Bài giảng tế bào học động vật phần 1

Mục tiêu Mô tả Chuẩn đầu ra CLO1 Sinh viên có kiến thức cơ bản về vai trò, chức năng, các thuật ngữ và nguyên lý căn bản của tổ chức tế bào động vật PLO1,PLO2; PLO3; CLO2 Sinh viên có

Trong bài giảng sử dụng nhiều nguồn tư liệu khác nhau với mục tiêu phục vụ giảng dạy và

chỉ lưu hành nội bộ

NHỮNG THÔNG TIN CHÍNH VỀ MÔN HỌC

Lý thuyết (30 tiết)

- Giảng trên lớp: 24 tiết

- Thảo luận tại lớp: 6 tiết

Tự học: 60 tiết

Đánh giá:

- Kiểm tra: 1 bài (10%)

- Seminar chuyên đề theo nhóm: 30%

- Kiểm tra hết môn: 60%

Trắc nghiệm (50 câu)

Chọn câu đúng nhất

Chọn đúng/sai

(Chỉ được chọn 01 lần)

Liên hệ: nntan@hcmuaf.edu.vn; DĐ: 0948 993 338

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 3

Tài liệu tham khảo

SÁCH

• The cell: A molecular approach Fourth edition

• Giáo trình Sinh học tế bào 2010 PGS-TS Nguyễn Như Hiền

Nhà xuất bản giáo dục Việt nam

TẠP CHÍ:

- Developmental Biology

- BMC Biology

- Journal of Biological Chemistry

- Journal of Cell Biology

- Journal of Molecular Biology

YÊU CẦU CHUNG Không:

- Không dùng điện thoại trong giờ học (tắt hoặc chuyển sang chế độ im lặng trước khi vào lớp

- Không đi trễ (Đúng giờ là thước đo phép lịch sự)

- Không làm việc riêng trong giờ học, không ồn ào (ngủ không được ngáy to ảnh hưởng người khác)

Được:

• Được quyền thảo luận với giảng viên bất kỳ khi nào

trong giờ học

• Được quyền góp ý với Giảng viên nếu mình cảm thấy

Giảng viên không đáp ứng nhu cầu học của mình

• Được quyền tranh luận trong các hoạt động nhóm

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 5

Mục tiêu Mô tả Chuẩn đầu ra CLO1 Sinh viên có kiến thức cơ bản về vai trò, chức năng, các thuật ngữ và nguyên lý

căn bản của tổ chức tế bào động vật

PLO1,PLO2; PLO3;

CLO2 Sinh viên có khả năng mô tả cấu trúc và tổ chức của tế bào động vật, mô tả

tính năng của màng tế bào, các cơ chế liên quan đến vận chuyển qua màng, mô

tả vai trò chức năng của bào quan và cơ chế vận chuyển nội bào,

PLO2; PLO3; PLO4;

PLO5

CLO3 Sinh viên có khả năng giải thích nguyên lý chung của hiện tượng thông tin liên

lạc giữa các tế bào, giải thích vai trò của hệ thống khung sợi trong chức năng của tế bào, giải thích và mô tả quá trình phân chia, phát triển và tự hủy của tế bào, hiểu về sinh học của tế bào ung thư, giải thích vai trò của tế bào gốc trong việc biệt hóa thành các tế bào, mô và cơ quan chuyên biệt, mô tả tính chất cơ bản của bốn loại mô cơ bản: biểu mô, mô cơ, mô thần kinh và mô liên kết

CLO6 Tôn trọng quy luật sinh học đề xây dựng đạo đức nghệ nghiệp, thể hiện trách

nhiệm đối với xã hội, tôn trọng sự thật của sự sống, nhận định vấn đề sự sống một cách khách quan

PLO8; PLO11;

Chuẩn đầu ra môn học đáp ứng với chương trình đào tạo

Nuôi cấy tế bào

• Tế bào trứng

• Thụ tinh ống nghiệm

• Nuôi cấy TB fibroplast

• UD SHPT trên tế bào

trứng - Phôi

Di truyền phân tử

• Gene ứng cử cho hỗ trợ chọn lọc

• Nguồn gốc vật nuôi bản địa (chủ

yếu dựa vào DNA ty thể)

• Phân biệt loài gia súc ở mức phân

tử

Phòng thí nghiệm Phôi Động vật

và hướng mở cho nghiên cứu

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 7

Bài 1 BÀI MỞ ĐẦU

 Một số khái niệm, thuật ngữ

 Học thuyết tế bào

 Cấu tạo cơ bản của tế bào

 Phương pháp nghiên cứu về tế bào

 Ứng dụng sinh học tế bào trong thực tiễn

Sinh học (Biology)

Hóa học

(Chemistry)

Lý học (Physic)

Nguồn gốc và tiến hóa của sự sống trên trái đất

(Origin and evolution of life on earth)

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 9

Tế bào (cell): đơn vị cơ bản của sự sống

Hệ thống sống: Tế bào, cơ thể, quần thể/quần xã

-Là hệ thống mở (luôn có trao đổi vật chất, năng lượng, thông tin

-Entropi: xu hướng giảm

Hệ vô cơ

-Là hệ thống kín

-Entropi: xu hướng tăng

Entropi: đại lượng chỉ độ về trật tự hay năng lượng vô ích

của hệ thống

Một vài khái niệm cơ bản

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 11

Robert Hooke

Zacharias

Janssen

• Quan sát lát cắt mô bần

• Phát hiện cấu trúc như tổ ong và gọi

là “cells”

•

Robert Hooke

Anton van Leeuwenhoek

Zacharias

Janssen

Cải tiến công nghệ về thấu kính

Là người đầu tiên kiểm tra và mô tả về vi sinh vật (như vi khuẩn) trong giọt nước Gọi chúng là

“động vật nhỏ” (little beasties)

Tế bào không phải là xoang rỗng, có cấu trúc phức tạp

(Leeuwenhoek microscopes)

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 13

Lần đầu tiên phát hiện tinh trùng trong tinh dịch

 Tinh trùng là ký sinh trùng (Animalcule -parasites)

Nicolas Hartsoeker (1694): The human infant

preformed in the sperm

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 15

Anton van Leeuwenhoek Matthias

Schleiden

Schleiden: thực vật được cấu tạo

từ tế bào

Schwann: Động vật được cấu tạo

từ tế bào

Theodore Schwann

Anton van Leeuwenhoek

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 17

Virchow: Tế bào được sinh ra từ tế bào

Theodore Schwann

Leeuwenhoek

Matthias Schleiden

Rudolph Virchow

C_E_L_L_T_H E_O_R_Y _

Chleiden-Schwann-Virchow  học thuyết tế bào

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 19

Học thuyết tế bào theo quan điểm hiện đại

• Tế bào được sinh ra từ tế bào có trước Tất cả tế bào tồn tại trong tất cả các cơ thể hiện nay chỉ là hậu duệ của tế bào nguyên thủy (tự sinh trong môi trường trái

Nguồn gốc và tiến hóa tế bào

Archaebacteria: động vật đơn bào nguyên thủy; Cyanobacteria: vi khuẩn lam;

Eubacteria: vi khuẩn có thành tế bào cứng; Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 Protist: sinh vật đơn bào 21

Thành phần cơ bản của tế bào

Khái niệm cơ bản về virus

Virus: không có cấu tạo tế bào

Virus có phải cơ thể sống? Virus có nguồn gốc từ đâu?

QUAN ĐIỂM

QĐ 1

Dạng sống trung

gian giữa vật chất

chưa sống sang

do đời sống siêu ký sinh của chúng

QĐ 3

• Nguồn gốc: đoạn DNA, RNA chứa một số gene tách ra từ hệ gene (genome) của 1 TB sau đó chuyển sang TB khác

• Hoạt động trong TB vật chủ như dạng ký sinh phân

tử

• Dạng thoái hóa của một dạng vi khuẩn do đời sống siêu ký sinh của chúng

• Virus chưa có cấu tạo tế

bào  chưa được xem là

cơ thể sống

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 23

Hình dạng và cấu tạo virus

So sánh tế bào nhân sơ và nhân chuẩn

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 25

Hình dạng và cấu tạo tế bào vi khuẩn

Hình dạng tế bào vi khuẩn

Cấu tạo tế bào vi khuẩn

Vi khuẩn đa dạng, đều thuộc nhóm tế bào nhân sơ

1 Cấu tạo thành tế bào

• Thành tế bào: dày 10-20 nm; tạo bởi peptidoglycan

• Tùy theo cấu tạo của peptidoglycan  bắt màu thuốc nhuộm

(Gram – Christian Gram)

• Bọc ngoài thành là màng nhầy

2 Màng sinh chất

• Màng lipoprotein (45% lipid và

55% protein)

• Cấu trúc và chức năng tương tự

màng sinh chất tế bào nhân chuẩn

Cấu tạo tế bào vi khuẩn

3 Tế bào chất

• Nước: 65-90%, không có bào quan

• Ribosome, mezosome, thể nhân Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 27

Cấu tạo tế bào vi khuẩn (tt)

4 Nucleoid và nhiễm sắc thể

• NST là phân tử DNA trần (không liên kết histon)

• Là chuỗi xoắn kép dạng vòng khu trú trong vùng tế bào chất  thể nhân (nucleoid)

• Ngoài DNA còn có plasmid (chứa thông tin di truyền)  ứng dụng plasmid để chuyển vector từ tế bào này sang TB khác

• Hệ gen không chứa các intron

Di chuyển

• Nhờ lông hoặc roi

• Lông/roi có cấu tạo đơn

giản (protein flagelin)

Tế bào E.Coli Tế bào Động vật

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 29

So sánh tế bào nhân sơ và nhân chuẩn

Vi khuẩn, vi khuẩn lam Nguyên sinh ĐV, nấm, thực vật, động vật

Kích thước bé (1-10um) Kích thước lớn (10-100um)

Vật chất di truyền: DNA trần dạng vòng

(không liên kết histon)

Vật chất di truyền: DNA + histon  nhiễm sắc thể dạng thẳng khu trú trong nhân

Chưa có nhân (có thể nhân: Nucleoid) Có nhân với màng nhân, trong nhân

chứa chất nhiễm sắc và hạch nhân

Tế bào chất chỉ có các bào quan đơn

giản: ribosome, mezosome

Tế bào chất được khoanh vùng, chứa nhiều bào quan

Phân bào: Phân đôi Phức tạp (mitosis và meiosis) với thoi

phân bào

Có lông, roi cấu tạo đơn giản từ protein Có lông và roi với cấu tạo vi ống phức

Tế bào động vật và tế bào thực vật

Tế bào Động vật Tế bào Thực vật Kích thước tế bào thường nhỏ Kích thước tế bào thường lớn

Hoàn toàn không có vách tế bào Có vách tế bào

Không có cellulose ở bất kỳ dạng nào Vách tế bào được cấu tạo từ cellulose

Bào tương: thường cô đặc, nhiều hạt và

thường chiếm hầu hết khoảng trống của tế

bào

Bào tương: được đẩy ra mặt ngoài của tế bào, hình thành màng mỏng dựa vào vách tế bào

Thường không có không bào, nếu có đó là

những bào quan nhỏ Mang tính tạm thời và

chúng phục vụ như bào quan cho việc chế

tiết

Không bào là phần nổi bật và là bào quan lớn ở tế bào thực vật Có thể hiện diện 1-2 không bào

Không có sự hiện diện của thể hạt (plastid) Hiện diện thể hạt, có thể gồm 3 loại:

chromoplasts, chloroplasts and leucoplasts

Hiện diện trung thể Không có trung thể, thay vào đó là hai vùng

sáng nhỏ, được gọi là đỉnh (polar cap)

Phức hệ Golgi nổi trội, hiện diện gần nhân tế

Tế bào động vật, thực vật và vi khuẩn

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 33

Sử dụng kính hiển vi

Nuôi cấy tế bào

Sự sống bắt đầu từ tế bào

(Life begin with cell)

a Lactococus lactis

b Methanosarcina

c Tế bào máu (Red Blood cell)

d Trứng khủng long hóa thạch (fossilized dinosaur eggs)

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 35

Kích thước

a Vòng xoắn DNA (DNA double helix): 2 nm

Kích thước tế bào

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 37

Những giới hạn về kích thước tế bào

Trải qua sự sống, cơ thể

chúng ta lớn lên như thế

nào?

Chim cánh cụt con sẽ lớn lên

như thế nào?

Làm thế nào tế bào của cơ

thể bạn làm nên cơ thể của

Nhìn và suy luận- mô tả về khu phố này

Information overload

Traffic problems

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 39

Tỷ lệ diện tích bề mặt và thể tích

Diện tích bề mặt = lượng bao phủ vật thể

Thể tích = khoảng không gian bên trong vật thể (khoảng không bên trong khi vật thể cuộn lại)

SAcube = l × w × 6

Vcube = l × w × h

1 cm×1 cm×6 = 6 cm 2

1 cm×1 cm×1 cm = 1 cm 3 SA/V = 6/1

Diện tích so với thể tích ở tế bào tăng trưởng

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 41

Những giới hạn ở tế bào tăng trưởng

• Khủng hoảng thông tin (Information crisis): quá nhiều

nhu cầu đưa vào DNA

• Vấn đề giao thông nội bào (Traffic problems): thể tích

tăng nhanh một cách tương đối so với diện tích bề

mặt, trao đổi vật liệu thiếu hụt

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 43

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 45

Phương pháp nghiên cứu sử dụng kính hiển vi

Phương pháp nghiên cứu sử dụng kính hiển vi

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 47

Hình ảnh thu được thông qua kính hiển vi

Quan sát tiêu bản tế bào bằng

kính hiển vi  biết cấu trúc

của tế bào (chết); không biết

được hoạt động sống

Hình ảnh thu được thông qua kính hiển vi

Sự cộng sinh của vi khuẩn ( Candidatus Azoamicus ciliaticola) - chuyển hóa năng lượng

từ quá trình hít thở nitrat chứ không phải oxy Mối quan hệ cộng sinh dựa trên hô hấp và truyền năng lượng như vậy là chưa từng có“ (Jana Milucka, Trung tâm Gene

Max Planck Cologne (MP-GC) thuộc Viện Max Planck của Đức Nature (3/3/21)

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 49

Độ phóng đại của kính hiển vi

Tính tổng độ phóng đại

Tổng độ

phóng đại

Độ phóng đại thị kính (eyepiece lens)

Độ phóng đại vật kính (objective lens)

X

=

Kỹ thuật nuôi cấy tế bào

Đầu TK 20: Kỹ thuật nuôi cấy tế

bào in vitro  quan sát được

trạng thái sống của tế bào như

trong cơ thể (in vivo)

Nguyên lý: Tách mô/tế bào

 nuôi cấy trong môi trường

nhân tạo (chất dinh dưỡng, pH,

nhiệt độ thích hợp)

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 53

ỨNG DỤNG SINH HỌC TẾ BÀO TRONG THỰC

TIỄN ĐỜI SỐNG VÀ SẢN XUẤT

Nhân bản vô tính Công nghệ tế bào gốc Công nghệ kháng thể đơn dòng

Nhân bản vô tính động vật

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 55

Nhân bản cừu Dolly

Cloning by Somatic Cell Nuclear Transfer

• 1952 – Briggs and King cloned

tadpoles (not mammal)

• 1996 – The first mammal cloned from

adult cells was Dolly, the sheep

Embryonic stem cell therapy

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 59

iPS cell therapy

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 61

iPS cell therapy

iPS cell therapy

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 63

Tế bào u tủy (Myeloma): không có khả năng tạo kháng thể nhưng sống lâu

Tế bào myeloma không sống được trong môi trường bổ sung HAT (Hypoxantin Aminopterin Timidin)  chết dần

Tế bào lai: sống được trong môi trường có HAT

và có khả năng tổng hợp kháng thể

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 65

Bài 2 CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG MÀNG TẾ BÀO

(Structure and Function of Cell membrane)

CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG MÀNG TẾ BÀO

(Structure and Function of Cell membrane)

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 67

MÀNG TẾ BÀO (Cell/Plasma membrane)

Định nghĩa màng tế bào

• Là màng sinh học hay là màng ngoài cùng của tế bào

• Gồm 2 lớp phospholipid (màng đôi lipid) và được xen kẽ bởi protein

• Màng mỏng có tính bán thấm (semi permeable) bao quanh tế

bào chất và các bào quan khác của tế bào

• Ở tế bào động vật, màng tế bào hiện diện ở lớp ngoài cùng của tế bào

• Ở thực vật màng tế bào nằm ngay dưới thành tế bào Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 69

Đặc điểm của màng tế bào

(Characterristic of cell membrane)

• Được tạo bởi màng đôi lipoprotein

- Dày:7-10 nm;

- Thành phần: Lipoprotein: 90% + Carbohydrate: 10%

- Lipoprotein: Lipid: 25-75%; Protein: 75-25%

- Lipid: chủ yếu là phospholipd; ngoài ra còn có Cholesterol

• Có sự gắn kết của các protein, phân bố đa dạng

• Carbohydrate: gắn kết với lipid hoặc protein ở mặt ngoài và trong màng

Đặc điểm của màng tế bào (tt)

• Điều hòa xuất/nhập bào thông qua khuyếch tán (diffuse) và thẩm thấu (osmosis)

• Cấu trúc căn bản của màng tế bào và màng nội bào là màng đôi lipoprotein và hình thành lá chắn ổn định giữa các phần chất lỏng

• Màng tế bào nhân thực cấu tạo giống TB nhân sơ nhưng phức tạp hơn

• Các protein hiện diện trên màng tế bào tác động như

là các bơm, kênh, thụ thể, enzyme hoặc các thành phần có cấu trúc

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 71

Cấu trúc màng tế bào

(Structure of Plasma Membrane)

Mô hình phân tử màng tế bào

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 73

Mô hình của Davson và Danielli (1935)

Mô hình khảm động (Fluid Mossaic Model)

Singer và Nicolson (1972) đề xuất  giải thích được tính ổn định và mềm dẻo của màng

Phospholipid kép: tạo khung liên tục

Protein: Phân bố rải rác trong khung (xuyên màng, bám rìa màng) Tạo tính “động” của màng do tính động của Lipid và Protein

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 75

Mô hình khảm động

quay, dịch chuyển

ngang, trên xuống

• Phospholipid có đuôi kỵ nước no  bền vững; có nối đôi  lỏng lẻo

• Tỷ lệ phospholipid/Cholesterol cao  màng mềm dẻo

• Nhiều Cholesterol: màng bền chắc

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 77

Thành phần lipid màng tế bào

Các phospholipid màng tế bào

Nguyen Ngoc Tan, PhD; Bio-NLU, 2022 79

Các phospholipid màng tế bào (tt)