Bài giảng sinh học tế bào chương 1 đặng minh hiếu

Học thuyết tế bào: Những sự kiện chính trong sinh học tế bào Robert Hooke quan sát các tế bào của cây bần qua kính hiển vi đơn giản Leewenhoek khám phá ra vi khuẩn Leewenhoek khám phá

CHƯƠNG I: CẤU TRÚC TẾ BÀO

1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ TẾ BÀO 1.2 CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA TẾ BÀO

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội - Bài giảng Sinh học tế bào – Đặng Minh Hiếu, Ph.D

1

ž Cain, M L., et al Discover Biology , 2 nd

Edition (March 2002), Sinauer Associates Publisher

ž Lodish, H., et al Molecular Cell Biology , 5 th

Edition (August 2003), W H Freeman &

Company

Cell Biology 2

ž Tế bào là đơn vị cơ sở, nhỏ nhất của sự sống Cho dù là sự sống dưới dạng đơn bào hay đa bào cũng đều được hình thành và phụ thuộc vào các tế bào Các tế bào làm mọi thứ từ việc cung cấp cấu trúc, sự ổn định cho đến cung cấp năng lượng và phương tiện sinh sản cho mỗi sinh vật.

ž Sinh học tế bào là môn học khám phá về thế giới của các

tế bào, là một cuộc hành trình vào tế bào để có hiểu biết

về rất nhiều loại tế bào, giải phẫu của tế bào và các quá trình của tế bào

3

1.1.1 Lược sử nghiên cứu về tế bào 1.1.2 Thành phần hóa học của tế bào

4

Source: http://www.biology.arizona.edu/cell_bio/tutorials/cells/cells3.html

1 Tất cả các thể sống đều được làm từ một hay nhiều tế bào.

2 Các tế bào được hình thành từ những tế bào đang tồn tại.

3 Tế bào là hình thái nhỏ nhất của sự sống.

Học thuyết tế bào:

Những sự kiện chính trong sinh học tế bào

Robert Hooke quan sát các tế bào của cây bần qua kính hiển vi đơn giản Leewenhoek khám phá ra

vi khuẩn

Leewenhoek khám phá ra sinh vật đơn bào

Kolliker mô

tả ti thể trong cơ

Kock sử dụng thuốc nhuộm aniline để xác định vi khuẩn gây bệnh lao và dịch tả

Ruska xây dựng kính hiển vi điện

tử truyền qua đầu tiên

Schleiden và Schwann trình bày Học thuyết

tế bào

Golgi nhuộm tế bào với Nitrat bạc, bộ máy Golgi được phát hiện

Kính hiển vi điện tử quét thương mại đầu tiên ra đời

Con cừu sinh sản vô tính đầu tiên

5

Robert Hooke (1635 - 1703) -Nhà khoa học thực nghiệm lớn của thế kỷ 17

-Cha đẻ người Anh của kính hiển

vi

-Đóng góp trong nhiều lĩnh vực từ Vật lý, thiên văn, hóa học, sinh học, địa lý, kiến trúc và công nghệ hàng hải

-Đóng góp cho sinh học chủ yếu trong cuốn sách Micrographica xuất bản năm 1665

Tế bào cây bần dưới kính hiển vi của Hooke

Cell Biology 4

Anton van Leeuwenhook (1632 - 1723)

-Thương nhân và nhà khoa học lớn thế kỷ 17

-Đóng góp quan trọng trong sự phát triển của kính hiển

vi và vi sinh vật học

-Được biết đến như nhà vi sinh vật học đầu tiên

-Người đầu tiên quan sát được vi khuẩn, sợi cơ, tinh trùng và tế bào máu trong mạch máu

7

1.1.2 Thành phần hóa học của tế bào

8

Acid Nucleic

Drawed by C Glogowski @ Cape Brenton Univ., Canada

http://faculty.capebretonu.ca/cglogowski

Liên kết diestephotphat

9

Protein

Cell Biology 6

Glycogen

Simple starch

Cellulose

Polysaccharides

α(1,6)-glucosid α(1,4)-glucosid

α(1,4)-glucosid

β(1,4)-glucosid

11

Glucose + 2NAD + 2ADP +2Phosphate groups > 2 pyruvic acid + 2NADH + 2ATP

12

13

Cell Biology 8

1.2.1 Cấu trúc tế bào không nhân (Prokaryote) 1.2.1 Cấu trúc tế bào có nhân điển hình (Eukaryote)

15

16

Tế bào không nhân (Prokayote) là nhóm các sinh vật không có nhân hay các bào quan có màng khác như ty thể, lục lạp, Golgi Tuy nhiên, một số chủng như chủng vi khuẩn Planctomycetes trong nhóm tế bào không nhân cũng có một lớp màng đơn bao quanh DNA

Hầu hết sinh vật không nhân là thể đơn bào trừ một vài trường hợp như Myxobacteria có

1.2.1 Cấu trúc tế bào không nhân (Prokayote)

Tua

Màng sinh chất Thành tế bào Vỏ Thể vùi

Roi Vùng nhân (nucleoid) chứa ADN

Cell Biology 10

1.2.2 Cấu trúc tế bào có nhân điển hình (Eukayote)

Tế bào có nhân điển hình là tế bào có chứa nhân là cấu trúc gồm vật liệu di truyền được đóng gói bởi màng nhân và những cấu trúc được bao bọc bởi màng khác như ty thể, bộ máy Golgi, lục lạp (trên tế bào thực vật)…

Source: http://www.celldiagram.net/

19

Màng tế bào (màng sinh chất )

Nguồn: http://www.cytochemistry.net/

Nguồn: http://www.life-enhancement.com/

ØBao bọc quanh tế bào, phân cách phần bên trong của tế bào với môi trường bên ngoài

ØCấu trúc hai lớp, chứa chủ yếu là các protein và lipid.

ØProtein hoạt động như các kênh vận chuyển, khảm vào lớp lipid kép một cách linh động

Ngoài ra còn một số các phân tử carbonhydrates

và các cholesteron có chức năng tăng cường

sự ổn định

20

Nguồn: http://www.frontiers-in-genetics.org Nguồn: http://micro.magnet.fsu.edu/cells/

diễn ra quá trình nhân đôi DNA và tổng hợp RNA.

ØBao gồm sợi nhiễm sắc, nhiễm sắc thể, nhân con, màng nhân

ØNhân con là nơi tổng hợp và chứa các rRNA phục vụ cho các quá trình tổng hợp protein của

tế bào.

ØMàng nhân có cấu trúc hai lớp, có các lỗ nhân Màng nhân bảo vệ DNA khỏi các phân

tử có khả năng gây tổn thương đến cấu trúc hay ảnh hưởng đến hoạt động của DNA, điều hoà sự vẩn chuyển chất từ tế bào chất vào nhân và ngược lại

21

Ribosome

ØCấu tạo từ các rRNA

và các ribosomal protein, gồm hai tiểu phần kết hợp vừa vặn với nhau trong quá trình sinh tổng hợp protein dựa trên các thông tin trên mRNA

ØRibosome có thể nằm

tự do trong tế bào chất hay gắn vào màng của lưới nội chất

Cell Biology 12

Nguồn: http://cellbiology.med.unsw.edu.au/units/images

Lưới nội chất (ER)

Nguồn: http://www.mcatzone.com/uploads

Nguồn: http://learn.hamamatsu.com/galleries/

ØLà hệ thống các xoang, túi màng trong tế bào nhân thực

ØCó chức năng biến đổi các protein, hình thành các phân tử lipid và vận chuyển các chất bên trong tế bào

ØCó hai loại lưới nội chất: lưới nội chất hạt và lưới nội chất trơn.

ØLưới nội chất hạt tạo ra và vận chuyển các protein dành cho màng sinh chất và sụe tiết chế

Vài phut sau khi được tổng hợp, hầu hết protein được chuyển đến bộ máy Golgi trong các túi

ØLưới nội chất hạt cũng có chức năng sửa chữa, bao bọc và quyết định đặc tính các protein

23

Bộ máy Golgi

Nguồn: http://www.zoology.ubc.ca/~berger/

Nguồn: http://www.cancerquest.org/

ØTạo thành bởi các túi màng dẹt xếp trồng lên nhau, sinh ra từ đoạn chuyển tiếp không hạt của lưới nội chất hạt

ØChức năng chính là chế biến, bao gói các đại phân tử cho tế bào như protein, lipid, là trung tâm vận chuyển, phân phối các chất trong tế bào

ØPhần lớn các bóng vận chuyển sau khi rời khỏi lưới nội chất hạt được chuyển đến bộ máy Golgi, noi chúng được tổng hợp, đóng gói, vận chuyển tuỳ theo chức năng của chúng

24

Nguồn: http://course1.winona.edu/sberg/

Lysosome

Nguồn: http://images.protopage.com/

ØLà một bào quan của tế bào nhân thực chứa các enzyme thuỷ phân, được tạo ra bởi bộ máy Golgi Màng đơn giúp lysosome ổn định pH thấp (4.8) nhờ hệ thống bơm proton (H+)

từ tương bào và bảo vệ tương bảo khỏi tác động của các enzyme thuỷ phân

ØĐược sử dụng để phân huỷ các đại phân tử trong quá trình thực bào, tiêu hoá các vi khuẩn xâm nhập vào tế bào và sửa chữa các tổn thương của màng bào tương nhờ sử dụng các mảnh vá màng tế bào

ØCác enzyme chính bao gồm: lipase, carbohydrase, protease, nuclease

25

Không bào ØĐược bao bọc bởi một lớp màng, bên trong chứa nước với các phân

tử vô cơ, hữu cơ và các enzyme dạng hoà tan

ØChức năng chính bao gồm: ngăn cách các chất có thể đe doạ hay gây ảnh hưởng tới hoạt động của tế bào, chứa các chất thải, ổn định

pH, ổn định ap suất bên trong tế bào do đó hỗ trợ cấu trúc của tế bào (lá, hoa), chứa các phân tử nhỏ, thải các chất không cần thiết

ra khỏi tế bào

ØCó vai trò trong quá trình tự phân giải của tế bào, phân giải các vi khuẩn xâm nhập, các protein lỗi, đào thải, tiêu huỷ các chất cặn bã

Cell Biology 14

Nguồn: http://www.historyforkids.org/

Ty thể

Nguồn: http://www.thesophiestory.co.uk/

Nguồn: http://www.cancerquest.org/

ØCó chiều dài từ 1- 4 µm, cấu trúc khác nhau tuỳ thuộc loại tế bào, bao gồm: màng ngoài bao trùm toàn bộ ty thể, màng trong tạo thành các nếp gấp hay còn gọi là mào (cistae) hướng vào tâm Mào chứa các bộ phận có chức năng tổng hợp ATP

ØTy thể chứa các ribosome và DNA, do vậy chứa vật chất di truyền riêng và có các nhà máy sản xuất RNA và protein chính nó.

ØChức năng chính là chuyển hoá các chất hữu

cơ thành năng lượng cho tế bào dưới dạng ATP Ngoài ra đóng vai trò trong các quá trinh apotosis, điều hoà trạng thái oxy hoá khử của tế bào, tăng sinh tế bào, tạo nhiệt, tổng hợp nhân, tổng hợp steroid, tổn thuơng tế bào thần kinh, etc

27

Nguồn: http://www.wellesley.edu/

Lục lạp

Nguồn: http://faculty.ksu.edu.sa/

ØHình bầu dục, là một trong 3 dạng lạp thể (vô sắc lạp, lục lạp, sắc lạp) chỉ có trong các tế bào có chức năng quang hợp ở thực vật, tạo ra năng lượng cho tế bào thực vật

ØĐược bao bọc bởi màng kép (hai màng), bên trong là khối cơ chất không màu - gọi là chất nền (stroma) chứa prôtein ưa nước và các hạt nhỏ (grana).

ØLục lạp chứa DNA và ribosome nên có khả năng tổng hợp những protein cần thiết cho mình

28

Nguồn: http://celldynamics.org/

Nguồn: http://www.olympusmicro.com/

Ống vi thể

ØLà những ống rỗng hình trụ, đường kính ~ 25nm, được quấn quanh bởi 13 sợi nguyên (là các chuỗi polypeptit hình cầu, là sản phẩm nhị hợp của anpha và beta tubulin) Chúng có những biểu hiện rất hoạt tính như gắn GPT cho quá trình polymer hoá Chúng được

tổ chức bởi trung thể

ØNhiệm vụ chính: Vận chuyển bên trong tế bào, sự vận động của lông và roi, cấu tạo nên thoi vô sắc, tạo nên lớp màng bảo vệ ở tế bào thực vật.

29

Trung thể

Nguồn: http://www.nature.com/

ØLà trung tâm tổ chức các ống vi thể, điều hoà tiến trình phân bào

Ølà sự kết hợp của hai trung tử nằm vuông góc nhưng không chạm nhau và xung quanh có các chất vô định hình (PMC) Mỗi trung tử gồm

9 mặt, mỗi mặt có 3 ống vi thể chạy dọc giống như cấu trúc của guồng quay khung cửi.

Øthường kết hợp với nhân trong suốt gian kỳ của phân bào Khi đó, màng nhân tan đi và các ống vi thề của trung thể có thể tương tác với chromosome để tạo thoi

vô sắc.

ØNhân đôi một lần duy nhất trong gian kỳ Trong suốt pha trước của phân bào, các trung thể đi về hai cực của tế bào va giữa chúng hình thanh thoi vô sắc

Cell Biology 16

Vi khuẩn Chlamydia trachomatis gây hầu hết các

bệnh qua đường tình dục

Vi khuẩn cổ Methanospirillum

hungatii cho thấy mặt cắt (hai

hình có hình tròn) và một tế bào nằm ngang đang trong quá trình sinh sản phân đôi thành 2 tế bào

Vi khuẩn, Borrelia burgdoferi, được biết đến như

là xoắn khuẩn vì các tế bào có hình dạng xoắn, gây bệnh Lyme có thể lây truyền qua người qua các vết cắn

Vi khuẩn này là một phần của chủng Streptomyces sản sinh ra kháng sinh streptomycin, erythromycin

và tetracyline

Vi khuẩn này là Escheichia coli, thường là vi khuẩn có hại trong ruột người Tuy nhiên, chủng độc tố có thể lây nhiễm và sinh sôi trên thức ăn, chẳng hạn như hamburger sống, gây ốm hoặc chết đối với người ăn chúng

31

Sinh vật nguyên sinh tạo thành một nhóm các sinh vật gồm cả đơn bào và đa bào Một số giống động vật, một số giống thực vật và một số giống nấm Tuy nhiên điều nay không phải luôn như vậy, rất nhiều động vật nguyên sinh thể hiện đặc tính của cả động vật và thực vật Mối liên quan tiến hóa giữa chúng vẫn còn ít được biết đến

Tảo biển, chẳng hạn rau diếp biển, trong số những sinh vật nguyên sinh phổ biến, tảo xanh, tìm thấy dọc

bờ biển

Sinh vật giống động vật như là Paramecium, ciliate,

có thể bơi sử dụng các lông mao

Tảo cát là một nhà sản xuất quan trọng trong nước và môi trường nước Lớp vỏ giống như

cỏ là những tác phẩm nghệ thuật dưới kính hiển vi

Tập hợp của các apicomplexa, nhóm các sinh vật nguyên sinh ký sinh Trong hình

là chủng Pasmodium, gây bệnh sốt rét

Các tảo đơn bào dinoflagellate, giống như trên hình, có thể nhân lên rất nhanh chóng tạo thành những cơn thủy triều đỏ nguy hiểm

32

đa bào sống nhờ tổng hợp quang năng

Dương xỉ và các họ hàng gần gũi tiến hóa

độ cao lớn Loài dương xỉ Ama’uma’u này chỏ sinh trưởng ở Hawaii

Cây hạt trần phổ biến nhất là các cây có quả hình nón Rât nhiều cây có quả hinh nón chẳng hạn cây củ tùng to lớn này là nguồn sản xuất giấy và gô quan trọng

Rêu và các họ gần gũi, nhóm thực vật cổ điển nhất, không có hệ thống mạch và không thể phát triển cao hơn vài inch

Trên núi Sago ở Sumatra, cây hạt kín Rafflesia arnoldii tạo ra loài hoa lớn nhất thể giới với đường kính đo được lên tới 1 met

Hoa lan, nhóm hạt kín có nhiều loài nhất trên thế giới cũng cho ra đời những loài hoa đẹp nhất trên thế giới

33

Nấm gần gũi với đời sống nhất là các loài nấm mũ, tuy nhiên phần lớn cơ thể của chúng thường chìm dưới đất Một vài loài nấm có chức năng phân hủy, chúng phân giải các sinh vật đã và đang chết Một vài loài khác lại sống ký sinh trên hoặc trong cơ thể sinh vật khác, chúng có thể gây hại hoặc cộng sinh cùng có lợi với sinh vật chủ

Các chủng basidiomycetes có mùi hôi, được biết đến như là nấm lõ chó, thu hút ruồi Chúng được bao phủ bởi các bào tử hôi và phân tán bào

tử của chúng khi ruồi bay đến những nơi khác

Pilobolus, một chủng zygomycetes sống trên phân thú vật,

có thể bắn các bào tử của chúng ở vân tốc tức thời 50 km/h

Cell Biology 18

Động vật là các sinh vật đa bào thường có khả năng di chuyển

Động vật phân loại theo loài từ loài nhỏ và đơn sơ như hải miên (sinh vật xốp dưới biển) cho đến những sinh vật to lớn

và phức tạp như voi, cho thấy

sự đa dạng lớn về hình thái và kích thước

Cnudarians bao gồm sứa, giống trên hình, cũng như cỏ chân ngỗng và san hô Các thành viên nhóm này là những sinh vật có mô thật được dùng để bảo vệ và chống lại các kẻ săn mồi

Các Flatworm, giống như các flatworm như thế này dọc bờ biển nước Mỹ, trong nhóm những động vật sớm nhất có cơ quan thật và hệ thống các cơ quan

Các động vật thân mềm bao gồm ốc sên, sên, và bạch tuộc đến những con trai lớn

ở những vỉa đá ngầm nhiệt đới Thuộc họ động vật thân mềm, phần thịt mềm của trai được bảo vệ bởi lớp vở cứng ngoài

Hải miên (bọt biển) là động vật biển cổ

nhưng không có mô thật

35

Đặc tính cơ bản của loài hoàn tiêt, còn đwược biết đến như là sâu phân khúc, chính la sự phân khúc Cơ thể của chúng là sự bố trí của nhiều phần lặp lại có thể thấy như là một chuỗi các khúc riêng biệt Sự bố trí cơ thể như vậy có thể gặp ở động vật chân đốt và động vật có xương sống, cho thấy sự tiến hóa của rất nhiều hình thái cơ thể

Loài echinoderm, bao gồm sao biển

và nhím biển, rất gần gũi với động vật có xương sống

Động vật chân đốt bao gồm loài giáp xác như tôm hùm

và cua, cũng như động vật nhiều chân, nhện và một nhóm có nhiều loài nhất là côn trùng Loài bướm Morpho, một cư dân của rừng nhiệt đới, là một trong những côn trùng đẹp đẽ nhất trên trái đất

Động vật lưỡng cư, sinh vật đầy nhớt bao gồm ếch, như loài ếch mũi tên độc từ Costa Rica như hình vẽ, và kỳ nhông thường sống một phần cuộc sống dưới nước, một phần trên cạn

Động vật có xương sống là những động vật có khung xương bao gồm cá, bò sát, lưỡng cư, chim và động vật có vú Trên hình là loài cá từ những rặng san hô ở Thái Lan Cá là động vật có xương sống sớm nhất trên trái đất

Động vậ linh trưởng bào gồm khỉ, khỉ hình người và con người Trong nhóm này chúng ta có thể tìm thấy loài gần gũi với chúng ta nhất, loài vượn trên hình vẽ, và loài gorilla

Động vật có vú được phân biệt bởi con cái có tuyến sữa sản sinh

ra sữa, cũng như là con con khi sinh ra đã có thể sống (không phải

là trứng sau đó được ấp nở) Những con chuột túi trên hình là động vật có vú, giống gấu, chó, sư tử và con người

36