Đang tải... (xem toàn văn)
Nếu ta loại bỏ các bào quan thì còn lại khối tế bào chất có cấu trúc gọi là chất nền hay thể trong suốt (cytosol).
I. Tế bào chất và các bào quan 1.1 Khái niệm tế bào chất và bào quan Khái niệm tế bào chất: Là khối nguyên sinh chất (protoplasma) chứa nhiều cấu trúc phức tạp như bào quan, các chất dự trữ, các vi sợi, vi ống tạo nên khung xương của tế bào; nằm trong tế bào và bao quanh lấy nhân. Tế bào chất của một số tế bào có sự phân hóa thành hai 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 chất , phức hệ golgi, ribosome, ti thể, lục lạp . Nếu ta loại bỏ các bào quan thì còn lại khối tế bào chất có cấu trúc gọi là chất nền hay thể trong suốt (cytosol). Thể trong suốt chiếm gần một nửa khối lượng tế bào. Nó có thành phần chủ yếu là protein và nước (khoảng 85%). Thể trong suốt có các protein sợi tạo thành bộ khung xương của tế bào, có hàng nghìn enzym, các ribosome làm nhiệm vụ sinh tổng hợp protein. Ngoài hai thành phần chính là nước và protein, thể trong suốt còn có chứa các loại RNA như mRNA, tRNA; các lipid, gluxit, axit amin, nucleoside, nucleotide, các ion. Đôi khi, thể trong suốt còn chứa các hạt dầu và hạt glycogen với số lượng thay đổi tùy loại tế bào. Thể trong suốt có chức năng quan trọng như: 1. Là nơi thực hiện các phản ứng trao đổi chất của tế bào, sự biến đổi trạng thái vật lý của thể trong suốt có thể ảnh hưởng đến hoạt động của tế bào. 2. Nơi thực hiện một số quá trình điều hòa hoạt động các chất 3. Nơi chứa các vật liệu dùng cho các phản ứng tổng hợp các đại phân tử sinh học như các gluxit, lipid, glycogen. Khái niệm bào quan: Bào quan là cấu trúc siêu vi định khu tại từng vùng riêng biệt trong tế bào chất và thực hiện một chức năng xác định Bảng sau thể hiện các loại bào quan có mặt trong tế bào Bảng 1: Các bào quan của tế bào BÀO QUAN CẤU TRÚC MÀNG CHỨC NĂNG Ti thể Màng kép, chứa các enzym hô hấp Hô hấp tế bào Lục lạp Màng kép, chứa diệp lục, các enzym thực hiện chức năng quang hợp Quang hợp Lưới nội chất trơn Hệ thống màng nội bào không có đính riboxom Vận chuyển nội bào Lưới nội chất hạt Hệ thống màng nội bào có đính riboxom Vận chuyển nội bào, tổng hợp protein Bộ máy golgi Màng đơn trơn, chuyên hóa gồm 1 chồng các bap dẹp hình đĩa (các xitec) Đóng gói và xuất xưởng các sản phẩm protein, glicoprotein 1 Lyzoxom Màng đơn, chứa enzym Tiêu hóa nội bào Không bào Màng đơn Tạo sức trương, dự trữ các chất Riboxom Không màng có cấu trúc phức tạp, đường kính khoảng 25nm Tổng hợp protein Peroxixom Màng đơn Trung thể Không màng, có cấu trúc hình trụ, gồm hai trung tử xếp vuông góc với nhau Phân bào Tuy nhiên, tất các bào quan trên không phải là cấu trúc bắt buộc ở tất cả tế bào sinh vật. Sự có mặt của các bào quan khác nhau ở loại tế bào và mức độ tiến hóa của sinh vật. Điều này được thể hiện rõ trong hình vẽ Hình 1: Tế bào prokaryote Hình 2: Tế bào động vật Hình 3: Tế bào thực vật 2 II. Một số bào quan Ti thể và lục lạp là loại bào quan có màng kép và có vai trò quan trọng đối với tế bào vì chúng là nhà máy chuyển hóa năng lượng của tế bào sinh vật nhân chuẩn. Vì vậy, tiểu luận chỉ đề cập đến hai loại bào quan trên. 2.1 Ti thể 2.1.1 Sự phân bố, hình dạng, kích thước Dưới kính hiển vi thường, ti thể là những thể nhỏ có hình dạng khác nhau: hình que, hình cầu, hay hình sợi . Ti thể hình cầu có đường kính khoảng 0,5 - 5µm, hình que có đường kính khoảng 0,2µm dài có khi đến khoảng 10µm. Để quan sát được ti thể thường phải nhuộm ti thể bởi Janus, hematoxylin, fucshin acid Ti thể là bào quan thực hiện chức năng hô hấp trong tế bào nhân thực hiếu khí. Ti thể có nhiều trong các tế bào tích cực chuyển hóa năng lượng, như tế bào gan, tế bào cơ, tế bào lông hút . Trong tế bào gan động vật có khoảng 1000-1500 ti thể. 2.1.2 Cấu trúc Hình 4: Vị trí, hình thái cấu trúc của ti thể trong tế bào Ti thể có cấu tạo màng kép, gồm màng ngoài và màng trong có bản chất là màng lipoprotein bao lấy khối chất nền bên trong, giữa hai màng là khoảng không gian giữa hai màng. 3 Màng ngoài: cũng có cấu tạo như màng sinh chất, có tỉ lệ P/L bằng hoặc lớn hơn 1. Màng ngoài có chứa tỉ lệ cholesterol thấp (bằng 1/6 so với tế bào hồng cầu), có tỉ lệ photphattidyl cholin cao gấp hai lần so với màng tế bào. Màng ngoài có nhiệm vụ tiếp thu phần lớn protein ti thể sản xuất từ tế bào chất để xây dựng ti thể và kiến tạo màng. Đặc biệt, màng ngoài của ti thể có chứa các phức hệ protein làm nhiệm vụ vận chuyển đặc hiệu protein từ tế bào chất vào ti thể. Khi ở bào tương, các protein mang mang 1 chuỗi axit amin ở đầu -N của sợi protein 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 lipit kép hoặc đi vào khoảng gian màng hoặc trong lòng ti thể; hoặc 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, nó sẽ tách khỏi protein bằng phản ứng thủy phân. 4 Hình 5: Sự vận chuyển protein từ tế bào chất vào ti thể Khoảng gian màng: xen kẽ giữa hai màng, môi trường gian màng cũng tương tụ và cân bằng với bào tương (khoảng gian màng chứa cytochrom b2, cytochrom peroxydase, các enzym sử dụng ATP từ lòng ti thể đi ra để photphoryl hóa các nucleotid nhưng không phải adenin) Màng ti thể trong: màng ti thể trong trừ một số trường hợp nhỏ thành hình ống xòe kín lòng ti thể còn lại hầu hết các trường hợp màng trong gấp nếp xen vào trong lòng ti thể, các nếp gấp đó được gọi là các mào, do đó làm tăng diện tích tiếp xúc của màng trong lên khoảng 3 lần so với màng ngoài. Sự tăng số lượng mào thể hiện mức độ tiến hóa của ti thể và nó cũng tỉ lệ thuận với cường độ chuyển hóa năng lượng trong tế bào. Ví dụ: tế bào cơ tim hoạt động nhiều đòi hỏi phải tiêu phí 5 nhiều ATP nên có số lượng mào lớn gấp 3 lần so với ti thể của tế bào gan là tế bào tiêu thụ năng lượng ít hơn. Hình 6: Cấu trúc hiển vi ti thể Màng trong có cấu tạo giống màng sinh chất nhưng tỉ lệ P/L (khoảng bằng 3) rất cao so với màng ngoài, tỉ lệ cholesterol thấp. Trên màng trong chứa một photpholipit 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 enzym ATP synthetase để tổng hợp ATP + Nhóm thực hiện các phản ứng oxi hóa khử của chuỗi hô hấp Màng trong là màng thể hiện chức năng chính của ti thể của ti thể. Cơ chế chung của sự phosphoryl hoá oxy hoá ở ti thể của tất cả cơ thể sinh vật là các điện tử được giải phóng ra trong các giai đoạn oxy hoá của sự đường phân (glycolysis) và của chu trình tricarbocylic đã sản sinh 10 phân tử NADH và 2 phân tử FADH2 nếu cơ chất ban đầu là glucozo. Các coenzym khử này tiếp theo bị oxy hoá bằng chuỗi truyền điện tử trên màng ti thể. 6 Hình 7: Chuỗi vận chuyển điện tử trong màng trong ti thể Năng lượng tự do được giải phóng trong quá trình truyền điện tử trên màng ti thể sẽ được đi kèm với sự di chuyển của các proton (H+) vượt qua lớp màng trong của ti thể tạo một gradient điện hoá proton (ΔH+). Năng lượng tự do được giải phóng bằng cách di chuyển các proton trở lại vào màng trong qua kênh proton F0 của phức hệ enzym ATP synthtaza được xúc tác tại thành phần F1 của phức hệ enzym để biến đổi ADP và Pi thành ATP chuyển vào chất nền của ti thể. Người ta cho rằng có bốn phức hệ vận chuyển điện tử. Phức hệ I là (NADH và ubiquinon) đi qua chặng FMN. Và phức hệ II là (succinate - ubiquinon reductase) đi qua chặng FAD. Phức hệ vận chuyển điện tử III là từ Ubiquinol đến Cytochrom C qua Cytochrom reductase chứa các trung tâm Cytochrom - b, các protein chứa sắt- lưu huỳnh (2Fe-2S) và cytochrom C1. Phức hệ IV là sự vận chuyển điện tử từ Cytochrom c- (dạng tích điện âm hay gọi là Cytochrom oxydase) đến O 2 của không khí. Chất nền (matrix): là một vùng vật chất không định hình (amorphous)chứa nhiều cấu trúc đặc biệt và hàng trăm loại enzym tham gia tổng hợp ATP, tham gia vào phản ứng oxi hóa pyruvat và các axit béo, enzym của chu trình Krebs. DNA ti thể: Trong chất nền của ti thể có chứa nhiều các phân tử DNA. DNA ti thể được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1963 bởi Nass khi nghiên cứu cấu trúc phôi gà. DNA ti thể là sợi xoắn kép có cấu trúc vòng, dài khoảng 5µm, DNA ti thể của nấm 7 men cú th t ti kớch thc 26àm. Trong t bo, DNA ti th chim 1-5% DNA ca t bo. Vớ d: trong t bo gan ngi, s phõn t DNA ti th l 5. Cỏc DNA ti th thng nm trong cht nn, nh khu cnh cỏc mo, DNA t tỏi bn theo nguyờn tc b sung v nguyờn tc bỏn bo ton nh h enzym polimeraza cú mt trong ti th, xy ra gian kỡ ca t bo. DNA ti th cú dng vũng, khụng kiờn kt vi protein histon- tng t nh DNA ca vi khun. DNA ti th quy nh tớnh di truyn t bo cht - hay di truyn theo dũng m. Nhng t bin xy ra trong DNA ti th gõy nhiu dng bnh tt nht l i vi h thn kinh v h c. Tn s sai lch trong DNA ti th cng tng theo tui gi. B gen ca ti th cú hai chc nng ch yu: + mó húa mt s protein tham gia vo chui vn chuyn in t + Mó húa cho h thng sinh tng hp protein gm mt s protein Trỡnh t nucleotide ca phõn t DNA ti th mt s sinh vt ó c xỏc nh. Kt qu ny giỳp chỳng ta hiu rừ hn cu trỳc v trt t sp xp cỏc gen trờn phõn t DNA ca bo quan. ng vt cú xng sng, DNA ti th cú kớch thc nh gm cỏc gen khụngcú intron v hu nh khụng cú khong trng gia cỏc gen. Vớ d, DNA ti th ca ngi gm 16.659 bp tng ng vi 37 gen, trong ú 22 gen mó cho cỏc phõn t RNAt, 13 gen mó cho cỏc polypeptide liờn quan n phn ng oxy hoỏ kh. nm men, DNA ti th cú kớch thc ln hn so vi ng vt (78.000 bp) do mt s gen cú intron v khong cỏch gia cỏc gen khỏ ln. DNA ti th nm men cú ớt nht 33 gen, trong s ny cú 2 gen mó cho RNAr, 23 gen mó cho RNAt, 1 gen mó cho protein ribosome v 7 gen mó cho polypeptide tham gia phn ng oxy hoỏ kh. c bit, DNA ti th ca thc vt cú kớch thc ln nht v cu trỳc phc tp a dng nht. Trỡnh DNA ti th ca Marchantia polymorpha, thc vt nguyờn thu khụng cú h mao dn, ó c xỏc nh hon ton. õy l phõn t mch vũng cú kớch thuc 186 kb tng ng vi 94 khung c m (ORFs). Trong s 94 ORFs ny, thc nghim mi xỏc nh c mt s gen m s lng intron ca mt gen lờn n 32. i vi thc vt cú h mch, DNA ti th cũn ln hn nhiu. Vớ d, ngụ hay da hu, DNA ti th tng ng vi 570 kb v 300 kb. cỏc loi thc vt bc cao, cỏc gen cú th phõn b v trớ khỏc nhau trờn phõn t DNA ti th mc dự sn phm ca gen cú cựng mt chc nng trong t bo. RNA ti th: ngi ta ó tỡm thy trogn ti th cú cỏc dng RNA nh RNAr, RNAt, RNAm. Riboxom ca ti th cú kớch thc nh vo khong 60S gm hai tiu phn 30S v 45S gn ging vi riboxom vi khun S tng hp protein ti th: ti th cú kh nng t tng hp mt s protein cho mỡnh. S tng hp protein cng din ra trờn riboxom theo c ch di truyn chung, nhng axit amin khi u ca quỏ trỡnh tng hp protein ging nh vi 8 khuẩn là N-focmyl methionin, chứ không phải methionin. Một lượng lớn protein của ti thể được tổng hợp từ lưới nội chất có hạt trong tế bào chất theo mã di truyền nằm trong NST, sau đó vận chuyển vào trong ti thể. Hình 8: Mối liên hệ di truyền giữa nhân, ti thể và lục lạp Ti thể cũng tương tự như vi khuẩn, quá trình sinh tổng hợp protein cũng bị ức chế bởi chloramphenicol. Trái lại, quá trình này ở ti thể lại không bị ức chế khi có mặt cycloheximind là chất gây ức chế mạnh quá trình sinh tổng hợp protein ở tế bào chất. 2.1.3 Chức năng của ti thể Ti thể là bào quan có chức năng quan trọng trong tế bào sinh vật. Ti thể là nhà máy sản sinh ATP: Ti thể có vai trò rất quan trong trong hô hấp hiếu khí hay hô hấp có sự có mặt của oxi , ti thể sẽ chuyển hóa năng lượng dạng thế năng có trong cấc liên kết hóa học của chất dinh dưỡng thành năng lượng chứa trong các phân tử ATP. 9 Hình 9: Các giai đoạn chính của quá trình hô hấp tế bào Ti thể tham gia vào quá trình trao đổi chất: Ti thể tham gia vào quá trình trao đổi chất bằng cách phối hợp với các bào quan khác để tổng hợp các sản phẩm như: các hoocmon, các photpholipit, cholesterol, các axitamin. Ngoài ra, ti thể còn tham gia vào các quá trình điều hòa nồng độ ion canxi trong tế bào. Ti thể tham gia vào quá trình tự chết của tế bào: bằng cách giải phóng ra khỏi tế bào chất các nhân tố (ion Ca 2+ , cytochrom C) có tác dụng hoạt hóa các enzym caspatza, endonucletaza gây tự chết theo chương trình tế bào (apoptosis) Trong chất nền của ti thể có đủ các dạng RNA và riboxim nên ti thể có khả năng tự tổng hợp được một số protein riêng cho ti thể 2.1.4 Sự phát sinh ti thể Hình 10: Sự phân chia của ti thể Ti thể là bào quan có hệ di truyền tự lập và hệ tự tổng hợp chất. Trong ti thể có chứa các DNA và các dạng RNA (mRNA, tRNA, rRNA). Mỗi ti thể chứa khoảng 5 - 10 phân tử DNA trong chất nền. DNA của ti thể cũng có cấu trúc sợi 10 [...]... thylacoid còn chứa các phân tử chlorophyll a, b được sắp xếp theo trật tự nhất định và các carotinoit 14 Hình 16: Quang hệ II và quang hệ I Đặc điểm tổ chức quan trọng của các thylakiod là các hệ thống quang hợp I (PSI) và hệ quang hợp II (PSII) Các hệ thống quang hợp này không phân bố ngẫu nhiên xuyên qua hệ thống màng PSI nằm ở các màng không xếp chồng và ở các màng bộc lộ nhô ra chất nền, trong khi... của sự cộng sinh của một số loài vi khuẩn lam trong tế bào 3.Giả thuyết về sự hình thành ti thể và lục lạp trong tế bào nhân chuẩn Trước đây, có giả thuyết cho rằng, trong quá trình tiến hóa của tế bào thì ti thể có nguồn gốc từ sự phân hóa của màng sinh chất ăn sâu vào tế bào chất, vế sau ăn sâu và phức tạp hóa hệ thống mào và trở thành một bào quan độc lập Bằng chứng chứng minh giả thuyết là nhiều... tử - giao tử đực khác giao tử cái ở chỗ giao tử cái chứa rất nhiều tế bào chất và trong tế bào chất chứa các bào quan như: ty thể, lục lạp là các bào quan có chứa ADN (xem phần trên) ADN bào quan không chỉ khác biệt với ADN (thể nhiễm sắc) chứa trong nhân ở chỗ là ADN trần dạng vòng mà còn ở chỗ chúng không tạo thành cặp tương đồng và như vậy gen không có alen, do đó sự di truyền của chúng không tuân... liên hệ tiến hóa của các nhóm sinh vật trong việc hình thành ti thể và lục lạp III Di truyền của các gen trong ti thể và lục lạp Trong tế bào chất cũng có những gen được gọi là gen ngoài nhân hay gen ngoài NST hay gen tế bào chất Bản chất của các gen này cũng là DNA, có mặt trong ti thể và lục lạp Lượng DNA trong ti thể và lục lạp ít hơn nhiều sơ với lượng DNA trong NST Chúng đều là các phân tử xoắn kép,... giữa ti thể và vi khuẩn nên các nhà tế bào học cho rằng ti thể là kết quả của sự cộng sinh của dạng vi khuẩn hiếu khí trong tế bào trong quá trình tiến hoá sơ khai của tế bào Eucaryote 2.2 Lục lạp Lục lạp là bào quan chỉ có ở tảo và thực vật, có vai trò quan trọng trong sự chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành năng lượng ở dạng thế năng trong các hợp chất hữu cơ Về hình dạng, kích thước và sự phân bố... lục lạp trong tế bào của các mô khác nhau là khác nhau, nhưng trong một chừng mực nào đó số lượng lục lạp đặc trưng cho loài Nếu như số lượng thiếu thì lục lạp sẽ phân chia để tăng thêm số lượng và nếu thừa thì một số lục lạp sẽ thoái hoá đi Ở thực vật bậc cao tế bào lá thường chứa 20-40 lục lạp và rất ít gặp 11 một loại tế bào có chứa một hoặc hai lục lạp Tế bào giao tử Anthoceros và tế bào mô phân... thành phần của màng sinh chất gấp nếp, ăn sâu vào tế bào chất, có chứa các enzim và các yếu tố tham gia vào quá trình hô hấp hiếu khí - được coi là hình ảnh của ti thể nguyên thủy Hiện nay, người ta công nhận giả thuyết cộng sinh về nguồn gốc và chủng loại ti thể Sự xuất hiện ti thể trong tế bào nhân thực là kết quả của quá trình cộng sinh của dạng vi khuẩn hiếu khí với tế bào Dẫn chứng được đưa ra... ở các tế bào khác nhau, ở các loài khác nhau cũng thay đổi khá lớn Ở thực vật bậc cao chúng thường có đường kính trung bình 2 –4 μm Thường thì trong tế bào cùng loài, lục lạp có kích thước không đổi nhưng lại có sự sai khác về giới tính và di truyền Ví dụ, trong các tế bào đa bội lục lạp có kích thước lớn hơn so với tế bào đơn bội cùng loài Thường thì những cây mọc ở chỗ bóng dâm lục lạp lớn hơn và. .. vùng bao quanh lõi là LHCII ở PSI, phức hệ lõi chứa khoảng 90 phân tử chl-a liên kết với các protein phức hệ LHCI Bản thân các phức hệ LHCI nằm bao quanh lõi PSC cũng liên kết với cả hai dạng chl-a và chl-b Các protein LHC có cấu trúc trimer đều tìm thấy ở các PSI và PSII 2.2.3 DNA lục lạp Thực vật có ba loại lục lạp khác nhau tuỳ thuộc vào hợp chất mà chúng có như tinh bột, các sắc tố hoặc các chất béo... là chất nền (stroma) Trong chất nền có chứa nhiều hạt hình cầu có kích thước 15-20nm là các ribosome lục lạp và các hạt tính bột có kích thước khác 13 nhau Nhưng cấu trúc quan trọng nhất của lục lạp là hệ thống cột hình mạng lưới nằm trong chất nền được gọi là các chồng grana Hệ thống này gồm các cột (grana) được nối với nhau bởi các tấm gian cột (intergrana lamella) Số lượng các cột thay đổi từ vài . I. Tế bào chất và các bào quan 1.1 Khái niệm tế bào chất và bào quan Khái niệm tế bào chất: Là khối nguyên sinh chất (protoplasma) chứa. như bào quan, các chất dự trữ, các vi sợi, vi ống tạo nên khung xương của tế bào; nằm trong tế bào và bao quanh lấy nhân. Tế bào chất của một số tế bào
