NHẬP MÔN - SINH HỌC TẾ BÀO - PHÂN TỬ

Chia sẻ: Nguyen Uyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

168
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tế bào trong cơ thể chúng ta có kích thước nhỏ gấp 5 lần ngưỡng nhìn thấy của mắt thường. Kích thước của các bào quan trong tế bào còn nhỏ hơn nhiều lần, do đó, lịch sử nghiên cứu tế bào gắn liền với sự phát triển của các phương tiện kỹ thuật cùng các ngành vật lý và hoá học.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: NHẬP MÔN - SINH HỌC TẾ BÀO - PHÂN TỬ

NHẬP MÔN - SINH HỌC TẾ BÀO - PHÂN TỬ I. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ - CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:  Tế bào trong cơ thể chúng ta có kích thư ớc nhỏ gấp 5 lần ngưỡng nhìn th ấy của mắt thư ờng. Kích thước của các b ào quan trong tế b ào còn nhỏ hơn nhiều lần, do đó, lịch sử nghiên cứu tế bào gắn liền với sự phát triển của các ph ương tiện kỹ thuật cùng các ngành vật lý và hoá học.  Kính hiển vi quang học (KHVQH) được sáng chế khoảng giữa thế kỷ XVII và Robert Hook (1655) quan sát được các hốc trống trong thân cây bấc, ông gọi là “khoang” (cell = khoang = tế bào). Giữa thế kỷ XIX, “Học thuyết tế b ào ” ra đời (Schleiden và Schwann) với luận điểm cơ bản “cơ thể động và th ực vật được cấu tạo bởi các tế bào có nhân”. Vào lúc này, các nhà khoa h ọc chỉ biết rằng tế b ào gồm có màng, nguyên sinh chất và nhân.
Kính hiển vi điện tử (KHVĐT)  ra đời (gồm KHVĐT xuyên và KHVĐT quét- Hình: Hồng cầu dưới KHVĐT quét) trong những năm 30 th ế kỷ XX, cho phép quan sát các bào quan nhỏ bên trong tế bào. Tuy nhiên, cả KHVQH và KHVĐT chỉ cho phép nghiên cứu các cấu trúc bất động m à thôi. Trong thực tế, cấu trúc sinh học luôn vận động và ch ỉ có trong vận động chúng mới thể hiện đầy đủ chức năng sinh học của m ình.  Máy siêu ly tâm ra đ ời (1926- Svedberg) cùng các phương pháp hoá lý khác như sắc ký, điện d i, lọc phân tử ... cho phép phân tách, tách chiết các th ành phần riêng biệt của tế b ào. Nh ờ đó có thể nghiên cứu khối lư ợng, kích thước, th ành phần hoá học của chúng và th ực hiện các mô hình trộn chúng trở lại với nhau để xác định các sản phẩm của chúng (hệ thống tái lắp ráp). Việc theo dõi, xác đ ịnh các sản phẩm sinh học được thực hiện nhờ các quá trình đánh dấu qua việc sử dụng các chất đồng vị phóng xạ và phương pháp phóng xạ tự chụp hoặc bằng ph ương pháp hoá mô miễn dịch.  Cu ối thập niên 70, phương pháp tái tổ hợp ADN ra đời, nhờ đó, ngư ời ta có thể lập được “bản đồ gen”, giải m ã một gen lạ nhanh chóng hoặc đưa m ột gen mong
mu ốn vào tế b ào, sản xuất ra các sản phẩm của gen với một khối lư ợng lớn ...Các lĩnh vực này tạo thành ngành di truyền, ngành công nghệ gen phục vụ trong y học, dược học, nông nghiệp, môi sinh ...  Như vậy, sinh học phát triển được là nhờ nhiều ph ương pháp. Mỗi ph ương pháp có những ưu và khuyết điểm riêng, nhưng tất cả chúng cho phép ta có một cái nhìn tổng quát về sự sống. II. ĐỐI TƯỢNG VÀ MỤC TIÊU MÔN HỌC:  Định nghĩa: Tế bào là đơn vị cấu tạo và ch ức năng nhỏ nhất của cơ thể sống.  Các h ọc thuyết về tế bào: Tất cả các cơ thể sống được cấu tạo bởi tế bào và các thành phần của nó Tất cả các tế bào đều giống nhau về mặt cấu trúc hoá học Các tế bào mới được thành lập từ sự phân chia của các tế bào đã có sẵn Ho ạt động của cơ thể sống là tập hợp các hoạt động và tương tác giữa các tế b ào của cơ th ể.  Tế bào có các thuộc tính chủ yếu sau:
Tính vận động: sự vận động sinh học bao gồm cả nghĩa cơ học lẫn chuyển hoá, thay đổi không ngừng các cấu trúc; Tính sinh sản: là kh ả năng tạo ra những phiên bản mới (copy) với tính chất tương tự chính mình; Tính cảm ứng: là khả năng thu nhận thông tin từ tương tác với môi trường xung quanh và tự m ình biến đổi, đ áp ứng với điều kiện của môi trường; Tính phức hợp: tế b ào được cấu tạo từ các phân tử polyme sinh học, trong đó các monome phân b ố không tuần hoàn trên chuỗi polyme.  Như vậy, đối tượng của tế bào học là nghiên cứu các thuộc tính trên của tế bào, nhưng là một công việc nghiên cứu tổng hợp tất cả các thuộc tính mà không phải là việc nghiên cứu từng thuộc tính riêng rẽ. Thông qua nghiên cứu, khoa học về tế b ào tìm hiểu bản chất của sự sống, do đó nó cung cấp nền tảng cho các khoa học về sức kho ẻ và bệnh tật của con người và môi trường.  Mục tiêu môn học: 1. Mô tả được tế bào như đơn vị cấu trúc và chức năng cơ bản nhất của sự sống; 2. Mô tả được các bào quan với cấu tạo và ch ức năng bình thường của chúng;
3. Giải thích đư ợc mối quan hệ chặt chẽ giữa cấu trúc và chức năng của các b ào quan, để nêu được sự biến đổi của cấu trúc hay chức năng sẽ dẫn đến các rối loạn của cơ thể; 4. Nắm được nguyên tắc - ý ngh ĩa của các phương pháp nghiên cứu và sản phẩm của khoa học về tế bào đ ể trong điều kiện cụ thể có thể chỉ địn h hoặc triển khai các phương pháp và sản phẩm đó. III. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG CỦA SINH HỌC TẾ BÀO-PHÂN TỬ: 3.1. Sự tiến hóa tế bào từ Procaryot đến Eucaryot  Toàn bộ sinh giới có hai loại tế bào là Procaryot (tế bào nhân sơ) và Eucaryot (tế bào nhân hoàn chỉnh). Một số tính chất phân biệt giữa hai loại tế b ào này như sau: So sánh tế b ào Procaryot và Eucaryot
Procaryot Eucaryot Đặc điểm Màng nhân - + Nhiễm sắc thể ít + Số lượng nhiều vòng Cấu trúc tuyến tính - mở Histon, nucleosom + Trạng thái của đa số gen đồng thời đóng Tổng hợp ARN và protein tách rời - Các bào quan có màng (Ti th ể, - + Lưới nội Bào, Golgi, Tiêu thể...) - + Trung thể, thoi vô sắc 70S +
Bộ xương tế bào 80S Ribosom  Từ Procaryot đến Eucaryot là một bước tiến hóa rất dài của sinh giới, trong đ ó vấn đề then chốt nhất là ch ất liệu thông tin di truyền. Các cấu trúc mới như màng nhân, thoi vô sắc, nhiễm sắc thể tuyến tính có sự ngưng tụ ADN-protein vv... đều nhằm chung m ục đích là giúp cho tế bào Eucaryot duy trì được một bộ máy thông tin di truyền khổng lồ so với Procaryot. Theo thuyết tiến hóa, tế bào Eucaryot được h ình thành từ những tế bào tương tự Procaryot. Ở tế bào Procaryot, ta thấy một số đoạn màng bào tương lõm vào tế bào chất, như những cấu trúc sơ khai của hệ thống các màng n ội bào. Còn ở tế bào Eucaryot, các phân tử ADN h ình vòng vẫn còn tồn tại trong các bào quan lớn nh ư ty thể và lạp thể có hai lớp màng bao quanh. Các bào quan này cũng chứa ribosom 70S và h ệ thống tổng hợp protein kiểu Procaryot. Một giả thuyết đã đư ợc đ ưa ra rằng trong quá kh ứ, đã xảy ra sự cộng sinh giữa tế bào thủy tổ của Eucaryot với các tế b ào Procaryot. Sự cộng sinh này ngày càng chặt chẽ đến mức các th ành phần Procaryot trở thành bào quan của tế b ào kiểu mới - Eucaryot, nhưng m ỗi b ên vẫn có bộ máy thông tin di truyền tương đối độc lập.  Trong chương trình h ọc, chúng ta sẽ đi sâu nghiên cứu cấu trúc và ch ức năng của các bào quan và bản thân tế b ào Eucaryot.
3. 2. Vật chất - Năng lượng và Thông tin Tế b ào có ba dòng vận động lớn là vật chất, năng lượng và thông tin. Nói cho chính xác hơn, th ì quá trình sống có thể được nghiên cứu một cách tương đối riêng rẽ trên ba bình diện nói trên. Đây cũng là thu ộc tính của bất kỳ cấu trúc và chức năng sinh h ọc nào. a. Vật chất h ay vật liệu xây dựng nên tế bào bao gồm các ph ân tử nhỏ và các đại phân tử. Chúng ta sẽ phân tích kỹ hơn thành phần cấu tạo hóa học của các tế b ào trong bài tiếp theo. Ở đây chỉ giới thiệu vắn tắt các nhóm phân tử vật chất chủ yếu của tế b ào. Đường (sugars). Các phân tử đư ờng hiểu theo nghĩa rộng bao gồm các loại đường  đơn (monosaccharides) và phân tử bao gồm từ hai gốc đường trở lên (di-, oligo - và polysaccharides). Các phân tử đường đóng vai trò cung cấp nhiên liệu (năng lư ợng) cho tế bào, nhưng cũng tham gia vào cấu trúc đại phân tử AND, ARN, cấu trúc màng, các glycoprotein th ụ thể, enzym v.v...  Lipid. Lipid (phospholipid, cholestrrol, glycolipid...) là thành phần quan trọng nhất của các màng sinh chất (màng bào tương và màng n ội bào). Ngoài ra, lipid có thể tồn tại dưới dạng các hạt nhỏ phân tán trong bào tương và trong máu, và tham gia vào việc cung cấp năng lượng cho tế bào.
 Acid amin và protein. Có 20 lo ại acid amin cơ b ản cấu tạo n ên các đại phân tử protein.  Nucleotid và acid nucleic. Nucleotid bao gồm gốc baz nitơ, gắn với gốc đường riboz hay deoxyriboz, các gốc đư ờng n ày được phosphoryl hóa (gắn gốc phosphat). Khác với acid amin trong protein, nucleotid trong ADN hay ARN chỉ gồm 4 loại (A, T, G, X hay A, U, G, X). Nước và chất điện giải vô cơ. Phân tử nư ớc có tính chất rất đặc biệt. Chúng là các  lưỡng cực, có thể tạo ra liên kết hydro với nhau. Các liên kết n ày mặc d ù ch ỉ mang tính tạm thời và luôn luôn phá vỡ và rồi lại hình thành lại, nhưng nhờ ở số lượng rất lớn, chúng làm cho nước trong tế b ào duy trì trạng thái tinh thể lỏng. Tinh thể lỏng này có cấu trúc khá xốp, với nhiều khoảng trống. Kích thước các khoảng trống này khá phù hợp với kích th ước chuỗi xoắn alpha của protein. Nhờ vậy, chỉ có trong môi trường nước các phân tử protein mới được ổn định và thực hiện các chức năng sinh học của chúng. Trên bề mặt của các đại phân tử, các cấu trúc m àng và bào quan khác, các phân tử nư ớc lư ỡng cực được phân cách khá chặt. Lớp nư ớc n ày, thông qua các liên kết hydro, lại ảnh h ưởng đến cấu trúc lỏng của môi trường nước ở xa hơn, cũng như tới các cấu trúc đại phân tử, màng và bào quan khác. Mặc d ù các tương tác này rất yếu, nh ưng nhờ ở số lượng nhiều, chúng có thể đóng vai trò quan trọng trong các đáp ứng của tế bào như một thể thống nhất.
b. Năng lượng. Mọi phản ứng sinh hóa và quá trình sinh h ọc ở mức tế b ào, cận tế b ào đ ều kèm theo tiêu tốn năng lượng tự do và dẫn đến xu hướng tỏa nhiệt, phá hủy các trật tự vật chất trong tế b ào. Do vậy tế bào luôn luôn cần được bổ sung năng lượng. Năng lượng n ày được cung cấp d ưới dạng hóa năng của adenozin triphosphat (ATP) là phân tử nhỏ đư ợc tổng hợp chủ yếu trong ty thể. Đường và m ỡ được tế bào nhập khẩu từ máu và dịch ngoại bào, chúng có ngu ồn gốc từ thức ăn, hoặc từ các mô dự trữ (gan, cơ, mô m ỡ). c. Thông tin. Các cấu trúc cũng nh ư quá trình sinh học trong tế bào thường tuân theo m ột trật tự không gian và th ời gian chặt chẽ. Trật tự này phản ánh đặc tính thông tin của hệ thống sống. “Kho tàng thông tin” chính của tế bào n ằm trong nhân, “b ản gốc” của thông tin luôn được cất giữ trong nhân, chỉ có các “bản sao” (mARN được chép ra nhiều bản) là được gởi ra bào tương đ ể điều khiển các quá trình sinh học của tế bào. Thông tin từ các bản sao này đư ợc nhân tiếp lên nhiều lần nữa d ưới dạng sắp xếp các acid amin trên chu ỗi polypeptid của protein. Các protein có thể thực hiện rất nhiều chức năng khác nhau. Khác với bản gốc thông tin (AND), các bản sao và bản dịch thông tin (ARN và protein) chỉ tồn tại trong một thời gian giới hạn. Để duy trì hoạt động tế bào, một dòng thông tin phải được duy trì thường xuyên từ nhân ra bào tương. Điều này được phản ánh trong “Học thuyết trung tâm” của Sinh học phân tử nh ư sau:
ADN  ARN  protein  Tế bào còn thu nh ận thông tin từ môi trư ờng xung quanh (ví dụ các hormon, các dược phẩm...) và qua đó điều chỉnh hoạt động của mình. Thông tin này không tồn tại dưới các dạng văn bản quy định cấu trúc của đại phân tử, mà là các tín hiệu tác động ch ọn lọc lên các th ụ thể đặc hiệu. Các thụ thể này có thể thông qua hệ thống các chất truyền tin thứ hai (c-ATP, proteinkinaza...) để tác động trở lại các thành phầm của tế bào, kể cả tới nhân. Nhân đáp ứng các thông tin ngược dòng này không phải bằng cách thay đổi cấu trúc gen của m ình, mà bằng cách đóng hay mở các gen khác nhau. Cả ba dòng vận động vật chất, năng lượng và thông tin có liên quan mật thiết với nhau. IV. TÓM TẮT: Tế bào là đơn vị cấu tạo và chức năng cơ bản của cơ thể sống. Việc nghiên cứu tế bào thực hiện dựa trên sự phát triển của của các khoa học khác. Sự phát triển của khoa học về tế bào lại phục vụ cho các khoa học về y tế, nông nghiệp, môi sinh ... Các vấn đề thường được đặt ra trong nghiên cứu là: (1) Quá trình tiến hoá từ Prokaryote đến Eukaryote; (2) Sự vận động của ba dòng vật chất, năng lượng và thông tin.
Đối tượng nghiên cứu của khoa học về tế bào là 4 thuộc tính của tế bào: vận động, sinh sản, cảm ứng và sự phức hợp trong cấu tạo. Mục tiêu chính của môn học là nắm vững cấu trúc và chúc năng của từng bào quan qua đó nêu bật mối liên hệ chặt chẽ giữa cấu trúc và chức năng. Từ khoá: Kính hiển vi quang học - Kính hiển vi điện tử (xuyên, quét) - Học thuyết tế bào - Phương pháp phân tách và tái lắp ráp - Phương pháp phóng xạ tự chụp - Phương pháp hoá mô miễn dịch - Phương pháp tái tổ hợp AND - Tính vận động - Tính sinh sản - Tính cảm ứng - Tính phức tạp - Prokaryote - Eucaryote - Vật chất - Năng lượng - Thông tin Tài liệu tham khảo: 1. James D.Watson: Molecular Biology of The Cell, 1995, third edition, Garland Publishing Inc., p.477 -506 2. Baudhuin: Cytologie,1997, Université Catholique de Louvain 3. W. E. Ganong: Review of Medical Physiology, thirteen edition, Lange medical book, 1991, p.10-26