SINH HỌC TẾ BÀO - PHÂN TỬ pps

lập được “bản đồ gen”, giải mã một gen lạ nhanh chóng hoặc đưa một gen mong muốn vào tế bào, sản xuất ra các sản phẩm của gen với một khối lượng lớn ...Các lĩnh vực này tạo thành ngành d

SINH HỌC TẾ BÀO - PHÂN TỬ

I SƠ LƯỢC LỊCH SỬ - CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

 Tế bào trong cơ thể chúng

ta có kích thước nhỏ gấp 5 lần ngưỡng nhìn thấy của mắt thường Kích thước của các bào quan trong tế bào còn nhỏ hơn nhiều lần, do đó, lịch sử nghiên cứu tế bào gắn liền với

sự phát triển của các phương tiện kỹ thuật cùng các ngành vật lý và hoá học

 Kính hiển vi quang học

(KHVQH) được sáng chế khoảng giữa thế kỷ XVII và Robert Hook (1655) quan sát được các hốc trống trong thân cây bấc, ông gọi là

“khoang” (cell = khoang =

tế bào), sau đó, thuật ngữ

“cell” được sử dụng như tế

bo Giữa thế kỷ XIX, “Học thuyết tế

bào ” ra đời (Schleiden và Schwann)

với luận điểm cơ bản “cơ thể động và

thực vật được cấu tạo bởi các tế bào có

nhân” Vào lúc này, các nhà khoa học

chỉ biết rằng

tế bào gồm có màng, nguyên sinh chất và nhân

 Kính hiển vi điện tử (KHVĐT) ra đời (gồm KHVĐT

xuyên và KHVĐT quét- Hình: Hồng cầu dưới KHVĐT quét) trong những năm 30 thế kỷ XX, cho phép quan sát các bào quan nhỏ bên trong tế bào Tuy nhiên, cả KHVQH

và KHVĐT chỉ cho phép nghiên cứu các cấu trúc bất động

mà thôi Trong thực tế, cấu trúc sinh học luôn vận động và chỉ có trong vận động chúng mới thể hiện đầy đủ chức năng sinh học của mình

sắc ký, điện di, lọc phân tử cho phép phân tách, tách chiết các thành phần riêng biệt của tế bào Nhờ đó có thể nghiên cứu khối lượng, kích thước, thành phần hoá học của chúng và thực hiện các mô hình trộn chúng trở lại với nhau để xác định các

sản phẩm của chúng (hệ thống tái lắp ráp) Việc theo dõi, xác định các sản phẩm sinh

học được thực hiện nhờ các quá trình đánh dấu qua việc sử dụng các chất đồng vị phóng xạ và phương pháp phóng xạ tự chụp hoặc bằng phương pháp hoá mô miễn dịch

lập được “bản đồ gen”, giải mã một gen lạ nhanh chóng hoặc đưa một gen mong muốn vào tế bào, sản xuất ra các sản phẩm của gen với một khối lượng lớn .Các lĩnh vực này tạo thành ngành di truyền, ngành công nghệ gen phục vụ trong y học, dược học, nông nghiệp, môi sinh

 Như vậy, sinh học phát triển được là nhờ nhiều phương pháp Mỗi phương pháp

có những ưu và khuyết điểm riêng, nhưng tất cả chúng cho phép ta có một cái nhìn tổng quát về sự sống

II ĐỐI TƯỢNG VÀ MỤC TIÊU MÔN HỌC:

Định nghĩa: Tế bào là đơn vị cấu tạo và chức năng nhỏ nhất của cơ thể sống

 Các tế bào mới được thành lập từ sự phân chia của các tế bào đã có sẵn

bào của cơ thể

 Tính vận động: sự vận động sinh học bao gồm cả nghĩa cơ học lẫn chuyển

hoá, thay đổi không ngừng các cấu trúc;

 Tính sinh sản: là khả năng tạo ra những phiên bản mới (copy) với tính chất

tương tự chính mình;

 Tính cảm ứng: là khả năng thu nhận thông tin từ tương tác với môi trường

xung quanh và tự mình biến đổi, đáp ứng với điều kiện của môi trường;

 Tính phức hợp: tế bào được cấu tạo từ các phân tử polyme sinh học, trong đó

các monome phân bố không tuần hoàn trên chuỗi polyme

nhưng là một công việc nghiên cứu tổng hợp tất cả các thuộc tính mà không phải là việc nghiên cứu từng thuộc tính riêng rẽ Thông qua nghiên cứu, khoa học về tế bào

tìm hiểu bản chất của sự sống, do đó nó cung cấp nền tảng cho các khoa học về sức khoẻ và bệnh tật của con người và môi trường

1 Mô tả được tế bào như đơn vị cấu trúc và chức năng cơ bản nhất của sự sống;

2 Mô tả được các bào quan với cấu tạo và chức năng bình thường của chúng;

3 Giải thích được mối quan hệ chặt chẽ giữa cấu trúc và chức năng của các bào quan, để nêu được sự biến đổi của cấu trúc hay chức năng sẽ dẫn đến các rối loạn của cơ thể;

4 Nắm được nguyên tắc - ý nghĩa của các phương pháp nghiên cứu và sản phẩm của khoa học về tế bào để trong điều kiện cụ thể có thể chỉ định hoặc triển khai các phương pháp và sản phẩm đó

III MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG CỦA SINH HỌC TẾ BÀO-PHÂN TỬ:

1 Sự tiến hóa tế bào từ Procaryot đến Eucaryot

bào nhân hoàn chỉnh) Một số tính chất phân biệt giữa hai loại tế bào này như sau:

So sánh tế bào Procaryot và Eucaryot

Đặc điểm Procaryot Eucaryot

Màng nhân

Nhiễm sắc thể

-

ít

+

+

Số lượng

Cấu trúc

Histon, nucleosom

Trạng thái của đa số gen

Tổng hợp ARN và protein

Các bào quan có màng (Ti thể,

Lưới nội Bào, Golgi, Tiêu thể )

Trung thể, thoi vô sắc

Bộ xương tế bào

Ribosom

vòng

-

mở

đồng thời

-

-

-

70S

nhiều

tuyến tính

+

đóng

tách rời

+

+

+

80S

đề then chốt nhất là chất liệu thông tin di truyền Các cấu trúc mới như màng nhân,

thoi vô sắc, nhiễm sắc thể tuyến tính có sự ngưng tụ ADN-protein vv đều cùng chung mục đích là giúp cho tế bào Eucaryot duy trì được một bộ máy thông tin di truyền khổng lồ so với Procaryot Theo thuyết tiến hóa, tế bào Eucaryot được hình thành từ những tế bào tương tự Procaryot Ở tế bào Procaryot, ta thấy một số đoạn màng bào tương lõm vào tế bào chất, như những cấu trúc sơ khai của hệ thống các màng nội bào Còn ở tế bào Eucaryot, các phân tử ADN hình vòng vẫn còn tồn tại trong các bào quan lớn như ty thể và lạp thể có hai lớp màng bao quanh Các bào quan này cũng chứa ribosom 70S và hệ thống tổng hợp protein kiểu Procaryot Một giả thuyết đã được đưa ra rằng trong quá khứ, đã xảy ra sự cộng sinh giữa tế bào thủy

tổ của Eucaryot với các tế bào Procaryot Sự cộng sinh này ngày càng chặt chẽ đến mức các thành phần Procaryot trở thành bào quan của tế bào kiểu mới - Eucaryot, nhưng mỗi bên vẫn có bộ máy thông tin di truyền tương đối độc lập

các bào quan và bản thân tế bào Eucaryot

2 Vật chất - Năng lượng và Thông tin

Tế bào có ba dòng vận động lớn là vật chất, năng lượng và thông tin Nói cho chính xác hơn, thì quá trình sống có thể được nghiên cứu một cách tương đối riêng rẽ

trên ba bình diện nói trên Đây cũng là thuộc tính của bất kỳ cấu trúc và chức năng sinh học nào

a Vật chất: hay vật liệu xây dựng nên tế bào bao gồm các phân tử nhỏ và các

đại phân tử Chúng ta sẽ phân tích kỹ hơn thành phần cấu tạo hóa học của các tế bào trong bài tiếp theo Ở đây chỉ giới thiệu vắn tắt các nhóm phân tử vật chất chủ yếu của tế bào

 Đường (sugars) Các phân tử đường hiểu theo nghĩa rộng bao gồm các loại đường

đơn (monosaccharides) và phân tử bao gồm từ hai gốc đường trở lên (di-, oligo- và polysaccharides) Các phân tử đường đóng vai trò cung cấp nhiên liệu (năng lượng) cho tế bào, nhưng cũng tham gia vào cấu trúc đại phân tử ADN, ARN, cấu trúc màng, các glycoprotein thụ thể, enzym v.v

 Lipid Lipid (phospholipid, cholestrrol, glycolipid ) là thành phần quan trọng

nhất của các màng sinh chất (màng bào tương và màng nội bào) Ngoài ra, lipid có thể tồn tại dưới dạng các hạt nhỏ phân tán trong bào tương và trong máu, và tham gia vào việc cung cấp năng lượng cho tế bào

 Acid amin và protein Có 20 loại acid amin cơ bản cấu tạo nên các đại phân tử

protein

 Nucleotid và acid nucleic Nucleotid bao gồm gốc baz nitơ, gắn với gốc đường

riboz hay deoxyriboz, các gốc đường này được phosphoryl hóa (gắn gốc phosphat) Khác với acid amin trong protein, nucleotid trong ADN hay ARN chỉ gồm 4 loại (A,

T, G, X hay A, U, G, X)

 Nước và chất điện giải vô cơ Phân tử nước có tính chất rất đặc biệt Chúng là các

lưỡng cực, có thể tạo ra liên kết hydro với nhau Các liên kết này mặc dù chỉ mang tính tạm thời và luôn luôn phá vỡ và rồi lại hình thành lại, nhưng nhờ ở số lượng rất lớn, chúng làm cho nước trong tế bào duy trì trạng thái tinh thể lỏng Tinh thể lỏng này có cấu trúc khá xốp, với nhiều khoảng trống Kích thước các khoảng trống này lại phù hợp với kích thước chuỗi xoắn alpha của protein Nhờ vậy, chỉ có trong môi trường nước các phân tử protein mới được ổn định và thực hiện các chức năng sinh học của chúng Trên bề mặt của các đại phân tử, các cấu trúc màng và bào quan khác, các phân tử nước lưỡng cực được phân cách khá chặt Lớp nước này, thông qua các liên kết hydro, lại ảnh hưởng đến cấu trúc lỏng của môi trường nước ở xa hơn, cũng như tới các cấu trúc đại phân tử, màng và bào quan khác Mặc dù các tương tác này rất yếu, nhưng nhờ ở số lượng nhiều, chúng có thể đóng vai trò quan trọng trong các đáp ứng của tế bào như một thể thống nhất

b Năng lượng.

theo tiêu tốn năng lượng tự do và dẫn đến xu hướng tỏa nhiệt, phá hủy các trật tự vật chất trong tế bào Do vậy, tế bào luôn luôn cần được bổ sung năng lượng Năng lượng này được cung cấp dưới dạng hóa năng của adenozin triphosphat (ATP) là phân tử nhỏ được tổng hợp chủ yếu trong ty thể Đường và mỡ được tế bào lấy từ máu và dịch ngoại bào, có nguồn gốc từ thức ăn, hoặc từ các mô dự trữ (gan, cơ, mô

c Thông tin

tự không gian và thời gian chặt chẽ Trật tự này phản ánh đặc tính thông tin của hệ thống sống “Kho tàng thông tin” chính của tế bào nằm trong nhân, “bản gốc” của thông tin luôn được cất giữ trong nhân, chỉ có các “bản sao” (mARN được chép ra nhiều bản) là được gởi ra bào tương để điều khiển các quá trình sinh học của tế bào Thông tin từ các bản sao này được nhân tiếp lên nhiều lần nữa dưới dạng sắp xếp các acid amin trên chuỗi polypeptid của protein Các protein có thể thực hiện rất nhiều chức năng khác nhau Khác với bản gốc thông tin (ADN), các bản sao và bản dịch thông tin (ARN và protein) chỉ tồn tại trong một thời gian giới hạn Để duy trì hoạt động tế bào, một dòng thông tin phải được duy trì thường xuyên từ nhân ra bào tương Điều này được phản ánh trong “Học thuyết trung tâm” của Sinh học phân tử như sau:

ADN  ARN  protein

dược phẩm ) và qua đó điều chỉnh hoạt động của mình Thông tin này không tồn tại dưới các dạng văn bản quy định cấu trúc của đại phân tử, mà là các tín hiệu tác động

chọn lọc lên các thể tiếp nhận của tế bào hay còn gọi là thụ thể đặc hiệu Các thụ thể

có thể thông qua hệ thống các chất truyền tin thứ hai (c-ATP, proteinkinaza ) để tác động trở lại các thành phần của tế bào, kể cả tới nhân Nhân đáp ứng các thông tin

ngược dòng không phải bằng cách thay đổi cấu trúc gen của mình, mà bằng cách đóng hay mở các gen khác nhau

Cả ba dòng vận động vật chất, năng lượng và thông tin có liên quan mật thiết với nhau

IV TÓM TẮT:

Tế bào là đơn vị cấu tạo và chức năng cơ bản của cơ thể sống Việc nghiên cứu tế bào được thực hiện nhờ vào sự phát triển của của các khoa học khác Sự phát triển của khoa học về tế bào lại phục vụ cho các khoa học về y tế, nông nghiệp, môi sinh

Các vấn đề thường được đặt ra trong nghiên cứu là: (1) Quá trình tiến hoá từ Prokaryote đến Eukaryote; (2) Sự vận động của ba dòng vật chất, năng lượng và thông tin

Đối tượng nghiên cứu của khoa học về tế bào là 4 thuộc tính của tế bào: vận động, sinh sản, cảm ứng và sự phức hợp trong cấu tạo Mục tiêu chính của môn học là nắm vững cấu trúc và chúc năng của từng bào quan qua đó nêu bật mối liên hệ chặt chẽ giữa cấu trúc và chức năng

Tài liệu tham khảo:

1 James D.Watson: Molecular Biology of The Cell, 1995, third edition, Garland

Publishing Inc., p.477-506

2 Baudhuin: Cytologie,1997, Université Catholique de Louvain

3 W E Ganong: Review of Medical Physiology, thirteen edition, Lange medical

book, 1991, p.10-26

CÂU HỎI TỰ LƯỢNG GIÁ:

1 Tế bào trong cùng một cơ thể có các đặc điểm sau, TRỪ MỘT:

E Tất cả các tế bào đều có khả năng thu nhận và đáp ứng với thông tin từ môi trường xung quanh

2 Tế bào có đặc điểm:

3 Tế bào Eucaryote có tính chất sau, TRỪ MỘT: