Bài giảng Sinh học - Sinh học tế bào

h hiển vi lệch pha, kính hiển vi huỳnh quang (fluorescent microscope. Kính hiển vi quang học cũng được cải tiến để xác định được cấu trúc hình khối. 	Có thể dùng phương pháp tán xạ tia X để theo dõi sự sắp xếp các nguyên tử trong các cấu trúc.b. Tách và nuôi tế bào Nhiều thí nghiệm cần số lượng lớn tế bào một loại nào đó. Các phương pháp tách và nuôi tế bào được hoàn thiện và cải tiến.	Các tế bào tách riêng có thể được nuôi trong hộp Pettri hay các bình chứa các môi trường dinh dưỡng nhất định. Khi nuôi nhân tạo có thể cho thêm chất để xem ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển. c. Phân đoạn (fractionnement) các thành phần của tế bào.	Các thành tựu khoa học đã cung cấp các phương pháp tách riêng các bào quan và đại phân tử sinh học để phân tích thành phần sinh hóa và tìm hiểu vai trò trong tế bào. Phương pháp siêu li tâm (ultracentrifugation): Máy li tâm để tách, rửa các tế bào. Nhưng để tách các bào quan và các đại phân tử phải dùng đến siêu li tâm (Ultracentrifugation).	Phải nghiền tế bào thành dịch đồng nhất (homogenat). Tiếp theo, các thành phần khác nhau phải được tách ra. Đầu những năm 1940, máy siêu li tâm phân tích (preparative centrifugeur) tách các phần tử tế bào ở tốc độ cao.	Phương pháp li tâm trên thang nồng độ (gradient of density) của đường saccharose hay chlorid cesium được sử dụng. Phương pháp li tâm trên thang nồng độ (gradient of density) của đường saccharose hay clorid cesium được sử dụng.	Để đánh giá tốc độ lắng xuống đáy (Sedimentation) của ống li tâm người ta dùng hệ số lắng (coefficient of sedimentation) hay S. Hệ số này được tính bằng đơn vị Svedberg (S) và S = 1 cm x 10-13 giây 	Ví dụ: Hệ số lắng của Ribosome là 80 S, của rRNA là 28S của tRNA là 4 S, của Hemoglobine là 4,5 S.Phương pháp sắc kí (chromatography): ·         Phương pháp sắc kí trên giấy. Mẫu phân tích được đặt lên một đầu giấy thấm rồi sấy khô. Sau đó nhúng đầu giấy có mẫu vào dung dịch có hai chất dung môi khác nhau. Theo lực mao dẫn chất lỏng thấm lên phía trên. Các thành phần của mẫu cũng di chuyển lên phía trên theo độ hòa tan tương đối của nó trong dung môi và chiếm vị trí nhất định trên giấy.Sắc kí trên bản mỏng cũng dựa theo nguyên tắc trên chỉ khác là dùng bản mỏng là plastic hay thủy tinh có phủ một lớp mỏng những chất hấp thụ như cellulose hay gel silicate. ·         Phương pháp sắc kí trên cột như mô tả hình 3.5. Mẫu được đặt phía trên cột plastic hay thủy tinh có chứa chất thấm nước như cellulose ngâm trong một dung môi. Một số lớn dung môi được bơm chậm qua cột và phía dưới thu lại. Các thành phần khác nhau sẽ qua cột và có thể thu được ở các đoạn khác nhau.·         Sắc kí lỏng có độ hoàn chỉnh cao (HPLC high performance liquid chromatography) nó cho phép thực hiện sự phân tích trong vài phút thay vì vài giờ như phương pháp thông thường.d. Phương pháp điện di (electrophoresis) Các protein thường có điện tích âm hay dương. Nếu người ta lập một điện trường đối với một dung dịch chứa phân tử protein nó sẽ di chuyển với tốc độ phụ thuộc vào điện tích của nó, kích thước và hình dạng phân tử. Kỹ thuật đó gọi là điện di. Việc tách hỗn hợp protein có thể tiến hành trong dung dịch nuớc hay dung dịch được một cơ chất rắn xốp như tinh bột giữ lại. Phương pháp điện di trên gel polyacrylamide SDS được sử dụng rộng rãi. 	Phương pháp điện di hai chiều trên gel (gel bidimisionnel electrophoresis) kết hợp hai kiểu tách khác nhau. 5. Tế bào Prokaryotae và tế bào Eukaryotae Các tế bào nhỏ bé như vi khuẩn (bacteria) và vi khuẩn lam (cyanobacteria) không có nhân tế bào gọi là tế bào tiền nhân (nhân sơ) Prokaryotae (trước khi có nhân). Các sinh vật như thực vật, động vật, tế bào có nhân gọi là tế bào nhân thực (nhân chuẩn) Eukaryotae . Sự khác nhau giữa tế bào prokaryota và eukaryota lớn hơn sự khác nhau giữa tế bào động vật và thực vật. Các tế bào Prokaryotae :nhỏ hơn, thích nghi cao hơn, tăng trưởng nhanh, di động, hệ thống cảm biến đơn giảnCác tế bào Eukaryotae : to hơn, tăng trưởng chậm hơn, nhiều bào quan, tín hiệu tế bào – tế bào, biệt hóa tế bào, có sự phát triển, sinh vật đa bào. CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO PROKARYOTAE : VI KHUẨN.- Vách tế bào.- Cấu trúc bên trong.III. CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO EUKARYOTAE .A. HỆ THỐNG CÁC CẤU TRÚC MÀNG.1. Màng sinh chất.2. Mạng lưới nội chất và ribosome.3. Bộ Golgi.4. Lisosome (Tiêu thể).5. Vi thể.6. Không bào.II. CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO PROKARYOTAE : VI KHUẨN.- Vách tế bào.Ở vi khuẩn Gram dương, vách tế bào dày có chứa nhiều peptidoglycan, còn gọi là mucopeptid hay murein với tỉ lệ từ 80% - 90%. Ngoài ra còn chứa chất đặc biệt là teichoic acid. Vì vậy, vi khuẩn Gram dương có màu tím khi được nhuộm kép với fuschin và tím tinh thể. Vách tế bào vi khuẩn Gram-dương (a) và Gram-âm (b).Ở những vi khuẩn Gram âm, tức không nhuộm màu Gram, vách tế bào mỏng lớp peptidoglycan chỉ khoảng 10%. Mặt ngoài lớp peptidoglycan là một lớp dày chiếm tỉ lệ 80% có chứa protein, lipid, lipo-polysaccharid. CÁC TỔ CHỨC ĐƠN GIẢN BÊN TRONG: Tế bào chất là một khối keo bán lỏng gồm từ 80-90% là nước, phần còn lại là lipoprotein. Đây là hệ keo dị thể, trong đó nhiều hạt có kích thước bản chất cấu tạo cũng như chức năng khác nhau.Mesosome: có lẽ đây là nơi gắn DNA vào màng.Ribosome 70S: nằm rãi rác trong tế bào chất, chứa 60-90% tổng số RNA của tế bào. Số lượng ribosome ở mỗi tế bào vi sinh vật rất lớn. Vd: ở E.coli đang hoạt động mạnh có tới 15.000 ribosome.Vấn đề nhân ở prokaryotae: quan sát dưới kính hiển vi điện tử cho thấy các tế bào prkaryotae có vùng tương tự nhân, gọi là nucleoid. Bộ gen chứa 1 phân tử lớn, vòng tròn, trần tức không có gắn thêm protein. Sợi DNA của tế bào prokaryotae mang bộ gen xếp theo đường thẳng, kiểm soát các đặc tính di truyền của tế bào và các hoạt tính thông thường, nên cũng được gọi là nhiễm sắc thể. Ngoài ra, tế bào prokaryotae còn có các phân tử DNA nhỏ, độc lập, gọi là plasmid. Các nhiễm sắc thể và plasmid của prokaryotae thường có dạng vòng tròn.Phần lớn vi khuẩn quang hợp chứa chlorophyll gắn với màng hay các phiến mỏng, trừ ở vi khuẩn lam cyanobacteria.Lông nhỏ thường gọi là tiêm mao (flagella) có ở một số vi khuẩn di động, và vắng mặt ở các loài không di động. Bào tử (Spore) : Một số loài có khả năng tạo nội bào tử (endospore), cấu trúc biệt hoá, chịu đựng các điều kiện bất lợi và tồn tại trong một thời gian dài thiếu nước và chất dinh dưỡng.So sánh tế bào prokaryotae , eukaryotae STTĐiểm so sánhProkaryotaeEukaryotae1Nhóm sinh vậtVi khuẩn, vi khuẩn lam, xạ khuẩnNấm, thực vật, động vật2Kích thước1 – 10μm10 – 100μm3Màng nhânKhôngCó4Nhiễm sắc thểMột vòng tròn, không có protein histonNhiều, thẳng, có protein histon5Bộ GolgiKhôngCó6Lưới nội chất, lysosomeKhôngCó7Ty thểKhôngCó8ChlorophyllKhông trong lục lạpTrong lục lạp9Ribosome70S80S10Vi ống, vi sợiKhôngCó11LôngKhông có cấu trúc 9-2Có cấu trúc 9-2III. CẤU TRÚC TẾ BÀO EUKARYOTAETế bào thực vật điển hình 1. Màng sinh chất. Màng sinh chất (plasma membrane) bao quanh tất cả các tế bào, giới hạn độ lớn của tế bào và duy trì những sự khác nhau cần thiết giữa các chất, cấu trúc bên trong nó với môi trường bên ngoài. Nó có cấu tạo đặc biệt giữ nhiều vai trò quan trọng cho tế bào. Màng này là một bộ lọc có tính chọn lựa cao và thuận tiện cho sự vận chuyển tích cực các chất; nó kiểm tra sự đi vào của các chất dinh dưỡng và sự thải ra các chất bã và nó tạo nên sự khác nhau về nồng độ ion giữa trong và ngoài tế bào. Nơi thu nhận các tín hiệu bên ngoài, cho phép tế bào biến đổi dể đáp lại tương ứng với môi trường xung quanh.	Tất cả các màng sinh học gồm màng sinh chất và các màng bên trong của các tế bào Eukaryotae đều có cấu trúc tổng thể chung: đó là các tổ hợp của các phân tử protein và lipid được giữ chung phần lớn nhờ các tương tác không cộng hóa trị. Hệ thống cấu trúc màngVách tế bàoVách là một cấu trúc chỉ có ở tế bào thực vật, nấm và phần lớn vi khuẩn.Vách nằm bên ngoài màng sinh chất như một cái khung, vách thường không được xem như là thành phần của tế bào chất, mặc dù cũng là sản phẩm do tế bào tiết ra.Thành phần cấu tạo chính của vách tế bào là phức hợp polysaccharide dưới dạng các sợi dài cellulose gắn với nhau nhờ chất nền chủ yếu là pectin và hemicellulose.Vách tế bào có nhiều lổ để nước, không khí và các chất hòa tan có thể qua lại tự do.Vách cellulose-pectin tạo 1 khung cứng giúp cho tế bào thực vật có 1 hình dạng tối thiểu và có thể coi như làm bộ xương cho thực vật.Vách còn là ranh giới ngoài cùng bảo vệ tế bào chống chịu với tác động bên ngoài.2. Mạng lưới nội chất và ribosome Tất cả các tế bào Eukaryotae đều có Lưới nội chất (endoplasmic reticulum) là một màng duy nhất của nó xếp lại rất nhiều nếp nhăn, chiếm hơn nửa số màng của tế bào. Mạng lưới trơn và mạng lưới nhám. Trên bề mặt mạng lưới nhám có nhiều ribosome. Màng là một phiến mỏng liên tục bao khoảng rỗng trong màng (internal space) kéo thành mạng lưới. Các khoảng trống gọi là tia của lưới nội chất hay túi chứa (citerne), chiếm 10% thể tích tế bào Lưới nội chất là điểm xuất phát của sự tổng hợp tất cả các protein được tiết ra, nó cũng đồng thời là chỗ hình thành chất nền ngoại bào.Ribosome là những hạt bé, nơi tổng hợp các mạch polypeptid (protein).3. Bộ Golgi (Golgi apparatus hay Golgi complex). Bộ Golgi thường nằm gần nhân tế bào và ở tế bào động vật nó thường ở cạnh trung thể (centrosome) hay ở trung tâm tế bào. Nó gồm nhiều túi nhỏ dẹp được giới hạn bởi một màng tập hợp lại như một chồng dĩa. Nhiều bọt tròn nhỏ (đường kính 50nm) có màng bao nằm rãi rác xung quanh các chồng dĩa.Các túi dẹp của bộ Golgi làm nhiệm vụ biến đổi, chọn lọc và gói các đại phân tử sinh học mà sau đó được tiết ra ngoài hay được vận chuyển đến các bào quan khác 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 chúng thoát ra qua các túi nhờn. Các bọt nhỏ làm nhiệm vụ vận chuyển vật liệu giữa bộ Golgi và các thành phần khác của tế bào. 4. Lysosome (tiêu thể). Lysosome là những túi cầu nhỏ ( 0,2 - 0,5 micromet) bao bởi một lớp màng, rất nhiều trong gan, thận, bạch cầu động vật. Chúng chứa nhiều enzym thủy giải cho tiêu hóa bên trong tế bào (lysosome tức tiêu thể). Lysosome phân hủy các chất để “nuôi” tế bào, và “dọn sạch” những bào quan khác khi đã vô dụng thành các tiền chất đơn giản ban đầu để tế bào tái sử dụng.Lysosome tiêu hủy những chất từ ngoài rơi vào và phân hủy các bào quan cung cấp năng lượng 5. Các vi thể (microbodies) : peroxysome và glyoxysome Peroxysome có cấu tạo túi cầu nhỏ, đường kính 0,2 - 0,5 micrometre và cũng được bao bởi một màng như lysosome. Peroxysome chứa các enzym oxy hóa sản sinh và phân hủy các peroxyde hydro (H202).	Glyoxysome là một vi thể khác chứa các enzym dùng phân hủy lipid thực vật thành đường nuôi cây non. Tế bào động vật không có bào quan này. Các vi sợi và vi quản 6. Không bào (Vacuole). Không bào hay thủy thể bộ như những túi chứa nước và các chất tan hoặc tích nước do tế bào chất thải ra. Túi được bao quanh bởi màng gọi là Tonoplast như màng trong của tế bào chất. Có nhiều loại không bào tương ứng với các chức năng khác nhau. Ở một số nguyên sinh động vật có không bào co bóp (contractive vacuole) giữ vai trò thải các chất và nước dư ra khỏi tế bào. Nhiều nguyên sinh động vật (protozoa) còn có không bào thực phẩm (food vacuole) chứa các hạt thức ăn CÁC BÀO QUAN CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG (ENERGY TRANSFORMATION) : TI THỂ VÀ LẠP THỂ (CHLOROPLAST).Ti thể có ở tất cả các tế bào Eukaryotae và đặc biệt lục lạp (chloroplast) chỉ có ở thực vật, đều có chức năng biến đổi năng lượng thành dạng hữu ích. Cả hai loại bào quan này đều chứa bên trong một số lớn cấu trúc màng đóng một vai trò quyết định trong chuyển hóa năng lượng. Thứ nhất, điểm tựa cơ học cho sự vận chuyển điện tử để biến đổi năng lượng. Thứ hai, nhiều cấu trúc bên trong chứa các enzyme xúc tác các phản ứng khác của tế bào.Ngoài ra cả hai có bộ máy di truyền độc lập riêng, nguồn gốc tiến hóa giống nhau.Chất nền (matrix): chất choán khoan bên trong ti thể giữa các màng, gồm hỗn hợp rất đậm đặc của hàng trăm enzyme các enzyme oxy hóa piruvat và acid béo và trong chu trình acid citric. Nó chứa cả nhiều bản sao của DNA và các enzyme khác nhau cần cho sự biểu hiện của các gen ti thể.- Màng trong (Internal membrane) xếp lại thành nhiều nếp nhăn là cristae (mào gà), làm tăng tổng diện tích màng đôi rất nhiều. Nó chứa các protein với ba chức năng: (1) Thực hiện các phản ứng oxy hóa trong chuỗi hô hấp. (2) Một phức hợp enzyme có tên ATP synthetase tạo ra ATP trong matrix.(3) Các protein vận chuyển đặc biệt điều hòa sự đi qua của các chất ra ngoài hoặc vào trong chất nền. Vì có thang điện hóa (electrochemical gradient), bộ máy của ATP synthetase được thiết lập xuyên qua màng này do chuỗi hô hấp, nên điều quan trọng là màng không thấm đối với các phần lớn các ion nhỏ.- Màng ngoài (external membrane): Nhờ một protein tạo một kênh quan trọng nên màng ngoài bị thấm bởi các phân tử nhỏ hơn hay bằng 10.000 dalton. Các protein khác bao gồm các enzyme tham gia tổng hợp lipid trong ti thể, và các enzyme chuyển hóa lipid sang dạng tham gia trao đổi chất, và tiếp theo trong matrix.-Khoảng giữa màng chứa nhiều enzyme sử dụng ATP do matrix đưa ra để phosphoryl hóa các nucleotid khác.Ti thể là trung tâm năng lượng tế bào.8. Lục lạp (chloroplast). Các lục lạp cũng có cấu trúc màng. Chúng có một màng ngoài rất dễ thấm, một màng trong rất ít thấm, trong đó chứa nhiều protein vận chuyển đặc biệt và một khoảng giữa màng (internal membrane space) hẹp nằm giữa hai màng. Màng trong bao một vùng không xanh lục được gọi là stroma tương tự như chất nền matrix của ti thể. Stroma chứa các enzyme, các ribosome, RNA và DNA Cấu trúc của lục lạp Có sự khác nhau quan trọng giữa các ti thể và chloroplast. Màng trong của chloroplast không xếp thành creta và không chứa chuỗi chuyền điện tử. Ngược lại, hệ thống quang hợp hấp thu ánh sáng, chuỗi chuyền điện tử và ATP synthetase tất cả đều chứa trong màng thứ ba tách biệt. Màng này hình thành một tập hợp các túi dẹp hình đĩa các thylakoid (bản mỏng). Các thylakoid xếp chồng lên nhau tạo phức hợp gọi là grana. Chlorophylle nằm trên màng thylakoid nên ta thấy các hạt grana màu lục. Có thể coi chloroplast là một ti thể mở rộng trong có các creta biến thành các thylakoid và grana. C. NHÂN TẾ BÀO VÀ THỂ TRONG SUỐT 9. Nhân tế bào.	Nhân tế bào chiếm khoảng 10% thể tích của tế bào, nhưng nó chứa hầu như toàn bộ DNA của tế bào (95%) Nhân được giới hạn bởi màng nhân (nuclear membrane) do hai lớp màng xếp đồng tâm. Rải rác trên màng nhân có các lỗ của màng nhân. Các lỗ thông thương giữa bên trong nhân với tế bào chất bên ngoài. Màng nhân trực tiếp nối với lưới nội chất. Nhân tế bào Ghép tế bào chất ở Acetabularia 10. Thể trong suốt (cytosol). a. Cấu tạo:	Chiếm gần một nửa khối lượng tế bào, có nhiều nước (đến 85%). Nó chứa đựng một số lớn protein sợi xếp thành bộ khung tế bào, có hàng nghìn enzyme và chứa đầy ribosome. Gần một nửa số enzyme được tổng hợp ở ribosome của thể trong suốt. Do đó nên coi nó là một khối gel có tổ chức rất cao hơn là một dung dịch chứa enzyme.mRNA, tRNA chiếm 10 % RNA của tế bào. b. Chức năng:·  Nền môi trường làm nơi thực hiện các phản ứng trao đổi chất của tế bào, là nơi gặp nhau của các chuỗi phản ứng trao đổi chất. Sự biến đổi trạng thái vật lý của thể trong suốt ảnh hưởng đến hoạt động tế bào.·  Nơi thực hiện một số quá trình điều hòa hoạt động của các chất.· Nơi chứa các vật liệu dùng cho các phản ứng tổng hợp các phân tử như các glucid, acid amin, các nucleotid.· Nơi dự trữ các chất năng lượng như glucid, lipid, glucogen.D. BỘ SƯỜN CỦA TẾ BÀO (CYTOSKELETON Sợi tế vi và vi quản (microtube). Các vi sợi và vi ống được cấu tạo từ protein.	Các sợi actin nhỏ (8 nm) là các phân tử protein được tạo nên do sự polymer hóa trong các điều kiện nồng độ cao của các ion Mg++. Các vi sợi chỉ gồm có actin chỉ đóng vai trò cấu trúc. Chúng tạo nên sườn nội bào (cytoskeleton) giúp duy trì hình dạng tế bào. Tế bào còn có các vi sợi lớn hơn actin, đường kính 10nm .	Vi ống là những ống rỗng, dài vài chục micrometre (25nm) từ protein tubulin. 12. Lông (flagella) và roi (cillis) 13. Trung tử (centrioles) và các thể gốc (basal bodies).Trung thể và roiCẤU TRÚC MÀNG TẾ BÀO VÀ SỰ VẬN CHUYỂN QUA MÀNG1. Nền tảng lipid của màng tế bào. a. Phospholipid. b. Tấm phospholipid hai lớp. 2. Cấu trúc của màng sinh chất. 3. Tương tác giữa tế bào với môi trường qua màng tế bào. 4. Sự vận chuyển các phân tử đi ra và vào tế bào.	a. Sự thẩm thấu (osmosis) và áp suất thẩm thấu.5. Vận chuyển có chọn lọc các phân tửa. Sự khuếch tán có chọn lọc hay giảm kháng (faciliated diffusion). b. Sự vận chuyển tích cực c. Nhập bào (endocytosis) và xuất bào (exocytosis). 1. Nền tảng lipid của màng tế bào.Lớp đôi phospholipid (Phospholipid bilayer) là cấu trúc cơ bản chung của các màng sinh học. Đặc tính lớp đôi của màng thể hiện sự sắp xếp ổn định nhất của các phân tử lipid trong môi trường lỏng. Cấu trúc màng được ổn định nhờ các liên kết hydro và tương tác kị nước (hydrophobic interactions). Ngoài ra, các cation Mg2+ và Ca2+ tăng cường sự ổn định nhờ kết hợp với điện tích âm của phospholipid. 2. Cấu trúc của màng sinh chấtCác protein : Nếu như phospholipid giữ vai trò thiết yếu ổn định cấu trúc màng thì các chức năng sinh học đặc hiệu do protein đảm nhận và gồm :– Các protein ngoại vi (periplasmic proteins), ở mặt ngoài màng, gắn với các cơ chất hoặc chế biến các đại phân tử cho sự vận chuyển vào trong tế bào.– Các protein xuyên màng (integral membrane prot