Chương 1 trình bày bức tranh chung và khái quát về cấu trúc và chức năng của tế bào, giải thích tại sao tế bào là đơn vị tổ chức cơ bản của sự sống. Nội dung của chương gồm 4 vấn đề cơ bản: (1) Tế bào - đơn vị tổ chức cơ bản của sự sống; (2) Hình thái đại cương của tế bào; (3) Các dạng tồn tại của tế bào; (4) Thành phần hoá học của tế bào. TẾ BÀO - ĐƠN VỊ TỔ CHỨC c ơ BẢN CỦA c ơ T H Ể SỐNG Năm 1665, nhờ kính hiển vi tự tạo với độ phóng đại 30 lần Robert Hook-đã phát hiện cấu trúc của bần thực vật là các xoang rỗng có thành bao quanh và đặt tên là celia (Cella - xoang rỗng hoặc tế bào). Antoni Van Leuvenhoek (1674) với kính hiển vi có độ phóng đại 270 lần đã mô tả các tế bào động vật (tế bào máu, tinh trùng.) và đã xác định tế bào không phải là xoang rỗng mà có cấu trúc phức tạp.
1 Mãi đến nửa đầu thế kỷ 19, nhà thực vật học Sleyden và nhà động vật học Schwann đã cho ra đời học thuyết tế bào. Học thuyết tế bào xác nhận: Tất cả cơ thể sinh vật từ đơn bào đến động vật, thực vật đều có cấu tạo tế bào.Engel (1870) đã đánh giá học thuyết tế bào là một trong ba phát kiến vĩ đại nhất của khoa học tự nhiên thế kỷ 19 (cùng với học thuyết tiến hoá và học thuyết chuyển hoá năng lượng) vì nó chứng minh cho tính thống nhất của thế giới sinh vật. Sự ra đời của học thuyết tế bào làm cho môn T ế bào học (cytology) trở thành môn khoa học độc lập, phát triển nhanh chóng cả về nghiên cứu cấu trúc và chức năng. Từ quan niệm tế bào là “xoang rỗng” đã chuyển sang quan niệm tế bào là khối tế bào chất (Purkinje, 1838; Pholmon,1844) có chứa nhân (R.Brawn, 1831) và được giới hạn bởi màng tế bào.
Hàng loạt bào quan trong tế bào chất như: trung tử, ty thể, thể golgi.đã được phát hiện. Nhiều quá trình sinh lí quan trọng trong tế bào đã được nghiên cứu làm cơ sở cho sự phát triển của di truyền học, sinh lí học và phôi sinh học ở cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20. Sự phát hiện các hình thức phân bào và cấu trúc nhiễm sắc thể R.Virchov đã tổng kết: Tất cả tế bào đều được sinh ra từ tế bào có trước. Nhờ sự ứng dụng các phương pháp hiển vi điện tử, các phương pháp lí hoá vào nghiên cứu tế bào ở mức độ siêu hiển vi và phân tử đã hình thành quan niệm rằng, tế bào là đơn vị tổ chức cơ bản cùa tất cả các cơ thể sống về cấu trúc và chức năng.
Tất cả tính chất và hoạt động của cơ thể sống đều có cơ sở ở tính chất và hoạt động của tế bào dù là cơ thể đơn bào hay đa bào. HÌNH THÁI ĐẠI CƯƠNG CỦA TẾ BÀO 2. Hình dạng của tế bào Tế bào thường có hình dạng ổn định và đặc trưng cho mỗi loại mô, cơ thể. Ví dụ: tinh trùng, hồng cầu, tế bào biểu bì, tế bào thần kinh và phần lớn tế bào thực vật.
Tuy vậy, một số tế bào luôn thay đổi hình dạng như: amip, bạch cầu hoặc các tế bào tiết. Hình dạng tế bào phù hợp với chức năng của chúng trong cơ thể, chẳng hạn tế bào thần kinh thường có hình sao, tế bào chất phân nhánh và tạo sợi trục dài phù hợp với chức năng dẫn truyền xung động thần kinh; tế bào cơ trơn có hình thoi phù hợp với chức năng co rút. Kích thước của tế bào Tế bào bình thường có độ lớn vào khoảng 3 - 3 0 pm. Nhưng có những tế bào rất lớn có thể nhìn thấy bằng mắt thường.
Ví dụ: tế bào trứng gà có đường kính tới 3,5 cm; tế bào trứng đà điểu có đường kính tới 17 cm; tế bào tảo có thể dài tới vài chục cm. Đa số các tế bào vi khuẩn có kích thước từ 1 - 3 pm. Có những tế bào cực nhỏ như Mycoplasma có đường kính khoảng 0,1 pm (1000 Â) Thể tích của tế bào cũng rất thay đổi ở các đối tượng khác nhau. Tế bào vi khuẩn có thể tích khoảng 2,5 - 3 pm 3, tế bào các mô ở người (trừ tế bào thần kinh) có thể tích từ 200 - 15 000 pm3.
Trong phạm vi một mô kích thước của tế bào tương đối ổn định và không phụ thuộc vào kích thước của cơ thể. Ví dụ: Kích thước của gan bò, gan ngựa và gan chuột là tương đương nhau. Sự khác nhau của thể tích gan bò và gan chuột là do số lượng tế bào tạo nên. Một số tế bào chuyên hoá cao có sự liên hệ phụ thuộc giữa độ lớn tế bào với kích thước cơ thể, ví dụ: tế bào thần kinh.
Sô lượng tê bào SỐ lượng tế bào trong cơ thể đa bào rất lớn, ví dụ: cơ thể người có tới 6.1014 tế bào, trong đó phần vỏ não có tới 15 tỷ nơron, số lượng hồng cầu trong máu đạt tới 23 nghìn tỉ.Một số cơ thể đa bào chỉ có vài trăm tế bào, ví dụ: luân trùng chỉ có 400 tế bào. Cơ thể đa bào dù có số lượng tế bào nhiều đến mấy cũng được phát triển từ một tế bào khởi nguyên gọi là hợp tử (zygote). ở cơ thể đơn bào (vi khuẩn, một số tảo, động vật đơn bào) chỉ gổm một tế bào. V IR U T VÀ CÁC DẠNG TỔN TẠI CỦA TẾ BÀO 3.
Virut Là dạng cơ thể sống rất nhỏ bé, chưa có cấu tạo tế bào, sống kí sinh trong tế bào vi khuẩn, thực vật hoặc động vật. Virut có cấu tạo gồm: lõi axit nucleic (ADN hoặc ARN) được bao bọc bởi lớp vỏ protein. Khi kí sinh trong tế bào, axit nucleic của chúng sử dụng hệ enzyme và bộ máy của tế bào chủ để tự tái bản và tổng hợp protein đặc trưng. Tế bào nhân sơ thường có kích thước bé từ l-3|im.
Tế bào nhân sơ có cấu tạo gồm: - Một màng sinh chất có bản chất hoá học là lipoprotein bao quanh khối tế bào chất. - Khối tế bào chất chứa ribosom, chất vùi là chất dự trữ, các mezosom là phần màng sinh chất lõm vào trong khối tế bào chất và liên hệ với nucleoid. Các mezosom có vai trò tương tự ty thể vì nó có chứa một số enzyme và nhân tố của quá trình oxyphotphoril hoá. • 4 - Tế bào nhân sư chưa cổ màng nhân, có vùng nhân được gọi là nucleoíđ, dâv là phần tố bào chất chứa sợi ADN ở dạng siêu xoắn.
- Bao ngoài màng sinh chất là lớp thành vỏ dầy 8-3()nm có thành phần sinh hoá là polisaccarit !icn kết với axit amin. a) Dạng đối xứng xoắn của virut đốm thuốc lá b) Dạng đối xứng nhiều c) Dạng dối xứng phức m ặt của Adono virut tạp của phage T4 d) Dạng bất định của virut cúm Hình 1. Mỏ hình và hình ảnh một số dạng virut Tẽ bào chất Vùng nhân chứa ADN Hình 1. Cấu trúc lê' bào vi khuán 5 3.
Tê bào nhân chuẩn (Eukaryot) Đại diện là các tế bào của nấm, thực vật và động vật Tế bào nhân chuẩn có cấu tạo gồm: - Một màng sinh chất có bản chất hoá học là lipoprotein dày 8,5nm bao quanh khối tế bào chất. - Khối tế bào chất nằm giữa nhân và màng sinh chất, có cấu tạo phức tạp gồm: Các bào quan như mạng lưới nội chất, ty thể, lục lạp, thể golgi, lyzosom, peroxysom, trung thể.Trong các tế bào này chứa các vi ống và vi sợi tạo nên bộ xương của tế bào. Các chất vùi là các chất tồn dư hoặc dự trữ trong tế bào chất ở dạng hạt (hạt glycogen, hạt tinh bột), các giọt (giọt tinh dầu), các tinh thể vô cơ, hữu cơ, sắc tố. - Nhân được bao bọc bởi màng nhân là lớp màng kép có nhiều lỗ nhỏ.
Bên trong màng nhân là dịch nhân chứa chất nhiễm sắc có thành phần sinh hoá là nucleohiston. Hạch nhân được cấu tạo từ các sợi và hạt ribonucleoprotein, nơi sản sinh ra ribosom. Phân biệt tế bào thực vật và tế bào động vật ở các điểm cơ bản sau: T ế bào thực vật T ế bào động vật Có thành cellulose bao ngoài màng Không có thành cellulose nguyên sinh chất Có lục lạp - tự dưỡng Không có lục lạp - dị dưỡng Chất dự trữ là tinh bột Chất dự trữ là glycogen Phân bào không có sao. Phân chia tế Phân bào có xuất hiện sao.
Phân chia tế bào chất bằng vách ngang ở trung bào chất bằng hình thành eo thắt ở tâm trung tâm Hệ thống không bào phát triển ít khi có không bào 6 Phân biệt tê bào Prokaryot với tê bào Eukaryot: Tế b à o Prokaryot Tế b à o Eukaryot Vi khuẩn, tảo lam Nấm, thực vật, động vật Kích thước bé (l-3pm) Kích thước lớn (3-20 pm) Cấu tạo đơn giản Có cấu tạo phức tạp Vật chất di truyền là phân tử ADN trần Vật chất di truyền là ADN liên kết dạng vòng nằm phân tán trong tế bào với histon tạo nên NST nằm trong chất nhân tế bào Chưa có nhân, chỉ có nucleoid là phần Có nhân với màng nhân. Trong nhân tế bào chất chứa ADN chứa chất nhiễm sắc và hạch nhân Tế bào chất chi’ chứa các bào quan Tế bào chất được phân vùng và chứa đơn giản như: riboxom, mezosom các bào quan phức tạp như mạng lưới nội chất, ribosom, ty thể, lạp thể, thể golgi, lyzosom, peroxisom, trung thể. Phương thức phân bào đơn giản bằng Phương thức phân bào phức tạp cách phân đôi (mitosis, meiosis) Có lông, roi cấu tạo đơn giản Có cấu trúc lông roi phức tạp theo kiểu 9+1 H ình 1. Tế bào động vật (a) và tế bào thực vật (b) 7 Sự xuất bào Túi tiết Chất nền TBC ------ màrg ộ?ưÍ! tn¿ Go'g< (MNCtron) Irunglử Bóng tải ---- mÂrçrthân • Ty thể Chf.
unẬn chùanhỈT) cliốt nh.ìn nhà li ir.i-ìg nh&iỉ Mạng lưới nội chất có hat Ribosom tự do Lizosom Hình 1. Cấu trúc siêu hiển vi tế bào nhân chuẩn 4. THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA TÊ BÀO 4. Các dạng liên kết hoá học và vai trò của chúng trong cơ thể Lién kết hoá học là một lực hút giữa 2 nguyên tử lại với nhau.
Tổ hợp các nguyên tử có kích thước xác định được gọi là phân tử. Sự liên lạc của các nguyên tử trong phân tử được đảm bảo bởi liên kết cộng hoá trị. Đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc của các đại phân tử là những liên kết hoá học yếu. Đó là những liên kết yếu có lực liên kết nhỏ, góc liên kết thường ít cố định, rất dễ bị phá vỡ, chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn (10'11 giây).