Cau truc te bao

Tuy nhiên, các chất hóa học phức tạp phải được tổ chức lại trong các hệ phân tử của nhiều bào quan với những chức năng chuyên biệt khác nhau để hình thành tế bào là đơn vị cơ sở của sự

CHƯƠNG III

CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO

Chương đầu cho thấy các sinh vật có cấu trúc hóa học rất phức tạp, từ những chất

đơn giản đến các đại phân tử sinh học Tuy nhiên, các chất hóa học phức tạp phải được

tổ chức lại trong các hệ phân tử của nhiều

bào quan với những chức năng chuyên biệt

khác nhau để hình thành tế bào là đơn vị cơ

sở của sự sống Các đặc tính của sự sống chỉ biểu hiện thống nhất, đồng bộ, hài hòa,

cấu trúc tế bào là cơ sở để nắm vững các cơ

4 Tế bào Prokaryotae và Eukaryotae

5 Cấu trúc tế bào Prokaryotae: vi khuẩn

6 Cấu trúc tế bào Eukaryotae

7 Màng sinh chất, các bào quan: mạng nội

chất, ribosome, bộ Golgi, tiêu thể, vi thể, không bào

8 Các bào quan chuyển hóa năng lượng: ti

thể, lục lạp

9 Nhân tế bào

HỌC THUYẾT TẾ BÀO

Học thuyết tế bào là quan niệm cho rằng tất cả các sinh vật đều cấu tạo từ tế bào và sản phẩm của chúng; các tế bào mới được tạo ra từ sự phân chia những tế bào trước đó.

Schleiden

- Năm 1655, R Hooke dùng kính hiển vi quan sát mảnh nút chai thấy có nhiều lỗ nhỏ giống hình tổ ong gọi là tế bào Thực ra, ông đã

quan sát vách tế bào thực vật chết

- Năm 1838 -1839, Schleiden và T Schwann công bố học thuyết tế bào: tế bào là đơn vị căn bản của sinh giới.

- Năm 1858, R Virchow phát triển thêm:

+ Tất cả các tế bào đều bắt nguồn từ những tế bào sống trước nó

+ Không có sự hình thành tế bào ngẫu nhiên

từ chất vô sinh

- Năm 1862, nhà bác học Louis Pasteur đã tiến

sống không tự ngẫu sinh.

+ Dùng hai bình cầu chứa môi trường dinh dưỡng, một cổ hở, một cổ cong

+ Đun sôi lâu hai bình để diệt vi khuẩn.

+ Sau một thời gian, môi trường bình cổ hở bị biến đổi, môi trường bình cổ cong thì không.

+ Ở bình cổ hở, vi khuẩn chui vào được nên làm biến đổi môi trường Ở bình cổ cong, vi khuẩn không chui vào được nên không có sự sống,

môi trường không đổi.

- Học thuyết tế bào hiện đại khẳng định:

+Tất cả các sinh vật đều cấu tạo nên từ tế bào và các sản phẩm của tế bào

+ Những tế bào mới được tạo nên từ sụ

phân chia những tế bào trước nó

+ Có sự giống nhau căn bản về thành phần hóa học và các hoạt tính trao đổi chất giữa tất cả các loại tế bào

+ Hoạt động của cơ thể là sự tích hợp hoạt tính của các đơn vị tế bào độc lập

- Tế bào được coi là đơn vị nhỏ nhất của sự sống

- Kính hiển vi: hiển vi quang học, hiển vi điện tử xuyên qua, hiển vi điện tử quét, hiển vi lệch pha, hiển vi huỳnh quang.

- Nhuộm màu, máy vi phẫu, tán xạ tia X.

- Tách và nuôi tế bào.

- Phân đoạn các thành phần tế bào: siêu ly tâm, sắc kí (trên giấy, trên bản mỏng, trên cột), sắc kí lỏng có độ hoàn chỉnh cao.

- Điện di, bản đồ peptide, máy phân tích trình tự

aa tự động.

Phương pháp nghiên cứu tế bào

Kính hiển vi

- 1655, Robert Hooke chế tạo ra kính hiển vi quang học (kính hiển vi thường) giúp quan sát tế bào

- Giới hạn phân giải: giới hạn nhỏ nhất mà mắt còn phân biệt được hai điểm kề sát

nhau không chập lại làm một Giới hạn này tùy thuộc bước sóng ánh sáng

- Điều quan trọng đối với kinh hiển vi không phải là số lần phóng đại mà là giới hạn

phân giải.

Kính hiển vi điện tử

sát tế bào qua các bộ máy phức tạp.

- Nhờ bước sóng ngắn, loại kính này có độ phóng đại trên 250 000 lần.

+ Kính xuyên qua: loại kính có chùm tia xuyên

Kính hiển vi điện tử

kính hiển vi quang học

Nhuộm màu, vi phẫu, lệch pha,

huỳnh quang, tán xạ tia X

- Nhuộm màu: để quan sát kỹ các tế bào trong suốt, ở dạng còn sống

- Máy vi phẫu: nhân tế bào có thể nhuộm màu nhanh Một số cấu trúc phải qua định hình – nhuộm tẩm chất làm cứng như paraffin, cắt lát mỏng bằng máy vi phẫu mới quan sát

được.

- Kính hiển vi cải tiến như hiển vi lệch pha,

hiển vi huỳnh quang.

- Tán xạ tia X: theo dõi sự sắp xếp các nguyên

tử trong các cấu trúc.

Tách và nuôi tế bào

Mạch kép DNA plasmid tái tổ hợp được đưa vào tế bào vi

Tách và nuôi tế bào

- Nhiều khi nghiên cứu một loại tế bào là cần thiết, nhiều thí nghiệm cần số lượng lớn tế bào của một loại tế bào

Phân đoạn thành phần tế bào

- Siêu ly tâm: ly tâm để tách và rửa tế bào, siêu ly tâm để tách các bào quan, các đại phân tử

- Tách các cấu trúc tế bào: nghiền tế bào

thành dịch đồng nhất sao cho các cấu trúc nhỏ càng ít bị phá vỡ càng tốt

- Máy siêu ly tâm phân tích: tách các phần

tử tế bào ở tốc độ cao Ly tâm trên thang

Phân đoạn thành phần tế bào

- Hệ số lắng S: để đánh giá tốc độ lắng xuống

đáy của ống ly tâm, người ta dùng hệ số lắng

- Hệ số lắng này tính bằng đơn vị Svedberg (S),

S = 1 cm x 10-13 giây

- Ví dụ: hệ số lắng của ribosome là 80 S, của một

Phương pháp sắc ký

Phương pháp sắc ký

- Sắc kí trên bản mỏng: dùng bản mỏng là plastic hay thủy tinh có phủ một lớp mỏng các chất hấp thụ như cellulose hay gel silicate.

- Sắc kí trên cột:

+ Mẫu được đặt phía trên cột plastic hay thủy tinh

có chưa chất thấm nước như cellulose ngâm

trong dung môi.

+ Một số lớn dung môi được bơm chậm qua cột và thu lại ở phía dưới.

+ Các thành phần khác nhau sẽ qua cột và sẽ thu được ở các đoạn khác nhau.

- Sắc kí lỏng có độ hoàn chỉnh cao: cho phép thực hiện phân tích trong vài phút.

Phương pháp điện di

- Điện di:

+ Tách hỗn hợp protein trong dung dịch

nước hay dung dịch được cơ chất rắn xốp như tinh bột giữ lại

+ Tạo điện trường đối với dung dịch protein, protein sẽ di chuyển với tốc độ tùy theo

điện tích, kích thước, hình dạng phân tử

- Điện di trên gel polyacrylamide SDS được

Phương pháp điện di

- Hoàn thiện hơn là điện di hai chiều trên gel, kết hợp hai kiểu tách khác nhau, có thể tách hơn 1000 protein khác nhau trên một bản

gel

- Dùng enzyme phân hủy protein ở điểm đặc hiệu, kết hợp với sắc ký và điện di có thể

lập bản đồ peptide để so sánh thành phần

aa của các loại protein

- Ngày nay, máy phân tích trình tự aa giúp

xác định nhanh trình tự aa của các đoạn

polypeptide ngắn

Phân đoạn DNA bằng phương pháp đện di trên gel (phần 1)

Phân đoạn DNA bằng phương pháp điện di trên gel (Phần 2)

Phân cắt DNA bằng phương pháp điện di trên gel (phần 3)

Đánh dấu phân tử

- Đánh dấu phân tử bằng đồng vị phóng xạ

và kháng thể giúp phát hiện các chất đặc hiệu trong hỗn hợp với độ nhạy cao Trong điều kiện tối ưu, có thể phát hiện ít hơn

1000 phân tử trong mẫu

- Đồng vị phóng xạ không bền, phân rã ngẫu nhiên, phát ra các hạt phóng xạ Thường dùng là P32, S35, C14, H3, Ca45, I131, chúng có thể tham gia vào các thành phần tế bào

như các nguyên tố thông thường Trong tế bào, vị trí phát tia giúp phát hiện vị trí hoặc quá trình chúng tham gia

Đánh dấu phân tử

- Dấu phóng xạ có thể cho liên tục hay từng

đợt rồi thay chất không phóng xạ vào Đo

độ phóng xạ bằng ống đếm Geiger hay

phóng xạ đồ tự ghi

- Phóng xạ đồ tự ghi: úp giấy ảnh lên mẫu, các hạt phát ra làm biến đổi giấy ảnh cho biết vị trí đồng vị phóng xạ

- Ví dụ: ủ tế bào với thymidine H3, cho thấy DNA được tổng hợp và ở lại trong nhân

Dùng uridine H ( tiền thân uracil), cho thấy

Đánh dấu phân tử

- Phản ứng đặc hiệu kháng nguyên – kháng thể cũng được dùng phát hiện các chất đặc hiệu trong tế bào

- Gắn kháng thể với chất phát màu để dễ

quan sát mẫu, xác định vị trí phản ứng dưới kính hiển vi

- Thử nghiệm miễn nhiễm enzyme ELISA:

dùng enzyme làm dấu giúp phát hiện nhiều loại kháng nguyên

- Các kĩ thuật như kháng thể đơn dòng, kĩ

thuật di truyền cũng được dùng để nghiên cứu tế bào

Những điểm chung nhất của các tế bào

- Chuyền năng lượng: giữa hai phía của màng khi

có chênh lệch nồng độ chất, ion sẽ tạo thế năng dự trữ hay chuyển đổi năng lượng.

Những điểm chung nhất của các tế bào

• Vì sao tế bào nhỏ bé ?  xét tương quan bề

mặt (diện tích) và thể tích S tính theo mũ hai, V tính theo mũ ba V càng chia nhỏ thì S càng lớn Vật thể càng nhỏ như tế bào, tỉ lệ bề mặt trên

khối lượng càng lớn

• Nếu diện tích tiếp xúc lớn, khả năng thu nhận

chất từ ngoài vào và khả năng loại thải chất từ trong ra rất nhanh, rất kịp thời

• Tế bào kích thứơc lớn: liên quan tới sự chuyên hóa chức năng như nơron để dẫn xung, mô

dẫn ở cây, trứng đà điểu trao đổi chất yếu

Prokaryotae và Eukaryotae

• Prokaryotae: tế bào tiền nhân; không có nhân tế

bào Ví dụ: vi khuẩn, vi khuẩn lam

• Eukaryotae: tế bào nhân thực, hay tế bào nhân

chuẩn; tế bào có nhân hình thành rõ ràng Ví dụ: thực vật, động vật

• Sự khác nhau giữa Prokaryotae và Eukaryotae

lớn hơn sự khác nhau giữa tế bào động vật và

So sánh cơ thể Prokaryotic và Eukaryotic

Prokaryote Eucaryote

Cơ thể Vi khuẩn và vi khuẩn lam Động vật, nấm, thực vật, động vật

nguyên sinh Kích thước tế bào Nói chung 1 tới 10 μm chiều dài Nói chung 5 tới 100 μm chiều dài Trao đổi chất Kị khí hoặc hiếu khí Hiếu khí

Bào quan Ít hoặc không có nhân, ti thể, lục lạp, mạng lưới nội

chất…

DNA DNA vòng trong tế bào chất Các phân tử DNA rất dài chứa các

vùng không mã hóa; bám vào vỏ nhân

RNA và protein Tổng hợp RNA và protein cùng một chỗ Tổng hợp RNA và hoàn thiện trong

nhân; tổng hợp protein ở tế bào chất

Tế bào chất Không khung tế bào: dòng chảy bào

chất, nhập bào và xuất bào đều không

có mặt

Khung tế bào cấu tạo từ các sợi protein; dòng chảy bào chất; nhập bào

và xuất bào

Phân bào Phân ly nhiễm sắc thể bằng cách gắn

vào màng sinh chất Phân ly nhiễm sắc thể nhờ thoi tơ vô sắc

Tổ chức tế bào Chủ yếu đơn bào Chủ yếu đa bào, nhiều dạng biệt hóa

Escherichia coli); DNA

của tế bào tập trung

trong vùng bắt màu

nhạt (Courtesy of E

Kellenberger.)

Tế bào Prokaryote

• Kích thước nhỏ bé, khoảng từ 1 -10 µm

Mycoplasma có kích thước nhỏ nhất.

• Không có phần lớn các bào quan

• Không có màng nhân, có vùng tương tự nhân gọi là nucleoid

• DNA bộ gen không có protein histone, chlorophyll không trong lục lạp,…

• Murein là chất đặc biệt ở vách tế bào

CẤU TRÚC TẾ BÀO VI KHUẨN

• Phân loại: cổ khuẩn, vi khuẩn thực, vi

khuẩn lam, xạ khuẩn

• Phần này chỉ xét cấu trúc tế bào vi khuẩn thực, đa số tồn tại dưới dạng 1 tế bào gọi

là đơn bào

• Khái niệm tế bào và cá thể ở vi khuẩn là như nhau

1 Vách tế bào

• Bao ngoài màng sinh chất, tạo khung vững, cứng cho tế bào, duy trì hình dạng, giúp

chống chịu các tác nhân bất lợi, nhất là áp

suất thẩm thấu của môi trường ngoài

• Vách tế bào có vững hay không là do

peptidoglucan, một loại đại phân tử chỉ có ở

vi khuẩn

• Peptidoglucan gồm hai loại đường khác

thường gắn với một peptide ngắn Đường và peptide nối nhau thành peptidoglucan bao

toàn bộ phía ngoài màng tế bào

• Bình thường, vi khuẩn không sống nổi nếu thiếu vách tế bào

1 Vách tế bào

• Do phản ứng nhuộm màu violet (tím), phân biệt

2 loại vi khuẩn: G + bắt màu, G- không bắt màu

• Vách G+ như Streptococcus, Staphylococcus rất dày, gồm peptidoglucan Vách G- như E.coli, Salmonella gồm 3 lớp: màng tế bào trong cùng;

peptidoglucan; lớp dày ngoài cùng cấu tạo từ lipoprotein và lipopolysaccharide

• Một số vi khuẩn còn có bao nhầy (nang) bao

ngoài vách tế bào giúp tăng khả năng bảo vệ

Vách tế bào vi khuẩn Gram-dương

Vách tế bào vi khuẩn Gram-âm

2 Cấu trúc bên trong

• Màng sinh chất: màng sinh chất cuộn lõm, gấp nếp sâu vào tế bào chất tạo thành

mesosome Mesosome là nơi gắn DNA

vào màng

• Vùng tương tự nhân là nucleoid. Bộ gen là

1 phân tử DNA lớn, vòng tròn, trần – không gắn protein Các gen của DNA xếp thẳng hàng, xác định đặc tính di truyền của tế

bào và các hoạt tính thông thường, nên

cũng gọi là NST

• Plasmid là phân tử DNA vòng tròn, nhỏ

độc lập

2 Cấu trúc bên trong

• Ribosome 70 S nằm rải rác trong tế bào

chất  Ribosome là bào quan có ở cả

prokaryotae lẫn eukaryotae

• Trừ vi khuẩn lam Cyanobacteria, phần lớn

vi khuẩn quang hợp có chlorophyll gắn với màng hay phiến mỏng Tuy nhiên, phiến mỏng liên thông với màng hơn là một cấu trúc độc lập

• Tiêm mao: dạng cấu trúc tương tự lông

nhỏ để bơi, không có cấu tạo vi ống, cơ

chế chuyển động cũng khác

Tế bào Eukaryot

• Có nhân điển hình, có màng nhân bao quanh

• Có hệ thống màng phức tạp bên trong tế bào

• Có các bào quan như lưới nội chất, bộ

Golgi, lysosome, ti thể, lục lạp

• NST dạng thẳng, có cấu tạo phức tạp từ

CẤU TRÚC TẾ BÀO EUKARYOTAE

• Cấu tạo phức tạp, gồm hàng loạt bào

quan Bào quan là cơ quan nhỏ với các

chức năng chuyên biệt phối hợp đồng bộ đảm bảo cho sự sống tế bào

• Phân nhóm bào quan:

- Hệ thống các cấu trúc màng: lưới nội chất,

bộ Golgi, lysosome, peroxisome, không

• Hệ thống bào quan có cấu trúc màng:

màng sinh chất, bộ Golgi, túi vận chuyển, lưới nội chất láng, lưới nội chất nhám,

lysosome, màng nhân, túi dịch

• Các màng có chức năng khác nhau,

nhưng đều liên thông với nhau trực tiếp

hay gián tiếp thông qua túi vận chuyển.

Hệ thống cấu trúc màng

6 Vận chuyển protein

7 Vận chuyển bóng (vesicle)

1 Màng sinh chất

• Màng sinh chất: bao quanh tế bào, giới hạn

độ lớn tế bào, duy trì sự khác biệt cần thiết giữa trong và ngoài tế bào, nhưng không chỉ đơn giản là một túi chứa các chất cần cho sự sống

• Là bộ lọc có tính chọn lọc cao, thuận tiện cho

vận chuyển tích cực; kiểm tra sự ra vào chất dinh dưỡng, sự thải bã, tạo chênh lệch nồng

độ ion giữa trong và ngoài màng; thu nhận tín hiệu bên ngoài, giúp tế bào thích ứng với môi trường xung quanh

2 Mạng lưới nội chất và ribosome

• Màng lưới nội chất xếp lại rất nhiều nếp nhăn nên chiếm hơn nửa số màng của tế bào.

• Phân loại: mạng lưới trơn và mạng lưới nhám Trên bề mặt lưới nhám có nhiều ribosome.

• Màng lưới nội chất là một phiến mỏng liên tục kéo thành mạng lưới bao lấy khoảng rỗng trong màng.

• Khoảng rỗng trong màng gọi là tia hay túi chứa, chiếm 10 % thể tích tế bào Màng của lưới tách các tia với thể trong suốt, các tia của lưới nội

chất và bộ Golgi tách nhau bởi hai màng.

Mạng lưới nội chất

Mạng lưới nội chất và ribosome

• Lưới nội chất là trung tâm sinh tổng hợp của tế

bào nên có nhiều ribosome; liên quan đến sự tổng hợp protein xuyên màng, lipid của lưới nội chất,

của bộ Golgi, của lysosome, của màng sinh chất.

• Màng lưới nội chất tạo ra phần lớn lipid của màng

ti thể, của peroxisome.

• Lưới nội chất là điểm xuất phát tổng hợp protein tiết, tất cả những gì cần tiết ra ngoài tế bào trước tiên đều phóng thích vào các tia; là chỗ hình thành

chất nền ngoại bào.

• Ribosome là bào quan tổng hợp polypeptide.

3 Bộ Golgi

• Bộ Golgi: nằm gần nhân, ở tế bào thường

cạnh trung thể hay trung tâm tế bào

• Gồm nhiều túi nhỏ dẹp giới hạn bởi một

màng xếp như chồng dĩa

• Các chồng dĩa ở thực vật gọi là dictyosome, gồm 4 – 6 túi nhỏ, đường kính gần 1 µm Số lượng chồng dĩa tùy thuộc tế bào

• Nhiều bọt tròn nhỏ đường kính 50 nm có

màng bao nằm rải quanh các chồng dĩa

Bộ máy Golgi

Bộ Golgi

• Túi dẹp biến đổi, chọn lọc, gói các chất tiết ra ngoài hay vận chuyển đến bào quan khác

như lysosome

• Nhiệm vụ của bộ Golgi là hoàn tất một số

công việc của lưới nội chất Các protein từ

lưới nội chất chuyển sang có thể được biến đổi tiếp tục

• Bộ Golgi cũng biến đổi glycan và cho thoát ra ngoài qua túi nhờn Các bọt nhỏ vận chuyển vật liệu giữa bộ Golgi và các thành phần

khác của tế bào

Lysosome

vô dụng thành tiền chất đơn giản để tế bào

tái sử dụng; tiêu hủy các chất từ ngoài tế bào vào, khi thiếu năng lượng có thể phân hủy

các bào quan cung cấp năng lượng

• Lysosome sơ cấp bắt nguồn từ bộ Golgi có thể

nhập với không bào trương phồng do chứa

thực phẩm để tạo thành lysosome thứ cấp

Lysosome thứ cấp có thể thải bã ra ngoài hay

dự trữ các hạt lipofucsin

• Enzyme chủ yếu là protease phân hủy protein,

nuclease thủy giải nucleic acid Có khoảng 40 enzyme thủy giải acid hoạt động tối ưu ở pH =

5 Lysosome phồng lên chứa đầy chất mà

không tiêu hóa được là do thiếu enzyme

• Vì lí do nào đó, lysosome bị hư hại, ví dụ màng

bị vỡ thì các enzyme lysosome sẽ tiêu hóa luôn

tế bào Khi tế bào chết, màng lisosome vỡ ra, các enzyme lysosome nhanh chóng tiêu hủy tế bào