bài giảng công nghệ tế bào chương 1 sinh học tế bào

Trong tế bào chất, hệ thống màng rất phát triển như: mạng lưới nội sinh chất, phức hệ Golgi, cùng các bào quan c6 mang nhu ty thé, lap thé, lyzosom... “*Tat cả các dạng tế bào khác nhau

Bài giảng: Công Nghệ Tế Bào

Khoa: Công nghệ sinh học — môi trường

Th.s Vưu Ngọc Dung

Chuong 1 SINH HOC TE BAO

1 Câu trúc tê bào

2 Năng lượng và trao đôi chât

3 Hô hâp tế bào

4 Sự quang hợp

TLTK: Sinh học đại cương (tập 1), Nguyễn Đức

Lượng.

Cell Membrane

Prokaryotic Cell Structure

Tế bào nhân nguyên thuỷ : vi khuẩn (bacteria) và vi khuan lam (cyamobactena)

Kích thước: 0,5 - 3um, thiếu màng nhân, thiếu các bào quan nhu: luc lap, thé lyzosom, phirc hé Golgi

Thông tin di truyén >nhiém sac thé gôm mạch xoăn kép DNA dang vong, nhiém sac thé không chứa các protide kiêm, thiêu bộ máy phân bào và hạch nhân

° _ Vách tế bào bao phía ngoài mang sinh chất tạo khung

cứng vững chắc cho tế bào->bảo vệ và cô định hình

dạng của tế bào, chông chịu các tác nhân bất lợi như

là áp suất thâm thâu của môi trường bên ngoài

°_ Độ vững chắc của vách tê bào có được là nhờ các tính

chất của peptidoglucan (còn gọi là murein) chỉ có ở

procaryote

¢ Peptidoglucan duoc cau tao tir hai loai duong gan voi một peptid ngắn gôm hai acid amin Các đường và các peptid kết nối với nhau > đại phân tử bao bọc màng tế bào

¢ Phan tmg nhuém mau violet > phan biét vi khuan: Gram duong va Gram am

> Vách tê bào của các vi khuẩn Gram dương rất dày (như Sfrepfococws), gôm peptidoglucan

> Vách của tê bao Gram 4m (nhu E.coli) g6m 3 lép: mang

tế bào, peptidoslucan và lớp dày ngoài cùng gôm lipoprotein và liposacchande tạo phức hợp lipopolysaccharide

¢ Dudi vach té bao 1A mang sinh chat bao boc té bao chat

Cogpyrigté © The Uo ee 4 49 Co ng keẰes ĐC

Gram- cell

envelope

° Mesosome là câu trúc do màng tế bào xếp thành nhiêu nếp

nhăn, lõm sâu vào khối tê bào chất Có thể đây là nơi gắn

DNA vào màng

¢ Trong nguyên sinh chất có vùng tương tự nhân gọi là

nucleotide

¢ Bo gen chia mot phan tu DNA I6n, vong tron, tron

> DNA của procaryote mang bộ gen xếp theo đường thang

xác định các đặc tính di truyện và các hoạt tính thông

thường gọi là nhiễm sắc thể

> Tế bào procaryote còn có thể có các phân tử DNA nhỏ độc lap go1 la plasmid (c6 dang vong tron)

¢ Ribosome nam trong té bao chat > tong hop protein.

© Vi khuan quang hop chứa chlorophyll

¢ Mot so vi khuan c6 cdc cau tric léng nhỏ gọi là tiêm mao (flagella) ding dé boi

¢ Té bao procaryote phan bo khắp nơi trên quả đất: sinh trưởng nhanh, chu kỳ một thế hệ ngăn, đa dạng về sinh hoá và rât mêm dẻo vê di truyền

1 Vacuole: Không bào;

Smooth ER: Lưới nội chất nhẵn;

Chloroplast: Luc lap;

Mitochodrion: Ty thé;

9 Golgi body: Thé Golgi:

10.Cell membrane: Mang sinh chat:

11 Cell wall: Vach té bao

7 Lưới nội chất hạt; Membrane

8 Lưới nội chât nhăn;

OL CÔ Vaeuole Ribosomes

Mitochondrion ©EnchantedLearning.com ;Tra

Té bao tao, nam, dong vat don bao, thuc vat va dong vật thuộc loại tế bào có nhân chính thức (eucaryote)

Nhân được bọc trong màng nhân, nhân chứa hạch nhân

và nhiễm sắc thể

Nhiễm sắc thể gồm DNA va histon

Trong tế bào chất, hệ thống màng rất phát triển như: mạng lưới nội sinh chất, phức hệ Golgi, cùng các bào quan c6 mang nhu ty thé, lap thé, lyzosom

Quá trình phân bào rất phức tạp nên cân có bộ máy phân bào

¢ Té bao thuc vat cé lép vỏ bao ngoài: polysaccharide (cellulose), trong tê bào chât có chứa các không bào

° Đa sô tế bào thực vật có lục lap > co quan chuyén hoa

quang nang thanh hoa nang

¢ Su phân chia té bao chat thuc hién nho su phat triển một

vách ngăn mới chia tê bào thành hai phân băng nhau

¢ Té bao dong vat thuong khéng c6 vỏ bao ngoài, không

có luc lap

¢ Phan bao bang sự hình thành eo thắt

° Tronø cơ thê động vật, các tế bào phân hoá khác nhau phụ thuộc vào chức năng riêng của chúng

¢ Dong vật đơn bào, cơ thé chi sôm một tê bào, nhưng

có nhiêu cơ quan nhỏ (bào quan đảm nhận chức năng khác nhau, giông như động vật đa bào)

“*Tat cả các dạng tế bào khác nhau phản ánh tính chất tiên hoá đa dạng của vật chât sông, cho phép tế bào thích nghi với những chức năng khác nhau, thích nghĩ với những điêu kiện sông khác nhau

Té bao prokaryote va eukaryote

» Kích thước tê bào nhỏ (1+3um)

»° Cầu tạo đơn giản

» Vật chất di truyền là DNA tran, dang

vong tròn năm phân tán trong tê bào

chât

° Chưa có nhần

»° Nguyên sinh chất chứa những bào quan

đơn gian nhu ribosome, long va roi cé

cau tao don gian

° Phương thức phân bào đơn giản

Kích thước tê bào lớn (3+20um)

Câu tạo phức tạp Vật chất di truyén 1A ribosome và

histone tao nén nhiém sắc thê khu trú

trong nhân

Có nhân với màng nhân Nsc được phân vùng và chứa các bào quan như mạng lưới nội chât, ti thê, luc lap, thé golgi, lysosome,

Phương thức phân bào khá phức tạp với bộ máy phân chia tê bào

Té bao dong vat va thuc vat

Có vách cellulose bao ngoài nsc ¢ Khong co vach cellulose

C6 luc lap > quang tu duéng ¢ Khong cé luc lap > di duéng

Chất dự trữ là tinh bột ° - Chất dự trự là glycogen và chất béo Vách ngăn ngang xuất hiện trong °ồỔ Sự phân chia nguyên sinh chất bằng quá trình chia phân bào cánh thắt eo ở giữa tê bào

Hệ thông không bào phát triển ° He thong không bào không phát

triên

Năng lượng và trao đôi chat

._ Năng lượng và sự chuyền hóa năng lượng trong tế bào

sinh vật

._ Sự trao đối chất trong tế bào

Enzyme va su xuc tac sinh hoc

Năng lượng và sự chuyên hóa năng lượng

> Các quy luật chuyên hóa năng lượng

* Dinh luật thứ nhất nhiệt động học (định luật bảo toàn

khôi lượng)

¢ Dinh luat thứ hai nhiệt động học

> Nang luong trong hé thong song

¢ Nang luong tu do: G

¢ Su bién doi nang lượng trong hệ thông sông:

Tổng năng lượng = năng lượng sử dụng + năng lượng that

thoát:

H=G+TS

¢ Cac phan ung thu hoac giai phong nang luong

¢ Trang thái căn bằng hóa học liên quan đến năng lượng

tự do

+ P.ứng oxy hóa (trong hoạt động hô hap)

C2H12Õ§ (hát bị oxy-hóayt Ôa 3 6CO, + 6H,O + năng lượng Trong phan ứng này có sự giải phóng nang luong tu phan tu glucose

+ Pứng khử (trong hoạt động quang hợp)

6CO, + 6H,O + ánh sáng 2 C,H,;O, + 6O,

Trong phản ứng này có sự tích lũy năng lượng trong phân tử COs khi tạo thành

ølucose.

Su trao d6i chat trong té bao

-_ Toàn bộ các phản ứng xảy ra trong tế bào sông được gọi

là sự trao đối chât

-_ Gồm hai loại phản ứng xảy ra đông thời và có tác động

lẫn nhau: sự đông hóa và dị hóa

> Sự đông hóa (anabolism) là sự liên kết các phân tử đơn

giản để tạo thành phân tử phức tạp, ví dụ amino acid > protein

> Sự dị hóa (catabolism) là sự bẻ gãy các phân tử phức tạp thành các phân tử đơn giản hơn đông thời với sự phóng thích năng lượng dự trữ trong các liên kết hóa học

-_ Sự chuyên hóa nang luong trong té bao:

+ Sinh vật tự dưỡng: hấp thu năng lượng ánh sáng mặt trời với các chất vô cơ đơn giản (CO, và nước) chuyển hóa thành những chất giàu năng lượng (như ølucose)

+ Sinh vật dị dưỡng: sử dụng năng lượng hữu cơ có san do

các sinh vật tự dưỡng tạo ra dé tao ra nang luong

CH,

/| 0

O- © - o- ° HO- P-O-P-0-P / 1 |

¢ Su thuy phan ATP tao nang luong

ATP + H,O > ADP + Pi + năng lượng

- Dac tinh quan trong cua phan ứng này là giải phóng nang luong tu do

- Nang luong tao ra khoang -12kcal/mol ( -20kJ/mol )Ở

điêu kiện nhiệt độ, pH và nông độ cơ chât đặc trưng

của tê bào sông

°Ò Cặp phản ứng giải phóng và thu năng lượng từ ATP

Các chât tham gia vào quá trình chuyền hóa năng lượng:

+ Các chất chuyên chở hydrogen và điện tử:

Enzyme va su xtc tac sinh hoc

a

JComplexe

' Enzyme-substrat

¢ Tinh dac hiéu cua enzyme: la cac chat lam gia tang toc

độ của phản ứng hóa hoc

°Ö Các yêu tô ảnh hưởng đên hoạt lực của enzyme

NYMR

H6 hap té bao

Sự hô hấp tê bào

Sinh tông hợp ATP

Các giai đoạn của hô hâp tế bào

Chuỗi vận chuyền điện tử hô hấp

Nguyên liệu của quá trình hô hấp

Ý nghĩa của hô hấp

Sự lên men

1 Sự hô hap té bao

¢ La qua trinh oxi hoa cac hop chất hữu cơ thành CO);

và H,O đồng thời giải phóng năng lượng cân thiết cho các hoạt động của cơ thê

° Có 2 dạng: tuỳ thuộc vào O; có hay không ho hấp hiểu khí và hô hấp ky khí

⁄ Hô hấp hiểu khí là sự phân huỷ chât hữu cơ (ølucose) trong điêu kiện có O› tạo CO; và H;O

⁄ Hô hấp ky khí là sự phân huỷ ølucose trong điêu kiện không có O;, sự phân huy không hoàn toàn tao ra san phẩm là những chất hữu cơ như acid lactic, rượu

Hô hập gôm 2 quá trình phân huỷ cơ chất (trao đôi chat) va tong hop ATP (trao đổi năng lượng)

Chât hữu cơ (đặc trưng là ølucose) bị phân giải tạo nên các chât trung gian và các sản phẩm cuối cùng là

CO, và một số chất trung gian có thế khử cao - làm

co chat khử của chuỗi hô hấp ở giai đoạn sau

Các chất có thế khử cao - thực hiện chuỗi hô hấp >

ATP duoc tong hop

Thực chất hô hấp là hệ thống oxy hoá khử phức tạp, các phản ứng oxy hoá - khử tách H, từ cơ chất hô hấp đến cho O, tạo nước

Năng lượng giải phóng từ các phản ứng oxy hoá - khử dùng đề tổng hợp ATP

2 Sinh tong hop ATP

a

C.H,50, + 60, — 6CO, + 6H.O + energy

Photphoryl hoa

Photphoryl hoá là quá trình tông hop ATP theo phương trình:

ADP + H,PO, — ATP + H,O

Dé phan ứng xảy ra cân:

Vv Enzyme ATP - sintetaza xúc tác

¥ Nang lượng cân thiết cho phản ứng đúng băng năng lượng chứa dung trong lién két cao nang | (~ 7,3 Kcalo/M)

° _ Trong hô hấp photphoryl hoá oxy hoá có 2 loại:

> Photphoryl hoá mức cơ chất: là quá trình tong hợp ATP nho nang lượng thải ra cua phan ứng oxy hoá trực tiêp co chat (oxy hoa

phân tử ølucose theo con đường đường phân - chu trinh Krebs)

> Photphoryl hod mirc coenzime: van chuyén H, tu co

chat dén O,, giai doan nao có đủ điều kiện về năng

lượng có enzyme xúc tác thì quá trình tổng hợp ATP xảy

ra > hay photphoryl hoá qua chuỗi hô hâp

°ồ Thuyết hoá thâm, đã giải thích cơ chế photphoryl hoá,

sự liên kết dòng điện tử trong chuỗi hô hâp với sự photphoryl hoá ở ty thê của màng ty thể

> Sự chênh lệch do sự vận chuyên e và H! qua màng làm

cho sự tích luỹ e và H* ở 2 phía của màng trong ty thé

chênh lệch nhau tạo nên thể năng điện hoá

> Thê năng điện hoá này được giải phóng nhờ các hệ thông bom proton sé cung cap năng lượng cho phản ứng tông hợp ATP

3 Các giai đoạn của hô hâp tế bào

>`¬——“

Substrate-level phosphorylation

ELECTRON TRANSPORT CHAIN AND OXIDATIVE PHOSPHORYLATION

Oxidative phosphorylation

I Dwong phan - chu trinh Crebs

© H6 hap hiéu khi theo con đường duong phan - chu trinh Krebs la con duong chinh cua ho hap té bao

° Hô hâp hiếu khí gôm 3 giai đoạn:

- Đường phân tiễn hành trong tê bào chât

- Chu trình Crebs tiễn hành trong cơ chất ty thê

- Chuỗi hô hấp tiên hành trên màng trong ty thê

¢ Duong phân: là quá trình phần huỷ phân tử ølucose

tao acid pyruvic va NADH

°_ Phân tử đường đã được hoạt hoá bởi việc găn gôc P vào mới bị phân huỷ, dạng đường - photphat phân tử

trở nên hoạt động hơn

¢ Duong phân duoc chia lam 2 giai doan:

- Phan cat phan tir glucose thành 2 phân tử trioza: AIPG

va PDA

- Bién doi AIPG va PDA thanh acid pyruvic.

°- Kết quả đường phân có thể tóm tắt là:

C,H,.O, + 2NAD + ADP + 2H,PO, — 2CH,COCOOH + 2NADH + H*+ + 2ATP

* Tronø hô hấp hiểu khí:

- Acid pyruvic tiép tuc phan huy qua chu trinh Krebs

- 2 NADH +H: thực hiện chuối hô hap dé tao HO:

2NADH + H+ +O, —2NAD+2H4H,0O

> Kết quả của đường phân là:

C,H,,O, +O, — 2 CH,COCOOH + 2H,O

Chu trinh Krebs

Chu trinh Krebs: phan huy acid pyruvic 6 ty thé do nhiéu

hệ enzyme xúc tác, các phản ứng trong chu trình là

decacboxyl hoá và dehydro hoá acId pyruvIc

Chu trình xảy ra qua 2 phân:

- Phan huy acid pyruvic tao CO,:

2CH,COCOOH + 6H,0 — 6CO,+ 10H,

-_ Các coenzime khử thực hiện chuỗi hô hap (NADH, H*,

FADH2): 10H,+50, — 10H,O

Kết quả chung là:

2 CH,COCOOH + 50, — 6CO, + 4H,O

Kết hợp giai đoạn đường phân, phương trình tổng quát của

hô hâp la: C,H,,O, + 60, — 6CO, + 6H,O

Mitochondrial <

matrix ~

Copyright © Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings

Inner mitochondrial membrane

4 Chuỗi vận chuyên điện tử hô hap

2 H* +120,

Electron transport chain

J

Oxidative phosphorylation

Chuỗi vận chuyền hơ hập là hệ thơng các chất tham gia vận chuyên từ cơ chất đến O2 xảy ra trên màng ty thể

Thanh phân chuỗi hơ hập gồm 4 tổ hợp:

Tổ hợp I: chứa NAD - H dehydrogenase xtic tac su van chuyên giữa NADH và ubiquinon

Tổ hợp II: chứa sucxinat - dehydròenase xúc tác sự

chuyên đơi giữa các acid sucxinic và ubiquinon

Tổ hợp IHII: gồm các xytocrom B va phic hợp xytocrom C- oxidoreductase, chuc nang la oxy hoa

UQH (ubiquinon khir) va chuyén dén cho xytocrom C

Tổ hợp IV: hoạt động như xytocrom — oxidase, øơm

xytocrom a, a3 phức hợp Cu - Fe - protein, xytocrom a3

-OXIdase.

5 Nguyên liệu của quá trình hô hấp

¢ Su hé hap bat dau bang phan tir glucose

¢ Nhung cac chât dự trữ trong co thé sinh vat 6 dang chat

béo, sacharose, disaccharide, polysaccharide va protein

Bava +—Cytoplasm | Oui

Membrane— xz Gi è ~~ ’ , Sy ; Rough Membrane