Giáo trình Sinh học đại cương 1 cung cấp cho người học những kiến thức như: Cấu trúc của tế bào; Sự trao đổi chất qua màng tế bào; Tổ chức cơ thể thực vật bậc cao;... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 giáo trình!
Trang 1(Ban hành kèm theo Quyết định số: …/QĐ-CĐCĐ ngày…tháng…năm 2017 của Hiệu
trưởng trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp)
Đồng Tháp, năm 2017
Trang 2TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm
Trang 3LỜI GIỚI THIỆU
Bài giảng Sinh học đại cương được biên soạn nhằm mục đích giúp sinh viên có tài liệu để tham khảo và học tập Vì vậy, trong khi biên soạn, chúng tôi
cố gắng bám sát yêu cầu của chương trình đào tạo ngành Khoa học cây trồng, nhằm giúp cho các sinh viên có được những kiến thức cơ bản nhất
Bài giảng gồm có 5 chương
Chương 1 Cấu trúc của tế bào
Chương 2 Sự trao đổi chất qua màng tế bào
Chương 3 Tổ chức cơ thể thực vật bậc cao
Chương 4 Giới thiệu chung về phân loại thực vật
Chương 5: Các ngành tảo
Chương 6: Thực vật bậc cao hay thực vật có chồi
Cuối mỗi chương hay cuối mỗi bài thực hành đều có câu hỏi, bài tập để người học củng cố hoàn thiện kiến thức
Chúng tôi hi vọng tài liệu này có thể giúp ích một phần nào cho các bạn sinh viên trong quá trình học tập
Đồng Tháp, ngày… tháng năm 2017
Chủ biên
Trương Thị Mỹ Phẩm
Trang 4MỤC LỤC
Trang
LỜI GIỚI THIỆU ii
Chương 1 Cấu trúc của tế bào 1
1 Mục tiêu 1
2 Nội dung chương 1
2.1 Cấu trúc của tế bào chân hạch 1
2.1.1 Màng tế bào 1
2.1.2 Các bào quan 5
2.1.3 Nhân 10
2.1.4 Vách tế bào 11
2.2 Cấu trúc của tế bào sơ hạch 12
2.3 Các đại phân tử quan trọng trong tế bào 12
2.3.1 Carbohydrate, lipid, protein 12
2.3.2 Enzyme 18
2.4 Thực hành: cách sử dụng kính hiển vi, kính nhìn nổi và thực hiện tiêu bản tạm thời quan sát cấu tạo tế bào thực vật 20
2.4.1 Phương tiện thí nghiệm 20
2.4.2 Nội dung thực hành 20
2.4.2.1 Cấu tạo và cách sử dụng kính hiển vi 20
2.4.2.2 Thực hiện tiêu bản tạm thời quan sát tế bào biểu bì vảy hành tím 21
2.4.2.3 Thực hiện tiêu bản quan sát tế bào biểu bì lá lẻ bạn, nhận biết khí khổng 22
2.4.2.4 Thực hiện tiêu bản quan sát bột lạp ở khoai tây 22
2.4.2.5 Thực hiện tiêu bản quan sát sắc lạp ở ớt 22
2.4.2.6 Cấu tạo kính nhìn nổi……… …23
2.4.2.7 Cách sử dụng kính nhìn nổi 23
2.4.2.8 Thực hiện tiêu bản tạm thời quan sát một tiểu nhụy của hoa 24
Chương 2 Sự trao đổi chất qua màng tế bào 25
1 Mục tiêu 25
2 Nội dung chương 25
Trang 52.1 Khái niệm về sự khuếch tán và thẫm thấu 25
2.1.1 Sự khuếch tán 25
2.1.2 Sự thẩm thấu 25
2.2 Sự thẫm thấu và màng tế bào 26
2.2.1 Áp suất thẩm thấu 26
2.2.2 Dung dịch đẳng trương, nhược trương và ưu trương 27
2.3 Sự vận chuyển các phân tử nhỏ qua màng tế bào 28
2.3.1 Sự vận chuyển thụ động 28
2.3.1.1 Khuếch tán đơn giản 28
2.3.1.2 Khuếch tán có trợ lực 29
2.3.2 Sự vận chuyển tích cực 30
2.4 Ngoại xuất bào 32
2.5 Nội nhập bào 33
2.5.1 Ẩm bào 33
2.5.2 Thực bào 33
2.5.3 Nội nhập bào qua trung gian của thụ thể 34
2.6 Thực hành: Sự trao đổi chất qua màng tế bào 34
2.6.1 Phương tiện thí nghiệm 34
2.6.2 Nội dung thực hành: 34
2.6.2.1 Thí nghiệm chứng minh quá trình thẩm thấu trong cốc khoai tây 34
2.6.2.2 Hiện tượng co và phản co nguyên sinh 35
2.6.2.3 Co nguyên sinh tạm thời: 35
2.6.2.4 Cơ chế đống mở khí khổng: 35
Chương 3 Tổ chức cơ thể thực vật bậc cao 57
1 Mục tiêu 37
2 Nội dung chương 37
2.1 Mô thực vật 37
2.1.1 Mô phân sinh 37
2.1.1.1 Mô phân sinh ngọn 37
2.1.1.2 Mô phân sinh bên 38
2.1.2 Mô chuyên hóa 38
Trang 62.1.2.1 Mô che chở 38
2.1.2.2 Mô căn bản 39
2.1.2.3 Mô dẫn truyền 40
2.2 Cơ quan dinh dưỡng ở thực vật 41
2.2.1 Rễ 41
2.2.1.1 Hình thái của rễ 41
2.2.1.2 Cơ cấu của rễ 41
2.2.2 Thân 42
2.2.2.1 Hình thái của thân 42
2.2.2.2 Cơ cấu của thân 43
2.2.3 Lá 46
2.2.3.1 Cách sắp xếp của lá trên thân 46
2.2.3.2 Hình thái của lá 46
2.2.3.3 Cơ cấu của phiến lá 46
2.3 Cơ quan sinh sản của thực vật có hoa 47
2.3.1 Tổ chức của cơ quan sinh sản 47
2.3.2 Các hình thức sinh sản ở thực vật có hoa 48
2.4 Thực hành: Tổ chức cơ thể thực vật bậc cao 49
2.4.1 Phương tiện thí nghiệm 49
2.4.2 Nội dung thực hành 49
2.4.2.1 Quan sát hình thái ngoài của rễ, thân, lá 49
2.4.2.2 Quan sát cấu tạo trong của rễ, thân, lá 50
Chương 4: Giới thiệu chung về phân loại thực vật 55
1 Mục tiêu 55
2 Nội dung chương 55
2.1 Đối tượng, nhiệm vụ và vai trò của phân loại học thực vật 55
2.2 Lược sử phát triển môn phân loại học thực vật 55
2.2.1 Thời kỳ phân loại nhân tạo 55
2.2.2 Thời kỳ phân loại tự nhiên 56
2.2.3 Thời kỳ phân loại tiến hoá 56
2.3 Các phương pháp phân loại 56
2.3.1 Phương pháp hình thái so sánh 56
Trang 72.3.2 Phương pháp cổ thực vật học 57
2.3.3 Phương pháp địa lý thực vật học 57
2.3.4 Phương pháp hóa sinh học 57
2.3.5 Phương pháp cá thể phát triển 57
2.3.6 Phương pháp miễn dịch 57
2.3.7 Phương pháp chẩn đoán huyết thanh 57
2.3.8 Phương pháp giải phẫu 57
2.3.9 Phương pháp bào tử phấn hoa 58
2.3.10 Phương pháp tế bào học 58
2.3.11 Phương pháp nuôi cấy 58
2.3.12 Phương pháp lai ghép 58
2.3.13 Phương pháp sinh thái 58
2.3.14 Phương pháp hỗ trợ 58
2.4 Các quy tắc phân loại 58
2.4.1 Đơn vị phân loại và các bậc phân loại 58
2.4.2 Cách gọi tên các bậc phân loại – danh pháp phân loại 59
2.5 Sự phân chia sinh giới và các nhóm thực vật chính 60
Chương 5: Các ngành Tảo 62
1 Mục tiêu 62
2 Nội dung chương 62
2.1 Đại cương về Tảo 62
2.1.1 Tổ chức cơ thể 62
2.1.2 Cấu tạo tế bào 62
2.1.3 Sinh sản 63
2.1.4 Môi trường phân bố 63
2.1.5 Phân loại 64
2.2 Giới thiệu một số ngành tảo 64
2.2.1 Ngành Tảo silic (Bacillariophyta = Diatomae) 64
2.2.2 Ngành Tảo nâu (Phaeophyta) 67
2.2.3 Ngành Tảo đỏ (Rhodophyta) 68
2.2.4 Ngành Tảo lục (Chlorophyta) 71
2.2.5 Ngành Tảo vòng (Charophyta) 72
Trang 82.3 Vai trò của Tảo trong thiên nhiên và trong đời sống con người 74
2.4 Nhóm cộng sinh - địa y (Lichenes) 76
2.4.1 Đặc điểm của địa y 76
2.4.2 Tầm quan trọng của địa y trong tự nhiên và trong đời sống con người 78
Chương 6: Thực vật bậc cao hay thực vật có chồi 80
1 Mục tiêu 80
2 Nội dung chương 80
2.1 Đại cương về thực vật bậc cao 80
2.2 Giới thiệu một số ngành 83
2.2.1 Ngành Rêu (Bryophyta) 83
2.2.1.1 Lớp Rêu sừng (Anthoceropsida) 84
2.2.1.2 Lớp Rêu tản (Marchantiopsida) 84
2.2.1.3 Lớp Rêu (Bryopsida) 86
2.2.2 Nhóm Quyết (Dương xỉ) 86
2.2.2.1 Ngành Quyết trần (Rhyniophyta) 86
2.2.2.2 Ngành Lá thông (Psilotophyta) 87
2.2.2.3 Ngành Thông đá (Lycopodiophyta) 88
2.2.2.4 Ngành Cỏ tháp bút (Equisetophyta) 90
2.2.2.5 Ngành Dương xỉ (Polypodiophyta) 92
2.2.3 Ngành Hạt trần (Gymnospermatophyta) hay ngành Thông (Pinophyta) 96
2.2.3.1 Lớp Tuế (Cycadopsida) 97
2.2.3.2 Lớp Á tuế (Bennettiopsida) 98
2.2.3.3 Lớp thông (Pinopsida) 99
2.2.3.4 Lớp Dây gắm (Gnetopsida) 100
2.2.4 Ngành hạt kín (Angiospermatophyta) hay ngành ngọc lan (Magnoliophyta) 102
2.2.4.1 Lớp hai lá mầm (Dicotyledonae) hay lớp ngọc lan (Magnoliopsida) 108
2.2.4.2 Lớp một lá mầm (Monocotyledonae) hay lớp hành (Liliopsida) 145
2.3 Thực hành: Ngành tảo, rêu, dương xỉ, ngành hạt trần và ngành hạt kín 159
2.3.1 Phương tiện thí nghiệm 159
2.3.2 Nội dung thực hành 159
2.3.2.1 Ngành tảo 159
2.3.2.2 Ngành rêu 160
Trang 92.3.2.3 Ngành Dương xỉ 161
2.3.2.4 Ngành hạt trần 161
2.3.2.4 Ngành hạt kín 162
TÀI LIỆU THAM KHẢO 167
Trang 10Chương 1 CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO
1 Mục tiêu:
Cung cấp những kiến thức cơ bản về cấu trúc tế bào chân hạch, tế bào sơ hạch và các đại phân tử quan trọng trong tế bào
2 Nội dung chương:
2.1 Cấu trúc của tế bào chân hạch
- Lipid: gồm phospholipid, cholesterol và glycolipid
Phospholipid là thành phần cấu trúc chính của màng tế bào Phospholipid có một đầu ưa nước (chứa nhóm phosphate) và hai đuôi hydrocarbon kỵ nước (chứa các axit béo) Màng tế bào gồm hai lớp phospholipid có các đầu ưa nước quay ra ngoài, đuôi kỵ nước quay vào trong tạo lớp màng ngăn cách môi trường nước bên trong và ngoài tế bào
Cholesterol có tác dụng ngăn cách hai phân tử
phospholipid, tránh dính vào nhau gây tình trạng bất
động Hàm lượng cholesterol thay đổi rất lớn theo
loại tế bào
Glycolipid được hình thành do các phân tử lipid ở
mặt ngoài màng liên kết với các phân tử glucide
tạo nên tính bất đối xứng của màng, giữ vai
trò tương tác giữa tế bào với môi trường
Hình 1.1 Cholesterol
Trang 11- Protein: Chức năng của màng tế bào liên
quan đến hai loại protein, được phân biệt tùy
theo cách sắp xếp của chúng trong màng:
Protein ngoại vi: gắn vào đầu phân cực
của phân tử phospholipid, làm cho cấu trúc
màng có tính bất xứng
Protein hội nhập: được gắn vào giữa
lớp phospholipid một phần hay toàn bộ hoặc
có thể xuyên qua màng tạo nên các kênh
protein
- Carbohydrate: Thường gắn vào các protein ngoại vi tạo ra glycoprotein hay gắn
vào các phân tử phospholipid màng tạo ra glycolipid Carbohydrate không có trên
màng ở phía tế bào chất, các phân tử carbohydrate này tạo ra glycocalyx, lớp vỏ bao
ngoài tế bào Sự hiện diện của các carbohydrat trên màng sinh chất cũng tạo ra tính
bất xứng trong cấu trúc của màng
* Mô hình cấu trúc dòng khảm (The fluid-mosaic model)
Hình 1.3 Mô hình cấu trúc dòng khảm của màng tế bào
1972 S J Singer ở đại học California (San Diego) và G L Nicolson (Salk
Institude) đưa ra mô hình dòng khảm, một giả thuyết hiện nay được mọi nơi chấp
nhận Theo mô hình này hai lớp lipid trong đó phần lớn là phospholipid tạo ra phần
chính liên tục của màng, ở màng của sinh vật bậc cao có thêm cholesterol Protein
với nhiều kiểu sắp xếp khác nhau: một số được gọi là protein ngoại vi nằm trên bề
Hình 1.2 Protein trong màng
Trang 12mặt của màng, nối với các lipid bằng cầu nối cộng hóa trị; một số khác được gọi là protein hội nhập, gắn một phần hay toàn phần vào màng lipid, một số khác xuyên màng tạo nên các kênh protein trên màng tế bào
* Kênh trên màng tế bào
- Các kiểu kênh: Kênh khuếch tán, kênh ion phối hợp, kênh có cổng ,kênh tải cơ động
Kênh khuếch tán:
Là kiểu kênh đơn giản nhất trong sự vận chuyển
thụ động nhờ tính thấm đặc biệt cao của màng
tế bào: chúng cho một số chất đặc biệt đi qua từ
nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp
hơn
Hình 1.4 Kênh khuếch tán
Kênh ion phối hợp: Là kiểu kênh phức tạp hơn cho hai chất qua cùng chiều
Hình 1.5 Kênh ion phối hợp
Kênh có cổng:
Hình 1.6 Kênh có cổng
Trang 13Một kiểu kiểm soát sự di chuyển vật chất qua màng là nhờ một cổng ngang qua kênh Khi một phân tử tín hiệu, một hormon hay một chất truyền tải mang thông tin
từ một tế bào thần kinh này sang một tế bào thần kinh khác, gắn vào một thụ thể là một protein xuyên màng, lúc đó có sự thay đổi cấu trúc Sự thay đổi này làm cho cổng mở ra, và tín hiệu thứ hai, thường là một ion như ion Na+ hay Ca++, có thể đi qua mang thông tin vào trong tế bào Kiểu kênh đóng mở này vận chuyển nhiều thông tin hóa học cả ở thực vật và động vật, các xung thần kinh nhờ đó động vật cảm nhận thế giới bên ngoài
Kênh tải cơ động:
Hình 1.7 Kênh tải cơ động
Một kiểu permeaz khác hoạt động như một chất tải cơ động, tải từng phân tử một
* Bơm: Một kiểu kênh đặc biệt khác được gọi là bơm, sử dụng năng lượng dự trữ
của tế bào để đưa các chất đi ngược khuynh độ nồng độ của chúng Quá trình này được gọi là sự vận chuyển tích cực, điều này quan trọng giúp tống các chất tích tụ không hòa tan trong màng và những phân tử lớn thoát ra khỏi màng
Ví dụ: Bơm Na+ - K+ vận chuyển ba ion Na+ được đổi với hai ion K+, cả hai loại ion này đều có nồng độ cao nơi chúng sẽ được chuyển đến
Hình 1.8 Bơm Na + - K +
Trang 142.1.2 Các bào quan
2.1.2.1 Mạng nội chất
Mạng nội chất hiện diện ở tất cả tế bào chân hạch Mạng nội chất giống như một hệ thống ống và túi, tròn hay dẹp, thông thương với nhau và có màng bao quanh Khoảng giữa hai màng của túi, ống được gọi là khoang Ở hầu hết tế bào, mặt ngoài của mạng nội chất có các ribô thể gắn vào gọi là mạng nội chất sần, nơi không có các ribô thể được gọi là mạng nội chất láng (Hình 1.9a và 1.9b)
Hình 1.9a Mạng nội chất sần Hình 1.9b Mạng nội chất láng
Nhiệm vụ của mạng nội chất vừa là đường vận chuyển bên trong tế bào vừa là nơi chứa các protein có chức năng là thành phần cấu trúc và là enzim xúc tác các phản ứng hóa học
2.1.2.2 Hệ Golgi
Hệ Golgi gồm một hệ thống túi dẹp có màng
bao và xếp gần như song song nhau Mặt
phía gần nhân được gọi là mặt cis, phía đối
diện là mặt trans Chức năng biến đổi, sắp
xếp, vận chuyển các phần tử đến các bào
quan khác và màng sinh chất Hệ Golgi còn
có chức năng tiết là tồn trữ, biến đổi (cô đặc
lại) và bọc các sản phẩm tiết lại
Hệ Golgi đặc biệt to ở những tế bào tiết như
tế bào tụy tạng tiết ra insulin hay tế bào ruột
non tiết ra chất nhày
Hình 1.10 Hệ Golgi
Trang 152.1.2.3 Tiêu thể (lysosome)
Tiêu thể là một thể có màng bao bọc, là những túi dự trữ các enzim có khả năng thủy phân các đại phân tử trong tế bào Màng của tiêu thể là màng không thấm, bên trong chứa các enzim tiêu hóa Nếu màng của tiêu thể bị vỡ ra, các enzim được phóng thích vào trong tế bào chất và lập tức các đại phân tử trong tế bào sẽ bị thủy giải Tiêu thể hoạt động như một hệ thống tiêu hóa của tế bào, có khả năng tiêu hóa các vật liệu có kích thước lớn được mang vào tế bào do sự nội nhập bào
2.1.2.4 Peroxisom
Peroxisom có hình dạng tương tự tiêu thể, nhưng peroxisom không được tách ra từ
hệ Golgi, mà nó được sinh ra từ peroxisom có trước Tế bào phải được thừa hưởng
ít nhất một peroxisom từ tế bào chất của tế bào mẹ, nếu không sẽ không tránh khỏi cái chết
Tương tự như tiêu thể, peroxisom chứa enzim nhưng là enzim oxy hóa, chúng xúc tác các phản ứng trong đó nguyên tử hydro được chuyển từ hợp chất hữu cơ (như formaldehyd và rượu ethyl) đến oxy, để tạo ra hydro peroxyd (H2O2), đây là một chất cực độc đối với tế bào Tuy nhiên, peroxisom còn có một enzim khác nữa là catalaz, sẽ chuyển chất H2O2 độc này thành nước và oxy Tế bào gan và thận người
có rất nhiều peroxisom, do đó rượu ethyl do người uống được oxy hóa nhờ các peroxisom trong những tế bào này
2.1.2.5 Không bào
Không bào có một màng bao quanh, bên trong chứa một dịch lỏng, được tìm thấy cả
ở tế bào thực vật và động vật, đặc biệt rất phát triển ở tế bào thực vật Có nhiều loại không bào với chức năng khác nhau Ở một số động vật nguyên sinh, đặc biệt sống
ở nước ngọt có không bào đặc biệt gọi là không bào co bóp giữ vai trò quan trọng trong sự thải nước ra khỏi tế bào Không bào tiêu hóa để tiêu hóa thức ăn Ngoài ra,
ở vi khuẩn và vi khuẩn lam có không bào khí chứa khí giúp tế bào nổi lên mặt nước Ðiểm đặc biệt là màng bao của không bào khí được cấu tạo bằng protein Ở hầu hết
tế bào thực vật, có một không bào rất to chiếm từ 30 - 90% thể tích tế bào Các tế bào chưa trưởng thành có nhiều không bào nhỏ xuất xứ từ mạng nội chất và hệ Golgi Các túi này tích chứa nước, to ra và có thể hòa vào nhau để tạo ra một không
Trang 16bào to ở tế bào trưởng thành Dần dần, không bào sẽ đẩy tế bào chất ra ngoại biên của tế bào và chỉ còn là một lớp mỏng
Hình 1.11 Sự phát triển của không bào ở tế bào thực vật
Ngoài ra, không bào còn là nơi tích chứa những chất thải do các quá trình biến dưỡng Một số chất thải có thể được sử dụng lại dưới tác dụng của enzim Chức năng này rất quan trọng vì cây không có thận hay các cơ quan khác để thải chất bả như động vật, thực vật thải chất bả khi rụng lá
2.1.2.6 Ty thể bộ
Ty thể bộ là toàn thể các ty thể hiện diện trong tế bào Ty thể là nơi tổng hợp năng lượng chủ yếu của tế bào chân hạch, là nơi diễn ra quá trình hô hấp, lấy năng lượng
từ thức ăn để tổng hợp ATP là nguồn năng lượng cần thiết cho các hoạt động của tế bào Ty thể được bao bọc bởi hai màng, màng ngoài trơn láng, màng trong với các túi gấp nếp (crista) sâu vào bên trong chất căn bản (matrix) làm gia tăng diện tích của màng trong lên rất nhiều Ty thể có chứa ADN, ribô thể riêng nên có thể nhân
lên độc lập với sự phân chia của nhân
Hình 1.12 Cơ cấu của ty thể
Trang 17Lục lạp là sắc lạp có chứa diệp lục tố và các sắc tố vàng hay cam gọi là carotenoid
Phân tử diệp lục tố hấp thu năng lượng ánh sáng mặt trời để tổng hợp ra các phân tử hữu cơ phức tạp (đặc biệt là đường) từ các nguyên liệu vô cơ như nước và khí carbonic Phản ứng tổng hợp này sản sinh ra oxy, là loại khí mà hầu hết các loài sinh vật khác lệ thuộc vào nó
Lục lạp được bao bọc bởi hai màng và vô số các túi dẹp có màng bao được gọi là thylakoid nằm trong chất cơ bản gần như đồng nhất được gọi là stroma Thylakoid hoặc phân bố khắp trong stroma, hoặc xếp chồng chất lên nhau được gọi là grana Diệp lục tố và carotenoid gắn trên màng thylakoid Lục lạp cũng có chứa ADN và ribô thể riêng như ty thể
Hình 1.13 Cơ cấu của lục lạp (dưới kính hiển vi điện tử)
Trang 18* Sắc lạp không có diệp lục tố
Thường có màu vàng hay cam (đôi khi có màu đỏ) vì chúng chứa carotenoid Sắc lạp này làm cho hoa, trái chín, lá vàng có màu vàng hay cam đặc trưng Một số sắc lạp không bao giờ chứa diệp lục tố, một số khác thì do mất diệp lục tố, đây là trường hợp của trái chín và lá mùa thu
* Vô sắc lạp
Vô sắc lạp có chứa các vật liệu như tinh bột, dầu và protein dự trữ Lạp có chứa tinh bột được gọi là bột lạp, thường gặp ở hột như lúa và bắp, hay dự trữ trong rễ và thân như carot và khoai tây, ngoài ra có thể hiện diện trong tế bào ở các phần khác của cây
2.1.2.8 Ribô thể
Hình 1.14 Ribô thể
Ribô thể là những hạt nhỏ không có màng bao có đường kính từ 25 - 30 nm Ribô thể gồm hai bán đơn vị được tạo ra trong hạch nhân từ những phân tử ARN và protein Ở tế bào chân hạch các bán đơn vị này đi qua lỗ của màng nhân ra ngoài tế bào chất, nơi đây chúng sẽ kết hợp với phân tử mARN để tổng hợp protein Ribô thể trượt dọc theo sợi mARN tạo ra một chuỗi ribô thể được gọi là polyribosom hay polysom, các ribô thể sau khi tổng hợp protein vẫn tiếp tục tự do trong tế bào chất hay chúng có thể gắn vào bề mặt của mạng nội chất Protein được tổng hợp từ các ribô thể tự do trong tế bào chất thì không được đưa ra khỏi tế bào hay tham gia vào
cấu trúc màng tế bào mà là những enzim trong dịch tế bào chất
2.1.2.9 Trung thể
Ở hầu hết tế bào động vật, bên ngoài nhân có một vùng được gọi là trung thể bao gồm hai bào quan được gọi là trung tử Trung tử hiện diện từng đôi và xếp thẳng
Trang 19góc nhau Khi có trung tử chúng là nơi xuất phát của thoi vi ống trong lúc tế bào phân cắt
2.1.3 Nhân
Nhân là bào quan lớn nhất có màng bao và quan sát được rõ ràng nhất trong các tế bào chân hạch Nhân đóng vai trò quan trọng trong sự sinh sản của tế bào Nhân không những là trung tâm của mọi hoạt động của tế bào mà nó còn có vai trò quan trọng trong việc xác định các đặc điểm của thế hệ con cháu của chúng Nhân chứa
hai cấu trúc phân biệt được là nhiễm sắc thể và hạch nhân Nhân được bao bọc bởi
màng nhân gồm hai màng phân biệt được
2.1.3.1 Nhiễm sắc thể
Nhiễm sắc thể hình sợi dài gồm ADN và protein ADN là vật liệu chứa các đơn vị
cơ bản của sự di truyền được gọi là gen, protein làm thành những phần lõi giống như những cuộn chỉ, sợi ADN quấn lên đó, để thành lập cấu trúc thể nhân Gen được sao chép khi tế bào phân cắt để mỗi tế bào con đều có một bản sao Tất cả gen trong tế bào được gọi là bộ gen (genome)
Trang 202.1.3.3 Màng nhân
Màng nhân ngăn cách môi trường bên trong nhân và tế bào chất bao quanh Màng nhân còn là nơi cho hai đầu nhiễm sắc thể bám vào Màng nhân gồm hai màng, màng ngoài và màng trong, khoảng ngăn cách giữa hai màng là vùng ngoại vi, trên màng có nhiều lỗ nhân giúp trao đổi chất giữa nhân và tế bào chất
có thể ở trạng thái lỏng (sol) vừa ở trạng thái đặc (gel) Trong tế bào sống thường xuyên có sự thay đổi giữa hai trạng thái trên Dịch tế bào chất là nơi xảy ra các phản
ứng của các quá trình biến dưỡng trong tế bào
- Khung xương tế bào
Các bào quan trôi nổi tự do trong dịch tế bào chất của tế bào chân hạch hoặc chúng
có thể gắn vào hệ thống sợi protein phức tạp bên trong, được gọi là khung xương tế bào Cái sườn protein này tạo hình dạng của tế bào, tham gia vào các cử động của tế bào và đặc biệt quan trọng trong lúc tế bào phân chia
2.1.4 Vách tế bào
Vách tế bào là đặc điểm của tế bào thực vật để phân biệt với tế bào động vật, vách bảo vệ tế bào, giữ hình dạng, tránh sự mất nước cũng như chống sự xâm nhập của các vi sinh vật Vách ở phía ngoài của màng có thể dày từ 0,1 đến vài cm Thành phần hóa học của vách thay đổi từ loài này sang loài khác và từ tế bào này sang tế bào khác trong cùng một cây, nhưng cấu trúc cơ bản không thay đổi Thành phần cấu tạo chính là các phân tử celluloz có dạng sợi được kết dính với nhau bằng chất nền gồm các đường đa khác và protein
Trang 21Ở những cây còn non tế bào có vách mỏng gọi là vách sơ cấp, vách này có tính đàn hồi và cho phép tế bào gia tăng kích thước Khi tế bào trưởng thành và ngừng tăng trưởng, một số tế bào tạo thêm lớp cứng hơn gọi là vách thứ cấp nằm giữa vách sơ cấp và màng tế bào Vách thứ cấp thường dày có nhiều lớp được cấu tạo bằng các sợi celluloz xếp theo nhiều hướng khác nhau, nên vách tế bào trở nên rắn chắc hơn Ngoài celluloz vách thứ cấp còn có thể tẩm thêm nhiều chất khác như lignin Khi vách thứ cấp được thành lập hoàn toàn, tế bào có thể chết đi, khi đó chỉ còn làm
nhiệm vụ nâng đỡ hay dẫn truyền
Trên vách của tế bào thực vật có những lỗ nhỏ giúp các chất thông thương giữa các
tế bào với nhau, các lỗ này được gọi là cầu liên bào
2.2 Cấu trúc của tế bào sơ hạch
Hầu hết những bào quan hiện diện trong tế bào chân hạch thì lại không có trong tế bào sơ hạch Tế bào không có màng nhân và cũng không có các cấu trúc có màng khác như mạng nội chất, hệ golgi, tiêu thể, peroxisom và ty thể (các chức năng của
ty thể được thực hiện ở mặt trong màng của tế bào vi khuẩn) Ở các vi khuẩn quang tổng hợp, có những phiến hay túi có chứa diệp lục tố mà không phải là các lạp có màng bao riêng biệt
Tế bào vi khuẩn thường có các ADN nhỏ, độc lập được gọi là plasmid Nhiễm sắc thể của tế bào sơ hạch và plasmid có kiến trúc vòng kín
Như nhiễm sắc thể của tế bào chân hạch, nhiễm sắc thể của tế bào sơ hạch có mang các gen kiểm soát các đặc điểm di truyền của tế bào và các hoạt động thông thường của nó Sự tổng hợp protein được thực hiện trên ribô thể, một bào quan quan trọng trong tế bào chất ở cả tế bào sơ hạch và chân hạch Tuy nhiên, ribô thể của tế bào sơ hạch hơi nhỏ hơn của tế bào chân hạch
Một số tế bào vi khuẩn có chiên mao Vách tế bào của hầu hết vi khuẩn được cấu tạo bởi murein gồm một đường đa liên kết với các nhánh acid amin, chỉ được tìm thấy ở tế bào vi khuẩn
2.3 Các đại phân tử quan trọng trong tế bào
2.3.1 Carbohydrate, lipid, protein
Trang 22Trong một phân tử đường đơn có gốc C = O nằm ở cuối chuỗi nó tạo ra gốc aldehyd
(CHO) gọi là đường aldoz; có gốc keton (- C = O) gọi là đường ketoz Ðường aldoz như glyceraldehyd, riboz, galactoz và glucoz
Hình 1.17 Các loại đường đơn
* Ðường đôi (disaccharide): gồm hai phân tử đường đơn nối với nhau bằng nối
glycosidic, C thứ nhất của một phân tử đường đơn phản ứng với một gốc hydroxyl (-OH) của một phân tử đường khác và mất một phân tử nước Các đường đôi thông thường như sucroz, maltoz và lactoz Sucroz gồm hai phân tử glucoz và fructoz, và
là dạng glucoz vận chuyển trong cây từ nơi quang tổng hợp ở lá đến những nơi khác trong cây Maltoz gồm hai phân tử glucoz có nhiều ở lúa mì, lúa mạch được dùng làm rượu bia Lactoz là đường đôi gồm glucoz và galactoz và là dạng đường của động vật hữu nhũ tạo sữa cho con
Trang 23Hình 1.18 Sự hình thành cầu nối glycosidic ở sucroz
* Ðường đa (polysaccharide): gồm nhiều đường đơn nối với nhau thành dạng
thẳng hay phân nhánh, chúng có thể được tạo thành từ một loại đường, hai loại đường hay nhiều hơn nữa Chúng thường không có vị ngọt, là những hợp chất không tan với trọng lượng phân tử cao và được giữ ở dạng dự trữ hay có chức năng cấu trúc Đường đa thường gặp: tinh bột, celluloz và glycogen
Tinh bột là một loại đường đa dự trữ chính của thực vật bậc cao được hợp thành do
amyloz và amylopectin Amyloz gồm hàng trăm phân tử glucoz nối nhau thành chuỗi dài không phân nhánh Amylopectin là những đường đa phân nhánh, dây ngắn khoảng 20 - 30 phân tử glucoz được nối nhau bằng nối glycosid
Hình 1.19a Amyloz Hình 1.19b Amylopectin
Trang 24Hình 1.19c Dạng xoắn trong nước của amyloz Glycogen là những đường đa dự trữ chính của động vật, chúng có cấu trúc
tương tự amylopectin, nhưng phân nhánh nhiều hơn, với khoảng 16 - 24 đơn vị glucoz của nhánh bên cách nhau khoảng 8 - 10 phân tử glucoz của dây chính
(-Celluloz được tìm thấy ở thực vật Gỗ của thực vật gồm 50% là celluloz còn ở sợi
bông vải hầu như 100% là celluloz Celluloz chỉ được thủy phân khi có enzim cellulaz xúc tác, enzim này chỉ có ở một số vi khuẩn, nguyên sinh động vật, nấm, động vật nhai lại và mối
Hình 1.20 Celluloz
Thực vật còn có chứa những đường đa có cấu trúc khác như pectin và hemicelluloz Chitin là thành phần cấu tạo của bộ xương ngoài của côn trùng, giáp xác và vách tế bào nấm Chitin là một dạng biến đổi của celluloz, trong đó một gốc
có chứa nitơ được thêm vào mỗi đơn vị glucoz (N-acetyl-D glucosamin )
Trang 25Hình 1.21 Chitin
2.3.1.2 Lipid
Lipid có nhiều chức năng sinh học quan trọng, chúng là thành phần cấu trúc màng,
mỡ và dầu có vai trò dự trữ và có thể tự cô lập Chúng làm thành cái áo bao bọc và bảo vệ cho sinh vật không thấm nước ở bề mặt ngoài và đôi khi hoạt động như một yếu tố liên lạc về mặt hóa học cả bên trong tế bào và giữa các tế bào
Lipid không tan trong nước chúng dễ dàng tan trong các dung môi hữu cơ như chloroform Lipid cũng gồm C, H, O nhưng O rất ít, ngoài ra, chúng còn có chứa những nguyên tố khác đặc biệt là P và N Các loại lipid khác nhau là: mỡ, dầu, sáp, phospholipid, glycolipid và steroid
* Lipid dự trữ: dầu và mỡ
Cùng một đơn vị trọng lượng, dầu và mỡ chứa nhiều năng lượng hơn carbohydrat
do chứa nhiều các nối C - H, trung bình 1 gram mỡ chứa năng lượng gấp 2 - 3 carbohydrat hay protein
* Lipid bảo vệ: sáp
Sáp tương tự như mỡ chỉ khác là acid béo được nối với một chuỗi alcol dài hơn
glycerol, sáp không hòa tan trong nước, không có nối đôi trong chuỗi carbon và trơ đối với các phản ứng hóa học, chúng làm thành lớp bảo vệ bề mặt ngoài của
nhiều động vật bao gồm cả bộ xương ngoài của côn trùng, lông vũ của chim và lông
mao của thú và cả lớp biểu bì của lá và trái của thực vật
* Lipid màng: phospholipid và glycolipid
+ Phospholipid: tương tự dầu và mỡ chỉ khác là chúng có hai phân tử acid béo gắn vào mỗi phân tử glycerol và một nhóm phosphat gắn vào C thứ ba Vì gốc phosphat
Trang 26mang điện tích âm nên đầu phosphat của phospholipid ưa nước (hydrophilic) và tan trong nước, đuôi acid béo kỵ nước, không tan trong nước
+ Glycolipid: là lipid có đường cũng là thành phần quan trọng trong màng tế bào, giống phospholipid có hai acid béo gắn vào phân tử glycerol, nhưng có một dây carbon ngắn từ 1- 15 đường đơn nối vào C thứ ba Glycolipid cũng lưỡng ái và tạo thành micel khi gặp nước tương tự phospholipid
* Steroid: cấu trúc phân tử của steroid hoàn toàn khác các lipid khác Steroid có
cấu trúc gồm 4 vòng carbon, dẫn xuất từ cholesterol có thể thêm vào một số đuôi hydrocarbon khác nhau Steroid là những phân tử quan trọng trong động vật có xương sống, chúng được tìm thấy ở tim, mạch máu và gan Một số hormon và vitamin cũng là steroid Một trong steroid nhiều nhất là cholesterol, là thành phần cấu tạo màng của tất cả tế bào động vật và là điểm khởi đầu để tổng hợp ra các
hormon
2.3.1.3 Protein
Protein có cấu trúc phân tử rất thay đổi và có rất nhiều chức năng: là enzim cho các quá trình biến dưỡng, protein cấu trúc, cử động, tồn trữ, dinh dưỡng và vận chuyển, kháng thể và toxin để bảo vệ và tấn công, và hormon để điều hòa các chức năng của
cơ thể Protein chứa C, H, O, N và thường có S Ðơn vị cấu tạo protein là acid amin Chỉ có 20 loại acid amin khác nhau được tìm thấy trong protein Tuy nhiên,
số tổ hợp của acid amin sẽ tạo ra rất nhiều loại protein
* Acid amin: tất cả acid amin có cấu trúc tương tự nhau, mỗi acid amin có chứa
một gốc amin (- NH2, trừ prolin có chứa một gốc imino - NH -), và một gốc carboxyl (COOH), một nguyên tử H và một chuỗi bên là gốc R gắn vào C trung tâm
Các acid amin chỉ khác nhau ở gốc R, có thể chỉ là một nguyên tử H như ở glycin, hay phức tạp như cấu trúc có hai vòng như ở tryptophan Ðặc điểm của mỗi acid amin ảnh hưởng lên hình dạng của phân tử protein là do gốc R mà ra
* Polypeptid: một chuỗi acid amin được gọi là polypeptid Acid amin trong chuỗi
polypeptid được nối với nhau bằng liên kết peptid, được tạo ra khi gốc -COOH của một acid amin này gắn với gốc -NH2 của acid amin khác và giải phóng một phân tử
Trang 27nước Khi các acid amin liên kết nhau để tạo ra polypeptid luôn luôn có một gốc amin tự do ở một đầu N và một gốc carboxyl ở C tận cùng của đầu kia, một protein
có thể gồm một hay nhiều sợi polypeptid với hàng trăm acid amin theo một trình tự đặc biệt
* Cấu trúc của protein
Protein được chia làm hai loại chính: đơn giản và phức hợp Protein đơn giản chỉ chứa acid amin Protein phức hợp (conjugated protein) gồm acid amin và các thành phần hữu cơ hay vô cơ khác, thí dụ: nucleo-, lipo-, phospho- và glycoprotein Cấu trúc cấp một (sơ cấp) của một protein là do trình tự thẳng của các acid amin trong chuỗi polypeptid Mỗi loại protein có cấu trúc cấp một khác nhau
Cấu trúc cấp hai của protein là do các cầu nối hydro giữa các acid amin nằm kế nhau trong cấu trúc cấp một
Cấu trúc cấp ba là do các polypeptid có cấu trúc cấp hai xếp chồng lên nhau, tạo ra một khối hình cầu Sự cuộn lại thường do sự tương tác giữa các acid amin tương đối
xa nhau trong Hình dạng cuối cùng cũng do ảnh hưởng của môi trường, đặc biệt là
pH, do những vùng có điện tích trên phân tử cũng ảnh hưởng lên hình dạng của phân tử
* Mô hình hoạt động của enzim
+ Mô hình ổ và chìa khóa
Trang 28Theo thuyết này, một cơ chất gắn vào hoạt điểm như một chìa khóa gắn khít vào ổ,
cơ chất và enzim gắn vào nhau tạo ra một phức hợp enzim-cơ chất Cơ chất bị biến đổi một cách chuyên biệt và kết quả là sản phẩm được phóng thích
Mô hình ổ và chìa khóa Mô hình cảm ứng
Hình 1.23 Mô hình hoạt động của enzyme
+ Mô hình cảm ứng (the induced-fit model)
Trong lúc cơ chất gắn vào, cấu hình thay đổi do hình dạng hoạt điểm của enzim bị cảm ứng làm cho chúng khớp với nhau hơn Sự cảm ứng này làm thay đổi lực giữa các nối đặc biệt của phân tử phản ứng do đó phản ứng có xúc tác được dễ dàng xảy
- pH ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng enzyme Hầu hết enzim hoạt động tốt nhất trong khoảng pH 6 - 8 Tuy nhiên, pepsin giúp tiêu hóa protein trong bao tử hoạt động trong khoảng pH rất thấp
- Cofactor và coenzim: Nhiều enzim cần phải có thêm các thành phần hóa học khác
để thực hiện chức năng, phần thêm đó được gọi là cofactor Cofactor có thể là một phân tử hữu cơ hay các ion kim loại (sắt, mangan, kẻm ) Khi cofactor là một phân
tử hữu cơ không phải là protein, như một vitamin, thì được gọi là coenzim Coenzim và cofactor được tìm thấy ở các enzim trong các chuỗi dẫn truyền điện tử của các quá trình quang hợp và hô hấp của tế bào
Trang 292.4 Thực hành: cách sử dụng kính hiển vi, kính nhìn nổi và thực hiện tiêu bản tạm thời quan sát cấu tạo tế bào thực vật
2.4.1 Phương tiện thí nghiệm:
- Dụng cụ, thiết bị: Kính hiển vi, kính nhìn nổi, đĩa đồng hồ, kim mũi mác, kim
mũi dáo, dao lam, kính mang vật, kính đậy vật, giấy thấm, kẹp gấp
- Hóa chất: nước cất, lugol
- Mẫu vật: Củ hành tím, lá cây lẻ bạn, khoai tây, ớt
Trang 30- Cách sử dụng:
Khi sử dụng kính hiển vi phải thực hiện đúng theo trình tự các bước sau:
+ Lau nhẹ mặt trên thị kính, mặt dưới vật kính, bộ phận đèn, gương bằng giấy mềm, dai
+ Xoay vật kính E10 hoặc 10X ngay ngang trục
+ Vặn đinh ốc thứ cấp điều chỉnh bàn kính đồng thời 2 mắt nhìn vào thị kính cho đến khi thấy mẫu vật
+ Vặn đinh ốc vi cấp để điều chỉnh độ sắc nét của mẫu vật
+ Muốn có ảnh to và chi tiết phải di chuyển vật kính sang độ phóng đại lớn hơn và ngay quang trục Vừa quan sát mẫu vật vừa di chuyển tiêu bản sao cho phần mẫu vật cần quan sát nằm giữa vi trường
Muốn lấy mẫu vật khỏi kính cần thực hiện các bước:
- Xoay vật kính E10 về ngay quang trục
- Mở kẹp và lấy vi mẫu ra khỏi bàn kính
- Lau khô bàn kính
- Tắt đèn
2.4.2.2 Thực hiện tiêu bản tạm thời quan sát tế bào biểu bì vảy hành tím
- Nhỏ lên kính mang vật một giọt Lugol
- Gở lớp biểu bì mặt trong của vẩy hành tím:
- Bóp nhẹ theo chiều cong của vẩy hành để lớp biểu bì mặt trong tự bong ra một phần
- Dùng lưỡi lam rạch nhẹ trên lớp biểu bì này để được một miếng mẫu hình vuông cạnh khoảng 0,5 cm
- Dùng kẹp gở nhẹ một góc của miếng mẫu để tách mẫu ra
- Đặt mặt trong của mẫu vật tiếp xúc với giọt lugol trên kính mang vật
- Đặt một cạnh của kính đậy vật tiếp xúc với giọt phẩm nhuộm và nghiêng trên kính mang vật một góc 450 về phía mẫu vật Dùng kim mũi dáo đỡ cạnh đối diện và hạ từ từ (để tránh gây ra bọt khí) đến khi kính đậy vật nằm sát trên kính mang vật Quan sát dưới kính hiển vi ở vật kính E10 và E40
Trang 31Hình 1.25 Tiêu bản tạm thời
2.4.2.3 Thực hiện tiêu bản quan sát tế bào biểu bì lá lẻ bạn, nhận biết khí khổng
Dùng lưỡi lam tách biểu bì mặt dưới của lá lẻ bạn (mặt màu đỏ tím) đặt lên kính mang vật với giọt glyxerin 5% đã nhỏ sẵn Quan sát dưới kính hiển vi ở vật kính E10 và E40
2.4.2.4 Thực hiện tiêu bản quan sát bột lạp ở khoai tây
- Cắt khoai tây thành lát mỏng cạnh khoảng 0,3cm x 0,3cm (thủ thuật cắt tương tự như
tế bào có các hạt nằm rời nhau đưa về vật kính E40 để quan sát
- Nhuộm Lugol và quan sát màu của các hạt tinh bột
2.4.2.5 Thực hiện tiêu bản quan sát sắc lạp ở ớt
- Lấy khoanh cà rốt làm thớt, dùng lưỡi lam cắt ngang trái ớt thành những đoạn khoảng 3cm, sau đó chẻ dọc thành các phần có chiều ngang khoảng 0,5cm
- Lấy một phần dùng làm mẫu đặt lên thớt cà rốt, ngón trỏ giữ dọc theo mẫu, dùng lưỡi lam cắt ngang mẫu thành những lát thật mỏng (cạnh của lưỡi lam phải vuông góc với mẫu) Chọn một lát mỏng đều đặt lên kính mang vật đã được nhỏ sẵn một giọt nước cất, đậy mẫu lại bằng kính đậy vật Quan sát hình dạng và màu sắc của sắc lạp ở ớt