Giáo trình Sinh học đại cương - Nguyễn Như Hiền

124 trang ngocly 7600

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Sinh học đại cương - Nguyễn Như Hiền", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_sinh_hoc_dai_cuong_nguyen_nhu_hien.pdf

Nội dung text: Giáo trình Sinh học đại cương - Nguyễn Như Hiền

1 Mở đầu SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG Thế giới sinh vật rất đa dạng biểu hiện ở các loài và các cấp độ tổ chức từ thấp lên cao. Sự sống có cấu tạo vật chất phức tạp, thu nhận và biến đổi năng lượng tinh vi, chứa và truyền đạt thông tin di truyền cùng nhiều biểu hiện như sự tăng trưởng, vận động, trao đổi chất, sinh sản, thích nghi, tiến hóa và các mối quan hệ với môi trường Do đó trước tiên chúng ta tìm hiểu các đặc tính và biểu hiện của sự sống. I. Sự đa dạng và thống nhất của sự sống. 1. Sự đa dạng. Quanh ta có rất nhiều sinh vật : cây cỏ, tôm, cá, ếch nhái, rắn, chim thú và các vi sinh vật. Có khoảng hơn hai triệu loài sinh vật trên trái đất mà con người chỉ là một trong số đó. - Mỗi loài sinh vật có những đặc tính riêng của nó về bên ngoài, bên trong và các biểu hiện sống đặc thù. Như hình dáng, kích thước, màu sắc, tuổi thọ các loài khác nhau Ví dụ : vi khuẩn Escherichia coli (E. coli) có kích thước 1-2 micromet và mỗi thế hệ chỉ dài 20 phút, trong khi đó nhiều cây cổ thụ cao trên 50-60m có thể sống nghìn năm. Một nét đặc thù nữa của thế giới sinh vật là sự sống được biểu hiện ở nhiều mức độ tổ chức từ thấp đến cao nhất (từ phân tử cho đến toàn bộ sinh quyển trên hành tinh chúng ta). Có thể kể các mức tổ chức chủ yếu như sau: Các đại phân tử sinh học, Tế bào - đơn vị cơ sở của sự sống, Cá thể - đơn vị của sự tồn tại độc lập của một sinh vật, Quần thể - đơn vị cơ sở của tiến hoá, gồm nhiều cá thể của một loài, Loài - đơn vị căn bản của tiến hoá và phân loại, Quần xã - sự cùng tồn tại của nhiều loài sinh vật với nhau trên một vùng nhất định, Hệ sinh môi (ecosystems) - đơn vị căn bản của sinh môi, Sinh quyển - sự sống trên hành tinh chúng ta. Trong mỗi mức tổ chức còn có thể chia nhỏ như cơ thể gồm các mô, các cơ quan và các hệ cơ quan. Các thành phần của mỗi mức tổ chức liên quan với nhau
2 thành một khối thống nhất kể cả sinh quyển. Sự đa dạng các loài là kết quả của quá trình tiến hoá lâu dài. 2. Sự thống nhất. Sự thống nhất của sự sống chỉ được biết qua các phân tích khoa học. Sự thống nhất biểu hiện ở hệ thống phân loại và sự giống nhau ở các cấu trúc và cơ chế vi mô. Dựa vào những đặc điểm hình thái giống nhau có thể xếp các sinh vật vào những nhóm nhất định gọi là nhóm phân loại. Nhóm phân loại lớn nhất được gọi là giới - giới động vật- giới thực vật, ngày nay còn có thêm giới nấm. Mỗi giới được chia nhỏ dần : giới → giới phụ → lớp → bộ → họ → giống → loài. Tất cả các loài sinh vật đều có thể xếp theo hệ thống phân loại này. Đây là bằng chứng về sự tiến hóa của sinh giới từ tổ tiên chung ban đầu - tiến hóa từ thấp lên cao. Sự thống nhất thể hiện ở những thành phần cấu tạo nên mỗi cơ thể. Thành phần hóa học của các sinh vật giống nhau từ những nguyên tố tham gia chất sống đến bốn nhóm chất hữu cơ: glucid, lipid, protein và acid nucleic. Tất cả các sinh vật đều có cấu tạo tế bào. Tế bào có biểu hiện đầy đủ các tính chất đặc trưng của sự sống - nó là đơn vị cơ sở của sự sống. II. Các tính chất đặc trưng cho sự sống. Sự sống là một dạng hoạt động vật chất phức tạp hơn nhiều và cao hơn hẳn so với quá trình vật lý và hóa học trong tự nhiên. Nó có những tính chất đặc trưng giống nhau ở mọi loài. 1. Vật chất: cấu trúc phức tạp và tổ chức tinh vi. Các sinh vật cũng được tạo nên từ những nguyên tố vốn có trong tự nhiên, nhưng cấu trúc bên trong rất phức tạp và chứa vô số các hợp chất hóa học rất đa dạng. Ví dụ : Vi khuẩn Escherichia coli (E-coli) - sinh vật đơn bào với kích thước (1-2 micromet, nặng 2.10-6 mg chứa khoảng 40 tỉ phân tử nước, 5000 loại các hợp chất hữu cơ khác nhau, có khoảng 3000 loại protein. Nếu tính ở người thì số loại protein khác nhau không phải là 3000 mà là 5 triệu loại khác nhau mà không có loại nào giống của E. coli mặc dù có một số hoạt động giống nhau. Thậm chí giữa hai người khác nhau protein cũng không giống nhau nên dễ xảy ra hiện tượng không dung hợp khi lấy mô của người này ghép cho người khác. Mỗi sinh vật có bộ protein và acid nucleic riêng biệt cho mình. Các chất phức tạp trong cơ thể sống hình thành nên các cấu trúc tinh vi thực hiện một số chức năng nhất định. Không những các cấu trúc như màng, nhân tế
3 bào mà cả từng loại đại phân tử cũng có vai trò nhất định. Ví dụ bệnh thiếu máu hồng cầu liềm được gọi là "bệnh phân tử". 2. Năng lượng: Sự chuyển hóa phức tạp. Đặc điểm của sự sống là thu nhận năng lượng từ môi trường bên ngoài và biến đổi nó để xây dựng và duy trì tổ chức phức tạp đặc trưng cho sự sống. Một số các sinh vật lấy những chất đơn giản nhất như CO2, N2, H2O làm nguyên liệu và ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng. Năng lượng tử của ánh sáng được chuyển thành năng lượng hóa học trong các chất hữu cơ của cây xanh, từ đó lưu chuyển sang các sinh vật khác. Sự chuyển hoá vật chất và năng lượng trong tế bào diễn ra phức tạp, nhiều phản ứng xảy ra đồng thời, nhanh nhạy, chính xác, hiệu quả cao và được điều hoà hợp lý. Vật chất vô sinh không có khả năng sử dụng năng lượng bên ngoài để duy trì cấu trúc bản thân nó như các sinh vật. Ngược lại vật chất vô sinh khi hấp thụ năng lượng bên ngoài như ánh sáng, nhiệt nó chuyển sang trạng thái hỗn loạn hơn và ngay sau đó tỏa ra xung quanh. Tóm lại tế bào là một hệ thống hở không cân bằng, nó lấy năng lượng từ bên ngoài vào, sử dụng vật chất và năng lượng với hiệu quả cao hơn hẳn so với phần lớn máy móc mà con người chế tạo ra. Về mặt năng lượng, tế bào cũng tuân theo quy luật nhiệt động học II: nó thu nhận vật chất và năng lượng để duy trì tổ chức cao của nó. 3. Thông tin: ổn định, chính xác và liên tục. Chứa và truyền đạt thông tin là tính chất tuyệt diệu nhất của thế giới sinh vật, đạt mức phát triển cao hơn hẳn ở giới vô sinh. không có ở các chất vô sinh nếu thiếu sự chế tạo của con người, nó liên quan đến các quá trình sống chủ yếu như sinh sản, phát triển, tiến hóa và các phản ứng thích nghi. Thông tin được hiểu là khả năng của sinh vật cảm nhận trạng thái bên trong của hệ thống và những tác động lên nó từ môi trường ngoài, bảo tồn, xử lý và truyền đạt. Cấu trúc của thông tin xác định trạng thái nội tại của hệ thống. Trong các tế bào sống thông tin có hai dạng chủ yếu: thông tin di truyền và thông tin thích nghi. - Thông tin di truyền: Nhờ có thông tin, tế bào có khả năng tự sinh sản tạo ra thế hệ con giống hệt cha mẹ. Sự sinh sản gắn liền với tính di truyền được biểu hiện rõ qua nhiều thế hệ. Thế hệ trước truyền cho thế hệ sau không phải các tính trạng mà truyền chương
4 trình phát triển của mỗi loài sinh vật được gọi là thông tin di truyền. Thông tin di truyền được mã hóa dưới dạng trình tự thẳng của 4 loại nucleotid rồi hiện thực hóa ra dạng cấu trúc các phân tử protein và các cấu trúc tế bào. Thông tin di truyền được hiện thực hoá ở thế hệ sau trong quá trình phát triển cá thể. Mỗi sinh vật trong quá trình lớn lên đều lặp lại chính xác các giai đoạn phát triển như của cha mẹ. Bộ máy di truyền chi phối mọi biểu hiện sống: tái tạo các cấu trúc tinh vi, điều hoà việc thực hiện hàng loạt chuỗi phản ứng hoá học phức tạp giúp cơ thể phản ứng và thích nghi với môi trường. Thông tin di truyền được truyền đạt cho nhiều thế hệ nối tiếp với sự ổn định cao nhờ các cơ chế sao chép chính xác và phân chia đều cho các tế bào con. Cá thể sinh vật đến lúc nào đó sẽ chết, nhưng thông tin không chết, lại được truyền cho thế hệ sau và có thể biến đổi tiến hoá. Nhờ sự nối tiếp di truyền mà sự sống từ khi xuất hiện cho đến nay là một dòng liên tục và tất cả các sinh vật trên quả đất đều có quan hệ họ hàng với nhau, bắt nguồn từ tổ tiên chung ban đầu. - Thông tin thích nghi Thông tin thích nghi lúc đầu xuất hiện ở đời sống cá thể, tạo ưu thế trong đấu tranh sinh tồn nên được chọn lọc tự nhiên giữ lại và ghi thêm vào thông tin di truyền của sinh vật, nó cũng chịu sự chi phối của bộ gen và được lưu truyền. Ví dụ : Ánh sáng ở đom đóm, các chất dẫn dụ của côn trùng, âm thanh của chim kêu thực vât cũng có thông tin thích nghi nhưng chậm hơn: rể phát triển mạnh phía có nhiều phân, cây nghiêng ra ánh sáng Bộ gen của những sinh vật tiến hoá cao hơn vẫn còn mang nhiều thông tin di truyền của tổ tiên. Điều này thể hiện rõ ở sự lặp lại các giai đoạn của tổ tiên trong sự pháy triển phôi của những sinh vật bậc cao. Tiến hoá thích nghi đã tạo nên sự đa dạng các sinh vật như ngày nay từ một tổ tiên ban đầu. Có lẽ các cơ chế thu nhận thông tin để phản ứng lại với môi trường sống chung quanh là quan trọng nhất trong tiến hoá. Tóm lại, sự sống là một dạng hoạt động vật chất phức tạp trên cơ sở tương tác đồng thời của 3 yếu tố vật chất, năng lượng và thông tin. III. Các biểu hiện của sự sống. Trên cơ sở hoạt động tích hợp của vật chất, năng lượng và thông tin, sự sống có nhiều biểu hiện đặc thù khác hẳn giới vô sinh. 1. Trao đổi chất.
5 Để tồn tại các tế bào phải thực hiện liên tục hàng loạt phản ứng hóa học để phân hủy chất dinh dưỡng cung cấp năng lượng và vật liệu cho các quá trình sinh tổng hợp và các quá trình sống khác như tăng trưởng, vận động, sinh sản Toàn bộ các hoạt động hoá học của cơ thể sinh vật được gọi là trao đổi chất (metabolism). Khi sự trao đổi chất dừng thì cơ thể sinh vật sẽ chết. 2. Sự nội cân bằng. Quá trình trao đổi chất tuy phức tạp, nhưng được điều hòa hợp lý để duy trì các hoạt động bên trong tế bào ở mức cân bằng và ổn định ở một trạng thái nhất định. Ví dụ, nhiệt độ cơ thể người bình thường luôn được duy trì ở 37oC dù thời tiết có thay đổi. Xu hướng các cơ thể sinh vật tự duy trì môi trường bên trong ổn định gọi là sự nội cân bằng (homeostasis) và được thực hiện do các cơ chế nội cân bằng. Sinh vật ở mức phát triển càng cao, các cơ chế điều hoà càng phức tạp. 3. Sự tăng trưởng (growth). Sự tăng trưởng (growth) là sự tăng khối lượng chất sống của mỗi cơ thể sinh vật. Nó bao gồm sự tăng kích thước của từng tế bào và tăng số lượng tế bào tạo nên cơ thể. Sự tăng trưởng của tế bào khác nhiều về căn bản so với sự lớn lên của tinh thể trong dung dịch muối. Khi tăng trưởng diễn ra, từng phần của tế bào hay cơ thể vẫn hoạt động bình thường. Một số sinh vật như phần lớn thực vật có thời gian tăng trưởng kéo dài rất lâu như các cây cổ thụ nghìn năm. Hầu hết động vật có giới hạn tăng trưởng nhất định, kích thước đạt tối đa lúc sinh vật trưởng thành. 4. Sự vận động. Sự vận động dễ thấy ở các động vật như các động tác leo, trèo, đi lại Sự vận động ở thực vật chậm và khó nhận thấy như dòng chất trong tế bào lá. Các vi sinh vật vận động nhờ các lông nhỏ hay giả túc như ở amip. 5. Sự đáp lại. Là sự đáp lại các kích thích khác nhau từ môi trường bên ngoài. Các động vật có những phản ứng nhất định như thay đổi màu sắc, nhiệt độ, tập tính sống Con mắt người là một cơ quan rất tinh vi thu nhận nhanh nhạy, chính xác các kích thích ánh sáng truyền cho hệ thần kinh để có phản ứng đáp lại Các thực vật cũng có nhiều phản ứng tuy chậm và khó nhận thấy hơn như cây xanh mọc hướng về ánh sáng, cây mắc cỡ rũ lá khibị chạm, cây bắt ruồi đậy nắp lại khi con vật đã chui vào 6. Sự sinh sản. Biểu hiện này của sự sống dễ nhận thấy ở tất cả các loài sinh vật. "Sinh vật sinh ra sinh vật" và "tế bào sinh ra tế bào". Các sinh vật nhỏ bé như các vi khuẩn lại có tốc độ sinh sản nhanh.
6 Có hai kiểu sinh sản : vô tính và hữu tính. Sự sinh sản hữu tính ra đời muộn hơn, nhưng nó tạo nên sự đa dạng lớn làm tăng nhanh tốc độ tiến hoá của sinh giới. 7. Sự thích nghi. Là khả năng cơ thể thích ứng với môi trường sống- nhằm giúp các sinh vật tồn tại trong thế giới vật chất luôn biến động- nó làm tăng khả năng sống còn của các sinh vật trong môi trường đặc biệt. Các cơ thể thích nghi là kết quả của quá trình tiến hóa lâu dài. IV. Các bộ môn sinh học. Sinh học nghiên cứu vô số các dạng sinh vật trên nhiều khía cạnh khác nhau như cấu trúc, chức năng, sự phát triển cá thể, sự tiến hoá và mối quan hệ với môi trường và ở các mức độ tổ chức khác nhau như mức phân tử, tế bào, cơ thể, loài và trên loài Nó là một khoa học rất rộng lớn nên khó có nhà khoa học nào biết được đầy đủ mọi khía cạnh của nó, phần lớn các nhà sinh học là chuyên gia của một lĩnh vực nào đó được gọi là bộ môn của sinh học. Mỗi bộ môn chuyên sâu ở những lĩnh vực nhất định và chúng không ít chỗ trùng lặp. Sau đây là một số bộ môn chủ yếu Thực vật học (Botany): nghiên cứu thế giới thực vật. Động vật học (Zoology): nghiên cứu thế giới động vật. Hệ thống học (Systematics): sắp xếp hệ thống các dạng sinh vật trong mối quan hệ họ hàng. Sinh lý học (Physiology): nghiên cứu các hoạt động chức năng của cơ thể. Sinh học phát triển (Developmental biology): nghiên cứu sự phát triển cá thể từ phôi đến trưởng thành. Tế bào học (Cytology): nghiên cứu cấu tạo, thành phần và chức năng của tế bào. Mô học (Histology): nghiên cứu các mô Giải phẫu học (Anatomy): nghiên cứu cấu trúc bên trong cơ thể. Di truyền học ( Genetics): nghiên cứu tính di truyền và biến dị Sinh hóa học (Biochemistry): nghiên cứu các quá trình sinh hoá Lý sinh học (Biophysics): nghiên cứu các quá trình vật lý trong cơ thể sống Sinh thái học ( Ecology ): nghiên cứu quan hệ giữa sinh vật và môi trường Vi sinh học (Microbiology)nghiên cứu thế giới vi sinh vật
7 Mỗi môn học lại có thể chia nhỏ ra. Ví dụ động vật học có thể nghiên cứu động vật có xương và động vật không xương. Động vật có xương có thể chia ra như ngư học (nghiên cứu về cá) hay điểu học (nghiên cứu về chim) Do sự phát triển mạnh của sinh học nhiều lĩnh vực mới được hình thành như sinh học phân tử (molecular biology), enzyme học (enzymeology) Vậy “sinh học là một tổ hợp các môn khoa học nghiên cứu từ những khía cạnh khác nhau ở những mức độ khác nhau toàn bộ tính đa dạng của sự sống”.
34 Chương 2 ĐẠI CƯƠNG VỀ CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA TẾ BÀO 1. Hình dạng tế bào Tế bào thường có hình dạng tương đối cố định và đặc trưng cho mỗi loại tế bào. Ví dụ: tinh trùng, tế bào trứng, tế bào thần kinh, hồng cầu .v.v a Hình 2.1. Hình dạng tế bào Tuy vậy có một số tế bào luôn luôn thay đổi hình dạng như amip, bạch cầu Hình 2.2. Hình dạng tế bào amip Hình 2.3. Hình dạng tế bào máu người
35 Trong môi trường lỏng tế bào có dạng hình cầu (bạch cầu trong máu). Đa số tế bào động vật và thực vật có dạng hình khối đa giác, thường là hình khối 12 mặt; có loại phân nhánh. 2. Kích thước của tế bào Kích thước của tế bào rất khác nhau đối với các loài khác nhau. Nói chung tế bào có độ lớn trung bình vào khoảng 3-30 (m. Nhưng có những tế bào rất lớn có thể nhìn thấy, sờ mó được như trứng gà, trứng vịt Tế bào có kích thước lớn nhất là trứng đà điểu có đường kính đạt tới 17,5 cm. Trái lại đa số tế bào vi khuẩn có kích thước từ khoảng 1-3 (m. Ngày nay người ta đã khám phá ra một loại tế bào có thể xem là nhỏ nhất đó là tế bào Mycoplasma laidlawi có đường kính 0,1 (m. (1000 Ao), chỉ lớn hơn nguyên tử Hydro 1000 lần và gần bằng kích thước của siêu vi khuẩn. Trong nó chỉ chứa khoảng 1000 hoặc chục nghìn các đại phân tử sinh học và tổng hợp vài chục các men khác nhau. Thể tích của tế bào cũng rất thay đổi ở các dạng khác nhau. Tế bào vi khuẩn có thể tích khoảng 2,5 (m3 ( micro khối). Đối với các tế bào của các mô ở người ( trừ một số tế bào thần kinh) có thể tích vào khoảng từ 200 đến 15.000 (m3. Thường thể tích của các loại tế bào là cố định và không phụ thuộc vào thể tích chung của cơ thể. Ví dụ : Tế bào thận, gan của bò, ngựa, chuột đều có thể tích như nhau. Sự sai về kích thước của cơ quan là do số lượng tế bào chứ không phải do kích thứơc tế bào. 3. Số lượng tế bào Số lượng tế bào trong các cơ thể khác nhau thì rất khác nhau. Sinh vật đơn bào cơ thể chỉ có 1 tế bào. Các sinh vật đa bào trong cơ thể có từ vài trăm tế bào như bọn luân trùng có 400 tế bào, đến hàng tỷ tế bào. Ví dụ cơ thể người có 6.1014 tế bào. Chỉ tính riêng hồng cầu trong máu người cũng đã đạt tới 23.000 tỷ. Tuy nhiên cơ thể đa bào dù có số lượng tế bào lớn đến bao nhiêu cũng được phát triển từ 1 tế bào khởi nguyên gọi là hợp tử. 4. Các dạng tế bào và cấu trúc đại cương Trong thực tế không tồn tại một dạng tế bào chung nhất cho tất cả các cơ thể sinh vật mà tế bào phân hóa ở nhiều dạng khác nhau trong quá trình tiến hóa của sinh vật. Ngày nay nhờ kỹ thuật kính hiển vi điện tử, người ta đã xác lập được 2 dạng tổ chức tế bào: -Dạng có nhân nguyên thủy, có tổ chức còn nguyên thủy, chưa có màng nhân (procaryota). - Dạng tế bào có nhân chính thức (Eukaryota). 4.1. Cấu trúc của các tế bào nhân nguyên thủy ( procaryota) Thuộc loại tế bào nhân nguyên thủy có vi khuẩn (Bacteria) và thanh tảo (Cyanophyta). Tế bào của chúng có kích thước từ 0,5 đến 3(, thiếu màng nhân, thiếu các bào quan chính thức như lục lạp, thể lizo, phức hệ Golgi Ở bọn này thông tin di truyền được tích trong một nhiễm sắc thể độc nhất gồm mạch xoắn kép ADN dạng vòng, NST này không chứa các protid kiềm. Thiếu bộ máy phân bào và hạch nhân. 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
36 thẩm thấu của môi trường bên ngoài. Độ vững chắc của vách tế bào có được là nhờ các tính chất của peptidoglucan (còn gọi là murin) chỉ có ở prokaryota. Peptidoglucan được cấu tạo từ 2 loại đường gắn với 1 peptid ngắn với 2 acid amin chỉ có ở vách tế bào vi khuẩn. Các đường và các peptid kết nối với nhau thành 1 đại phân tử bao toàn bộ màng tế bào. Bảng 3.1. So sánh giữa tế bào Prokaryota và Eukaryota Prokaryota Eukaryota Nhân chưa có màng bọc Nhân có màng bọc Số lượng NST : 1, Không có Histon NST > 1 có Histon Các bào quan : - Ribosom 70s 80s - Ty thể 0 có - Lục lạp 0 có hoặc không - peroxisom 0 có - lysosom 0 có - golgi 0 có - Lưới NSC 0 có - Không bào thật 0 có hoặc không Màng tế bào: - Xellulo 0 có hoặc không - Peptidoglycan có 0 Do phản ứng nhuộm màu violet (tím) mà phân biệt được 2 loại vi khuẩn: Gram dương hấp thụ và giữ lại màu và Gram âm không nhuộm màu. Vách tế bào của các vi khuẩn Gram dương như Streptococcus rất dày, gồm peptidoglucan. Vách của tế bào Gram âm như Escherichia coli gồm 3 lớp: màng tế bào trong cùng, peptidoglucan và lớp dày ngoài cùng với lipoprotein và lipopolysaccharid tạo phức hợp lipid polysaccharid. Dưới vách tế bào là màng sinh chất bao bọc tế bào chất. Mesosome là cấu trúc do màng tế bào xếp thành nhiều nếp nhăn cuộn lõm sâu vào khối tế bào chất. Có lẽ đây là nơi gắn ADN vào màng. Trong nguyên sinh chất có vùng tương tự nhân gọi là nucleoid. Bộ gen chứa một phân tử ADN lớn, vòng tròn, trơn (nghĩa là không gắn thêm protein). Sợi ADN của tế
37 bào prokaryota cũng mang bộ gen xếp theo đường thẳng, các gen này xác định các đặc tính di truyền của tế bào và các hoạt tính thông thường nên cũng được gọi là nhiễm sắc thể của tế bào prokaryota. Ngoài ra tế bào prokaryota còn có thể có các phân tử ADN nhỏ độc lập gọi là plasmid. Plasmid thường cũng dạng vòng tròn. Các riboxom nằm rải rác trong tế bào chất chúng sẽ gắn lên mARN để tổng hợp protein. Phần lớn vi khuẩn quang hợp chứa Chlorophyl gắn với màng hay các phiến mỏng (lamellae). Một số vi khuẩn có các cấu trúc lông nhỏ gọi là tiêm mao (flagella) dùng để bơi. Tế bào procaryota phân bố khắp nơi trên quả đất. Chúng sinh trưởng rất nhanh, chu kỳ một thế hệ ngắn, đa dạng về sinh hóa và rất mềm dẻo về di truyền. 4.2. Cấu trúc đại cương của tế bào nhân thực ( Eukaryota) Tế bào của tất cả các cơ thể còn lại như: tảo, nấm, đơn bào, tế bào thực vật và động vật thuộc loại tế bào có nhân chính thức. Ở bọn này nhân được bọc trong màng nhân. Trong tế bào chất hệ thống màng rất phát triển như: mạng lưới nội chất, hệ thống Golgi, cùng các bào quan có màng như ty thể, lạp thể, thể lizoxom, Nhân chứa hạch nhân và NST. Nhiễm sắc thể luôn có cấu tạo gồm ADN và histon. Quá trình phân bào rất phức tạp nên cần có bộ máy phân bào. Giữa hai giói động vật và thực vật có cấu trúc tế bào vừa có những điểm giống nhau vừa có những điểm khác nhau. Bảng 3.1. So sánh giữa tế bào động vật và tế bào thực vật Tế bào động vật Tế bào thực vật . Có màng tế bào, nhân, tế bào chất . Có màng tế bào, nhân, tế bào chất . Dị dưỡng . Tự dưỡng . Kích thước nhỏ (đường kính 20 (m) . Kích thước lớn (đường kính 50 (m ) . Hình dạng không nhất định . Hình dạng ổn định . Thường có khả năng chuyển động . Rất ít khi chuyển động . Không có lục lạp . Có lục lạp . Không có không bào . Có không bào lớn . Chất dự trữ là glycogen . Dự trữ bằng hạt tinh bột . Có màng xenlulo Tế bào động vật thường không có vỏ bao ngoài, không có lục lạp, phân bào bằng sự hình thành eo thắt. Tế bào thực vật có lớp vỏ bao ngoài polysaccharid. trong tế bào chất có chứa các không bào. Bộ máy phân bào thường thiếu trung tử. Đa số tế bào thực vật có lục lạp là cơ quan chuyển hóa quang năng thành hóa năng. Sự phân chia tế bào chất thực hiện nhờ sự phát triển một vách ngăn mới chia tế bào thành 2 phần bằng nhau. Trong cơ thể động vật và thực vật các tế bào phân hóa khác nhau, phụ thuộc vào chức năng riêng của chúng. Ở các động vật đơn bào, cơ thể chỉ gồm một tế bào nhưng có nhiều cơ quan nhỏ (cơ quan tử) đảm nhiệm các chức năng khác nhau, giống như động vật đa bào.
38 Tất cả các dạng tế bào khác nhau phản ảnh tính chất tiến hóa đa dạng của vật chất sống, cho phép tế bào thích nghi với những chức năng khác nhau, thích nghi với điều kiện sống khác nhau. Hình 3.4. Cấu trúc tế bào động vật điển hình
39 Hình 2.5. Cấu trúc tế bào thực vật điển hình Tế bào sinh vật Eukaryota có hình dạng, kích thước và khối lượng khác nhau tùy thuộc khi chúng là tế bào của sinh vât đơn bào hay đa bào, tùy thuộc vào vị trí của chúng trong mô cơ thể, vào chức năng mà chúng phụ trách. Mỗi tế bào gồm có 3 phần chính : màng tế bào, bào tương, và nhân tế bào. 4.2.1 Màng tế bào Mọi TB đều được bao bọc bởi màng tế bào. Màng tế bào còn gọi là màng plasma. Về bản chất nó là một màng sinh chất giống như những màng khác bên trong tế bào. Hình hiền vi điện tử cho thấy màng tế bào là một màng mỏng, khoảng 100A0 gồm hai lớp sẫm song song kẹp giữa là một lớp nhạt. Mỗi lớp dày khoảng từ 25 đến 30 A0. Lớp nhạt là lớp phân tử kép lipit còn hai lớp sẫm là do đầu của các phân tử protein lồi ra khỏi lớp phân tử kép lipit tạo nên.
40 Hình 2.6. Mô hình cấu trúc màng sinh chất - Lớp phân tử kép lipit Gọi là lớp phân tử kép lipit vì lớp này gồm hai lớp phân tử lipit áp sát nhau, làm nên cấu trúc hình vỏ cầu bao bọc quanh tế bào mà vì vậy mà màng phân tử kép lipit được gọi là phần màng cơ bản của màng sinh chất. Màng lipit có thành phần cấu trúc và đặc tính cơ bản như sau : Về thành phần hóa học, lipit màng được chia làm hai loại : + Photpholipit + Chotesterol Tính chất chung của hai loại là mỗi phân tử đều có một đầu ưa nước và một đầu kỵ nước. Đầu ưa nước quay ra ngoài tế bào hoặc và trong tế bào để tiếp xúc với nước của môi trường hoặc của bào tương, còn đầu kỵ nước thì quay vào giữa, nơi
41 tiếp giáp của hai phân tử lipit. Tính chất dấu đầu kỵ nước này đã làm cho màng luôn luôn có xu hướng kết dính các phân tử lipit với nhau để cho đầu kỵ nước ấy khỏi tiếp xúc với nước, và lớp phân tử kép lipit còn khép kín lại tạo thành một cái túi kín để cho tất cả các đầu kỵ nước được dấu kín khỏi nước. Nhờ tính chầt này mà màng lipit có khả năng tự động khép kín, tái hợp nhanh mỗi khi bị mở ra, xé ra hay tiếp thu một bộ phận màng lipit mới vào màng. Hình 2.7. Cấu trúc phân tử phospholipid + Các photpholipit Các photpholipit nói chung rất ít tan trong nước. Thành phần lipit của đa số màng hầu như bao giờ cũng là một photpholipit, liên kết với một hàm lượng nhỏ các lipit trung tính và glycolipit. Có rất nhiều loại photpholipit chúng chiếm khoảng 55% trong thành phần lipit của màng tế bào. Bốn loại chính theo thứ tự từ nhiều đến ít là : photphatidylcholin, sphingomyelin, photphatidyl ethanolamin, photphatidyl serin. Ngoài ra còn có photphatidylinositol với tỉ lệ thành phần ít hơn. Các loại phân tử này xếp xen kẽ với nhau, từng phân tử có thể quay xung quanh chính trục của mình và đổi chỗ cho các phân tử bên cạnh hoặc cùng một lớp phân tử theo chiều ngang. Sự đổi chỗ này là thường xuyên, chúng còn có thể đổi chỗ cho nhau tại hai lớp phân tử đối diện nhau nhưng rất hiếm xảy ra so với đổi chỗ theo chiều ngang. Khi đổi chỗ sang lớp màng đối diện photpholipit phải cho phần đầu ưa nước vượt qua lớp tiếp giáp kỵ nước giữa hai lá màng cho nên cần có sự can thiệp của một hoặc một số protein màng. Chính sự vận động đổi chỗ này đã làm nên tính lỏng linh động của màng tế bào. Ngoài chức năng là thành phần chính tạo nên lớp màng cơ bản của tế bào, là thành phần chính phụ trách sự vận chuyển thụ động vật chất qua màng, các photpholipit được coi như là cơ sở để dung nạp các phân tử protein màng, các nhánh gluxit trên bề mặt màng làm cho màng có thêm nhiều chức năng có tính đặc hiệu. + Cholesterol : Màng sinh chất của Eukaryota bao giờ cũng có thêm một lipit steroit trung tính; Cholesterol. Màng Prokaryota không có cholesterol. Cholesterol là một loại phân tử lipit
42 nằm xen kẽ các photpholipit và rải rác trong hai lớp lipit của màng. Cholesterol chiếm từ 25 đến 30% thành phần lipit màng tế bào và màng tế bào là loại màng sinh chất có tỉ lệ Cholesterol cao nhất, màng tế bào gan tỉ lệ Cholesterol còn cao hơn : 40% trên lipit toàn phần. Thành phần còn lại của lipit màng là glycolipit (khoảng 18%) và acid béo kỵ nước (khoảng 2%). - Các phân tử protein màng tế bào : Màng lipit đảm nhiệm phần cấu trúc cơ bản còn các chức năng đặc hiệu của màng thì phần lớn do các phân tử protein màng đảm nhiệm. Cho đến nay người ta đã phát hiện trên 50 loại protein màng (cùng có trên một màng plasma duy nhất). Tỉ lệ P/L (protein/lipit) là xấp xỉ 1 ở màng tế bào. Một số tế bào đặc biệt thì tỉ lệ này còn cao hơn : P/L màng tế bào gan =1,4, của màng tế bào ruột P/L=4,6. +Protein xuyên màng : Gọi là xuyên màng vì phân tử protein có một phần nằm xuyên suốt màng lipit và hai phần đầu của phân tử thì thò ra hai phía bề mặt của màng. Phần xuyên suốt màng, tức phần đầu trong màng lipit là phần kỵ nước, vẫn là hình sợi nhưng có thể chỉ xuyên qua màng một lần, nhưng cũng có loại lộn vào lộn ra để xuyên qua màng nhiều lần, có khi tới 6, 7 lần. Các phần thò ra hai phía bề mặt màng đều ưa nước và nhiều loại phân tử protein màng có đầu thò về phía bào tương là nhóm cacboxyl COO- mang điện âm khiến chúng đẩy nhau và cũng vì vậy mà các phân tử protein xuyên màng tuy có di động nhưng vẫn phân bố đồng đều trong toàn bộ màng tế bào (tính chất này thay đổi khi độ pH thay đổi). Protein xuyên màng cũng có khả năng di động kiểu tịnh tiến trong màng lipit. Protein xuyên màng chiếm 70% protein màng tế bào. Về ví dụ protein xuyên màng có thể kể: -Glycophorin : một loại protein xuyên màng có phần kỵ nước xuyên màng ngắn. Chuỗi polypeptit thò ra ngoài màng có mang những nhánh oligosaccarit và cả những nhánh polysaccarit, giàu acid sialic. Glycophorin chiếm phần lớn các protein xuyên màng và là thành phần chính mang các nhánh oligosaccarit. Các oligosaccarit này tạo thành phần lớn các cacbonhydrat của bề mặt tế bào. Chuỗi polypeptit có đuôi cacboxyl ưa nước quay và trong bào tương, có thể tham gia vào việc liên kết với các protein khác bên trong màng. Các glycophorin có thể mang các tên phân tử khác nhau. Chức năng của chúng cũng đa dạng như chức năng của lớp áo tế bào.(sẽ nói rõ hơn ở phần sau)
43 -Protein Band3 xuyên màng: loại này được nghiên cứu đầu tiên ở màng hồng cầu. Đó là một phân tử protein dài, phần kỵ nước xuyên trong màng rất dài, lộn vào lộn ra tới 6 lần. Phần thò ra trên bề mặt ngoài màng tế bào cũng liên kết với các oligosaccarit. Phần xuyên màng phụ trách vận chuyển một số anion qua màng. Phần thò vào bào tương gồm hai vùng: vùng gắn với Ankyrin, một trong các loại protein thành viên của hệ lưới protein lát trong màng, và vùng gắn với các enzym phân ly glucoza và gắn với hemoglobin. Với vai trò vận chuyển anion Band3 như là một phân tử độc lập. Khi gắn với Ankyrin để níu hệ lưới protein vào màng lipit thì Band3 như là có đôi. Về protein xuyên màng ngày càng có thêm các ví dụ mà hay gặp là protein enzym vận tải. Tên của chúng phụ thuộc vào vật chất mà chúng vận tải qua màng. - Protein màng ngoại vi Loại này chiếm khoản 30% thành phầìn protein màng gặp ở mặt ngoài hoặc mặt trong tế bào. Chúng liên kết với đầu thò ra hai bên màng của các protein xuyên màng. Kiểu liên kết này được gọi là hấp phụ, không phải là liên kết cộng hóa trị mà bằng lực tĩnh điện hay bằng các liên kết kỵ nước. Lấy ví dụ ở hồng cầu: Fibronectin là protein ngoại vi, ở phía ngoài màng còn actin, spectrin, ankyrin, Band4.1 thì ở phía trong màng. Tất cả 4 protein ngoại vi này làm thành một mạng lưới protein lát bên trong màng hồng cầu bảo đảm tính bền và hình lõm hai mặt cho màng hồng cầu. Spectrin là những phân tử sợi hình xoắn và là phần sợi của lưới. Lưới gồm các mắt lưới, mỗi mắt lưới là một hình 6 cạnh. Cạnh là spectrin. Đỉnh góc có hai loại xen kẽ nhau : loại thứ nhất gồm actin và Band 4.1, loại thứ hai gồm hai phân tử ankyrin. Mỗi phân tử ankyrin liên kết với vùng gắn với ankyrin của phân tử protein xuyên màng Band3 (Band3 liên kết trực tiếp với ankyrin chỉ chiếm khoảng 20% tổng số Band3 và như vậy lưới protein làm bằng protein ngoaüi vi và níu vào màng bằng protein xuyên màng. Nhiều protein màng ngoại vi khác cũng đã được phát hiện ở phía ngoài màng, chúng tham gia cùng các oligosaccarit có mặt trong lớp áo tế bào hoặc dưới lớp áo tế bào, đõng các vai trò khác nhau. Như trên đã dẫn, Fibroneotin là một protein màng ngoại vi bám ở mặt ngoài màng tế bào. Protein này gặp ở hầu hết các động vật từ san hô cho đến người, ở các tế bào sợi. tế bào cơ trơn, tế bào nội mô Nhờ Fibronectin mà tế bào bám dính dễ dàng với cơ chất của nó. Điều đáng chú ý là: tế bào ung thư có tiết ra protein này nhưng không giữ được nó trên bề mặt của màng tế bào: sự mất khả năng bám dính tạo điều kiện cho tế bào ung thư di cư. - Cacbonhydrat màng tế bào Cacbonhydrat có mặt ở màng tế bào dưới dạng các oligosaccarit. Các oligosaccarit gắn vào hầu hết các đầu ưa nước của các protein màng thò ra bên ngoài màng tế bào. Đầu ưa nước của khoảng 1/10 các phân tử lipit màng (lớp phân tử ngoài)
44 cũng liên kết với các oligosaccarit. Sự liên kết với các oligosaccarit được gọi là sự glycoxyl hóa biến protein thành glycoptotein, lipit thành glycolipit. Các chuỗi cacbonhydrat thường rất quan trọng đối với sự gấp protein để tạo thành cấu trúc bậc ba và do đó chúng làm cho protein được bền và có vị trí chính xác trong tế bào. Nói chung, chúng không có vai trò trong chức năng xúc tác của protein. Khi liên kết với mặt ngoài màng tế bào tại phần acid sialic của protein, phần acid này tích điện làm cho bề mặt glycoprotein của tế bào mang điện âm. Các phần tử glycoprotein đều mang điện âm nên đẩy nhau làm cho chúng không bị hòa nhập với nhau. Glycolipit cũng vậy, có phần cacbonhydrat quay ra phía ngoài tế bào cũng liên kết với một acid gọi là gangliosit cũng mang điện âm và góp phần cùng với các glycoprotein làm cho hầu hết các mặt ngoài của hầu hết tế bào mang điện tích âm. Cả 3 thành phần: lipit màng, protein xuyên màng và protein ngoại vi cùng với cacbonhydrat glycosyl hóa tạo nên một lớp bao phủ tế bào gọi là áo tế bào (cell coat). Tính chất chung là như vậy nhưng từng vùng, từng điểm một, thành phần và cấu trúc rất khác nhau tạo nên các trung tâm các ổ khác nhau phụ trách các chức năng khác nhau như nhận diện, đề kháng, truyền tin, vận tải Điều chú ý là protein bào tương không có glycosyl hóa. Ở vi khuẩn Eubacteria hầu như không có glycosyl hóa. Sự hình thành màng tế bào : màng chỉ được sinh ra từ màng. Màng tế bào được nhân lên mạnh nhất là trước lúc phân bào khi bào tương nhân đôi thì màng tế bào nhân đôi đủ cho hai tế bào con. Bào quan trực tiếp tổng hợp nên màng mới là lưới nội sinh chất có hạt. Màng lipit do màng lưới nội sinh chất không hạt tổng hợp, protein màng do các ribosom bám trên lưới nội sinh chất có hạt tổng hợp. Nguồn gluxit lấy từ bào tương và một phần không nhỏ do các túi gôngi cung câp thông qua các túi tiết và các túi thải chất cặn bã. Thường xuyên màng tế bào bị thu nhỏ lại vì phải lõm vào để tạo nên các túi tiết và túi thải. Để bù lại thường xuyên tế bào có các túi tiết và túi thải cặn bã, khi đã đưa hết nội dung ra ngoài rồi thì phần vỏ túi ở lại và hòa nhập vào màng tế bào. Sự hòa nhập này khá dễ dàng vì nói chung cấu tạo màng của các túi và của màng tương đối giống nhau. Ở vi khuẩn có hiện tượng màng tế bào gấp nếp và lồi ra về phía bào tương, các nếp gấp này được gọi là mesosom đôi khi được làm nơi bám của nhiễm sắc thể vi khuẩn trước lúc phân bào. Ở tảo lam tại đây có các protein tiếp nhận ánh sáng và tiến hành quá trình quang hợp, ở trong lạp thể của tế bào thực vật thì cơ chế gấp nếp của màng trong của lạp thể tạo ra lớp màng thứ 3 của lạp thể, màng thylakoit (xem lạp thể) 4.2.2. Chức năng chung của màng tế bào - Bao bọc tế bào, ranh giới giữa tế bào và môi trường - Là hàng rào cho phép vật chất qua lại màng theo hai cơ chế thụ động và chủ động - Truyền đạt thông tin bằng các tín hiệu hóa học và vật lý học - Xử lý thông tin + Nhận diện : nhận diện tế bào quen, lạ, kẻ thù + Kích thích hoặc ức chế tiếp xúc giữa các tế bào, tế bào với cơ chất
45 Làm giá thể cho các enzym xúc tác các phản ứng sinh học các loại trên màng, cố định các chất độc dược liệu, virut, đề kháng bằng các cấu trúc trên màng. Màng tế bào Prokaryota Khác nhau ở vi khuẩn gam âm và vi khuẩn gam dương. - Vi khuẩn gam âm: có hai lớp màng. Màng trong là màng tế bào phụ trách vận chuyển chủ động chính. Màng ngoài cho phép thấm các chất có trọng lượng phân tử lớn từ 1000 trở lên. Chứa protein tên là porin tạo nên các kênh vận chuyển các phân tử ấy. Ngoài ra còn liên kết với nhiều oligosaccarit và lipit. Sự liên kết này khác nhau tùy loài. -Giữa hai lớp màng là khoảng gian màng chứa peptidoglycan, các protein và oligosaccarit làm cho tế bào trở nên cứng. Khoảng gian màng này chứa các protein do tế bào tiết ra. - Peptidoglycan được cấu trúc bởi các polymer tuyến tính của disaccarit N- acetyl glucosamin - N - acetylmuramic - axit. Các chuỗi này liên kết chéo với nhau bởi các peptit nhỏ chứa cả D- amino - axit và L- amino - axit thường gặp ở trong các protein Hình 2.8. Cấu trúc màng prokaryota - Vi khuẩn gam dương : vi khuẩn gam + như Bacillus polymyxa chỉ có một lớp màng plasma photpholipit, không có màng ngoài và khỏang gian màng. Peptidoglycan của chúng dày hơn ở gam âm và vi khuẩn tiết protein thẳng ra môi trường.
45 5. Bào tương Tế bào chất là khối nguyên sinh chất (protoplasma) nằm trong màng tế bào và bao quanh lấy nhân. Tế bào chất của một số tế bào có sự phân hóa thành 2 lớp: - Lớp ngoại chất (exoplasma) ở ngoại vi, mỏng hơn và có độ nhớt cao hơn. - Lớp nội chất ( endoplasma ) ở bên trong và bao quanh lấy nhân, chứa các bào quan như : mạng lưới nội sinh chất, phức hệ Golgi, ribosome, ty thể, lạp thể, thể lido Nếu loại bỏ các bào quan thì còn lại khối tế bào chất không có cấu trúc-gọi là chất nền hay thể trong suốt (cytosol). Thể trong suốt chiếm gần một nửa khối lượng của tế bào. Thể trong suốt có nhiều nước, có thể đến 85%. Sau nước là protein, thành phần chủ yếu. Thể trong suốt chứa đựng một số lượng protein sợi xếp lại thành bộ khung của tế bào. Trong thể trong suốt có hàng nghìn enzymee và chứa đầy ribosome để tổng hợp protein. Gần một nửa enzymee được tổng hợp nên trên các ribosome là các protein của thể trong suốt. Do đó nên xem thể trong suốt là một khối gel có tổ chức cao hơn là một dung dịch chứa enzymee. Ngoài protein ra trong thể trong suốt còn có các loại ARN như mARN, tARN chiếm 10% ARN của tế bào. Trong thể trong suốt còn có các chất như : lipid, glucid, acid amin, nucleoside, nucleotid và các ion. Thỉnh thoảng có các hạt dầu và hạt glycogen với số lượng thay đổi và có thể mang từ vùng này qua vùng khác tùy hoạt tính của tế bào. Thể trong suốt giữ nhiều chức năng quan trọng như : - Là nơi thực hiện các phản ứng trao đổi chất của tế bào, là nơi gặp nhau của chuỗi phản ứng trao đổi chất. Sự biến đổi trạng thái vật lý của thể trong suốt có thể ảnh hưởng đến hoạt động của tế bào. - Nơi thực hiện một số quá trình điều hòa hoạt động của các chất. - Nơi chứa các vật liệu dùng cho các phản ứng tổng hợp các đại phân tử sinh học như các glucid, lipid, glycogen. Mọi hoạt động sống của tế bào đều xảy ra trong tế bào chất và do các bào quan riêng biệt phụ trách và được phối hợp điều hòa một cách nhịp nhàng. Bào tương còn gọi là tế bào chất là tất cả phần thuộc tế bào được giới hạn bởi màng nhân ở bên trong và bởi màng tế bào phía bên ngoài. Bào tương gồm dịch bào tương, các bào quan và các thể vùi. 6. Các bào quan. Các bào quan là những cơ quan nhỏ với nhiều chức năng chuyên biệt khác nhau phối hợp đồng bộ để đảm bảo cho sự sống và di truyền của tế bào. 6.1. Ribosom : Một bào quan không giới hạn bởi màng sinh chất nội bào, là thể kết hợp của rARN và protein có rải rác ở khắp bào tương, tự do hoặc bám vào lưới nội sinh chất có hạt và vào mặt ngoài của màng nhân ngoài. Là nơi xảy ra sự tổng hợp protein tế bào. 6.1.1. Cấu trúc của ribosom : ribosom gồm có hai phân đơn vị liên kết với nhau Mỗi phân đơn vị có độ lắng khác nhau. (Độ lắng tức là tốc độ lắng khi quay ly tâm trong những điều kiện tiêu chuẩn). Đơn vị lắng là đơn vị S ( chữ viết tắt của tên tác giả Svedberg) . Ở Prokaryota toàn bộ ribosom có độ lắng là 70S (phân đơn vị nhỏ có độ lắng là 50S). 6.1.2. Ở Eukaryota con số đó lần lượt là : chung 80S, nhỏ 40S, lớn 60S
46 Phân đơn vị nhỏ hình thuôn dài và cong nằm úp như cái vung không kín lên trên phân đơn vị lớn hình cối nhỏ có 3 cái mấu thò lên ôm lấy phân đơn vị nhỏ. - Thành phần hóa học: mỗi phân đơn vị đều làm bằng protein và rARN. rARN cũng được phân biệt bằng đơn vị lắng S Protein có nhiều và đa dạng được đặt tên là L và S kèm theo chỉ số. + Ở Prokaryota : phân đơn vị nhỏ có một rARN 16S (1540 bazơ) và 21 phân tử protein có tên từ S1 đến S21. Phân đơn vị lớn có 2 rARN, 5S (120 bazơ), 23S (2900 bazơ) và 31 phân tử protein có tên từ L1 đến L31 + Ở Eukaryota : phân đơn vị nhỏ có 1 rARN 18S (1900 bazơ) và 33 phân tử protein có tên từ S1 đến S33 Phân đơn vị lớn có 2 rARN, 5S (120 bazơ) và 28S liên kết với 5,8S (tức 4.800 bazơ + 160 bazơ) và 50 phân tử protein có tên từ L1 đến L50 Vài bào quan như ti thể và lạp thể do có ADN riêng nên cũng có ribosom riêng. Chúng có khác là nhỏ hơn. 6.1.3 Chức năng của ribosom Ribosom là nơi tổ chức việc tổng hợp protein tế bào. tính phức tạp của thành phần cấu trúc với hoạt động chức năng cũng phức tạp tuy đã được khám phá ra nhiều điều nhưng vẫn còn nhiều bí ẩn. rARN là axit nucleic nhưng không phải là chỉ hoạt động đơn thuần có liên quan đến các mã di truyền mà còn liên kết phối hợp với các protein để tiếp đón (mARN) tuyển chọn ( phức hợp tARN-axit amin) một cách chính xác, tổ chức tổng hợp (chuyển và nối các axit amin theo mệnh lệnh thông tin) và giao nhận (khi chuỗi peptid đã hoàn thành). Sự chọn cho được phức hợp tARN- axit amin chính xác để nối dài chuỗi peptid là công việc chiếm nhiều thời gian nhất của sự tổng hợp protein.
47 Người ta phát hiện thấy ở Eukaryota hầu như tất cả các protein trên bề mặt của ribosom cũng như các vòng sợi rARN lộ ra trên bề mặt của ribosom đều gắn với các nhân tố khác(enzyn, các nucleotid nhất định trên mARN, trên tARN )để tổ chức và quyết định sự khởi đầu, kéo dài và kết thúc sự tổng hợp protein. Bản thân mARN đã có tín hiệu khởi đầu riêng của nó nhưng sự khởi đầu chỉ thực hiện khi có sự phối hợp của cả một phức hợp protein, rARN trên ribosom. Không có phức hợp protein nói trên thì cả một hệ thống mARN, Met - tARN Met, GTP tại codon AUG khởi đầu của mARN và cả phân đơn vị nhỏ của ribosom không thêí hình thành. Phức hợp protein ribosom và rARN và cả mARN luôn thay đổi hình dạng của cấu trúc nhờ năng lượng thủy phân GTP để chuyển dịch mARN đi vào và đi qua ribosom. (xem tổng hợp protein ở phần sau) Về vai trò của rARN với tư cách nhận diện và liên kết theo cơ chế bổ sung các cặp bazơ, người ta thấy có một chuỗi ngắn nucleotid trên rARN 5S, trước khi bước vào tổng hợp protein. Chuỗi ngắn ấy gắn với một chuỗi tương ứng trên mARN, chuỗi này là một mã không đặc hiệu nằm trước mã đầu tiên của mỗi mARN (có tác giả cho rằng chuỗi ngắn mARN vừa nói thuộc về chuỗi rARN 16S ở vi khuẩn). Một chuỗi nucleotid khác thuộc rARN 28S thì gắn với chuỗi tương ứng (cũng không đặc hiệu) trên tARN thì tARN này mang một axit amin tới ribosom. Người ta cho rằng bộ bốn T(CG không đặc hiệu của tARN phụ trách việc này. Chúng ta để ý bộ bốn này có T và ( : ARN về nguyên tắc không có T và ( thì là một nucleotid lạ. Khi vừa sao mã xong thì bộ bốn ấy là UUTG, liền sau đó bị biến đổi (gọi là thuần thục hóa), một U được thay bởi một T, còn một U được thay bởi một uridin giả gọi là pseudouridin viết rắt là (. tARN tổng hợp xong hay bị biến đổi. Sự biến đổi này hay gặp nhất là ở bộ bốn UUGG (giữa phân tử ở vòng tròn bên nhánh phải của chữ thập). Chữ U đầu tiên (uridylat) bị methyl hóa thành T (thymidylat). Chữ U thứ hai sắp xếp lại thành pseudouridylat ((), trong đó riboza liên kết với 1 cacbon thay vì liên kết với 1 nitơ. Sự biến đổi này tạo nên T(CG. 6.1.4 Dạng tồn tại của ribosom Ribosom có thể tồn tại dưới dạng phân đơn vị trong bào tương ở một số loài sinh vật các phân đơn vị lớn và nhỏ, chỉ hợp lại với nhau khi tổng hợp protein. Các phân đơn vị được thành lập tại hạch nhân trong nhân tế bào. Chúng chỉ hợp nhau tại bào tương. Ở Prokaryota vì không có màng nhân nên không có chi tiết nói trên. Ribosom của ti thể và lạp thể có những đặc tính tương tự như ribosom của vi khuẩn. Ở Eukaryota ribosom có hai dạng chính: ribosom tự do trong bào tương và ribosom bám vào màng lưới nội sinh chất và màng nhân. + Loại ribosom tự do: là nơi sản xuất chủ yếu các protein thuộc bộ xương của tế bào, các protein thêm vào cho ti thể và cho perxysom như catalaza. Các protein gọi là tự do này đều có một chuỗi ngắn axit amin làm tín hiệu dẫn đường đưa đến nơi giao nhận. + Loại ribosom bám vào lưới nội sinh chất và màng nhân: có điểm khác căn bản với ribosom tự do ở chỗ chúng chỉ chuyên trách làm nơi tổng hợp các protein tiết nói chung, cần bảo quản ngay sau khi tổng hợp và được giao nhận trong các túi vận tải. Mỗi ribosom được gắn bằng phân đơn vị lớn của mình vào một điểm trên mạng lưới nội sinh chất hoặc màng nhân, điểm này làm bằng protein gọi là ribophorin, kiểu như một receptor trên màng. Khi không có tổng hợp protein thì ribosom vẫn tự do. Chuỗi axit amin đầu tiên chính là tín hiệu dẫn đường đưa ribosom vào vị trí receptor.
48 Ribosom tự do và ribosom bám vào lưới giống nhau về thành phần cấu trúc protein và rARN. Gọi là tự do nhưng sự thực thấy chúng thường bám vào các sợi của bộ xương của tế bào. - Polysom: tức là polyribosom là hình ảnh đồng thời nhiều ribosom làm việc trên cùng một sợi mARN. Mỗi ribosom cho ra chuỗi peptid riêng của mình. Các chuỗi này đều giống nhau vì làm việc với cùng một mARN. 6.2. Lưới nội sinh chất có hạt. Là một hệ thống lan tỏa toàn bộ bào tương gồm các túi dẹt và ống nhỏ giới hạn bởi một lớp màng sinh chất nội bào, tạo thành một không gian riêng cách biệt với bào tương. Khoảng Polysom không gian này nối thông với khoảng quanh nhân, và nối với màng tế bào để thông với khoảng gian bào. 6.2.1. Đặc điểm Màng của LNSC có hạt cũng là màng sinh chất nhưng đặc trưng bởi: - Tỉ lệ protein trên lipid (P/L) cao hơn ở màng tế bào, tức là lớn hơn 1 và có thể gần bằng hoặc bằng 2 tùy loại tế bào. - Màng này lỏng linh động hơn màng tế bào vì tỉ lệ cholesterol thấp, chỉ chiếm 6% thành phần lipid (ở tế bào gan chuột), (tỉ lệ này ở màng tế bào là 30%), sự đổi chỗ theo chiều ngang của các phospholipid rất dễ dàng. - Một trong các phospholipid của màng: photphattidyl cholin chiếm ưu thế (55%) (ở màng tế bào tỉ lệ này là 18%). - Màng có chứa nhiều protein enzyme, những enzyme chính là glucose-6- photphataza, nuleosit-photphataza, glycosyltransferaza.
49 -Chứa những chuỗi vận chuyển electron tham gia thủy phân nhiều cơ chất. - Đặc biệt là trên bề mặt ngoài của màng bám vô số các ribosom bám vào mặt ngoài của LNSC một cách cố định, ribosom này có thể rời xa, ở một số tế bào có tổng hợp protein tiết mạnh thì hệ lưới có hạt phát triển và số lượng ribosom bám cũng lớn. Khi bám thấy phân đơn vị lớn của ribosom bám vào một phức hợp protein trên màng mà người ta gọi chung là ribophorin. Phức hợp này còn có liên quan đến việc tiếp nhận protein tiết đưa vào lòng lưới. Lực bám là lực liên kết ion cộng với lực của chính chuỗi polypeptid mới sinh. Trong trường hợp không có permeaza thì sợi protein tự luồn qua màng lipid nhờ tín hiệu dẫn đường.(permeaza là 1 protein xuyên màng có chức năng vận chuyển qua màng). 6.2.2. Chức năng Nói chung lòng lưới bảo quản chúng và gắn những chuỗi ngắn các đường glucose, manoza mà người ta gọi là glycosyl hóa. Sự glycosyl hóa đầu tiên gọi là glycosyl hóa bước một. Nó làm cho protein hoạt động hơn mà sự hoạt động thấy rõ nhất là tham gia cùng với chuỗi axit amin dầu tiên, phía đầu -N, để làm tín hiệu dẫn đường đi tìm địa chỉ giao nhận. Sau đó protein được dồn vào phía bờ mép của túi lưới, vào các ống nhỏ tận cùng bởi các túi nhỏ. Các túi này đứt ra thành các túi vận tải ( vẫn mang tín hiệu dẫn đường). Do chúng có màu đậm trên hình hiển vi điện tử nên được gọi là thể đậm. Các loại thể đậm khác nhau theo tín hiệu của mình đi đến nơi giao nhận chính xác, trong số các nơi có màng tế bào và protein được đổ ra ngoài tế bào dưới dạng chất tiết. Riêng protein màng và glycoprotein khi tổng hợp xong vẫn bám vào lòng lưới chứ không vào lòng lưới. Ngoài việc tiếp nhận chế biến, bao gói và gửi đi các protein tiết, LNSC có hạt có chức năng tổng hợp phospholipid và cholesterol ngay bên trong màng lưới. Sản phẩm này trước hết dùng để tái tạo màng, thay phần già cũ hay thành lập mới khi phân bào hoặc thành lập màng tế bào, cholesterol còn cung cấp cho LNC nhẵn làm nguyên liệu để tổng hợp nên các chất khác. Protein cho các màng mới là do các ribosom bám trên màng lưới và các ribosom tự do trong bào tương cùng đảm nhiệm. 6.3. Lưới nội sinh chất nhẵn (không hạt). Cũng gọi là lưới nhưng không phải là những chồng túi dẹt xếp song song như kiểu lưới có hạt mà là một hệ thống ống lớn nhỏ, chia nhánh thông với nhau và thông với LNSC có hạt. Trong một tế bào có thể có nhiều hệ thống lưới nhẵn này xen lẫn với lưới có hạt ( trên hình hiển vi điện tử hệ lưới nhẵn thấy như là từng đám ống nhỏ bị cắt cụt rời rạc) Màng của lưới vẫn là màng sinh chất nội bào. Tỉ lệ P/L giống như của lưới nội chất hạt nhưng thành phần lipid có khác. Tỉ lệ cholesterol cao hơn là 10% các chất lipid (ở hạt là 6%). Photphatidylcholin cũng cao, (như ở LNC hạt), chiếm 55% các chất lipid. Màng của lưới và cả trong lòng lưới chứa nhiều hệ thống enzyme chuyên nối dài hoặc bão hòa hóa các axit béo. Hệ lưới nhẵn rất phát triển ở tế bào tuyến bã nhờn, tế bào xốp tức là ở nơi nào mà sự tổng hợp lipid là mạnh mẽ. Điều này có thể thấy được qua các tỉ lệ sau đây : - Ở tế bào chuyên tiết protein như tế bào tuyến tụy thì hầu như chỉ có hệ thống LNC hạt. - Ở tế bào cơ thì hầu như chỉ có hệ thống LNC trơn. - Ở tế bào gan thì tỉ lệ LNC hạt /LNC trơn xấp xỉ bằng 1. Chức năng của hệ lưới không hạt (SER)
50 * Chức năng tổng hợp : chuyên tổng hợp và chuyển hóa axit béo và phospholipid, tổng hợp lipid cho các lipoprotein nhờ các enzyme trong màng SER. Ở tinh hoàn SER tổng hợp các hocmôn steroit (hocmôn sinh dục và vỏ thượng thận) từ cholesterol. * Về chức năng giải độc : các chất độc, dược liệu hoặc hóa chất có hại, thuốc trừ sâu hay chất gây ung thư đi vào SER tại đó các enzyme xúc tác các phản ứng chuyển các chất trên từ không tan trong nước thành tan trong nước để có thể đào thải qua nước tiểu. Khi chất độc có nhiều SER tăng số lượng, tiêu độc xong thì phần thừa sẽ giải thể theo con đường tiêu hóa trong tiêu thể. * Chức năng được gọi là nâng cấp các axit béo có thể thấy qua việc SER dùng enzyme của mình để nối lại các hạt monoglyxeryl, các mixen axit béo trước đó đã giáng cấp cho vụn ra để đi qua màng tế bào làm cho chúng trở lại nguyên hình các đại phân tử. Các sản phẩm của SER cũng được phân phối theo yêu cầu dưới dạng chất tiết. Ngoài ra SER ở tế bào cơ có một chức năng đặc biệt liên quan tới sự co duỗi cơ. Màng SER của cơ có protein enzyme tên là Ca++ ATPaza, còn gọi là cái bơm Ca++ ra khỏi SER để Ca++ vào bào tương thì cơ co. Và ngược lại khi cái bơm Ca++ bơm Ca++ trở lại cho SER thì cơ duỗi. SER của tế bào cơ mang tên riêng; lưới nội sinh nhẵn của cơ (sarcoplasmic reticulum). 6.4. Bộ golgi. Bộ golgi có dạng một chồng túi mỏng hình chỏm cầu xếp song song với nhau thành hệ thống túi dẹt (còn gọi là dictiosom) nằm gần nhân tế bào. Trên hình hiển vi điện tử mỗi túi dẹt có hình một lưỡi liềm, bờ mép túi ngoài thì lồi, bờ mép túi trong thì lõm. Túi và màng túi đều mỏng hơn của hệ LNSC, chiều dày của mỗi túi là khoảng 150A0, đường kính của miệng túi (giữa hai mép túi) là 0,5 đến 1 (m. Các túi dẹt càng về phía trong (tâm tế bào) càng có các túi phình ở bờ mép. Các túi dẹt từ phía ngoài vào phía tâm tế bào có liên hệ với nhau. Có tác giả cho là đường liên hệ là các kênh nhỏ. Có tác giả khác thì cho rằng túi vận tải bứt ra từ túi dẹt ngoài sẽ hòa vào túi dẹt trong kế bên. Một loại túi cầu khác cũng tách ra từ các lớp túi dẹt chứa các sản phẩm đến đúng nơi thu nhận. Những túi này được gọi là túi cầu golgi. Bộ golgi của tế bào có thể gồm một hệ thống dictiosom hoặc nhiều hệ thống dictiosom. Các dictiosom gần nhau liên hệ với nhau bằng các kênh nhỏ nối liền với màng túi phía lồi xa tâm tế bào nhất. Màng của bộ golgi thường xuyên bị thiếu hụt đi do nó tạo nên các túi golgi và cũng thường xuyên được bù trả lại bằng các thể đậm và các túi cầu từ màng nhân.
51 6.4.1. Sự phân cực và thành phần hóa học của bộ golgi Màng của các túi dẹt của bộ golgi có cấu tạo hóa học không giống nhau. - Phía lồi của chồng túi dẹt (dictiosom) còn gọi là phía gần (cis). Túi dẹt phía gần có màng túi mỏng có cấu tạo hóa học giống cấu tạo hóa học của màng RER, tỉ lệ P/l xấp xỉ bằng 2 (độ dày của màng: 450 - 60 A0). - Càng đi về phía tâm của tế bào, tỉ lệ P/L của màng túi dẹt cũng giảm dần. Đến túi dẹt trong cùng, phía lõm của dictiosom còn gọi là phía xa (trans) thì màng túi dẹt có tỉ lệ P/L gần giống tỉ lệ của màng tế bào, và độ dày của màng cũng dày hơn độ dày của màng túi dẹt phía gần (khoảng 100 A0). Tỉ lệ cholesterol ở đây cũng cao. Các túi dẹt ở bên trong chồng dictiosom như vậy có tỉ lệ P/L giảm dần hoặc trung gian giữa trị số 2 và 1.Ngoài những nét chính trên đây các túi dẹt còn có các nội dung về enzyme khác nhau, các phức hợp protein có vai trò tiếp nhận (receptor) khác nhau tại mặt trong màng túi. Trên hình hiển vi điện tử chúng ta thấy hầu hết các túi dẹt đều có chỗ phình ra ở mép túi chứ không chỉ ở túi dẹt cuối cùng phía xa. Như trên đã nói, các thể đậm tức các túi vận tải mang protein từ RER đến và đổ vào phía gần của dictiosom, protein được chuyển dần và trong tức về phía xa (các protein đó là: các protein tiết proteoglycan, glycoprotein màng tế bào, protein của tiêu thể và các glycolipid từ SER đến nữa ) Khi các chất này vào bộ golgi chúng được bộ golgi liên hệ thêm các chất, việc làm này được gọi là thuần thục hóa nhằm tăng tính đặc hiệu cho từng loại protein trong đó vần đề tín hiệu dẫn đường và nhận diện địa chỉ giao nhận là quan trọng nhất. Sự liên kết đầu tiên là liên kết đồng hóa trị gồm sự glycosyl hóa, sunphat hóa, sự cộng thêm axit béo. Các glycolipid cũng bị biến đổi. Sau khi đã được thuần thục hóa, các chất về vị trí của mình liên kết tạm thời với các phức hợp protein tiếp nhận (receptor) trên màng trong của túi dẹt để tạo nên các túi cầu chứa các chất “tiết” khác nhau. Đấy là các túi cầu golgi, túi cầu này to nhỏ khác nhau, nội dung bên trong khác nhau và rõ ràng là màng túi cũng khác nhau kèm theo các receptor đặc hiệu của chất tiết. Tất cả các tính chất trên đây: sai khác về hình thái, sai khác về thành phần hóa học, hướng di chuyển vật chất qua dictiosom, các chức năng khác nhau của các túi dẹt từ phía gần đến phía xa gọi là sự phân cực của dictiosom tức là của bộ golgi. 6.4.2 Chức năng của bộ golgi Nói một cách khái quát thì bộ golgi chuyên trách việc tiếp nhận protein và glycolipid hoặc cả cacbohydrat, từ hệ LNSC đưa tới, thuần thục hóa chúng rồi bao gói chúng lại rồi phân phát theo đúng địa chỉ tiếp nhận, có thể đó là các bào quan, có thể dó là phía ngoài tế bào. Người ta gọi chung các chầt trên đây là chất tiết. Một số chức năng cụ thể của nó : - Góp phần tạo nên các tiêu thể sơ cấp ở giai đoạn cuối - Glycosyl hóa hầu như tất cả các glycoprotein của chất nhầy (một loại chất tiết) - Tạo nên thể đầu (acrosom) của tinh trùng - Sự thuần thục hóa có các phản ứng: + Glycosyl hóa các hợp chất protit và lipid. + Sunphat hóa các glycoprotein bằng gốc SO4 (este hóa). + Chuyển các phân tử protein sang cấu trúc bậc hai và bậc ba. + Gắn thêm các axit béo vào các chất đi qua dictiosom, polyme hóa các chất polysaccarit.
52 + Các chất tiết và có thể có các chất độc dược được bộ golgi đưa ra khỏi tế bào bắng các túi golgi có cấu tạo màng giống màng tế bào. Sau khi mở túi ra và tống các chất tiết ra ngoài thì màng túi hòa vào màng tế bào, phía trong màng túi này thành phía ngoài màng tế bào và các cấu trúc cacbonhydrat trong màng túi đã trở thành cấu trúc cacbonhydrat của lớp áo tế bào, và có thể bộ golgi là cơ quan tạo nên phần lớn cấu trúc áo tế bào. + Với khả năng tạo các túi golgi có cấu tạo màng khác nhau để rồi các túi đó hòa nhập vào các màng có cấu tạo tương ứng, bộ golgi trở thành bào quan biệt hóa các loại màng của tế bào. 6.5. Tiêu thể (lysosome) Tiêu thể là bào quan tiêu hóa chính của tế bào dạng tồn tại liên quan tới nó là tiêu thể sơ cấp, tiêu thể thứ cấp và các túi thải cặn bã. Một tế bào có nhiều tiêu thể kích thước không bằng nhau, nằm rải rác trong bào tương. 6.5.1 Cấu trúc và thành phần hóa học của tiêu thể Tiêu thể được mô tả chính là tiêu thể sơ cấp. Nó là một túi cầu nhỏ chỉ bao bởi một lớp màng sinh chất nội bào. Thành phần hóa học gần giống với màng tế bào về tỉ lệ P/L nói chung, nhưng thành phần cholesterol chỉ bằng một nữa so với màng tế bào. Đặc biệt màng tiêu thể có một loại protein màng chuyên để bơm cation H+ vào lòng tiêu thể để giữ cho độ pH trong tiêu thể luôn ở 4,8 hoặc thấp hơn (pH bào tương là 7 đến 7,3). Lòng tiêu thể chứa các enzyme tiêu hóa gọi là enzyme thủy phân axit. Gọi là axit và chúng làm việc trong điều kiện pH axit (=5). Các enzyme đó có thể quy về các nhóm chính sau đây: - Protease để thủy phân protein - Lipase để thủy phân lipid - glucozidase để thủy phân glucid - Nucleaza để thủy phân axit nucleic Và một số nhóm khác : phosphatase, phospholipase, và sulphatase
53 Sự có mặt của các enzyme trên đây chứng tỏ tiêu thể có khả năng tiêu hóa mọi chất hữu cơ của tế bào. Sự tiêu hóa xong sẽ cho lại các đường đơn, các axit amin và các nucelotit và với khả năng này dường như các enzyme tiêu hóa lúc nào cũng sẵn sàng để tiêu hủy cả tế bào. Thực vậy các enzyme thủy phân có ích cho quá trình tiêu hóa bao nhiêu thì nguy hiểm cho tế bào bấy nhiêu nếu chúng được tự do. Màng tiêu thể đã gói chúng lại nhưng cũng chính màng tiêu thể cũng là màng sinh chất nhưng lại trụ được không bị thủy phân kể cả khi enzyme đã chuyển từ trạng thái bất hoạt sang trạng thái hoạt động. Màng tiêu thể có khả năng đặc biệt như thế nào để trụ được cơ chế còn chưa biết rõ đầy đủ. Tính chất chỉ hoạt động trong pH axit tự nó cũng đã hạn chế khả năng thủy phân không đúng chỗ của nó khi do một nguyên nhân nào đó, màng tiêu thể rách, enzyme bị rơi vãi ra bào tương, pH=7 của bào tương không cho phép enzyme hoạt động. Người ta đã tìm thấy trong bào tương nấm men và có lẽ của các tế bào khác các protein có khả năng liên kết và làm bất hoạt các protein thủy phân khi bị thất thoát ra bào tương, tất nhiên khi lượng đó không nhiều. Tuy nhiên, khi bị tác nhân kích thích hàng loạt tiêu thể bị vỡ cùng một lúc sẽ gây nên sự tiêu bào. Cũng có sự tiêu bào sinh lý để thanh toán những mô đã hoàn thành nhiệm vụ ví dụ như sự tự tiêu đuôi nòng nọc. 6.5.2. Sự hình thành tiêu thể và quá trình hoạt động của tiêu thể Enzyme tiêu hóa tức enzyme thủy phân axit được tổng hợp và đưa vào lòng LNSC có hạt, tại đây các protein enzyme này được glycosyl hóa tại đầu mút N của phân tử tức là tiếp nhận một oligosaccarit (đầu này sẽ làm tín hiệu dẫn đường để đưa enzyme tới bộ golgi). Sau khi được glycosyl hóa, enzyme được đẩy đến rìa của LNSC để tạo thành các túi cầu chứa enzyme, lúc này mang tên là thể đậm. Thể đậm tìm đến phía lồi của bộ golgi, nhập vào túi dẹt golgi phía lồi. Tại đây enzyme được photphorin hóa. Cụ thể là một hoặc vài đường maltose của chuỗi oligosaccarit trên enzyme sẽ được phosphoryl hóa và cấu trúc này sẽ là tín hiệu dẫn đường cho túi cầu golgi tìm đến tiêu thể sơ cấp. Sự phosphoryl hóa này là điều kiện để cho enzyme được các ổ tiếp nhận (tức là các receptor) protein trên bề mặt trong của các túi dẹt golgi tiếp nhận. Phần màng của các túi dẹt golgi có mang liên kết receptor-enzyme thắt lại thành túi cầu chứa enzyme. Điều chú ý là liên kết này được thực hiện khi maltose đã phosphoryl hóa và tại pH trung tính, tức là pH của túi dẹt golgi trong trường hợp này, và không thực hiện ở pH 4,8-5.
54 Túi cầu golgi có tín hiệu maltose dẫn đường sẽ đi tiếp đến tiêu thể sơ cấp, hòa nhập với túi tiêu thể sơ cấp và trao enzyme cho tiêu thể. Vì pH của tiêu thể là 4,8 cho nên liên kết phosphat bị cắt (phosphatase xúc tác), và liên kết receptor-enzyme cũng bị cắt. Receptor được giải phóng vẫn gắn trên một phông màng còn lại của túi cầu golgi, khép lại thành túi kín và quay trở về với túi dẹt golgi để làm việc lại trong lần sau. Tại tiêu thể sơ cấp, các enzyme thủy phân dạng tiền thân-(proenzyme) gặp pH 4,8 bị giáng cấp thành các peptid ngắn hơn để trở thành các enzyme thủy phân ở trạng thái hoạt động. Khi gặp không bào tiêu hóa chứa thức ăn từ ngoài vào hoặc gặp không bào tự tiêu chứa các mảnh màng LNSC hoặc các ti thể, lạp thể già, cũ bị bào tương thanh thải, sẽ hòa nhập với không bào để trở thành tiêu thể thứ cấp. Sự tiêu hóa cho các đường đơn, axit amin và các nucleotid rồi trao cho bào tương để tái tạo tế bào. Các chất cặn bã, chất độc được thắt vào túi bài tiết để đưa ra khỏi tế bào theo cơ chế ngược lai với cơ chế nội thực bào. Sự tiêu hóa các mảnh màng bị thanh thải được coi là sự làm trong sạch tế bào. 6.5.3.Bệnh của tiêu thể Từ bệnh tiêu thể chung chung dùng để chỉ sự thiếu hụt hay sai sót bất thường của một enzyme nào đó trong tiêu thể (còn gọi là bệnh phân tử). Sự thiếu hụt enzyme gây rối loạn trong chuyển hóa vật chất của cơ thể, trong nhiều trường hợp chỉ thiếu một enzyme mà rất trầm trọng.
55 Một ví dụ : do thiếu enzyme thủy phân tên là B-N-hexoaminase A làm cho gangliosit (GM2) tích tụ quá mức trong não gây rối loạn trong hệ thần kinh trung ương, chậm trí tuệ và chết ở tuổi thứ 5. Bệnh gọi là bệnh Tay-Sachs di truyền gen lặn. 6.6. Peroxysom : Nói tiêu thể là bào quan tiêu hóa chính vì còn bào quan tiêu hóa khác tên là peroxysom. Peroxysom chứa phần lớn catalaza của tế bào. Ngoài ra catalaza còn enzyme oxy hóa không chứa enzyme thủy phân axit. Các protein của peroxysom được tổng hợp tại ribosom tự do trong bào tương. Chúng có tín hiệu dẫn đường tới peroxysom. Sau khi đến nơi thì tín hiệu này tách ra bằng cơ chế thủy phân. Các enzyme oxy hóa trong môi trường kiềm nhẹ. Hoạt động chủ yếu của peroxysom có liên quan tới H2O2 gồm cả phản ứng tổng hợp và phản ứng phân tích. 6.7. Lạp thể (plastide) Lạp thể là bào quan của tế bào thực vật chuyên trách việc tổng hợp nên glucid từ các hợp chất vô cơ. Loại lạp thể có màu đỏ hoặc màu vàng gọi là sắc lạp. Loại màu vàng chức xantophyl, loại màu đỏ chức caroten. Các chất màu này thu hút năng lượng ánh sáng mặt trời để chuyển năng lượng ấy vào trong chất glucid mà săïc lạp tạo nên. Các chất màu này có khả năng thu hút loại ánh sáng yếu, ánh sáng ở tầng dưới còn sót lại sau khi chất màu lục của diệp lục ở tầng lá trên đã thu hút trước. Ánh sáng yếu cũng là ánh sáng của mùa đông, mùa của cây khô lá vàng tức là mùa làm việc của sắc lạp. Loại lạp thể quan trọng hơn là lục lạp tức là loại có màu lục, màu của chlorophyl tức diệp lục, loại chất màu luôn thu hút ánh sáng mạnh của mặt trời. Chú ý: Các loại lạp thể (bạch lạp: không màu như lạp bột. lạp dầu đậm) lục lạp, sắc lạp có di truyền với nhau. Có khả năng biến đổi từ loại này sang loại kia trong quá trình phát triển cá thể. Ví dụ: sự hóa xanh của mầm khoai, lục lạp ở quả xanh bằng sắc lạp khi quả chín 6.7.1 Cấu trúc của lục lạp Là một bào quan hình hạt và khác với mọi bào quan khác ở chổ nó có 3 lớp màng: màng ngoài, màng trong và màng túi tức màng thylaokit.
56 - Màng ngoài: có tính thấm cao. - Màng trong: kém thấm hơn và mang các protein màng vận tải chuyên trách việc đẩy Glyxeraldehyt 3- photphat, sản phẩm glucid của lục lạp, ra khỏi lục lạp để vào bào tương. Giữa hai màng này có một khoảng gian màng hẹp, có độ pH=7 như bào tương. Màng thứ ba là màng quan trọng nhất của lục lạp gọi là màng túi tức là màng thylakoit, tỉ lệ P/L rất cao(=3). Màng thylakoit đặc biệt rất nghèo phospholipid: 80% lipid cực là glycolipid và sunpholipid (lipid cực là lipid có khả năng liên kết với nước). Mặt ngoài màng túi tiếp xúc với lòng lục lạp (tức nền stroma) Lòng lục lạp có độ pH=8, chứa nhiều enzyme tự do xúc tác quá trình tổng hợp glyxeraldehyt 3-photphat, (P -GAL), chứa tạm thời P- GAL trước khi đẩy nó ra khỏi lục lạp., hoặc lưu giữ nó lâu dài dưới dạng tinh bột sau khi đã chuyển nó thành glucose rồi thành tinh bột. Mặt trong của màng túi tiếp xúc với khoang túi nơi có pH=5. Điều này có liên quan mật thiết đến protein màng túi có những cái bơm cation H+ bơm H+ vào khoang túi giữ độ pH=5 cho khoang túi. Màng túi được hình thành từ màng lục lạp trong. Màng lục lạp trong nhô ra và tách ra thành một hệ thống màng mới, thay đổi thành phần cấu trúc một cách căn bản. Nhìn khái quát ở kích thước siêu vi thì thấy những tấm túi mỏng xếp song song xen kẽ là các hạt gồm các túi hình dĩa xếp chồng lên nhau. Hình chi tiết hơn do M.Anderson 1982 cung cấp cho thấy: phần hình tấm mỏng cũng có khoang túi nhưng không gấp nếp, phần gọi là hạt cũng là màng túi nhưng gấp nếp nhiều lần tạo thành một chồng đĩa giống như một hạt. Như trên đã nói, màng túi lục lạp chứa chlorophyl (diệp lục), chlorophyl là một protein xuyên màng túi được tổng hợp trong bào tương. Ngoài chlorophyl và cái bơm H+ là những hệ thống quang hợp, các chất nhận và chuyển điện tử và những phức hợp ATP synthetase, một phức hợp gồm nhiều enzyme có hình chùy, đầu hình chùy có
57 đường kính bằng 9nm. Phức hợp còn có tên là oxysom. Oxysom phosphoryl hóa ADP thành ATP tức là những phân tử chứa đựng năng lượng dùng cho hoạt động của tế bào. Hệ thống quang hợp 2 chứa các sắc tố thu hút ánh sáng có bước sóng có độ dài bằng 680nm , còn hệ thống quang hợp 1 chứa sắc tố thu hút ánh sáng có bước sóng có độ dài bằng 700nm. Do hệ thống ánh sáng không hằng định, độ dài bước sóng ánh sáng biến động từ 600 đến 700nm, sự phối hợp đồng thời các hệ thống quang hợp khác nhau cho hiệu quả cao nhất. - Lục lạp có ADN và ribosom riêng nên tổng hợp được protein cho nó. 6.7.2. Chức năng của lục lạp hay là hệ thống quang hợp Lục lạp là bào quan chuyên việc thu hút ánh sáng năng lượng mặt trời để một phần thì tổng hợp ngay ra phân tử ATP và một phần tích lũy năng lượng vào trong các phân tử cacbohydrat sản phẩm chính của quá trình quang hợp. Quá trình có hai giai đoạn, giai đoạn tiến hành có ánh sáng và giai đoạn không cần ánh sáng gọi là phản ứng tối. - Phản ứng sáng Là một loạt các phản ứng hóa học và sự nhận và chuyển điện tử nhằm mục đích phosphoryl hóa ADP để tạo nên các ATP và khử các NADP+ (hoặc các phân tử tương tự) để tạo nên các phân tử NADPH tiền đề cho các phản ứng tổng hợp các cacbonhydrat. - Phosphoryl hóa vòng: vòng có ý nghĩa là điện tử (e-) bị bật ra từ phân tử diệp lục sau khi hoàn thành công việc lại quay về trả lại cho phân tử. - Phosphoryl hóa không vòng: không vòng có nghĩa là điện tử (e-) bị bật ra khỏi phân tử diệp lục lúc ban đầu, sau đó nhập vào một phân tử diệp lục khác, phân tử diệp lục cũ sẽ được cân bằng bằng một điện tử lấy từ nước. Quá trình phosphoryl hóa không vòng diễn ra liên tiếp qua hai hệ thống quang hợp 2 và hệ thống quang hợp 1. Hệ thống 1 có diệp lục a, hấp thu ánh áng bước sóng 700nm, hệ thống 2 có diệp lục b hấp thu ánh sáng có bước sóng 680nm (diệp lục b khác diệp lục a ở chỗ nó có nhóm CHO thay vào nhóm CH3 của diệp lục a) - Phản ứng tối Phản ứng tối là phản ứng quang hợp nhằm cố định CO2 qua một loạt các phản ứng có xúc tác enzyme gọi là chu trình Calvin. Quá trình cần năng lượng từ ATP và NADPH (hoặc NADPH2). Các phản ứng xảy ra trong lòng lục lạp: các nguyên tử cacbon của CO2 nối với nhau và nối với H của NADPH đồng thời gắn với một nhóm photphat. Sau đây là phản ứng tổng hợp: 5NADPH2 + 6CO2 + 2ATP 2C3H5O3 P + 5NADP + 2ADP + 3O2 C3H5O3 P là glyceraldehyt 3-photphat (P - GAL) = 3C Một số P - GAL sẽ được chuyển từ lục lạp ra bào tương, tại đây chúng sẽ trải qua những phản ứng nữa để cho glucose 6C. 1 2C3H5O3 P + H2O C6H12O6 + 2P + /2O2 Glucose Năng lượng tích lũy trong một phân tử glucose tương đương với một nhiệt lượng 780.000 calo; thực vật dự trữ glucose dưới dạng tinh bột : n (C6H12O6) (C6H10O5)n + nH2O Tinh bột - ADN của lạp thể
58 Lạp thể có ADN riêng dạng vòng, dài khoảng 145.000 đôi bazơ. Mã hóa các gen của 27 tARN và mARN, tổng hợp nên các protein riêng của mình. Có điều đặc biệt là một số loài thực vật có ADN lạp thể có hai bản sao giống nhau trên cùng một vòng nhưng sắp xếp ngược chiều nhau đối với gen của rARN. Trong cùng một chi như chi đậu Hà Lan có loài chỉ có một bản sao gen ribosom có loài lại có 2 bản sao. Phần lớn protein của lạp thể nhập từ bào tương. Lạp thể chỉ sinh ra từ lạp thể. Tiền thân của lạp thể là lạp thể chưa thuần thục chứa ít protein màng túi. Chỉ có màng ngoài và màng trong, màng túi chưa phát triển, lòng lạp thể nhỏ. Khi ra ánh sáng lạp thể sẽ phát triển dần. 6.8. Ti thể Ti thể là bào quan được gọi là hô hấp của tế bào. Là những thể hình túi như quả bí đao nhỏ, có nhiều và rải rác khắp bào tương, đặc biệt tập trung nhiều ở nơi hoạt động mạnh trong tế bào. Tế bào gan động vật có vú có tới 1000-1500 ti thể. 6.8.1.Cấu trúc và thành phần hóa học của ti thể. Túi ti thể được chia thành hai màng chia ti thể ra thành hai phần tách biệt. Khoảng gian màng và lòng ti thể. Màng ti thể ngoài: cũng là màng sinh chất: tỉ lệ P/L bằng hoặc hơn 1. Tuy tỉ lệ này gần giống như tỉ lệ của màng nhưng thành phần bên trong có khác, cholesterol thấp, bằng 1/6 so với màng hồng cầu, (photphatidyl cholin cao gấp hai lần rưỡi so với màng tế bào). Đặc biệt màng ti thể nói chung phải tiếp thu phần lớn protein ti thể sản xuất từ bào tương để xây dựng ti thể và để hoạt động nên cấu tạo của màng đặc biệt là màng ti thể ngoài có những phức hợp protein làm nhiệm vụ vận tải đặc hiệu protein vào ti thể, khi ở bào tương chúng mang một chuỗi axit amin ở phía đầu -N của sợi protein để làm tín hiệu dẫn đường. Sợi protein này hoặc nhờ tín hiệu dẫn trực tiếp đến màng ti thể trong hoặc ngoài để tích hợp vào màng lipid kép hoặc đi vào khoảng gian màng hoặc lòng ti thể; cách thứ hai là vẫn nhờ tín hiệu dẫn đường nhưng phải qua ổ thu nhận (receptor) đặc hiệu trên màng ti thể ngoài. Khi tín hiệu dẫn đường đã xong việc thì nó sẽ rời ra khỏi protein nhờ thủy phân rồi giáng cấp trong lòng ti thể. - Khoảng gian màng : xen kẽ giữa hai màng, môi trường gian màng tương tự và cân bằng với bào tương ( khoảng gian màng chứa cytochrom và b2. Cytochrom peroxydase, các enzyme sử dụng ATP từ lòng ti thể đi ra để phosphoryl hóa các nucleotid nhưng không phải là adenin).
59 - Màng ti thể trong: màng ti thể trong trừ một số trường hợp nhỏ thành hình ống xòe kín lòng ti thể, còn thì đều gấp thành nếp xen vào lòng ti thể, các nếp gấp gọi là mào. Sự tăng số lượng mào nhằm tạo thêm diện tích làm việc của màng trong. Màng trong cũng là một màng sinh chất nhưng P/L rất cao (=3), cholesterol thấp, bằng một nửa so với màng ti thể ngoài, chứa một phospholipid gọi là cariolipid với khả năng chặn ion H+ lại. Protein màng trong có 3 nhóm: - Nhóm vận tải các chất đặc hiệu chuyển hóa qua lại màng trong. - Phức hợp enzyme ATP synthetase để tổng hợp ATP. - Nhóm thực hiện các phản ứng oxy hóa của chuỗi hô hấp tức là nhận và chuyền điện tử là H+ và oxy hóa H+. ` - Lòng ti thể: Lòng ti thể chứa nhiều loại khác nhau, phần lớn là enzyme-protein do ti thể tự tổng hợp lấy nhờ ADN của mình và protein từ bào tương vào. Trong số các enzyme có enzyme oxy hóa pyruvat và các axit béo từ ngoài bào tương vào thành acetyl CoA, các enzyme của chu trình Kreb, chuyển axit citric (2C) thành CO2 (1C) và NADH. CO2 sẽ đi ra khỏi ti thể, còn NADH sẽ đến màng ti thể trong để gặp chuỗi hô hấp. Lòng ti thể còn chứa ADN riêng của ti thể. 6.8.2. Chức năng của ti thể hay quá trình hô hấp của tế bào Loại hô hấp này được gọi là hô hấp ái khí tức là có cần O2, gồm hai giai đoạn: giai đọan phân ly glucose thực hiện trong bào tương và giai đoạn oxy hóa pyruvat thực hiện trong ti thể. * Sự phân ly glucose: Ở giai đoạn này, glucose 6 cacbon bị tách làm đôi thành hai phân tử axit pyruvic 3 cacbon. Phản ứng nhờ các enzyme có trong bào tương. Phản ứng tổng quát như sau: C6H12O6 + 2ATP 2C3H4O3 + 4H + 2ADP + 2P + 4ATP Glucose Axit pyruvic Phân tử glucose đã dùng 2 phân tử ATP để cho hai phân tử axit pyruvic, năng lượng thu được là 4ATP trả lại 2ATP đã dùng còn lại 2ATP. * Chu trình Krebs: Các phân tử pyruvat đi vào ti thể đồng thời với các axit béo, chúng đi vào chu trình Kreb trong lòng ti thể. Pyruvat và axit béo được oxy hóa thành acetyl CoA ( một hợp chất 2C) nhờ enzyme pyruvat dehydrogenase. Nhóm acetyl CoA 2 cacbon này sau đó đi vào chu trình axit citric nhờ các enzyme của chu trình này để tiếp tục giáng cấp xuống C1 và tạo ra một lượng lớn các NADH (và FADH2). (Ở đây chúng ta thấy ngoài pyruvat ra còn có axit béo. Một mình pyruvat cũng tạo ra được acetyl CoA nhưng khi chúng ta đói thì phần lớn acetyl CoA là do axit béo dự trữ trong cơ thể cung cấp. Thường thì cả hai quá trình này vẫn cùng xảy ra với tỉ lệ bên ít bên nhiều tùy theo lượng glucose đưa vào cơ thể. Điều cần chú ý là trong tế bào động vật khi đường đã chuyển hóa thành axit béo thì không thể chuyển lại được). Chu trình axit citric còn gọi là chu trình axit tricacboxylic hay là chu trình Krebs. Chu trình này oxy hóa nhóm acetyl trên acetyl CoA để tạo nên NADH và FADH2 và sản phẩm cuối cùng chứa 1 cacbon là CO2. NADH và FADH2 cung cấp các điện tử của chúng cho chuỗi hô hấp trên màng ti thể trong và cuối chuỗi các điện tử được dùng để khử O2 thành H2O. Các phản ứng tóm tắt như sau :
60 + CH3COOH + 2H2O + 3NAD + FAD 2CO2 + 3NADH + FADH2 (dạng acetyl CoA) Phản ứng này cũng sinh năng lượng và tạo nên 1 ATP nhờ phản ứng phosphoryl hóa kiểu như trong phân ly glucose. Phần lớn năng lượng vẫn còn nằm trong các điện tử mang bởi NADH và FADH2. * Chuỗi hô hấp : Chuỗi hô hấp chứa các phức hợp enzyme lớn nằm trên màng trong của ti thể, 3 nhóm chính là: - NADH dehydrogenase tiếp nhận e- từ NADH, chuyền e- cho ubiquinon. Ubiquinon chuyền tiếp cho: - Phức hợp b-c1, phức hợp này lại chuyền cho Cytocrom c ( 1 protein màng ngoại vi), Cytocrom c chuyền tiếp cho: - Phức hợp Cytocrom oxydase và cuối cùng chuyền từng e- một cho từng phân tử O2 để tạo nên hai phân tử nước. Viết gọn lại ta có : NADH NADHdehydrogenase Ubiquinon Phức hợp b- c1 Cytocrom c Phức hợp Cytocrom oxydase O2 Đấy là quá trình nhận và chuyển điện tử theo một hướng nhất định, quá trình này diễn ra đồng thời với sự đẩy các proton (H+) ra khỏi lòng ti thể. Gradien proton điện hóa học ( hiệu thế do chênh lệch nồng độ H+), mà chuỗi hô hấp đã tạo nên được sử dụng để thành lập các ATP nhờ phức hợp protein xuyên màng ATP synthetase. Công thức tóm tắt như sau : 2C3H4O3 + 6H2O 6 CO2 + 20H Axit pyruvic 4H + 20H = 24H; 24H + O2 + O2 + + O2 12H2O Năng lưọng được giải phóng khỏi pyruvat trong ti thể tương đương với 36 ATP. Cộng với 2ATP do phân ly glucose được tất cả là 38ATP. Đó là số ATP tổng cộng do oxy hóa một phân tử glucose trong tế bào. Biết rằng khi hình thành một phân tử ATP cần 8 Kcal. Vậy cứ 38 ATP tức 8 Kcal x 38 = 304 Kcal. Khi một phân tử glucose cháy tự do, nó cho 688.000 cal tức 688 Kcal. Vậy năng suất sinh học của một phân tử glucose là : 304 = 44% 688 Trong thực tế còn bị tiêu hao dưới dạng nhiệt và chỉ còn dưới 10%. Quá trình tổng hợp ATP từ ADP xảy ra trong ti thể gọi là sự phosphoryl hóa oxy hóa. Sự tổng hợp tỉ lệ với sự tiêu thụ oxy trong tế bào. Thiếu Oxy thì sự tổng hợp ATP giảm. Ở vi khuẩn ái khí không có ti thể. Các phức hợp phân tử thực hiện sự hô hấp của tế bào nằm trong màng vi khuẩn. 6.8.3. ADN ti thể Ti thể cũng sinh sản kiểu nhân đôi ( phân chia ) như tế bào. Không có sự tổng hợp ra ti thể mới. Chúng có ADN riêng, có ribosom riêng tuy không đủ cho toàn bộ nhu cầu về protein của chúng. Sự phân chia của ti thể không theo cùng nhịp điệu của sự
61 phân bào của tế bào mang ti thể. ADN của ti thể giống như ADN của vi khuẩn, hình vòng, có một hoặc hai vòng trong một ti thể, tự do trong lòng ti thể hoặc có khi bám vào màng ti thể trong. Ở người bộ gen của ti thể rất ổn định, có chút ít đa hình mang tính chủng tộc. Và điều độc đáo nhất là tuy cũng là một phân tử ADN sợi kép hình vòng như vi khuẩn nhưng điều khác là cả hai vòng đơn đều có gen mã hóa độc lập với nhau. Nội dung mã hóa của ADN coi như kín. Khi bên này là intron thì bên kia là gen và tất nhiên gen của hai bên phải làm việc trái chiều nhau. Các bộ ba mã có vài chi tiết không giống như bình thường. Ví dụ UAG thì mã hóa trytophan chứ không phải là mã chấm câu, AGA và AGG thì lại chấm câu chứ không mã hóa arginin. Phần lớn protein của ti thể (khoảng 9/10) là do nhân tế bào phụ trách. Khoảng trên 10/100 protein của mình thì ti thể tự mã hóa. ADN của ti thể người dài 16.569 đôi bazơ, chứa các gen của rARN 12S và 16S, 22 loại tARN, các phân đơn vị I, II, III của cytochrom oxydase, phân đơn vị 6 ATPaza, cytochhrom b và 8 gen protein khác. Khi có đột biến gen trong ti thể cũng gây nên khuyết tật protein đặc biệt là các enzyme liên quan đến năng lượng sẽ gây nên các bệnh di truyền. Một số bệnh đã được phát hiện có liên quan đến thần kinh và cơ. Cơ chế di truyền của ADN ti thể: ở người, noãn bào có rất nhiều ti thể, tinh trùng chỉ có 4 cái (do nhiều cái hợp lại) quấn quanh cổ tinh trùng, khi thụ tinh thì ti thể tinh trùng ở lại không vào noãn bào, có nghĩa là trong hợp tử chỉ có toàn là ti thể của noãn bào và mọi tế bào cơ thể về sau đều mang ti thể nguồn gốc từ mẹ. Và nếu có bệnh do đột biến gen ti thể thì bệnh đó chỉ do mẹ truyền cho mà thôi. Tính trạng đó được di truyền theo dòng mẹ và phân bố giống nhau ở con trai cũng như con gái. ADN ti thể có vai trò chính trong cơ chế di truyền dòng mẹ nhưng cũng có ngoại lệ như người ta đã thấy ở một loài biện mang, vai trò của ADN ti thể của bố mẹ là ngang nhau ở thế hệ con. Do một tế bào chỉ có một bộ gen trong nhân mà lại có đến hàng ngàn ti thể cho nên xác suất để ADN ti thể tồn tại khi tế bào bị hủy hoại (kể cả khi bị đốt cháy) cao hơn nhiều so với ADN nhân. Người ta đã vận dụng chi tiết này để xác định cá thể cụ thể các nạn nhân bị đốt cháy tập thể. - Tính chất nửa tự trị của ti thể : người ta thấy cấu trúc của ti thể giống như của Prokaryota nên người ta nghĩ rằng từ xa xưa những tế bào Prokaryota đã xâm nhập vào bào tương của tế bào Eukaryota , và cộng sinh với nhau. Một số gen của ti thể tách dần ra và sát nhập vào bộ gen của tế bào chủ, ngày nay ti thể chỉ còn lại một phần nhỏ số gen riêng của mình mã hóa cho protein riêng của mình theo kiểu độc lập một phần về phương diện di truyền. Người ta gọi hiện tượng này là tính chất tự trị của ti thể. 6.9. Trung thể Trung thể có ở mọi tế bào động vật (trừ tế bào thần kinh), có ở tế bào thực vật bậc thấp, không có ở tế bào Prokaryota và thực vật bậc cao hay nói một cách khác có ở mọi loài sinh vật bậc cao có ít nhất một giai đoạn có tế bào di động. 6.9.1 Cấu trúc trung thể Trung thể bao gồm trung cầu và hai trung tử. Thường trung thể nằm gần nhân tế bào, và đôi khi kề với bộ golgi; ở một số tế bào biểu mô, trung thể không nằm cạnh nhân và bộ golgi mà nằm mãi phía sát màng tế bào. Ở hình hiển vi điện tử, mỗi trung tử có hình như một mẫu bút chì đường kính khoảng 150 nm, và dài từ 300 đến 500 nm, một đầu kín và một đầu hở. Thường thì trong lòng của mẫu hình ống của trung tử ấy có chứa dịch, trong dịch có nhiều hạt lấm tấm màu đậm. Thành ống làm bằng 9 tấïm sườn, mỗi tấm sườn là một cấu trúc sợi dọc
62 xếp song song; gồm 3 ống vi thể xếp liền nhau, trên lát cắt ngang thấy có 3 ống khoanh tròn xếp thành một hàng. Ống vi thể gần tâm trung tử nhất gọi là sợi a, hai ống kia gọi là sợi b và sợi c. Các tấm sườn không nối nhau để tạo thành một diện tích liền bao quanh hình trục của trung tử mà xếp cách đều nhau sao cho các sợi a đều nằm trên một vòng tròn ( hình cắt ngang) và mặt tấm sườn làm cùng mặt phẳng tiếp tuyến với vòng tròn ấy một góc bằng 300. Sợi a tấm sườn này nối với sợi c tấm sường cạnh nó bằng một nhóm sợi xen kẽ. Nhìn trên lát cắt các tấm sườn xếp theo hình cánh quạt 9 cánh. Cấu trúc 9 tấm sườn và ruột rỗng gọi là cấu trúc 9 + 0. Hai trung tử thấy bao giờ cũng vuông góc với nhau. Thực vật bậc cao không có trung tử nhưng vẫn có thoi, không có sợi sao. 6.9.2. Sự hình thành trung thể Ở những tế bào mà sự phân bào cần đến trung thể thì ở kỳ đầu phân bào, trước khi xuất hiện thoi vô sắc thấy xuất hiện thêm một trung thể mới bên cạnh trung thể cũ. Mới đầu khi bắt đầu xuất hiện thấy tiền thân các trung tử, từ ngắn đến dài dần ra, các ống vi thể cũng hiện rõ dần ra, kiểu như được tổng hợp dần. Hiện tượng trung thể mới sinh ra ngay cạnh trung thể cũ làm cho người ta tưởng nhầm là trung thể có ADN riêng nhưng không phải như vậy. Sau khi đã hình thành xong trung thể mới di chuyển về cực đối diện với cực tế bào mà trung thể cũ đang đứng. Liền sau đó là sự xuất hiện các sợi vô sắc từ khu vực quanh trung tử tạo thành một hệ thống sợi hình thoi làm cơ sở cho sự chia đôi số lượng các nhiễm sắc thể lúc phân bào. Quanh trung tử có các sợi ngắn gọi là sợi sao. Tế bào thực vật không có sợi sao. 6.9.3. Chức năng của trung thể Ở những sinh vật mà tế bào có trung thể thì trung thể có vẻ như rất quan trọng trong việc làm mốc cho thoi vô sắc để đảm bảo sự chia đôi bộ nhiễm sắc thể đúng số lượng và đúng hướng. Song ở thực vật bậc cao nơi mà hạt phấn thụ tinh nhờ gió đã thay cho tinh trùng phải bơi lội để thụ tinh thì không có trung thể. Và thoi vô sắc vẫn làm chức năng một cách chính xác.
63 Ở các loài nguyên sinh vật không có loài nào dùng trung thể để phân bào cho dù tế bào vẫn có trung thể. Ở các loài đó trung thể có vai trò như thể gốc của các loài có lông hay roi để bơi lội. Phải chăng ở đây trung thể chính là thể gốc. Thể gốc của nguyên sinh vật và cả của tinh trùng có công thức cấu trúc cơ bản giống công thức 9 + 0. Ở giữa trung tử của thể gốc có thêm hai thể sợi dọc theo lòng trung tử; và công thức cấu trúc là 9 + 2. Cũng vì lẽ trên đây mà nhiều tác giả cho rằng trung thể là một bào quan có liên quan đến sự vận động kể cả khi nó có vai trò trong sự phân bào. 6.10. Không bào Nếu lấy tiêu chuẩn là một cấu trúc trong bào tương được giới hạn bằng màng sinh chất nội bào thì có thể coi không bào như một bào quan. Ở một số động vật đơn bào, không bào là bào quan thực sự như không bào tiêu hóa, không bào bài tiết điều tiết nước cho tế bào. Ở thực vật không bào chứa chất dự trữ. Nói chung chúng đều chứa đầy dịch. 6.11. Bộ xương của tế bào (cytoskleton) Ngoài các bào quan kể trên, bào tương còn chứa một hệ thống sợi protein gồm : - Các ống vi thể cấu tạo chính bằng tubilin. - Các sợi vi thể cấu tạo chính bằng actin (đường kính bằng 7 nm). - Các sợi trung gian lớn hơn sợi vi thể một ít (đường kính bằng 10 nm). Hệ thống này phân tán khắp bào tương tạo nên cái khung xương cho tế bào, giữ hình dáng cho nó và có liên quan đến sự vận động của tế bào và rất có thể làm chỗ bám cho các cấu trúc khác của tế bào.
64 6.12. Các thể vùi Có trong bào tương nhưng không được bọc bởi màng, trừ trường hợp chúng được chứa trong không bào. * Thể vùi hay gặp ở tế bào động vật là: - Các phân tử glycogen (là các polymer của glucose) một loại đường dự trữ có nhiều trong tế bào gan, cơ. Ở con vật có chế độ ăn tốt, glycogen có thể lên tới 10% trọng lượng khô của gan. -Tế bào mô mỡ chứa những giọt lớn các triglycerol, một dạng dự trữ của axit béo. * Ở tế bào thực vật hay gặp tinh bột, đường dự trữ ở tế bào. Các chất dự trữ này khi được chuyển hóa sẽ cho ATP. * Ngoài ra trong bào tương còn chứa nhiều enzyme, các phức hợp multienzyme lớn, xúc tác các phản ứng chuyển hóa trong bào tương.
64 7. Nhân tế bào (nucleus) được Braw phát hiện vào năm 1831 và được xem là thành phần bắt buộc của tất cả tế bào động vật cũng như thực vật. Ở các tế bào Procaryota (vi khuẩn) người ta không quan sát thấy nhân. Tuy nhiên hiện nay với những phương pháp nghiên cứu sinh hóa, hiển vi điện tử và di truyền vi sinh vật đã chứng minh rằng trong các tế bào Procaryota tồn tại phân tử AND (acid deoxyribonucleic) nằm trong vùng “thể nhân” có cùng chức năng tương tự như nhân của Eucaryota, vì vậy thể nhân ở vi khuẩn có tên gọi là nucleoid. Như vậy ta có thể xem sự tiến hóa từ dạng AND trần phân tán trong tế bào chất ở dạng nucleoid (Procaryota) sang dạng AND liên kết với histon thành các nhiễm sắc thể định khu, tách biệt bởi màng nhân ở dạng nhân (nucleus) ở Eukaryota là sự tiến hóa của bộ máy di truyền của sinh giới. 7.1. Hình dạng Nhân tế bào có nhiều hình dạng khác nhau: hình cầu, hình bầu dục, hình hạt đậu, hình mái chèo, hình nhiều thùy, hình chia nhánh Hình dạng của nhân thường phụ thuộc vào hình dạng của tế bào nhưng đôi khi cũng có hình dạng khác hình dạng tế bào (bạch cầu với nhân múi, tế bào tuyến cơ của tằm hình khối vuông có nhân hình phân nhánh). Hình dạng của nhân có thể biến đổi theo tuổi của tế bào và trạng thái chức năng của chúng. Lúc tế bào hoạt động mạnh nhân trở nên lớn hơn và có dạng chia nhánh hoặc phân thùy. 7.2. Kích thước Kích thước của nhân thay đổi tùy loại tế bào và phụ thuộc vào kích thước của tế bào cũng như trạng thái chức năng của tế bào. Mỗi kiểu tế bào có một tỉ lệ kích thước nhất định giữa nhân và bào tương. Sự thay đổi tỉ lệ này dẫn đến sự phân bào hay hủy hoại tế bào. Tỷ lệ giữa nhân và tế bào chất có thể biểu hiện bằng chỉ số sau đây: Vn NP Vc Vn Trong đó: - NP: chỉ số nhân tế bào chất. - Vn: thể tích nhân. - Vc: Thể tích tế bào.
65 7.3. Số lượng Mỗi tế bào thường có một nhân. Đôi khi có nhiều hơn như tế bào gan, tế bào tuyến nước bọt của động vật có vú Có tế bào không có nhân như hồng cầu máu ngoại vi động vật có vú. Những hồng cầu này không có chức năng sinh sản. 7.4. Cấu trúc và chức năng của nhân tế bào Các bộ phận chính của nhân tế bào là: màng nhân, dịch nhân, nhiễm sắc thể và hạch nhân. 7.4.1. Màng nhân Hình hiển vi điện tử cho thấy màng nhân là một màng kép gồm có màng nhân ngoài và màng nhân trong. Xoang được giới hạn bởi 2 màng này gọi là xoang quanh nhân. * Màng nhân ngoài: là một màng sinh chất nội bào kiểu như màng lưới nội sinh chất có hạt, nó có hạt ribosom bám ở bề mặt ngoài màng, phía bào tương. Màng ngoài của nhân có độ dày chừng 10nm. Về thành phần hóa học thì lại giống với lưới nội chất trơn nghĩa là cholesterol chiếm 10% thành phần lipit và các thành phần lipit khác gần giống như của lưới nội chất trơn. Nó kém lỏng linh động hơn màng lưới nội sinh chất có hạt. Màng nhân ngoài nối liền với màng LNSC. Về chức năng nó phụ trách việc tái tạo màng nhân, tham gia tổng hợp màng LNSC và các màng nội bào khác kể cả màng tế bào cùng với LNSC. Cách làm của nó là gửi tới nơi cần những mảnh màng mới tạm thời cuốn lại thành các túi hình cầu giống như các túi vận tải nội bào. * Xoang quanh nhân: xoang quanh nhân dày khoảng10-20 nm. Xoang này thông với lưới LNSC có hạt và thông ra ngoài tế bào. Vật chất bên trong di chuyển theo hai chiều giữa xoang quanh nhân và LNSC có hạt.
66 * Màng nhân trong: dày khoảng 10nm gồm có hai phần: phần màng sinh chất thì giống với màng sinh chất của màng nhân ngoài, còn phần lá màng ép bên trong màng nhân trong gọi là lamina. Lamina là một hệ lưới mỏng kết bằng 3 loại protein chính tên là: lamina A, B và C. Lamina lát trong màng nhân nhưng vẫn để chừa các lỗ màng nhân lại. Các protein lamina là nơi bám của một số các sợi Chromatin của các nhiễm săïc thể. Trong gian kỳ của sự phân bào, các nhiễm sắc thể đều bị neo lại xung quanh nhân bằng một số các sợi chromatin với lamina. * Lỗ màng nhân Ở tế bào Eukaryota màng nhân đều có lỗ ít hay nhiều. Riêng ở động vật có vú mỗi tế bào có khoảng 3000 đến 4000 lỗ màng nhân tức khoảng 11 lỗ trên 1m2. Lỗ có cấu trúc phức tạp, gồm thành lỗ hình ống bằng màng sinh chất nối liền màng nhân ngoài và màng nhân trong xung quanh miệng lỗ cũng như xung quanh đáy lỗ có gắn 8 hạt protein lớn cách đều nhau. Ở lưng chừng thành lỗ cũng có gắn 8 hạt protein. Ba vòng hạt protein có hình chiếu trùng nhau. Một số loài sinh vật, lỗ màng nhân có thêm một phân tử protein nằm giữa lỗ gọi là nút lỗ màng. Tất cả hệ thống protein thuộc lỗ màng nhân điều khiển việc qua lại của vật chất qua lỗ màng. Các chất hòa tan trong nước qua lại màng dễ dàng. Lỗ màng rộng 9nm dài 15nm nên các chất có kích thước lớn, hoặc lớn hơn 9nm qua lại màng phải theo cơ chế chủ động, có sự can thiệp của các protein lỗ màng và cả sự biến dạng của protein muốn qua màng nhân. Qua lại màng nhân chủ yếu là các ARN (ra), các ADN polymerase (vào), các phân đơn vị của ribosom (ra) các histon và các protein của ribosom (vào). * Sự hình thành và biến mất của màng nhân: Màng nhân được nhân đôi lúc phân bào, do chính màng nhân cũ tạo nên, có sự tham gia của LNSC có hạt, LNSC trơn và bào tương. Khi sắp bước vào kỳ giữa của sự phân bào thì màng nhân biến mất. Biến mất có nghĩa là vỡ vụn ra từng mảnh và cuốn lại thành hình túi cầu và phân tán trong bào tương. Các laminin thì rời ra, giáng cấp thành monomer và phân tán trong bào tương. Khi màng nhân xuất hiện có nghĩa là các túi cầu này hợp lại, các laminin polymer hóa trở lại để tái tạo thành hai màng nhân cho hai tế bào con. Điều chú ý là khi có tín hiệu giải thể màng nhân thì đồng thời tất cả các hiện tượng cắt tách và hòa nhập các phần khác của tế bào cũng dừng lại. 7.4.2 Dịch nhân Dịch nhân chứa nguyên liệu và enzym xúc tác các quá trình nhân đôi ADN, sao mã và một số quá trình khác xảy ra trong nhân. Gần đây người ta phát hiện được sự có
67 mặt của một hệ thống các sợi protein các loại trong số đó có actin. Hệ thống này được gọi là khung xương của nhân. Một số bộ phận của khung xương thì neo với lamina. một số bộ phận khác thì liên kết với các vùng nhất định của chromatin. Rất có thể khung xương cùng với lamina tạo thành một phức hợp có khả năng điều chỉnh sự biểu hiện của gen và chuyển các ARN ra bào tương. Phức hợp điều chỉnh này có thể liên hệ chức năng với khung xương của bào tương và cả với màng tế bào. 7.4.3 Nhiễm sắc thể Các nhiễm sắc thể của Eukaryota có cấu trúc phức tạp mang thông tin di truyền của tế bào và của cả cá thể sinh vật. * Cấu trúc vi thể: hình dạng vi thể của nhiễm sắc thể tức là hình dạng được quan sát ở kính hiển vi quang học. Thường nhiễm sắc thể được quan sát và ứng dụng lúc chúng ở gian kỳ, kỳ giữa và đôi khi ở kỳ sau của sự phân bào. - Ở gian kỳ nhân cho thấy các hạt bắt màu phẩm nhuộm nhân hình lấm tấm gọi là hạt nhiễm sắc. Hạt thấy lớn hơn gọi là khối nhiếm sắc. Nếu thấy các sợi dài mảnh thì gọi là sợi nhiễm sắc, thấy chằng chịt như mạng lưới gọi là lưới nhiễm sắc. - Ở kỳ giữa : nhiễm sắc thể co ngắn nhất, rõ nhất , ở dạng gồm hai nhiễm sắc tử (dạng kép). Ở người nhiễm sắc thể ở kỳ giữa có các dạng sau đây: + Nhiễm sắc thể tâm giữa: gọi là tâm giữa vì nhiễm sắc thể nào cũng có một phần tâm chia nhiễm sắc thể (đơn) ra làm hai nhánh, nhánh ngắn xếp trên ký hiệu là p và nhánh dài xếp dưới ký hiệu là q. . Khi p = q thì gọi là tâm giữa. . Khi p < q hơi ngắn hơn thì gọi là nhiễm sắc thể tâm gần giữa. . Khi p = 0 (p rất ngắn không đáng kể) thì gọi là nhiễm sắc thể tâm đầu. . Đôi khi nối tiếp với p của nhiễm sắc thể tâm đầu có thêm các núm hình cầu nhỏ gọi là vệ tinh ký hiệu là S. . Ngoài ra các nhiễm sắc thể dạng kép còn có một bộ phận gọi là tâm động (Kinetochore), một cấu trúc 3 lớp hình lòng máng ngắn vừa ôm lấy phần tâm (centromere) từ hai bên tâm động thấy xuất hiện sợi thoi vô sắc nối liền với sợi thoi vô sắc từ trung thể lúc phân bào. * Số lượng nhiễm sắc thể: tế bào Eukaryota có hai nhiễm sắc thể tức là có hai bộ giống nhau, mỗi bộ gồm n nhiễm sắc thể khác nhau. Số n khẳng định với loài nhưng khác nhau tùy loài.
68 Ở người 2n = 46 = 23 x 2. Trong 23 nhiễm sắc thể có 22 nhiễm sắc thể thường và một nhiễm sắc thể giới. Ở nam giới nhiễm sắc thể giới có hai loại, nhiễm sắc thể X và nhiễm sắc thể Y và được gọi là dị giao tử ( giao tử mang Y và giao tử mang X). Ở nữ giới chỉ có một loại nhiễm sắc thể giới là X và do đó chỉ có một loại giao tử mang X. Ở người thì dị giao tử là dị giao tử đực, khác với một số loài vật dị giao tử lại thuộc về con cái và gọi là dị giao tử cái. * Cấu trúc siêu vi thể của nhiễm sắc thể. Nhờ thành tựu của J.R.Paulson và U.K.Laemmli, 1977, nhiễm sắc thể ở kích thước hiển vi cho thấy, ở kỳ giữa nhiễm sắc thể người bao gồm một lõi khung protein không phải là histon, xung quanh lõi khung chi chít những sợi chromatin và vì ở kỳ giữa nên nhiễm sắc thể ở dạng kép, có hình chữ X nên cũng có hình chữ X, ở trên một nhiễm sắc tử người ta tin rằng chỉ có một sợi chromatin duy nhất, liên tục mặc dù trên suốt chiều dài của lõi khung protein thấy vô số các vòng sợi chromatin dính vào lõi khung. Các vòng này không riêng rẽ, mỗi vòng dài từ 10 đến 90 Kilobazơ. Các đầu mút của vòng (ranh giới của hai vòng) bám vào lõi khung protein. Cấu trúc của sợi chromatin: sợi chromatin khi làm duỗi tối đa ra và quan sát với kính hiển vi điện tử thấy sợi có dạng một chuỗi hạt, hạt xếp đều đặn theo chiều dài của một sợi mảnh. Đường kính của chuỗi hạt bằng khoảng 10nm. Dạng cuộn xoắn cấp thấp nhất tạo thành một sợi có đường kính bằng 30 nm. Sợi chromatin lại xoắn tiếp ở cấp cao hơn tạo thành các búi sợi hình múi gọi là múi vi thể chromatin bám xung quanh trục của nhiễm sắc thể. Cấu trúc trên đây của nhiễm sắc thể là của nhiễm sắc thể kỳ giữa và cũng là cấu trúc của nhiễm sắc thể khi phân bào nói chung. Vấn đề là ở gian kỳ nhiễm sắc thể tồn tại như thế nào. Giả thuyết có nhiều nhưng giả thuyết của Laemmli được quan tâm nhiều nhất. Laemmli cho rằng lúc gian kỳ sợi chromatin vẫn bám vào protein của lõi khung phân tán trong dịch nhân. Sợi chromatin một mặt giữ mối liên hệ với protein khung, vào kỳ đầu phân bào, các mối nối với lamina đứt ra, lõi khung được tái lập và nhiễm sắc thể trở lại dạng điển hình để đi vào phân bào. Trong gian kỳ khi nhiễm sắc thể bị giải thể, tuy phân tán trong nhân nhưng mỗi nhiễm sắc thể (dạng giải thể) có vị trí nhất định của mình trong nhân chứ không phải phân tán ngẫu nhiên. Thành phần hóa học của sợi chromatin: sợi chromatin làm bằng ADN, với vai trò chứa thông tin di truyền, các protein histon liên kết với ADN, các protein HMG không liên kết thường xuyên với ADN. Các loại protein trên chiếm phần đa số, còn một loại nữa chiếm phần thiểu số là các protein enzym, protein cấu trúc và có thể có cả protein điều chỉnh và tương tác với protein. Các loại này có số lượng phân tử của mỗi loại không nhiều, vài ba bản sao.
69 Sau đây là một số chi tiết về thành phần cấu trúc không gian của các thành viên trong sợi chromatin. Như đã biết, sợi chromatin có hình một chuỗi hạt, sợi là sợi ADN, hạt là hạt histon xung quanh có cuộn ADN. ADN là sợi kép có một phần tự do và một phần là liên kết với histon. Phần ADN liên kết với các histon tạo thành hạt, hạt ấy được gọi tên là nucleosom. Phần tự do và phần cuộn của ADN trong phạm vi một nucleosom là một chu kỳ, chu kỳ dài khoảng 220 đôi bazơ. Phần cuộn gồm xấp xỉ hai vòng dài 140 đôi bazơ. Sợi ADN khi duỗi
70 Sau đây là một số chi tiết về thành phần cấu trúc không gian của các thành viên trong sợi chromatin. Như đã biết, sợi chromatin có hình một chuỗi hạt, sợi là sợi ADN, hạt là hạt histon xung quanh có cuộn ADN. ADN là sợi kép có một phần tự do và một phần là liên kết với histon. Phần ADN liên kết với các histon tạo thành hạt, hạt ấy được gọi tên là nucleosom. Phần tự do và phần cuộn của ADN trong phạm vi một nucleosom là một chu kỳ, chu kỳ dài khoảng 220 đôi bazơ. Phần cuộn gồm xấp xỉ hai vòng dài 140 đôi bazơ. Sợi ADN khi duỗi khi xoắn, có một loại histon tham gia vào việc cố định và giải phóng vòng xoắn, nằm phía ngoài các nucleosom, bên bờ của vòng xoắn, histon đó có tên là H1 ở động vật có vú, ở chim (hồng cầu chim) nó hơi khác một chút và có tên là H5 Khi tế bào nghỉ tức không phân bào thì thấy vắng mặt H1 mà lại thấy một histon khác : H1o. Rất có thể H1o là một biến thể của H1. Nucleosom gồm có một hạt histon và ADN cuộn xung quanh. Phần ADN đã nói ở trên, hạt tâm histon là một cái đĩa dày, hai mặt lồi làm bằng 8 phân tử histon, tức là các protein kiềm: 2H2A, 2H2B giàu lysin, 2H3 và 2H4 giàu Arginin. 8 phân tử này lại vừa xếp ngang lại vừa xếp dọc tạo thành một hình đĩa. ADN cuộn quanh đĩa. Ngoài ra còn có thêm một ít protein không histon như đã nói ở trên. Mối tương tác giữa ADN và histon chủ yếu thực hiện với H3 và H4. Hai loại có tính bảo thủ cao nhất trong số các histon. Có những biến đổi hóa học của histon khi gen hoạt động. Có thể coi là vai trò can thiệp, thúc đẩy hoặc điều chỉnh sự hoạt động của gen, góp phần cùng với các thành phần điều chỉnh khác. Về các HMG: HMG là chữ viết tắt của “High mobility Group” có nghĩa là nhóm cơ động cao (cơ động là cơ động trên bản kéo điện di). HMG có mặt ở tất cả các Eukaryota . Có 4 loại HMG1, HMG2 , HMG14, HMG17. Chúng vừa tương tác với histon vừa với ADN. HMG1 và HMG2 lúc gian kỳ thấy có mặt ở bào tương, còn hai loại kia thì luôn luôn ở trong nhân. Mỗi nucleosom có hai vị trí bám cho các protein HMG. Sự hình thành sợi chromatin: sợi chromatin hình thành trong pha S của sự phân bào, từ bào tương đi ngay vào nhân để cùng với ADN mới tạo nên sợi chromatin. Khi nhiễm sắc thể hình thành, sợi chromatin xoắn lại theo nhiếu cấp (và luôn luôn chỉ xoắn với riêng mình) để cuối cùng tạo nên những hình múi xoắn (múi vi thể chromatin) quanh lõi khung protein. Chức năng của sợi chromatin: sợi chromatin mang ADN nhưng không phải tất cả ADN đều sao mã mà có những đoạn sao mã, đoạn không , xen kẽ với nhau. Trong môñt gen cũng có thể có những đoạn không sao mã xen kẽ. Các đọan ấy được gọi là vùng trắng hay intron. Vùng có sao mã gọi là exon. Sản phẩm sao mã bao gồm cả intron và exon được gọi là ARN tiền thân, phải trải qua sự “ghép exon” (splicing) để dịch mã ra protein Ghép exon có nhiều kiểu: - Kiểu chùn intron lại thành vòng tạo điều kiện cho hai đầu exon gần nhau nhất nối với nhau ( chỗ chùn ấy tạo nên một thể gọi là thể ghép exon(spliceosom). - Có loài sinh vật có kiểu ghép exon khác, các intron bị cắt bỏ, các exon nối lại với nhau theo trình tự của gen tức ghép exon cùng gen (cis-splicing). Sự ghép exon cùng gen có thể có sự có mặt của các protein tác động nhưng cũng có thể không có protein tác động, loại không có protein tác động gọi là “ghép tự động exon” (autosplicing). Mới đây người ta phát hiện thấy ở loài trypanosoma có hiện tượng ghép
71 exon khác gen (trans-splicing) tức là ghép exon của gen này với exon của gen khác tạo nên một gen mới. Tuy nhiên những hiểu biết về intron và exon còn chưa đầy đủ, có một intron của qúa trình sao mã này lại trở thành exon của quá trình sao mã khác. Có tác giả thì gọi exon là phần mã hóa cho cả mARN, tARN và rARN, có tác giả khác thì chỉ dành cho nó việc mã hóa ra mARN mà thôi. Ngày nay có xu hướng gọi chi tiết hơn: exon là tên chung chỉ có phần sao mã, nhưng có phần của exon chỉ sao mã mà không dịch mã. 7.4.4. Hạch nhân Hạch nhân là một thể cầu không tồn tại liên tục trong nhân tế bào. Nó là một hình ảnh tạm thời, một đội hình làm việc của một số nhiễm sắc thể trong tế bào. Tế bào người có một hạch nhân, nó bắt màu đậm hơn phần còn lại của nhân. Hạch nhân của tế bào người do 10 nhiễm sắc thể tâm đầu (các đôi 13, 14, 15, 21 và 22) chụm đầu lại tạo thành. Phần đầu của các nhiễm sắc thể tâm đầu (có vệ tinh hoặc không) được gọi là vùng tổ chức hạch nhân, ký hiệu quốc tế lấy từ tiếng Anh là NOR (nucleolus oligosaccaritrganization regions) các NOR chụm lại và hình thành nên hạch nhân. Chúng chuyên chứa các gen tổng hợp nên rARN cho ribosom ( ở người còn có một gen 5S tổng hợp rARN 5S nằm ở phần cuối nhánh dài của nhiễm sắc thể số 1, không tập trung tại hạch nhân) và cũng tại hạch nhân các protein ribosom từ bào tương đi vào gặp các rARN mới tạo, ghép lại với nhau để tạo nên các phân đơn vị nhỏ và lớn của ribosom. Rồi các phân đơn vị này cứ thế đi luồn qua lỗ màng nhân để ra bào tương. Với sự hình thành và chức năng trên đây của hạch nhân thì việc hạch nhân biến mất lúc các nhiễm sắc thể phải về tập trung ở mặt phẳng xích đạo của kỳ giữa là hoàn toàn hợp lý. Khi đã phân bào xong, tế bào trở lại làm việc thì dĩ nhiên hạch nhân sẽ lại xuất hiện. 7.4.5. Chức năng chung của nhân tế bào - Nhân tế bào chứa đựng vật liệu thông tin di truyền, quyết định tính di truyền của tế bào và của cá thể. - Điều hòa và điều khiển các hoạt động sống của tế bào. Theo quan điểm sinh học hiện đại nhân là trung tâm điều hòa và điều khiển các quá trình sinh tổng hợp protein xảy ra trong tế bào chất. Tế bào chất chỉ có vai trò tạo điều kiện cho vật liệu di truyền thực hiện chức năng của mình. Khi bào tương và rộng ra cả môi trường tác động không bình thường làm thay đổi vật liệu di truyền thì đó lại là chuyện khác. ADN có trong bào tương, tự do hay trong bào quan có chức năng riêng của chúng.
72 Chương 3 SỰ TRAO ĐỔI VẬT CHẤT GIỮA TẾ BÀO VÀ MÔI TRƯỜNG Màng tế bào đóng vai trò vận chuyển vật chất ra vào tế bào, tiếp nhận và truyền đạt thông tin từ ngoài vào, duy trì một môi trường riêng cho tế bào so với môi trường. Màng bào quan thì duy trì một môi trường riêng cho bào quan so với bào tương. Sự vận chuyển qua màng tế bào được chia làm hai loại lớn: VẬN CHUYỂN VÀ ẨM THỰC BÀO 1. Vận chuyển thấm Bao gồm vận chuyển thụ động, vận chuyển có trung gian và vận chuyển chủ động. 1.1 Vận chuyển thụ động - còn gọi là khuếch tán đơn thuần Một số vật chất có phân tử nhỏ hòa tan trong nước, hòa vào lớp lipit kép của màng, đi qua nó rồi hòa với dung dịch nước ở phía bên kia màng. Quá trình này có rất ít sự đặc hiệu. Ví dụ về loại chất này là ethanol. Một số khí như oxy và CO2 cũng khuếch tán đơn thuần. 1.1.1 Đặc điểm của vận chuyển thụ động - Chất vận chuyển không bị biến đổi hóa học - Chất ấy không kết hợp với một số chất khác - Vận chuyển không cần năng lượng - Phụ thuộc vào gradient nồng độ hay điện thế (bên cao chuyển sang bên thấp) - Vận chuyển là hai chiều, cân bằng giữa trong và ngoài tế bào 1.1.2 Điều kiện ảnh hưởng đến sự khuếch tán - Độ lớn của chất (càng lớn qua càng chậm)
73 - Độ hòa tan các chất trong lipit (càng dễ hòa tan, càng dễ qua như alcol, aldehyt, glycerol, các thuốc gây mê, ) - Gradient nồng độ : + Môi trường nhược trương: nồng độ chất hòa tan trong môi trường thấp hơn trong tế bào: tế bào trong đó (động vật) sẽ bị trương bào rồi tan bào. + Môi trường ưu trương: nồng độ chất hòa tan trong môi trường cao hơn trong tế bào: tế bào trong đó (động vật) sẽ bị teo và nếu là thực vật sẽ bị co nguyên sinh. + Môi trường đẳng trương: nồng độ chất hòa tan ở hai phía màng bằng nhau, môi trường này còn gọi là môi trường sinh lý hợp với sự sống của tế bào. Nồng độ chất đối với mỗi loại tế bào động vật và thực vật có khác nhau. - Phụ thuộc vào tính ion hóa của phân tử : + Ion hóa trị 1 dễ qua màng hơn ion hóa trị 2 + Ion bị bao thêm nước trở nên to và khó qua. - Nhiệt độ tăng vừa phải thì kích thích sự thấm qua màng (khi tăng 100C thì tính thấm tăng 1,4 lần). - Nhu cầu hoạt động cũng làm tăng tính thấm : khi cơ hoạt động thì glucose và axit amin đi vào. Khi cơ duỗi thì không. - Phụ thuộc vào tác động tương hỗ của các chất: + Ca++ liên kết với nước thì giảm thấm + Glyxeryn khi có thuốc mê thì tăng thấm. 1.2 Vận chuyển có trung gian Loại vận chuyển này vẫn gọi là vận chuyển thụ động nhưng có nhờ một protein xuyên màng trợ giúp cho đi qua. Nói một cách chặt chẽ thì loại này đã có tính chất chủ động một phần, có thể coi nó là loại chuyển tiếp giữa thụ động và chủ động. 1.2.1Đặc điểm : - Phải có một protein màng tiếp nhận và làm vận tải viên. - Không cần năng lượng của tế bào. - Cũng theo gradient nồng độ.