrosine  thành  glucose. Khi  hormone  không  còn  nữa,  sự  tổng hợp các protein này giảm xuống mức bình thường.

Đọc thêm»