Đơn vị của sự sống

Chia sẻ: Tran Thai Linh Linh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:32

0
103
lượt xem
26
download

Đơn vị của sự sống

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tế bào là đơn vị cấu trúc và chức năng của đa số sinh vật (trừ những dạng sống tiền tế bào chẳng hạn như virus). Những sinh vật đơn bào như vi khuẩn, cơ thể chỉ gồm một tế bào. Thuật ngữ tế bào có nguồn gốc từ tiếng Latin cella, nghĩa là khoang nhỏ. Thuật ngữ này do nhà sinh học Robert Hooke đặt ra khi ông quan sát các tế bào nút bấc.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đơn vị của sự sống

  1. Đơn vị của sự sống
  2. Tế bào là đơn vị cấu trúc và chức năng của đa số sinh vật (trừ những dạng sống tiền tế bào chẳng hạn như virus). Những sinh vật đơn bào như vi khuẩn, cơ thể chỉ gồm một tế bào. Các sinh vật đa bào cấu tạo từ nhiều tế bào; ví dụ con người gồm khoảng 1014 tế bào. Học thuyết tế bào xây dựng từ thế kỷ 19 đã phát biểu rằng: 1. mọi sinh vật được cấu tạo từ một hoặc nhiều tế bào 2. các tế bào chỉ được tạo ra từ những tế bào trước đó 3. mọi chức năng sống của sinh vật được diễn ra trong tế bào và rằng 4. các tế bào chứa các thông tin di truyền cần thiết để điều khiển các chức năng của mình 5. có thể truyền vật liệu di truyền này cho các thế hệ tế bào tiếp theo Tế bào nuôi cấy được nhuộm keratin (màu đỏ) và DNA (xanh lục). Thuật ngữ tế bào có nguồn gốc từ tiếng Latin cella, nghĩa là khoang nhỏ. Thuật ngữ này do nhà sinh học Robert Hooke đặt ra khi ông quan sát các tế bào nút bấc. [sửa] Tổng quan [sửa] Các đặc tính của tế bào
  3. Các tế bào chuột mọc trên đĩa nuôi cấy. Những tế bào này phát triển thành các đám lớn, mỗi tế bào riêng lẽ có đường kính khoảng 10 micromét. Mỗi tế bào là một hệ thống mở, tự duy trì và tự sản xuất: tế bào có thể thu nhận chất dinh dưỡng, chuyển hóa các chất này thành năng lượng, tiến hành các chức năng chuyên biệt và sản sinh thế hệ tế bào mới nếu cần thiết. Mỗi tế bào chứa một bản mật mã riêng hướng dẫn các hoạt động trên. Mọi tế bào đều có một số khả năng sau:  Sinh sản thông qua phân bào.  Trao đổi chất tế bào bao gồm thu nhận các vật liệu thô, chế biến thành các thành phần cần thiết cho tế bào, sản xuất các phân tử mang năng lượng và các sản phẩm phụ. Để thực hiện được các chức năng của mình, tế bào cần phải hấp thu và sử dụng được nguồn năng lượng hóa học dự trữ trong các phân tử hữu cơ. Năng lượng này được giải phóng trong các con đường trao đổi chất.  Tổng hợp các protein, đây là những phân tử đảm nhiệm những chức năng cơ bản của tế bào, ví dụ như enzyme. Một tế bào động vật thông thường chứa khoảng 10.000 loại protein khác nhau.  Đáp ứng với các kích thích, hoặc thay đổi của môi trường bên trong và bên ngoài như những thay đổi về nhiệt độ, pH hoặc nguồn dinh dưỡng.  Di chuyển các túi tiết. [sửa] Các dạng tế bào
  4. Các tế bào eukaryote và prokaryote. - Hình trên đây mô tả một tế bào người điển hình (eukaryote) và tế bào vi khuẩn (prokaryote). Tế bào eukaryote (bên trái) có các cấu trúc nội bào phức tạp như nhân (xanh nhạt), hạch nhân (xanh lơ), ty thể (da cam), và ribosome (xanh sẫm). Trong khi tế bào vi khuẩn (bên phải) đơn giản hơn với DNA được lưu giữ trong vùng nhân (xanh nhạt) cùng với các cấu trúc đơn giản như màng tế bào (đen), thành tế bào (xanh da trời), vỏ ngoài (da cam), ribosome (xanh đậm) và một tiên mao (cũng màu đen). Người ta có thể phân loại tế bào dựa vào khả năng có thể tồn tại độc lập hay là không. Các sinh vật có thể bao gồm chỉ một tế bào (gọi là sinh vật đơn bào) thường có khả năng sống độc lập mặc dù có thể hình thành các khuẩn lạc. Ngoài ra, sinh vật cũng có thể bao gồm nhiều tế bào (sinh vật đa bào) thì mỗi tế bào được biệt hóa và thường không thể sống sót khi bị tách rời. Trong cơ thể con người có đến 220 loại tế bào và mô khác nhau. Nếu xét về cấu trúc nội bào, các tế bào có thể chỉ làm 2 dạng chính.  Tế bào prokaryote thường có cấu trúc đơn giản, chỉ thấy ở sinh vật đơn bào hoặc tập đoàn đơn bào. Trong hệ thống phân loại 3 giới, các sinh vật prokaryote là thuộc giới Archaea và Eubacteria.  Tế bào eukaryote thường chứa các bào quan có màng riêng. Sinh vật đơn bào eukaryote cũng rất đa dạng nhưng chủ yếu là sinh vật đa bào. Tế bào eukyryote bào gồm các sinh vật là động vật, thực vật và nấm. [sửa] Các thành phần tế bào
  5. Mô hình một tế bào động vật điển hình. Các bào quan gồm: (1)hạch nhân (2) nhân (3) ribosome (4) túi tiết,(5) mạng lưới nội chất (ER) hạt, (6) bộ máy Golgi, (7) khung xương tế bào, (8) ER trơn, (9) ty thể, (10) không bào, (11) tế bào chất, (12) lysosome, (13) trung thể.
  6. Mô hình một tế bào thực vật điển hình (xem thêm bảng 2 về phép so sánh giữa tế bào thực vật và tế bào động vật) Mọi tế bào (bất kể protaryote hay eukaryote) đều có màng tế bào, dùng để bao bọc tế bào, cách biệt thành phần nội bào với môi trường xung quanh, điều khiển nghiêm ngặt sự vận chuyển vào và ra của các chất, duy trì điện thế màng và nồng độ các chất bên trong và bên ngoài màng. Bên trong màng là một khối tế bào chất đặc (dạng vật chất chiếm toàn bộ thể tích tế bào). Mọi tế bào đều có các phân tử DNA, vật liệu di truyền quan trọng và các phân tử RNA tham gia trực tiếp quá trình tổng hợp nên các loại protein khác nhau, trong đó có các enzyme. Bên trong tế bào, vào mỗi thời điểm nhất định tế bào tổng hợp nhiều loại phân tử sinh học khác nhau. Phần dưới đây sẽ miêu tả ngắn ngọn các thành phần cơ bản của tế bào cũng như chức năng của chúng. [sửa] Màng tế bào - Tấm áo ngoài Chữ đậm Bài chính: Màng tế bào Vỏ bọc bên ngoài của một tế bào eukaryote gọi là màng sinh chất (plasma membrane). Màng này cũng có ở các tế bào prokaryote nhưng được gọi là màng tế bào (cell membrane). Màng có chức năng bao bọc và phân tách tế bào với môi trường xung quanh. Màng được cấu thành bởi một lớp lipid kép và các protein. Các phân tử protein hoạt động như các kênh vận chuyển và bơm được nằm khảm vào lớp lipid một cách linh động (có thể di chuyển tương đối). [sửa] Bộ khung tế bào - Hệ vận động Bài chính: Bộ khung tế bào Bộ khung tế bào là một thành phần quan trọng, phức tạp và linh động của tế bào.nó là hệ thống mạng sợi và ống protein( vi ống , vi sợi, sợi trung gian đan chéo nhau. Nó cấu thành và duy trì hình dáng tế bào; là các điểm bám cho các bào quan; hỗ trợ quá trình thực bào (tế bào thu nhận các chất bên ngoài); và cử động các phần tế bào trong quá trình sinh trưởng và vận động. các protein tham gia cấu thành bộ khung tế bào gồm nhiều loại và có chức năng đa dạng như định hướng, neo bám, phát sinh các tấm màng. [sửa] Tế bào chất - Không gian thực hiện chức năng tế bào
  7. Bài chính: Tế bào chất Bên trong các tế bào là một không gian chứa đầy dịch thể gọi là tế bào chất (cytoplasm). Nó bao hàm cả hỗn hợp các ion, chất dịch bên trong tế bào và cả các bào quan. Các bào quan bên trong tế bào chất đều có hệ thống màng sinh học để phân tách với khối dung dịch này. Chất nguyên sinh (cytosol) là để chỉ riêng phân dịch thể, chứ không có các bào quan. Đối với các sinh vật prokaryote, tế bào chất là một thành phần tương đối tự do. Tuy nhiên, tế bào chất trong tế bào eukaryote thường chứa rất nhiều bào quan và bộ khung tế bào. Chất nguyên sinh thường chứa các chất dinh dưỡng hòa tan, phân cắt các sản phẩm phế liệu, và dịch chuyển vật chất trong tế bào tạo nên hiên tượng dòng chất nguyên sinh. Nhân tế bào thường nằm bên trong tế bào chất và có hình dạng thay đổi khi tế bào di chuyển. Tế bào chất cũng chứa nhiều loại muối khác nhau, đây là dạng chất dẫn điện tuyệt vời để tạo môi trường thích hợp cho các hoạt động của tế bào. Môi trường tế bào chất và các bào quan trong nó là yếu tố sống còn của một tế bào. [sửa] Vật liệu di truyền - Yếu tố duy trì thông tin giữa các thế hệ Vật liệu di truyền là các phân tử nucleic acid (DNA và RNA). Hầu hết các sinh vật sử dụng DNA để lưu trữ dài hạn thông tin di truyền trong khi chỉ một vài virus dùng RNA cho mục đích này. Thông tin di truyền của sinh vật chính là mã di truyền quy định tất cả protein cần thiết cho mọi tế bào của cơ thể. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới đây cho thấy có thể một số RNA cũng được sử dụng như là một bản lưu đối với một số gene đề phòng sai hỏng. Ở các sinh vật prokaryote, vật liệu di truyền là một phân tử DNA dạng vòng đơn giản. Phân tử này nằm ở một vùng tế bào chất chuyên biệt gọi là vùng nhân. Tuy nhiên, đối với các sinh vật eukaryote, phân tử DNA được bao bọc bởi các phân tử protein tạo thành cấu trúc nhiễm sắc thể, được lưu giữ trong nhân tế bào (với màng nhân bao bên ngoài). Mỗi tế bào thường chứa nhiều nhiễm sắc thể (số lượng nhiễm sắc thể trong mỗi tế bào là đặc trung cho loài). Ngoài ra, các bào quan như ty thể và lục lạp đều có vật liệu di truyền riêng của mình (xem thêm thuyết nội cộng sinh). Ví dụ, một tế bào người gồm hai genome riêng biệt là genome nhân và genome ty thể. Genome nhân (là thể lưỡng bội) bao gồm 46 phân tử DNA mạch thẳng tạo thành các nhiễm sắc thể riêng biệt. Genome ty thể là phân tử DNA mạch vòng, khá nhỏ và chỉ mã hóa cho một vài protein quan trọng.
  8. [sửa] Các bào quan Bài chính: Bào quan Cơ thể con người cấu tạo từ nhiều cơ quan như tim, phổi, thận .., mỗi cơ quan đảm nhiệm một chức riêng. Các tế bào thường chứa những cơ quan nhỏ gọi là bào quan, được thích nghi và chuyên hóa cho một hoặc một vài chức năng sống nhất định. Các bào quan thường chỉ có ở các tế bào eukaryote và thường có màng bao bọc.  Nhân tế bào - trung tâm tế bào: Nhân tế bào là bào quan tối quan trọng trong tế bào eukaryote. Nó chứa các nhiễm sắc thể của tế bào, là nơi diễn ra quá trình nhân đôi DNA và tổng hợp RNA. Nhân tế bào có dạng hình cầu và được bao bọc bởi một lớp màng kép gọi là màng nhân. Màng nhân dùng để bao ngoài và bảo vệ DNA của tế bào trước những phân tử có thể gây tổn thương đến cấu trúc hoặc ảnh hưởng đến hoạt động của DNA. Trong quá trình hoạt động, phân tử DNA được phiên mã để tổng hợp các phân tử RNA chuyên biệt, gọi là RNA thông tin (mRNA). Các mRNA được vận chuyển ra ngoài nhân, để trực tiếp tham gia quá trình tổng hợp các protein đặc thù. Ở các loài prokaryote, các hoạt động của DNA tiến hành ngay tại tế bào chất (chính xác hơn là tại vùng nhân).  Ribosome - bộ máy sản xuất protein: Ribosome có cả trong tế bào eukaryote và prokaryote. Ribosome được cấu tạo từ các phân tử protein và RNA ribosome (rRNA). Đây là nơi thực hiện quá trình sinh tổng hợp protein từ các phân tử mRNA. Quá trình này còn được gọi là dịch mã vì thông tin di truyền mã hóa trong trình tự phân tử DNA truyền qua trình tự RNA để quyết định trình tự amino acid của phân tử protein. Quá trình này cực kỳ quan trọng đối với tất cả mọi tế bào, do đó một tế bào thường chứa rất nhiều phân tử ribosome—thường hàng trăm thậm chí hàng nghìn phân tử.  Ty thể và lục lạp - các trung tâm năng lượng: Ty thể là bào quan trong tế bào eukaryote có hình dạng, kích thước và số lượng đa dạng và có khả năng tự nhân đôi. Ty thể có genome riêng, độc lập với genome trong nhân tế bào. Ty thể có vai trò cung cấp năng lượng cho mọi quá trình trao đổi chất của tế bào. Lục lạp cũng tương tự như ty thể nhưng kích thước lớn hơn, chúng tham gia chuyển hóa năng lượng mặt trời thành các chất hữu cơ (trong quá trình quang hợp). Lục lạp chỉ có ở các tế bào thực vật.  Mạng lưới nội chất và bộ máy Golgi - nhà phân phối và xử lý các đại phân tử:: Mạng lưới nội chất (ER) là hệ thống mạng vận chuyển các phân tử nhất định đến các địa chỉ cần thiết để cải biến hoặc thực hiện chức năng, trong khi các phân tử khác thì trôi nổi tự do trong tế bào chất. ER được chia làm 2 loại: ER hạt (rám) và ER trơn (nhẵn). ER hạt là do các ribosome bám lên bề mặt ngoài của nó, trong khi ER trơn thì không có ribosome. Quá trình dịch mã trên các ribosome của ER hạt thường để tổng
  9. hợp các protein tiết (protein xuất khẩu). Các protein tiết thường được vận chuyển đến phức hệ Golgi để thực hiện một số cải biến, đóng gói và vận chuyển đến các vị trí khác nhau trong tế bào. ER trơn là nơi tổng hợp lipid, giải độc và bể chứa calcium.  Lysosome và peroxisome - hệ tiêu hóa của tế bào: Lysosome và peroxisome thường được ví như hệ thống xử lý rác thải của tế bào. Hai bào quan này đều dạng cầu, màng đơn và chứa nhiều enzyme tiêu hóa. Ví dụ, lysosome có thể chứa vài chục enzyme phân huỷ protein, nucleic acid và polysacharide mà không gây hại cho các quá trình khác của tế bào khi được bao bọc bởi lớp màng tế bào. [sửa] Giải phẫu tế bào [sửa] Tế bào prokaryote Prokaryote là nhóm tế bào không có màng nhân. Đây là đặc điểm chính để phân biệt với các tế bào eukaryote. Prokaryote cũng không có các bào quan và cấu trúc nội bào điển hình của tế bào eukaryote. Hầu hết các chức năng của các bào quan như ty thể, lục lạp, bộ máy Golgi được tiến hành trên màng sinh chất. Tế bào prokaryote có 3 vùng cấu trúc chính là: 1. tiên mao (flagella), tiêm mao, hay lông nhung (pili) - các protein bàm trên bề mặt tế bào; 2. vỏ tế bào bao gồm capsule, thành tế bào và màng sinh chất; 3. vùng tế bào chất có chứa DNA genome, các ribosome và các thể vẩn (inclusion body). Các đặc trưng:  Tế bào chất của prokaryote là phần dịch lỏng chiếm hầu hết thể tích tế bào, khuếch tán vật chất và chứa các hạt ribosome nằm tự do trong tế bào.  Màng sinh chất là lớp phospholipid kép phân tách phần tế bào chất với môi trường xung quanh. Màng sinh học này có tính bán thấm, hay còn gọi là thấm có chọn lọc.  Hầu hết các tế bào prokaryote đều có thành tế bào (trừ Mycoplasma, Thermoplasma (archae), và Planctomycetales. Chúng được cấu tạo từ peptidoglycan và hoạt động như một rào cản phụ để chọn lọc những chất vào ra tế bào. Thành tế bào cũng giúp vi khuẩn giữ nguyên hình dạng và không bị tác động của áp suất thẩm thấu trong môi trường nhược trương.
  10.  Nhiễm sắc thể của tế bào prokaryote thường là một phân tử DNA dạng vòng (trừ vi khuẩn Borrelia burgdorferi gây bệnh Lyme). Mặc dù không phải có cấu trúc nhân hoàn chỉnh, DNA được cô đặc trong hạch nhân. Tế bào prokaryote còn chứa những cấu trúc DNA ngoài nhiễm sắc thể gọi là plasmid, nó cũng có dạng vòng nhưng nhỏ hơn DNA nhiễm sắc thể. Trên các plasmid thường chứa các gene có chức năng bổ sung, ví dụ kháng kháng sinh.  Tế bào prokaryote mang các tiên mao giúp tế bào di chuyển chủ động trong môi trường. [sửa] Tế bào eukaryote Tế bào eukaryote thường lớn gấp 10 lần (về kích thước) so với tế bào prokaryote do đó gấp khoảng 1000 lần về thể tích. Điểm khác biệt quan trọng giữa prokyryote và eukaryote là tế bào eukaryote có các xoang tế bào được chia nhỏ do các lớp màng tế bào để thực hiện các hoạt động trao đổi chất riêng biệt. Trong đó, điều tiến bộ nhất là việc hình thành nhân tế bào có hệ thống màng riêng để bảo vệ các phân tử DNA của tế bào. Eukyryote là chữ Latin có nghĩa là có nhân thật sự. Tế bào eukaryote thường có những cấu trúc chuyên biệt để tiến hành các chức năng nhất định, gọi là các bào quan. Các đặc trưng gồm:  Tế bào chất của eukaryote thường không nhìn thấy những thể hạt như ở prokyryote vì rằng phần lớn ribosome của chúng được bám trên mạng lưới nội chất.  Màng tế bào cũng có cấu trúc tương tự như ở prokaryote tuy nhiên thành phần cấu tạo chi tiết lại khác nhau một vài điểm nhỏ. Chỉ một số tế bào eukaryote có thành tế bào.  Vật chất di truyền trong tế bào eukaryote thường gồm một hoặc một số phân tử DNA mạch thẳng, được cô đặc bởi các protein histone tạo nên cấu trúc nhiễm sắc thể. Mọi phân tử DNA được lưu giữ trong nhân tế bào với một lớp màng nhân bao bọc. Một số bào quan của eukaryote có chứa DNA riêng.  Một vài tế bào eukaryotes có thể di chuyển nhờ tiêm mao hoặc tiên mao. Những tiên mao thường có cấu trúc phức tạp hơn so với prokaryote. [sửa] Các quá trình chức năng của tế bào [sửa] Sinh trưởng và trao đổi chất của tế bào Bài chính: Sinh trưởng tế bào, Trao đổi chất tế bào
  11. Giữa những lần phân bào, các tế bào thực hiện hàng loạt quá trình trao đổi chất nội bào nhằm duy trì sự tồn tại cũng như sinh trưởng của mình. Trao đổi chất là các quá trình mà tế bào xử lý hay chế biến các phân tử dinh dưỡng theo cách riêng của nó. Các quá trình trao đổi chất được chia làm 2 nhóm lớn:  1) quá trình dị hóa (catabolism) nhằm phân huỷ các phân tử hữu cơ phức tạp để thu nhận năng lượng (dưới dạng ATP) và lực khử;  2) quá trình đồng hóa (anabolism) sử dụng năng lượng và lực khử để xây dựng các phân tử hữu cơ phức tạp, đặc thù và cần thiết. Một trong các con đường trao đổi chất quan trọng là đường phân (glycolysis), con đường này không cần oxy. Mỗi một phân tử glucose trải qua con đường này sẽ tạo thành 4 phân tử ATP và đây là phương thức thu nhận năng lượng chính của các vi khuẩn kị khí. Đối với các sinh vật hiếu khí, các phân tử pyruvat, sản phẩm của đường phân, sẽ tham gia vào chu trình Kreb (hay còn gọi là chu trình TCA) để phân huỷ hoàn toàn thành CO2, đồng thời thu nhận thêm nhiều ATP. Ở sinh vật eukaryote, chu trình TCA tiến hành trong ty thể trong khi sinh vật prokaryote lại tiến hành ở ngay tế bào chất. [sửa] Hình thành các tế bào mới Bài chính: Phân bào
  12. Sơ đồ quá trình sinh tổng hợp protein Trong vùng chất nhân (xanh nhạt), các gene (DNA, xanh sẫm) được phiên mã thành những phân tử RNA. Sau khi thực hiện các sửa đổi sau phiên mã, phân tử mRNA trưởng thành (đỏ) được vận chuyển ra tế bào chất (hồng) để tiến hành tổng hợp protein tại đây. Các ribosome tiến hành dịch mã của mRNA nhờ mối liên kết hydro theo nguyên tắc bổ sung giữa bộ ba mã sao trên mRNA với bộ ba đối mã trên tRNA tương ứng. Những phân tử protein (đen) sau khi được tổng hợp thường được tiến hành một số sửa đổi cho phù hợp với chức năng, ví dụ gắn thêm các gốc đường (da cam) Phân bào là quá trình sinh sản từ một tế bào (gọi là tế bào mẹ) phân chia thành hai tế bào non. Đây là cơ chế chính của quá trình sinh trưởng của sinh vật đa bào và là hình thức sinh sản của sinh vật đơn bào. Những tế bào prokaryote phân chia bằng hình thức phân cắt
  13. (binary fission) hoặc nảy chồi (budding). Tế bào eukaryote thì sử dụng hình thức phân bào là nguyên phân (mitosis) (một hình thức phân bào có tơ). Những tế bào lưỡng bội thì có thể tiến hành giảm phân để tạo ra tế bào đơn bội. Những tế bào đơn bội đóng vai trò giao tử trong quá trình thụ tinh để hình thành hợp tử (lưỡng bội). Trong phân bào, quá trình nhân đôi DNA (dẫn đến nhân đôi nhiễm sắc thể) đóng vai trò cực kỳ quan trọng và thường diễn ra tại kỳ trung gian giữa các lần phân chia. [sửa] Sinh tổng hợp protein Bài chính: Sinh tổng hợp protein Sinh tổng hợp protein là quá trình tế bào tổng hợp những phân tử protein đặc trưng và cần thiết cho hoạt động sống của mình. Quá trình phiên mã là quá trình tổng hợp những phân tử RNA thông tin dựa trên trình tự khuôn của DNA. Trên khuôn mRNA mới được tạo ra, một phân tử protein sẽ được tạo thành nhờ quá trình dịch mã. Bộ máy tế bào chịu trách nhiệm thực hiện quá trình tổng hợp protein là những ribosome. Ribosome được cấu từ từ những phân tử RNA ribosome và khoảng 80 loại protein khác nhau. Khi các tiểu đơn vị ribosome liên kết với phân tử mRNA thì quá trình dịch mã được tiến hành. Khi đó, ribosome sẽ cho phép một phân tử RNA vận chuyển (tRNA) mang một loại amino acid đặc trưng đi vào. tRNA này bắt buộc phải có bộ ba đối mã có trình tự bổ sung với bộ ba mã sao trên mRNA. Các amino acid lần lượt tương ứng với trình tự các bộ ba nucleotide trên mRNA sẽ liên kết với nhau để tạo thành một chuỗi polypeptide. [sửa] Nguồn gốc tế bào Bài chính: Nguồn gốc sự sống Nguồn gốc tế bào cũng chính là nguồn gốc sự sống, và là những bước quan trọng nhất trong quá trình tiến hóa sự sống. Sự xuất hiện tế bào chính là bước đánh dấu chuyển biến từ thế giới hóa học vô sinh để bắt đầu sự sống sinh vật. [sửa] Tế bào đầu tiên Sự xuất hiện tế bào đầu tiên (giọt coaseva) được đánh dấu bởi việc hình thành lớp màng tế bào bao quanh những phân tử nucleic acid. Điều này tạo ra hai lợi thế chọn lọc là:
  14.  bảo vệ nguyên sinh chất bên trong và  sử dụng các thành quả từ các hoạt động hóa sinh do các protein/enzyme do nucleic acid mã hóa [sửa] Nguồn gốc tế bào eukaryote Tế bào eukaryote được cho rằng tiến hóa từ sự cộng sinh của các tế bào prokaryote. Điều rõ ràng là các bào quan chứa DNA như ty thể hay lục lạp là những phần cộng sinh của một nhóm vi khuẩn hiếu khí (ty thể) hay vi khuẩn lam (lục lạp) cổ xưa. Phần còn lại của tế bào được giả thuyết là có nguồn gốc từ tế bào archaea. Đây là nội dung của thuyết nội cộng sinh Tuy nhiên, vẫn còn nhiều tranh cãi về nguồn gốc của những bào quan như hydrogenosome có phải là nguồn gốc của ty thể hay ngược lại; xen thuyết hydro về nguồn gốc tế bào eukaryote.
  15. bai 2 Như nguyên tử là đơn vị của hóa học, tế bào là những khối dựng lên sự sống. 3 tuyên bố sau hình thành nên thuyết tế bào: -tế bào là đơn vị căn bản của sự sống -tất cả mọi sinh vật đều cấu tạo từ tế bào -tất cả tế bào đều từ tế bào Tế bào được cấu tạo từ những phân tử nước và những phân tử lớn, nhỏ mà chúng ta đã học trong 2 chương trước. Mỗi tế bào chứa ít nhất 10,000 loại phân tử khác nhau, hầu hết chúng tồn tại ở nhiều bản sao. Tế bào dùng những phân tử này để vận chuyển vật chất và năng lượng, để đáp ứng với môi trường, và để sao chép chính chúng. Thuyết tế bào có 3 ý quan trọng: 1. Nghiên cứu sinh học tế bào cũng giống như nghiên cứu về sự sống. Nguyên tắc cơ bản là chức năng của tế bào đơn như vi khuẩn cũng giống như 60 nghìn tỉ tế bào trong cơ thể bạn. 2. Sự sống luôn tiếp diễn.Tất cả những tế bào trong cơ thể bạn đều bắt đầu từ 1 tế bào đơn, trứng được thụ tinh, từ sự giao hợp của 2 tế bào là tinh trùng từ bố và trứng từ mẹ. 3. Nguồn gốc của sự sống trên Trái đất được đánh dấu bởi nguồn gốc của tế bào đầu tiên. Vào những năm 1920, nhà khoa học người Nga Alexander Oparin đã phối trộn 1 lượng lớn protein và polysaccharide vào dung dịch. Khi ông lắc mạnh hỗn hợp, những bong bong hình thành. Ông ta có thể làm điều đó với những polymer khác. Nồng độ các chất cao phân tử bên trong những bong bóng cao hơn ở môi trường xung quanh. Hơn nữa, chúng còn xúc tác các phản ứng hóa học, và điều khiển cái gì rời khỏi và vượt qua đường biên vào môi trường. Nói cách khác, đó là protobiont (là tập hợp các phân tử mà không có khả năng sinh sản nhưng môi trường hóa học bên trong chúng khác với môi trường xung quanh). Sau đó, những nhà nghiên cứu khác cho thấy nếu trộn lipid vào môi trường nước, thì chúng sẽ tự sắp xếp thành những giọt nhỏ được bao quanh bởi lớp đôi. Xảy ra đồng thời với mô hình hóa học tiền sự sống và giả thuyết RNA được mô tả trong chương 3, những thí nghiệm này đưa ra giả thuyết ảo tưởng cho nguồn gốc tế bào. Kích thước tế bào được giới hạn bởi tỷ lệ bề mặt và thể tích Hầu hết tế bào rất nhỏ, thể tích tế bào trong khoảng từ 1-1000m3. Ngoại trừ trứng 1 vài loài chim rất to lớn, 1 vài tế bào đặc biệt của vài loài tảo và vi khuẩn đủ lớn để có thể thấy bằng mắt thường. Và mặc dù những nơron (tế bào thần kinh) có thể tích nằm trong khoảng của tế bào bình thường,nhưng mà những phần phát xuất từ chúng có thể dài hàng mét, mang tín hiệu từ 1 phần đến phần khác trong động vật lớn. Nhưng nhìn chung, tế bào rất nhỏ. Sự gia tăng kích thước tế bào là nguyên nhân của sự thay đổi tỉ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích (S/V)của bất cứ vật thể nào. Khi tế bào tăng thể tích, diện tích bề mặt của nó cũng tăng nhưng quy mô của nó không thay đổi. Tại sao các tế bào luôn nhỏ
  16. Hiện tượng này có ý nghĩa sinh học to lớn vì 2 lý do sau: - Thể tích tế bào xác định khoảng hoạt động hóa học mà nó có thể hoạt động trên một đơn vị thời gian. - Diện tích bề mặt của tế bào xác định lượng chất tế bào lấy từ môi trường ngoài và lượng sản phẩm thải ra môi trường. vì thế khi một tế bào tăng trưởng lớn hơn thì tỉ lệ giữa chất thải tạo ra và nguồn vật chất cần hấp thụ tăng nhanh hơn nhiều so với sự gia tăng của diện tích bề mặt, do đó điều này giải thích tại sao những sinh vật lớn thì có nhiều tế bào nhỏ, vì khi thể tích nhỏ thì diện tích bề mặt trao đổi của chúng lớn, ở những cơ thể đa bào thì do được cấu tạo nhiều tế bào nhỏ khác nhau dẫn đến diện tích trao đổi lớn do đó chúng có thể thực hiện các chức năng cần thiết cho sự sống đặc biệt là vận chyển thức ăn, oxy, thải bả đi và đến từng tế bào bên trong cơ thể sinh vật và với môi trường bên ngoài. Sự cần thiết của kính hiển vi trong quan sát tế bào Hầu hết các tế bào không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Một vật thể nhỏ nhất mà mắt một người bình thường có thể nhìn thấy được là khoảng 0.2 mm (200 um). Chúng ta gọi đó là độ phân giải (resolution), tức giới hạn nhỏ nhất mà người ta phân biệt được 2 điểm kề sát nhau, không chập lại thành một. Rất nhiều tế bào có kích thước nhỏ hơn 200 um. Kính hiển vi là dụng cụ thường được sử dụng để cải thiện độ phân giải giúp cho việc quan sát được tế bào và các cấu trúc bên trong của nó. Có 2 lại kính hiển vi cơ bản: kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử. Kính hiển vi quang học (light microscope – LM) sử dụng thấu kính thủy tinh và ánh sáng nhìn thấy được để phóng đại vật thể. Nó có thể phân giải một điểm khoảng 0.2 um gấp 1000 lần độ phân giải của mắt người. Nó cho phép chúng ta có thể hình dung được hình dáng, kích cỡ và một số cấu trúc bên trong tế bào. Các tế bào dưới ánh sáng bình thường sẽ khó phân biệt các chi tiết cấu trúc nên tế bào thường bị làm chết và nhuộm với các chất nhuộm màu khác nhau để các cấu trúc nổi bật lên dễ cho việc quan sát kỹ. Kính hiển vi điện tử (electron microscope – EM) sử dụng nam châm để tập trung chùm eletron, giống như kính hiển vi quang học sử dụng thấu kính thủy tinh để tập trung chùm ánh sáng. Bởi vì chúng ta không thể nhìn thấy điện tử, kính hiển vi điện tử sẽ hướng chúng đến một màn huỳnh quang hoặc chụp ảnh để tạo nên hình ảnh có thể nhìn thấy được. Độ phân giải một điểm của kính hiển vi điện tử là khoảng 0.5 nm, gấp 400.000 lần so với mắt người. Độ phân giải này cho phép phân biệt đến chi tiết các cấu trúc dưới mức tế bào (subcellular). Ngoài kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử, rất nhiều kỹ thuật đã và đang được nghiên cứu, phát triển nhằm tăng cường khả năng quan sát tế bào hơn nữa. Màng sinh chất (plasma membrane) bao quanh tế bào Như chúng ta đã biết, màng sinh chất phân cách mỗi tế bào với môi trường của nó (tạo một ngăn riêng (nhưng không bị cô lập). Màng sinh chất cấu tạo từ lớp đôi phospholipid với một đầu kị nước có lipid quay vào và các nhóm ưa nước quay ra ngoài (như hình 3.2). Protein được gắn vào lipid. Trong nhiều trường hợp, các protein này nhô ra tế bào chất hoặc vào môi trường ngoại bào. Vấn đề về cấu trúc và chức năng của màng sinh chất sẽ được tập trung làm rõ chi tiết ở Chương 5. Ở chương này chỉ tóm tắt vai trò của màng sinh chất: + Màng tế bào cho phép duy trì môi trường không đổi bên trong tế bào (constant internal environment), một sự tự duy trì, việc
  17. duy trì môi trường không đổi bên trong tế bào là một đặc tính của sự sống sẽ được thảo luận chi tiết ở Chương 41. + Màng tế bào hoạt động như một hàng rào thấm chọn lọc, ngăn cản một số cơ chất thấm qua trong khi cho phép một số cơ chất khác tự do vào và ra khỏi tế bào. + Được xem như ranh giới giữa tế bào với môi trường bên ngoài. Màng sinh chất quan trọng trong việc trao đổi với các tế bào lân cận và nhận các tín hiệu ngoại bào. Chúng ta sẽ mô tả chức năng này trong Chương 15. + Màng sinh chất thường mang các phân tử thò ra khỏi tế bào chịu trách nhiệm cho việc nối và bám chặt với các tế bào lân cận. Hai kiểu tổ chức tế bào Tổ chức tế bào tiền nhân (Prokaryotic cell organization). Vi khuẩn (Bacteria) và cổ vi khuẩn (Archaea) có đặc điểm thuộc tổ chức này và được gọi là các tế bào Prokaryotae. Những tế bào này không có cấu trúc màng nhân bên trong. Tế bào đầu tiên được hình thành rõ ràng là tương tự với cấu trúc của các tế bào Prokaryotae hiện có này. Tổ chức tế bào nhân thật (Eukaryotic cell organization). Nhóm này bao gồm sinh vật đơn bào, thực vật, nấm và động vật. Vật liệu di truyền (DNA) của tế bào Eukaryote chứa đựng nhân điển hình và có màng nhân bao quanh. Tế bào Eukaryote còn chứa các ngăn có màng khác mà nơi đó các phản ứng hóa học đặc biệt diễn ra. Tế bào nhân sơ Prokaryota Các sinh vật nhân sơ sống nhờ các nguồn năng lượng phong phú và khác hơn nhiều so với các sinh vật sống khác, chúng còn cư trú trong các môi trường khắc nghiệt như trong các suối nước nóng hay khu vực nước có độ mặn rất cao. Khả năng thích nghi cao của sinh vật nhân sơ sẽ là chủ đề của chương 27. Tế bào nhân sơ nhìn chung nhỏ hơn các tế bào nhân chuẩn, chúng có kích thước khoảng từ 0.25x1.2 µm đến 1.5x4 µm. Mỗi sinh vật nhân chuẩn là các cơ thể đơn bào nhưng nhiều loại nhân chuẩn hình thành các chuỗi, các tập đoàn nhỏ hay các tập đoàn lớn tới hàng trăm cá thể. Trong phần này chúng ta sẽ xem xét đầu tiên các đặc điểm mà có cả ở vi khuẩn và cổ khuẩn nói chung. Sau đó chúng ta sẽ nghiên cứu các đặc điểm cấu trúc chỉ thấy được ở một số loài nhân chuẩn. Hình4.5:Tế bào Procaryote_cấu trúc tế bào vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa Các đặc điểm đặc trưng của tế bào nhân sơ Tất cả các tế bào nhân chuẩn đều có chung các đặc điểm cấu trúc cơ bản: - Màng sinh chất kiểm soát quá trình trao đổi chất giữa bên trong và bên ngoài tế bào, ngăn cách tế bào với môi trường xung quanh. - Thể nhân chứa vật chất di truyền (ADN) của tế bào. Phần bên trong của màng sinh chất được gọi là tế bào chất. Tế bào chất được hình thành từ hai phần: dịch bào lỏng và các tiểu phần không hòa tan lơ lửng, có cả các riboxom. - Dịch bào chủ yếu là nước chứa các ion hòa tan, các phân tử nhỏ và các đại phân tử có khả năng hòa tan như các protein. - Các Riboxom là các hạt nhỏ đường kính chừng 25nm là nơi diễn ra
  18. sinh tổng hợp protein. Tế bào chất không phải là môi trường tĩnh, các chất trong dó liên tục chuyển động trong môi trường có nước. Ví dụ như một protein đặc trưng chuyển động xung quanh một tế bào trong vòng 1 phút và nó cũng gặp rất nhiều các phân tử khác trong hành trình của mình. Mặc dù có cấu trúc không phức tạp bằng các tế bào nhân chuẩn nhưng tế bào nhân sơ có chức năng phức tạp, nó thực hiện hàng nghìn các biến đổi sinh hoá. Một số tế bào nhân sơ có đặc điểm đặc biệt Trong quá trình tiến hóa một vài sinh vật nhân sơ phát triển các cấu trúc đặc biệt. Đó là các ưu thế chọn lọc mà chúng mang đến cho những tế bào chứa chúng. Các cấu trúc này bao gồm một thành tế bào bảo vệ, một màng trong ngăn tế bào trong các phản ứng sinh hóa và các tiêm mao giúp tế bào vận chuyển trong môi trường nước. Các đặc điểm này được mô tả ở hình 4.5 và 4.6 Thành tế bào Hầu hết sinh vật nhân sơ có một thành tế bào bao bọc bên ngoài màng sinh chất. Tính cứng của thành nâng đỡ tế bào và quyết định hình dạng của tế bào. Thành tế bào của hấu hết các vi khuẩn (không xét đến cổ khuẩn) chứa peptidoglycan, một polyme của amin và các loại đường liên kết đồng hóa trị với một dạng đơn phân khổng lồ bao quanh tế bào. Ở một số vi khuẩn còn có một lớp màng khác ở bên ngoài (màng polysaccarit giàu photpholipit) kèm theo với màng peptidoglycan. Không giống như màng sinh chất, màng ngoài này không có tính thấm và một vài polysaccarit của nó chứa chất độc gây bệnh. Cùng với thành tế bào một số vi khuẩn còn có lớp màng nhầy tạo thành chủ yếu từ polysaccarit được xem như là cái vỏ của vi khuẩn. Vỏ của một số loại vi khuẩn có thể bảo vệ chúng khỏi sự tấn công của tế bào bạch cầu trong cơ thể các động vật mà chúng xâm nhập. Nhiều nhân sơ không có vỏ hay đã mất vỏ nhưng chúng vẫn tồn tại được, như vậy cái vỏ không phải là thiết yếu đối với đời sống nhân sơ. Trong chương này bạn sẽ gặp tế bào nhân chuẩn ở thực vật cũng có thành nhưng thành này khác với thành tế bào nhân sơ cả về cấu trúc và chức năng. Hệ màng trong Một số nhóm của vi khuẩn – Vi khuẩn lam và các nhóm khác – có khả năng quang hợp. Trong các vi khuẩn quang hợp, lớp màng plasma cuộn gấp trong tế bào chất và tạo nên hệ màng trong đó có chứa chlorophyl của vi khuẩn và các hợp chất khác cần thiết cho quang hợp. Quá trình quang hợp ở vi khuẩn, thường do các màng trong tế bào, là một bằng chứng quan trọng trong tiến hoá của sự sống trên trái đất. Một số loại sinh vật tiền nhân có màng trong gấp nếp vẫn đính vào màng plasma. Các mesosome tạo nên cấu trúc trong phân chia tế bào hoặc trong các phản ứng chuyển hóa năng lượng. Roi và pili Một số prokaryotes bơi bằng cách sử dụng phần phụ được gọi là roi (flagella) (hình 4.6 a, c). Một cái roi được cấu tạo bằng một loại protein gọi là flagellin, lúc đó nhìn nó giống như là xoắn lại rất nhỏ. Nó quay tròn quanh trục của nó như là cái chân vịt tàu thủy, đưa tế bào tiến lên. Roi như một cái mỏ neo gắn vào màng plasma và trong một số vi khuẩn, cho đến tận vách tế bào. Chúng ta biết rằng cái roi làm tế bào di động bởi nếu bỏ nó đi, thì tế bào không thể chuyển động. Pili là một cấu trúc lồi ra bề mặt của một số nhóm vi khuẩn (hình 4.6b). Ngắn hơn roi, nó dài và mảnh giúp vi khuẩn bám vào một vật khác như một lớp đệm, như là tế bào động vật để bảo vệ và ăn. Bộ khung của tế bào Các bằng chứng gần đây chứng tỏ rằng một số loại sinh vật tiền nhân, đặc biệt là vi khuẩn hình que, có một cấu trúc dạng sợi
  19. xoắn nằm phía trong màng plasma. Các protein tạo nên cấu trúc này được cấu tạo bởi các trình tự amino axit tương tự như sợi actin ở tế bào nhân thật, và từ lúc đó actin là một thành phần của bộ khung của các tế bào này (xem bên dưới), điều đó chứng tỏ rằng các sợi xoắn của tế bào tiền nhân đóng vai trò tạo nên hình dạng của tế bào. Tế bào của sinh vật có nhân chuẩn Tế bào động vật, thực vật, nấm và protists thường lón hơn và cấu trúc phức tạp hơn tế bào procaryotes. Xem hình 4.5 và 4.7 để thấy rõ sự khác nhau giữa tế bào của sinh vật có nhân chuẩn và tế bào của sinh vật chưa có nhân điển hình Tế bào eucaryote thường lớn gấp 10 lần tế bào procaryote, ví dụ, tế bào hình cầu nấm kích thước 8 µm. Tương tự tế bào procaryote, tế bào eucaryote bao gồm tế bào chất (cytoplasm), màng sinh chất(plasma membrane) và ribosome. Ngoài các thành phần cơ bản trên,trong tế bào chất của eucaryote còn có các khoang mà thành phần trong các khoang này được ngăn cách với tế bào chất bằng một màng. Hình4.7 :Tế bào Eucaryote Sự ngăn cách các khoang trong tế bào Eucaryote: chìa khoá chức năng tế bào Eucaryote Một vài khoang trong tế bào eucaryote có chức năng tương tự như một nhà máy sản xuất các sản phẩm đặc biệt, một số khác thì như nhà máy năng lượng, ví dụ như thực vật chúng sử dụng năng lượng ở một dạng khác (năng lượng ánh sáng) rồi chuyển chúng sang dạng năng lượng hữu dụng hơn (hóa năng). Những khoang có màng (dùng để phân biệt với các khoang không màng như ribosome) đều được gọi là các bào quan (organelles). Mỗi bào quan này đều có vai trò đặc biệt trong tế bào và vai trò này phụ thuộc vào các các phản ứng hóa học xảy ra do chúng đảm nhiệm. Nhân (nucleus) chứa vật chất di truyền (DNA), sự nhân đôi chất liệu di truyền và bước đầu tiên trong quá trình giải mã thông tin di truyền diễn ra ở thể nhân . Ty thể (mitochonrion) là nơi năng lượng tổng hợp dự trữ dưới dạng các liên kết carbon được biến đổi sang dạng sử dụng của tế bào (ATP) và không thể thiếu trong phản ứng trao đổi sinh hoá acid amin và acid béo. Màng nội chất và bộ máy golgi (the endoplasmic reticulum and Golgi apparatus) là thành phần nơi protein được đóng gói và chuyển đến các phần tuơng ứng trong tế bào. Tiêu thể và không bào (lysosomes and vacuoles) là hệ thống tiêu hóa các đại phân tử thành những đơn phân tử. Lục lạp (choroplast) nơi diễn ra quá trình quang hợp (photosynthesis) Các màng bao quanh các bào quan có hai chức năng chính : Thứ nhất , giữ các phân tử trong bào quan cách xa các phân tử trong tế bào tránh cho chúng xảy ra các phản ứng không thích hợp. Thứ hai các màng này hoạt động như yếu tố kiểm soát, cho các nguyên liệu chính vào trong bào quan và thải những sản phẩm
  20. cảu chúng ra tế bào chất. Các bào quan có thể được nghiên cứu bởi kính hiển vi hoặc phân lập trong phân tích hóa học Những bào quan lần đầu tiên được phát hiện bởi kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử. Tác dụng của chất nhuộm màu lên các đại phân tử cụ thể đã cho phép các nhà sinh học tế bào có thể định tính được cấu tạo hóa học của các bào quan. Bên cạnh kính hiển vi, một phương pháp khác cũng được sử dụng. Đó là sự phân đoạn tế bào. Phương pháp này bắt đầu bằng cách phá hủy màng tế bào, điều này cho phép các thành phần của tế bào chất có thể đựng trong một ống thí nghiệm. Những bào quan khác nhau có thể được phân lập sau đó dựa trên sự khác biệt về kích thước hay tỉ trọng.Sự phân tích hóa sinh có thể tiến hành trên các bào quan riêng biệt. Kính hiển vi và sự phân đoạn tế bào đã bổ sung lẫn nhau, mở ra một bức tranh hoàn chỉnh về cấu trúc và chức năng của từng bào quan. Những bào quan xử lý thông tin Các sinh vật sống được là nhờ vào sự xử lý các thông tin- bên trong cơ thể, tín hiệu ngoài môi trường và lưu trữ các tín hiệu- để đáp ứng với việc thay đổi các điều kiện bên ngoài và giữ ổn định môi trường bên trong tế bào. Trong tế bào thông tin được lưu trữ trong trình tự DNA. Hầu hết DNA ở tế bào eukaryote gói gọn trong nhân. Thông tin được dịch mã từ DNA sang protein tại robosome. Quá trình này được trình bày kỹ lưỡng ở chương 12. Nhân tế bào chứa hầu hết DNA của tế bào Nhân tế bào là loại bào quan lớn nhất trong tế bào . Nhân của hầu hết tế bào động vật khoảng 5µm gần như là lớn hơn rất nhiều so với toàn bộ tế bào prokaryote. Nhân tế bào Nhân có 1 số vai trò trong tế bào như -Là nơi diễn ra quá trình nhân đôi DNA -Nhân là nơi chứa thông tin di truyền điều khiển mọi hoạt động sống của tế bào -Có một vùng được gọi là nhân con là nơi bắt đầu tổng hợp ribosome từ protein đặc hiệu và RNA Nhân được bao bọc bởi hai màng, kết hợp với nhau để thành màng nhân. Giữa hai màng nhân có một khỏang trống khoảng 10- 20 nm, trên màng nhân có các lỗ màng nhân có diện tích khoả 9nm, lỗ màng nhân này có nhiệm vụ làm cầu nối giữa bên trong nhân và tế bào chất. Tại những lỗ này màng ngoài của màng nhân dính trực tiếp với màng trong. Mỗi lỗ được bao bọc bởi một giếng có cấu tạo từ tám protein xếp thành những hạt nhỏ trong một hình bát giác nơi mà màng trong và màng ngoài kết hợp với nhau. RNA và protein đi qua những lỗ này để vào hoặc ra khỏi nhân
Đồng bộ tài khoản