SINH LY HOC THUC VAT

Hình 1.1 miêu tả cấu tạo của tế bào thực vật, Trên hình 1.1, ` có thể thấy tử ngoài vào trong các thành phần cấu tạo của tế bào như mô lá gồm: vách tế bào với bản giữa bắn tế bao giàu ch

3, Mối liên hệ giữa Sinh lý học thực vật và các môn khoa hạc khác

Chương 1 SINH LÝ HỌC TẾ BẢO THỰC VẬT

1 Khái quát chung và lược sử nghiên cứa

1.1 Khái quất chung về tế bào

> 1,8, Lược sử nghiên cứu tế bào

2 Phương pháp nghiên cứu tế bào

8 Cấu tạo và chức năng của các thành phan té bao thie vat

3.8 Không bào

3.8 Xytoso] (Cơ chất của tế bào chất)

8.10 Bộ khung của tế bào

4, Sự hấp thụ nước vào tế bào thực vật

4.1 Hiện tượng khuếch tận và thẩm thấu

.4.3, Sự hấp thy nude vào tế bào thực vật

4.8 Sự hấp thụ các chất tan

Chương A NƯỚC VÀ ĐỜI SỐNG THỰC VẬT

“L Vai trò của nước đối với L hoạt động sống của thực vật

2, Cấu trúc và tính chất của nước

3.1 Cấu trúc của phân tử nước (hình 2.1) 3.3 Các tính chất vật lý của phân tử nước

3 Đặc trựng chung về trao đổi nước của cơ thể thực và 3.1, Sự phân bố của nước trong tế bào và trong co thé thực vật

- 8,2 Sự cân bằng nước của cơ thể thực vật

4, Quá trình vận chuyển nước trong cây

ˆ 8, Thoát: hơi nước ở thực vật

8.1 Vai trô của thoát hơi nước đối với đời sống của thực vật

8.3 Các chỉ tiêu đánh giá sự thaát hai nưởe

: 6 Lá là cơ quan thoát hai nude 6.1 Cấu tạo của lá thích nghỉ với Chie nang thoát hơi nước

6.2 Các con đường thoát hơi nước

6.3 Cáo yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ thoát hơi ước

8.4 Đặc trưng cấu trúc của lả

6.5 Mối liên hệ giữa sự thoát: hơi nước \ và quang hợp

1 Dong nước liên tục đất ~ cây ~ khí quyển se

8, Cơ số sinh lý của sự tưới tiêu nước hợp lý cho cây trồng

Chương 8, DINE DUONG KHOANG THUC VAT

„1 Đất là nguồn cung cấp các chất đình dưỡng 1.1 Các chất đính đưỡng ở trong đất và dé dé bap thu cla shúng đối ví với cây 1.2 Vai trò của độ axit đất

1.À Vai trò của các vi sinh vật đất

# Vai trò sinh lý của các nguyên tố khoáng, 3.1 Cấc nguyên tố thiết yếu

8 2 Vai trò chung của các nguyên bố tố dinh dưỡng khoảng

"2.8 Các nguyên tố định đưỡng đ

-2.4, Cac nguyên tố vi lượng

_ 3, Sg hap thu khoáng của thực vật,

8.1, Đặc điểm chung = „ :

„8.3 Đồng cáo chất tan xâm nhập vào tỄ, eooorcoi

3.8, Céc con đường xâm nhập cổa các ion qua mang sinh ho

3.4 Sự hấp tha ion dọe theo trục chiều đài của rễ "

8.5 Sự trao đổi chất ở rễ liên quan đến sự đồng ho:

4 Mi oh nea của các điều kiện bên ngoài và bên trong đến đỉnh đưởng khoáng của cây kì,

tưởng của các tác nhân bền ngoài đến hoạt tính hấp thu và thành phân khoá r

5 thang cả Higa ben tring ảnh hướng sự đình dung khoáng a ody ie Bên cớ fp thu cic linh dưỡng kho: é

Ân khac tr

Bi Sy hap tha tht Đ ne ding 3 14 va ở các phân khác trên mặt đất

5.2, Sự hấp thu các chất tan trong dùng dịch

1.2 Phương trình tổng quát của quang hợp

1.8 Vai trò của quá trình quang hợp, é

„ 1.4 Sự tiến hoá của quang hợp

8 Lá là cd quan quang hợp, " -

2.1, Cẩu tạo của lá phù hợp với chức năng quang hợp

2.2 bục lạp là bào quan quang hợp

3.3 Các sắc tố quang hợp

8, Nang lướng học của quang hợp 5 „

3.1, Ảnh sáng mặt trồi là nguồn năng lượng chủ yếu cho quang họp 8.2, Ý nghĩa của các miễn quang phd

` #1 Phương trình tổng quất của hô hấp

2.2 Đặc trưng của Hô hấp

3:8, Vai trò của hồ bấp

2.4, ATP (adenosin-5'~ triphosphat), cấu trúc và chức hăng

8.5, Các quá trình oxy hoá khử,

3.6 Nguyên liệu (cơ chấU của hô hấp,

8, ác con đường hô hấp '

8.1, Đường phân + chu trình Krebs

8.2 Con đường (chư trình) glyoxihie,

3,8, Con đường pentozdphosphat :

3.4 Hô hấp là trung tâm gần kết các con đường trao đổi chất trong cơ thể thực vật,

` ` Chương 6, HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN XẠ NƯỚC VÀ CHAT TAN TRONG CAY

“_ Chương 1 SINH TRƯỜNG VÀ PHÁT TRIỂN CA THỰO „` —.-

4 Hô hấp trong mô và cây nguyên vọr:

4.1 Hô hấp làm giảm hiệu suất quang hợp , 4.2, Hồ hấp trong thời gian quang húp „ - : , 48, Cường độ hô hấp khác nhau ở các mồ và cơ quan khác nhau của cđ thể thực vật

`6, Ảnh hưởng sỗa các táo nhân môi trường đến hô hấp

1, Khái niệm chung : t —

2, Dùng vận chuyển theo mạch gỗ (đồng nhựa nguyên, dòng đi lên) eeeeosisesriiiesee TỔ

„ 2.1, Cấu tạo của mạch gỗ (xylem) , ` 261 8.5 Động lực của đồng mạch gỗ = tan 2.261

2.8, Thành phân của dịch mạch gỗ : : 4 - 263

8 Đồng vận chuyển mạch rây (đông đi xuống): p em zs 267

8.1 Cấu tạo của ingch ray ‘ _— Hàn đen 267 8.2 Thành phần của dịch mạch rây ` ‘ 269 9.8, Co ché van chuyển theo mach ray 3

`4 Đông vận chuyển giữa mạch gỗ và mạch TÂY seeseeesersineannnlio

"—

.1.1 Một số khái niệm chủ yếu về sinh trưởng và phát triển " `

:_1.8, Mối tương tác giữa quả trình sinh trưởng và phát triển của thực vật -

1.8, Đặc điểm sinh trưởng của thực vật, set :

1.4 Các chỉ tiên đánh giá sinh trưởng của thực vật

2 Hormon sinh trưởng thực vật (phytohormon)

2.1, Khái niệm chung về hormon thực vật (phytohormon) 2.2, Các nhóm phytohormon

-_948 Mối tương tác giữa các phytohormon

-_ 8.4, Các chất điều hoà sinh trưởng tổng hợp, 2.5 Ung dụng bormon thực vật và các chất điều hoà sinh trưởng tổng hợp

8, Chu trình sống, sinh trưởng và phát triển của tế bào thực vat

8.1 Khải niệm ch set s

+ 8.2 Chu trink td bao thie vat

8.3 Vách sơ cấp 3.4: Pha sinh trưởng đãn đài

4 Nuôi cấy tế bào, mô và cơ quan thực vật 4,1, Cơ sở sinh lý của công nghệ nuôi cấy tế bào thực vậi

`, 4.2, Nuôi cấy tế bào, mô và cơ quan thực vật

4,3, Sự già và chết của tế bào thực vat

5 Sinh trưởng của cây nguyên vẹn ở thực vật có hoa (Hạt kín) 5.1 Sự chuyên hoá của các tế bào thực vật có hoa, 5,2 Mô phân sinh và sự sinh trưởng của cây có hoa

6.3 Sink trưởng của cây nguyên vẹn : 6, Tương quan sinh trưởng và tái sinh

6.1, Tương quan sinh trưởng

6.2, Tương quan tái sinh

8 Các trạng thái phát triển của thực vật h

8.1 Khái niệm về trạng thái phát triển của cơ thể thực val

9 Sự phát triển của thực vật có hoa

sẵn

10 Sinh sản ả thực vật

„ Chương 8 SÌNH LÝ CHỐNG CHỊU CỬA THỰC VẬT

OL Bhai niệm chung về sinh lý chống chịu (thích nghĩ) của thực vậi

- % Tỉnh chịu hạn (chịu thiếu nước) của thực vật

%

9 Tính chịu bệnh của thực vật

“ài liệu tham.khảo

Tinh chịu nóng (tính chịu nhiệt độ cao)

9.1, Các kiểu phát triển của thực vật có hoa

9.3 Các pha phát triển của cá thể thực vật

9.3 Cáo tác nhân ảnh hưởng đến sự chuyển đoạn

từ sinh trưởng đính dưỡng sang phát triển sinh foneeneecennntnine

329 see B4

3.3 Các kiểu hạn của môi trường

2.3 Tác hại của hạn đối với cơ thể thực vật

2.4 Phần ứng thích nghỉ sinh lý của thực vậ

2.6 Ban chất của tính chịu hạn,

3.6 Các biện nhấp khắc phục tác bại của hạn

3.1 Khái niệm chung về tính chịu nhiệt độ cao

3.2 Tác hại của nóng

8.3 Phần ứng thích nghỉ của thực vật đối với nhiệt độ cao

8.4 Các biện pháp khắc phục tác hại của nồng đối với cây trồng

4.2 Tinh chịu băng giá

8.1 Cac kiéu dat man

5.2 Tac hai cha man

5.3, Phần ng thích nghi của thực vật đối với mặn

5.4 Điện pháp khắc phục tác hại của mặn đối vái cây trắng

Tinh chịu thiếu oxy a ve

6.2 Phan ứng thích nghĩ của thực vật đối với môi

6.3 Các biện pháp khắc phục tác hại của điều kiện thiếu oxy

"Tính chịu khí

trường thiếu oxy

7.1 Nguyên nhân gây ô nhiễm khí

7.2 Tac hại của nạn ô nhiễm khí

„17-8 Phần ứng thích nghỉ của thực vật đối vái ô nhiễm khí quyển

3 2.4 Các biện pháp khắc phục tác hại của khí độc hại đối với cây trí “Tính chịu nhôm độc tính (nhôm di động)

8.1 Khái niệm về nhôm độc tính và quy mô đất bị

8.2 Táo hại của nhôm độc tính (Al®®)

8.8 Phản ứng thích nghỉ đối với AI?

8.4 Các biện pháp khác phục tác hại của nhôm

9.1 Tác nhân gây bệnh

lo tính (A89)

Bình lý học thực vật là một môn học thuộc khoa học Bình học Sinh bọ là khoa học về

Sự sống Từ lâu, Sinh học được chia thành hai hướng chủ yếu: Giải phẫu ~ Hình thái và

Sinh lý Sự phân chia như vậy có tính quy ước Làm sao khi nghiên cứu cấc cd quan riêng

:, hiệt của cơ thể lại không chú ý đến cấu trúc của chúng, boặc nghiên cứu các chức năng mà

không đụng đến những cấu trúc, nơi thực hiện các chức năng ấy Thời gian gần đây, các

nhà Sinh học tìm cách gắn chặt hơn các quá trìnồ chức năng với cấu trúc bên trong Chẳng

hạn, để hiểu quá trình hô hấp, sự nghiên cứu hiển vị và siêu hiển vị của ty thể, nơi quả

trình hồ hấp hiếu khí xây ra có một ý nghĩa quan trọng, Tuy nhiên, sự phân chia khoa

học Sinh bọc ra thành hướng Giải phẫu - Hình thái học và Sinh lý học vẫn tiếp tục tổn tại Điều đó là do xu thế chung hướng tối sự chuyên hoá sâu, cũng như do sự khác biệt trong phương pháp nghiên cứu, Phương pháp chủ yếu của các nhà Hình thái ~ Giải phẫu là mô

ta, trong Hie đó ở các nhà Sinh lý học là thực nghiệm ˆ hạ : '

Sinh lý học được chia thành Sink lý học động vật và Sinh lý học thực vật, Sự phân chia như vậy cũng mang tính quy tóc Càng đi sâu tim hiểu bản chất của các hiện tượng sinh học, chúng ta càng phát hiện ra sự giống nhau của nhiều quá trình điễn ra trong cơ thể thực vật và cơ thể động vật Thực tế, tất cẢ các cơ thể đều sử dụng các hợp chất của cạcbon

làm nguyên liệu xây dựng cơ thể, niước như là dưng môi vạn năng; các hợp chất của axit

phosphoric làm nguồn băng lượng, axit.nueleie là nơi lưu giữ mã đi truyền, protein như là -

các chất xúc tác Các nhà khoa học đã chỉ rõ rằng, quá trình trung tâm như quá trình tổng

- hợp protein vấn điển ra trong mọi cơ thể là giống nhau không chỉ trong những nét chung

mà cồn cả trong nhiều chỉ tiết Tính hiệu quả của thiên nhiên thật là kinh ngạc, mặc đù bể ngoài rất da dạng, trong nhiều quá trình tổn tại những cơ chế như nhau Tất cả điểu đó đẫn chúng ta đến kết luận rằng, trong nhiều trường hợp, sự khác biệt giữa thực vật và động vật mang đặc trưng dinh lượng nhiều hơn Tuy nhiên vẫn tên tại những khác biệt

định tính Vậy, những khác biệt của thực vật so với động vật là gì? Trước tiên, những khác

biệt đó thể biện ở mức tế bào Về cơ bản, tế bào thực vật có hình đạng xác định nhờ sự tên tại vách pecto-xenlulozơ bển chắc Tế bào động vật không có vách như vậy và có thể dé đàng biến đổi hình dạng Khác với tế bào động vật, nhiều tế bào thực vật có những bào

quan: đặc biệt: lạp thể, hệ thống các không bào, không có trung tổ (eentriole)

TTổn tại những khác biệt cơ bản trong chức năng của cơ thể thực vật so với cơ thể động vật Khác với ed thể động vật, trong số lớn trường hợp, thực vật bị cố định vào giá thể, khả năng vận động rất bị hạn chế Sinh trưởng của cơ thể thực vật khác biệt nhiều so với động

7

vật, Thực vật có thể sinh trưởng suốt cả cuộc đi, trong lúc đó phân lên động vật ngừng

sinh trưởng sau khi đã đạt đến kích thước xác định Sinh trưởng của động vật chủ yếu điễn

.*a nhờ sự gìa tăng kích thước của các cở quan đã số; còn sinh trưởng của thực vật kèm theo

` 'sự tạo mới các cơ quan, có nghĩa là bao gồm quá trình phat sinh hình thai Trong quá trình

sinh trưởng, động vật bài tiết ra môi trường bên ngoài nhiều bã thải ben so với thực vật

Cuối cùng, đặc điểm có ý nghĩa quan trọng nhất là thực vật màu lục có khả năng tổng hợp

chất hữu eø từ những hợp chất vé ed don giản, trong | lác đó động vật đính ` đường nhờ các `

chất hữu cơ đã có sẵn

Do đó, Binh lý học thực vật là khoa học về các quá trình xây Ta trong ed thé thực vật, ‘

Nhiệm vụ của Sinh lý học thực vật là phát hiện bản chất của các quá trình ấy để học cách

_điểu khiển chúng Nhà Bình lý học thực vật nổi tiếng người Nea KA Tìmiriasev đã viết:

"Nhà Sinh lý bạo không thể hài lòng với vai trò thụ động của người quan sắt, là nhà thự

; nghiệm, nhà Sinh lý học phải là người hoạt động điểu khiển thigén nhiên",

Lồi xác định đó 6 cha KA Timiriazev di ham chứa toàn bộ chương trình hank dong của

mỗi nhà Sinh lý học thực vật Thao đó, Đình lý học thực vật vừa là một khoa học lý thuyết

‘ „ dựa tuên những thành tựu mới nhất của khoa học vật yy, hod học, sinh “hoe phan tủ; vừa là „

một khoa học có ý nghĩa thực tiễn đối với ngành Trồng trot

- Nhu vay, nhiệm vụ của Sinh lý học thực vật bao gêm: Phát hiện bản chất của các quá

` trình diễn ra trong cơ thể thực vật, xác lập mối tưởng tác giữa chúng, sự biến đổi của các

quá trĩnh, của mỗi tương tác đó đưới ảnh hưởng của môi trường và cơ chế điều tiết chúng

Để giải quyết các nhiệm vụ vừa nêu ra, Sinh lý học thực vật nghiên cứu các quá trình xây:

+a trong cú thể thực vật ở các mức độ: cơ thể, cơ quan, tế bào, đưới tế bào, phân tử và thậm

chi mức đưới phân tử, Cần luôn nhớ rằng, trong tế bào, cũng như trong cữ thể, tất cả mọi

quá trình tương tác chặt chẽ với nhau Một sự biến đổi của bất kỳ quá trình nào cũng ảnh

hướng đến sự hoạt động sống của cơ thể -

Đặc điểm của Binh lý học thực vật còn thể hiện ở chỗ: Cơ thể không tách r rời 1 khối môi

trường và tất cả các quá trình sinh lý liên quan-chặt chẽ với cáo điều kiện của môi trường

Cơ thể thực vật phát triển liên tực tróng suốt cả cuộc đồi Sự phát triển đó được tách

thành các giai đoạn xác định Mỗi giai đoạn phát triển cỗ những đặc điểm riêng Chính vì,

số vậy cần phải 3 xem cd thể thực vật như là một hệ thống phát triển liên tục,

2 Mối lên hệ giữa Sinh lý học thực vật và các môn khoa học khác -

Sinh W hoe thực vật là môn khoa học cơ sở của ngành Trồng trọt, đo 6 nó liên quan

1 KHÁI QUÁT CHUNG VÀ LƯỢC si NGHIÊN cứu

1,1 Khái quát chung về tế bảo `

- robaryotz} chưa hình thành nhân biệt lập, tể bào thực vật có sự tổ chức nội bào với hệ

„ biệt lập ay tương đối cố định, ví dụ nhân là một bào quan tách bộ máy đi truyền ra khôi phân

on lai của tế bào, vì vậy mà tế bào thực vật thuộc od thể cé-nhdn (Eukaryota), Mot SỐ ede

đặc trưng khác biệt nữa là tế bào thực vật trưởng thành có không bào lớn trung tâm mà tế đặc trưng là lục lạp, nơi điễn ra quá trình quang hop Tế bào thực vật không chứa ia trung tử như tế bào động vật,

+ 2 Luge sử nghiên cứu dế bao |

phat minh ra kinh hign vi vao gitta thé kỷ XVII Lân đầu tiên vào năm 1665, nhà khoa học

ï đến các môn Nông hoá, Thể nhưng, "Trồng trọt, Giống cây trồng Là một môn khoa học

thực nghiệm, sự phái triển của Bình y hộc thực vật gắn với thành tựu của các môn Vật lý

học, Hoá học; Hoá sinh học, Bính học phân tổ Đồng thời Bình lý học thực vật nghiên cứu”

các quá trình hoạt động sống của tế bào va co thé, né Han’ quan đến kiến thức về môn Giải ˆ

phẫu = Hình thái, Té bao, Di truyền Như đã nói đ trên, các quá trình sinh ly xây ra dưới

ảnh hưởng của các điểu kiện môi trường, Bình lý học thực vật liên quan chặt chế với môn

Sinh thái học, đặc biệt, phẫn Sinh lý chống chịu liên quan khang khit va là cơ sở của môn

Sinh thái học ~ mần học nghiên cứu mối tương tác giữa cơ thể và môi trường (celle) Một vài năm sau, người quan sát lân đấu tiên các tế bào sống là nhà tự nhiền học

người Hà Lan Antonie van Loewenhoek (evenhuc) gọi những cơ thể bé tí xíu mà Ông quan

Te bão thực vật thuộc các cơ thể có nhần thật ubaryoia) Khác với cáo cd thể tiên nhân ,

thống màng lính hoạt bao quanh tạo nên các miền biệt lập (các bào quan) Một số các miễn

miền biệt lập khác có tính tạm thời, tôn tại ngắn hơn, chẳng: hạn như lisome chứa các enzym ˆ

với polysaccarii, Vách của tế bảo thực vật cấu tạo chủ yếu từ polysaccarit là xenlulozd, Một ˆ bào động vật hầu như không có Ngoài ra một số tế bào thực vật còn chứa một bào quan

Hầu hết các tế bào rất nhỏ bé con người đã không thể thấy -được chúng tho đến kHỈ ẢAnh:-Robert Hooke đã mô tả tế bào khi sử dụng kính biển vi thô sơ do chính ông tạo nên ` quan eat ren (at ban mong Hooke thấy lất bẩn có cấu tạo lỗ chỗ tổ ong gồm từ các: buồng:

rỗng bé xíu, Ông gọi những bung bé xíu ấy trong lat bana cellulae, chữ Latjn, có nghĩa là -

buồng bé nhỏ (tế bào), Thuật ngữ ấy được truyền lại cho ‹ đến “ngày 1 nay với.nghia là tế bào

* gắt được là “animalicules” (những động vật bé nhỏ), Nhưng rôi phải mất một thế kỷ rudi

- tiếp ‘theo các nhà Bình học mới đánh giá được tâm quan trọng to lớn của các tế bào

Vào năm 1988, nhà Thực vật hoe người Đức Mathias Bchlelden, sau một quả trình nghiền gứu' cần ‘than các mô thực vật, đã rút ra những nhận xét đầu tiên rằng, tất cả thực vật là “khối tập hợp” chứa đây những vật sống cá thể độc lập tách rời nhau gọi là các

tế bào, Năm sau (1839); Theodor Schwan, nha Động vật.học đã thông báo rang, tất cả cáo

tổ chức của cơ thể động vật cũng, bao gém từ các tế bào cá thể, Hoe thuyét tế 'bào đã ra đồi

như vậy đó : : ,& SNHLÝHỘCT(ATA —

: 5

Dạng thức hiện đại của học thuyết tế bào hàm chứa các nội dung sau:

— Tất cả mọi cơ thể đều gồm từ một hay nhiều tế bào Trong tế bào điển ra các quá

trình sống, trao đối chất và di truyền

Tế bào là vật thể sống bé nhất, là đơn vị tổ chức cơ số của mọi cơ thể,

Tế bào sinh ra chỉ bằng cách phân chia của tế bào cô trước đang tổn tại Mặc đầu

cuộc sống được tiến hoá tự sinh trong môi trường giàu hyđzró vào thời đại sớm của hành

tỉnh, các nhà Sinh học kết luận rằng, các tế bào được bổ sung thêm không có nguồn gốc

hiện tại : ta

Tỉnh giếng nhau biển nhiên trong cấu trúc tế bào bên trong thế giới động vật và thực

` vật cho phép kết luận rằng, cấu trúc cơ số tế bào của các thể roi ở Tiên Cambri có khả năng

Tà điểm xuất phát của sự tiến hoá đi truyền trong thế giới động vật và thực vật Bất đầu

xuất phát từ các thể roi Tiên Cambri và đã đạt được mức độ.hoàn thiện mà trong thời gian

tiếp theo sau đó chỉ có những cãi biến nhổ Vì vậy sự tiến hoá chủ yếu tiếp theo không còn

điễn ra trong phạm vỉ tế bào, mà đúng hơn là đã đạt được những sự tiến hoá phát triển

trong lĩnh vực hình thành nên hệ thống đa bào với sự phân hoá và phân công hoạt động

2 Phương pháp nghiên cứu tế bào ¬

Các phương pháp nghiên cứu tế bào gồm kỹ thuật hiển ví và kỹ thuật phân tích Kỹ

thuật hiển vi gầm từ kính hiển vị Ảnh sáng, hiển vi huỳnh quang cho phép xem được tế bào

nguyên vẹn và các bào quan lớn như nhân, ty thể, lạp thể đến kính hiển vi điện tổ cho

phép nhìn được các cấu trúc siêu hiển vi như màng sinh chất, riboxom Kỹ thuật cất lát

mồng và kỹ thuật nhuộm màu giúp nhìn rõ hơn các chỉ tiết cấu tạo của các bào quan Kỹ

thuật phân tích thành phần hoá học, đặc biệt, thành phần và cấu trúc của các đại phân tả

cấu thành tế bào như công nghệ ADN đã thực sự tạo nên một cuộc cách mạng trong nhận

thức của con người về chức năng của tế bào và các bào quan - `

3 Cấu tạo và chức năng của các thành phần tế bào thực vật

: “Thực vật là cơ thể đa bào gồm hàng triệu tế bào với các chức năng chuyên hoá -Các tế

bào trưởng thành như những tế bào đã chuyên hoá có thể khác biệt nhau nhiều về cấu

, trúc Tuy nhiên, tất cả tế bào thực vật có cùng các tổ chức cơ sở của tế bào có nhân

(Eucaryota) Dai điện điển bình của tế bào thực vật là cáo tế bào đang ở pha phôi, nghĩa

là tế bào đã sẵn sàng phân chia, ví dụ như các tế bào trong các đỉnh sinh trưởng của cành

hay của rễ thực vật có hoa Hình 1.1 miêu tả cấu tạo của tế bào thực vật, Trên hình 1.1,

` có thể thấy (tử ngoài vào trong) các thành phần cấu tạo của tế bào như mô lá gồm: vách

tế bào với bản giữa (bắn tế bao) giàu chất pectin, vách chứa xenlulozơ và hemixenlulozơ;

không gian chứa khí, bản giữa; nhân với màng nhân có các ]ỗ nhân, nhân con; không bào;

- tưới nội sinh chất sẵn sùi Gniển hạU; lưới nội sinh chất (miền trơn); luc lap; ty thé; thd

Golgi; peroxisom, - , -

Theo Jakuskina N.I (1980), kích thước gần đúng của các bào quan như sau: tế bào:

10m ~ 10mm, nhan (nucleus): § - 304m, lye lap (Chloroplast): 2 - 6pm, ty thể (mitochondrion):

0,5 — Sum; riboxom: 25nm \ , Ti

Xét cấu tạo, các tính chất chủ yếu và chức năng của các thành phần riêng biệt của tế

(Vinh tổ bảo giá đề tế bảo (hực vật Om | 'ƒ tức tạp thụ năng lượng) mật trời để sẵn xuất đường | Ì 'Tpm”

Hình 1.1 So dé edu tạo của tế bào thực vật 3.1 Vách tế bào

Tế bào thực vật có vách bền chắc bao quanh quy định hình dạng của tế bào Mặt trong của vách dính Hển với mang sinh chất, (hình 1.1) Vách tế bào được hình thành trong thời gian pha cuối của chu trình nguyên phân Vách của tế bào dang phan chia va đang ở pha

+1

“sinh trudng dan dai goi lA vdch se cdp (xem hinh 1.2) Vach so c&p được gia cố thêm các lớp

vật chất mới sau khi tế bào đã kết thúc sinh trưởng đân dài là uách thứ cấp (xem hình 1.2)

Vách tế bào thực vật có cấu trúc với thành phân hoá học gồm: xen]ulozơ (CgHuO2„

5 thành phân cơ chất gha vach: hemixenlulozo, pectin, protein; thanh phdn-gén két: theo mite

độ già của tế bào, cỡ chất của vách có thể được bé sung lignin (hod gỗ), suberin (hod ban)

Chất gắn kết chủ yếu của tế bào thực vật là lignin Đó là một cao phân tử mạch vòng, thành

phan quan trọng của các miền hoá gỗ màu nâu của mô thực vật Lignin được tạo thành từ

hemixenluload và pectin Pectin là các hop chất cacbohydrat Phan biét ba kiểu pectin: 1) qxb

peotnie gồm các chuỗi từ 5 — 100 gốc axit galacturonic dude hình thành khi oxy hod cdc

hecxoza 2) Pectin, d6 cing 1a các chuỗi của axit galacturonic véi cic nhém metyl thay thế vi

trí của các nhóm cacboxyl 8) 7iể› peotin, đó là các hợp chất gồm từ các chuỗi axit pectinie

được liên kết lại với nhau nhờ Ca”, Các hợp chất pectin và hemixenlulozd tạo nên lưới ba :

, chiều Các chết phủ bề một: eutin, sép Trong vách tế bào thực vật còn chita-silicat va

cacbonat

Ngoài các hợp chất, cacboliydrat va "Khoảng chất vừa nêu, trong cơ chất của la vách tế bào, :

cồn chứa probein gọi là ex#ensin Đó là một iminoaxit oxyprolin, một loại:gluecoproteir giếng

với protein cao keo colagen của tế bào động vật Chính protein này tạo cho cơ chất của tế

- bào có cấu trúc xáo định và tính đàn hồi,

Không phải toàn bộ không gian giữa các sợi xenlulozø đều lấp day e cơ chất Không gian

cồn lại giữa các sợi xenluloaơ chứa đây nước Không gian bự do đó bên trong vách gop phan

- cùng gian bào, không gian giữa các tế bào (hình 1.1) hợp thành hệ thống không gian thống

nhất nối các tế bào tạo nên con đường uộn chuyển gian bào (spoplasÐ) trong có thể thực vật

Độ dày của vách tế bào biến động tuỳ thuộc vào loài thực vật, từ phần chụp của pm

_ đến 10m Trong vách sơ cấp của mỗi tế bào tổn tại các miễn mỏng cho các sợi tế bào chất -

_ xuyên qua gọi là câu sinh chất (cồn gọi là sợi liên bào), ndì màng sinh chất bị ngất quống

Trên mỗi một 100um? vách tế bào có khoảng 10 ~ 30 cầu sinh chất với đường kính 30nm

(hình 1.1) Nhờ các cầu sinh chất, nguyên sinh chất của tất cả các tế bào liên kết thành một -

thé thống nhất gọi là hệ để bảo chất (symplasÐ, hành thành, con, đường tận chuyển tế bào -

_ chết (symplast) trong có thể thực vật Đó cũng là cơn đường lan truyền tín hiệu gia! các tế

bào của ed thé,

“CR trúc gan các vách sơ ep của hai tế bào aaah nhau gọi là bán giữa (hình 1 3

trong thành phân của bản giữa có cdc chất pectin, chủ yếu ở dạng pectat canxi (muối

_.tanxi của axit pecbic) Các chất này đóng vai trõ như, chất xi măng gắn kết các tế bào oo

dang sinh trưởng Khi thiểu canxi, các chất pectat canxi hoá nhày, tạo r ra sự nhày hoá

của mô và tế bào

Bề mặt của các tế bào biểu bì được: pha lớp ‘bBo’ vệ gồm những chất ve nước 1

‘cumarin va sdp

'Vách của phần lớn các tế bào biểu bì lá được phủ lớp cutin Chức năng của vách tế bào

thực vật gồm: 1) Trao đối ion, ví dụ, nhóm cacboxyl có trong chất pectin lên kết các ion

kim loại hoá trị 2 Ja những ion có khả nắng trao đổi với các cation H*, K* và các cation:

khác; 2) Vách tế bào đã suberin hoá tham gia điều tiết chế độ nước và nhiệt của cơ thể thực

vật; 3) Như đã ghí ở trên, vách các tế bào liên kết thành hệ thống gian :bào (apoplasÐ' là con ˆ

, đường quan trọng vận chuyển nước, cáo lon khoảng vé và các chất tan khác; 4) Thông qua các

truyền tín hiệu trong cd thể thực vật, 5) Vách quy định kích thước và duy trì được hình

dạng tế bào nhờ á ap suất, trường nước,

tyr

: 'Hình 12 Vách của tế bào thực: vật , + Tébae thực vật tạo nên cấu trúc đầu tiên mỗng là vách sơ cấp Vách sơ cấp thường được, bổ sung vách thứ cấp từ bên trong khi tế bào ngừng sinh trưởng Bắn giữa (bản tế bào) gắn kết các tế bào bên cạnh lại với nhau, Trên hình thấy rõ măng sinh chất, bản giữa, vách sơ cấp và vách thứ cấp cùng cầu sinh chất nối liền tế bào

chất của các tố bào cạnh nhau tạo thành kênh xuyên qua các vách,

3 2, Thể nguyên sinh

Gấu trúc tủa tế bào thực vật hiện ra sau khi lost bỏ vách gọi la thé nguyén sink (protoplast) hay tế bào trần, Thể nguyên sinh gồm chất nguyên sinh {protoplasm} va a bhong bào (vacuole) như trên hình 1.1

Chất nguyên sinh là cấu trúc nằm giữa vãch tế bao (cell wall) ở bên ngoài và màng ,

— không bào-@onoplast)-ô bên trong Chất nguyên sinh gồm số bào chất (eytoelasm) phản —-

chất nguyên sink nằm bên ngoài nhấn {nucleus) va cdc bao quan,

B35 “Tế bào chất : “ trẻ + ot

Ngày nay, khi nghiên cứu cẩu trúc của tế bào, nhiều nhà nghiên cứu có xu tướng tách nhân, ty thể và lạp thể là những Bào quan mang thông tin di truyén toàn bộ hay bộ phận

xa khỏi tế bào chất Thanh phân hoá học của tế bào chất rất đa dạng và biến đổi, Trong đó, niước chiếm khoảng 80 — 86% sinh khối của tế bào chất, Protein đơn giản và phức tạp (nucleoprotein,

glucoprotein, lipoprotein, ) chiém khoảng 75% sinh khối khô, hàm lượng lpit là 15 ~ 20%, phần còn lại là các thành phần khán Hàm Tượng n Trước cao quy định nhiều tính chất của tế

bào chất `

TS bao chất của tế bão thực vật có tính keo, độ nhớt, tính vận động và tính đàn hổi

18.

3.3.7 Tỉnh heo của tế bào chất là khả năng chuyển dịch từ trạng thái soi đồng) sang ˆ

trạng thái gel (sửa lồng) Tính keo được gây nên bởi các phân tử protein, axit nueleie và các

phân tử hữu cd ưa nước khác trong tế bào chất

3.3.2 Độ nhớt là nội ma sắt, là lực cẩn xuất hiện khi các lớp vật chất trượt lên nhau Độ `

nhớt của tế bào chất phụ thuộc vào hàm lượng nước, vào lực liên kết giữa các phân tử

protein riêng biệt, vào cấu đạng của phân tử protein Độ nhớt của tế bào chất cao hơn độ

nhớt của nước khoảng 18 ~.20 lần và là một chỉ tiêu quan trọng cho phép đánh giá trạng

thái sinh lý của tế bào Độ nhót của các tế bào ở cá¿ cd quan non thường thấp hơn ở các ed

quan trưởng thành và cơ quạn già Độ hót của tế bào chất biến đổi théo pha phát triển

của cơ thể thực vật, tăng dần lên đến pha ra nụ, pha ra hoa Trong quá trình ra ny va ra

hoa, độ nhớt của tế bào chất trong cdc ed quan sinh dưỡng giảm xuống, khi ra hoa lại tăng

Tên Độ nhót của tế bào chất còn liên quan tới mức độ trao đổi chất, khi độ nhớt tăng, cường -

độ trao đổi chất giảm xuống, tương ứng với khả năng chống chịu cao của tế bào đổi với mhôi

trường bất, lợi Tế bào chất trong các tế bào đang ở trạng thái ngũ như hạt khô 6-46 nhét

đặc biệt cao Nhiệt độ cao hoặc thấp đầu ảnh hưởng tới độ nhớt của tế bào chất `

3.3.3, Tính đản hỗi của tế bào chất thể hiện sự phân bố không gian của các phân tử theo

một trật tự xác định Duy trì tính đàn hếi của tế bào chất đòi hỏi cung cấp năng lượng,

3.3.4, Tỉnh uận động của tế bào chất phụ thuộc vào nhiệt độ, hàm lượng oxy Sự vận động

của tế bào chất đòi hồi nguồn năng lượng từ quá trình hô hấp: sự vận động của tế bào chất

sẽ bị ngừng lại dưới tác động của các chất ức chế hô hấp nhưng lại được tăng tốc khi cho

thêm ATP, 0 c : sở

- Đặc trung cơ bản nhất của mọi tế bào sống là hoạt động trao đổi chất giữa tế bao ud

môi trường Sự trao đổi chất giữa tế bào chất và môi trường bên ngoài thông qua một lớp

màng bao quanh áp sắt vào mặt trọng của vách tế bào có tên gọi là mang sink chét (plasma

membrane) Trước khi nghién otiu mang sinh chất, chúng ta khảo sát những đặc điểm của

màng sinh học (biological membrane) cồn được gọi là màng sơ sở như là màng điển bình

của hệ màng trong tế bào, TÔ se

3.4, Màng sinh học (màng cơ sở) và màng của các bảo quan

Hệ màng trong tế bào gồmi màng sinh chất, một màng sinh học (biologycal membrane)

điển hình (hình 1.1, L9 và 1.31), đó là tnằng quan trọng nhất, giúp tế bào tạo ra và đuy trì

môi trường điện hoá khác biệt bên trong và bên ngoài tế bào Ngoài màng sinh chất, trong

tế bào còn có nhiều thành phần cấu trúc khác cũng có màng bao bọc như nhận, ty thể, lục

_„ lạp, Màng cũng tạo nên các miền biệt lập bên trong như lưới nội sinh chất trong tế bào

ehat va thylacoit trong luc lap " = `

3.4.1 Cấu trúc chung

'Tất cÄ các màng của tế bào đều gầm lớp kép của các phận tử Hpit phân cực và cáo

protein liên kết trong màng Trong môi trường lông, lpit màng tự tập bợp với các đuôi „

hydroeacbon của chúng, tụ lại với nhau, tránh khối sự tiếp xúc với nước (hình 1.3) Ngoài

vai trò trung gian hình thành lớp kép, tính chất đó tạo cho màng khả năng hình thành các

xiển biệt lập Đặc điểm tạo miền biệt lập như vậy đảm bảo cho mỗi màng là một cấu trúc

không đối xứng: một phía hướng vào nội chất bên trong, còn phía khác của màng tiếp xúc

với dụng dịch bên ngoài TC :

3.4.2, Chúc nắng chung Lép kép Hgit đóng vai trò như là vật cần tính thấm chung, vì rằng hầu hết các phân tử

‘tan (phan cực) trong nước không thể dé dang di qua nội chất không phân cực của mang

Các protein tạo nên hấu hết các chức năng khác của mang và do vậy chúng xác định tính đặc hiệu của mỗi hệ thống màng Gần như tất cả các phân tử của màng có khả năng tự do ' khuếch tán bên trong mặt phẳng của màng, nhờ vậy có thể biến đổi cấu hình và các phân

tử của màng đảm bảo được sự tái sắp xếp một cách dé dang Phospholipit di chuyển nhanh trong mặt phẳng của màng, nhưng rất chậm từ một ghía này đến phía khác của lớp kép (Ð

Buchanan et al., 2002): A : :

3.4.3, Tat cd các hệ màng cơ sở của tế bào đều được dị truyển - - , Theo Buchanan et al (2002), các tế bào thực vật chứa không ít hơn 17 hệ thống màng khác nhau và cỗ thể có nhiều hơn 20, tuỳ thuộc cách tính các tập hợp những màng liên quan (bang LD Từ thời điểm được bình thành, mợi tế bào phải duy trì tính toàn vẹn của tất cả các miễn cổ màng bao bọc để tên tại, do đó các hệ thống màng phải trải qua từ một thế hệ của các tế bảo đến thế hệ tiếp theo ở dạng hoạt động chức năng bình thường, `

- | Lưới nội sinh chất (LNSC)

‘| Mixel lip” | Cac binh Golgi (các kiểu cis, medial và trang),

Lưới trans — GolgiiPhần lưới nội sinh chất có lớp khoác ngoài

Cáo túi vận chuyển được khoác clathrin (màng khoác Đuôi đạng lưới) và COP' -

ghét nước | Màng túi vận chuyển nội bào

` Màng nội nhân — ` Các thể nhiều bọng/Các màng không bào tự thực

Lớp Kép Màng không bào lipt Màng peroxisom

Màng glyoxisom

Mang vỏ lục lạp (2: trong và ngoài)

Mang thylacoit, Hình 1.3 Mặt cắt ngang của mixen lipit Màng ty thể (2: trong và ngoài) và lớp kép lipit trong dung dich lổng

*COP: "khoác protein" (coat protein),

Tinh di truyền màng có các vai trò xác định sau:

— Các tế bào con thừa kế một bộ màng hoàn thiện bừ mẹ của nó,

= Mỗi một tế bào mẹ duy trì một bộ màng hoàn thiện ,

— Các màng mới chỉ được sinh ra- bởi sự sinh trưởng và sự phân chia các màng đang tén tal; chúng không thể phát sinh mới

3.4.4: Mô hình màng khẩm-~ lỏng (uid-mosaie memirane modal) hiện nay được công

nhận phổ biến nhất Theo mô hình này, tất cả các màng sinh học đều có cùng một tổ chức phân

tử cơ số, Các màng đều gầm lớp kép phospholipit (bilayer), hoặc trong trường hợp của lục lạp,

lycosilglyxerit Trong các màng đó có các phân tử protein gin vào (hình 14A, 1.11) Trong

du hết các mang, protein chiếm khoảng một nửa khối lượng ofa mang (Lincoln Taiz et al.,

15

2006) Tuy nhiên, thành phân lipit và các tính chất của protein khác biệt nhau giữa các

màng tuỳ thuộc vào đặc trưng chức năng riêng của chúng, _ a -

- Mö hình màng khẩn ~ lồng mô tả kiểu tổ chức phân tử của lipit va proteis trong màng

t@ bao va minh hoạ bằng cách nào các đặc trưng lý ¬ hoá của các thành phần phân tử khác

nhau xác định các tính chất sinh lý và cơ học của màng, Điều cần tap trung chú ý, trước

hết là các tính chất phân tử của lipit màng, tập hợp chúng vào lớp kép và sự điểu tiết để

lông của màng Các protein màng liên kết với lớp kép lipit theo các cơ chế khác nhau, và

cuối cùng, mô hình màng khẩm - lỏng sẽ chỉ ra sự phối hợp những phát hiện kháo nhau

-_ vào một giả thuyết vốn cho phép đoãn trước nhiều tính chất khác biệt của các màng tế bào,

3.4.5 Cấu tạo của màng khám ~ lông ‘ ¬ , ,

3.4.5.1, Phospholipit là lớp lipit chứa hai axit béo được liên kết cộng hoá trị vào phân tử

glyxerol Phân tử glyxerol cũng lên kết, cộng hoá trị vào nhóm phosphat Một số các chất

như chon (O;H,„O,N), glyxerol, serin hoặc inogitol tạo nên các đầu phân cực, do đó các

phân tử Hpit biểu lộ cả hai tính chất: ươ nước và ghét nước, có nghĩa là các phân tả luồng

tính Các chuối cacbon không phân cực của các axit béo tạo nến miễn ghét nước riêng biệt

Qình1.4A và Ù), đó là tính ky (ghét) nước

ˆ_ Các lạp thể (plastid) là duy nhất trong thành phần Hpit của chúng chứa hầu như toàn `

b6 glycosylglyxerit hon 14 phospholipit Trong phan tt glycosylglyxerit, đầu phân cực gém -

galactozd, digalactozơ, hoặc galactozd đã được sulfat hod mà không chửa gốc phoaphat -

` Cáo chuỗi axit béo của các phoapholipit và glycosylglyxerft có chiều đài biển đối, nhưng

thường chúng gồm từ 14 đến 24 cacbon Một trong các axit béo là axit báo no (bão hoà)

nghĩa là axit béo không chứa các liên kết kép; các chuối axit béo khác thường có một hoặc

nhiều bơn các liên kết kép cis, d6 1a cde axit béo không nò (không bão hoà)

Sự hiện điện của các liên kết kép eủs (xem du6i bền ghải của phân tử phúaphatidylcholn, -

hình1,4O) tạo nên chỗ uốn cong trong chuỗi có tác dụng ngăn chặn sự đóng gói chặt các „

Bhospholipit trong lớp kép, Nhờ vậy, độ lồng của màng tặng lên Độ lồng của màng cổ yai trồ

rat quan trong trong nhiều chức năng của màng Độ lỏng của màng chịu tác động mạnh của

nhiệt độ Vì thực vật không thể điều tiết được thân nhiệt của minh, ching thường phải đổi -

mặt với vấn để duy trì độ lỏng của màng ° » ñ điều kiện nhiệt độ thấp vốn, có.xu thế làm giảm độ

lỏng của màng Thực vậy; các phospholipit thực vật có tỷ lệ cao của các axit béo không no, ˆ -

chẳng hạn như axit oleic (một liên kết kép), axit lnoleie (hai liên kết kép) và œ-linolenic (ba

—liên kết kép); những liên kết *ép này gia tăng độ lỏng của các màng: : ;

a) Ban chất lưỡng cực của cäc lipit màng vd sy tập hợp tự phái lắp kép

Theo Buchanan et al (2002), trong hdu hét các màng tế bào thực vat, Kipit va protein:

_ (glucoprotein) phân bố xấp xỉ bằng nháu đối với sinh khối màng Lápit trong màng tế bào

thực vật gdm các lớp phospholipit, galactosylglyxerit (hinh 1.40), glucoxerebrosit (hinh 1.7),

va sterol (hinh 1.8) Các phân tử này chia sẻ tính chất ly hod quan trong: Chúng là lưỡng

' cực, chứa cả hai miễn ưa nước và ghát nước (ky nước), Khi tiếp xúc Với nước, các phân tả

này tự phát tập hợp thành các cấu trúc có trật tự cao hơn Các nhóm đâu ‘Wa nude tuong tac

tối đa với các phân tử hước, trong khi đó các đuôi ghét nước tương tác lẫn nhau, giảm đến

mức tối thiểu sự tiếp xúc của chúng với pha lồng (hình: 1.3) Hình đạng của các phân tử ˆ

lưỡng cực và sự cân bằng giữa các miền ghét nước và ưa nước điều tiết cấu trúc hình hee

._ Miễn ưa nước

‘Mang sinh chat

Của tổ bảo thực vặt gồm các prolsïn gắn vào lốp kếp phospholipit

(B) Ảnh hiển vi điện từ đ ra các màng sinh chất trong các tế bão từ" ˆ

triển mô phân sinh đỉnh rễ loại cây độc hình (Lepidium sativum); Tổng ` Phosphạtdyicholn — G:

độ dày của màng sinh chất nhìn thấy như hai đường đậm nét và không ° gian giữa chúng là 8nm (C) Các cấu trúc hoá học và các mô hình lấp khoảng trống của các phospholipit điển hình phosphatidyicholin và

'galactosylglyxenit (heo Gunning và Steer, 1998) cự

b) Vận động của lipit trong màng - — cv

ˆ_ Phospholipit di chuyển nhanh bên trong mặt phẳng của màng nhưng lại rất chậm từ một

phía này đến phía khác của lớp kép Vì các phân tử kpit riêng biệt tròng lớp kép không liên kết

cộng hoá trị với nhau, chúng tự do vận động bện trong bể ñ ` lớp kép (hinh 1,5) Các phân tử

cĩ thể trượt bên nhau một cách tự do Màng cĩ thể tiếp nhận bất kỳ hình đạng nào mà khơng :

phá vỡ mối tương tác ghét nước vốn là tác nhân ổn định cấu trúc của nĩ Bổ sung vào tính thích

nghỉ chưng đồ là khả năng của các lớp kép lipit tự đĩng lại để tạo nên các miền biết lập, tính

chất đĩ giáp cho chúng đánh đấu những màng đã bị hư hại (Buchanan et al., 2002)

Những nghiên cứu về các phospholipit trong lớp kép đã phát hiện rằng, các phân tử ấy

cĩ thể khuếch tần bên đateral diffusion), quay (rotate), uốn cong, gập uốn (flex) các đuơi

của chúng, bập bênh lên (bob up), xudng (bob down), và vận động bật nhanh lên và rơi tơm

xudng (flip ¬ lop) như trên hình 1.5 Cơ chế trực tiếp của vận động bên cịn chưa rõ Cĩ lý

thuyết cho rằng, các phân tử cá lẻ nhảy vào các chỗ trăng, Điều đĩ tạo nên sự chuyển địch

vì các phân tử lipit bên trong mỗi một lớp đơn biểu hiện sự vận động nhiệt Những chỗ `

trăng như vậy xuất hiện với tấn số cao trong lớp kép lơng, trung bình, các phân tử nhảy

khoảng 10” lần trong một giây Tốc độ nhảy như vậy sẽ vượt được khoảng cách khuếch tần,

lpmigiay Cả sự quay của các phân tử cá thể xung quanh các trục đọc của chúng và cáo cú

nhảy lên và xuống cũng là các sự kiện rất nhanh Tĩnh đễ uốn cong (đã gập) của các đuơi

hydrocaebon là cơ sở của những vận động ấy Vì rằng tính để uốn cong tăng lên theo hướng

đến các đầu cuối của đuơi, miền trung tâm của lắp kép cĩ độ lơng lớn nhất

Hinh 1,5 Tinh lint động của các phân tứ =

phospholipit trang lớp kép lipit “

š

Chất chuyển vị “3 phosphotlpit Sphingasin 2

ác flipaza khác nhau xúc tác đặc hiệu sự đi chuyển của các kiểu Hpit riêng biệt và

bằng cách đĩ cĩ thể ném (đẩy) cơ chất lipit vượt qua màng chỉ trong một hướng Vật cân

năng lượng đối với sự nhảy tự phat (spontaneuos flipping) vA tinh dic hiéu cia flipaza,

cùng với sự định bướng đặc hiệu của các enzym tổng hợp lipit trong màng dẫn đến sự phân -

bố khơng đối xứng của các kiểu lipit qua lớp kép của màng (Buchanan et aÏ., 2002)

3 SINHLY HOG T, VATS

“48

Sterol (cholesterol) trong lớp kép

Hpit hoạt động cĩ phần khác biệt so ¿gác Cholesterol

khơng mang điện tích (hình 1.8) Như vậy, các sterol màng khơng chỉ cĩ khả

năng khuếch tấn nhanh trong mặt phẳng của lớp kép; chúng cũng cĩ thể nhay (flip ~ fflop) với tốc độ cao Hơn so với phospholipit mà khơng cẩn đến sự trợ giúp của enzym :

©) Didu tiết độ lỗng của các mang t& bao

Tế bào tối ưu hỗ độ lỏng của mang bing cach didu tiét thanh phdn lipit Gidng như

hát nước

Hinh 1.8 Cac sterol cd trong mang sinh chat thực vật

_tất cả các chất báo, lipit màng tấn tại ở hai trạng thái vật lý khác biệt: trạng thái gel bán

tinh thé va trạng thái lỏng (sol) Bất kỳ một Hpit cụ thể não, hoặc hỗn hợp lipit đểu cĩ thể

chuyển từ trạng thái gel sang trang thai léng (sol), nĩ bị tan chảy khi gia tăng nhiệt độ Sự

chuyển đổi trạng thái như vậy được gọi là chuyển pha (plaza transition), đối với mỗi lipit

sự chuyển pha đĩ xây ra ở nhiệt độ xác định gọi là nhiệt độ tan chảy (Tạ, m chữ đầu của từ

tiếng Anh: melting cĩ nghĩa là tan chẩy) (bẳng 1.3) mm

Bằng 1.2 Hiệu ứng cỗa chiều đài và của các Hên kết kếp trong chuỗi axit báo đối với

nhiệt độ chảy (T„) của một số mảng phospholipit đã được xác định

Hal Cree 55 82 -

Hai G,,,, (cis) ~22 ‘ 18 8

Quá trình gel hố làm cho hầu hết các hoạt tính màng ngừng trệ và tăng: độ thấm của -

nĩ Mặt khác, khi ở nhiệt độ cao, Hpit trở nên quá lơng và khơng thể duy trì được sự cẩn thấm Tuy nhiên, một số cơ thể sống bình thường trong-nước rất lạnh tại vùng Đắc Cục,

trong khi đĩ các ad thể khác phát triển tốt trong các đồng nước nĩng vịng quanh Trái Đất

Nhiều lồi cây sống qua được nhiệt độ dao động đến 30°C trong thời gian ngày đêm

Bằng cách nào các sinh vật làm cho độ lỏng của màng thích hợp với các mơi trường sống

đột biến như vậy? Để đương đầu cĩ kết quả với những biến đổi phụ thuộc nhiệt độ do độ

lỏng của màng gây nên, hầu như tất cả các cơ thể biến nhiệt (những sinh vat cĩ nhiệt độ biến đổi theo nhiệt độ mơi trường) cĩ thể thay thế thành phần trong các màng của chúng

để tối ưu hố độ lồng cho hợp với nhiệt độ cụ thể Những cơ chế được áp dụng để bị đấp lại , nhiệt độ thấp bao gồm sự rút ngắn các đuơi axit béo, tảng số lượng các liên kết kép và tăng kích thước hoặc tích điện của các nhĩm đầu tận cũng

Những biến đổi trong thành phần của các sterol cũng cĩ thể thay thế các phần ứng của màng đối với nhiệt độ Các sierol màng đồng vai trị như là các chất đệm lơng của màng,

18

phân khác của chuối vận chuyện điện tử quang hợp ˆ

3.3.5.2 Protein "

Các phân tử protein 4 gắn vào lớp kép phospholipit của mang theo những cách khác nhau

lâm tăng độ lỏng ở nhiệt độ thấp bằng cách làm rối loạn quá trình hoá gel của phospholipit

và làm giảm độ lông của màng ở nhiệt độ cao bởi sự can dự vào các vận động uốn gập bạo

nên cấu trúc hình nắp bán tỉnh thể của các đuôi axit béo, vì mỗi một axit cố một T„„ (nhiệt,

độ:tan chây) riêng biệt, trong khi đó các Hpit khác vẫn tổn tại ở trạng thái lông Tương tự

với các phân tử kháe trong tế bào, các Hpit màng có giới hạn sống và phải được xoay trổ đếu -

đặn Sy lưu chuyển như vậy giúp cho tế bào thực vật tự điểu chỉnh thành phdn lipit mang

của chúng để phần ứng đổi với những biến đổi của nhiệt độ trong môi trường bạo quanh

Ngược lại, sự” truyền tự phát các phân tử phospholipit qua lớp kép, gọi là nhảy flip -

fiep (hình 1.B) hiếm khi xây ra Sự nhây (flip) đồi hỏi phải có đầu phân ‹ cực để di chuyển

qua nội chất không phân cực của lớp kép, mật sự kiện không thuận lợi vệ mặt năng Tượng

Một số màng chứa các enzym “flipaza” vốn đồng vai trò trung gian cho sự vận động của cáo

Hpit mới được tổng hợp ởi qua màng (hình 1.6) :

Mién flpit gai hoá không chứa protein „ Miễn iipit lỗng vớt tập hợp sắc protein màng

” Garth Nicolson để xuất) gồm hai kiểu protein’ mang: Protein toàn, phần (protein xuyên qua ' mang) va protein ving bién (hình 1.4A và bình 1.11) Nghiên cứu mới đây đã dẫn tổi sự phat hiện ra bốn lớp protein màng: prolein liên hết - axit báo; protein | Hân kết — nhóm, prényl; protein neo— ‘Phasphatidylinasitol ve protein liên kế‡ cholesterol tất cả chúng gần vào lớp kép bôi các đuôi lpitt (hình ‡ 10) - : và

Biên ngoài tế bào : Gilycosyiphosphatidyiinositd

Mặt phẳng trung ` ` , ' (GP!) - Proteln được nao, -

Bến ngoài tổ bảo tâm của lớp kép c ve

Protein màng - _tean phần

ngoại biên ` Hình 1 3 Sự chuyển thể của mô hình măng khám ~ lỏng thể hiện các protein 'toàn phần, protein vùng

cư biên và 'protein móc neo, thấy rõ mặt phẳng trung tâm của lốp kép ˆ

Độ ng của màng, theo m6 hinh kham — “ngs Không chỉ lên quan đến sự vận động,

của các phân tở lpit mà cồn của các protein toàn phần vốn bắc ngang qua lớp kép và của

những kidu protein ming liên kết bể mặt khác nhau Khả năng của các protein khuéch tan

‘Theo Buchanan et al., (2002) mé hành màng khẩm = lồng nguy ban (do Jonathan Singer va ¬

bên ở trong mặt, phẳng của màng là có tính quyết định đối với chức năng của hầu hết các -

màng Các tương tác va chạm là chủ yếu để vận chuyển các phân tử cơ chất giữa nhiều

enzym gắn kết màng và của các điện tử giữa các thành phần của chuỗi truyền điện tử

trong luc lap và trong ty thể, Những vận động như vậy cũng quan trọng đối với tập hop các

phức hệ màng nhiều protein ' Thém vao dé, nhiéu con đường truyền tín hiệu phụ thuộc vào

các tương táo dẫn truyền giữa các tập hợp xác định của các protein toàn phần, protein ving |

biên và protein neo ~ Hpit (axit béo) Các cấu trúc kiểu đây buộc điểu tiết và hạn chế sự

vận động của các protein mang, thường là hạn chế sự phân bố của chúng đến các miễn

màng xác định Cấu trúc kiểu đây buộc đồ có thể liên ¿ quan đến các kết nối với khung và với

vách tế bào, các câu nối giữa các protein toàn phân, boặc các tương tác kiểu - kết nối

Gunction ype) giữa các ‘protein trong các màng kế cận nhau

Hm —eø-œ 4s He —c¬ó—Eụ ae VÀ

Các proteln neo - axit béo “Oa tel ‘tpt

-Tế bảo chất _ Gée protein neg - prenyl lp Hinh 4 10 Các kiểu protein neo màng khác nhau Hên kết vào màng qua các axit báo, các nhóm prenyl,

hoặc phosphattidylinasitot (Theo Buchanan et al., 2002)

20°

@) Protein todén phan (integral proteins) không tan trong nước Vì ít nhất có một

miển gắn vào phần ghét nước ổ giữa lớp kép, protein toàn phần có thể bị tách ra và bị hoà

tan chỉ khi có sự tác động của chất tẩy rửa hoặc các dung môi hữu cơ vốn có thể phá huỷ

lớp kép lpịt Hầu hết các protein toàn phần xuyên ngang qua toàn bộ bể ngang của lớp kép

phospholipit, vì thế một phân của protein tương tác với mặt ngoài của tế bào, phần khác

tương tác với lõi (cd chất) ghét nước (hydrophobic) của màng, và phần thứ ba tương tác với

phần phía trong (interior), xytosol của tế bào (hình 1.1 Các protein đóng vai trò như các

kênh ion luôn là các protein toàn phần và đồng thôi là các chất nhận xác định tham gia vào

con đường truyển tín hiệu Một số protein đồng vai trò là các chất nhận ổ trên mặt ngoài

của màng sinh chất, chúng gắn chặt vào cấu trúc của vách tế bào, xuyên quả màng và thực

hiện chức năng nhận biết (hình 1.11) :

5) Protein ving biên là các protein tan trong nước, được gắn vào bể mặt của màng

bởi các Hên kết không cộng hoá trị, chẳng hạn như các lên kết ion hoặc liên kết hydro, và

có thể bị tách ra khỏi màng bồi đụng dịch muối, hoặc dung địch axit vốn không gây hư hại

lớp kép lipit, Các protein vùng biên có các chức năng đa dạng trong tế bào Ví dụ, một số

liên quan với sự tương tác giữa màng sinh chất và các thành phần của khung tế bào, chẳng

hạn như các ví ống và các vi soi actin (xem thêm phần sau)

6) Cả hai protein liên hết - axit béo.và protein liên kết - nhóm prenyl đêu gắn

- kết thuận nghịch vào các mặt phẳng phía tế bào chất (hình 1.10) để giúp điều tiết hoạt

động của màng Sự quay vòng giữa protein gắn kết màng và protein ổ trạng thái tự do,

trong số lớn trường bợp; được chuyển đổi trung gian bởi sự phosphoria boá và phân

phosphorin hoá, (dephosphorylation), hoặc bổi các chu trình liên kết GTP/GDP (hình 1.10)

Hình 1.11 Cấu tạo của màng sinh chất (và các thẳng bao quanh các bào quan)

Cac protein neo (lién kết)= axit báo cũng liên kết hoặc vào axit myrislie (Cu), bởi con

đường liên kết amit vào axit amin glyxin đầu cuối, hoặc bởi một hoặc nhiều gốc axit palinitic

(Gjp), hay bởi con đường liên kết thioeste vào xystein cạnh các nhóm cacboxyl đầu cuối Các

2

protein neo — lipÍt prenyl cũng được gắn vào một hoặc nhiều các phần tử farnesyl (Cs; 3 đơn

vị isopren) vốn cũng được gắn kết với các gốc xystein trong đầu cuối cacboxyl (hình 1.10)

Ngược với các proteim liên kết axit béo và liên kết lpit prenyÌ, các protein néo (liên kếp ~ phosphatidylinosilal cũng gắn Vào xoang hoặc gắn vào các bể mặt nội bào của các màng (hình 1.10) Điểu lý thú là những protein ấy lần đầu được sinh ra là những protein toàn phân, lớn, với một miễn xuyên màng Sau đó enzym phân cắt miền giữa của phận xuyên màng và miền bể mặt hình cầu, hình thành nền đầu cuối eacboxyl mới trên miền hình cầu, nơi lipit được gắn vào bởi các enzym của lưới nội sinh chất, Sau đó phân của miền protein xuyên màng cồn lại bị enzym proteaza phân giải Nhiều protein arabinogalactan (AGP,) gin

két vao ming sinh chất qua móc neo glycosylphosphatidylinositol (GPP là chất chứa một nửa _ phần tử Hpit xeramit (hình 1.10 Mới đây đã phát hiện ra các phân tử tín hiệu neo - cholesterol trong các tế bào động vật Các phân tổ tín hiệu này gắn vào bể mặt ngoài ¢ của màng sinh chất Chưa phát hiện được các protein tín hiệu này trong thực vật

Độ dày của lớp màng kép phospholipit khoảng 6 ~.10nm Tính chất quan trọng nhất của màng là tính thấm chọn lọc - khả năng cho một số chất ‘tan nay di qua nhưng lại không cho một số chất tan khác a qua a Mang sinh chất thực hiện nhiều chức năng khác

nhau đối với tế bào *

3.4.6 Chúc năng chung của các màng

Trong nhiều chức năng của màng, cố hai chức: năng lón: Gắn kết các tế bào với nhau _và 2) Vận chuyển vật chất qua mang Khả năng của màng cho một số ố chất, nhưng không cho các chất kháo đi qua mang v và đi vào hoặc ra khối tế bào, hoặc bão quan được gọi là đính

‘thdm chọn lọc

3.4.6.1 Tinh thấm chọn toe « của các màng sink học bắt st nguén từ hệ thống vận chuyển chứa các jrotein toàn phần Sự vận chuyển được điều tiết giữa các chất trao đổi qua màng sinh chất và các màng nội bào là cân thiết đối với sự trao đổi chất giữa các cơ quan và giữa

các tế bào Sự vận chuyển chỉ có thể thực biện được nhờ cÁc protein din màng bên trong

lớp kép lpit Hệ thống vận chuyển được gọi như vậy có thể được xem như là các enzym

truyền thing | trong hầu hết các mặt với một ngoại lệ quan trọng là vận chuyển được xác định bởi độ lồn và hướng trong không gian (những sự kiện vector), trong khi các phần fing duge enzym xtc tác là vô hướng (scalar) pane tự như enzym, ở mức độ nhất định, tất cả các hệ thống vận chuyển biểu lộ tính đặc hiệu — cơ chất và hoạt động bằng cách giảm năng

lượng hoạt hoá cần cho quá trình vận chuyển an, `

Cáo protein toàn phần có đặc trưng là trình tự axit amin bị căng ra, chủ yếu a mién ghết nước và có thể tương tác thuận lợi với các chuối axyl cla phospholipit mang Các nhà khoa học đã nhận đạng được các protein toàn phan dựa vào nguyên tắc là xoắn~-œ phải chứa khoảng 20 gốc axit amin dé néi dan phan ghét nước của lp kép lipit Mac đầu tất cả các hệ thống vận chuyển có các thành phần dãn màng, một số cũng đòi hồi các đơn phân (subunit) protein hoà tan để có hoạt tính xúc tác đây đủ

3.4.6.2 Van chuyén qua mang Van chuyén qua màng là cơ sở của nhiều quá trình sinh học chủ yếu của tế bào Các

protein của hệ thống vận chuyển qua màng chiếm tỷ lệ lớn trong các protein được mã hoá trong bộ gen của tế bào

Chẳng bạn, trong trình tự hoàn chính của bộ gen nấm men gồm 6000, có tới 2000 gen

23

mã hoá các protein Hên quan đến màng, phần lồn trong đó là ede thành phần của hệ thống

vận chuyển qua mang (Buchanan et al., 2002) Trong các tế bào thực vật, vận n chuyển qua

ming lién quan đến hàng loạt các quá trình chủ yếu như s 8A:

„ 8) Tạo sức trương:

Sự hiện điện của vách tế bào trong tuyệt đại đa số các tế Đào: thực vat buộc thúng phải

` tạo sức trương (ấp suất trương) Vách tế bào quy định độ cứng cấu trúc vốn đảm bão cho tế

bào không bị vỡ tung ra trong mai trường loãng Tạo sức trương kèn theo: sự tích luỹ muối,

Trong các tế bào trưởng thành của hấu hết thực vật, K* được tích luỹ trong tế bào chất và

trong không bào trung tâm lớn, trong khi trong cơ thể thực vật chịu mặn (halopbyte)

cation chit yu thudng li Na* C4c cation edn được cân bằng bởi nỗng độ tưởng ứng của các

anion để đạt được độ trung hoà điện; trong không bào, anion chủ yếu thường la cr uy

_ thuée độ sẵn có của nó trong môi trường: ngoại bào) hoặc) malat

6) Hap thy dinh dung + `

thác với : động vật; thức vật tổng hợp các phần tử hữu ed từ g tác chất định: dưỡng vô củ,

Nhiều các nguyến tố đinh, _đưỡng thiết yếu: phải được rễ hấp thụ từ đất để đồng ] hoá vào cde

axit amin và các chất trao đổi khác Thực" vậy, nitg có thể được hấp thụ ở ở đạng NH hoặc

NO; + phospho ö đạng HạPO¿~ và lưu huỳnh ở đạng so” Rất nhiều nguyện" tố vi lượng

như bọ, kẽm, đồng và sắt được hấp thụ ở tạng] ion và hấu như cháo chấn đội hỏi phải có hệ

thống vận chuyển đặc hiệu, _

©) Bai tiết phế, phẩm

- ` #fyao đối chất tất yếu sẽ tạo Ta phế phẩm đời hồi phải loại: ra ¬ khối xytosol, Trong hấu hết

các điểu kiện định đưỡng, phụ phẩm chủ yếu là H", mặc đầu sự hình thành QE- có thể chiếm

uu thế trong cây vốn đồng hoá HOO; va NOj va c&c hợp chất hữu ed, Để thải HỈ ta khỏi

xytosol, thực vật phải liên kết, với bom proton tai mang: sinh chất và mang không bào

d) Phân bố sản phẩm trao đổi chất

Đổi với thực vật trên cạn, sự phát triển hoặc các mê đị đường đổi hỏi ¢ chon dạng khổ

va c& chất trao đổi khác đo các rmhô tự đưỡng cung cấp 'Bự vận chuyển xả ` thô nguồn

đến các mô dự trữ và sử đụng được thực hiện trong mạch râỳ Saccarozd và: đão axit amii `

vượt qua : màng € của các tế bào kèm Xà được để vào mạch rây ‘bang con đường ota a he van

huyển-ch huyện: hoá Germrchương 6):

L2) Khoanh vung ede chất trao đổi

ôn tại nhiều son-‹ đường tráo đổi chất trong tế bào thực vật, sự: khoanh- -vùng dáp-enzym-

vào các chất trao đổi ngăn chặn sự quay vòng vô hiệu, Vi du, quá trình tổng hợp tịnh bột bền

trong cde lap tinh bột, nơi tình bột có thể được tổng hợp và dự trữ thậm chí khi đó điễn | ra

quá trình đường phân trong xytosol Quid trình tổng hợp tinh "bột phy’ thuộc vào sự nhập

EÌuooz — 6 ~ phosphat quả mang’ sp cha lap tink bot, Sy khoanh vùng cũng gia tăng hiệu

quả trao đổi chất, Vi dụ, trong cơ chất của ‘ty thé, cdc ty le ADPIATE: và NADH/NAD* lên hdn

so với trong xytosol, nơi cung cấp tý lệ cơ chất/sâm phẩm thích ep ¢ đối với hoạt động hô hấp

? Truyền năng lượng (energy transduction) ,

Vận chuyển qua màng nằm ở trung tâm của sự chuyển hoá năng lượng tự đo thành

dạng đễ sử đụng trong cơ thể Năng lượng ảnh sáng kích thích chuỗi vận chuyển điện tử `

quang hợp để bơi H* vào xoang thyÌacoit Một cách tương bự, sự oxy hoá NADH sung cấp

nang lugng ‘cho qué trinh bom H* tit co chat ty thé vào không gian giữa màng Trong mỗi trường hợp, đồng l” từ ngoài đến, tự phát quay trở lại qua mang, được sử dụng để tạo ra, 'ATP Kiến thức về cơ chế khai thác năng lượng của ánh sáng và của các điện tử caó năng `

để phosphorin hoá ADP thành A'TP đòi hổi phải hiểu biết về sự vận chuyển qua màng

8) Truyền tín hiệu (signal transduction) :

Cáo tín hiệu sinh học và vô sinh đối với sự sinh trưởng y và phát triển của thực vật kích

hoạt các phần ứng trả lời tương thích bằng cách tăng trong thời gìan ngắn nông độ Ca?" tự

do trong xytosol Diéu dé duge thực hiện thống qua hoạt động của hai kiểu hệ thống vận

l chuyển Thứ nhất, ATPasa chuyển vị ~ Ca”, Hệ thống vận chuyển này đẩy Ca?" từ xytosol vào tác màng nội bào bằng cách bơm nó (Ca?) qua màng sinh chất Thứ hơi, các kênh , thẩm - Ca? mở trong phần ứng đối với kích thích riêng biệt và cho pháp vận chuyển thụ

' động Ca?! vào xytosol, truyền tín hiệu được thực hiện bằng cách như vậy

3.4.7 Tổ chức vận chuyển tại màng tế bão thực vật

Sự vận chuyển qua màng tế bão thực vật được thực hiện nhờ các + cấu trúc chuyên biệt phân bố tại màng gém bom (pumps), chat mang (carriers) va kénh ion (ion channels) ‘Theo

' Buchanan, Gruissem va Jones (2002), có thể đặc trưng các cấu trúó đó như sau `, 3.4.7.1 Bom (punips), dé 14 mét logt cde chuyển đổi cấu dạng phic top dén ngang qua

“ede polypeptit lớn, hoặc các tap hop Bolypeptit phục vy cho vide gan kết các phần ứng trao - đổi chất uào ede protein liên quan tới uên chuyển "Tốc độ luân chuyển của các bơm tương:

đối chậm, trong khoảng 102 phân tử được vận chuyển qua màng trong một giây

ø) Các kiểu bơm nà tình năng của ching | :

ˆ ~ Bơm H*(bơm proton) gắn kết trao đổi chất là nguồn nắng lượng én trong ety:

Sự gắn kết trao đổi chất với bơm THẺ làm gia tăng nguồn nắn lượng dua vào proton

trong cay Cae proton (H*} tạo nên một trong các đồng năng lượng lớn của tế bào thực vật, ngàng tầm với: NAĐŒ)H và ATP Tại măng trong của ty thể và màng thy]láco¡t,- thé nang : vận chuyển, TH qua màng được hình thành và 'được sử dụng để cùng cấp năng lượng cho quá trình tổng hợp AITP Tại tất cả các mang khác trong tế bao, bom H* thuy phan ATP dé cụng cấp năng lượng cho sự vận chuyển | proton ra khôi xytosol, đồng thời cũng xác lập các thé nang hod dién (electrochemical potentials) qua các mang dé Sau dé, thế năng H* qua màng vừa xuất hiện được sử đụng để cung cấp nang lượng cho sự vận chuyển sáo Ì ion và các

` chất tần qua ‘mang (hink 1.14)

Cac nguyên tấc chung đó đã được Peter Mitchel gid thích trong những năm đâu c của

thập niên 60 thé kj XX, trong khi nghiên: cứu sự tổng hợp.ATE-và vận chuyển ð:vị khuẩn,

Giả thuyết gắn kết hoá thẩm (chemiosmosis) hiện nay đã được chấp nhận rong rãi như là

cơ chế vạn năng của sự chuyển hoá năng lượng sinh học và ông đã được giải thưởng Nobel `

Hơá học xem chưởng 5)

` Hướng thực của sự-vận chuyển qua màng được động lực trên màng quy định ror thể ai định lượng được động lực (driving forces) theo các số hạng vốn có trong thể nang chat tan (thế năng hod học không tích điện, s, trong môi trường đã cho có thể được xác định theo phương trình:

= yt RT ine _ 6 đây ta thé nang hoá chuẩn của s lại 1M; R là hằng số khí = 8 314 Lmot iS T a nhiệt độ tuyệt ,đối tĩnh bằng, K và In là lôgari-tự nhiên, của độ hoạt động a của chất tan, Đối với các chất tan không tích điện, a có thể được biểu hiện như nồng độ phân từ, nhưng đối với các chất tan tích điện, a được sử dụng để tính độ phân ly của chất tan) khi di chuyển qua mang, Don vị của thế hãng hoá hóc (thế hoá) tà J.mof"),

ì Á SNMLÝHQCT.VẬTA - : :

| Céec ion v6 cd,

đường, axit amin

Hình 1.12 Tổng quan các quá trình hoá thẩm trong od bào thực vật lý tưởng

Trống ty thể và trong luc tap, năng lượng thu được trong gradient ~ H* dùng để tổng hợp ATP Cac gradient

proton cling dude xac lập qua mang sinh chất và nàng không | bào bổi các bơm vốn phan giải ATP và PPi, Thế

hoá điện do các bơm ấy tạo nên được dùng để dị chuyển nhiều ion và cáo chất trao đổi bé nhồ qua các kênh

toan phan trong mang và các chất mang (Theo Buchanan etal., 2002),

Các chất tan liên quan với H* có thể là các ion vô cơ khác, hoặc các chất tan hữu cơ

như là đường, axit amin Có thể mô tả độ lớn của thể năng qua màng (A,) đối với một chất

tan không tích điện (chất không điện ly), hoặc đối với một ion (A,-) theo đơn vị nắng lượng

tu do kJ mol“) liên kết bình thường với các phần ứng vô hưởng (sealar reactions) Đối với

một ion tích điện thật, có hai nhần tố tham gia vào lực phát, động: sự khác biệt nổng độ qua

mang (concentr atiori difference across the membrane) va si khác biệt thế điện màng, hoặc

thường gọi thế năng màng (membrane electrical potential hoặc là membrane potential) V,,

Đất với ion, sự khác biệt thế hoá điện (electrochemical potential) chi don gidn la téng

của các thế điện và thế hoá (nông độ) Khi mà thế hoá cân bằng và ngược chiều với thế điện

thì tổng là bằng không và ở đấy không có lực phát động tổng thể lên ion (có nghĩa 1a ion ở

trạng thái cân bằng) Mỗi một loại ion sẽ có sự khác biệt thế hoá quá màng của bản thân

nó, phụ thuộc vào nông độ của nó, nhưng điện thế có giá trị đuy nhất tại mọi thời điểm

“Tính phân cực (dấu) của thế hoá (điện) qua màng đối với chất tan xác định hướng của

đồng Tại màng sinh chất, giá trị âm của A, hoặc A, chi ra dòng từ môi trường bên ngoài

vào xytosol Ngược lại, giá trị đương chỉ ra nang lượng đầu vào là cẩn để hấp thụ chất tan,

hoặc ion vì hướng thụ động của đông ra khỏi tế bào

28 4, SINH LY HOC T.VATS

Trong trường hợp đặc biệt H”, sự biểu hiện được đơn giản hoá trên cơ sở pH hơn là [H'],

có thể thu được sự khác biệt hoá điện Biểu hiện thông số kết quả ra đơn vị mV hơn là

kJ mol", dude coi 1A déng luc proton (dip) Nguyén tắc đấu được đứa ra ỗ trên đối với thế , năng hoá điện qua màng (A„) cũng được 4p dung cho dip oat MF), vì rằng nhân tổ chuyển hoá, hằng số Earaday ‹ Œ) >0 Định lượng pmf Gp) cd thể sử dụng để đo năng lượng tự do trong thế năng proton vốn được tạo ra qúa màng sinh chất hội bom, H*- ATPaza (H’~- pumping ATPaza), đôi khi còn được gọi là bdm proton mang sinh chất “Trường hợp điển hình, pH xytosol là 1,5, pH gian bào (apoplastic pH) là gần 5,õ và Ý„ là khoảng từ —160mV, Trong

những điểu kiện đặc biệt ấy, đìp chắc có thể phải là -268mV; các giá trị dao động trong

kboảng ~200 đến ~800mV là phổ biến trong cáo tế bào thue wat Buchanan et al, 2002)

Các bơm proton tai mang sinh ch&t và màng không bào là các bơm sinh điện (electrogenie), chúng tạo ra đồng điện vì rằng các lon được chúng bơm ra khỏi xytosol, đều A mang điện Do vậy, các born H'- ATPaza không chỉ tham gia trực tiếp vào thành phần hoá học

s (nông độ) của dip, ApH, mà còn có xu hướng làm cho thành phân điện, Vụ, trổ nên âm hơn

- ~ Bự luân chuyển ‹ của proton khổi động quá trình hấp thụ chất tan và bài tiết theo con _ đường vận chuyển cùng chiều và ngược chiều, Đó là sự vận chuyển đàng các ion vô cỡ hoặc các chất tan kháo được các chất mang (xem mục 3.4.7.2) 'thực hiện

+ Bom H*—- ATPaza kiểu F tại các màng trong của ty thể và màng thylacoit là các bom hoạt động theo kiểu dy trit dé tổng hop ATP H*- ATPaza kiểu F da duge phat hiện ở thực

vật tại màng trong của ty thể và màng thyÌaeoit nơi tổng hợp ATP Có bai kiểu màng chứa các chuỗi vận chuyển điện ti bom proton được thế năng oxy hoá khử (trong màng trong

của ty thể) và năng lượng ánh sáng (trong măng thylacoit) khổi động (xem chương 4 và B)

Déng hie proton (dip) diige các chuỗi vận chuyển điện tử xác lập dự trữ để khôi động đồng

Ht quay ngược trở lại qua ATPaza kiểu-F, kết quả là ate dude tổng hợp Một bộ phận của ATPaza kiểu F, được goi la Fo trong ty thể thực vật và Ea trong lạc lạp thực vật, xuyên qua màng và tạo nên đường dẫn thấm H* Một bộ phận khác cña enzym, gọi là RF trong ty : thé va CF, trong các lục lạp đã sẵn sàng phân ly ra khỏi bộ phận qua màng, nơi chứa các vị trí sắn kết adenin nueleotit, và só thể thuỷ phan ATP in vitro, Dong H* di qua Tạ khối động -, chuyển đổi cấu đạng phạm ví dài trong trị dẫn tới kết quả tổng hợp ÁTP ` Thành phần phân đơn (subunit) của ATPaza kiểu E biến động tuỳ thuộc vào màng tổng hợp ATP, nơi chúng được phái hiện Tuy nhiên, thành phận của lớp H'~ - ATPasa ấy chứa “lõi” của các.phân đơn chung vốn là chủ yếu đối với:hoạt động xúc tác (hình 1.13), Các

phân đơn được bể sung chắc sẽ tạo nên chức năng điều tiết Sự điều tiết là đặc biệt quan trọng trong lục lạp vào ban đêm, khi cần phải ngăn chặn sự thuỷ phân ATP bởi F, do thiếu

vắng địp vốn được tạo nên-bởi năng lượng ánh sáng Những nghiên cứu tỉnh thể học về phức bệ dạ Bey của bộ phận F) từ ty thể bò, do John Walker thực hiện đã chứng mình rằng ba vị trí liên kết nucleotit adenin của phức hệ (đầu:

tiên định cư trên ba 8 đơn phân) là ba cấu đạng khác biệt Tại bất ky thai điểm nào, một vị ixí liên kết là một cấu dạng mỏ, vị trí khác được liên kết nueleotit không bền và vị trí tha

ba là một liên kết nucleotit chat

Những nghiên cứu đó ủng hộ niô hình cấu dang của Paul Boyer đối với sự tổng hợp ATP được proton khdi động, theo mô hình đó, ATP được tổng bợp bởi ATPaza kiểu F thông qua quá trình xúc tác quay Boyer và Walker đã nhận giải thưởng Nobel Hoá học năm 1897,

27

+O

Hình 1.33, Cấu trúc của các phân

đơn vị tối của ATPsvntaza ty thể,

“một ATPaza~ kiểu Ht *

Các phân đơn vị chung của bộ phận Fo

được gọi là a, b và c, Trong phức hệ từ

Echerichia ,coli, những phân đơn vị này

hiện diện trong phép y lượng abz0a sa

Các phân đơn c là nhỏ bé (BkDa) và

các phan đơn vị cực kỳ ghét nước với

hai miển dân xuyên mang Phan dn vj

b c6 mt mién dan va phải là hình

chiếu từ bề mặt ela mang để tường tác

với bộ phận F„ Lõi củá năm kiểu phân

đơn vị khác biệt hiện điện trong bộ

phan F, trong phép tỷ lượng, œ;B;yõc

Ba vị trí gắn kết nuclaotit định vị ban

, đầu trên ba phân đơn vị 8 Mũi tên

ngang rộng phía dưới chÍ ra hướng VÀ

quay của cáo đơn phan ¢ trong thời

gian proton di chuyển: Các đơn phan ¢ e

quay là nguyên nhân khởi động

phân quay và do đồ làm thay đốt sấu 3

- dang của các vị trí liên kết~nucleotiL öng gian

' giữa mang Theo mé hinh gấu dang (conformational model), ADP va phosphat vô cd i) đấu tiên được gắn vào các vị trí liên kết nucleotit mg Ding proton di qua bộ phan Tạ của enzym don

' phân () của F, trung tâm quay Sự quay đó làm biến đổi cấu đạng của, tất cẢ ba vị trí liên

._ kết nuøleotit, VỊ trí liên kết, chặt được mé ra và giải phóng ATP vào môi trường lông, vị trí

"` chuyển ‘ đổi thành vị trí liên kết yếu, tôi vì vị trí liên kết yếu tạo nên cái túi chặt trong đó,

ATTP bự phát hình thành (inh, 1.19 Các nhà khoa học đã thừa nhận ring, có ba hoặc bến `

proton a qua bộ phận By đổi véi mỗi ATP được tổng hợp -

` mG,

Hình 1.44 Mô hình đối với quá trình tổng hợp ATP bởi H*~ ATPaza kiểu F

Tại bất kỳ thời điểm nào, mỗi trong ba vị bí liên kết — nucleotit có cấu dạng khác nhau: Một vị trừmỡ (O}„ các liên kết -

khác không] bển 1 Đ)v và vị trí thứ bạ liên kết chặt:(T) Đồng proton qua ATP syntaza lam cho don phan-y quay Sut

quay đó biến đổi cấu dạng của ba vị tí liên kết-nuoleofi kết quả là vị tí O (mở) trở nên vị f1 (đồng), vị trí Li trở

thành vị tríT và vị trí T trở thành O, ADP + PÍ bắt đầu liên kết vào vị tí trong cấu: dạng © và được ngưng ty lại để hình,

thanh nên ATP khi vị tí liên kết chuyển đổi thành cấu dạng T ATP được giải phóng ra từ vị tí 0.”

— Bơm H*— ATPaza màng sinh chất thực hiện cáa chức năng sinh lý đa đạng: - Ht- ATPaza mang sinh chất là một AT'Paza kiểu P Mặc đầu có những nét giống nhau

trong các phản ứng vận chuyển chung mà chúng, xúc tác, H*¬ ATPaza màng sinh chất và

H'— ATPaza kiểu F khác biệt một cách rõ nét trong bản chất protein, cơ chế phan ứng của chúng và từ đó, nguấn gốc tiến hoá của chúng cũng khác biệt nhau Ngược với các

ATPsyntaza trong luc lap va trong ty thể là phức hệ đa phân, H*~ATPaza màng sinh chất

„_ Tà polypeptit đơn khoảng 100kDa, liên kết với ÁTP và xúc tác quá trình vận chuyển HỈ,

nở Động lực proton được ATPaza bơm ~ H*màng sinh chất tạo nên, cung cấp năng lượng cho sự vận chuyển thông qua nhiều chất mang; địp cũng ảnh hưởng đến Ÿ„ (thành phần

điện, điện thế), Nhờ vậy, enzym tạo cơ sở cho các quá trình vận chuyển tại màng sinh chất

-_ 'luy nhiên, bổ gung vào các đồng khỏi động qua cáo hệ thống vận chuyển khác, H*~ ATPaza

_% màng sinh chất có một số những vai trò chủ yếu khác trong sinh “học thực vật, Hoạt hoá

` bơm proton @- ATPaza) mang sinh chất là một trong các phần ứng sớm nhất đổi với

:_ ausin xây ra trong thời gian một đến hai phút phơi nhiễm Kết quả là vách tế bào bị axit ˆ hoá, Điều đó, đến lượt, lại hoạt hoá các protein exbansin, Các probelrf expansin lam yếu sắc liên kết hydro bên trong vách tế bào và cho phép xuất hiện sự sinh trưởng bởi áp suất - trương (chương 7) H*'- ATPaza màng sinh chất cũng có Vải trò then chốt trong việc thải

- lượng H*:dư thừa ra khỏi xytosol Nhiều con đường trao đổi chất dẫn đến kết quả thậtsựÌà - sẵn xuất H*, một số lượng H* trong đó cần phải thải loại để ngăn chặn sự axit hoá xytosol - Thuc tế, pH xytosol là khá ổn định, được duy trì từ 7,8 dén 7,5 pH.téi ưư của H*~ ATPaza

“mang sinh chất thấp, 6,6,.có nghĩa là nếu các điểu kiện hướng tới sự hạ thấp pH xytosol,

bom sẽ được cân bằng bằng cách gia tăng tốc độ luân chuyển để phân ứng xây ra

ATPaza ming sinh chdt bom các

H*đơn lễ ra khối tế bào đối với mỗi một ` me đẹp -

: MgATP được thuỷ phân Trong khi Ps - T :

:thuỷ phân, gốc y- phosphat của ATP si tr3 nén chuyén dich nhưng: vẫn liên kết |

DU ast ‘ fy cons sp dh ae lực ` Hình 1.16 Chủ trình phần ứng đế vết ATPaza kiểu Pp

“ ụ BP ung bom (Pump eae prdton liên kết vào ATPaza ở cấu dang E, Thủy

phân ATP và phosphorin hoá enzym gây nền sự biến đổi

cấu dạng E„ Ái lực thấp của E, đối với H* dân đến sự

War Ae pha Kia của Tăng, nơi W7 0ö chúng đến

reaction cycle), trong đó các cấu đạng

khác nhau của enzym đã biết như là

Thuỷ phan Tiên kết phosphat-enzym giải phong ra Piva

chuyển ATPaza te lại trạng thal E,

trang thai 1 va trạng thái 9, làm lộ ra „

ˆ vị trí liên kết H' tại phía tiếp theo của

màng (hình 1.15)

Sự biến đổi cấu đạng làm 6 ra liên két Ht vào gian bào là liên kết đối với sự sự chuyển đổi

cấu dạng bổ sùng vốn làm giảm ái lực của vị trí liên kết, nhờ vay Ht được tách ra ˆˆ `

Sự tên tại trạng thái chuyển đổi liên kết cộng hoá trj.enzym~phosphat (E ~ P) trong

chu trình phân ứng khẳng định rằng H*~ ATPaza màng sinh chất khảo biệt với ATPasa

` kiểu E Điêu đó đặt H*~ ATPaza màng sinh chất vào lớp ATPaza bom ion được biết như là

ATPasa kiểu P (thể hiện sự hiện hữu của dạng E-~P) Ho enaym ấy bao gồm ATPaza mang _ sinh chất nấm, ATPaza trao đổi Na?/K* vốn có khấp mọi nơi trong cáo tế bào động vật,

: Ca*~ ATPaza màng sinh chất và các nội màng của thực vật và động vật cũng như ATPaza trao đổi Na*/K* màng nhày niễm mạc đạ đày của động vật có vú (nhờ công trình nghiên cứu về Na*/K'~ ATPaza, J Skou da duge nhận giải thưởng Nobel Hoá học năm 1997) Tất

29

cả các ATPaza kiểu †P đều bị chất orthovanadat (H;VO,) ức chế Chất này tạo nên đạng tương

tự như trạng thái chuyển tiếp E — P và phong toả chu trình phần ứng Hơn nữa, tất cả các

ATPaza kiểu P chia số cấu trúc miền chung Điều đó là thuộc tính chức năng của chúng

›, Bên ngoài " !

Bén trang

+ commas Hình 1.16, Sự bố trí trong màng của H'~ ATPaza mang sinh chất ¬ Miễn ưa nước lớn giữa phần dân xuyên màng số 4 và số 8 chứa vị tí gắn ATP và gốc aepartyl (D), nơi xây ra

Sự phosphorin hoá Trong các bơm lon khác nhau miễn đồ của enzym được bảo vệ chặt Các vị trí liên kết đối

Với H” chắc phải là định cư trong các phần dan xuyén mang, chủ yếu là các phan dan 6 đến 10 (ở bên phải)

Vòng ưa nước bé hơn nằm giữa các phần dãn xuyên màng 2 và 3 có thể tham gia xúc tác löại phosphorin hod (dephosphorilatton) của chất trung gian Asp-P,

-_ ~ Cac ed ché kiém tra H'-~ ATPaza màng sinh chất: / -

Hầu hết các enzym vốn có vai trò trung tâm trong trao đổi chất đều là đối tượng của sự

kiểm tra và H*~ ATPaza màng sinh chất là một trong số đó Khi pH của xytosol hạ thấp;

bom Hˆ~ ATPaza màng sinh chất được hoạt hoá Có lẽ, điểu đó là do táo động của phần lận

cùng € của enzym trong xytosöl (xem hình 1.15) Phần tận cùng đó cửa enzym tao nên

miền tự ức chế Loại bỏ miền tự ức chế đó bằng cách, hoặc cất bổ trypsin, hoặc biến đối đi

truyển, hoạt hoá một cách đáng kể H"-ATPasa Cáo đột biến điểm trong các phần xytösól

khác của enzym đã gây được tác động tương tự Điều đồ gợi ra rằng, miền tự ức chế uốn

, gập trở lại vào probairi để thực hiện sự ức chế, oot `

Sự uốn cong đột ngột đến H"~ ATPaza đầu cuối Ỉ "OH CH,

©, sự ức chế đã quan sât được trong khi nghiên cứu CH¡CC CHỢ—C—CH+=CH:

với fusieoccin, một chất độc do nấm Fusicoccum : _Cth

đmygdali, tác nhân gây bệnh cây dao (Persica HO oO

-oulgaris) và cay hanh (Amygdallus communis) sinh

ra (hình 1.17) Eusicoccin làm tăng áp suất trừơng

ˆ_ trong tế bào khí khổng, do đó mổ khí khổng và làm -

hảo lá, Các nghiên cứu trong những năm 1970 đã

xác lập được rằng, phương thức tác động đầu tiên

của fusicoccin là kính thích H*- ATPaza màng sinh

chất không phải ngay trong các tế bào khí khổng

nhưng trong toàn bộ các kiểu tế bào của cây Chất

nhận fusicoccin là một thành phần của họ protein

vưuyễn tín hiệu, tan trong nước, được biết đến như % _ 2 + 4, Xan

4 i 8-3 Các in nà ê A à Hình 1.17, Cấu trúc của fusicoccin, chất độc

các protemn 14¬ Các protein này hoạt động như là kích thích H*- ATPaza kiểu P

‘30

các nhị phân và gắn vào các protein đích (target protein) tai trinh ty xdc định tương ting vốn

bạo gồm gốc serin đã được phosphorin hoá Sy hoat hod H*- ATPaza mang sinh chất đa fusicocein và trypsin cảm ứng biểu lộ các đặc trưng động học "tương tự và không có bổ sung

*' Điều đó cho thấy rằng fusicoccin có thể hoạt hod endym bang cach loại bỏ sự tự ức chế đầu cuốt C Các mô hình hợp lý đối với sự điểu tiết H'~ ATPaza màng sinh chất bởi protein 14-3-8

và đầu cuối O như trên hình 1.18 Sự hoạt hoá anzym được để xuất phải thông qua liên kết 14-8-8 vào đầu cuối Ở vốn sau đó bị đổi chỗ Sự liên kết của protein 14~8-8 vao H'- ATPaza thực hiện được để dàng hoặc bằng sự phoaphorin hoá H"— ATPaza, hoặc bởi fusicoccin là chất

vốn liên kết vào cà hai vị trí: protein 14-8-3 và đầu cuốt Œ cña protein bơm, Các mô bình ấy làm nổi lên nhiều vấn để chưa được sáng tổ, trong đó câu hồi có tổn tại phối tử sinh lý đối với protein 14-8-3, vì rằng thực vật tự nó không sản xuất rá chất fusiooccin.,

Hình 1.18, Mô hình hoạt hoá H¬ ATPaza mang sinh

chất bằng cách phosphorin hoá và fusicoccin Đầu cuối Q của enzym hoạt động như là miền tự ức chế, Sự phoaphorin hoá sen trong đẩu cuối € gắn kết hai protein 14-3-3 (bên trải) loại bỏ sự ức chế ấy và hoạt hoá enzym Enzÿm cũng được hoạt hoá bởi liên kết Âuscoccin và các protein 14-3~3 (bên phải)

31°

Một cơ chế hoạt hod H'~ ATPaza khác biệt hoàn toàn là cơ chế gắn kết với sự kích thích „

bom proton do auxin cảm ứng Trong trường hợp này, auxẩn gia tăng điểu tiếc sự hoạt động

của bơm Hiện tượng cảm ứng sự hoạt động của H*~ ATPaza tương quản với tính để nhạy

` cảm đổi với auxin của bơm proton trong mô Thực vậy, trong các bao lá mẫm cây ngộ, mặc

đầu auxin kích thích bơm hoạt động và gây nên sự axit hoá gian bào (apoplast acidification) -

trong các mô không có mạch dẫn, các bao bó mạch không có sự gia tăng hoạt động của bom

do auxin cdm ting và không tham gia vào quá trình axit hoá vách tế bào đo auxin cảm ứng, „

` =Nhóm khác của ATPaza kiểu P, Ca®~ ATPaza, phan bé trong các màng khác nhau

của thực vật: a oe Lo l ¬ : `

- Ca*- ATPaza phân bố trong màng sinh chất, trong LNSC, trong các màng lục lạp và

“mang khong bio Các enzym ấy bơm Ca?* ra khối xytosol, đo vậy đuy trì được nồng độ Ca?*

“ta do trong xytosol ở mức khoảng 0,24M Néng độ Ca?! tự do thấp như vậy trong tế bào là

cách chủ yếu để ngăn chắn sự kết tủa cổa phosphat, nhưng trong cơ thể có nhân đukaryotg) `

điều đó là cỡ sở của phân ứng kích thích gắn kết các cơn đường truyền tín hiệu Bằng cách

- đồ, Ca”* tự do xytosol có thể được tăng lên nhiều lần bởi các kích thích sinh lý chón lọc mà

không phải vượt qua giới hạn thấp mieromol' - - : ni

Tất cả các Ca*~ ATPaza là các ATPaza vận chuyển iòn kiểu P, Mặc dầu chúng thực

hiện các phản ứng thuỷ phân và vận chuyển chung, cấu trúc phận tử của Oa?*~ ATPaa biến

động nhiều và phụ thuộc vào kiểu màng, nơi các cấu trúc độ phần bổ Các cấu trúc màng đó

được nghiên cứu tốt nhất trong các tế bào động vật, nơi chúng được chia thành hai lớp, Kiểu

, màng sinh chất (PM) được calmodulin hoạt hoá Sự hiện diện của miền liên két calmodulin

đầu cuối làm tăng khối lượng phan ti cha đơn phân xúc tác lên đến 180kDa Ngược lại,

ATPaza Ca!~ kiểu LNSC (endoplasmic reticulum — type) không chữa miển lién két calmodulin

và khối hiợng phân tử của chúng là điển hình đối với ATPaza kiểu.P (110kDa), ˆ

Cũng tương bự như trong các tế bào động vật, trong màng sinh chất thực vật, hoạt tính -

của Ca?"— ATPaza được tăng lên dưới tác động của calmodulin, Tuy nhiên, "thật kỳ lạ, mặc

đầu đã định ?ố được các đồng đẳng Ca” ATPaza kiểu PM trong các tế bào thực vật không

phát hiện ra sự hiện điện của nó trong màng sinh chất, Một trong cdc Ca ATPaza lién `

kết vào màng trong của lục lạp, một vị trí gắn kết khác là trong màng không bào Ca**-

ATPaza màng không bào được calmodulin hòạt hoá và có miễn liên kết calmodulin tương ,

ting Thật là lý thú khi phát biện thấy miền liên kết calmodulin biện hữu như là phần dan

tai ddu cudi N hon JA tai ddu-cudi C (hinh 1.19), ` -

`, Cáo không bào thực vật chữa dung dich rất axit, với pH khoảng 5,5; chừng 3 đơn vị pH

tăng lượng cho màng không bảo và , `

: thấp hơn so với pH của xytosol Trong hầu bết các quả chưa chín và trong các quả chanh,

` - pH không bào có thể giảm đến 3, tạo ra vị chua của mô quả Bơm proton vào xoang của

„1, không bào không chỉ cung cấp năng lượng cho sự vận chuyển qua màng theo;ed chế chất

` Tang mà còn tạo nên độ pH thấp của không bào, nơi các proteaza, glưcosidaza, phosphataza -_ và nueleotidaza định cư với độ pH axit tối tu : tes

_Bom proton được các bơm H* ~ ATPaza kiểu không bào điiểu V) xúc tác Phân tích

_trình tự đã chứng minh rằng, các enzym ấy lễ những họ hàng xa của Ht: ATPaza kiểu f, nhưng các H*~ATPaza.kiểu F hoạt động riêng biệt trong hướng của sự thuỷ phẩn ATP Da:

do được tỷ lệ H* được vận chuyểu/ATP được thuỷ phân là bằng 2, mặc dâu đã có một số -

"bằng chứng giả định rằng, bơm phụ thuộc về mặt hoá tỷ lượng (stoichiometry) của pR eang z bao, với pH thấp, tỷ lệ trùng bình thấp hơn 9 ¬

e protein, sự phân chia cấu `

trúc - chức năng côa các H*- ATa¿a

kiểu F và kiểu V vẫn được duy trì Do - ` vậy, enzym kiểu V sổ thể được tách

biệt vào phần V; hoa tan, tương tự đối

đi Eọ và bao gồm con đường Hˆ qua

ede don phan trong phan Vy va Fy Hình 1.20 Cấu trúc cña bafllomycin Ay chét độc *

Tuý hiên, H2 ATPaja kiểu V e6 ` do dác loài Sireplemyces sinhTa, Chất này Ức chế đặc hiệu

hành phẩn đơn phần phức tạp hởn so , H*~ATPaza kiểu V,

ôi Hh~ ATPasa kiểu F và một số chúng thực chỉ ra rằng, thành phần phần đơn đổi với

enzym kiểu V- là rất `biến—động -Ghình 4:90).-Chất- khá tien -cữ- phát h-eó—nhâ

- ATPaza kiểu V, Hợp chất cực kỳ ghét nước ấy duge Strepmyces sinh ra va tưởng tác vỗi

của xoang góp phần vào các túi phân loại và từ đó tham gia vào sự vận chuyển màng và

protein dich Cac ATPaza kiéu V tham gia vào quá trình -axit hoá xoang và bằng chứng

- đáng tin là những enzym ấy hiện hữu trong các màng của LNSC, Golgi, các túi khoác của

„ tế bào thực vật cũng như trong các tế bào nấm men và động vật toate

~ Bom H*- pyrophosphataza vé cd (H'- PPaza) ở màng không bào thực vật: N

H*~.PPaza là bơm H* bổ sung phân bố khắp mọi nai trong màng không bào thực vật,

He thống vận chuyển đó sử dụng pyrophosphat vé.cd (ppi) hon 1a ATP để bơm H” Ngược

lại với ATPaza kiểu V, H*— PPaza là bnsym tương đối đơn giản hơn, enym này chứa lớp

5.SNNH LÝ HỘGT,VẬTA se 33

polypeptit, đơn 80kDa, nhưng cũng có nhiéu mién xuyén mang (membrane — spanning domain)

Don vị chức năng của bơm chắc là một đồng nhị phân (homodimer) H"~ PPaza là duy nhất

đối với thực vật và một số ft loai vi sinh vật cổ đại (rchaebacteria)

ở ~ Các bơm kiểu ABC có vai

trò lớn trong sự càng hoá (bạo

phúc) các chất.trao đổi lưỡng tính

và các chất lạ vào không bào:

Hàng loạt các chất trao đổi

thứ sinh bao gồm favonoit,

anthoxyann và những sản

phẩm phân giải của điệp lục

'được tạo càng (phúc) vào không „

bào, nơi chúng được cách ly khôi

các con đường trao đổi chất

hoặc là đồng vai trò bảo vệ

“Thêm vào đó, một số các chất lạ ˆ

(xenobiotic), chang hạn, các

chất tổng hợp như các chất điệt

cổ, các chất lạ này có thể bị khử ˆ

độc nhờ các phần ting tao cing

trong không bào Sự vận

chuyển tất cả chất ấy vào trong

không bào là quá trình đồi hồi

năng lượng ATP, nhưng không

mẫn cảm đối với các chất mang

proton vốn làm tiêu biến động

luc: proton (dlp) Diéu 46 cho

thấy đây là sự vận chuyển phụ

.thuộc trực tiếp vào ATP chứ

không phải phụ thuộc gián tiếp

thông qua sự liên kết thứ cấp

vao dlp (prhÐ Hơn nữa, sự vận

chuyển này không nhạy cảm đối

với baBlomycin, chất ức chế

'ATPaza kiểu V nhưng lại nhạy

cẩm đối với vanađat

Các hợp chất lưỡng cực di chuyển qua màng không bào nhờ các bam được: biết như là

các protein vận chuyển cất xét liên kết ~ATP (ATP- binding cassette, viết tắt ABC) ABC

tự nó phần bố rộng rãi giữa các enzym vốn gắn kết ATP (kế cả ATPaza kiểu F) và bao gồm

cái gọi là hoạ tiết Walker A và B8 (hình 1.22), Cac protein van chuyển ABC G động vật có vú

đã được mô tâ rö ràng, sự vận chuyển hàng loạt các hợp chất, kể cả các được liệu hoá liệu

pháp và protein Trong vị khuẩn, một số cdc protein van chuyển ABC gắn với chức năng -

hấp thụ một số các chất định dưỡng đơn giản như phospbat Và các axit amin, còn trong _

nấm mén, chất vận chuyển ABC tiết ra tác nhân cặp đôi (giao phối) a

34

; Các đơn phân được đánh số thứ tự tương ứng với các sẵn

ˆ phẩm protein của VIA1—-VMA8, VMA10 và VMA13; cũng chỉ

«œ re

Walker A

GiooxGKỆ Waiker 8 BraxGrxxk, được tiếp theo

bởi 3 miền

ghét nude

Hoa tlét Walker A Hoa tiét Waiker 8

Hinh 1.22 Mia hình protein va vận chuyển ABC tử cây y Arabidopsis

Hai nép gdp llén két nucleotii, NBF1 và NBF2, mdi một chứa các hea dt Waker A va B

Các NBF được tách biệt nhau bởi những niiển đa xoắn ốc giữa màng

Dae điểm xác định của các chất vận chuyển ABC cấu trúc miền của chúng: Sự nống ra (cang ra) cha mién dan xuyén mang dude kéo dài thếm bởi phần liên kết nucleotit vốn trổ thành bộ phận của các hoa tiết Walker Cấu trúc miễn đó được tái bắn + trong ca hai ‘ cudi N va © của protein vận chuyển, Trình tự đánh đấu biểu hiện một số khác biệt đối với „ :các protein vận chuyển ABC đã được nhận biết ở thực vật , Điều đó giả định tằng, protein vận chuyển ABC ở thực vật có: vai trô cũng đa dạng như đã mô tả ở các co thể khác Chẳng hạn, nhiều chất lạ đã được tạo càng trong các không bào thực vật, sau khi đã đường] hoá và các protein van in chuyén ABC rất tố thể Hén quan đến

- được phát | hiện ở thực vật cũng như ở động vật có vú Các protein.vận chuyển này không phải là điển hình của các hệ thống vận chuyển nói chung; hầu hết các protein vận chuyển không phải ABC thể hiện tính chon lọc mạnh đối với cơ.chất được chọn lựa

Sự nghiên cứu các tính chất của những protein vận chuyển ABC ở thực vật chỉ mới bắt đầu, nhiều câu hỏi hấp dẫn còn chữa có trả lời, ví dụ, các chất vận chuyển ¢ đó hoạt động

„ thư là bem hay nhảy “flipaza” còn chưa sáng tổ

3.4.7.2 Chất mang (carriers)

Đó là cdc protein màng liên kết thực sự với các chất được van chuyén qua mang Những _ Protein ấy được gọi là các prolein chất rang Sau đây là các đặc tính của chất mang

1 va don phan 2 đương đồng một cách tương ứng với các phân

đơn B và œ của H'~ ATPaza kiểu F, trên hình 1 13) Cac cấu

trúc như vậy hoặc các cấu trúc tám đơn phân: cũng tham gia vào V„ Phần Vạ chứa các copy đa phần của đơn phân 3 (đơn phân trội, ghét nước, có khối lượng phân tử †6kÐa được sinh

ra từ sự tái bản và hợp nhất của gan đối với đơn phân 8kDả của Fạ) và bốn đơn phân bổ sung

° ~ Các chất mang biến đổi cấu dang trong khi van chuyén (biểu hiện động lực học

ˆ Michaels ~ Menten): Ũ

Không giống với bơm, các chất mang không xúc táo các phần ứng vô hướng (scalar

reaction) nhu phần ứng thuỷ phân ATP, Nói một cách kháo, quá trình vận chuyển không liên quan đến các biến đổi hoá học của bất kỳ hợp chất nào gắn vào chất, mang Chắc chắn,

38

$ SINH LỲ HỌC T VẬT,8

các chất mang chỉ xúc tác sự vận động của các ion vô cơ vA cde chat tan hitu cd don gidn

qua màng

Một đạo trưng xác định của các le chất `

ming là chúng thể hiện tính bão hoà khi „

động lực học của sự vận chuyển được

“biểu hiện lên quan với néng độ cơ chất,

(hình 1.28) Thường, động lực hoe (kinetic)

ấy có thể biểu hiện trong các giới hạn

của phương trình Michaclis - Menten,

thu duge K,, đối với cd chất 'và 1/2V„„„ đổi

với tốc độ vận chuyển Có thể rút ra một,

“hệ quả quan trọng từ các động lực học - : Ko “8

bão hoà ấy: Các chất tiang chịu những” - Hình : ‘Cac ‘chat mang g phô bay động học bão hoà

biến đổi cẩu dang trọng khi vận chuyỂn Ở các nồng độ thấp của cơ chất {S), tổng động tốc độ vận

(hình 1.30 Vì các chất mang chuyển đổi chuyển bị hạn chế bởi liên kết của 6 vào chất mang và vì

- giữa các trạng thái, trong đó vị trí gắn thế tốc độ vận chuyển tăng tỷ lộ thuận với [SỊ Ở nổng độ

cao của S, tốc độ vận chuyển bị han chế bởi sự biến

kết vận, "chuyển được định hướng hoặc ' cấu dạng gắn với tố vào của các vị trí liên kết từ một phía

' hướng tới, hoặc rồi xa khôi bể é mit phía của màng Nồng độ cơ chất mà tại đó đã đạt đến một nửa

xytosol ¢ éha màng vn Tốc độ cực đại là hang số Michaells - Menlen (Km)

Hình về hoại nh của chất mang C mình hoa sự vận chuyện chất tan S từ goat Đão (bên gaat, ø Wao Bến,

trong tế bào (bên trong, I) Các vị tí gắn kết chất mang thực tế là không di chuyển từ phía này đến phía khác ' 1

: của màng Thay vào đó, những biến đổi cấu dạng tiên kết với các phan ứng vận chuyển e có lẽ rất nhạy: bón

ˆ Mặc đầu như thế, không cố "nhiều các tương tác với, cầc cd chất: hoa tan Tốc độ Tuân,

chuyển các chất mang diễn ra nhanh bón so với tốc độ luân chuyển của các bom, điền hình

là khong 10°/giây

~ Cán chất mang vận chuyển tác ion vỗ ed và à các chất hữu ed bé c6" tinh đặc hiệu Cao:

Những loại ion và chất tan được các chất mang vận chuyển là rất lớn Những chất

- định dưỡng ` vô cơ chủ yếu bao gồm NH¿, NOy, Pi (che 1a H,PO,), K* va 8O,*, tất cả

chúng được vận chuyển ¿ chỗ yếu vào tế bào bằng các chất mang của màng sinh chất, Các _

chất.mang sũng só trách nhiệm hấp thụ các lon vốn ít có các vai trồ trung tâm trong trao

đổi chất, chẳng bạn, như CT Trong các chất tan hữu cơ được các ' chất, mang vận chuyển

a đều được các chất mang màng sinh chất khác nhau vận chuyển, Như vậy, đã phái hi

_' trong tất cả cáo kiểu mang mét loạt các kiểu chất mang

đường, axit armin và các bazd nitd như purin và pị din, Tai mang sinh chat, các chất -

mang không chỉ là trung tâm đối với sự hấp thụ định đưỡng mà cén déng vai trd cơ SỞ -

` trong quá trình động viên và tích quỹ cáo chất trao đổi Ví dụ, trong cáo loài thực vật, nơi có

sự dẫn xuất cacbon ở dạng khử như saccarozd ra khỏi lá, các chất mang vận chuyển đặc:

hiệu saccarozơ chịu trách nhiệm chất tải mạch rây (xem chương 6) Một cách tưởng tự, nhiều loài tiến hành khử NO;' trong lá và đo vậy, chất mang cần phải tải cáo hợp chat nits

hữu cơ vào bên trong mạch rây để vận: chuyển chúng đến mô chứa (dự trữ, sử dụng) Trong

` thời gian nảy mắm, từ quá trình thuỷ phân các đa phân tử sinh học xuất hiện đường, axit amin vốn là những chất cần được vận chuyển đến mô đang nây mâm Các chất mang tạa ,

dễ đàng: (xúc tiến) sự vận chuyển đó

Các chất mang cũng đồng vai trò quyết định tại các nội màng Các chất mang tại màng tonoplast (màng không bào) xúc tÁc sự tạo càng của Na‘, Ca, Mẹ” “và NO; cũng như đường và các axit amin Tai các bào quan khác, sự trao đổi chất thường chiếm tu thế, Ví -

"đụ, chất di chuyển triozd phoaphat, chất mang phổ biến tại màng vỗ lục lạp, trao đổi với số -

l lượng bằng nhau triozd.phosphat Qhường là trong stroma) déi với Đi Qhường là trong

: xytosol).Bự trao đổi ấy đâm bảo cho riêng độ phosphat trong lục lập không bị cạn kiệt khi

cacbon vừa mới cố định được xuất vào xytosol nhu 1A phosphat dibydroxyaxeton Tai màng ° _, trong của ty thể, chất mang thực hiện sự trao đổi hoá tỷ lượng ATP cơ chất với ADP

: _xytosol, duy tri sự cân ân bằng tỷ lệ sản phẩm cg chất tại các giá trị cho thép đối với sự tổng © hop ATP

Giống như đa số tuyệt đối các enzym, ác chất mang là tương đối đặc hiệu, ga: với các es" chất của chúng Trong trường hợp các cơ chất bữu cơ, ví đụ, các chất mang có sự khác

- biệt rõ rệt với các đồng phân vận chuyển Le axit amin và D~ ~ đường trọng sử ưu thế tố tật

“đối với các đồng phân D- và 1~—, "Trong cdc axit amin, axit amin trung tinh, kiểm và axit ”

Hau hét các chat mang thực vật được động lye proton (dlp) dung cấp r lãng hướng `

` Nhiều chất mang, đặc biệt, những chất mang tai mang không bào và màng sinh chất hoạt động như là các H*~ protein vận chuyển cùng chiều hoặc H*- protein vận chuyển _

ngược chiều (xem bình 1.12) Kết quả là cơ chất chất mang đi chuyển được ngược chiều thé

hoá điện của chính mình Bằng chứng thực nghiệm về sự vận chuyển gần kết ~ H*duge rat

ra từ hai phương pháp thực nghiệm, Phương pháp thứ nhất sử dụng các vì điện cực

-Gmleröeleetrodss) điêu khiển thể điện QHAHN ghẩu điện,V„) đua màng tế bào để đánh giá

_ hoạt tính vận chuyển cùng chiểu qua măng sinh chất (hình 1.25A) Khi tế bào được ngâm

vào cơ chất chất mang, thậm chí, cơ chất là chất không tích điện như đường, màng sinh chat thường bị phân cực rất nhanh Điều đó chỉ ra rằng, dòng đi vào tế bào là đồng tích -

điện dương Hiện tượng phân tực hoá như vậy cho thấy hệ thống vận chuyển gắn kết ~ Ht

là các hệ thống điện đi (mang cáo điện tích) Bằng sự liên kết các hệ thống vận chuyển với

hệ số hoá tỷ lượng H*: cơ chất là đủ lớn để mang điện tích đường, thực vật có khả năng sử dụng thế âm cao Ý„ (thế điện) vào việc cung cấp lực phat động Điều đó có thể là đặc biệt

* quan trọng đối với thực vật sinh trưởng ở môi trường kiếm, nơi thành phần hoá học thế

` hoá, gradient néng độ) của động lực proton (tp) khong | có, hoặc thậm chí ngược chiêu

37

A) Điện sinh lý

7 H*-§Oj2#ˆ Cùng chiều

tại màng sinh chất

Hình 1.25 Phương pháp chứng mình sự vận chuyển chất tan gắn kết ~ H* theo cơ chế chất mang’

(A) Các tế bào được xâu vào với micropipet thuỷ tính chứa chất điện phân và điện cực VÌ điện cực đó, khí nối

với điện cực khác ở trong dung dich ngâm, được sử dụng để đo hiệu điện thể qua màng Một cơ chất không

mang điện hoặc một anlon, như SQ,2, được cho vào dung dịch ngâm Nếu cation cùng đước vận chuyển với

cơ chất, dòng 'các chất tích điện âm vào tế bào, màng bị phân cực và V„ (thế điện) tăng Các thực nghiệm thay

thế lon kiểm hoá môi trường thường nhận biết cation như H* Nếu cơ chất được vận chuyển là anion, sự phận

cực của màng ngụ ý rằng ít nhất có hai H* được vận chuyển đối với mỗi anian hoá trị một, hoặc ba H" đối với

mỗi cảtlon hoá trị hai, 7 * + “oo ” v

(B) Các túi (bong) được ô với cơ chất hoạt tính phông xạ (có nghĩa là “Ca?) và được lọc qua mâng

nitroxenlulozd 16 hep Sau 46 màng lọc được rữa sạch và định lượng hoạt tính phóng xa gắn kết với tới, Phương

pháp này cho phép so sánh sự hấp thụ bằng túi khi có và không có động lức proton (dip) Néu bé mat phía

xytosol của túi được tiếp xúc với môi chất, hoạt tính của H*~ATPaza nội sinh cổ thể được xác lập một pmf axit

bên trong màng, Gradient ấy được dùng để khởi động sự hấp thụ cơ chất đánh đấu phông xa, như đã chỉ rõ

trên hình đường cong hấp thụ Ca?°(+ATP) Bổ sung thể mang ion (lonophore) chọn lọc ~ Ca” (mũi tên thẳng

đứng hướng xuống) làm xuất hiện lỗ rõ từ túi, điều đó chứng minh ring, Ca?" đã được tích luỹ trong túi hơn là

được gắn kết vào túi Nấu thiếu vắng ATP (-ATP), hoặc khi có các hợp chất vốn triệt liêu gradient proton

{FCCP: cachonyl xyanit p — {trifluoromethoxy}phenylhydrazone), sy tich luỹ Ca?* cần được khử

Mật phương pháp khác là có thể ập dựng các túi (bong) mang phan đoạn (hình 1.25B)

đối với các loại màng liên quan, Các nhà khoa học đã so sánh sự hấp thụ tồi đã được đánh

dấu phóng xạ khi có hoặc khéng cé dip Khi cd dlp phân cực thích hợp, sự tích lưỹ cơ chất

bên trong túi cho biết có sự vận chuyển gắn kết ~ H*, , hà

Su uu thế của các hệ thống van chuyén gn két - Ht trong ede mang sinh chất của tế 3

bào thực vật cho thấy cáo cơ thể đang sống trong môi trường tương đối loãng phụ thuộc vào

sự vận chuyển chất tan được cung cấp năng lượng Ngược lại, trong nhiều tế bào động vật,

hệ thống vận chuyển đốt với hầu hết các chất đình dưỡng là không được sự vận chuyển gắn / |

két - ion cung cấp năng lượng, có lẽ vì cáo tế bào động vật được ngâm trong chất lổng cơ thể

giàu định đường Tuy nhiên, một số chất mang thực vật cũng không được sự gắn kết — ion

cung cấp năng lượng Ví đụ, sự hấp thụ gÌucozơ và một số axit armin vào không bào có lẽ

xây ra đễ dàng nhờ các chất mang vốn không vận chuyển H* nhưng thay vào đô là được gắn kết vào-građient nông độ của chất.tan được vận chuyển ` nh

Bên ngoài Gác thành phần của con đường

›_ thấm xuyên qua mang

Các protein chất mang được dự đoán phải có khối lượng phân tử trong khoảng 40 ~ 50kDa

ˆ Theo kết quả phân tích, cấu trúc đã được dự đoán là thường có 12 câu vượt qua xnàng với một vòng lớn ưa nước xuất hiện giữa các cầu vượt màng số 6 và số 7 (hình 1.26) Những § tưởng về sự hiện hữu của các điệp khúc trong các nửa N~ và C~ đầu cuối của protein bi tach biệt bởi vòng lớn ưa nước Cấu trúc như vậy có thể cho thấy rằng, tổ tiên cổ xưa của ` các hệ thống chat mang dé da trai qua sự tái bản gen và hợp nhất Phân tích trình tự cũng ' như sự phân bố cửa các chất mang trong mang cho phép xếp các chất mang tại mang sinh

.chất vào nhóm lớn và đa dạng của các hệ thống protein vận chuyển được gọi là họ protein

vận chuyển dé dang Nhóm này bao gầm cả hai hệ thống vận chuyển đường gắn kết - H* từ

vi khuẩn và các protein vận chuyển đơn, các chất mang có từ tế bào động vật vốn không 'được cung cấp năng lượng thông qua sự liên kết ~ ion Trơng động vật, sự vận chuyển chất tan liên kết ~ ion, nói chung sử đụng Na" hơn là H”, điều đó chứng tô rằng các chất mang liên kết ~ Na" của động vật ít có họ hàng với các chất mang gắn kết - H của thực vật so với các chất mang đơn của động vật ` "

~ Trong một số trưởng hợp, các chất mang vận chuyển chất tan gắn kết _— ion trong

thực vật liên quan với Na” hơn la vel Hh

Mặc đâu sự vận chuyển chất tan gắn kết - H* thịnh hành như là một cơ chế vận chuyển bằng chất mang được cung cấp năng lượng, ngày càng có nhiều ví đụ về sự vận -

chuyển cùng chiểu ~ Ma*(Na!~ symporÐ) đã được phát hiện trong thực vật Trong một số loài tảo biển, sy h&p thy NO,” và miột số các axit amin là sự vận chuyển phụ thuộc — Na,

Điều đó không quá ngạc nhiên vì nổng độ Na' trong nước biển là quá đổi đào (khoảng 480mM): Sẽ có sự khác biệt lớn về nống độ đối với Na* qua màng sinh chất (hinh 1.27):

39

Tuy nhién, sy hap thu K' yéi néng

độ micromol cũng phụ thuộc — Na! trong

nhóm tảo bánh xe nước ngọt (Charophyta)

và trong một số loài thực vật bạt kin,

Mặc đầu nông độ Na" của nước ngọt là ít

hơn nhiều so với: ước biển, tuy nhiên nó

có khả năng đối với sự gắn kết ~ Na" để -

cũng cấp năng lượng cho sự vận chuyển, -

._ vì rằng thành phần V„„ của lực khởi động

-hoá điện đối với Na" là đủ lổn để khắc

phục được chênh lệch nễng độ vừa phải oS

của ion Ấy qua màng sinh chất "` -` `

Đằng chứng ở cấp độ phân tổ đối với `

sự vận chuyển K* gắn kết — Na" đã có

được sau khi nhận đạng đồng cADN của

cây lóa mỳ (Triticum) Đồng cADN này

„ khí được biểu hiện trong nấm men “hoặc”

trong các noãn bào (tế bào trứng} ‹ của don

` ếch, đã xúc tác sự hấp thụ chung K* vA

Nat Chất vận chuyển E? đó ái lực bao `”

được giá định ấy, KT, đã được hình ˆ

thành trong vỏ rễ, tuy nhiên, các nghiên ` '

cứu sinh lý đối với rễ cây lúa mỳ cồn chưa

cụng cấp được bằng chứng về sự vận ˆ

chuyển Kt gắn kết ~ Na’ trong thực vat

Do: vậy, còn edn: ' phải xác định vai trò của

HET trong sự hấp tụi L% ‘trong ré,

` Đổ là các protein Toàn nhấn ã igo con ` đường (kênh) xuyên màng theo đồ cóc chất '

~-phẩn-cựe-có-thể: 'đi dục "Ngược" với-bởm-và~—-

chất mang, "kênh iơn không chịu những

biến đổi cấu dạng trong khi vận chuyển

và có thể xúc tác các: đồng ii ion £2 10° đến

10%/glây (Buchanan et al., 2002) Những,

- suy xế Ấy giúp trả lời câu hỗi vì sao néng ẹ

độ của các protein khác nhau biến động

nhiều Các bơm không chỉ luân chuyển

chậm về mặt số lượng mà con tạo ra hàng -

loạt các protein vận chuyển cùng chiều và „

, ngược chiên (hình 1.44) Thật vậy, các bơm :

Hình 4.28, Biện đi đồ trên gaF' 'SDS - palyaciytamit của cáp tiểu phần thư được trong khi tỉnh chế ATPaza mang sinh chất từ lâ cây rau nhà chùa {Spinaoia

` nhành (fast performance ñquyd chromatography)

40

, „- tại ngang qua màng sinh chất của tảo biển, chẳng h han,

oleracea) C,,E,, polyoxyethylen 8 ete myristal; DM,- dodecyl-B-D~maltoside; FPLC, sắc ký lỏng hiệu nẵng

` kích động” Trong các hệ thống thần kinh của

, điện thế hoạt động thấp hơn khoảng bá cấp so

- tây biểu lộ sự vận động nhanh Trong các cây :

Ht (proton) thực sự và nhiều, phân biệt rất rõ trên cáo ban gel polyacrylamit chita natri

dodecyl sulfat (SDS) sau khi điện đi các protein màng (hình 1.98) Mặc dầu tiết điện tính ra

mieromet vuông của màng có thể bao gồm vài trăm đến vài nghìn protein bơm, bơm điển

hình chỉ chứa 1 đến 10 protein tạo kênh, một số lượng quả ít để có thể áp dụng được các, -

phương pháp hoá sinh trong phân tích các bơra Tuy nhiên, tốc độ luân chuyển nhanh và sự phân bố khuếch tấn của các kênh thuận lợi cho các phần tích điện sinh lý của các phân tử

` kênh nhờ kỹ thuật “vòng kẹp” (“clamp patch”) méi phát mình gần đây Ky thuật này có thể ,

'giúp đo được các kênh đơn liện quan với cấu trúc của lớp kép lipit của màng Kỹ thuật nay do Erwin Neher và Bert Sakmann sử dụng đầu tiên để khám phá và đặc trưng các kênh trong 'các tế.bào nhạy cảm của động vật Kỹ thuật này cũng được áp dụng đổi với màng sinh chất -

và màng không bào của tế bào thực vật nguyên vẹn Kỹ thuật vòng, kẹp, chủ yếu cho phép

` phát hiện những đồng điện rất yếu xuất:hiện khi các lon đi chuyển thành dong qua kênh, _Oác nhà thực nghiệm quan trắc các đồng ấy có thể kiếm soất, tất cả các thành phần của động lực hoá điện đối với các loại ion cụ thể trong môi trường tại Thai phía của màng và ` nhờ sử dung bộ khuếch đại phân hổi điện thế màng Kỹ thuật vòng kẹp có thể giúp tách hoạt tỉnh của các phân tử pfotein đơn (các kênh) vì chúng xúc tác sự đị chuyển các jon

b) Đặc trưng của các kénh ion ‘ *

> — Kênh lon phân bố khắp mọi nơi trong các mang tế bào thực vật:

- Tgong các nghiên cứu kinh lên trên các sợi thần kinh trục (exons) của con mực ống

`, (Ommơstrephes) vào đầu những năm B0 của thể kỹ trước, Alan Hodgkin vi Andrew Huxley dé

“xuất thuật ngữ “kênh” (% 'channel") để mỡ tả sự tên tai trong mang sinh chất các thành tố phan , , ứng đối với sự kích thích điện đo các đồng ion chọn lọc dé dang, hoặc các đồng ion mở trong điện thế hoạt động Các điện thế hoat déng (action potentials) được sinh xa khi mang bj phan cực đến giá trị điện thế dương hơn so với điện thế ngưỡng (threshold voltage) Có một sự phân

2, cực đẳng kể xây ra tiếp theo sat đó, nhưng đó là điện thế chuyển tiếp và V„ tự phat quay td

ˆ hại điện thể nghỉ âm, điển Hình là sau 0,001-đết0, 002 giây trong các dây thần kinh trục `

Các tế bào như vậy được gọi là các tế bào “bị động vật, như đã biết, các điện thế hoạt động đồng vai trò truyển tín hiệu Một số các kiểu tế

bào thực vật cũng bị “kích động”, mặc đầu các

với điện thế hoạt động trong tế bào động vật

-Điện thế-hoạt- động của tế: “hào thực vật-đã-được ~- nghiên cứu tốt nhất trong các tế bào lồng khổng

lô của tao Charophyta, nơi chức năng của chúng còn chưa rõ (hình 1.29), Một số ít tế bào thực vat

„trên cạn cũng “bi kích động”, đặc biệt, các loài |

Hình: 4.28, ThE! hoạt 'động trong cắc tế bào lông

lớn của một số táo Trong phần ứng đốt với

xung Kích thích sự phân cực, điện thế màng nhanh chồng lơại bố phân) Cực tiếp theo Pha loại bỏ phần cực được tiếp nối bởi pha tái phân

- cực tất chậm, trong thời gian đó các đồng ï ion

dua Ÿn bd về gần với giá trị ban: đầu: của nó

, nhạy cảm như cây trinh n& Windsa pudiea), khi

lá bị va chạm xuất hiện thế hoạt động, Thế hoạt động đó là nguyên nhân làm cho các thể gối, triển khớp tại gốc lá bị mất sức từ Mong v và lá up xuống (hình 1.30) :

"6 SNMLYHOC TATA " 41

Sgiây

_Hình 1.30 Thế hoat động trong các thể gối của lá cây trinh nữ (Mimosa pudica)

dẫn đến hiện tượng cụp lá thuận nghịch `,

Ae Mỗi lá có thể gấi tại gốc cuống lá và nhiều thể gối thứ cấp và cấp ba tại gốc của các lá chét Khi lá trương

nước, các ad quan ấy giữ lá vị tr xa thân

thể gối, cuống lá nhanh chồng \ rũ

B_ Thể hoạt động đối với nữa trên và nữa

Nữa trần của thể gối

- Nửa dưới của thể gối

và các lá chết mỏ ThE hoạt động làm mất áp suất trương trong

xuống và các lá chét xếp tại dưới của các ot gối của cay trinh nit, Một số ố loài thực vật bắt côn trùng (ví đụ, cây gong vd, Drosera) cũng sử dung thế hoạt

động để cảm đứng: sự vận động của 14 bat môi (côn trùng)

42 6 HN LÝ HỌC T VẬT8

ˆ_ 1.81 có thé được biểu diễn thành đề `

Nhờ phát hiện ra công nghệ mới trong những năm 80 của thế kỷ XX và ứng dụng các phương pháp của công nghệ đó vào các tế bào thực vật, các nhà khoa học đã chứng mình được sự hiện hữu của các kênh ion trong tế bào không bị kích động ‹ của thực vật, tế bào khí khổng Các kénh fon của tế bào khí khổng đã được xác định có các vai trô cốt yếu liên quan với cáo đồng chất tan vốn đông hành với sự mổ và đóng khí khổng Ngày nay đã biết rằng, các kênh ion phải có trong các kiểu màng thực vật: từ màng không bào, màng sinh chất và

hầu như chắc chấn trong tất các màng khác `

~ Gradient thế hoá điện là động lực duy nhất của dòng ion qua kênh:

` Dòng các ion qua kênh 1a the:

động Theo cách đó, ngược với bdm

hoặc hoạt động của các chất mang gắn kết — ion, hướng của đồng ion được quy định một cách đơn giản bởi

gradient thế hoá điện đối với ion đó,

Ay jon Dong di qua kénh đơn (inh

Dòng sua! kênh đơn (pÃ)

trên phía nào đó của thé dong ~ zero `

(đồng số không), đồng như định luật Hình 1.31 Đường cong điện thế dong (I - M

Ohm Ợ = V/E) Độ đốc của hệ số ấy, đối với kênh đơn `

1R là độ dẫn (g) của kênh đơn có đơn vị đo là pico ~ Siemens (p8) Trị số ø là thước đo độ , thấm của kênh và được đập trưng đối với kiểu kênh đã cho trong những điều kiện riêng biệt Trong trường hợp điển hình, g tang theo néng dé cha ion thẩm, đo vậy nó là quan trọng để định rõ các điều kiện trong dé g được đo

Các đồng qua kênh vào xyfosol được xác định như ]ã đồng âm, được chỉ ra nha là các

độ lệch xuống đối với các đấu vết của đồng và có thể được mang đi bởi dòng vào của các cation hơặc là đồng ra của các anion Ngược lại, dòng đi ra được thực hiện bởi dòng cation

ra, hoặc đồng anion vào Các dòng này được xác định như là đồng dương và được chỉ ra như

là các độ lệch lên đối với các vết của đồng Khi mà A„r xa 0, dong thực của ion đó (và từ đó dòng được nó rang) qua màng cũng sẽ phải zero Như vậy, phương trình xác định & jew SỐ

thé viết như sau:

V„= Ean = RTIzF In{[ion],/fion),}

Ở đây: V„ — điện thế (thành phần điện) qua màng; E„, — thể cân bằng đối với lon đã cho Eụ; quy định điện thế mà tại đó đòng đối với ion đã cho đổi chiều giữa dòng vào và dòng ra Tại điểm đó trong giới hạn của

các biến đổi thực nghiệm; ft- hằng số khí (8,314j,mofF.k”), T¬ nhiệt độ tuyệt đối K: z— điện tích thực: có thể

dương đối với catlon và âm đối với anlon; F— hằng số Faraday (96.500C mol? [Coulomb/rol elecfron]}; '0~ bên ngoài; c~ xy†osol E„„ đơn giản là hàm số của sự khác biệt trong néng độ lon vượt qua màng:

Các kênh không đồi hồi sự biến đổi cấu đạng để kích thích sự vận chuyén Tuy nhién,

„ SẼ là sai lầm nghĩ rằng các kênh chỉ là như các lỗ rây ở trong màng, vì chúng biểu lộ hai tinh chất phụ trợ vốn là chủ yếu đối với chức năng của chúng: chọn lọc ion và tạo cổng, điểu này sẽ được thảo luận và định nghĩa trong hai mục tiếp theo

43

~ Cée kénh ion biểu lộ tính chọn lọc ion:

6 cấp độ khá¿ nhau, các kênh ion biểu hiện tính chọn lọc đổi, với những cơ chất í ion, Tiâu hết các kiểu kênh ion trong các 'tế bào thực vật phân biệt được cation hoặc anion Cáo

kênh cation có thể phải phần chia thành các kênh chuyên biệt vốn chọn K* hơn là các

cation hoa trị một khắc, các kênh tương đổi không chọn lọc giữa các cation hoá trị một và

các kênh chon lọc đổi với Ca?* Hầu hết các kênh ion’ trong màng sinh chất cho phép thấm

hàng loạt các anion bao gém CF, NO, và các axit hữu ed Các kênh ¡ ion khée trong mang

- không bào có tính chọn lọc đặc hiệu đối với malat ,

Với quan điểm này, chúng ta nhấn manh rang, các đồng ion qua kênh đã được Hiệu

chỉnh thành các dòng điện Tuy nhiên, các dòng tự chúng không cưng cấp thông tin về các

ion trong đồng Nói chung, thông tin về tính chọn lọc ion của đồng thu được thông: qua sự

xác định thế chuyển đổi (huận nghịch) đối với kênh tronig các điều kiện ion khác nhau E,„

GOrgauyén as) được xác định như là điện thé, ma tai dé déng di qua kénh chuyển từ dong di

vào đến đồng đi ra; nói một cách khác, Eu„v là điện thế đồng - zero Nếu Eu„vcủa kênh phù

chop với Euu thì đó là bằng ¿hứng tốt ring ion đang được nói đến đang mang dòng Tuy

nhiên, các kênh thường là chọn lọc không hoàn hảo đối với ion đã cho; trạng cáo trường hạp

86, By, 06 thé được đánh gi â để xâo định tính chọn lọc lon

Sy that, khi néi các kênh có tính chọn lọc là với ngụ ý rằng ‹ các vị trí Tiên kết có khả

năng phân biệt được các lon đặc hiệu phải định cư bên trong các lỗ của kênh: Trong một, số :

+100bA Co ~ 100mV

đổi đó giữa trạng thái © và C được gọi là cổng, được biểu hiện bằng phan ting: Kénhg <

Rênho.Trong hầu hét tat ed c&¢ kénh, cOng được kiểm.tra bởi điện thế màng, phối tử hoặc -

cả hai Khi tác nhân cổng hoạt hoá kênh, sự cân bằng của phản ting Kénhe Kênho

ới các dòng ˆ

tế bào hoặc không bào trọn vẹn có thể được xác định theo phương trình:

T=Ni.P,

ở đây ¡ là dòng ion qua tế bào hoặc không bào trọn vẹn, N là số lượng các kênh, Hà dòng chây qua

kênh khi kênh mở và P„ là xác suất của kênh ở trạng thái mổ, Sự hoạt hoâ dòng qua kênh liên quan với

ˆ, mức độ tăng P„ qua cổng thình 1.33) Ví dụ, cổng phụ thuộc ~ điện thế có thể chuyển thành hệ thức ˆ

tuyến tính 1 ~ V được đo ở mức kênh đơn (hình 1.31) đối với hệ thức ï ~ V qua toàn bộ măng sinh chất (hình 1.34A) rõ ràng là không tuyến tính Ngoài ra, các, biến đổi hiệu quả trong.N' sô thể đạt được sua sự biến đổi cộng hoá trị bằng phosphorin hoa

e) Sự hoạt động của kénh ion ` oo , -

~ Các kênh K* ~ phụ thuộc điện thể bại, màng sinh chất Š ổn định điện | thế Wad) va cha

phép điều tiết sự hấp thy va thai KY.”

Đèng ra + thời gian

` Đông vào

+

- Hình 4 34 Các dong tế bào nguyễn vẹn trong tế bão thực vật! như đã đo được bởi

kỹ thuật miếng va (patch clamp) : A Các pipet được gắn vào, màng sinh chất trong cấu dạng tố bão nguyên vẹn Trong phần ứng đối với loạt các

xung điện thế 1 giây, ‘dong | chảy qua các kênh trong mang sinh chất 13 dùng dang vết mg với 13 điện he

0, một kênh md; Oo hai kênh mỡ; Oy ba kênh md đện-khí V„ giảm

i= Các kênh i ion có cổng chấn bing điện thế hoặc bằng phối tử, thông qua sự L biến đối

xác suất trạng thái mổ:

Mặc dẫu cấu dang của “kênh không bị biến đối như là một phần của phần ứng, ấy thé

mà các kênh được kiểm tra một, cách nghiêm ngặt bởi sự chuyển đổi cấu đạng nhanh gitta

các trang thái thấm (hoặc mổ, 0) và trạng thái không thấm (hoặc đồng, Œ Nói một cách

khác, cho phép kích thích sự vận động ion, trước hết, kênh cần phải chuyển công tắc vào

trạng thái mổ Công tắc ấy ở giữa trạng thái O và € là nguyên nhân gây nên sự chuyển

‘dich vời Tạo trong đồng như được ghi ra trong các ký đô kẽnh đơn: (hình 1, 32) Sự chuyển

44

định theo tỷ lệ của tổng thời gian tổn tại của kênh

"TREE bist giữa=

B- Hệ thức đi lên thể dòng đổi với tanh phần phụ thuộc - thời gian của các đông trong A Nhận xết ring đường

cà ,cong Ì~ V của tế bào nguyên vẹn đó rô Fang là không tuyến tính

- "Các ký đỗ ổ hàng loạt các điện thể của tế bào nguyên vẹn (hình 1 34) chi rõ cấc đồng

- chẩy qua màng sinh chất trong cả hai hướng, vào và ta khỏi xytosol Những đồng vào và đồng ra Ấy tố hai thành phan: đồng tức thar và dòng phụ thuộc — thời gian Dong phụ, thuộc -¬ thời | gian ' kếo đài hơn vài trầm miligidy Vé đồ thị các đồng phụ thuộc — thời gian như là hàm số của điện thế màng làm hiện rõ các dòng “được điện thế hoạt hoá Su hoat hoa xây ra chỉ khi vượt quá điện thế ngưỡng, vốn thấp hơn Ex đối với đồng vào và lớn hon Eig d6i với đồng ra, Các dòng phụ thuộc - thời gian phổ biến trong những kiểu khác nhau của các tế bào thực vật và biểu trưng hoạt động của các kênh vốn có tính chọn lọc cáo đối với K* (hình

- ,85) Nghiên cứu ở cấp độ phân tử đã chứng minh một cách chắc chấn rằng, các dòng vào

.và dòng ra phụ thuộc — thời gian được thực hiện bởi các lớp protein riêng biệt, tạo kênh ion

Các kênh mang các đòng ấy được gọi là kênh chỉnh lưu (rectify) T ương tự các van (xupap),

các chỉnh lưu mang đồng theo một hướng mà không theo hướng khác Vĩ nguyên nhân đó,

các kênh này được gọi là các kênh chỉnh lưu K*" vào và các kênh chỉnh lưu.K' ra Cả hai

viểu bị tetraetylammoni (CHO néng đề mM te ché, một tác nhân dự đoán phong tod

cac kénh K*

Các chức năng của những kênh A) 80mMK* a0mM Nat

chinh luu K* hién tại đã được xác lập đây i

đủ, Các kênh chỉnh lưu đồng ra ổn định :

V,, tai cde gid trị tương đối âm trong vùng ` `

của Ey Đối với các tế bào ngâm trong 400pA|_ `

‘Ey 14 -120mV Như vậy, nếu các kênh Ta `

khác, hoặc các chất mang điện đi gây : ¬

phân cực màng tới các giá trị đương hơn

so với —120mV, các kênh chỉnh lưu dòng E)

ra sẽ mở, kết quả là tính thấm của mang

_đối với " tăng hướng tối ngăn cẩn sự

phân cực tiếp theo Thêm vào đó, các

kênh chỉnh lưu đồng ra tham gia bài thải

, muếi từ các tế bào khí khổng trong thời

gian khí khổng đóng, từ các thể gối trong

khi lá vận động và từ tảo nước mặn nội

địa sau khi được ngấm vào môi trường

nhược trương Các kênh chỉnh ưu đồng

vào hấp thu K* không chỉ từ đất mà nói

chung còn nhiều hơn từ hầu hết các tế

bào bao quanh gian bào; kết quả là sự

tích luỹ K" góp phẩn gia tăng áp suất

trưng của tế bào Đương nhiên, các: kênh , Hình 1.35 Á ~ Các dòng phụ thuộc: ~ thời gian qua kênh

chỉnh 1ưu dong vao chi hoat động 4 ‘ede chỉnh ưu dòng đi vào chọn lọc ~ K7 trong thể nguyên sinh

điện thế âm hơn so véi Ey Trong trường của vỗ rễ : ngô, KP chây tự do qua các kênh ấy, nhưng natri

hợp, khi mang đã bị phân cực ode KY không thdm B- Ha thic 1 - V đối với các dòng trong A

“ngoại bào thấp hơn imM, K* edn phai ons ant ng St a của kênh đối với K

được các chất mang gắn két —ion tich luy

Do có vai trò trung tâm trong sinh học tế bào, ngoài, điện thế màng, các kênh thỉnh

lưu cũng được các tác nhân khác tham gia điều tiết Trong các tế bào khí khổng, sự gia

tăng ít ôi độ pH xytosol (đo axit abxixic gay nén) hoat hoa cé¢ kanh chinh luu déng K* di

ra Các kênh chỉnh 1ưu đồng KẾ đi vào cũng là đối tượng để các G — protein điều biến và,

các kênh đó cũng bị ức chế bởi sự gia tang lượng Ca?' tự đo trong xytogol và bởi sự loại bd

phosphorin hoá dưới tác động của protein ‘phosphataza 9B (calcineurin) Minh chứng- tiếp

theo về vai trò của sự phosphorin hoá điều tiết các kênh chỉnh lưu có được từ kết quả : ’

nghiên cứu các thể đột biến øöi7 không nhạy cảnh đối vdi axit abxixic (ABA) cha cay

Arabidopsis Locus (noi gen định cư) ABT7 mã hoá proteid phosphataza 2 Các thể đột

biến không biểu hiện hoạt tính chỉnh lưu đồng ra và thậm chí huỷ bổ phản ứng chỉnh lưu

đối với ABA vốn điều tiết kênh chỉnh lưu đồng ra và kênh chỉnh lưu đồng vào trong các

cây hoang đại Cớc tác nhân điều tiết đó là tất cả các thành phân của mạng lưới truyền tín hiệu của tế bào khí khổng oà hoạt động phối hạp chúng một cách chặt chế trong điều

tiết sự hdp thy ud bài tiết KT

¬ Các kênh iơn không nhạy cẩm điện thể là con đường lên hấp thụ Na" qua màng sinh

ˆ ghất và thấi muối vào mạch gỗ:

Khảo với các 'đồng phụ thuộc thời gian, các đòng xuất hiện tức thời hoạt động có hiệu quả tại tất cả các giá | trị của V„ (hình 1.36)

Hình 1.49 Sự truyển tín hiệu dựa vào Ca? trong tế bảo thực vật điển hình

(1) Là tín hiệu được nhận bởi chất nhận vối có thể là protein toàn phần cũ của màng sinh chất, Sự tiếp nhận tin hiệu

* có thể làm thay đổi hoạt tính của Ga2“— ATPaza (2) hoặc là các kênh Ca?" mang sinh chat (3), kết quả là làm biến đổi nẵng độ Ca” ty do trong xytoso! (4) Tín hiệu cũng có thể gây nên sự thải Ca?" dự trữ bản trong (8) thao con

đường truyền tin hiệu thứ hai 6) như qua cổng: IP, (nositoltriphosphat), Có khả năng có sự trao đổi giữa Ga?" và

` các tín hiệu thứ hai 'khác Sự gia tăng Ca?” tự do làm biến đổi hoạt tính của các” protein tiên kết Ca” (Ca?"— BP)

(\, vốn hoạt hoá an2ym có tác › đụng khẩi đấu các sự kiện dẫn tới phản ứng cuất cling của tế bảo

Phân tích, cáo đồng Ấy và các kênh bên đưới chứng mình ring, mặc đầu đó là những kênh chọn lọc — cation, chiing không chọn lọc một cách có hiệu quả đối với K* nhự các kênh

chỉnh hiủ đồng vào Các kênh như vậy chắc là cấu thành con đường lớn cho sự hấp thụ Nạ"

vào trong các tế bào thực vật, sẽ có ảnh hướng quan trong | đối với tỉnh chống chịu mặn Các kênh ấy bị Ca?* bến ngoài phong toả cục bộ : Còn một kênh có tính chọn lọc thấp hơn đã quan trắc được trong màng sinh chất của che tế bào nhu mô mạch gỗ Kênh đó hậu như là thấm đối với đfion cũng như đối với catlon; tính : chọn lọe : thấp như vậy là không bình thường trong các kềnh ion màng sinh chất, Cá lẽ kênh

đó có thể cụng cấp con đường cho sự bài tiết muối từ tế bào chất vào trong mạch gỗ

~ Các kênh ion hoá trị một tại màng không bào là các kênh nhạy cẩm — Cat và là sấu trúc trung gian huy động K” từ không bào:

Không bào thường được coi là bào quan tích luỹ và dự trữ chất tan, nhưng trong một số hoàn cảnh đồi hổi phải loại bổ nhiều chất tan ra khối không bào Ví dụ, khi cần phải điều tiết

thẩm thấu, lúc đó phải rút nhiều muối ra khỏi không bào để tiếp tục bài tiết chúng ra khối tế

bào Như vậy, stress (ốc) thẩm thấu liên quan đến sự huy động các ion từ các không bào để phục hồi áp suất-trương bình thường của tế bào và trong thời gian khí khổng đóng, ion cần phải thoát ra khỏi các không bào của tế bào khí khổng Các kênh ion làm để đàng cho sự ˆ

‘dang viên ion đó, Trong trường hợp của các tế bào khí khổng, hai kiểu kênh thấm ~ K* khác

4

từ môi trường bên ngoài Tín hiệu phân cực màng có thể bị ngất và và sự xâm nhập của Ca”! vào xytosol bị ngăn chặn bởi sự hoạt hoá kãnh chỉnh lưu đồng.ra được Ca?” cẩm ứng, Phần ứng tăng nhanh lượng Can tự đo trong xytosol cô thể 06 vai trò ức chế sinh trưởng và ':sinh ra tập tính chịu đựng sự cần cỗi ở thực vật sống trong môi trường gió bựi Tuy nhiên, chưa có những bằng chứng trực tiếp về vai trà của lớp kênh Ca¥ màng sinh chất ua cho

trong con đường truyền tín hiệu đã được xác lập, ` - -

¬ Các kênh thấm canxi trong các ; nội “hàng được hoạt: hoá “bởi ca điện thế ý và các , phối tổ: -

- Không ít bon bến lớp các kênh thấm ~ Ca?" hiện hữu trong các màng n nội bào của thực `

vật: Hai trong các kênh ấy vốn định cư tròng màng không bào, dude hoạt hoá bởi căc phối

tử — Inositol 1,4,5~ triphosphat (GP) va ADP — riboze- mach wong (cADPR) ~ có các tinh

- chất huy động Ca?" tiến tang trong các tế bào động vat cADPR giải phóng Ca?2 qua các chất nhận: ryanodin,° một lớp các kênh được gọi nhữ „ở đi với alkaloit thực vật ma ‘ec

kénh Sy liên kết, : ¬ sa

i? Trong hầu hết miọi mặt, ea" kênh th we Vat & age ya cADPR dat hoa’ giống với cấu phần tương ứng của động vật, bao gém tưởng quan liêu lường phan’ ứng đối với sự hoạt hoá

các phối tử, tính chọn lạc ion (chất, nhận TP;có tính chọn lọc rất ¢ cao đối với Ca

UK chất nhận fyanođin cũng: không được như vậy) và được”

axit mucopolysnecarit có tác dung như yếu tổ ố kháng trombin, ức chế) Sự khác biệt giữa hai kệnh đó ở thực vật và động vật được thể hiện trong hai khía cạnh là: 1) Sự định cư trong màng: cáo kênh thực vật định cư trong màng không bào, các kênh động vật định cư trong -

` màng của LNSC và 3) Các kênh thực vật không được Ca**t tự đo trong xytosol hoạt hoá, `

Su hoạt hoá các chất nhận TP; và ryanodin động vật bôi; Ca?* xytosol nhấn mạnh hiện tượng giải phóng Ca? được Ca?'~ cảm-ứng (GUaaG), ‘trong đó tín hiệu yếu ( của : Ca được "

khuấch đại Trong thực vat, GCaCaC có thể được sinh Tả thông, qua hoạt “tính của một xong hai kênh thấm — Ca?" đượế hai điện thé hoạt hoa tai màng không bào Mặc đâu một - ong các kênh ấy được sự phân phân, “cực quá mức màng hoạt hoá và không nhạy cẩm đổi

¡ Ca?" xytosol, kênh thứ hai thể hiện chậm hơn, sự hoạt “boa _phụ thuộc ~ thời gian kếo,

đài hơn hàng trăm miligiay’ trong phan ứng đối với sự phan phân cực (đepolarization) của : mang và được hoạt hoá mạnh thổi Ca?! ~ calmodulin (hình 1, 38) Kênh thứ hai dé được biết l

_ như là m ộ:-kênh không bào hoạt động chậm GGO)- Protein phoephet-ĐB„ vốn Tà kênh đượ————————

Ca hoạt hoá, cung cấp sự kiếm tra phản hổi của hoạt tính kénh KC |

: i 4 80mV

nhau là rất tốt trong việc bài tiết KỲ ra khôi không bào Những nét đặc trưng hap din nhất

của các kênh ấy liên kết.với các phương thức điều tiết bổ sung của chúng

Cả hai kiểu kênh cùng hoạt hoa tite khde trong phân ứng đốt với điện thé xuất hiện

` Nânh K` không bào nhanh (ẤN) vốn thể hiện tính chọn lọc thấp | giữa ede cation hod’ tri mét,

-bị ức chế khi nông độ Ca?* tự đo trong xytosol vượt quá 1HM và được hoạt hoá khi pH

xytosol tăng lên Ngược lại, kênh K* không bào vốn có tinh chon lọc cao đổi vải Kr vượt trộ

hơn so với các cation hoá trị một khác, được Ca?" trong xytosol ở nồng độ nanomol (nM)

hoạt hoá để giảm thiểu nông độ mieromol (uM) và bị ức chế bởi sự gia tăng pH xytosol

'Sự đóng khí khổng thường nhưng không phải thường xuyên xây ra sau khi nêng độ Ca?

tự do trong xytosol tăng, do vậy các bênh K* không bảo @® 'duy trì được tốt sự cân bằng để

thực hiện phần ứng ma vi thai KY Tuy nhiên, khí khổng cũng có thể đóng lại khi không có

sự biến đổi néng do Ca* tự đo, Trong trường hợp đó, sự gia tăng pH trong xXytosol của tế bao

a khí khổng cũng có khả năng, thực hiện vai tx trong phan ứng đối với kích thích đồng đầu

` tiên, Trong những trường hợp như vậy; các bên} K không bào nhanh sẽ mổ, Sự hiện điện

của các kiểu kênh bổ sung, mà mỗi một kênh đều thực hiện cùng chức năng thai K* không

bào, có khả năng chỉ ra điểm đông quy đối với các con đường truyền tín hiệu khác nhau

~ Các: kẽnh thấm — Ca? trong màng sinh chất cung ofp c các eon -đường cho Ca% xâm nhập vào xytoaol trong truyền tín hiệu: ` 2

Hang loạt các tín hiệu trao đổi chất và, phat | triển trong thực ‘vat gay ra su gia tang nông độ Ca? tudo trong xytosol Sự giả tăng canxi tự do như vậy phải là trung tâm đối với

truyền tín hiệu, Như way, tang nổi ‘Cat tự đo hoạt hoá, ede đích xudi ‘dong vốn truyền tiếp

tín biệu ban đậu vào phần ứng cuối cùng Cáo đích trùng gian của sự gia tăng lượng Ca

tự đo bao gồm không chỉ là các kênh ion mà cồn có ealniodulin, protein kinaza (CDPKs)

miễn calmodulin, phosphataza’ 2B (vi du, calcineurin), các engym gan kết — -Calniodulin :

Vi sự gia tăng néng độ Ga tự do trong xytosol xảy ra thông qua: sự hoạt hoá các kênh

thấm — Ca?', những kênh ấy cổ thể duce’ xem xét như các thành phần ngược đàng trong các

con đường truyền tín hiệu dựa vào tín hiệu Ca?* và sự đã đạng của cáo con đường mà trong

đó các kênh được hoạt, hoã là đặc trưng then chốt của cáp giải ‹ đoạn truyền tín hiệu sớm,

Một loạt các kiểu kênh thấm ~ Ca da được phát hiện trong các mang’ thực vật bao gồm

` nàng không bão (tonoplast), mang sinh chat va Iuéi néi sinh chat (LNSC) Su klide’ biệt thế

¬_ -

chất mang gắn kết ~ H*, hoặc cả hai

„Các kênh thấm — Ca?" qua" “cổng ~ điện thế dink cư trong màng sinh chất của nhiều kiểu tế -

bào Các kênh thể hiện ở các mức độ khác nhau,

` tính chợn lọé đốt với Ca?' vượt trội so với K*~ từ `

: Se

` sẽ

khoảng 2 : 1 đến 30 : 1, Sự phân cực măng gây Hin 138 Hoạt tính của kênh ke ting Tên ‘theo’ sự gia Bs

nên sự hoạt hoá các kênh ấy (hình 1.37) Như h _ sự fg thiệt độ ota re Senter thông bà 3 š

oo Ñ od ` +2 r ‘oat hoa cham của n ‘Ong Cac ong a0 | F1

vay, mae dầu, sự phân cực mang làm giảm ro - -300 -180 -100 s80 T0 - so "400 q sọ 200 aldron hạt lúa mạch (Hordeum) trong phan ứng đối với 2

rệt động lực hoá điện đối với Ca?* đi vào xytosol, ara Ve'tmv) điện thể dương Bs

đồng Ca?*.đi vào tăng lên vì xác suất tổn tại ở - nợ » : B~ Mối ñhụ thuộc ~ Ca” của hoạt lính kênh của Không , >

- tạng thái mổ, P gia tăng do sự phân cực mỀng cau ý mỹ được điện thd fost hoa Kear neat JE Shen te Pace aman Do ảnh hưởng đó, tín hiệu gây nên sự phân đực pod manh khi V,, chuyén dén khodnig’ ~1E0m) liện kết với kênh: hoặc với protein điêu tiétkénh, _ có

Vai trò của sự đa dạng các kiểu kênh thấm — Ca?" như vậy trong các tế bào thực vật là

gi? Chưa có câu trả lời xác dang cho câu hỏi đó, nhưng theo Bob B, Buchanan et al., (2002),

chúng ta có thể suy đoán rằng sự hoạt hoá các kiểu kênh khác nhau có thể là kết quả cổa -

các mô hình động lực bọc của tín hiệu Ca", do đó tín hiệu Óa?' kết thúc với sự bé sung

“thông tin rang, cẩn phải gửi các kích thích trả lời đặc hiệu xuôi đồng Sự suy đoán đó đã

được các nghiên cứu về động lực học của:tín hiệu — Ca?* kích thích đặc hiệu quan sắt được ˆ

trong thực vật và bởi sáo con đường truyền tín hiệu dựa vào Ca?" bạo ra niềm tin ring, cố s sự

` góp chung Ca?* từ các nguồn khác nhau ở các mức độ khác nhau `

¬ Các kênh anion màng sinh chất xúc tiến sự thải muối được đễ dàng khi điều tiết áp ,

suất trương và gây nên sự phân cực màng sau khi tiếp nhận kích thích:

Cac kénh anion 1a rất phổ, biến trong các màng sinh chất tế bào thực vật, nơi chứng

phải đóng một số vai trò chỗ yếu Vơi trò rổ rằng nhất của chúng là ' kiểm trạ sự thải muối `

trong khi điều tiết áp suất trưởng, hoặc trong phản ứng đối với sốc (stress) nhược trương,

hoặc đối với tín hiệu làm biến đổi vị trí điểu tiết mà ấp suất trương quanh đó được kiểm

tra, chẳng hạn như các tế bào khí khổng trong thời gian đóng Sự thai các anion, cha yéu la

Cr, ra khối tế bào chịu tác động bởi các kênh anion đo Ca?“— hoạt hoá Ít nhất có hai } lớp

kênh khác biệt nhảu về mặt động lực học đã được nhận biết trọng các tế bào khí khổng:

kiểu R— hoạt, động nhanh và kiểu Shoat động chậm Các kênh anion được Ca?'—~ hoạt hoá

A~ Hệ thức đi iệri thế ~ dòng đối với các kênh anion hoạt động nhanh (kiểu — R)

B- Hệ thức điện thé ~ dong đối với các kênh hoạt động chậm (kiểu ¬ 9)

Bình thường Ey dat giá trị duong vi néng độ Cl trong xytosol vượt quá nồng độ CI- ngoại

bào Bồi vậy, các kênh ấy mô không chỉ gây ra sy mat Cl’ mA mang cling bi phan cực Sự phân

cực hoá màng như vậy, chảo chắn sẽ hoạt hoá các kênh chỉnh lưu đồng K đi ra trong thời gian

bài tiết muối Do vậy, hoạt tính kênh ahion là từng bước của sự kiếm tra sức trương,

Chức năng thú hai của các kênh anion liên quan tới kha năng phân cực hoá màng sinh

chất Sự mở kênh anion xuất biện phải là sự kiện số trong nhiều con đường truyền tín

hiệu và chắc chắn dẫn đến sự hoạt hoá các kênh Ca*' cổng - điện thế

` Chức năng thứ bơ, một số lớp kênh anion được sự phân cực màng quá mức

(hyperpolarizatien) hoạt hoá, - Những, kênh này chắc chắn có khả năng tham gia vào sự

kiểm tra V„, một chức năng vốn có thể chiếm được ưu thế nếu hoạt tính chỉnh lưu đồng vào

bị hạn chế (chẳng hạn, đo sự thiếu hụt K* ngoại bào) `

50 7 SIN LY HOC 7 VATS

Các kênh anien được canxi hoạt hoá cũng là đối tượng đối với các kiểu điều tiết bấ

sung không phụ thuộc ~ Ca?' và không phụ thuộc — Vạ Trong nhiều kiểu tế bào, bao gầm các tế bào khí khẩng, ATP có tác động hoạt hod Các chất tương tự ATP không có khả năng thuỷ phân không duy trì hoạt tính của kênh anion và hiệu ứng ức chế sự loại bố ATP được

'ngần chặn nhờ các chất ức chế protein phosphataza Tat cd minh chúng Ấy giải thích sự

tham gia của protein kinaza vào

Các kênh clorit đã được mô tả tốt trong các tế bào động vật Sở dụng phan ng chuỗi: polymeraza (PCR) tại các miển được bảo toàn trong các kênh anion nấm men và động vật

đã thu được đồng từ cây thuốc lá vốn mang các dòng anion khi duge biểu hiện trong các

` moãn bào của ếch

'Các đánh tiếu thuỷ liệu pháp của ắc trình tự protein dẫn xuất xác nhận có nhiều, đến

13 miễn đãn xuyên màng Vị trí của của kênh đó còn phải cần khẳng định

oa _ ~ Cae kénh malat trong mang không bào tham gia, vào sự càng hoá malat:, Hầu hết các thực vật nước ngọt, thành phần anion chủ: yếu của không bào là malat,

` “Thực vật CAM bấp thụ và bài tiết malat từ các không bào của chúng đựa trên cơ sở ngày đêm Các kênh ion đã biết như các kênh VMAT (anion mạlat xoang không bào) xúc tác sự hấp thụ malat vào xoang không bào Mặc dầu chứng đã được quan sát ở rất nhiều loài cây,

Không giống với các kênh khác đã mô tả trong , mục này, các kênh VMAL Không cổ các tương đồng

trong các tế bào động vật V„ (điện thế) âm trong xytosol (hình 1.40) khởi động sự hấp thụ malat

ˆ vào xoang không bào Đó là các kênh chỉnh lưu rất

mạnh dòng di vào, đo vậy đối với một anion như

:malat, chuyển đồng vào xytosol là không thuận _ đợi, thậm chí khi hiện hữu của điệu thế dương của

màng Wị vậy, malat rất có khả năng ra khối ˆ_ không bào của thực vật CAM qua:con đường boàn toàn độc lập, có lẽ nhờ chất mang, Những nghiên cứu tính chọn lọc của các dạng ion.malal, đạng

› không proton hoá (malat) và dang proton hoa don : ŒH° malat), đã phát hiện ra ring, dạng thấm là

malat* (hình 1.41) vốn có thể đạt hiệu quả cực đại việc sử dụng V„ làm lực khởi động Vì pH không bào thấp hơn nhiều so với pH của xytosol (khoảng " 3 đơn vị pH trong hầu hết các loài thực vật, những nhiều nhất là đến 4 đơn vị vào cuối đêm trong thực vật CAM), malat” xâm nhập vào xoàng sẽ nhanh

:- các kênh VMAL hầu như dễ nghiên cứu ở thực vật CAM, chẳng hạn như ở cây Ralanchoe, nơi cầc kênh anion chiếm vị tzí ưu thế về các đặc trứng điện của màng

bằng các ô vuông), - 20mM (các ô vúông trắng),

S0mM (cáo : Vòng) và 100M (các tam giác) ~ tất cả với nồng độ malat không bào 10mM Sự hap thu malat với các rổng độ 50ml có tại hai phía của màng được ký hiệu bằng các hình sao

(Theo Buchanan et al., 2002)

chóng bi proton hoá và nổng độ của nó giảm xuống một cách đáng kể, tạo thuận lợi cho các

- dạng H malat và Hệ malát" Sự chênh lệch pH qua màng không bào giúp duy trì sự khác

biệt nỗng độ vốn giúp khởi động malat” vào bên trong không bào

~ Hoạt tính kênh hợp nhất tại các màng sinh chất vä màng không bao là các hệ thống - tín hiệu phức bạp:

_ 51

Hình 1.41, Sự tích luỹ malat trong rễ của thực vật AM

“Malaf" phải xâm nhập vào Không

,Bào qua các kênh chọn lọc ~,

màiat, Đó là các kênh chỉnh lưu

' mạnh dòng vào và không cho

dòng malat đáng kể đi ra, Một khi

malafˆ bên trong không bảo được

Proton hod thank Himalat va H,, `

malat’, Diéu dé duy ti-sir khdc

biét ndng độ hiệu quả của matat

đường truyền tín hiệu qua”

màng Các Gon đường này

truyền và khuếch đại các, tín

hiệu đi vào

Tm hiệu Ca” trong khí khống đồng hình 1A2) đã

được nghiên cứu tốt Trong

sự hoạt hoá các kênh anion, "vốn cung cấp tác động phân cực hoá chủ yếu, ,Các kênh Ga?

“được điện thế hoạt hoá, sau đó được hoạt hoá tiếp dẫn đến sự gia tăng nẵng độ Ca” trong

xytosol Sự gia tăng nêng độ Ca tiếp theo hoat hoá các kênh chỉnh lưu dong Kr di ra ,

Kênh chỉnh lưư này chuyển điện thế mang trở về ê giá trị ¡tượng đổi âm any voi Ey

¿ 4, 48 'Cởchế vận chuyển qua mang:

Tên tại hai kiểu (cơ chế vận chuyển: vật chất đi vào hoặc & ra khối bào:

thụ động và chủ động, ` :

- 4.4.8.1 Cơ chế vận chuyển thụ động

Dé là kiểu vận chuyển không đồi hồi cũng cấp năng g lượng, năng lượng cần cho sự

vận chuyển ¿ đó tự có trong bản thân của các cơ chất được vận chuyển và sự khác biệt ong rỗng độ của chúng tại hai phía của mang Như vậy, sự van chuyển thụ đồng là sự

đì chuyển bật chất que mông theo gradient nông độ của chúng giữa hai phía của mùng,

: không đòi hải nguôn năng lượng từ bên ngoài Sự vận chuyển thụ động được thực hiện

theo hai hình thức: khuếch tân và thẩm thấu Các quá trình vận chuyến thụ động bao gồm khuách tán giản, đơn (theo gradient nông độ giữa hai phía của màng) qua lớp kép

ˆ phosphoBpit, khuếch, tắn được dễ đờng (xúc, ti qua, ede Protein ¢ tao kênh: hoặc nhờ cức

phân tử chất mang (hình 1.48) ` Bên ngoại tế bảo `

.} Toàn bộ chất mang .-

thể tăng khi mổ các kênh -

Ca?* cổng — phối tử, hoặo cổng — -

siêu phân tực tổng — điện thể) ¬

tai mang’ không bào hoặc các

kênh được hoạt hoá bởi sự

phần phân cực tại màng sinh

chất, Đến lượt mình, nồng độ

lún hơn của Ca?! tự do sé hdat

hoá các kênh KK.Œ không,

ˆ.„ bào) gây ra sự khởi động V„

tầng Ca?" trúng xytosal qua dòng ~ ~ Ca? di vio, hode 1a giải phống Ca? ra khôi chỗ dự trữ trung gian .Sự gia tầng Ca?" xyfosol khối

c kênh K”,„ và Ức chế sự mở cáo kênh K*,,, Do lượng ion rời khốt tế bào nhiều hơn là lượng ion di-vao nó, nước chảy ra

động sl theo, tế bảo khí khổng mất sức tương và 1ỗ khí đồng lại

Hình 1.43 Protein chat mang làm dễ dàng txúc tiến) sự khuếch tần a) Protein chat mang gitip glucozg xam nhap vào {€ bao nhanh hơn so với khuếch tân giản don qua mắng;

b) Khi néng độ cgÌucozơ thấp, không, phải tất cả chất mang đã gắn hết với giúcozg, do vậy tăng nông độ

khuếch tắn không tăng ' (đường cong khuếch tán đi ï ngang)

53

glủcozơ làm tăng tốc độ khuếch tán của đường Với nồng độ glucozd cao,.cac chất mang đã bão hoà và tốc a

Chất mang (carriers) xúc tác đòng các chất tan trong cùng chiểu (hướng) như là đồng

HỶ hoặc Na" được gọi là các protein uận chuyển cùng chiều (symporters) Vì rằng đồng

- proton đị chuyển thụ động qua hầu hết các màng theo hướng vào xytosol,' các protein vận

chuyển cùng chiểu cung cấp năng lượng cho quá trình hấp thụ các ion, hoặc bừ môi trường *

“bên ngoài, hoặc từ các miền nội bào vào trong xytosol Ngugc lại, sự bài tiết vật chất ra

khối Xytosol có thể được thực hiện bởi các protein uận chuyển ngược chiêu (antiporters) vốn

trao đối các chất tan đối với brobon Các protein vận chuyển ngược chiều hiện hữu trong

, màng sinh chất.và trong các nội màng, ví dụ, trong màng không bào

3.4.8.2 Cơ chế van-chuyén chủ động TH

_ ‘Trong nhiều tình trạng sinh học, ion hạy phân tử cần phải di chuyển qua màng từ miễn

nông độ thấp đến miễn nỗng độ cao hơn Trong trường hợp đó, vật chất không thể đi chuyển

vào hoặc ra khỏi tế bào bằng khuếch tán Sự vận động của vật chất qua màng sinh học ngược

chiều gradient nông độ đòi hỏi phải chỉ phí năng lượng hoá học Đó là sự vận chuyển chủ động

Moxos Saccaroza

Hình 1.44 Minh hoạ tổng quan về các duá trình vận chuyển khác nhau qua màng sinh chất và mang

không bào của các tế bào thực vật

54

Sự khác biệt giữa khuếch tần và vận chuyển chú động được tóm tất trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Cơ chế vận chuyển qua màng

Cơ chế Đôi hồi năng nan Đời hỏi ‘inh die Rid

van chuyển tượng bên ngoài? Động lực protein màng? Tính đặc hiệu

Khuếch tân giân đơn Không | Theo gradient nồng độ | Không Không đặc hiệu Khuếch tan được xúc tiến | Không Theo gradient néng 46 | Có ˆ Đặc hiệu

Vận chuyển chủ động Có Thuỷ phân ATP (vận | Có Đặc hiệu

Sự vận chuyển chủ động là sự đi chuyển của vật chất qua màng ngược chiểu gradient

hoá (nồng độ) điện (điện thế) được thực hiện nhờ các ATPaza vận chuyển (bơm ion) đòi hồi `

phải tiêu tốn năng lượng ATP Ở thực vật, ATPaza vận chuyển phổ biến nhất là các

H~ ATPaza, nó đóng vai-trd quan trong đối với các tế bào thực vật tương tự như các

Na ATPasa trong các tế bào động vật H‹ ATPaza tạo.ra gradient hea dién (electrochemical gradient) giữa hai phía của mảng, đó là hệ thống vận chuyển chủ động sơ

.ấp của các tế bào thực vật Động lực proton, do Hf— ATPaza tạo ra được hệ thống vận - ˆ- chuyển chủ động thứ cấp sử dụng để vận chuyển cc ion và phân tử khác vượt qua màng :

` Ø) Tên tại ba kiểu protein van ehuyén (transporter proteins) trong cd ché vận chuyển

~ Vận chuyển đơn (Uniports): :

Đó là các protein vận chuyển chất tan đơn trong một hướng Ví đụ, probein liên kết — canxi, đã được phát hiện trong màng sinh chất và lưới nội sinh chất của nhiều tế bào, vận chuyển chủ động Ca?* đến các miền có nổng độ của ion này cao hơn ở bên ngoài tế bào hay

_— Vận chuyển cùng chiều (Symporbs): | : : -

D6 là các protein vận chuyển hái chất tan trong cùng một hướng Ví dụ, sự hấp thự

axit amin từ ruột vào các tế bào biểu bì của nó đồi hồi phải có sự liên kết đẳng thời của Na* , và axit arnin vào cùng một protein vận chuyển ở động vật, hoặc sự vận chuyển H* và saccarozơ 'ở thực vật `

`~ Vận chuyển ngược chiều (Antiports): -

Đó là các protein vận chuyển hai chất tan theo hai hướng ngược nhau, một vào tế bào

và chất khác ra khỏi tế bào, Ví dụ, nhiều tế bào vận ếhuyển cùng chiểu và ngược chiều

được coi như là các profeit uận chuyển cặp đôi ((oupleà transports) -yi ching van chuyén

dồng thời hai chất tan, chẳng han nhu.van chuyén H* va Na’ (hinh 1.44, va 3.24,

b) Van chuyén chit ding so cp va vén chuyển chủ động thử cấp

'Tên tại hai kiểu cơ bắn của các quá trình vận chuyển chủ động - Phân biệt uận chuyển chủ động sơ cấp và uận chuyển chủ động thứ cấp theo sự khác biệt về nguồn năng lượng: l oo

~ Vận động chủ động sơ cấp đòi hỏi sự tham gia trực tiếp của phân tử ATP,

~ Vận động chủ động thứ cấp không trực tiếp sử dụng ATP; đúng hơn, năng lượng cẩn ˆ cho kiểu vận chuyển chữ động này là gradient néng độ đã được xác lập bởi vận chuyển chủ

55

- —, Mặc dầu bơm gắn kết H* Vận chuyển vàn chuyển sừng (Vận chuyển ngược

Ÿ đơn: Di-chuyển chiều: ĐỊ chuyển chiều: Di chuyển hai

(bom proton) fa thịnh hành một chất thao hai chất khác nhau ||[chất khác nhau theo -

như là cơ chế cung tấp năng một hướng | theo cùng tưởng ||eác hướng ngược nhau

lượng cho sự vận é aa i r :

-nằng trong thực vật, số lượng Bên ngoài ay

các ví dụ về sự vận chuyển cùng tế báo @- A oi ion 7 ` được vận \

chiếu Na" đã được phát hiện -

,ngày một nhiều, Trong một sO

tảo biển, sự hấp thụ NO; và

một số'axit amin là quá trình

phụ thuộc Na' Có Íẽ điểu đó _

- không 1A ‘qua ngac nhiên, trong

môi trường biển, nông độ Nat

luén luén du thita (khodng 480 -

`nM), Sự hấp thụ K" ở bỗng độ `

miciomol trong mhột số tảo thuộc,

bộ tảo ‘Banh xe hay cồn đượẻ £

tảo vòng (Charéphyta) nde h , Chdrophyseae nước ngọt và trong ‘mot 'sð loài thực vật Hạt

kín (Anginospermae) cting TA phụ thuộc Na* (Buchanan et al., 2002) ˆ

9) Xuất bào (exocyfosis] uà nhập bào (endocytosis) _

- Xuất bào hình 1.46) là

tái, được

` sinh ra từ LNSG, liên kết vất

mang sinh‘ “chất, bài tiết các chất

_ của tế bào vào không gian bên

` ngoài tế bào Trong các tế bảo

đang lớn; quá trìnH này 7

phat protein và lipiE câu cho sự `

“phat trién màng sinh chất cũng

như các phức hệ polysacoarit,

glucoprotein và _giueanprobein

(proteogluean) cân chơ quá trình -

sinh trưởng của vách tế bào, Vì

~~tÿ-Jệ bê mặt đổi với thể tích @ể—-

mặtthể tích) của các túi: địch

tiết là lớn, xuất bào phân phát -

màng cho bề mặt của tế bào nhiều ` ¬

hơn so với nhu cầu cần thiết cho sự phát triển của màng sinh chất, Sau đó nhập báo 'hình 1 46a)

thu nhật lại màng thừa để quay vòng qua sự hình thành cắc xếp gấp mang sinh chất vào bên

_ trong, Các xếp, gấp màng sinh chất vào bện trong như vậy tạo nên các túi nhập bào Thêm

vào đó, một, số lpit thừa bị chuyển đi bằng phương pháp quay vòng phan tit, theo d6 lipit

được vận chuyển xen vào chứa giữa các màng cạnh nhau bởi cơ chế “nạp liệu” (“hopping”

mechanism) Nhập bào cũng được sử dụng để quay vòng các phân tử màng sinh chất và vách

tế bào và để chuyển địch các chất nhận đã được-hoạt hoá từ bể mặt của tế bào vào bên trong

“Bản rong

tế Bảo,

Vận chuyển cặp đội

- Hình 4:46 Ba kiểu protein vận chuyển chủ động

` Chủ me Sự vận chuyển t trong mỗi kiểu là trực tiếp

Mang sinh thất bao

"quanh một phần của mới † trường bền ngoài và tách

“Tal dính với mang sinh chất

Nội chất trong túi được giải Phòng ra vì mang của.túi trở

lượng, sinh tổng hợp, bài tiết, tiêu hoá, tiếp nhận, điều hoà, và một số chức nắng khác

Màng sinh chất là màng chắn, tạo nên sự khác biệt về môi trường điện hoá giữa không

gian bên trong với không gian bên ngoài màng, giúp tối ưu hoá các hoạt tính riêng biệt, của các cấu trúc trong màng, Đồng thời, màng cũng thực hiện vai trở vận: chuyển, | tạo rạ sự lên kết, giữa tế bào với môi trường bên ngoài Trong khả năng này, màng kiểm soát, sự vận: chuyển các

phân tử đi vào và đi ra khỏi tế bào, truyén tin hiệu từ môi trường vào tế bao, tham gia sinh

‘tong hợp va hoàn thiện các phân tử cấu trúc vách tế bào Ngoài ra, màng sinh chất cồn tạo ra

sự liên kết vật lý giữa các yếu tố sống với cơ chất ngoại bào Bằng cách liên kết với cáo vùng đặc - hiệu của hệ thống lưới nội sinh chất, màng sinh chất hình thành - câu nối sinh chất (plasmodesmata) xuyên qua vách tế bào ~ kênh nối trực tiếp giữa cáo tế bào cạnh nhau: Như

vậy, hầu hết cáo tế bào sống của một cơ thể thực vật chia sẽ về mặt ed hoc một màng ‘sinh chat

nổi tiếp Đây là một điểm khác biệt giữa tế bào thee vat voi tế bào động vật é dong vit, mỗi té

bào có một, -mằng riêng rẽ và cầu nổi các tế bào chi 1a c&c kénh protein,

tường cứng vĩ Bị vách tế bão (Vu) ép chặt, C¡ thực vật được cố định lạnh ấy duy trì được tương quan vật

ý chỉ mang sinh chất và vách tế bảo nhờ kỹ thuật

Hình 1.48 Mặt cắt đọc qua cầu sinh ata ‘Mang sinh chất để quan sát dưới kính hiển ví điện tử thường xuất hiện chất (PM), Mới nội sinh chất (ER), vách tế bho (Ve)

i hinh gid (artefacts) do sy chuẩn bị mẫu vật, chẳng

hạn như hình dang gon sống cửa màng sinh chất và các Màng sinh, chat tạo nên ranh giới

ngoài cùng của tế bào sống và hoạt động

như là một bể mặt trung gian giữa tế bào

_và môi trường sống (hình 1,1, 1.47 Màng sinh chất tạo ra các cầu sinh chất, những ối ống , màng, đó là cấu trúc xuyên qua các vách tế bào và cung cấp các kênh trực tiếp cho mối Hện

ệ giữa cáo tế bào bên cạnh (hình 1.48) Kết quả của các mối lên hệ qua cầu sinh chất là : hầu hết các tế bào sống wong ¢ ed thể thực vật chia sé một màng sinh chất nối tiếp nhau

SINHiY HOC T VATA x số 57

Ngược hoàn toàn với tinh trang ở tế bào động vật, xét về mọi khía cạnh quan trọng, như đã

nói ở trên, mỗi một tế bào động vật có màng sinh chất tách biệt và mối quan hệ tế bào — tế :

bào điễn ra qua các kênh protein, gọi là khe kết nổi (gap junction)

, Cần một điểm khác biệt quan trọng khác giữa thực vật và động vật là, thường tế bào

thực vật ở trạng thái trương (đo áp suất trương nước), trong khi đó các tế bào động vật ở

trạng thai đẳng áp (cân bằng thẩm thấu) với môi trường bao quanh chúng Ap suất trương

ép màng sinh chất sát vào vách tế bào (hình 1.47) l

3.5.1 Đặc trưng của lipit màng sinh chất

Các thành phần Hpit, probein và cacbobydrat của các màng sinh chất tế bào thực vật

biến động theo tỷ số phản tử xấp xỉ 40: 40: 20 (Buchanan et al., 2002), Hỗn hợp lipit chứa

phospho Trong các màng sinh chất tế bào thực vật, tỷ lệ các lớp lipit biến đổi khác thường

giữa các ed quan giống nhau ở các loài thực vật khác nhau Ngược lại, é động vật, tỷ số Ấy'

là ẩn định Vi du, các màng sinh chất của tế bào rễ cây lúa đại mạch (ordium) chứa nhiều

hon gap hai lần các phân tử sterol ty do cling nhu cdc phospholipit (bang 1.4) : :

Bang 1.4 Thành phan lipit của các màng sinh chất từ các mô

của loài không chịu lạnh (mol %)

8.5.3 Protein màng sinh chất phục tự nhiéu chúc năng

Hầu hết các protein màng sính chất liên quan với các hoạt động qua màng như vận

chuyển, truyền tin hiệu và móc nối các thành phần của khung tế bào vào các phân tử vách

tế bào và tập hợp các sợi xenlulosơ từ cơ chất của xytosol, thường là các protein toàn phần

Tuy nhiên, những protein ấy thường tạo các phức hệ lớn với các protein vùng biên Các

miền ngoại bào của nhiều protein toàn phần được đường hoá (được gắn với đường gÌuco2g, -

glucosyl hoa), mang các nhóm oligosaccarit hiên kết -N và ~O Mới đây, các nhà khoa học

đã tách đồng được một số protein màng sinh chất Sự tách dòng đó đã mổ ra một kỷ nguyên

mới trong hướng nghiên cứu màng sinh chất, nhưng các nhà nghiên cứu cồn chựa hiểu

được bằng cách nào các protein ấy thực biện được các chức năng chuyên hoá của chúng ẳ

cấp độ phân tử Mặc dầu vậy, thành tựu đã có đặt cơ sổ cho việc day nhanh tiến trình

được gọi là vùng quanh nhân, mỗi

màng cổ cấu trúc màng cơ sổ

Màng ngoài nối tiếp với mang tưới

nội sinh chất có hạt

Trên màng nhân có các lổ nhân, đường kính lễ nhân khoảng

chuyển chủ động Chỉ những phân

tử probein trong tế bào chất có

mang đoạn axit amin, tin hiệu định

Tế bào chất Sợi tế bào chất Mang tế bào chất Màng ngoài

Chất nhân

Hình 1.49, Cấu trúc lỗ nhân `

An Sd đồ phức hệ lỗ nhân

ˆ_B~ Ảnh hiển ví điện tử cho thấy phần tiếp tuyển mồng

qua các phức hệ lỗ nhân của tế bào đỉnh rễ cây thuốc

pe) lá Các mũi tến chỉ cáo lỗ trong đó thấy rõ protein vận

chuyển trung tâm (“phích cắm? trong hình A

` Cơ chất bến trong nàng nhân cổ các miền chứa các chất nhiễm sắc bao gồm 'phúc hệ ADN, ARN và hai loại protein: protein histon và jrotain không histon Chất nhiễm sắc tập hợp lại tạo thành nhiễm sắc thể Trong cd chất ý sân cồn cổ chứa nhiều enzym và các ion khoáng cân cho sự tái bản ADN và sự sinh tổng hợp ARN, các phân tử ARN khác nhau, các enzym phosphorin hoá và axetin hoá, protein nhân, enzym đường phân và protein khác Trong nhân còn chứa các nhân con (hình 1 1), Nhân con là nơi tổng hợp các ARN riboxom Dưới kính hiển vi điện tủ, phân con là một cấu trúc gồm ba-phân đơn vị: 1) Mot hay nhiều trung khu dạng sợi; 2) Các cấu tử đạng sợi dày đặc bao xung quanh các trung khu, nơi các

sản phẩm rARN duge chế biến; 3) Một cấu tử dạng hạt, :

3.6.4.2, Chie i năng: Nhân có hai chức năng od bản, thứ nhất Ì là lưu giữ thống tin di truyền của tế bào và là nơi tái bẩn ADN, va thứ hai là truyền thang tin đi truyền

Trong nhân diễn ta 'cÁc quá trình phiên mã ADN thành các loại ARN khác nhau Nhân phối hợp chặt chẽ với tế bào chất trong việc bảo dam su thiểu hiện gen và điều tiết các

quá trình hoạt động sống của tổ bào : : :

3.6.2 Lạp thể 3.6.2.1 Cấu tạo -Lạp thể là bào quan điển hình của tế bào thực vật Lạp thể là một trong hai bào quan

có chứa thông tin di truyển bộ phận, phân tử ADN mạch vòng trong | cơ chất của lạp thể, cô mang cáo gen quy định cấu trúc của một số phân tử protein cấu trúc lap thể,

Lap thé e6 đạng hình tròn bay ô ôvan kếo dài Lạp thể có thể không màu (biển lạp thể,

- lạp vô sắc) hay có màu Qục lạp, sắc lạp)

59

Lue lap thường có hình

ôvan, dài 6 - 10um, đường

ngoé “va màng trong, mỗi

màng này đều cố cấu trúc

màng cơ sở nhưng khắc với

các màng khác, chúng giàu

galactolipit và ít phosphoHpit ‘

“Màng nguài oó chứa các protein - +

` lỗ không đặc hiệu, cho 6hép nước và các ion ¬ cũng như sân phẩm trao đổi chất có kích thước

dưới 10kDa thấm qua một cách đễ đàng Trong số ố các polypeptit định cư trên mang ngoai

_ 06 cde enzym tham gia quá trình trao đối galactolipit Mang trong cho phép thẩm tự do các

phân tử nhộ không tích điện như O; và NHạ, và cả những phân tử kích thước nhỏ ngoại trừ

các axit monơcacboxylic Các sản phẩm trao đổi chất chỉ có thể vượt qua màng trong nhờ

các protein vận chuyển đặc hiệu Màng trong cũng chứa các protein enzym tham gia sắp

xếp lipit màng thylacoit Bên trong màng là một khốt cơ chất @strora4) không màu gồm các

Màng thylacoit

;Mùng ngoài Màng trong Stroma

„Hinh 1.80 Cấu trúc lục lap

protein hoa tan, có chứa nhiều loại enzym tham gia vào quá trình cố định CO; khi quang Ì

hợp Nầm trong khối cơ chất là cáo grana (hạt) Mỗi lục lạp có khoảng 40 ~ B0 grana Mi

grana gồm ð — 6 hay vài Lchụe thylacoit xếp chỗng lên nhau, (hình 1.50) Thylaooit được: cấu

tạo từ protein, ipoit và các sắc tố Cấu trúc của thylacoit gồm các phân tử protein nằm xen

với các phân tử sắc tố, các hệ enzym tham gia phần ứng gắng của quang hợp Sự: sắp xếp

các thành phân trong cấu trúc của thylacoit rất hợp %, đấm bảo cho việc thực hiện các

phần ứng sáng khác nhau của quang gp (hinh 1.51)

- Theo Granick (1961), thành phần hoá học của lục: đạp rất phức tạp, chủ yếu là protein chiếm 85 ~ 55% khối lượng chất khô; liph 20 — 80% “bao gồm triglyxerit, sterol, sap và phosphatit; cacbohydrat 6 — 10%; axit nucleic e6 ARN @- 8%) và ADN (0,B%); các nguyên

tố khoáng gần 3%, trong đó có nhiều nguyên tố vì lượng nhu Fe, Cu, Mn, 2a, Trong lục lạp có gác loại vitamin A, D, K, E Lục lạp chứa trên 3Ö loại enzym khác nhau thuộc các

nhóm enzym thuỷ phân, enzym oxy hoá khử, enzym trao đổi phospho,

3.6.2.2, Chức năng: Trục lạp là bào quan quang hợp (xem chương 4) Ngoài quá trình quang

" hợp, trong lạc lạp còn xây ra các quá trình chuyển hoá phức tạp khác như tổng hợp protein,

it, phoapholipit, Ngoài lụe lạp, lap tinh bột chuyên hoá trong chớp rễ có vai thd quan

* trong trong phan ứng hướng trọng lực giúp rễ sinh trưởng hướng vào đất (em dhưng De

„ 38.3 Ty thể

3.6.3.1 Cấu tạo: Cùng với lạp thể, ty thể cũng là bào quan có chứa thông tin đc truyền

ADN mạch vòng trong genom của ty thể mã hoá các ARN zibosom, ARN vận chuyển và

một vài protein ty thể Mặc dù tự thể có khả năng đi truyền độc lập với nhân nhưng vẫn có

` sự phối hợp giữa nhân, cơ chất của tế bào chất và cơ chất của ty thể trong quá trình biểu

hiện gen Ty thể thực vật có chứa khoảng vài trăm protein khác nhau Nhưng chỉ một ít : trong số đó — khoảng 1ð — 20-protein — được mã hoá và được sinh tổng hợp trong ty, thé, Hầu hết trong số chúng là các cấu tử của chuỗi vận chuyển điện tử hay một bộ phận ( của :._ phức hợp ATPaza trong mang trong ty thể, Hầu hết protein ty thể được mã hoá trong nhân

và được sinh tổng hợp trên các riboxom trong tế bào chất :

„Ty thể thực vật có dạng hình cầu hay ôvan kéo đài 1— 100m, số huợng ty thể trong tế

o thực vật dao động từ vài trăm tới vài nghìn, số lượng này biến đổi theo tiến trình phat ©

¿ ginh cá thể của tế bào và phụ thuộc vào trạng thái chức năng cửa nó

Giống như các thể khác, ty thể cũng được bao bọc bởi một lốp màng kép (bình L 52), mang ngoài và màng trong, Mỗi màng là một màng cơ số đầy 6 — 6nm, Màng trong có điện tích lớn hon mang ngoài nhờ những nếp gấp vào phía trong cơ chất ty thể (matrix) gọi là cấu lrúc răng

luge, Mang ngdai chỉ chứa một số ít phân trăm tổng khối lượng ty thể cũng như số lượng enzym Màng trong (bao gồm cả răng lược) chứa 80 ~ 96% tổng số protein liên kết màng và hơn 90% Hit, Cd chat nim trong màng trong có chứa ADN ty, thé, tiboxom và các enzym hoa fan.”

-_ Biểu đề mat cat ngang af

By „cña răng lược vàn

SẼ

A~Sở đồ khái quát, E— Tổ chức kích thước ba chiều của răng lugs

„_ Và sự bố trí các phân tử ATP synthaza trong mang trong của ly thể

81

Răng lược là cấu trúc multiprotein ~ tham gia cấu thành phức hep ATPsynthaza va

chuỗi vận chuyển điện tử hô hấp

3.6.3.2 Chức năng: Ty thể thực hiện chức năng nhà mây năng lượng của tế bào Hệ thống

hệ hấp hiếu khí, phospherin hoá oxy hoá trong ty thể đảm bảo cung cấp năng lượng cho

mọi hoạt động sống của tế bào Trong cơ chất ty thể có hệ thống enzym của chu trinh Krebs

và nhiều hệ thống sinh tổng hợp lipit, axit amin và một số chất khác, còn màng trong là nơi

định cư của chuỗi vận chuyển điện tử hô hấp và phức hệ tổng hợp ATP,

3.8.4 Phức hệ Golgi

3.6.4.1 Cấu tạo: Trong tế bào thực vật, phức hệ Golgi gồm các thể lưới, các bồng, tai, xếp

sít Hiển nhau thành bó (hình 1.53A) Các túi có màng đày khoảng 7 ~ 8nm bao bọc 6 té bao

thực vật, phức hệ Golgi bao gồm các đơn vị chẳng Golei — mạng lưới trang — Golgi (LGNs)

được bao bạc bởi động tế bào nhất (hình 1.839)

3.6.4.2, Chức năng: thức hé Golgi là phương tiện vận chuyển nội bào, giữ vị trí trung tâm

trong con đường bài tiết của tế bào, tiếp nhận các protein và lipit mdi ‘duge’ téng hạp bừ hệ

thống lưới nội sinh chất và chuyển: trực tiếp chúng ra bể mat tế bào- hay vào không bào

Phức hệ Golgi tham gia biến đổi glucoprotein và đường hoá các nhóm của gốc xerin,

metionin, tírozin Phúc hệ Golgi cũng có vai trò lớn trong sự hình thành vách tế bào: các túi

tiết tách ra từ phúc hệ Gớlgi mang polysaecarit tới vách sơ cấp tạo nên vách thứ cấp, Tổng `

hợp và chế biến vị trí nốt N~ và O~ của chuối olgosacearik của màng, vách và glycoprotein

không bào Sản xuất glycolipit.cho màng tế bào v4 tonoplast

tế bào

Hình 1.83

A~ Phức hệ Golgi trong tể bào thực vật với các túi, báng xếp sít nhau thành bó;

B~ Mối lién két trong khdng gian cia chéng Golgi vai mang ludi trans — Golgi va cơ chất Golgi liên kết với nó

3.7 Các bào quan siêu hiển vi

3.7.1 Các uì thể

° Các vị thể là các thể hình câu có đường kính từ 03 tới 1,70m Ủi thể, có màng đơn bao ©

bạc, bên trong màng là cơ chất dạng hạt Trong tế bào thực vật ( có bai kiểu ví thể thực hiện chức năng sinh lý khắc nhau: peroxisom và glyoxisom

3.7.1.1, Peroxisom =~

ø) Cấu tạo

Trong tế bào thực vật có nhiều peroxisom Phd biến nhất, peroxisom là những bình edu , với đường kính từ 0,3 đến 1,7um, nhưng chúng thường có dong kéo đài hoặc hình đạng bất định hay có nội tượng tác tạo thành túi lưới

b) Chúc năng Peroxisom có chức năng da dang 6 thực vat, vai trd cla peroxigom phy thuộc vào cơ quan hay mé cé chita né Peroxisom tham gia vào sự huy động Hpit trong hạt dự tra dầu nay mắm, peroxisom đồng vai trò quyết định trong sự quang bộ hấp trong lá cay Cg, va tham gia vào sự cố định nitơ ở rễ cây họ Đậu

~Phan gidi-peroxyt hydro: - l *

Cac oxydaza của peroxisom là những flavoprotein yến tạo nên #0, bởi sự truyền điện

tử (cũng như các nguyên tử hydro) từ éơ chất (R) đến oxy:

RH,+ 0, > R+H,0,

Vì catalaza lưôn hiện hữu trong peroxisom, HO; độc bại do các oxydaza ấy tái sinh

được phân giải tức khắc bên trong bào quan và chẳng bao giờ đạt đến tế bào chất Trong

quá trình phân giải peroxyt hydro, enzym luôn cổ chức năng catalaza:

_8H;O; ~> O; + 21,0

ˆ Phân ting catalaza

RH, + HạO; — R + 2H,O

Phần ứng peroxydaza _ Tham gia vào cón đường glycolat (quang hô hấp) trong lục lạp và trong ty thể Gem chương Quang hợp)

~ Glyoxisom là pefosisom chuyên hoá hỗ trợ vào sự phân giải sác axit béo trong thời gian nảy mâm của các hạt chứa tỉnh đầu (xem chu trình glyoxylat trong chương Hé hap)

-— Peroxisom đóng vai trò chỗ yếu trong quá trình chuyển hoá Nạ vừa mới được cố định thành ureit để bài xuất nitd trong một số nốt sẵn rễ cây họ Đậu

~ Bự hình thành các peroxisom mới được bình thành bằng cách phân chia của cáo peroxisom đã tổn tại từ trước và nhập các protein được tổng hợp trên các riboxom tế bào chất

3.7.1.2, Glyoxisom Glyoxisom 14 những peroxisom đặc hiệu, xuất hiện khí hạt dự trữ tính đầu nãy mắm, © :chứa các enzym cần cho sự chuyển hoá các axit béo thành đường Hệ thống các enzym trong peroxisom va glyoxisom hoạt động tạo ra HạO¿ THợp chất này bị các enzym trong

thĩ chita lipìt nín còn được gọi lă thể đầu (hình 1.54) “Trong cầu thể có chứa câc enzym lipaza

va esteraza Cau thĩ 1A nai dy trit lipit ella tĩ bao Khi câc loại bạt đự trữ tinh đầu nay mầm,

, cắc thể cầu hoạt động phối hợp với gÌyoxisom trong quâ trình hình thănh đường gions

37.3 Lưới nội sinh chất: (LNSG) ,

3.7.3.1 Cấu tạo: Lưới nội sinh chất (endoplasmic reticulum — ER) lâ hệ thống gồm mang

lưới câc ống, xoang, túi đẹt nối măng nhđn vă măng sinh chất, đọc theo tế băo chất, có

măng đăy ð - 6nm bao bọc Hệ thống năy được phđn chia thănh lưới nội sinh chất hạt

(RER) vă lưới nội sinh chất trơn (SER) Trong đó, lưới nội sinh chất hạt được tạo thănh từ ˆ

` phần măng có đính câc riboxom, phần còn lại không cổ hay 06 it riboxom tạo nín lưới nộ

sinh chất trơn (hình 1.84) Lưới nội sinh chất có điện tích bể mặt lớn hơn những cấu trúc có

: măng khâc, dung tích xoang có thể đạt tới 16% dung tích của tế bao "

Vùngdính n8 GĐhờng bạo Ú

tổng hợp Hpit (inh 1 54) Trong miễn lưới nội sinh chất trơn hình thănh nín cacbohydrat, lipit, tecpenoit Trong miền nội sinh chất hạt tổng hợp nín protein măng, eazym cần chơ.sự -

chuyển câc chất nội băo vă lă phương tiện thue hi mă mối tướng t tâc gi”a câc kỏ băo thực vật thông qua cầu sinh chất, : : : “ : 4.7.4 Riboxom

7.4.1 Cấu tạo: Riboxoim 'có dang hat hình tròn, đường kinh 20 - 30nm (hinh 1: Ð Mỗi

iboxtim gồm hải cấu trúc phđn đơn vị huclĩoprotein, "Trong tế Băo thất của tế bị lực vật,

‘Hai phđn đơn vị tiboxons 406 vă 60B tạo nín riboxoih 808, trong lúc lạp cổ riboxom 708

côn: trong ty thĩ số tiboxom '70 — 808, Câc riboxom ty thể khâc biệt với riboxom: lap thể vă „

boxom tế bo chất, Câc cấu trúc phđn đơn vị được hình thănh ftong nhđn 'con rồi di Ỉa

Săi tế bảo chất, tại đồ, sự tập hợp câc: phan don vị chỉ xđy ra trín ARN hông | tin n trong

quâ trình sinh tổng hợp protein, - l

: “Frong tế băo chất, riboxoin.cĩ thĩ trang thâi tự đo hoặc đính trín, L măng của Nổi nội ảnh chất (hình 1.64), đính văo măng ngoăi của nhđn hay tạo nín phức hệ polyribozom

Cấu trúc polyriboxom hình thănh đo nhiều riboxom có thể đồng thời dịch mê trín một

phan ti mARN Polyriboxom bị phđn rê dưới tâc động của câc tâc p nhận: bất đợi của môi trường (hạn, thiếu oxy, ) lín-cơ thể thực vật

3.8 ‘Khang bao Co Coe ¬

3.8.1 Cấu tạo: Không bảo ảnh 1 LL 1% B2) lă băo quan, ĩn hình cửa tế băo" thực vật

trưởng thănh Trong câc tế bêo phđn sinh, không băo chỉ mới ở đạng bọt nhỏ, kích thước

không băo tăng đẫn lín trong quâ trình phât triển của tế băo, Theo” sự sinh trưởng củả tế

băo, câc bọt nhỏ ngăy căng lớn lín vă hoă nhập với nhau tạo nín không Băo lớn trủng tđm

Không băo có măng đơn gọi lă măng khống băo (tonoplast) bao bọc Nhiều tế băo thực vật bai hệ thống không băo khâc nhau: không băo lớn bảy trữ protein vă không băo phđn giải nhỏ hơn: tin

3.8.2 Chile năng: Không Ï băo thực vật l bêo quan na chức năng Khong băo có mit s số vai

tro trdo doi chat Hĩn quar dĩn sinh trưởng

`~ - Dự trữ: Ngoăi câc chất như lon, đường, poyeaccarl

Sy leno cậc chất trao đổi sơ cấp ấy có thể được giải phóngra khôi không băo vă được sử dụng trong

câc coi đường trao đổi chất để duy trì sinh trưởng Thật sự lý thú; hấu hĩt câc hượng vị của quả vă rau đều có dấu ấn từ câc chất đê từng được dự trữ trong câo không băo `

= Tiểu hoâ: Không băo chứa \ một số kiểu ‘enzym thuỷ phđn (hydrolaza) 4 vốn cổ trong câc lysoxom động vật, Những enzym ấy bao gồm _proteaza, nucleaza, glycosidaza va:lipaza - cùng nhau phđn giải vă tâi: quay vòng hấu như toăn bộ câc thănh phần của tế băo, Sự tâi ` quay vòng như vậy lă cần không chỉ để luđn chuyển bình thường câc cấu trúc tế băo mă

côn để thu gom lại những chất đính đưỡng‹ có giâ trị trong thời gian chết của tế băo đê: được l

chương tiình hoâ liín quan với sự phat triển vă quâ trình giă `

"¬—PbH vă sự cđn bằng nội môi: Câc không bẳ lến được sử dụng lăm bình chứa proton vă

Hình 1.84 Sơ đổ phđn chia câc vùng ¡ chức năng cửa hệ thống lưới nội ‘sink chất ở thực vật

3.7.3.2 Chức năng: 6 thực vật, chức năng chủ yếu qủa lưới nội sinh chất lă sinh tổng hợp,

chế biến vă mang câc protein định hướng tới măng, không băo bay con đường băi tiết vă

_ — ` Phát hiện ra nhiều kiểu không bảo làm xuất hiện một số những câu hỏi hấp đẫn khác

Che protein đã được sinh ra như thế nào trong phari ting đối với các tác nhân gây bệnh - sống trong các không bào của tế bào vến chỉ chữa một hệ thống không bào axit, có lẽ cồn chứa cả các enzym thuỷ phân? Trong kiểu không bào não xây ra sự tích hy canxi, sắc tố và | các hợp chất độc hại? `

các ion quan trọng trong trao đổi chất như canxi, Trường hợp điển hình, các không bào ị

thực vật có pH khoảng 5,0 và 5,ð nhưng biên độ biến động từ 2,ð như trong không bào quả

chanh đến các trị số lớn hơn 7,0 trong các "không bào dự trữ protein bất hoạt Tế bảo có thể ˆ

điểu tiết không chỉ pH xytosol mà còn điều tiết được hoạt tính dác enzym, tấp hợp các cấu

trúc khung tế bào và đác sự kiện liên kết với màng bang cách kiểm soát sự thải các proton

và các ion vào xytosoL

— Bao vệ chống lại các tác nhân gây bệnh ví khuẩn và các loài động vật ăn cô: Các tế bảo

thực vật tích luỹ các chất độc rất đa dạng trong các không bào của chúng để làm giảm sự

ngon miệng của động vật ăn cô và thuỷ hoại các tác nhân gây bệnh Các hợp chất đó bao gầm:

+ Các hợp chất phenol, kiểm, các glyoosit chứa xianua và các chất ức chế proteaza lâm

cho cồn trùng và các động vật ăn cổ chân ngân `

3.9 Xytosol (Cơ chất của tế bào chất)

Xytosol là phần hoà tan của tế bào chất, là môi trường chứa tất cả các bào quan

- Về thành phần hoá học, xykosol chủ yếu là keo protein ửa nước thường có hoạt tính enzym Trong xytosol có các chất vô cd, hữu go khác nhau, sản phẩm trao đổi chất trung gian Hệ thống keo của Xytosol có thể chuyển từ trang thai sol sang trạng thái geÏ và niguge lại Dưới kính hiển vị điện tử, xytosol có cấu tạo đạng hạt Xytosol có khả năng vận: động

+ Các enzym phân giải vách tế bào như chitinaza và glucanaza và bảo vệ các phân tử

như saponin có tác dụng phần huỷ nấm gây bệnh và vi khuẩn

+ Latec (nhựa thực vật, ví dụ, mũ cao su), các nhũ tương dính gây vết, thương của các :

polyme ghét nước vốn có táo tính chất diệt £ côn trùng và nấm bệnh, và cũng là chất, chống

lại động vật án cỏ

, ~ Tạo phức (càng) các hợp chất đạc tính: “Thực vật không thể chạy trốn khối nơi độc

hại và cũng không thể khử độc hại bởi sự bài tiết cáo nguyên liệu độc như kim loại nặng

và các chất trao đổi cỏ tính độc oxalat Thay vì, thực vật tạo nên các phức chất (tạo càng)

.3.10 Bộ khung của tế bào ` ‘ ì

Tập bợp các vị sợi và vi ống tạo nên bộ "khung của tế bào (hình 1.55) Khung tế bào có

~ vai trồ lớn trong quá trình nguyên phân, là cơ sở của sấu tic thoi phân bào và la ed sd cha

như vậy bên trong không bão Ví dụ, để loại bỏ 'oxalat, các tế bão đặc hiệu phát triển các hoạt, tính vận động của tế bào „

không bảo chứa các cở chất hữu cơ Bên trong các không bào đó, oxalat phan ting vé , y

canxi hình thánh nên các tỉnh thể oxalat canxi, Trong các kiểu tế bào khác của thực vat, Mang tế hào

các thành viên của họ probeìn vận chuyển ABC được dùng để vận chuyển các xenobiotie

(các hoá chất nhân tạo) từ tế bào chất vào không bào (xem mục bơm 3.4.7.1 ở trên) Sự

tích lduỹ các hợp chất độc hại trong các không bào của lá là một trong những nguyên nhần -

của sự rụng lá thường xuyên t -

~ Chữa sắc tố: Các không bào chữa các sắc tế anthoxyanin vốn thường thấy trong

` nhiều kiểu tế bào thực vật Màu của tràng hoa, quả có-vai trò dẫn dụ các sinh vật thụ phấn

và phát tân hạt Một số các sắc tố lá phản chiếu trở lại vào khí quyển các tỉa cực tím và

ánh sáng khả kiến Điều đó, có tác dụng ngăn chặn nhiing hu hai quang oxy hoa đối với bộ

máy quang hợp (xem thém’ chương Quang hợp) Sự phần xạ đó là cần thiết để đậm bảo sự

sống sót của các lá thường xanh tại các miển khí hậu, nơi cố các tháng mùa đồng băng giá,

ngân chận nắng lượng đã hấp thụ đang được dùng trong quang hợp -

3.8.3 Nhiều tế bào thực vật chứa hai hệ thống không bảo

Trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu thực vật bổi rối không hiểu làm thế nào mà các

protein dự trữ và các enzym thuỷ phân có thể cùng tần tại trong các không bào Cuối cùng,

, bây giờ vấn để đó đã được giải quyết nhờ sự phát hiện rằng, í nhất trong một số giai đoạn

phát triển, nhiều tế bào thực vật chứa hai kiểu không bào khác biệt nhạu về mặt chức.,

năng: các không bào dự trữ protein trung tinh và các không bào thuỷ phân, axit Trong

thời gian phát triển, các sản phẩm dự trữ có thể được huy động, hoặc bởi sự gắn kết với hai

kiểu không bào, hoặc bằng cách gửi các enzym thuỷ phân đến các không bào dự trữ Các

nghiên cứu sử dụng các kiểu thử:bao gồm cả các loại màu kim loại nặng, các phân tử

huỳnh quang nhạy cảm đối với pH, hoặc là hoạt tính các enzym thuỷ phận và các kháng

ˆ -độngä sống, tế bào cn phải hấp thụ nước và các chất, đình đường

:, thấy chúng vận động hỗn loạn và liên tục Lần đầu tiên, năm 1827, nhà thực vật học người

4 sự HAP THU NƯỚC VAO TE BAO THUG VAT

Moi phan Ying hoa, sinh, của tế bào đếu xảy ra trong môi trường nước Nước bà, ‘dung môi

tốt nhất cho các chất Trong tế bào, , nước vừa là môi trường cần cho sự vận chuyển nội bào

và liên bào, đồng thời, là môi trường cho các phân ứng trao đổi chất Xây, ra Nước là thành

phẩu ‹ quan trong của tế báo thực vật Do đó, để thực hiện được tất 8 cde quá, trình hoạt

Quá trình bgp thụ nước và các chất tan vag tếp bào thực vật được thực hiện theo cđ ở thế

“khuếch tần và: thẩm thấu :

1” 44, Hign tugng khuếch tán và thẩm thấu

41.1 Khát niệm về khuếch tan va thẩm thấu

Xe6tlen, Robert Brown, d& bao cáo về sự vận động đó trong Khi nghiên | cửu hạt phấn đưới

_ kính hiển vi Robert Brown da quan sất và ghỉ chép các tiểu phân bên trong hạt phấn

trong trạng thái thường xuyên vận động ngẫu nhiên Bự vận động của các tiểu phần lơ King

và nhìn thấy đó, hiện nay được gọi là vận động Brown Trong uận động Broun những: tiểu `

phan nhỏ bé mà ta có thể thấy được luôn va đập vào mọi phía do các phân tử đang vận

động ngẫu nhiên, Ẳ

“Trong môi trường có nhiệt độ cao hơn độ không tuyệt đối (05K), mỗi phân tử vật chất đểu có một động năng xác định; chúng ở trạng thái vận động hỗn loạn thường xuyên Nhà -

- đỗ sự vận động thường xuyên này mà khi, tron hai chat ling hay hai chất khí, các phân tử

ˆ của chúng phân bế đồng đều tron: ăn bộ thể tích Hiện tượng phân bố đồng đều các phần

tử hoà tan va cấc phân tử dung ứn tròng toàn bộ thể tích như vậy được gọi là khuấch tán

Một chất nào đó khuếch tần có xu hướng: đi chuyển từ nơi có nồng độ cao hơn đến nơi có „

nông độ thấp hơn, từ một hệ thống cổ năng lượng tự do cao hơn tới một hệ thống có.năng

mặt của lá phổi: Khi CO; khuếch tần ra khôi mu, cùng thời điểm đó O; khuếch tán vào ˆ

Một ví dụ khác ở bể mặt lá: trong cùng thời điểm, hơi nước và CO; khuếch lần ngượt chiêu

nhau qua khí khổng: hơi nước đi ra, còn CO; khuếch ào Ghình, 9, p1) cet 4.1.1.2 Sự khuếch tán giản đơn qua lớp kép của mang

a) Khuéch tén gidn don

Qác phân tử-bé đi qua được lớp kép lipit của màng, Phân tử cố độ hoà tan trong | Hit

càng cao, khuếch tán qua lớp kép Hpit càng nhanh Hình như, chỉ cô nước và một số cát

phân tử bé nhất không theo nguyên tắc đó, chúng thấm qua màng nhanh hơn s0 với 8 hoa ờ tan của chúng trong lipit

_.ð) Dink ludt Fick

; Cáo tác nhân ảnh “hưởng đến t tốc độ khuếch tan qua màng thẳng 1 9 được tóm tắt -

trong định luat Fick (C.J Clegg with D G Mackean, 2000): œ- tốc độ khuếch t tan -

“+ Dien tich bs mặt x Hiệu số tông để hi ~

ae 7 Đà day của mang

jeu nềng, độ giữa hai miễn sảng ‘ten, lượng - Gung’ cấp thêm cơ chất cho khuếch tan cẩn đạt

khuếch | tán trong thời giản đã cho càng nhiều .| đến bể mặt, và các chất đã khuếch tan qua mang

oo cần phải được vận chuyển a”

} Khoảng 'cách khuếch tán ~ Cau trúc hoặc bé mặt cần ng mông

Khoảng cách khuếch tín công ‘agin, dếc độ |

khuếch tan qua: nộ cảng cao "

Son

| Diện “tích khuếch tân:

lện tích cảng lớn, tốc độ khuếch tan càng cao, `

4) Cấu trúc khuếch tán Các đỡ, trong vật ngăn có thé, gia ig khugch tan

+ Diện ích bể mặt lấn pha fon -

- - Số lượng các lỗ căng nhiều va koh’ thước cửa 8

tầng tốc đồ khuếch tán (ảnh hưởng

Năng lượng tự do là phần nội năng của hệ thống cổ thể quaấi hod thank một công

(thực hiện một công) Tượng năng lượng tự do thuộc về một phân tử vật chất được gọi là thế

năng hoá học Thế năng hoá học là đơn vị đo lượng: “nang lượng) mầ-một-chất nào: đó-có-thị

sử đụng trong phan Ying hoa lige hay để di chuyển Nông độ của một chất càng cao thì hoạt

tính và thế nang hoá học của nỗ càng cao Do đó, sự đi chuyển của vật chất hoà tan vào

nước làm giảm hoạt, tính, giảm năng lượng tự do, giảm thế năng hoá học của nước Người

-_ ta ký hiệu thế nước (thế năng hod hoe cha nude) bằng chữ W (Giống, Ty Lạp — px) Thế nước

là khả năng của nước trong một hệ thống, (chẳng hạn trong tế bào) thực hiện một công so

với công mà nước sạch thực hiện, Khi he théng hay ¢ tế bào ở trạng thái cân bằng với nước

sạch, thể năng nước của nó bằng không (Pauta = 0)

Suvan dong của các kiểu cấu tử khác nhau có thể: xây ra trong các hướng ngược nhau

‘Su khuéch tán của cáo cấu tử theo một hướng không cân trở sự vận động của các cấu tử

khác theo hướng ngược lại Ví dụ, bai con đường khuếch tản thường xuyên xảy ra tại bể

S8,

ii | = Nhữ vậy G; có thể khiiếch tấn nhanh Han CO,

+ Các chất tan trong lipit khugch tần nhanh hơn qua

ac phân tit tan trorig (các) cỡ chất: của vật ngắn các mang | †ế bão so với các chất tan trong nước

“khuếch tán qua nó nhanh hon

3 Su bhuếck tắn bên, trong tế ‘bao va mé , Bên trong các tế bào, hoặc bất kỹ ở đâu có khoảng cách rất ngắn, các chat tan tự phân

` bố rất nhanh nhờ khuếch tán Các phân tử bé và các ion có thé di chuyển ( từ một phía này

đến phía khác của bào quan trong một phân nghìn giây (105 giây) Mặt khác, sự khuếch

‘tan như là một ed, chế vận chuyển, giảm nhanh theo mức độ gia tăng khoảng cách, Khi

- 69

không có va chạm cơ học, sự khuếch tán qua khoảng cách hén xentimet có thể phải mất

xmột giờ hoặc-lâu hơn, và sự khuếch tần qua khoảng cách hơn mét có thể phải hàng năm (William K Purves, David Sadava et al.,2003), ,

4) Sự khuếch tân được dễ dàng (facilitaied diffusion)

Các chất phân cực như các axit amin, đường và chất tích điện như các ion không thể

khuếch tán qua màng Các chất này vượt lực cân của lớp lipit ghét nước để xuyên qua

mang theo hai con đường: Một con đường xuyên qua các protein toàn phần (protein tạo 7

kênh vận chuyển) VÀ con thường thứ hai nhờ các protein chất mang (hình 1.48)

9) Thẩm thấu , M `

Thẩm thấu là sự khuẩch tán ola nude qua màng Các phân tử nước nhê bé để dị 2 £ ae Zz 2 a 4 $ 2 vị % 3

chuyển qua các màng bởi quá trình khuếch tần được gọi là (Sâm thấu (osmosis) Đó hoàn š

toàn là một quá trình thụ động không sử dụng năng lượng trao đổi chất, động lực của sự

vận động đó là gradient ndng 46 (gradient thé nude) của dụng địch Thẩm thấu phụ thuộc

vào số lượng hiện điện của các cấu tổ chất tan, chứ không phụ thuộc vào loại, cấu tử, Để

minh hoa, ching ta sẽ mô tả sự thẩm thấu của tế bào hông cầu và tế bào thực vật

Các tế bào hồng cầu thường lơ lửng trong địch lổng gọi là huyết tương (plasma), von

chứa các muối, protein và các chất tan khác Mấu nhìn một giọt mầu đưới kính hiển vi ảnh

sáng, sẽ thấy các tế bào màu đổ có hình đặc trưng dạng cầu lõm Mếu cho thêm nước sạch

(vé mat hoá học) vào giọt mầu, các tế bào phẳng lên nhanh chóng rối võ bùng ra (hình 1.56

-giữa) Một cách tương tự, nếu ngâm cây xà lách mới hếo vào dốc nước sạch, nó tưới trở ai

rất nhanh Cân nó trước và sau khi ngâm, tá có thể thấy cây xã lách hếo đã hút nước (hinh

-1.56, hàng đưới) Ngược lại, nếu ngấm các tế bao mau, hoặc các lá xà lách tươi vào dung

địch muối hoặc đường có nông độ tương đổi cad, lá xà lách héo trở lại và các tế bào hồng cấu

thì đám đíu và co lại, ¬ : Thu Te

< Phân tích các quan sát như vậy chúng ta thấy rằng, sự khác biệt trong nổng độ chất

tan giữa tế bào:và môi trường bao quanh nó xác định hướng vận động của nước, hoặc đi từ

môi trường bao quanh vào tế bào (hình 1.56, bên phẩ), hoặc đi ra khối tế bào vào môi

trường (hình 1.66, bên trái) : tàu oo

; Trong dung địch không có vật cần, tất cà các chất tan đều khuếch tần với tếo độ được x

_ dink bởi nhiệt độ, các tính:chất vật lý và gradient néng độ của mỗi chất tan Trong trường

hợp nếu các phân tử vật chất đang khuếch tấn gặp phải một màng chắn trên đường đi

chuyển của chúng, sự vận động bị chậm lại và trọng một số trường hợp bị ngưng trệ Cũng

như yậy, rếu một măng sinh học phân chia dung địch thành hai phần tách biệt nhau, sự vận

động của cáo chất tan khác nhau chịu sự 'tác động của các tính chất cha mang Mang cha

chat tan dé dang di qua nó với mức độ nhiều hay ít khác nhau, gọi là màng thấm

(permeable), nhung khéng cho chat tan di qua né, goi 1A mang khong thdm (impermeable)

Các phân tử không thấm được qua màng ở lại trong các miền tách biệt khác nhawvà

néng d6 cha chúng vẫn khác nhau về hải phía của màng Các phân tử thẩm được qua màng :

khuếch tán từ một miền này qua mang vào một miễn khác cho đến khi nổng độ của chúng

cân bằng tại hai phía của màng Khi nêng độ của chất khuếch tán đã bằng nhau tại hai

phía của màng thì đã đạt đến trạng thái cân bằng Các phân tử riêng biệt vẫn còn tiếp tục -

di chuyển qua màng sau khi sự cân bằng đã được xác lập, nhưng số lượng phân tử đang a zs: a “ 2

vận động trong mỗi hướng là bằng nhau, do vậy, không có sự biến đổi thực sự về nông độ

Đừng dịch ưu trương Dung dịch đẳng trương Đung dịch nhược trương `

(dung địch mudi dam dae) (dung địch muối đương lượng) (dung dich muối loãng) Bên ngoài Bên trong "

tốbáo -' tếbảo -

Không bao |

`_ Hình 1.86 Thẩm thấu biến đổi hình dang của các tế bào

` Trong dung dịch đẳng trương (cột ở giữa), các tế bảo thực vật và động vật duy trì hình dạng bình thường đặc

trưng của chúng Trang dung dịch nhược trương, nước xâm nhập vào tế bào (cột bên phải) Trong môi trưỡng trủ trương bao quanh hút nước rạ khối tế bào (cột bên trái) (Theo Williams K Purves et al., 2003), , Các phân tử tích điện hoặc phân cực như axit amin; đường và cáo iơn không dé dang

khuếch tan qua mang là do hai nguyên nhận: 1) Cáo tế bào được tạo nên từ nước, tổn tại ong nước và các hợp chất phân cực và mang điện tích; những chất này hình thành rất nhiều các lên kết hydro với nước ngăn cần chúng xuyên qua màng; 2) Cơ chất bên trong

hàng là ghét nước và những chất ưa nước tránh xa nó, Mặt khác, phân tử vốn tự nó đã lạ `

ghét nước và từ đó nó tan trong lipit, đễ dàng xâm nhập vào màng và đi qua màng Để minh hoạ, chúng ta xem xét hai kiểu phân tử: protein nhỏ bé gồm một ít axit amin va steroit 6 đùng kích thước Protein là hợp chất phân cực, sẽ khuếch tán một cách chậm

‘chap qua mang, trong khi steroit khéng phân cực sẽ khuếch tắn đễ đàng qua nó

, Tế bào thực vật là một hệ thẩm thấu

'Tế bào thực vật có vách pecto-xenlulozơ thấm tốt đối với nước và các chất tan Những

màng sinh chất (plasma merabrane) và màng không bào (tonoplast) có tính thấm chọn lọc,

tồn gọi là bán thấm (selective permeability) cho nước đi qua, nhưng thấm kém và trong một số trường hợp không thấm đối với các chất tan, Có thể chứng thực điều đó qua biện

4.4,

: tượng co nguyên sinh và áp suất trương nước Nếu nhúng tế bào thực vật vào dung dịch

- muối hoặc đường có nông độ cao hơn so với nống độ dịch bào, dưới kinh biển vị, ta sẽ thấy

hiện tượng chất nguyên sinh tách khỏi vách tế bào, đó là hiện tượng được gợi là eo nguyên sink (plasmolysis) (hình 1.56, hàng đưới hình bên trái) Nếu địch bào nhuộm màu thì sẽ

thấy rõ hơn hiện tượng co nguyên sinh Dịch bào ở lại trong không bào, giữa chất nguyên

4

4.2 Gự hấp thụ nước vào tế bào thực vật 4.2.1 Ap suất thẩm thấu và áp suất thuỷ tĩnh (thuỷ lực) xác đủ inh hướng của đồng n nước

Có hai lực tác động xác định hướng của đồng nước qua mang sink chất: gradient ấp

uất thuỷ tĩnh (AP) qua màng sinh chất/phúc hệ vách tế bào và gradient áp suất thẩm

thấu (An) giữa bên trong và bên ngoài của tế bào Công thức hoá,, dòng nước đi qua mang

› (Qv) tỷ lệ với động lực theo phương trình: ` ¬ -

: dv= Lp (AP- edn) : co kế TỦ có huy

"8 đây tp là hồng số tỷ lệ, là độ thấm của màng đổi với nước, dug

'mặt m.sMPa” (nói cach kha, msm? NY, ở đây N là le tính ra Net , kgim Ce ;

hiện khả năng của chất tan hoạt tính thẩm thấu đối với tính thấm nước của màng Đối với tioàn toàn không thiếm, ơ = 1, trong Khi đó đối Với chất tan với tính thấm bằng tính thấm củ Trong thực tế, đối với hầu hết các chất tan hoạt tinh thẩm thấu vốn thường gặp trong các điể

lý (các lon, đường, ), tính thấm của nước là rất cao nên:ơ cần phải được coi là bằng 1 Trong cad dit u

kiện cân bằng thẩm thấu, theo định nghĩa, Jv = 0, do đồ AP va oda IB bằng nhau và ngược dấu «

` Trị số áp suất thẩm thấu có ý nghĩa lớn trong việt xác định sức hút nước của tế bào,

hi ngâm tế bào chớm eo nguyên sinh (lúc màng sinh chất vừa miới tách khối váph tế bào) vào nước sạch, nước được hấp thụ vào tế bào theo cơ chế thẩm thấu (tơ chế thụ, ng theo

gradient nổng độ nước tự do; hoặc nói theo thuật, ngữ nhiệt động hoe; theo gradient thé nước) Tác động của sự hấp thụ nước vào tế bào thực vat đến thế nước, thế chất tan Ghế

hấm P thấu) về và thể ấp suất (áp suất trương nước, “huỷ lực} đượp chi ra tiên hình

: ` Thế nước Thể chất tan _ -Thể ap suất +

Tế bảo đã có Sửa tế bảo của dịch bảo _

"nguyên sinh - - fee Hấp thụ nước

sinh và vách tế bào xuất hiện không gian chứa đây dung địch bên ngóài Co nguyên sinh

xuất, hiện khi nổng độ môi trường bao quanh tế bào tu trương hơn (thế nước thấp hơn) so -

với nẵng độ của dịch bên trong tế bào, các phân tử nước khuếnh tan theo gradient thé nude,

_ va khdi tế bào vào môi trường baó quanh, còn chất tan vẫn lưu đại trong tế bào,

Nếu ngâm tế bào vào nước ' sạch hoặc dung địch có nẵng độ thấp hon’ (ung dich nhuge trương), thì nước xâm nhập vào tế bào làm xuất hiện áp suốt trương (Áp suất thuỷ tĩnh)

bên trong tế bào Áp: suất trưởng tạo niên độ cứng đảm bảo cho mô đó độ đàn hồi Nước được

_ hút vào làm tăng thể tích của không bào, địch bào ép lên tế bào chất và dén ép nó vào vách

tế bào Do có áp lực từ bên trọng, vách tế bào bị căng : ra và tế bào ở vào trạng thái căng

nước làm xuất hiện một

đưới hình bên phải) :

Các hiện tượng co nguyên inh va sức trương, nước cho phép ¿ ta: nghiên cứu '

nhiều tính chất của tế bào thực vật, Dựa vào ( quan sát tế bào có co nguyễn sinh hay không,

ta có thể biết được tế bào còn sống hay đã chất Đây là một phương pháp được sử dụng

trong viée kiém tra xác định tỷ lệ sống, sốt của hạt trong bảo quản hạt Hiện tượng co -

nguyên sinh cũng cho ta khả năng đánh giá độ nhớ cia sinh chất theo tốc độ và hình đạng

co nguyên, sinh, xác định trị số áp suất thẩm thất theo phương pháp co nguyên sinh

Phương pháp r nấy dựa trên cơ số chọn ra dung dich’ đẳng á áp (dang trương), nghĩa là dung -

dịch bên ngoài có á bào: Dung dich bén

được goi la dung dich wu trương (hình 1.56, hàng dưới hình bên trái) Dung ‘dich có nông độ

gay ra sự 'chớm- co nguyên sinh (Ñneipient plagmolysis) cỗ ấp suất thẩm thấu tương đương

với áp suất, thẩm thấu của tế bảo gọi lầ đụng động trương (đẳng ap) Biết được néng

độ a) của dung địch đẳng trương, có thể tính áp suất thẩm t Œ) của ( ung, địch đó và

từ đó tính ra duige ap suất thẩm thấu của tế bào theo công thức: ` tổ

: moe P= RTC, Bey ea ‘ ae

p suất, thẩm thấu, tính ra MPa (mega Pasea hoặc ataitphe hote’ bas Bing 1 6

s ì các đơn vị của áp suất, : ;

”R— hằng số khí = 0,0891; mu + ¬ `

''T — nhiệt độ tuyệt đối PHÔ; - Bằng 1.6, So sánh các đơn vị sữa áp suất Ting thé toy Woao Tố nóc CÓ

C ~ néng độ- dụng địch tính Ta jy atmotphe 760nimHg (tai tức nước biển, v vĩ độ 469) _ ‘

dị Thổ áp suất he

xe trong đó œ là độ phân ly, n - số Lốp ôtô bom phông điển hình 1ã khoảng 0,2MPa, - 12a) = 1,018 x 10%Pa - nem si” “kim

x a ion phân tử phân lyra Áp suất nước trong hệ thống ống nước điển hình @ a Mẻ &

- ) Déi vdi chất không điện Wy, _trong nhà là khoảng 0,2 -0,3.MPa +: ~ như đường saccarozd,i =1 ',ˆ | Áp suất nước sâu dưới $m nước là khoảng 0 0BMPA, i £ = -w4 sẽ 4004 [tin g Lao ee

Xác định trị sổ áp suất thẩm thấu có ý nghĩa to lin’ trong cấc nghiên cứu ảnh hưởng Ses TT «sp 2 ‘ của môi trường đến cơ thể Ap suất thẩm thấu' cho ta khả nang đánh giá sự, hap thụ nước LÊ neo , s

và giữ nước của cây ` ~80+ M hoà lan đến dich bao} : Thế nước | +600 chat tan

: _Ap suất thẩm thấu giao động lồn từ 9,1 đến 20, OMPa: Ấp suất thẩm thấu của thực vật Oy ———_m

thuế sinh là khoảng 0,1MPa Dịch bào của cây chịu mặn Airiplex conjertifolia bằng Thấp Biến đổi thể ch o của tố bào ˆ °, Cao

20,0MPa, Ap: suất thẩm thấu của phần lớn thực vật trung sinh là từ 0,ð đếu 3,0 MPa Hình 1.87 Thế nước của tế bào thực vật đã co nguyên sinh ở trọng nước vì nó hút nước đến độ săng phống tên

72 1 SNHLÝHOCT.VẬTA — - 73

Trong tế bào đang co nguyên sinh, thế nước chỉ do thể chất tan (thế thẩm thấu) của

dung dịch tế bào, vì thế áp suất (áp suất trương nước) của tế bào co nguyên sinh bằng

không Khi sự hấp thụ nước tiếp tục, dụng địch tế bào và địch không bào trổ riến ạn kăng hơn

và thế chất tan trở riên ít âm han

"Thế áp suất dần phục hồi khi đã hút đỏ nước làm cho nội chất ép vào vách tế bào Tiếp

tục-hút nước, tế bào tiếp tục phông lên và vách tế bào căng ra Thế áp suất tang liên tục

đạt đến giá trị cân bằng hoàn toàn thế chất tan Sự hấp thụ nước sẽ ngừng khi thế nước

của tế bào tăng đến giá trị không Sau đó thế nước cổa tế bào chính ]à thế của nước sạch

422 Hai con đường xâm nhập của nước vào tế bào `

Tên tại hai con đường song song e của sự vận động của nước qua màng (hình 1, 58) Can

đường thứ nhốt là sự vận động đơn giản của các phân tử nước qua Hpjk của màng; con,

đường thứ hai liên quan đến các protein kênh nước đỗ nước) `

Các nghiên cứu sinh học phân tổ và hoá sinh

học đã khẳng định sự tổn tại của kênh nước trong '

thực vật Các kênh nước hoặc lỗ nước (aquaporins)

được biểu biện rất rõ trong các màng thực vật Đó

là các protein thuộc họ các kênh xuyên màng được

biểu như là họ lớn các protein nội tại Những

protein này tương đối bé (chỉ từ 26 đến 30kDa),

dãn lớp kếp sáu lần, và chứa trình tự lặp lại ở

giữa Điều đồ chỉ ra nguồn gốc từ tái bản va dung’

“hep gen

Các lỗ nước cũng được đặc trưng bởi sự bảo

toàn cao các gốc NPA (Asn—Pro-Ala) có trong cả

hai nữa các đầu cuối N- và CỄ của protein Các lỗ

nước trong thực vật, đã được nhận biết trong cá hai

màng không Bào và màng sinh chất, hình thành

các phân họ tách biệt được biết đến một cách tương

ứng như là protein nội tại trong không bào thực

vat (PNK) va protein ni tai trong màng sinh chất

Hinh 1.68 Cấu trúc của một lỗ nước chỉ rõ sáu

xoắn xuyên màng và hai gốc NPA (Asn-Pro-Ala)

` 4.2.3 Tính thấm nước khác nhau của màng không bảo và màng sinh chất có thể hạn

chế sự biến đổi lớn của thể tích tế bào chất khi bị sốc (stress) nước

Đo các tái màng đã chứng minh rằng, tính thấm nước của màng không bào là khoảng

100 lần lớn hơn so với tính thấm của màng sinh chất Ý nghĩa sinh lý của sự khác biết nhự vậy về tính thấm là có thể liên quan với nhụ ( cầu cần phải duy trì thể tích xytosol khí bị sốc thẩm thấu (sốc nước) Đối với tế bào chịu sự co giảm thể tích ở điểu kiện mất nước (co nguyên sinh), tác động nguy hại tiểm tàng đối với thể tích xytosol sẽ đến nếu không bào lớn

- rung tâm không đủ khả năng 'đạt được sự cân bằng thẩm thấu qua màng tonoplast (màng không bào): nước sẽ thấm nhanh: ra khối xytosol và: nông độ các chất tráo ¡ đổi sẽ tăng mạnh

'Kết quả sẽ là tính thấm cao của màng không bào đối với nước buộc không bào phải "hành động như một “đệm nước", buộc phải huy động nước dự trữ trong không bao vốn làm giảm thiểu sự hiến đổi thể tích xytosol

* 4.3 Sự hấp thụ các chất tan

Có ba miền biệt lập trong tế bào thực vật cân xem xét khi nghiên cứu sự hấp thu ion bổi tế bào thực vật điển bình; đó là: các miền cách biệt nhau bằng các cáo màng bao bọc : "(màng sinh chất, màng không bào): 1) Không gian khuếch tán tự do của vách tế bào (apparent free diffusion space of the ‘cell ivall); 2) Nguyên sinh chất (protoplasm); va

` (8) không bào (ogeuola) Ba miễn này liên kết kế tiếp nhau trong con đường vận chuyển vật chất trong tế bảo Có thể xác định rất chính xác các dòng ion bằng cách sử dụng phương phấp động học trao đổi đồng ví phóng xạ: Từ thời gian tích luỹ phóng xạ trong môi trường bên ngoài, có thể thấy ba pha điển hình, các hằng số thời gian (nửa thời gian) đối với ba quá trình vận chuyển thực hiện trong các chuỗi có thé dude xác định và phần hếi đến các miển đã nêu ở trên Nita thời giaa dé di chuyển qua không gian khuếch tân

tự do trong vách tế bào (cụa= giÂy đến phút), qua nguyên sinh chất (tuạ= phút, đến giờ) và qua không bào (x,¿= giờ đến ngày) là rất khác nhau Để thu được kết quả tương tự, cần

sử dụng cùng một phương pháp khi xác định động thái của quá trình tích luỹ chất đồng

vị trọng mô cây

©ó thể phan biệt được về mặt động thái hee su hấp thụ các ion thường được thực hiện theo một số cơ chế ở cấp độ tế bào Nếu sự hấp thụ ion được đo trong nhiều nêng độ, sẽ thu được đường cong bão hoà phức tạp với hai miền bằng phẳng (plateau>) khác biệt nhau rõ

ật (hình 1.60) Chúng ta có thể kết luận rằng, ít nhất là-có hai cơ chế hấp thụ: hệ thống 1

và hệ thống 3 Hệ thống 1, với thể tích cực đại (V„„) bé và K„„ hoạt động ở miền néng độ ion rất thấp (thấp hơn 1nmol.l trên hình 1.60) và do đó nó có ái lực cao đối với ion riêng biệt

Hệ thống 2, thể tích cực đại (V„„) lớn và K,,ehi hoat động ở miền nỗng độ cao (cao hơn immol 1!.trên hình 1.60) và do đó có ái "tực thấp hơn đối với ion riêng biệt, Hệ thống 1 là

» er

Hình 1.58 Sự di chuyển của nuée qua

màng sinh hoc diễn ra qua c4 1Sp kép fipit (a) va các lỗ do các kênh nước tạo nên

(b) (Theo Buchanan et al., 2002)

Mặc đầu lễ nước tổn tại ở ' dạng tứ phân, tia rằng lỗ phải được hình thành bên trong mỗi - đơn phân Các hộp NPA xếp gập vào trong màng nằm giữa các miển xưyên màng 2 đến 3 và 5`

chức năng của màng sinh chất 6 đấy có sự thống nhất về quan hệ chức năng giữa hệ

` thống 1 và hệ thống 2 Có một, số giả thuyết dang tranh luận về vấn để cơ chế hấp thụ các

“ion: 1) Hệ thống # hoạt động kế bên hệ thống 1 trong màng sinh chất của chính cùng tế- bào; 3) Trong rễ tổn tại hại kiểu tế bào khác nhau, màng sinh chất của chúng 'chứa một trong hai hệ thống đó; hoặc 3) Có hệ thếng hấp thủ giản đơn với đặc trưng nhiều phá, trong

đó K„ và Vạu„„ bị biến đối khi các nềng đệ riêng biệt đã vượt ngưỡng Mới đây, cơ chế tương ứng đã được mình hoa bằng thực nghiệm đối với hệ thống vận chuyển saccarozd Chúng ta

có thể nhận thấy rằng, tổn tại các cơ chế thay thế xác định chức năng chất mang Tuy

gây ra sự bản luận về tính thấm © chọn lọc đối với nước

78 `

30, SINH LÝ HỌC T VARS

nhiên, mối phụ thuộc nồng độ trong sự hấp thụ ion không phải luôn huiôn phức tạp như

được dẫn ra trên hình 1.60 Ví dụ, sự hấp thụ Km) ở rễ cây nee là một 0 đường don gidn

ˆ_ Vật liệu thực nghiệm: rễ cách ly cla Kia dal mach”

(Hordeum vulgare) Rễ thiếu clodt được ngâm 30

phat 6 30°C trong dung dịch KCI chứa ¥en hoạt tính

phông xạ Sự hấp thụ tuyệt đối CF có thể tính" được _

"từ sự hấp thụ hoạt tính bức xạ Thang chia độ khác

biệt trên trực hoành đối với "hệ thống † và hệ thống

z.Từ đường cong ngắt quãng của hệ thống 2 có thể

giả định rằng ( có ba cơ chế Khác nhau liên quan với

sự hấp thụ, tất cả đều có đặc trưng động học khác

nhau (theo Elzam et al., 1964, tir plant physiology,

Hans Mohr, Peter Schopfer, 4998)

ˆ Tế bào thực vật, hap ‘thu các ‘chet đính '

dưỡng ở đạng ion tử môi trường bền ngoại

Tế bào sống có khả năng hấp thụ và tích

luỹ chọn lọc các lon khoáng Có thể thấy rõ rõ

điểu đố qua số liệu bảng 1, :

Bing 4.7 Néag a6 ion ong-dịch không bào cũa NHElfeolava asove

, bên ngoài {nước ngọt) (từ Hang Mohr và Peter Sohopfer, 1995)

' hoà có-thể được truy nguyên trở lại chất mang K*

khuếch tần qua các lỗ đó của măng? Kích thước rủa lỗ %ã mật độ Hiện tích: hiêii thắt trong ©

sua lỗ xác định tính đặc hiệu vận chuyển Sự vận chuyển qua kênh luôn luén thụ động và vậy tính đặc hiệu của sự vận chuyển phụ thuộc vào Eich thước và điện tích hơn là sự gắn

e 6 chon lec Sy van chuyển qua kênh bị hạn chế chủ yếu đối với ion và nước (hình 1.62),

ee 4 rong mọi trường hợp, ở chừng mực lỗ kênh mổ, các chất tan vốn có thể thấm qua lỗ

#š khuếch tần rất nhanh: khoảng 102 ion/giây qua protein mỗi kênh, Kênh không mở thường

SE of xuyên: protein có cấu trúc gọi là cổng vốn có thể mổ hoặc đóng lỗ khi phản ứng đổi với cáo

$s? hiệu bên ngoài (hình 1.628) Cáo tín hiệu có thể mổ hoặc đóng cổng gồm s sự biển đốt À7

8 5 2 n thế, hormon liên kết hoặc ánh sắng

Các nghiên cứu sử đụng kỹ thuật miếng vá (pateh clamp) phat hiện dân, đã với ion thể, ví dụ K*, măng có nhiều kênh khác nhau ‘Cac kênh này có thể, mổ trong những giới

› điện thế khác nhau, hoặc phần ứng ( đối với các tín hiệu khác nhau, các tín biện này có

ẩ bao gầm nêng độ K* hay Ca, pH, 'protein “kinaza và phosphataza, “ :

Vật liệu thực nghiệm: Các đoạn rễ cây ngõ non (Zea

mays) sinh trưởng Š “điều kiện muối cao" (Bmmol.1”

KC) Bo sy hap thy theo ®5Rb* hoạt tính Phóng xạ, vốn có thể thay thể hoàn toàn KỲ Bởi vậy, số liệu

đại diệni cho sự hấp thụ KẾ của rễ - Đường đồ thị hấp

thụ tổng số có thể chia thành hai miền: Đường báo hoà (sa) và đường thẳng Các chất ức chế gây bất

hoạt protein ức chế miễn có thể bị bão hoà mạnh hon, Có thể giải thích số liệu đó rihư sau: miễn bãi

Ba ngoài tế bào

KF 90 ymol.1~), trong khi miền thẳng là đại điện

cho sự hấp thụ không được xúc tác của K*(Rb") qua

màng sinh chất, (Theo Kochian and Lucas, 1982, Hans Mohr, Peter Schopier, 1998)

'Hình 1.82 Mô hình của các kênh K? trong mang thực vật

~ -Xem kênh tách riêng nhìn từ phía trên qua lỗ của protein, Các xoắn ốc bắc ngang qua màng của bốn phân

Môi trường bền ngoài

Nẵng độ hei ion trong ‘dich không bào cáo hơn so với môi trường bên ngoài chứng thực

rằng ¢6 sự hấp thụ ngược chiéu gradient néng độ, Sự hấp thụ các ion được thực hiện theo '

hai pha (hệ thống 1 và hệ thống 9 như trình bày ở trên) và theo hai cơ chế thụ động và chủ

động (xem Cơ chế vận chuyển qua màng đã trình bày ở trên), „

Các protein, tạo kênh vận chuyển gia tăng sự khuếch tani jon va nước qua các màng:

Tén tại ba kiểu protein vận àn chuyển qua màng, gia tăng sự vận động của các chất tan

76

:_2, CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC

Trong mô thực vật nước chiếm từ 70 ~ 90% sinh khối tươi Nước đồng vai trồ quan

trọng nhất trong tất cả các quá trình hoạt động sống của cơ thể / " , : ‘ + cực của phân tử nước

Vai trò của nước trong cơ thể nguyên vẹn (mức cơ thổ) là rất da dang Sy sdng da dug

sinh za tzorig môi trường nước Trong có thế thực vật, môi trường đó tôn tại trong các tế

bào Không một dạng sống nào tồn tại trên Tréi Dat a6 thé tén tại mà không cân nước Khi

giảm lượng nước trong các tế bào và trong các mô đến mức tới hạn (ví đụ, ở bào tử, hạt chín

hoàn toàn) các cấu trúc sống chuyển vào trạng thái tiểm sinh (anabioad)

Trong cơ thể, nước có cáo vai trô sau: ˆ

~ Môi trường nước liên kết tất cà các bộ phận của cơ thể, bất đầu tử các phân tử trong

' các tế bào đến các mô và cơ quan, thành một thé thống nhất Trong sơ thể thực vật, nước

tạo nên môi trường liên tục trong khắp cơ thể, bắt đâu từ nước được rễ hút từ đất đến bể

2.1 Cấu trúc của phân-tử nước (hình 2.1)

là nguyên nhân tạo nên các liên kết hydđro giữa các phan tử nước với nhau Mỗi phận tử nước là một

"Mỗi phân tử nước có thể tương tác với bốn phân mặt ranh giới lỏng — khí ổ trong lá, nơi nước bếc hơi - ï ona Ga B

` =Nước~ dụng mối quan trọng nhất và là mỗi trường quan trọng nhất đối với các phần or : ¬ - cạnh (ink 2.22) ` Sự tượng tác tĩnh điện như vậy

giữa H và O goi là liên kết hydro ( ) Đó là một

ên kết tưởng đối yếu vì năng lượng cần để làm đột nó ở trong nước lồng chỉ bằng 18,84kJ/mol (năng lượng của liên kết cộng hoá tri H~ 0 trong

ứng hoá sinh vẻ - vs

— Nước tham gia tạo nên trật tự trong cấu trúc tế bào, Nước cö trong thành phần của

phần tỷ protein, xác định cấu dang (conformation) của nã Loại bổ nước ra khối phân tử

protein bang phương pháp lắng kết (nhd tang néng độ các muối trong dung dịch protein)

hoặc nhờ rượu, dẫn tới hiện tượng ngưng kết và kết tủa protein Nước cấu trúc có vai trò

quan trọng trong sự đuy trì cấu dạng của cáo miền ghét nước (hydrophobe) trong phan ti

protein và apoprotein _ ` : / ,

~ Nude ~ chat trao 46i (metabolit) va thanh phần tham gia trực tiếp vào các quá trinh’

hoá sinh Chang han trong quang hợp, nước là chất cho điện tả Trong hô hấp, nước tham

gìa trực tiếp vào các phân ứng trong chu trình Krebs va trong các phần ứng oxy hoá khử,

Nước cần cho các phản ứng thuỷ phân và cho nhiều quá trình tổng hợp -

- ~ Nước có vai trò trong các quá trình điển ra trong màng như hoạt tinh bom hydro (H* -

ATPaza) và hoạt tính dẫn điện của nước cấu trúc s

~ Nước ~ thành phân chủ yếu trong hệ thống vận chuyển vật chất (nước, các ion,

khoáng và các chất hitu cd) trong mạch gỗ và mạch rây theo con đường vận chuyển gián

bào (apoplast) và tế bào chất (symplast) ` Tu nh :

~ Nước — là tác nhân điểu hoà nhiệt độ Nước bảo vệ mô cây khôi sự biến động quá mức

của nhiệt độ nhờ nhiệt đung cao và tỷ nhiệt bốc hơi lớn, l

~ Nước — chất đệm tốt bảo vệ cơ thể khỏi cáo tác động cơ học

¬ Nhờ có hiện tượng thẩm thấu và trương (tạo lực căng), nước đảm bảo trạng thái đàn

hỗi của các tế bào và các mô của cd thể thực vật

Trong quá trình tiến hoá, thực vật đã hình thành được các thích nghị cho phép giảm

những xuất hiện và bị phân huỷ Thời gian nửa chu kỳ sống của mỗi liên kết hÿydro ngắn hơn

10-®giây :

Hình 2.2a Mối tương tác tĩnh điện giữa các

nguyên tử H và O của các phân tử nước

cạnh nhau

78

ˆ dân mối phụ thuộc vào sự hiện điện của nước, Đối với các loài tảo, nước là môi trường sống

“Thực vật bào tử trên cạn còn lệ thuộc vào nước ở dang giọt — lông trong thời kỳ sinh sẵn hữu tính với sự xuất hiện các giao tử đi chuyển bằng rọi Thực vật có hạt với sự xuất hiển hạt phấn, đã không còn cần nước tự đo đối với quá trình thụ phấn Ổ thực vật có bạt, hoàn thign cd chế hút và tiết kiệm nước chỉ dùng cho hoạt động sống của cơ thể :

Nước có những tính chất đặc biệt làm cho nó trở thành dung mai tuyệt vời và để đàng

di chuyển trong cây Những tính chất đó có được, trước hết, là bắt nguồn từ cấu trúc phân

Hình 3.1 là sơ đề cấu trúc của phan tit nude Có thể thấy rõ bai liên kết hydre ~ oxy ndi phan ti tao nén mét gée 105° Hién tugng tích điện riêng phần (8 vA 84) trong phân tử nước

phân tử lưỡng cực với sự phân bố theo kiểu tứ

điện của các điện tử xung quanh nguyên tử oxy -

tử nước khác nhờ sự tương tác tĩnh điện của các nguyên tử H của nước và Q của các phân tử bền

phân tử bằng 460,4kJ/mol) Liên kết hydro không

Hình 2.2b Liên kết tĩnh điện giữa nguyên tử

H của H,O và N của NH; cạnh nhaư