Bài giảng Sinh lý tế bào thực vật Chương 1: Tổng quan kiến thức

11/8/2013

CHƢƠNG I – SINH LÝ TẾ BÀO THỰC VẬT

dậu

Lá

Thân

Rễ

dậu

Gỗ

Libe

Mô khuyết (xốp)

1 11/8/2013

1. Cấu trúc và chức năng sinh lý của tế bào

Thành phần hoá học 75- 85% nước 10- 12% protide 2- 3% lipide 1% glucide gần 1% muối các hợp chất khác

(Màng không bào)

(Không bào)

(Nhân)

(Màng nhân)

(Nhân con)

(chất nhiễm sắc)

(Ty thể)

Mạng lưới nội chất (có hạt và trơn)

(Thành sơ cấp)

(màng sinh chất)

(Lớp giữa)

(Thể Golgi)

(Thành tế bào)

(Thành sơ cấp)

(Lục lạp)

• Có tính toàn năng: tạo ra 1 cơ thể thực vật hoàn chỉnh từ 1

1.1 Thành tế bào (cell wall)

tế bào riêng lẻ

Lỗ nhỏ

Thành sơ cấp Lớp giữa

Cấu tạo bởi carbohydrate (cellulose, pectin, polysaccharide)

Thành sơ cấp

Thành thứ cấp

Màng sinh chất

2 11/8/2013

Lớp giữa

Màng sinh chất

Các phân tử protein trên mặt ngoài lưới nội chất

Thành tế bào

(Bản giữa) (Thành sơ cấp) (Thành thứ cấp)

Màng không bào Tế bào chất

Lưới nội chất

Không bào

Sợi liên bào

Màng hình ống

Các phân tử protein nằm bên trong lưới nội chất

Các phân tử protein nằm ở mặt trong màng sinh chất

• Thành tế bào khá vững chắc (nhờ có cellulose) bao bọc

xung quanh

Rhamnogalacturonan I (một loại pectin)

Lớp giữa

Pectin

Thành sơ cấp

Màng sinh chất

Glycan liên kết chéo (polysaccharide) Vi sợi cellulose

Vi sợi cellulose

1) Thành sơ cấp (primary cell wall)

• Được tạo ra bởi những bó sợi lớn, trong bó sợi lớn có nhiều bó sợi nhỏ (vi sợi), bên trong vi sợi là những cellulose

• Các bó sợi được sắp xếp lộn xộn  tăng độ mềm dẻo

Protein cấu trúc

Sự sắp xếp của các thành phần chính cấu trúc nên thành sơ cấp. Vi sợi cellulose được bọc bởi các hemicellulose (chẳng hạn như xyloglucan). Hemicellulose cũng có thể liên kết chéo các vi sợi này với vi sợi khác. Các pectin hình thành gel đan xen cài vào nhau, có thể tương tác với các protein cấu trúc (Brett và Waldron, 1996)

Thành tế bào

Bó sợi cellulose

Sợi

sợi

Tế bào thực vật

Vi sợi

Bó sợi

Chuỗi phân tử cellulose

3 11/8/2013

Lớp giữa (bản giữa) chứa pectin (chất keo)

2) Thành thứ cấp (secondary cell wall)

• Được hình thành khi tế bào ngừng sinh trưởng. Hình thành từ ‘thành sơ cấp’ hướng vào phía trong tế bào

Thành sơ cấp

Thành thứ cấp

Màng sinh chất

• 60% cellulose. Các bó sợi được xếp song song  tăng mức độ bền vững

Với cấu trúc này, thành tế bào mất khả năng sinh trưởng

(dãn) nhưng nước và các chất tan vẫn thấm qua dễ dàng.

1.2 Không bào (vacuole)

Chất nhiễm sắc Nhân con Màng nhân

Thành thứ cấp

Nhân Mạng lưới nội chất có hạt (gấp nếp) Trung thể Mạng lưới nội chất không hạt

Thành sơ cấp

Ribosomes

Lớp giữa

Vi sợi Sợi trung gian

Vi ống

Không bào và màng không bào Hệ Golgi Khung tế bào

Màng tế bào

Tế bào chất

Thành tế bào

Ty thể Peroxisome Màng sinh chất Lục lạp Thành tế bào Sợi liên bào Thành tế bào bên cạnh

1.3 Chất nguyên sinh (plasma)

Không bào

+ H2O

- H2O

(A) Tế bào trương nước

(B) Tế bào chất co lại

4 11/8/2013

1) Hệ thống màng (membrane)

Màng sinh chất

• Màng quan trọng nhất: là màng sinh chất (plasma

Các thành tế bào tiếp giáp nhau

membrane)

• các màng khác bao bọc quanh các cơ quan tử như nhân,

lục lạp, ty thể…

• Màng cũng tạo nên các khoang nội bào như màng lưới nội chất (ER) trong tế bào chất và thylakoid trong lục lạp.

• Màng cũng có thể dùng làm các dàn đỡ cho một số protein

• Gồm 2 lớp phospholipid đầu ưa nước hướng ra ngoài, đầu kỵ nước hướng vào trong và các protein nằm xen kẽ (cấu trúc khảm), đôi lúc có các phân tử Carbonhydrate. • Trên màng có nhiều lỗ nhỏ với đường kính khoảng 0,8 nm • Khi nhiệt độ tăng cao  các lipid chảy lỏng, mềm ra gây nên hiện tượng biến tính tế bào  rò rỉ ion

trong tế bào

NGOÀI TẾ BÀO

Protein hình mỏ neo

(a) (b)

Lớp kép phospholipid

Đầu ưa nước Thành tế bào Màng

Ngoài tế bào

Lớp kép Phospholipid

Đuôi kỵ nước Đầu ưa nước

Liên kết amide

Đuôi kỵ nước

Acid béo-Protein hình mỏ neo

Prenyl lipid-Protein hình mỏ neo

Đầu ưa nước Tế bào chất TẾ BÀO CHẤT Protein hợp phần Protein ngoại vi

2) Các bào quan

Nhân (nucleus): (1)

Nhân, Lục lạp chứa DNA, RNA và Ribosome riêng Ty thể  di truyền độc lập

Thành phần hóa học: + DNA + RNA + Protein.

5 11/8/2013

Chất nhiễm sắc Nhân con Màng nhân

Lỗ nhân

TẾ BÀO CHẤT

Vòng ngoài

Vi sợi Sợi trung gian

Sợi

Màng ngoài nhân

Vi ống

Vòng quay

Nhân Màng nhân Mạng lưới nội chất có hạt (gấp nếp) Trung thể Mạng lưới nội chất không hạt Nhân con Ribosomes Chất nhiễm sắc Không bào và màng không bào Hệ Golgi Khung tế bào

Vòng nhân

Màng trong nhân

Giỏ

Vận chuyển trung tâm

DỊCH NHÂN

Ty thể Peroxisome Màng sinh chất Lục lạp Thành tế bào Sợi liên bào Thành tế bào bên cạnh

Chuỗi DNA xoắn kép

Lạp thể (50-100)

Cầu nối DNA

• làm nhiệm vụ tổng hợp và tích lũy chất hữu cơ

Chuỗi hạt Nucleosome

• Gồm lục lạp (chloroplast)  quang hợp, sắc lạp

Sợi chromatin (nhiễm sắc) 30nm

Màng ngoài

(chromoplast)  sắc tố như carotenoit (tạo nên màu sắc của hoa, quả) và vô sắc lạp (leucoplast)  tích lũy tinh bột và các chất khác).

Màng trong

Vùng xếp cuộn

Sợi nhiễm sắc nén chặt lại

Thanh sắc thể (chromatid)

Khoảng giữa 2 màng

(Chồng thylakoids)

Nhiễm sắc thể (chromosome) ở Kỳ giữa nhân đôi, nén rất chặt của tế bào đang phân chia

6 11/8/2013

(A)

Màng ngoài

Ty thể (mitochondria) (100)

Chất nền

• Hình cầu hoặc hình que 1-5 µ. Nằm ở mọi nơi. Ở đâu có hoạt động sống mạnh thì ở đó tập trung nhiều ty thể.

• Có cấu tạo màng kép. Ở bên trong màng có chứa các

Màng thylakoid

(màng thylakoid xếp thành các hạt grana chồng lên nhau)

(B)

Khoang bên trong của hạt grana

Chất nền

chuỗi vận chuyển điện tử. Màng trong gấp khúc  tăng S tiếp xúc O2

• Phần giữa của ty thể ở dạng dịch lỏng, chủ yếu chứa các enzyme chu trình Kreb. Là trung tâm năng lượng của tế bào

Màng trong

(50S)

Khoảng trống giữa 2 màng

mRNA

(30S)

• Các tiểu phần ribonucleotit hình cầu (d = 15 nm), tập

Màng ngoài Màng trong

trung xung quanh không bào. Tổng hợp protein.

• Thành phần hoá học: 60% RNA , 40% protein

Chất nền

Răng lược

7 11/8/2013

Cấu trúc protein

Cấu trúc bậc I

Bản gấp nếp β

(a) Cấu trúc cơ bản

Cấu trúc bậc II (bản gấp nếp β) (không trình bày nhóm R)

Cấu trúc bậc II (đường xoắn ốc α) (không trình bày nhóm R)

Khả năng chống chịu của cây đối với điều kiện ngoại cảnh bất thuận gắn liền với tính bền vững của phân tử protein chống lại sự biến tính.  là đặc trưng của các giống có khả năng chống chịu tốt với tác nhân "stress" của môi trường.

(b) Cấu trúc bậc II

(d) Cấu trúc bậc IV

Cấu trúc bậc III

Cấu trúc bậc IV

Tính chất hoá keo của chất nguyên sinh

• Chất nguyên sinh là một dung dịch keo ưa nước rất

mạnh  hút trương rất mạnh  động lực hút nước của tế bào

• Tùy theo mức độ thủy hóa và khả năng hoạt động mà chất nguyên sinh ở trạng thái: sol, coaxevac, hoặc gel.

+ Trạng thái sol: các hạt keo phân tán đồng đều và liên tục trong nước  nguyên sinh chất rất linh động và có hoạt động sống rất mạnh, các quá trình trao đổi chất xảy ra thuận lợi nhất (giai đoạn cây còn non, hoặc lúc ra hoa)

2. Sự trao đổi nước của tế bào thực vật

2.2. Trao đổi nước theo phương thức thẩm thấu

2.1. Cơ chế hút trương của keo nguyên sinh chất (tế bào chưa có không bào - mô phân sinh)

2.2. Cơ chế thẩm thấu (tế bào đã xuất hiện không bào - các mô chuyên hoá):

• Hiện tượng khuếch tán: các phân tử đi từ nơi có nồng độ cao (thế hoá học cao) đến nơi nồng độ thấp (thế hoá học thấp)  cân bằng nồng độ trong toàn hệ thống

8 11/8/2013

Màng

• Màng sinh chất cho phép nước và các chất tan cần thiết

đi qua.  tính thấm chọn lọc

• Hệ thống thẩm thấu kín hoàn toàn.

• Khi tế bào thực vật nằm trong một dung dịch: 3 trường

hợp xảy ra:

(1) C dich bào = C dung dich ngoài tế bào (dung dich đẳng

trương)  tế bào bình thường

(2) C dịch bào < C dung dịch ngoài tế bào (dung dịch ưu

trương)  tế bào mất nước  hiện tượng co nguyên sinh

phản co nguyên sinh: phục hồi

BÊN NGOÀI TẾ BÀO

Phân tử nước

• C dịch bào > C dung dịch ngoài tế bào (dung dịch

Lỗ màng (chỉ

nhược trương)  tế bào hút nước

cho nước qua)

S = П – P

Lớp màng kép

S: sức hút nước của tế bào (atm) П : Áp suất thẩm thấu của dịch bào P: sức trương của tế bào

TẾ BÀO CHẤT

Sự trao đổi nước ở cấp độ tế bào

9 11/8/2013

Phân tử cần vận chuyển

3. Sự trao đổi chất tan của tế bào thực vật

Protein vận chuyển

Bơm

Protein kênh

Cao

Màng sinh chất

Khuyếch tán có hỗ trợ

3.1. Cơ chế thụ động (không cần năng lượng):

Khuyếch tán Protein kênh Protein vận chuyển

Năng lượng

Thấp Gradient nồng độ

Có 3 loại protein có chức năng vận chuyển qua màng: kênh, protein vận chuyển và bơm. Kênh và protein vận chuyển có thể điều hòa vận chuyển chất tan thụ động qua màng (bằng cơ chế khuyếch tán và khuyếch tán có hỗ trợ) theo chiều nồng độ. Protein kênh hoạt động như các lỗ trên màng và tính đặc thù của nó được quyết định chủ yếu bởi các đặc tính lý sinh của kênh. Protein vận chuyển buộc chặt phân tử được vận chuyển ở một bên màng và phóng thích nó ở bên kia màng. Vận chuyển chủ động sơ cấp được tiến hành bởi các bơm và sử dụng năng lượng thường trực tiếp

Vận chuyển thụ động (theo chiều nồng độ)

Vận chuyển chủ động sơ cấp (ngược chiều nồng độ)

từ sự thủy phân ATP để bơm các chất tan ngược chiều nồng độ.

3.2. Cơ chế chủ động (cần năng lượng)

Protein bơm (sơ cấp) Protein vận chuyển thứ cấp

Symport (2 chất cùng chiều) Antiport (2 chất ngược chiều)

BÊN NGOÀI TẾ BÀO

Màng tế bào

Gradient nồng độ của S và H+

TẾ BÀO CHẤT

Khuyếch tán đơn giản

Các bƣớc trong quá trình vận chuyển một cation ngƣợc với gradient nồng độ nhờ bơm phát sinh điện tử.

Mô hình vận chuyển chủ động thứ cấp.

Protein đính trên màng, gắn cation M+ ở trong tế bào (A) và gắn P (từ ATP) vào (B). P được gắn vào protein làm thay đổi hình dạng protein, làm cho protein giải phóng cation M+ ra bên ngoài tế bào (C). Sau đó, P được phóng thích khỏi protein vào trở lại tế bào chất (D) và bắt đầu chu kỳ bơm điện tích mới.

Các Symporter

Năng lượng cung cấp cho quá trình này trữ ở gradient H+ (mũi tên đỏ bên phải A) và đang được sử dụng để hấp thu chất tan (S) ngược gradient (mũi tên đỏ bên trái A). (A) Ở hình dạng ban đầu, các điểm gắn kết trên protein nằm bên ngoài môi trường và có khả năng gắn một proton vào. (B) Sự gắn kết proton làm thay đổi hình dạng protein cho phép một phân tử S buộc vào. (C) Sự buộc S vào protein làm thay đổi hình dạng protein lần nữa làm cho các điểm gắn kết và phân tử S trên protein hướng vào bên trong tế bào. (D) Sự giải phóng một proton và một phân tử S vào trong tế bào phục hồi hình dạng ban đầu của protein cho phép chu kỳ bơm mới bắt đầu.

BÊN NGOÀI TẾ BÀO

TẾ BÀO CHẤT

Thấp

Cao

Màng sinh chất

Các Antiporter

Protein vận chuyển dòng chảy sucrose

Các bơm H+

Hai ví dụ vận chuyển chủ động thứ cấp nhờ gradient proton của quá trình vận chuyển chủ động sơ cấp. (A) Ở Symport, năng lượng bị tiêu hao khi proton đi trở vào tế bào đồng thời hấp thu một phân tử chất tan (ví dụ đường) vào tế bào (B) Ở Antiport, năng lượng bị tiêu hao kihi proton đi trở vào tế bào đồng thời vận chuyển chủ động một phân tử chất tan (ví dụ Na+) ra ngoài tế bào.

KHÔNG BÀO

Các protein vận chuyển ABC

Màng không bào

Các bơm H+

Kênh chậm

Kênh nhanh

Cao

Thấp

Các quá trình vận chuyển chất tan khác nhau qua màng Cả hai trường hợp, chất tan đều di chuyển ngược chiều nồng độ. Chất tan không mang điện hoặc tích điện sinh chất và đều có thể được vận chuyển bằng cơ chế chủ động thứ cấp. màng không bào

Các bơm Ca2+

Các kênh

Gradient nồng độ của chất A

BÊN NGOÀI TẾ BÀO

Gradient nồng độ của chất B

Dòng K+ đi vào

Dòng Ca2+ đi vào

Dòng K+ đi ra

Dòng Cl- đi ra

Các kênh

TẾ BÀO CHẤT