CHƯƠNG 1 CẤU TRÚC TẾ BÀO MH09-01 Giới thiệu Cơ thể sinh vật được cấu tạo bởi những đơn vị cơ bản được gọi là tế bào. Cơ thể con người được cấu tạo bởi hàng ngàn tỉ tế bào. Trẻ sơ sinh có khoảng 2.000 tỉ tế bào, người trưởng thành có khoảng 100.000 tỉ tế bào; có khoảng 30 tỉ tế bào trong não, 20 tỉ tế bào hồng cầu trong máu và có khoảng 200 loại tế bào chuyên hóa khác nhau. Trong khi đó vi khuẩn và các vi sinh vật, cơ thể chỉ là một tế bào.
Hầu hết tế bào không thấy được bằng mắt trần nên những hiểu biết về tế bào tùy thuộc vào trình độ phát triển của kính hiển vi. Vào các năm 50, các nhà sinh vật học mới biết có 5 hay 6 bào quan hiện diện bên trong tế bào, nhưng hiện nay với kính hiển vi điện tử người ta đã quan sát được ở mức siêu cơ cấu của rất nhiều bào quan hiện diện trong tế bào. Mục tiêu: - Kiến thức: + Mô tả được các thành phần cấu tạo tế bào của từng nhóm sinh vật. + Trình bày được các đại phân tử quan trọng trong tế bào - Kĩ năng: + So sánh được sự khác biệt giữa tế bào Prokaryote và tế bào Eukaryote, tế bào động vật và tế bào thực vật.
+ Sử dụng kính hiển vi, kính nhìn nổi, thực hiện tiêu bản tạm thời để quát tế bào. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện cho sinh viên có ý thức và trách nhiệm trong việc vệ sinh và bảo quản dụng cụ, thiết bị trong học thực hành. Đại cương về tế bào: 1. Học thuyết tế bào: Hầu hết các tế bào đều có kích thước rất nhỏ nên mắt trần không thể quan sát được, do đó lược sử phát hiện tế bào gần như là lịch sử phát minh ra kính hiển vi.
Galileo (1564 - 1642) chế tạo ra viễn vọng kính để quan sát bầu trời, tình cờ khám phá ra những vật rất nhỏ khi quan sát bằng cách lật ngược đầu kính lại. 1 Antoni Van Leeuwenhoek (1632 - 1723) người Hà Lan, do yêu cầu kiểm tra tơ lụa, ông mài các thấu kính để quan sát chất lượng của vải, nhờ đó quan sát được những vật li ti quanh môi trường sống và khám phá ra sự hiện diện của thế giới vi sinh vật. Robert Hooke (1635 - 1703) người Anh, lần đầu tiên mô tả các lỗ nhỏ có vách bao bọc của miếng bấc (nút bần) cắt ngang dưới kính hiển vi năm 1665 và Hooke dùng thuật ngữ tế bào (cellula có nghĩa là phòng, buồng nhỏ, vì ý nghĩa lịch sử từ này vẫn còn được dùng cho đến ngày nay) để chỉ các lỗ đó. Mãi đến thế kỷ 19 khái niệm sinh vật có cấu tạo tế bào của Hooke mới được sống dậy từ nhiều công trình nghiên cứu, đặc biệt hai công trình của hai người Ðức: nhà thực vật học Matthias Jakob Schleiden (1838) và nhà động vật học Theodor Schwann (1839).
Hai ông đã hệ thống hóa quan điểm thành thuyết tế bào: “Tất cả các sinh vật do một hay nhiều tế bào tạo thành, nói một cách khác, Tế bào là đơn vị cấu tạo sống cơ bản của tất cả sinh vật. Ðến năm 1858 thuyết tế bào được mở rộng thêm do một bác sĩ người Ðức (Rudolph Virchow): Tế bào do tế bào có trước sinh ra. Quan điểm (mở rộng tế bào) của Virchow sau đó được Louis Pasteur (1862) thuyết phục các nhà khoa học đồng thời bằng hàng loạt thí nghiệm chứng minh. Như vậy có thể tóm tắt thuyết tế bào như sau: Tế bào là đơn vị cấu tạo sống cơ bản của tất cả sinh vật, tế bào do tế bào có trước sinh ra.
Những đặc tính chung của tế bào: a. Hình dạng: Hình dạng của tế bào rất biến thiên và tùy thuộc rất nhiều vào tế bào là một sinh vật đơn bào hay tế bào đã chuyên hóa để giữ một nhiệm vụ nào đó trong cơ thể sinh vật đa bào. Từ những dạng đơn giản như hình cầu, hình trứng, hình que có thể gặp ở các sinh vật đơn bào đến những hình dạng phức tạp như các tế bào hình sao ở mô thực vật, hay các tế bào thần kinh ở động vật cấp cao.1: Hình dạng tế bào Hình 1.2: Hình dạng tế bào amip 2 Hình 1.3: Hình dạng tế bào máu người Ðặc biệt ở các sinh vật đơn bào hình dạng có ý nghĩa quan trọng đối với đời sống của chúng. Ví dụ, vi khuẩn hình cầu có thể chịu đựng được sự khô hạn giỏi vì diện tích tiếp xúc với môi trường bên ngoài ít do đó giữ được nước dù môi trường sống rất khô.
Ngược lại vi khuẩn hình que dài có diện tích tiếp xúc cho mỗi đơn vị thể tích với môi trường bên ngoài lớn hơn nên có thể tồn tại dễ dàng trong môi trường có nồng độ thức ăn không cao. Kích thước: Kích thước của tế bào cũng rất biến thiên theo loại tế bào. Nói chung, thường tế bào rất nhỏ và phải dùng kính hiển vi mới quan sát được. Vi khuẩn có lẻ là những sinh vật đơn bào có kích thước nhỏ nhất.
Ví dụ, vi khuẩn Dialister pneumosintes có kích thước rất nhỏ 0,5 x 0,5 x 1,5 µm trong khi trứng của chim đà điểu là tế bào có đường kính đến 20 cm, hay tế bào thần kinh có đường kính nhỏ nhưng có thể dài đến 90 - 120 cm. Trung bình thì đường kính biến thiên trong khoảng từ 0,5 đến 40 µm. Thật ra độ lớn nhỏ của tế bào không quan trọng mà tỉ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích tế bào mới có ảnh hưởng lớn đến đời sống của một tế bào. Tế bào lấy thức ăn, oxy từ môi trường chung quanh và thải chất cặn bả ra bên ngoài tế bào.
Các vật liệu này đều phải di chuyển xuyên qua bề mặt của tế bào. Khi tế bào gia tăng kích thước, thể tích tăng gấp nhiều lần so với sự gia tăng của diện tích (ở hình cầu, thể tích tăng theo lủy thừa bậc ba trong khi diện tích tăng theo lủy thừa bậc hai). Do đó, khi tế bào càng lớn lên thì sự trao đổi qua bề mặt tế bào càng khó khăn hơn 1. Phân loại tế bào: Dựa trên đặc điểm cấu trúc của tế bào có thể phân chia tế bào của sinh vật ra làm hai nhóm: tế bào sơ hạch và tế bào chân hạch.
3 * Tế bào sơ hạch là loại tế bào không có màng nhân. ADN có kiến trúc xoắn vòng kín. Không có các bào quan có màng. Các tế bào này gặp ở các sinh vật thuộc giới sinh vật sơ hạch: Archaebacteria và Eubacteria.
* Tế bào chân hạch là loại tế bào có nhân với màng nhân bao quanh, và nhiều loại bào quan có màng bao. Các tế bào này gặp ở các sinh vật thuộc các giới Protista, Nấm, Thực vật và Ðộng vật. Cấu trúc tế bào Prokaryote: 2. Vách tế bào: Tế bào của chúng có kích thước từ 0,5 đến 3µm.
Vách tế bào bao phía ngoài màng sinh chất tạo nên cái khung cứng, vững chắc cho tế bào. Nó có nhiệm vụ bảo vệ sự tác động cơ học đến tế bào, giữ và cố định hình dạng của tế bào và quan trọng hơn cả là chống chịu các tác nhân bất lợi nhất là áp suất thẩm thấu của môi trường bên ngoài.Vách tế bào của hầu hết vi khuẩn được cấu tạo bởi murein gồm một đường đa liên kết với các nhánh acid amin, chỉ được tìm thấy ở tế bào vi khuẩn.4: Cấu tạo tế bào Procaryota 2. Cấu trúc bên trong: Hầu hết những bào quan hiện diện trong tế bào chân hạch thì lại không có trong tế bào sơ hạch. Tế bào không có màng nhân và cũng không có các cấu trúc có màng khác như mạng nội chất, hệ golgi, tiêu thể, peroxisom và ty thể (các chức năng của ty thể được thực hiện ở mặt trong màng của tế bào vi khuẩn).
Ở các vi khuẩn quang tổng hợp, có những phiến hay túi có chứa diệp lục tố mà không phải là các lạp có màng bao riêng biệt. 4 Tế bào vi khuẩn thường có các ADN nhỏ, độc lập được gọi là plasmid. Nhiễm sắc thể của tế bào sơ hạch và plasmid có kiến trúc vòng kín. Như nhiễm sắc thể của tế bào chân hạch, nhiễm sắc thể của tế bào sơ hạch có mang các gen kiểm soát các đặc điểm di truyền của tế bào và các hoạt động thông thường của nó.
Sự tổng hợp protein được thực hiện trên ribô thể, một bào quan quan trọng trong tế bào chất ở cả tế bào sơ hạch và chân hạch. Tuy nhiên, ribô thể của tế bào sơ hạch hơi nhỏ hơn của tế bào chân hạch. Một số tế bào vi khuẩn có chiên mao. Cấu trúc tế bào Eukaryote: 3.
Màng tế bào: 3. Cấu trúc của màng: Tế bào được một màng bao bọc gọi là màng tế bào, bên trong màng là chất nguyên sinh, gồm tế bào chất, nhân và các bào quan khác. * Thành phần hóa học của màng: được cấu tạo từ lipid, protein và carbohydrate. - Lipid: gồm phospholipid, cholesterol và glycolipid.
Phospholipid là thành phần cấu trúc chính của màng tế bào. Phospholipid có một đầu ưa nước (chứa nhóm phosphate) và hai đuôi hydrocarbon kỵ nước (chứa các axit béo). Màng tế bào gồm hai lớp phospholipid có các đầu ưa nước quay ra ngoài, đuôi kỵ nước quay vào trong tạo lớp màng ngăn cách môi trường nước bên trong và ngoài tế bào. Cholesterol có tác dụng ngăn cách hai phân tử phospholipid, tránh dính vào nhau gây tình trạng bất động.
Hàm lượng cholesterol thay đổi rất lớn theo loại tế bào. Glycolipid được hình thành do các phân tử lipid ở mặt ngoài màng liên kết với các phân tử glucide Hình 1. Cholesterol tạo nên tính bất đối xứng của màng, giữ vai trò tương tác giữa tế bào với môi trường. - Protein: Chức năng của màng tế bào liên quan đến hai loại protein, được phân biệt tùy theo cách sắp xếp của chúng trong màng: Protein ngoại vi: gắn vào đầu phân cực của phân tử phospholipid, làm cho cấu trúc màng có tính bất xứng.6: Protein trong màng 5 Protein hội nhập: được gắn vào giữa lớp phospholipid một phần hay toàn bộ hoặc có thể xuyên qua màng tạo nên các kênh protein.
- Carbohydrate: Thường gắn vào các protein ngoại vi tạo ra glycoprotein hay gắn vào các phân tử phospholipid màng tạo ra glycolipid. Carbohydrate không có trên màng ở phía tế bào chất, các phân tử carbohydrate này tạo ra glycocalyx, lớp vỏ bao ngoài tế bào. Sự hiện diện của các carbohydrat trên màng sinh chất cũng tạo ra tính bất xứng trong cấu trúc của màng. * Mô hình cấu trúc dòng khảm (The fluid-mosaic model) Hình 1.7: Mô hình cấu trúc dòng khảm của màng tế bào 1972 S.