Giáo trình Sinh học đại cương (Nghề: Dịch vụ thú y - Cao đẳng): Phần 1 - Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp

Giáo trình Sinh học đại cương với mục tiêu giúp các bạn có thể hiểu được những kiến thức cơ bản về cấu tạo tế bào, quá trình phân bào, cấu tạo cơ thể động vật bậc cao, sự trao đổi chất và quá trình sinh sản ở động vật. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 giáo trình!

(Ban hành kèm theo Quyết định Số:…./QĐ-CĐCĐ-ĐT ngày… tháng… năm 2017 của

Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp)

Đồng Tháp, năm 2017

i

TUYÊN 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

i

LỜI GIỚI THIỆU

Thế giới sinh vật rất đa dạng biểu hiện ở các loài và các cấp độ tổ chức từ thấp lên cao Sự sống có cấu tạo vật chất phức tạp, thu nhận và biến đổi năng lượng tinh vi, chứa và truyền đạt thông tin di truyền cùng nhiều biểu hiện như sự tăng trưởng, vận động, trao đổi chất, sinh sản, thích nghi, tiến hóa và các mối quan hệ với môi trường Do đó trước tiên chúng ta tìm hiểu các đặc tính và biểu hiện của sự sống

Giáo trình được biên soạn nhằm cung cấp những kiến thức sinh học đại cương dành cho sinh viên ngành Cao đẳng Dịch vụ thú y và Cao đẳng Chăn nuôi, là môn học cơ sở, làm nền tảng cho các môn học, mô đun chuyên môn

Nội dung bài giảng gồm:

Chương 1: Cấu trúc tế bào

Chương 2: Sự phân chia tế bào

Chương 3: Mô và tổ chức cơ thể động vật

Chương 4: Cơ chế kiểm soát ở động vật

Chương 5: Sự trao đổi chất ở động vật

Chương 6: Sự sinh sản ở động vật

Mặc dù nhiều cố gắng để trình bày một cách khái quát nhưng nội dung kiến thức khá rộng mà số tín chỉ không nhiều nên không thể tránh được các sai sót Chúng tôi mong nhận được ý kiến đóng góp của quý đọc giả để bài giảng ngày càng hoàn thiện hơn

Đồng Tháp, ngày… tháng năm 2021

Chủ biên

Trương Thị Mỹ Phẩm

i

MỤC LỤC

Trang

LỜI GIỚI THIỆU ii

CHƯƠNG 1: CẤU TRÚC TẾ BÀO 1

1 Đại cương về tế bào 1

1.1 Học thuyết tế bào 1

1.2 Những đặc tính chung của tế bào 2

1.3 Phân loại tế bào 3

2 Cấu trúc tế bào Prokaryote 4

2.1 Vách tế bào 4

2.2 Cấu trúc bên trong 4

3 Cấu trúc tế bào Eukaryote 5

3.1 Màng tế bào 5

3.2 Các bào quan 16

3.3 Nhân 22

3.4 Vách tế bào 23

4 Các đại phân tử quan trọng trong tế bào 24

4.1 Carbohydrate, lipid, protein 24

4.2 Enzyme 32

5 Thực hành 35

5.1 Dụng cụ, thiết bị 35

5.2 Hóa chất 35

5.3 Mẫu vật 35

5.4 Nội dung thực hành 35

CHƯƠNG 2: SỰ PHÂN CHIA TẾ BÀO 43

1 Chu kỳ tế bào 43

2 Phân bào nguyên nhiễm 44

2.1 Giai đoạn chuẩn bị 44

2.2 Giai đoạn phân bào 44

i

3 Phân bào giảm nhiễm 47

3.1 Lần phân bào thứ nhất 47

3.2 Lần phân bào thứ hai 49

4 Thực hành 51

4.1 Dụng cụ, thiết bị 51

4.2 Hóa chất 51

4.3 Mẫu vật 52

4.4 Nội dung thực hành 52

CHƯƠNG 3: MÔ VÀ TỔ CHỨC CƠ THỂ ĐỘNG VẬT 56

1 Các loại mô động vật 56

1.1 Biểu mô 56

1.2 Mô liên kết 58

1.3 Mô cơ 61

1.4 Mô thần kinh 62

2 Các cơ quan và hệ cơ quan ở động vật 63

3 Thực hành 63

3.1 Dụng cụ, thiết bị 63

3.2 Hóa chất 63

3.3 Mẫu vật 63

3.4 Nội dung thực hành 63

CHƯƠNG 4: CƠ CHẾ KIỂM SOÁT Ở ĐỘNG VẬT 68

1 Hệ thần kinh 68

1.1 Cấu tạo tế bào thần kinh 68

1.2 Xung thần kinh và sự dẫn truyền xung thần kinh 73

1.3 Các con đường thần kinh 73

2 Hệ nội tiết ở động vật hữu nhũ 73

2.1 Các tuyến nội tiết và các hormone 73

2.2 Các tuyến nội tiết chính ở người 74

2.3 Các phương thức tác động của hormone 76

i

CHƯƠNG 5: SỰ TRAO ĐỔI CHẤT Ở ĐỘNG VẬT 78

1 Hệ hô hấp 78

1.1 Cấu trúc của hệ hô hấp 78

1.2 Sự trao đổi khí ở phổi và ở mô 80

2 Hệ tuần hoàn 82

2.1 Máu 82

2.2 Hệ tuần hoàn 85

3 Hệ tiêu hóa 89

3.1 Cấu trúc hệ tiêu hoá 89

3.2 Sự tiêu hoá bằng enzim ở người 95

4 Hệ bài tiết 98

4.1 Cấu trúc của thận 98

4.2 Chức năng của thận 99

5 Thực hành 100

5.1 Dụng cụ, thiết bị 100

5.2 Hóa chất 100

5.3 Mẫu vật 100

5.4 Nội dung thực hành 101

CHƯƠNG 6: SỰ SINH SẢN Ở ĐỘNG VẬT 108

1 Các hình thức sinh sản ở động vật 108

1.1 Sinh sản vô tính 108

1.2 Sinh sản hữu tính 110

2 Sự phát sinh giao tử ở động vật 112

2.1 Sự sinh tinh 112

2.2 Sự sinh trứng 114

3 Sự thụ tinh và tạo hợp tử ở động vật 1116

3.1 Sự vận chuyển của tinh trùng 116

3.2 Sự tiếp xúc của tinh trùng với trứng (quá trình thụ tinh) 116

4 Thực hành 117

i

4.1 Dụng cụ, thiết bị 117

4.2 Hóa chất 117

4.3 Mẫu vật 117

4.4 Nội dung thực hành 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 116

i

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG

Mã môn học: CCB071

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:

- Vị trí: Đây là môn học cơ sở bắt buộc, được bố trí học trước các môn học chuyên ngành

- Tính chất: Là môn học làm nền tảng cho các môn học chuyên ngành

- Ý nghĩa và vai trò của môn học

Giáo trình rất có ý nghĩa trong giảng dạy và học tập, góp phần quan trọng trong chương trình môn học của ngành

Mục tiêu môn học:

Sau khi học xong môn học này sinh viên đạt được:

- Về kiến thức: Sinh viên hiểu được những kiến thức cơ bản về cấu tạo tế bào, quá trình phân bào, cấu tạo cơ thể động vật bậc cao, sự trao đổi chất và quá trình sinh sản ở động vật

- Về kỹ năng: Sinh viên thực hiện được các thao tác sử dụng kính hiển vi quan sát tế bào và mô, so sánh được tế bào động vật và thực vật Nhận biết được các kì của quá trình nguyên phân và giảm phân Nhận biết được các hệ cơ quan trong cơ thể động vật

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Phải có ý thức tự học, biết tự vận dụng kiến thức môn học vào các môn cơ sở ngành và chuyên ngành

Nội dung môn học:

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra (định kỳ)

1

Chương 1 Cấu trúc tế bào

1 Đại cương về tế bào

2 Cấu trúc tế bào Prokaryote

i

3 Cấu trúc tế bào Eukaryote

4 Các đại phân tử quan trọng

trong tế bào

5 Thực hành: Cách sử dụng

kính hiển vi, kính nhìn nổi và

thực hiện tiêu bản tạm thời,

cấu tạo tế bào thực vật và động

2 Phân bào nguyên nhiễm

3 Phân bào giảm nhiễm

4 Thực hành: Sử dụng kính

hiển vi quan sát sự phân bào

nguyên nhiễm và phân bào

1

CHƯƠNG 1 CẤU TRÚC TẾ BÀO

MH09-01 Giới thiệu

Cơ thể sinh vật được cấu tạo bởi những đơn vị cơ bản được gọi là tế bào

Cơ thể con người được cấu tạo bởi hàng ngàn tỉ tế bào Trẻ sơ sinh có khoảng 2.000 tỉ tế bào, người trưởng thành có khoảng 100.000 tỉ tế bào; có khoảng 30 tỉ

tế bào trong não, 20 tỉ tế bào hồng cầu trong máu và có khoảng 200 loại tế bào chuyên hóa khác nhau Trong khi đó vi khuẩn và các vi sinh vật, cơ thể chỉ là một tế bào Hầu hết tế bào không thấy được bằng mắt trần nên những hiểu biết

về tế bào tùy thuộc vào trình độ phát triển của kính hiển vi Vào các năm 50, các nhà sinh vật học mới biết có 5 hay 6 bào quan hiện diện bên trong tế bào, nhưng hiện nay với kính hiển vi điện tử người ta đã quan sát được ở mức siêu cơ cấu

của rất nhiều bào quan hiện diện trong tế bào

Mục tiêu:

- Kiến thức:

+ Mô tả được các thành phần cấu tạo tế bào của từng nhóm sinh vật

+ Trình bày được các đại phân tử quan trọng trong tế bào

Hầu hết các tế bào đều có kích thước rất nhỏ nên mắt trần không thể

quan sát được, do đó lược sử phát hiện tế bào gần như là lịch sử phát minh ra kính hiển vi Galileo (1564 - 1642) chế tạo ra viễn vọng kính để quan sát bầu trời, tình cờ khám phá ra những vật rất nhỏ khi quan sát bằng cách lật ngược đầu kính lại

2

Antoni Van Leeuwenhoek (1632 - 1723) người Hà Lan, do yêu cầu kiểm tra tơ lụa, ông mài các thấu kính để quan sát chất lượng của vải, nhờ đó quan sát được những vật li ti quanh môi trường sống và khám phá ra sự hiện diện của thế giới vi sinh vật

Robert Hooke (1635 - 1703) người Anh, lần đầu tiên mô tả các lỗ nhỏ có vách bao bọc của miếng bấc (nút bần) cắt ngang dưới kính hiển vi năm 1665 và Hooke dùng thuật ngữ tế bào (cellula có nghĩa là phòng, buồng nhỏ, vì ý nghĩa lịch sử từ này vẫn còn được dùng cho đến ngày nay) để chỉ các lỗ đó

Mãi đến thế kỷ 19 khái niệm sinh vật có cấu tạo tế bào của Hooke mới được sống dậy từ nhiều công trình nghiên cứu, đặc biệt hai công trình của hai người Ðức: nhà thực vật học Matthias Jakob Schleiden (1838) và nhà động vật học Theodor Schwann (1839) Hai ông đã hệ thống hóa quan điểm thành thuyết

tế bào: “Tất cả các sinh vật do một hay nhiều tế bào tạo thành, nói một cách khác, Tế bào là đơn vị cấu tạo sống cơ bản của tất cả sinh vật.” Ðến năm 1858 thuyết tế bào được mở rộng thêm do một bác sĩ người Ðức (Rudolph Virchow):

Tế bào do tế bào có trước sinh ra Quan điểm (mở rộng tế bào) của Virchow sau

đó được Louis Pasteur (1862) thuyết phục các nhà khoa học đồng thời bằng hàng loạt thí nghiệm chứng minh Như vậy có thể tóm tắt thuyết tế bào như sau:

Tế bào là đơn vị cấu tạo sống cơ bản của tất cả sinh vật, tế bào do tế bào có trước sinh ra

1.2 Những đặc tính chung của tế bào:

a Hình dạng:

Hình dạng của tế bào rất biến thiên và tùy thuộc rất nhiều vào tế bào là một sinh vật đơn bào hay tế bào đã chuyên hóa để giữ một nhiệm vụ nào đó trong cơ thể sinh vật đa bào Từ những dạng đơn giản như hình cầu, hình trứng, hình que có thể gặp ở các sinh vật đơn bào đến những hình dạng phức tạp như các tế bào hình sao ở mô thực vật, hay các tế bào thần kinh ở động vật cấp cao

Hình 1.1: Hình dạng tế bào Hình 1.2: Hình dạng tế bào amip

3

Hình 1.3: Hình dạng tế bào máu người

Ðặc biệt ở các sinh vật đơn bào hình dạng có ý nghĩa quan trọng đối với đời sống của chúng Ví dụ, vi khuẩn hình cầu có thể chịu đựng được sự khô hạn giỏi vì diện tích tiếp xúc với môi trường bên ngoài ít do đó giữ được nước dù môi trường sống rất khô Ngược lại vi khuẩn hình que dài có diện tích tiếp xúc cho mỗi đơn vị thể tích với môi trường bên ngoài lớn hơn nên có thể tồn tại dễ dàng trong môi trường có nồng độ thức ăn không cao

Thật ra độ lớn nhỏ của tế bào không quan trọng mà tỉ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích tế bào mới có ảnh hưởng lớn đến đời sống của một tế bào Tế bào lấy thức ăn, oxy từ môi trường chung quanh và thải chất cặn bả ra bên ngoài

tế bào Các vật liệu này đều phải di chuyển xuyên qua bề mặt của tế bào Khi tế bào gia tăng kích thước, thể tích tăng gấp nhiều lần so với sự gia tăng của diện tích (ở hình cầu, thể tích tăng theo lủy thừa bậc ba trong khi diện tích tăng theo lủy thừa bậc hai) Do đó, khi tế bào càng lớn lên thì sự trao đổi qua bề mặt tế bào càng khó khăn hơn

1.3 Phân loại tế bào:

Dựa trên đặc điểm cấu trúc của tế bào có thể phân chia tế bào của sinh vật

ra làm hai nhóm: tế bào sơ hạch và tế bào chân hạch

4

* Tế bào sơ hạch là loại tế bào không có màng nhân ADN có kiến trúc xoắn vòng kín Không có các bào quan có màng Các tế bào này gặp ở các sinh vật thuộc giới sinh vật sơ hạch: Archaebacteria và Eubacteria

* Tế bào chân hạch là loại tế bào có nhân với màng nhân bao quanh, và nhiều loại bào quan có màng bao Các tế bào này gặp ở các sinh vật thuộc các giới Protista, Nấm, Thực vật và Ðộng vật

2 Cấu trúc tế bào Prokaryote:

2.1 Vách tế bào:

Tế bào của chúng có kích thước từ 0,5 đến 3µm Vách tế bào bao phía ngoài màng sinh chất tạo nên cái khung cứng, vững chắc cho tế bào Nó có nhiệm vụ bảo vệ sự tác động cơ học đến tế bào, giữ và cố định hình dạng của tế bào và quan trọng hơn cả là chống chịu các tác nhân bất lợi nhất là áp suất thẩm thấu của môi trường bên ngoài.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

Hình 1.4: Cấu tạo tế bào Procaryota 2.2 Cấu trúc bên trong:

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

5

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

3 Cấu trúc tế bào Eukaryote:

3.1 Màng tế bào:

3.1.1 Cấu trúc của màng:

Tế bào được một màng bao bọc gọi là màng tế bào, bên trong màng là

chất nguyên sinh, gồm tế bào chất, nhân và các bào quan khác

* Thành phần hóa học của màng: được cấu tạo từ lipid, protein và

carbohydrate

- 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

- 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 Hình 1.6: Protein trong màng

Hình 1.5 Cholesterol

6

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 1.7: 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 6am ô 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 mặt 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

Hình 1.8: Kênh khuếch tán

7

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

Kênh ion phối hợp: Là kiểu kênh phức tạp hơn cho hai chất qua cùng

chiều

Hình 1.9: Kênh ion phối hợp

Kênh có cổng:

Hình 1.10: Kênh có cổng

Một 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 1.11 Kênh tải cơ động

8

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

khí khuếch tán nhanh nhất, rồi đến chất lỏng và cuối cùng là chất rắn Trong một

cơ thể sống, các phân tử thường ở trong dung dịch lỏng, ấm và khoảng cách của phân tử rất nhỏ nên sự khuếch tán là một quá trình rất quan trọng; một acid amin hay một nucleotid trong môi trường lỏng sẽ khuếch tán chừng bằng đường kính của một tế bào (10 - 50 (m) ít hơn 0,5 giây

Trên đây là sự khuếch tán theo khuynh độ nồng độ Tuy nhiên, trong cơ thể sinh vật, sự khuếch tán không đơn thuần là do nồng độ mà còn tùy thuộc vào các điều kiện ít khi ổn định nơi mà các quá trình sống diễn ra Ðiều này cần thiết

để hiểu được sự khuếch tán theo nghĩa năng lượng tự do của các phân tử tham gia

Năng lượng tự do là năng lượng trong một hệ thống có thể dùng để thực hiện một hoạt động nào đó dưới một điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định Năng lượng tự do được chứa trong các cầu nối cộng hóa trị của đường như glucoz, hay

9

một điện tử được hoạt hóa bởi năng lượng ánh sáng mặt trời lên một qũy đạo cao hơn, hay trong vành đai bao quanh nhân của nguyên tử trong phản ứng hạt nhân

b Sự thẩm thấu:

Dùng một ống hình chữ U, đáy được ngăn cách bằng một màng thấm chọn lọc (differentially/selectively permeable), màng này chỉ cho các phân

tử nước đi qua Giả sử bên A chỉ chứa nước và bên B chứa dung dịch đường, cả

hai ở cùng một điều kiện nhiệt độ và áp suất Nếu màng chỉ cho nước đi qua mà không cho các phân tử đường đi qua thì các phân tử nước sẽ qua lại được cả hai chiều Ðầu tiên lượng chất lỏng ở hai bên tương đương nhau (hình bên trái), hình giữa số lượng các phân tử nước va chạm vào màng phía bên A nhiều hơn phía bên B, hình bên phải vì số phân tử dịch chuyển từ A sang B nhiều hơn từ B sang A nên mực chất lỏng bên A tụt xuống trong khi bên B tăng lên

Hình 1.13: Thí nghiệm mô tả sự thẫm thấu

Sự di chuyển của một dung môi (thường là nước) xuyên qua một màng thấm chọn lọc được gọi là sự thẫm thấu Màng sinh học cũng là một màng thấm

chọn lọc nên sự di chuyển qua lại của nước cũng theo kiểu thẫm thấu Một số chất hòa tan, như các phân tử nhỏ tan trong lipid cũng đi xuyên qua màng sinh học

10

d Dung dịch đẳng trương, nhược trương và ưu trương:

Dung dịch đẳng trương Dung dịch ưu trương Dung dịch nhược trương

Hình 1.14: Tế bào hồng cầu trong các dung dịch khác nhau

Tính thấm chọn lọc của màng tế bào giúp cho tế bào giữ được các đại phân tử tổng hợp được Mặt khác, nước có thể thẩm thấu qua màng tế bào, do đó khi đặt tế bào vào một dung dịch ưu trương, là dung dịch có nồng độ của các hạt thẩm thấu tích cực cao; tế bào sẽ bị co lại Nếu để quá lâu tế bào sẽ chết

Ngược lại, nếu đặt tế bào trong dung dịch nhược trương, là môi trường chứa nhiều nước và có ít các hạt thẩm thấu tích cực, nước sẽ thấm thấu vào làm

tế bào phồng lên và có thể vỡ ra trừ khi tế bào có một cơ chế nào đó có thể trục xuất nước ra khỏi tế bào hay có một cấu trúc đặc biệt ngăn cản sự trương phồng (như ở hầu hết tế bào thực vật)

Tế bào ở trong môi trường đẳng trương, là môi trường có sự cân bằng về thẩm thấu với tế bào, vì chúng có chứa cùng một nồng độ các hạt thẩm thấu tích cực, khi đó không có sự khác biệt về lượng nước đi vào và đi ra khỏi tế bào

Thật vậy, sự liên hệ về thẫm thấu giữa tế bào và môi trường chung quanh

là một yếu tố quyết định đến đời sống của tế bào Các tế bào sống trong môi trường đẳng trương thì sự thẩm thấu không là vấn đề nghiêm trọng như các tế bào hồng cầu sống trong môi trường huyết tương Nhưng ở một số thực vật và động vật sống trong các đại dương cũng có nồng độ thẫm thấu gần như bằng với nước biển Các sinh vật sống trong môi trường nước ngọt thì thường tích tụ nhiều nước trong tế bào do đó phải có cách để thải bỏ hoặc có các cấu trúc giúp cho nó không bị trương phồng lên

Thật ra sự di chuyển của nước chỉ là một vấn đề Màng tế bào còn phải kiểm soát sự trao đổi qua màng rất nhiều vật chất khác nhau, do đó phải cần rất nhiều cơ chế để vận chuyển khác nhau

3.1.3 Sự vận chuyển các phân tử nhỏ qua màng tế bào:

a Sự vận chuyển thụ động:

11

Một chất khuếch tán sẽ khuếch tán từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng

độ thấp hơn Cách khuếch tán này chỉ tùy thuộc vào khuynh độ nồng độ, cũng như không cần có sự tham gia của một tác nhân nào khác Khuếch tán là một quá trình tự phát vì nó làm giảm năng lượng tự do và sự khuếch tán của một chất chỉ tùy thuộc vào khuynh độ nồng độ của chính nó và không bị ảnh hưởng bởi khuynh độ nồng độ của những chất khác

* Khuếch tán đơn giản:

Một trong những thí dụ quan trọng là sự hấp thu oxy của những tế bào đang thực hiện chức năng hô hấp Oxy hòa tan khuếch tán vào trong tế bào qua màng tế bào, vì sự hô hấp tiêu thụ oxy do đó sự khuếch tán oxy vào tế bào sẽ liên tục vì khuynh độ nồng độ cho phép sự di chuyển theo hướng đi vào trong tế bào

Sự khuếch tán của một chất qua màng tế bào được gọi là sự vận

chuyển thụ động bởi vì

tế bào không tiêu tốn năng lượng cho quá trình này Trong quá trình di chuyển các

phân tử hòa tan không bị biến đổi hóa học cũng không kết hợp với một loại phân tử nào khác

Tuy nhiên, do màng tế bào là màng thấm chọn lọc nên tốc độ khuếch tán biến thiên theo các loại phân tử khác nhau Vận tốc tùy thuộc vào sự chênh lệch của khuynh độ nồng độ và tùy thuộc vào vận tốc khuếch tán qua vùng kỵ nước của lớp lipid kép Nước là phân tử khuếch tán một cách tự do xuyên qua màng, đây là một yếu tố rất thuận lợi đối với đời sống của tế bào, ngoài ra có một số chất cũng được khuếch tán qua màng theo như cách trên như những phần tử không phân cực như O2, N2 và những chất hòa tan trong lipid, còn những chất phân cực nhưng có kích thước nhỏ như glycerol có thể đi qua màng phospholipid giữa các phân tử này

-12

Nhiều phân tử phân cực và các ion không thể khuếch tán qua màng phospholipid, khi đó phải có sự trợ lực của những protein vận chuyển trên màng,

hiện tượng này được gọi là sự khuếch tán có trợ lực

Một protein vận chuyển có nhiều đặc điểm của một enzim Vì có đặc điểm của một enzim nên chuyên biệt đối với cơ chất của nó, một protein màng thì chuyên biệt đối với một chất mà nó vận chuyển và có những điểm gắn đặc biệt tương tự như hoạt điểm của một enzim Giống enzim, protein vận chuyển có thể bị bão hòa khi vận tốc vận chuyển đạt tới mức tối đa mà nó có thể thực hiện Protein vận chuyển cũng có thể bị ức chế bởi những phân tử giống như cơ chất cạnh tranh và gắn vào protein vận chuyển

Tuy nhiên, không giống enzim, protein vận chuyển không xúc tác các phản ứng hóa học Chức năng của nó là xúc tác cho một quá trình vật lý giúp sự vận chuyển được nhanh chóng

Hình 1.16: Mô hình sự khuếch tán có trợ lực

Trong nhiều trường hợp kênh protein có thể thay đổi hình dạng đôi chút, chuyển vị điểm gắn các chất từ phía này sang phía khác của màng Sự thay đổi hình dạng có tác dụng như một lực đẩy để phóng thích chất được vận chuyển Một kiểu protein vận chuyển khác chỉ là một cái kênh đơn giản, cho phép đúng chất nào đó đi qua mà thôi Một số protein hoạt động như một kênh đóng mở Các kích thích hóa học hay điện sẽ làm mở các cổng này Ví dụ, sự kích thích của tế bào thần kinh, làm mở cổng của kênh để trợ lực cho sự khuếch tán của ion

Na+ vào trong tế bào

Ở một số bệnh di truyền, các hệ thống vận chuyển đặc biệt có thể thiếu hay không có Thí dụ, như bệnh cystinuria, một bệnh của người là do sự vắng mặt của protein vận chuyển cystein và những acid amin khác xuyên qua màng tế bào thận Tế bào thận thường tái hấp thu những acid amin này từ urin và đưa trở vào máu, những người mắc bệnh trên bị đau đớn vì những hòn sỏi do từ những acid amin tích tụ và kết tinh trong thận

Tuy có sự trợ lực của các protein vận chuyển, sự khuếch tán có trợ lực

vẫn là sự vận chuyển thụ động vì các chất vẫn đi theo chiều của khuynh độ

13

nồng độ Tốc độ khuếch tán tùy thuộc vào cơ chế vận chuyển của các protein

kênh nhưng không làm thay đổi chiều di chuyển của các chất được vận chuyển

Hình 1.17: Mô hình sự vận chuyển tích cực hai chất vào và ra khỏi màng

Sự vận chuyển tích cực là một khả năng quan trọng của tế bào để giữ lại trong tế bào một chất nào đó ở một nồng độ rất khác với nồng độ của chúng trong môi trường chung quanh Thí dụ, nếu so sánh với môi trường chung quanh, một tế bào động vật có thể chứa một nồng độ rất cao của ion K+ và rất thấp ion Na+ Mức khuynh độ này vẫn giữ được là nhờ các bơm trên màng và

ATP cung cấp năng lượng ATP có thể tham gia vào sự vận chuyển bằng cách

chuyển một gốc phosphat cuối cùng vào protein vận chuyển Sự gắn gốc phosphat này gây ra một cảm ứng làm cho protein vận chuyển thay đổi hình dạng theo kiểu chuyển vị nơi gắn vào của các chất Bơm ion Na+-K+ là một thí

dụ về sự trao đổi ion Na+ và ion K+ xuyên qua màng tế bào động vật

14

Một bơm sinh ra được một hiệu điện thế xuyên màng được gọi là bơm

sinh điện Bơm Na+-K+ là bơm sinh điện chính của tế bào động vật Ở thực

vật, vi khuẩn và nấm bơm sinh điện là bơm proton, chuyển ion H+ ra khỏi tế bào Bơm proton vận chuyển điện tích dương từ tế bào chất ra môi trường ngoài

tế bào

Hình 1.18: Bơm sinh điện Hình 1.19: Mô hình sự đồng vận chuyển

Một loại protein vận chuyển không phải là bơm có thể kết hợp sự khuếch tán của một chất để vận chuyển một chất đi ngược với khuynh độ nồng độ của

nó Thí dụ, tế bào thực vật dùng khuynh độ của ion H+ được sinh ra bởi bơm proton của nó để vận chuyển tích cực acid amin, đường và vài chất dinh dưỡng khác vào trong tế bào

Những protein này có thể chuyển sucroz vào trong tế bào ngược với khuynh độ nồng độ, nếu nó kết hợp được với ion H+ , ion H+ vận chuyển theo kiểu khuếch tán theo khuynh độ nồng độ đã được bơm ra nhờ bơm proton Thực vật dùng cách này để tải sucroz được tạo ra bởi sự quang tổng hợp đi vào trong những tế bào của gân lá, sau đó đường có thể được đem đến mô libe để vận chuyển đến các mô không quang hợp được như rễ

3.1.4 Ngoại xuất bào:

Ðối với các đại phân tử như protein và polysaccharid, sự di chuyển qua màng theo một cơ chế khác Sự thải ra các đại phân tử qua màng tế bào được gọi

là sự ngoại xuất bào Các túi chuyên chở được tách ra từ hệ Golgi được mang đến màng tế bào nhờ cytoskeleton Khi màng của các túi chuyên chở và màng tế

15

bào tiếp xúc nhau, các phân tử lipid của màng đôi lipid sắp xếp lại Sau đó hai màng phối hợp lại và trở nên liên tục và nội dung được chuyên chở trong túi được thải ra ngoài

Nhiều tế bào tiết dùng cách ngoại xuất bào này để thải các sản phẩm của chúng như tế bào trong tụy tạng tiết ra hormone insulin và đưa chúng vào máu bằng sự ngoại xuất bào này, tế bào thần kinh dùng cách ngoại xuất bào để kích thích tế bào thần kinh khác hay tế bào cơ…

Hình 1.20: Ngoại xuất bào

Hình 1.21: Ẩm bào

b Thực bào:

Hình 1.22: Thực bào

16

Trong sự thực bào, tế bào tạo ra giả túc để bao lấy vật liệu là những mảnh

vật chất to hay những vi sinh vật hình thành một cái túi Sự thực bào chỉ xảy ra

khi protein thụ thể trên màng gắn với vật liệu phù hợp giống như việc gắn cơ

chất với enzim

Ở động vật có xương sống sự thực bào thường gặp ở những tế bào bạch

cầu để tiêu hóa các mảnh vụn lớn hay những vi sinh vật

c Nội nhập bào qua trung gian của thụ thể:

Sự nội nhập bào có sự tham gia của các thụ thể rất chuyên biệt Gắn trên

màng là những thụ thể với vị trí tiếp nhận chuyên biệt lộ ra phía ngoài của màng

Chất bên ngoài tế bào gắn vào thụ thể được gọi là ligand (tiếng Latin ligare có

nghĩa là to bind: gắn) Protein tiếp nhận thường tập hợp trên một vùng của

màng, tạo ra một cái lỏm có một lớp áo protein bao bọc

Hình 1.23: Nội nhập bào qua trung gian của thụ thể 3.2 Các bào quan:

3.2.1 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 1.24a: Mạng nội chất sần Hình 1.24b: Mạng nội chất láng

17

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

3.2.2 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

3.2.3 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

3.2.4 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

Hình 1.25: Hệ Golgi

18

3.2.5 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 bào 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 1.26: 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

3.2.6 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

* Lục lạp:

Lục 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

* 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

3.2.8 Ribô thể:

Hình 1.29: 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

21

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

3.2.9 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 góc nhau Khi có trung tử chúng là nơi xuất phát của thoi vi ống trong lúc tế bào phân cắt

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

b Tiêm mao và chiên mao:

Ở một số tế bào động vật và tế bào thực vật có một hay nhiều sợi tơ giống như tóc cử động được ở bề mặt ngoài của tế bào Nếu chỉ có một vài sợi và có chiều dài tương đối dài hơn so với chiều dài của tế bào thì được gọi là chiên mao, nếu có rất nhiều và ngắn thì được gọi là tiêm mao

22

3.3 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

3.3.1 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)

3.3.3 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

Ở 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

24

Kết quả tạo ra các glycolipid hay glycoprotein, do đó vỏ tế bào còn được

gọi là glycocalyx Lớp này nằm bên ngoài của màng đôi lipid Theo các nghiên

cứu mới đây, trong glycocalyx có những điểm nhận diện trên bề mặt tế bào, đặc điểm này giúp các tế bào phân biệt chủng loại

4 Các đại phân tử quan trọng trong tế bào:

4.1 Carbohydrate, lipid, protein:

4.1.1 Các Carbohydrate (glucide) :

Các nguyên tố tạo thành gồm: C, H và O Trong công thức của carbohydrate dù cho C bằng mấy thì tỷ lệ H và O luôn là 2:1 như trong phân tử nước Các phân tử carbohydrate rất khác nhau về kích thước nhưng chẳng khó khăn gì khi phân loại chúng Có 3 nhóm chính: đường đơn (monosaccharide), đường đôi (disaccharide) và đường phức (polysaccharide)

a Các đường đơn (monosaccharide )

Đó là các glucide đơn giản có công thức chung (CH2O)n, số n dao động từ

3 đến 7 Các đường đơn là các aldehyde hay ketone có thêm 2 nhóm hydroxyl hay nhiều hơn Đường đơn thường phân loại theo số cacbon có trong chúng Đơn giản nhất là đường 3 carbon, gọi là triose như glyceraldehyde, dihydroxyacetone

Hình 1.33: Đường 3C

- Đường 5 (pentose): như Ribose và Deoxyribose: C5H10O5; C5H10O4

- Đường 6 (hexose): như glucose, fructose: C6H12O6 Trong mỗi nhóm các nguyên tử kết hợp với nhau có thể theo các cách khác nhau, thường hình thành các cấu trúc hóa học khác nhau dù là số nguyên tử

C, H và O vẫn như nhau Các dạng cấu trúc này được gọi là các đồng phân cấu trúc

Một trong số các kiểu đồng phân có vai trò quan trọng cho hoạt động sống của tế bào đó là Glucose và Fructose

Các nhóm aldehyde hay ketone của một gluxide có thể phản ứng với nhóm hydroxyl Phản ứng này có thể xảy ra bên trong phân tử gluxide có n > 4

25

để tạo vòng 5 hay 6 nguyên tử cacbon Các nguyên tử C trong trường hợp này đánh số thứ tự từ 1, 2, 3, từ các đầu gần nhất với nhóm aldehyde hay ketone

b Các đường đôi (disaccharide):

Hai đường đơn có thể gắn với nhau tạo thành đường kép (disaccharide)

như saccharose (đường ăn thông dụng - glucoseα 1,2 fructose), maltose (glucoseα 1,4 glucose), lactose (galactoseβ 1,4 glucose), thường có trong cơ thể

sinh vật

Hình 1.34; Các đường đơn tạo maltose

Đường maltose được thấy trong ống tiêu hóa của người như sản phẩm đầu tiên của sự tiêu hóa tinh bột, và sau đó được gãy tiếp thành glucose để hấp thụ vào cơ thể và sử dụng cho quá trình hô hấp Maltose gồm 2 phân tử glucose kết hợp với nhau bởi mối liên kết glycosid Trong cơ thể sống mối liên kết này hình thành qua một số bước, mỗi bước do 1 enzyme xúc tác

c Các đường đa (polysaccharide):

Là các polymer được cấu tạo từ các đơn vị đường đơn (monomer) chủ yếu

là glucose do có phân tử lớn Các polysaccharide được coi là các đại phân tử sinh học nhưng việc tổng hợp chúng giống với các phân tử nhỏ Ví dụ: tinh bột bao gồm nhiều trăm đơn vị glucose nối nhau Tinh bột gồm 10-20% amylose tan trong nước, 80-90% amylopectin không tan trong nước gây tính chất keo cho hồ tinh bột Tinh bột là chất dự trữ của tế bào thực vật, glycogen là chất dự trữ của

tế bào động vật Nó có cấu trúc phân tử rất giống amylopectin nhưng phân nhánh mau hơn qua khoảng mỗi 8-12 đơn vị glucose (amylopectin - 24-30 đơn vị) Cellulose với số đơn vị glucose là 300-15000, không xoắn cuộn được mà như 1 băng duỗi thẳng tạo vi sợi

d Vai trò của carbohydrate trong sinh vật:

Là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu của sinh vật, thực vật tổng hợp nên các chất đường đơn, đường đôi và tinh bột Động vật ăn thực vật rồi chuyển glucide thực vật thành của nó và dự trữ ở dạng glycogen, glycogen khi cần thì

Lipid không tan trong nước do được cấu tạo bằng những nối C - H không phân cực, chúng ngăn cản các phân tử nước xâm nhập vào và kết quả là những phân tử lipid kết tụ lại với nhau tạo ra những giọt không tan Tuy nhiên, 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

a 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 gr mỡ chứa năng lượng gấp 2 - 3 lần nhiều hơn carbohydrat hay protein

Tất cả mỡ đều có sườn chính là glycerol, chứa 3 nguyên tử C, mỗi phân tử nối với một chuỗi acid béo tạo ra một triglycerid Acid béo là một chuỗi những hydrocarbon với chiều dài thay đổi và tận cùng là nhóm carboxyl (-COOH), các acid béo được nối với phân tử glycerol ở nhóm carboxyl; các acid béo trong dầu

và mỡ ăn được chứa từ 4 - 24 nguyên tử C Ba loại acid béo chính là acid stearic, acid palmitic và acid oleic Acid béo có số lượng H tối đa được gắn vào

C (như acid stearic) được gọi là bảo hòa vì không có nối đôi giữa hai nguyên tử

C như bơ, mỡ heo và mỡ các động vật khác Acid béo với các nối đôi được gọi

là chưa bảo hòa như dầu olive, dầu bắp, thường ở dạng lỏng ở nhiệt độ thường Dầu có hơn một nối đôi được gọi là nhiều lần chưa bảo hòa (polyunsaturated) Margarin chưa bảo hòa chứa 70% của dầu nhiều lần chưa bảo hòa có xu hướng được thay thế bơ trong bửa ăn hàng ngày của những người ăn kiêng vì các mỡ bảo hòa gây các bệnh về mạch máu

27

Hình 1.35: Cấu tạo của lipid

b Lipid bảo vệ: sáp (waxe):

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 (inert) 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

c 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

28

Vì gốc phosphat mang điện tích âm nên đầu phosphat của phospholipid ưa nước (hydrophilic) và tan trong nước, đuôi acid béo kỵ Phospholipid nước (hydrophobic), không tan trong nước Sự khác biệt về tính chất đối với nước của hai đầu của phân tử (nên có tên là lưỡng

Hình 1.36: Phospholipid

ái: amphipatic) giữ cho phospholipid dễ dàng tạo thành màng đôi trong cấu trúc

tế bào Khi phospholipid được đưa vào nước, đầu kỵ nước bị đẩy ra khỏi nước

và tụ tập lại với nhau tạo ra các micel hay màng hai lớp lipid

- 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