Sinh học tế bào các kiến thức cơ bản về các cấu trúc

Phân loại học Taxonomy là ngành khoa học phân loại, sắp xếp đa dạng các cơ thể sinh vật vào trong một hệ thống để có thể phân biệt các đặc điểm giống nhau vàkhác nhau giữa chúng, cần thi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

Trường Đại học Y Dược

SINH HỌC TẾ BÀO

Nguyễn Lâm Vũ, 21100159

Nhà Y1, số 144 Xuân Thuỷ, phường Dịch Vọng Hậu,

Quận Cầu Giấy, thủ đô Hà Nội

1

Chương II

Phân loại sinh vật Các giới sinh vật.

I Nguyên tắc phân loại sinh vật và đặt tên sinh vật.

Phân loại học (Taxonomy) là ngành khoa học phân loại, sắp xếp đa dạng các cơ thể sinh vật vào trong một hệ thống để có thể phân biệt các đặc điểm giống nhau vàkhác nhau giữa chúng, cần thiết cho công việc nghiên cứu và sử dụng chúng trong thực tiễn sản xuất và đời sống

Đặt tên gọi cho các cơ thể sống theo loài một cách khoa học và thống nhất là vấn đề rất cần thiết và quan trọng của Phân loại học Thông thường trong thông tin phổ thông các tên gọi cơ thể sống như chó, mèo, chuột nhắt, khỉ, ruồi nhà, đậu vườn, bắp nếp, lúa tám là những tên gọi thông thường, chưa phải tên gọi khoa học

Nguyên tắc đặt tên theo hệ kép: Mỗi loài được đặt cho một tên gọi kép gồm: tênthứ nhất là tên chi (genus) của loài đó; tên thứ hai tiếp theo là tên của loài thuộc về chi đó

Bảng 1 Vị trí của loài người trong hệ thống phân loại

Động vật

có vú(Mammalia)

Động vật

có dâysống(Chordata)

Động vật(Animalia)

1 Nguyên tắc phân loại

Loài – đơn vị phân loại thấp nhất Song song với sự xác định và đặt tên cho các loài thì điều quan trọng phải phân bổ sắp xếp các loài vào một hệ thống phân cấp bậc mà các loài đó thuộc về và thể hiện mức độ thân thuộc

Các nhà phân loại học còn dùng tên phụ để gọi tên các cá thể sai khác nhau trong một bậc phân loại, ví dụ loài phụ (nòi địa lý) để chỉ các cá thể cùng thuộc một loài nhưng sống trong một vùng địa lý khác nhau

Sự sắp xếp các cá thể thân thuộc vào hệ thống phân loại theo cấp bậc lệ thuộc không chỉ để phân loại theo hình thức mà còn giúp các nhà khoa học xây dựng

“cây phát sinh” phản ánh sự phát sinh chủng loại của cá thể sinh vật (Phylogeny)

2

2 Tiêu chí phân loại.

Để có thể sắp xếp một sinh vật nào đó vào các bậc phân loại: loài, chi, họ, bộ, lớp, ngành, giới, các nhà phân loại học phải căn cứ vào nhiều tiêu chí khác nhau phản ánh đúng và khách quan vị trí của chúng trong cây phân loại và vị trí của cành nào, nhánh nào trong cây phân loại đó

Các nhà phân loại học thường căn cứ vào các tiêu chí về hình thái giải phẫu của

cơ thể và các cơ quan, về: chức năng và tập tính, phát triển phôi thai, di tích cổ sinhhọc và sinh học phân tử

3 Phân loại nhánh (cladistic taxonomy)

Mục đích của phân tích phân loại nhánh là xác định các đặc điểm thể hiện nguồn gốc chung của hai hay nhiều nhóm cơ thể Đối với mỗi đặc điểm, người ta đưa ra các giả thuyết về nguồn gốc chung và thời gian, trong đó các đặc điểm phát sinh xuất hiện trong tiến trình tiến hoá lịch sử Những đặc điểm này là đặc điểm chung cho tất cả các thành viên của nhánh mà không xuất hiện ở nhánh trước đây.Ngày nay, kết hợp với các tiêu chí hình thái giải phẫu các nhà phân loại thường

sử dụng các tiêu chí về sinh học phân tử, đặc biệt là các tiêu chí về hệ gene Phân

loại học phân nhánh là phương pháp hiệu quả và khách quan để phát hiện lịch sử

tiến hoá và mối quan hệ họ hàng của các cơ thể

II Các giới sinh vật.

1 Khái niệm về giới sinh vật

Giới (Kingdom) là đơn vị phân loại lớn nhất, trong đó sắp xếp những sinh vật

có chung những đặc điểm nhất định

2 Hệ thống 5 giới sinh vật

2.1 Khởi sinh (Monera)

Tế bào nhân sơ

Đơn bào

Dị dưỡng

Tự dưỡng

Đại diện: vi khuẩn

2.2 Nguyên sinh (Protista)

3

3 Giới Khởi sinh (Monera)

Thuộc giới Khởi sinh có vi khuẩn là những sinh vật bé nhỏ có kích thước hiển

vi (1 – 5 μm) thuộc dạng tế bào nhân sơ, là những sinh vật cổ sơ nhất xuất hiện khoảng 3,5 tỷ năm trước đây Chúng sống khắp nơi với phương thức dinh dưỡng

đa dạng: hoá tự dưỡng, hoá dị dưỡng, quang tự dưỡng, quang dị dưỡng Nhiều vi khuẩn sống ký sinh trong các cơ thể khác

4 Giới Nguyên sinh (Protista)

4

Giới Nguyên sinh gồm các sinh vật nhân thực, rất đa dạng về cấu tạo cũng như phương thức dinh dưỡng.

- Động vật nguyên sinh: đơn bào, không có thành cellulose, dị dưỡng, không

có lục lạp, vận động bằng lông/roi (trùng amip, trùng lông, trùng roi, trùng bào tử)

- Thực vật nguyên sinh (tảo): đơn bào/đa bào, thành cellulose, có lục lạp,

quang tự dưỡng

- Nấm nhầy: Cơ thể có hai pha, pha đơn bào giống amip và pha cộng bào là

khối nguyên sinh chất nhầy chứa nhiều nhân

Trong quá trình tiến hoá từ nhóm Nguyên sinh động vật sẽ phát sinh ra giới Động vật, từ nhóm Tảo sẽ phát sinh ra giới Thực vật và từ nhóm Nấm nhầy phát sinh ra giới Nấm

- Nấm men: Đơn bào, sinh sản bằng nảy chồi hoặc phân cắt Đôi khi các tế bào dính nhau tạo thành sợi nấm giả

- Nấm sợi: đa bào hình sợi, sinh sản vô tính hoặc hữu tính (nấm mốc, nấm ăn)

Các nhóm vi sinh vật Do tính chất lịch sử để tiện việc nghiên cứu người ta

thường xếp các sinh vật nhỏ bé có kích thước hiển vi vào một nhóm là nhóm Vi sinh vật Kích thước hiển vi, cơ thể đơn bào, sinh trưởng nhanh, phân bố rộng, thích ứng cao với môi trường

6 Giới Thực vật (Plantae)

a) Đặc điểm cấu tạo

Giới Thực vật gồm những sinh vật nhân thực đa bào Cơ thể của chúng gồm nhiều tế bào được phân hoá thành nhiều mô và cơ quan khác nhau Tế bào thực vật

có thành cellulose và chứa nhiều lục lạp

b) Đặc điểm về dinh dưỡng

5

Tế bào thực vật đặc biệt là tế bào lá có nhiều lục lạp chứa các sắc tố clorophyl nên có khả năng tự dưỡng nhờ quá trình quang hợp Thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để tổng hợp nên chất hữu cơ từ các chất vô cơ, cung cấp nguồn dinh dưỡng cho toàn bộ sinh quyển.

Thực vật có đời sống cố định và nhờ có thành cellulose nên thân cành vững chắc, vươn cao toả rộng tán lá để hấp thu được nhiều ánh sáng mặt trời cho quang hợp

c) Đặc điểm thích nghi với đời sống ở cạn

Lớp cutin bên ngoài lá có tác dụng chống mất nước, nhưng biểu bì lá chứa khí khổng để trao đổi khí và thoát hơi nước

Thụ phấn nhờ gió, nước và côn trùng Thụ tinh kép tạo hợp tử và tạo nội nhũ đểnuôi phôi phát triển

Phát triển hệ mạch dẫn để dẫn truyền nước, chất vô cơ và chất hữu cơ.d) Các ngành thực vật

Rêu (Bryphyta) chưa có hệ mạch Tinh trùng có roi, thụ tinh nhờ nước.Quyết (pleridophyta) có hệ mạch Tinh trùng có roi, thụ tinh nhờ nước.Hạt trần (Gymnospermatophyta) có hệ mạch Tinh trùng không roi Thụ phấn nhờ gió Hạt không được bảo vệ

Hạt kín (Angiospermophyta) có hệ mạch Tinh trùng không roi Thụ phấn nhờ gió, nước, côn trùng Thụ tinh kép Hạt được bảo vệ trong quả

Thực vật có nguồn gốc từ một loài tảo lục đa bào nguyên thuỷ Thực vật rất đa dạng, phân bố khắp nơi trên Trái Đất, tuỳ theo mức độ tiến hoá trong cấu trúc cơ thể cũng như các đặc điểm thích nghi với đời sống ở cạn mà được chia thành các ngành chủ yếu là Rêu, Quyết, Hạt trần, Hạt kín

e) Vai trò của thực vật

Quyết định sự sống của toàn bộ sinh quyển Nguồn cung cấp năng lượng và chất hữu cơ chính cho toàn bộ thế giới sống

Nhờ có quá trình quang hợp, thực vật đóng vai trò giữ cân bằng khí O và CO 2 2

trong sinh quyển, do đó duy trì sự sống cho các sinh vật

6

7 Giới Động vật (Animalia)

a) Đặc điểm cấu tạo

Giới Động vật gồm những sinh vật nhân thực đa bào, có cơ thể gồm nhiều tế bào phân hoá thành các mô, các cơ quan và hệ cơ quan khác nhau Đặc biệt là độngvật có hệ cơ quan vận động và thần kinh

b) Đặc điểm về dinh dưỡng và lối sống

Động vật sống dị dưỡng nhờ chất hữu cơ sẵn có của các cơ thể khác Động vật

có hệ cơ, sống vận động di chuyển tích cực để tìm kiếm thức ăn Động vật có hệ thần kinh phát triển nên chúng có khả năng phản ứng nhanh, điều chỉnh hoạt động của cơ thể, thích ứng cao với mọi biến đổi của môi trường sống

c) Các ngành của giới Động vật

Động vật không xương sống: Thân lỗ, Ruột khoang, Giun dẹp, Thân mềm, Giunđốt, Chân khớp và Da gai Chúng không có bộ xương trong Bộ xương ngoài bằng kitin Hô hấp thẩm thấu qua da/ống khí Thần kinh dạng hạch hoặc dạng chuỗi hạch ở mặt bụng

Động vật có xương sống: Nửa dây sống, Cá miệng tròn, Cá sụn, Cá xương, Lưỡng cư, Bò sát, Chim, Thú Bộ xương trong bằng sụn hoặc bằng xương với dây sống/cột sống làm trụ Hô hấp bằng mang hoặc bằng phổi Hệ thần kinh dạng ống

ở mặt lưng

d) Vai trò của giới Động vật

Chúng tham gia vào tất cả các khâu của các mạng lưới dinh dưỡng và đóng góp vào việc duy trì sự cân bằng sinh thái

PHẦN 2 TỔ CHỨC PHÂN TỬ

CỦA TẾ BÀO

Chương 1 Thành phần hoá học của tế bào.

I Các nguyên tố cấu tạo nên tế bào.

1 Thành phần nguyên tố

7

Các nguyên tố cấu tạo nên tế bào của các cơ thể sống là các nguyên tố có trong

tự nhiên Trong số 92 nguyên tố có trong tự nhiên người ta đã tìm thấy có 25 – 30 nguyên tố có trong cơ thể sống là phổ biến và cần thiết nhất

2 Vai trò của các nguyên tố

Đại lượng Trên 0,01% - Cấu tạo nên các chất hữu cơ

- Tham gia hoạt động sống

Vi lượng Dưới

0,01% Tham gia hoạt động sống.

II Các chất vô cơ.

Các nguyên tố trong tế bào liên kết với nhau tạo nên chất vô cơ và chất hữu cơ

Các chất vô cơ trong tế bào có thể ở dạng muối vô cơ và nước

1 Muối vô cơ

Dạng muối ít hoà tan trong nước, thường có trong các mô cứng như xương, vỏ

ốc Đó là muối calci, muối silic, muối magie,

Dạng ion như cation Na , K , Ca , Mg và các anion.+ + 2+ 2+

Chúng rất cần thiết cho các hoạt động sống của tế bào và cơ thể, tham gia các phản ứng, duy trì cân bằng nội môi

2 Nước và vai trò sinh học của nước

Nước là thành phần vô cơ quan trọng bậc nhất đối với tế bào và cơ thể, hàm lượng chiếm đến 70 – 95% khối lượng cơ thể và vai trò của chúng đặc biệt quan trọng đối với hoạt động sống của tế bào và cơ thể

a) Cấu tạo và đặc tính của nước

Cấu tạo hoá học của nước bao gồm hai nguyên tử hydrogen liên kết với một nguyên tử oxygen

- Tính phân cực của nước: Phân tử H O là phân cực thể hiện ở vùng oxy 2

mang điện tích âm còn ở vùng hydro mang điện tích dương

8

- Tính điều hoà nhiệt: nước điều hoà nhiệt độ không khí bằng cách hấp thụ

nhiệt từ không khí khi nóng quá và thải nhiệt dự trữ khi quá lạnh Nước được xem là ngân hàng dự trữ nhiệt bởi vì nước hấp thụ nhiệt và thải nhiệt khi có sự thay đổi nhiệt độ, dù là rất ít

- Tính cách ly của nước nhờ trạng thái đá đông nổi: nước ở nhiệt độ thấp

khoảng 0 độ C đông thành đá nhưng không chìm xuống đáy mà trôi nổi trên

bề mặt tạo nên tầng nước cách ly ở phía dưới sâu, do đó về mùa đông khi ao

hồ, sông ngòi, biển bị đóng băng các sinh vật vẫn có thể sống ở trong nước ởcác tầng sâu dưới lớp băng

b) Vai trò của nước trong tế bào và cơ thể

Nước là môi trường sống của các sinh vật thuỷ sinh

Nước là dung môi và là môi trường khuếch tán

Nước tham gia vào các phản ứng trao đổi chất

Độ pH của dung dịch gây ảnh hưởng đến hoạt động sống của tế bào

Nước điều hoà nhiệt

III Các chất hữu cơ trong tế bào.

Chất hữu cơ là những hợp chất chứa carbon (trừ CO và carbonate là các hợp2

chất vô cơ chứa carbon) Đó là những phân tử được tạo thành do sự liên kết của các nguyên tử C, H, O và N theo nhiều cách khác nhau

1 Carbohydrate

Carbohydrate (saccharide/glucide) là hợp chất hữu cơ được cấu tạo từ ba nguyên tố C, H và O theo công thức chung (CH2O)n, trong đó tỷ lệ giữa H và O là

2 : 1

Carbohydrate gồm đường đơn, đường đôi và đường đa

1.1 Đường đơn (monosaccharide)

a) Tính chất của đường đơn

- Đường đơn là những chất kết tinh có vị ngọt và tan trong nước

- Đường đơn có tính khử Người ta thường dùng dung dịch Felin thể thử tính khử của đường đơn vì sẽ tạo thành kết tủa Cu O màu đỏ gạch.2

C H O6 12 6 + 2CuO => Cu O + ½ O2 ˅ 2

b) Các dạng đường đơn

9

Glucose (đường nho) có ở thực vật và động vật, fructose (đường quả) có nhiều

ở thực vật, galactose (đường sữa) có nhiều ở trong sữa ở động vật Chúng là đồng phân hoá học có cùng công thức phân tử C6H O 12 6

Trong cơ thể các đường đơn thường được sử dụng làm nhiên liệu cung cấp nănglượng cho tế bào hoặc nguyên liệu để xây dựng nên các đường đôi/đường đa.1.2 Đường đôi (disaccharide)

a) Tính chất của đường đôi

Đường đôi được cấu tạo bởi hai phân tử đường đôi cùng loại hoặc khác loại Đường đôi cũng có vị ngọt và tan trong nước

1.3 Đường đa (polysaccharide)

Đường đa là các chất đa phân, được cấu tạo gồm rất nhiều đơn phân liên kết vớinhau Các đường đa thường gặp là tinh bột, glycogen và cellulose Đường đa không tan trong nước nên có thể tồn tại ở dạng dự trữ carbon và năng lượng

2 Lipid

a) Chất béo

Lipid là hợp chất hữu cơ được cấu tạo gồm C, H, O nhưng khác với

carbohydrate ở chỗ lipid số lượng nguyên tử C và H rất nhiều hơn so với O mà không phải 2 : 1 như ở carbohydrate

Lipid là chất kỵ nước, không tan trong nước mà tan trong các dung môi hữu cơ Lipid là dạng dự trữ nhiên liệu cho nhiều năng lượng hơn so với carbohydrate.Lipid là hợp chất phức tạp khi bị thuỷ phân cho ra hai thành phần là acid béo vàglycerol Trong phần lớn lipid chứa 3 phân tử acid béo và một phân tử glycerol nênthường gọi là triglyceride

10

b) Các chất steroid (lipoid).

Các chất steroid là các hợp chất hữu cơ giống lipid, đều không tan trong dung môi phân cực mà trong phân môi không cực như dung môi hữu cơ Trong cơ thể thuộc steroid có cholesterol là chất tham gia vào thành phần cấu tạo của màng tế bào Khi hàm lượng cholesterol quá nhiều chúng sẽ tích đọng trong mạch máu gây bệnh xơ cứng mạch, có thể dẫn đến đột quỵ tim

Các hormone sinh dục như testosterol (nam) và estrogen (nữ), cũng như một số vitamin như A, D, E và K đều là steroid

Chương 2 Cấu trúc và chức năng của các đại phân tử

Khi chúng ta tiêu thụ nhiều loại thức ăn đạm thực vật hay động vật, protein được tiêu hoá và phân giải thành các loại acid amin trong dạ dày và ruột non và chúng được hấp thụ vào cơ thể để sử dụng như là nguyên liệu khởi đầu xây dựng nên các loại protein đặc thù cho cơ thể sống của chúng ta

Về mặt dinh dưỡng học, người ta phân biệt acid amin thay thế và acid amin không thay thế

11

- Acid amin thay thế là các acid amin mà cơ thể động vật và con người có thể

tự mình tổng hợp được

- Acid amin không thay thế là các acid amin mà cơ thể động vật và con người không thể tự tổng hợp được mà phải thu nhận từ nguồn thức ăn (leucine, valine, isoleucine, metionine, tryptophan, lysine, phenylalanine)

Trong phân tử protein có các acid amin nối với nhau bởi liên kết peptide là liên kết (– NH – OOC –) tạo thành chuỗi thẳng polypeptide

Số lượng, thành phần và trật tự sắp xếp của các acid amin trong chuỗi polypeptide thể hiện cấu trúc bậc 1 của protein Cấu trúc bậc một của protein có

vai trò rất quan trọng: xác định tính đặc thù và đa dạng của protein đồng thời quy định cấu trúc bậc 2 và bậc 3 của protein

b) Cấu trúc bậc 2 và bậc 3 của protein, thể hiện cấu trúc không gian ba chiều của protein

Chuỗi polypeptide thường không ở dạng thẳng mà xoắn lại tạo nên cấu trúc xoắn α và gấp khúc tạo nên gấp β Đó là cấu trúc bậc hai của protein Các xoắn alpha và gấp khúc beta được cố định bởi các liên kết hydro giữa các nhóm N – H

và nhóm C = O của các acid amin trong chuỗi polypeptide Các protein sợi như keratine tạo nên lông, tóc, gồm nhiều xoắn α Các gấp β có trong các protein cầu,nhưng cũng có mặt trong các protein sợi

Các xoắn α và gấp β có thể cuộc lại với nhau tạo thành bùi cấu hình không gian

ba chiều đặc trưng cho từng loại protein, đó là cấu trúc bậc ba của protein.Cấu trúc không gian của protein được duy trì là nhờ các mối liên kết giữa các nhóm R của các acid amin trong chuỗi polypeptide Đó có thể là liên kết đồng hoá trị bền như cầu disulfide (- S – S -) giữa các acid amin có nhóm – SH, hoặc nhờ các liên kết yếu như liên kết hydro, liên kết kỵ nước, liên kết ion hoặc lực Val de Waals/

Sự hình thành cấu trúc không gian từ chuỗi polypeptide là nhờ có sự tham gia của một loại protein là chaperon Trong trường hợp cơ thể bị sốc nhiệt, protein có

thể bị biến tính và có thể gây nguy hiểm, khi đó cơ thể sản sinh ra loại protein sốc

nhiệt (một loại chaperon) để ngăn cản sự biến tính và duy trì hoạt động của protein.

Khi protein có từ hai chuỗi polypeptide trở lên, chúng có cấu trúc bậc bốn

2 Chức năng của protein

12