003-Ch3-CautrucTebao-24-9-06

CẤU TRÚC TẾ BÀO CHUNG

SINH HỌC TẾ BÀO

I ĐẠI CƯƠNG VỀ TẾ BÀO.

II CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO

PROKARYOTAE : VI KHUẨN

III CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO

I ĐẠI CƯƠNG VỀ TẾ BÀO

1 Học thuyết tế bào.

2 Những đặc tính chung của tế bào.

- Màng tế bào.

- Kích thước rất nhỏ bé.

- Phân vùng.

3 Tế bào Prokaryotae và Eukaryotae.

- Các tế bào Prokaryotae.

- Các tế bào Eukaryotae điển hình.

I ĐẠI CƯƠNG VỀ TẾ BÀO

• 1 Học thuyết tế bào.

• Năm 1655 ông R Hooke dùng kính hiển vi quan sát mảnh nút chai thấy có nhiều lỗ nhỏ

giống hình tổ ong gọi là tế bào (cell)

• Học thuyết tế bào (cell theory) tức quan

niệm cho rằng tất cả các sinh vật được cấu

tạo từ các tế bào do hai nhà khoa học Đức,

nhà thực vật học J Schleiden công bố vào năm 1838 và nhà động vật học T Schwann,

1 Những quan sát đầu tiên

• Năm 1858, R.Virchov phát triển thêm rằng tất cả các tế bào đều bắt nguồn từ những tế bào sống trước nó (omnis cellula ex cellula

          Tất cả các sinh vật đều cấu tạo từ các tế bào và sản phẩm của chúng.

          Các tế bào mới đưọc tạo ra từ sự phân chia những tế bào trước đó.

• Năm 1862, nhà bác học Pháp Louis Pasteur đã tiến hành thí ngiệm rõ ràng,

• Học thuyết tế bào hiện đại khẳng

định rằng tất cả các sinh vật đều

của tế bào, những tế bào mới được tạo nên từ sự phân chia của những

các hoạt tính trao đổi chất giữa

tất cả các loại tế bào và hoạt động

2 Tế bào là sáng tạo có giá trị nhất của sự tiến hoá

• Trên thực tế, tất cả các sinh vật, kể cả con

người đều có cấu tạo tế bào và là sản phẩm của sự tiến hóa từ tế bào đầu tiên Tư duy của bộ não người cũng là sản phẩm của 10

tỉ tế bào thần kinh Không nghi ngờ gì nữa,

tế bào là một sáng tạo có giá trị nhất của

sự tiến hoá Tuy nhiên, việc nghiên cứu tế

bào chưa được chú ý đúng mức và đúng tầm quan trọng vốn có của nó

Sự sống bắt đầu từ tế bào

• - Tế bào nguyên thủy đầu tiên (LUCA) (the Last

Universal Cellular Ancester)

• - Con người bắt đầu từ một tế bào :

• Một tế bào hợp tử của người chứa 6.10 –12 g (6 phần nghìn tỉ gam) DNA là phân tử châùt di truyền Thật khó hình dung một khối vật

chất nhỏ như vậy lại chứa nổi một lượng

thông tin cực lớn : từ tế bào hợp tử trãi qua

Sự đa dạng sinh giới là sản phẩm từ sự tiến hóa của tế bào

• a Cây phát sinh chủng loài

• b Sự đa dạng các loại tế bào ngay trong từng cơ

thể đa bào : 200 loại

• c Sự đa dạng tế bào do sự cải biến của con người

• – Chủng Penicillium chrysogenum hiện nay đạt 60g/l môi

trường, cao gấp 3 lần sinh khối

• – Chủng Corynebacterium glutamicum tạo glutamic acid

đạt 200g/l, cao hơn gấp 10 lần.

Cây tiến hóa mô tả 3 siêu giới

3 Các phương pháp nghiên

cứu tế bào

• Các tế bào rất nhỏ bé và phức tạp nên khó nhìn thấy các cấu trúc bằng mắt thường,

khó phát hiện cấu tạo phân tử và việc hoạt động chức năng của các thành phần tế bào

lại còn khó hơn Người ta phải sử dụng

nhiều công cụ khác nhau để nghiên cứu tế

bào Khoa học càng phát triển các phương

a Hiển vi (microscope).

• Năm 1655, Robert Hooke đã phát minh ra kính

hiển vi quang học (photonic microscope) nhờ đó

quan sát được các tế bào Các kính hiển vi thường (quang học) được hoàn thiện dần đến nay có độ

phóng đại cỡ 2000 lần Điều quan trọng đối với

kính hiển vi không phải số lần phóng đại mà cái

được gọi là giới hạn phân giải (resolution limit) tức giới hạn nhỏ nhất mà người ta phân biệt

được hai điểm kề sát nhau không chập lại

thành một Giới hạn này tuỳ thuộc bước sóng

ánh sáng, nên kính hiển vi thường chỉ phân biệt

được khoảng cách nhỏ nhất là 0.2 micromet.

• Năm 1931, Ruska và các đồng nghiệp đã phát

minh ra kính hiển vi điện tử.

Loại kính hiển vi xuyên qua (transmission electron

microscope) Kính hiển vi điện tử quét

• Các tế bào trong suốt, ở dạng còn sống khó phân biệt các chi tiết cấu trúc nên để quan sát kỹ

nhiều khi phải nhuộm màu Một số cấu trúc

như nhân tế bào có thể nhuộm màu nhanh Một

số cấu trúc khác phải qua khâu định hình

(fixation) nhuộm tẩm các chất làm cứng như

parafin rồi cắt lát mỏng bằng máy vi phẫu

(microtom) mới quan sát được.

• Nhiều cải tiến được thực hiện như kính hiển

vi lệch pha, kính hiển vi huỳnh quang

(fluorescent microscope Kính hiển vi quang học cũng được cải tiến để xác định được cấu trúc hình

b Tách và nuôi tế bào

• Nhiều thí nghiệm cần số lượng lớn tế bào

một loại nào đó Các phương pháp tách và nuôi tế bào được hoàn thiện và cải tiến.

• Các tế bào tách riêng có thể được nuôi

trong hộp Pettri hay các bình chứa các môi trường dinh dưỡng nhất định Khi nuôi

nhân tạo có thể cho thêm chất để xem ảnh

hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển

c Phân đoạn (fractionnement) các thành phần của tế bào.

• Các thành tựu khoa học đã cung cấp các phương pháp tách riêng các bào quan và đại phân tử sinh học để phân tích thành phần

sinh hóa và tìm hiểu vai trò trong tế bào

Phương pháp siêu li tâm

(ultracentrifugation):

• Máy li tâm để tách, rửa các tế bào Nhưng

để tách các bào quan và các đại phân tử phải dùng đến siêu li tâm

(Ultracentrifugation).

• Phải nghiền tế bào thành dịch đồng nhất

(homogenat) Tiếp theo, các thành phần khác nhau phải được tách ra Đầu những

năm 1940, máy siêu li tâm phân tích

(preparative centrifugeur) tách các phần tử tế bào ở tốc độ cao.

• Phương pháp li tâm trên thang nồng độ

(gradient of density) của đường saccharose hay clorid cesium được sử dụng

• Phương pháp li tâm trên thang nồng

độ (gradient of density) của đường

saccharose hay clorid cesium được sử dụng.

(Sedimentation) của ống li tâm người

ta dùng hệ số lắng (coefficient of

sedimentation) hay S Hệ số này được tính bằng đơn vị Svedberg (S) và S = 1

cm x 10 -13 giây

Phương pháp sắc kí

(chromatography):

  Phương pháp sắc kí trên giấy Mẫu phân

tích được đặt lên một đầu giấy thấm rồi phơi khô Sau đó nhúng đầu giấy có mẫu vào dung dịch có hai chất dung môi khác nhau Theo lực mao dẫn chất lỏng thấm lên phía trên Các thành phần của mẫu cũng di chuyển lên phía trên theo độ hòa tan tương đối của nó trong dung môi và chiếm vị trí nhất định trên giấy.

• Sắc kí trên bản mỏng cũng dựa theo nguyên tắc

trên chỉ khác là dùng bản mỏng là plastic hay

thủy tinh có phủ một lớp mỏng những chất hấp

thụ như cellulose hay gel silicate

  Phương pháp sắc kí trên cột như

mô tả hình 3.5 Mẫu được đặt phía trên cột plastic hay thủy tinh có chứa chất thấm nước như cellulose ngâm trong một dung môi Một số lớn dung môi được bơm chậm qua cột và phía dưới thu lại Các thành phần khác nhau sẽ qua cột và có thể thu được ở các đoạn khác nhau

  Sắc kí lỏng có độ hoàn chỉnh cao

(HPLC high performance liquid

d Phương pháp điện di

(electrophoresis)

• Các protein thường có điện tích âm hay dương Nếu người ta lập một điện trường đối với một dung dịch chứa phân tử protein nó sẽ di chuyển với tốc độ phụ thuộc vào điện tích của nó, kích thước và hình dạng phân tử Kỹ thuật đó gọi là

điện di Việc tách hỗn hợp protein có thể tiến

hành trong dung dịch nuớc hay dung dịch được một cơ chất rắn xốp như tinh bột giữ lại Phương

pháp điện di trên gel polyacrylamide SDS

được sử dụng rộng rãi

• Phương pháp điện di hai chiều trên gel (gel

bidimisionnel electrophoresis) kết hợp hai kiểu

tách khác nhau

• e Đánh dấu các phân tử của tế

bào bằng đồng vị phóng xạ và các chất kháng thể

• Phương pháp phóng xạ đồ tự ghi

(autogradiography).

• Phản ứng đặc hiệu kháng nguyên-kháng thể

cũng được dùng để phát hiện các chất đặc hiệu

trong tế bào Thường kháng thể được gắn một

chất phát màu (fluorchrome)

• Có thể sử dụng các enzym làm dấu như trong thử

nghiệm miễn nhiễm enzyme (enzym-linked

immunosorbent assays- ELISA) giúp phát hiện nhiều loại kháng nguyên.

4 Những đặc tính chung của tế

TÍNH CHẤT CỦA MÀNG TẾ BÀO :

• - Vật cản có tính chọn lọc cao:

• - Giới hạn độ lớn của tế bào, tạo không

gian nhỏ cô đậm để các phân tử dễ gặp

nhau thực hiện phản ứng.

• - Nền để bố trí hợp lý các cấu trúc

theo không gian thành hệ thống

• - Bề mặt thực hiện nhiều phản ứng.

• - Chuyền năng lượng: giữa hai phía của

màng khi có sự chênh lệch nồng độ các chất hoặc các ion sẽ tạo thế năng có thể

dự trữ hay chuyển đổi năng lượng

5 Tế bào Prokaryotae và tế

bào Eukaryotae

• Các tế bào nhỏ bé như vi khuẩn (bacteria) và vi khuẩn lam (cyanobacteria) không có nhân tế bào gọi là tế bào tiền nhân

(nhân sơ) Prokaryotae (trước khi có

nhân) Các sinh vật như thực vật, động

vật, tế bào có nhân gọi là tế bào nhân

thực (nhân chuẩn) Eukaryotae Sự

Các tế bào Prokaryotae :

nhỏ hơn, thích nghi cao hơn,

tăng trưởng nhanh, di động, hệ

thống cảm biến đơn giản

Các tế bào Eukaryotae : to hơn,

tăng trưởng chậm hơn, nhiều bào quan, tín hiệu tế bào – tế bào, biệt hóa tế bào, có sự phát triển, sinh vật đa bào.

II CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO PROKARYOTAE :

VI KHUẨN.

- Vách tế bào.

- Cấu trúc bên trong.

III CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO EUKARYOTAE

A HỆ THỐNG CÁC CẤU TRÚC MÀNG.

1 Màng sinh chất.

2 Mạng lưới nội chất và ribosome.

3 Bộ Golgi.

4 Lisosome (Tiêu thể).

5 Vi thể.

6 Không bào.

II CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO

PROKARYOTAE : VI KHUẨN.

• - Vách tế bào.

• - Cấu trúc bên trong.

• Ở vi khuẩn Gram dương, vách tế bào dày có chứa nhiều peptidoglycan, còn

gọi là mucopeptid hay murein với tỉ lệ

từ 80% - 90% Ngoài ra còn chứa chất

Vách tế bào vi khuẩn dương (a) và Gram-âm (b).

Gram-• Ở những vi khuẩn Gram âm, tức không nhuộm màu Gram, vách tế bào mỏng

lớp peptidoglycan chỉ khoảng 10% Mặt ngoài lớp peptidoglycan là một lớp dày chiếm tỉ lệ 80% có chứa protein, lipid, lipo-polysacchrid

  Lông nhỏ thường gọi là tiêm mao

(flagella) có ở một số vi khuẩn di động, và

vắng mặt ở các loài không di động

  Bào tử (Spore) : Một số loài có khả năng

tạo nội bào tử (endospore), cấu trúc biệt

hoá, chịu đựng các điều kiện bất lợi và tồn tại trong một thời gian dài thiếu nước và

chất dinh dưỡng.

• b) Ưu thế kích thước nhỏ của tế bào vi khuẩn

III CẤU TRÚC TẾ BÀO EUKARYOTAE

Tế bào thực

vật điển

hình

1 Màng sinh chất

• Màng sinh chất (plasma membrane) bao

quanh tất cả các tế bào, giới hạn độ lớn của tế bào và duy trì những sự khác nhau cần thiết giữa các chất, cấu trúc bên trong nó với môi trường bên ngoài Nó có cấu tạo đặc biệt giữ nhiều vai trò quan trọng cho tế bào

Màng này là một bộ lọc có tính chọn lựa cao và thuận tiện cho sự vận chuyển tích cực các chất; nó kiểm tra sự đi vào của các

• Nơi thu nhận các tín hiệu bên

ngoài, cho phép tế bào biến đổi dể đáp lại tương ứng với môi trường xung quanh.

• Tất cả các màng sinh học gồm

màng sinh chất và các màng bên

trong của các tế bào Eukaryotae đều

có cấu trúc tổng thể chung: đó là các

tổ hợp của các phân tử protein và

lipid được giữ chung phần lớn nhờ các tương tác không cộng hóa trị.

Hệ thống cấu trúc màng

2 Mạng lưới nội chất và

• Mạng lưới trơn và mạng lưới nhám

Trên bề mặt mạng lưới nhám có nhiều

ribosome Màng là một phiến mỏng liên

tục bao khoảng rỗng trong màng (internal

Lưới nội chất là trung tâm sinh tổng hợp

3 Bộ Golgi (Golgi apparatus hay Golgi complex)

• Bộ Golgi thưòng nằm gần nhân tế bào

và ở tế bào động vật nó thường ở cạnh

trung thể (centrosome) hay ở trung tâm tế bào Nó gồm nhiều túi nhỏ dẹp

được giới hạn bởi một màng tập hợp

lại như một chồng dĩa Nhiều bọt tròn

nhỏ (đường kính 50nm) có màng bao

• Các túi dẹp của bộ Golgi làm nhiệm vụ

biến đổi, chọn lọc và gói các đại phân tử sinh học mà sau đó được tiết ra ngoài hay được vận chuyển đến các bào quan khác

4 Lysosome (tiêu thể)

• Lysosome là những túi cầu nhỏ ( 0,2 - 0,5 micromet) bao bởi một lớp màng, rất nhiều

trong gan, thận, bạch cầu động vật Chúng

chứa nhiều enzym thủy giải cho tiêu hóa

bên trong tế bào (lysosome tức tiêu thể)

Lysosome phân hủy các chất để “nuôi” tế bào,

và “dọn sạch” những bào quan khác khi đã vô dụng thành các tiền chất đơn giản ban đầu để tế bào tái sử dụng.

• Lysosome tiêu hủy những chất từ ngoài rơi

vào và phân hủy các bào quan cung cấp năng lượng

5 Các vi thể (microbodies) : peroxysome và glyoxysome

• Peroxysome có cấu tạo túi cầu nhỏ,

đường kính 0,2 - 0,5 micrometre và cũng được bao bởi một màng như

lysosome Peroxysome chứa các enzym

oxy hóa sản sinh và phân hủy các peroxyde hydro (H2 0 2 ).

• Glyoxysome là một vi thể khác chứa

các enzym dùng phân hủy lipid thực

vật thành đường nuôi cây non Tế bào

động vật không có bào quan này.

Các vi sợi và vi quản

6 Không bào (Vacuole).

• Không bào hay thủy thể bộ như những túi

chứa nước và các chất tan hoặc tích nước do tế bào chất thải ra Túi được bao quanh bởi

màng gọi là Tonoplast như màng trong của

tế bào chất Có nhiều loại không bào tương ứng với các chức năng khác nhau Ở một số

nguyên sinh động vật có không bào co bóp

(contractive vacuole) giữ vai trò thải các

chất và nước dư ra khỏi tế bào Nhiều

nguyên sinh động vật (protozoa) còn có

không bào thực phẩm (food vacuole) chứa

các hạt thức ăn

B CÁC BÀO QUAN CHUYỂN

HÓA NĂNG LƯỢNG

(ENERGY

TRANSFORMATION) :

TI THỂ VÀ LẠP THỂ

(CHLOROPLAST).

• Ti thể có ở tất cả các tế bào Eukaryotae và đặc biệt lục lạp (chloroplast) chỉ có ở thực vật, đều có chức năng biến đổi năng lượng thành dạng hữu ích Cả hai loại bào

quan này đều chứa bên trong một số lớn cấu trúc màng đóng một vai trò quyết định

trong chuyển hóa năng lượng Thứ nhất, điểm tựa cơ học cho sự vận chuyển điện tử để biến đổi năng lượng Thứ hai, nhiều

cấu trúc bên trong chứa các enzym xúc tác các phản ứng khác của tế bào

• Ngoài ra cả hai có bộ máy di truyền độc lập riêng, nguồn gốc tiến hóa giống nhau.

Ti theå

• Chất nền (matrix): chất choán khoan bên

trong ti thể giữa các màng, gồm hỗn hợp rất

đậm đặc của hàng trăm enzyme các

enzyme oxy hóa piruvat và acid béo và trong chu trình acid citric Nó chứa cả nhiều bản sao của DNA và các enzyme khác nhau cần cho sự biểu hiện của các gen ti thể

• - Màng trong (Internal membrane) xếp lại thành nhiều nếp nhăn là creta (mào gà),

làm tăng tổng diện tích màng đôi rất nhiều Nó chứa các protein với ba chức năng:

• (1) Thực hiện các phản ứng oxy hóa trong

chuỗi hô hấp

• (2) Một phức hợp enzyme có tên ATP

synthetase tạo ra ATP trong matrix.

• (3) Các protein vận chuyển đặc biệt

điều hòa sự đi qua của các chất ra ngoài hoặc vào trong chất nền Vì có thang điện hóa (electrochemical gradient), bộ máy của ATP synthetase được thiết lập xuyên qua màng này

do chuỗi hô hấp, nên điều quan trọng là màng không thấm đối với các phần