Tế bào - Đơn vị căn bản của sự sống Như nguyên tử là đơn vị của hóa học, tế bào là những khối dựng lên sự sống. 3 tuyên bố sau hình thành nên thuyết tế bào: -tế bào là đơn vị căn bản của sự sống -tất cả mọi sinh vật đều cấu tạo từ tế bào -tất cả tế bào đều từ tế bào Tế bào được cấu tạo từ những phân tử nước và những phân tử lớn, nhỏ mà chúng ta đã học trong 2 chương trước. Mỗi tế bào chứa ít nhất 10,000 loại phân tử khác nhau, hầu hết chúng tồn tại ở nhiều bản sao. Tế bào dùng những phân tử này để vận chuyển vật chất và năng lượng, để đáp ứng với môi trường, và để sao chép chính chúng. Thuyết tế bào có 3 ý quan trọng: 1. Nghiên cứu sinh học tế bào cũng giống như nghiên cứu về sự sống. Nguyên tắc cơ bản là chức năng của tế bào đơn như vi khuẩn cũng giống như 60 nghìn tỉ tế bào trong cơ thể bạn. 2. Sự sống luôn tiếp diễn.Tất cả những tế bào trong cơ thể bạn đều bắt đầu từ 1 tế bào đơn, trứng được thụ tinh, từ sự giao hợp của 2 tế bào là tinh trùng từ bố và trứng từ mẹ. 3. Nguồn gốc của sự sống trên Trái đất được đánh dấu bởi nguồn gốc của tế bào đầu tiên. Vào những năm 1920, nhà khoa học người Nga Alexander Oparin đã phối trộn 1 lượng lớn protein và polysaccharide vào dung dịch. Khi ông lắc mạnh hỗn hợp, những bong bong hình thành. Ông ta có thể làm điều đó với những polymer khác. Nồng độ các chất cao phân tử bên trong những bong bóng cao hơn ở môi trường xung quanh. Hơn nữa, chúng còn xúc tác các phản ứng hóa học, và điều khiển cái gì rời khỏi và vượt qua đường biên vào môi trường. Nói cách khác, đó là protobiont (là tập hợp các phân tử mà không có khả năng sinh sản nhưng môi trường hóa học bên trong chúng khác với môi trường xung quanh). Sau đó, những nhà nghiên cứu khác cho thấy nếu trộn lipid vào môi trường nước, thì chúng sẽ tự sắp xếp thành những giọt nhỏ được bao quanh bởi lớp đôi. Xảy ra đồng thời với mô hình hóa học tiền sự sống và giả thuyết RNA được mô tả trong chương 3, những thí nghiệm này đưa ra giả thuyết ảo tưởng cho nguồn gốc tế bào. Kích thước tế bào được giới hạn bởi tỷ lệ bề mặt và thể tích Hầu hết tế bào rất nhỏ, thể tích tế bào trong khoảng từ 1-1000m3. Ngoại trừ trứng 1 vài loài chim rất to lớn, 1 vài tế bào đặc biệt của vài loài tảo và vi khuẩn đủ lớn để có thể thấy bằng mắt thường. Và mặc dù những nơron (tế bào thần kinh) có thể tích nằm trong khoảng của tế bào bình thường,nhưng mà những phần phát xuất từ chúng có thể dài hàng mét, mang tín hiệu từ 1 phần đến phần khác trong động vật lớn. Nhưng nhìn chung, tế bào rất nhỏ. Sự gia tăng kích thước tế bào là nguyên nhân của sự thay đổi tỉ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích (S/V)của bất cứ vật thể nào. Khi tế bào tăng thể tích, diện tích bề mặt của nó cũng tăng nhưng quy mô của nó không thay đổi. Tại sao các tế bào luôn nhỏ Hiện tượng này có ý nghĩa sinh học to lớn vì 2 lý do sau: - Thể tích tế bào xác định khoảng hoạt động hóa học mà nó có thể hoạt động trên một đơn vị thời gian. - Diện tích bề mặt của tế bào xác định lượng chất tế bào lấy từ môi trường ngoài và lượng sản phẩm thải ra môi trường. vì thế khi một tế bào tăng trưởng lớn hơn thì tỉ lệ giữa chất thải tạo ra và nguồn vật chất cần hấp thụ tăng nhanh hơn nhiều so với sự gia tăng của diện tích bề mặt, do đó điều này giải thích tại sao những sinh vật lớn thì có nhiều tế bào nhỏ, vì khi thể tích nhỏ thì diện tích bề mặt trao đổi của chúng lớn, ở những cơ thể đa bào thì do được cấu tạo nhiều tế bào nhỏ khác nhau dẫn đến diện tích trao đổi lớn do đó chúng có thể thực hiện các chức năng cần thiết cho sự sống đặc biệt là vận chyển thức ăn, oxy, thải bả đi và đến từng tế bào bên trong cơ thể sinh vật và với môi trường bên ngoài. Sự cần thiết của kính hiển vi trong quan sát tế bào Hầu hết các tế bào không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Một vật thể nhỏ nhất mà mắt một người bình thường có thể nhìn thấy được là khoảng 0.2 mm (200 um). Chúng ta gọi đó là độ phân giải (resolution), tức giới hạn nhỏ nhất mà người ta phân biệt được 2 điểm kề sát nhau, không chập lại thành một. Rất nhiều tế bào có kích thước nhỏ hơn 200 um. Kính hiển vi là dụng cụ thường được sử dụng để cải thiện độ phân giải giúp cho việc quan sát được tế bào và các cấu trúc bên trong của nó. Có 2 lại kính hiển vi cơ bản: kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử. Kính hiển vi quang học (light microscope – LM) sử dụng thấu kính thủy tinh và ánh sáng nhìn thấy được để phóng đại vật thể. Nó có thể phân giải một điểm khoảng 0.2 um gấp 1000 lần độ phân giải của mắt người. Nó cho phép chúng ta có thể hình dung được hình dáng, kích cỡ và một số cấu trúc bên trong tế bào. Các tế bào dưới ánh sáng bình thường sẽ khó phân biệt các chi tiết cấu trúc nên tế bào thường bị làm chết và nhuộm với các chất nhuộm màu khác nhau để các cấu trúc nổi bật lên dễ cho việc quan sát kỹ. Kính hiển vi điện tử (electron microscope – EM) sử dụng nam châm để tập trung chùm eletron, giống như kính hiển vi quang học sử dụng thấu kính thủy tinh để tập trung chùm ánh sáng. Bởi vì chúng ta không thể nhìn thấy điện tử, kính hiển vi điện tử sẽ hướng chúng đến một màn huỳnh quang hoặc chụp ảnh để tạo nên hình ảnh có thể nhìn thấy được. Độ phân giải một điểm của kính hiển vi điện tử là khoảng 0.5 nm, gấp 400.000 lần so với mắt người. Độ phân giải này cho phép phân biệt đến chi tiết các cấu trúc dưới mức tế bào (subcellular). Ngoài kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử, rất nhiều kỹ thuật đã và đang được nghiên cứu, phát triển nhằm tăng cường khả năng quan sát tế bào hơn nữa. Màng sinh chất (plasma membrane) bao quanh tế bào Như chúng ta đã biết, màng sinh chất phân cách mỗi tế bào với môi trường của nó (tạo một ngăn riêng (nhưng không bị cô lập). Màng sinh chất cấu tạo từ lớp đôi phospholipid với một đầu kị nước có lipid quay vào và các nhóm ưa nước quay ra ngoài (như hình 3.2). Protein được gắn vào lipid. Trong nhiều trường hợp, các protein này nhô ra tế bào chất hoặc vào môi trường ngoại bào. Vấn đề về cấu trúc và chức năng của màng sinh chất sẽ được tập trung làm rõ chi tiết ở Chương 5. Ở chương này chỉ tóm tắt vai trò của màng sinh chất: + Màng tế bào cho phép duy trì môi trường không đổi bên trong tế bào (constant internal environment), một sự tự duy trì, việc duy trì môi trường không đổi bên trong tế bào là một đặc tính của sự sống sẽ được thảo luận chi tiết ở Chương 41. + Màng tế bào hoạt động như một hàng rào thấm chọn lọc, ngăn cản một số cơ chất thấm qua trong khi cho phép một số cơ chất khác tự do vào và ra khỏi tế bào. + Được xem như ranh giới giữa tế bào với môi trường bên ngoài. Màng sinh chất quan trọng trong việc trao đổi với các tế bào lân cận và nhận các tín hiệu ngoại bào. Chúng ta sẽ mô tả chức năng này trong Chương 15. + Màng sinh chất thường mang các phân tử thò ra khỏi tế bào chịu trách nhiệm cho việc nối và bám chặt với các tế bào lân cận. Hai kiểu tổ chức tế bào Tổ chức tế bào tiền nhân (Prokaryotic cell organization). Vi khuẩn (Bacteria) và cổ vi khuẩn (Archaea) có đặc điểm thuộc tổ chức này và được gọi là các tế bào Prokaryotae. Những tế bào này không có cấu trúc màng nhân bên trong. Tế bào đầu tiên được hình thành rõ ràng là tương tự với cấu trúc của các tế bào Prokaryotae hiện có này. Tổ chức tế bào nhân thật (Eukaryotic cell organization). Nhóm này bao gồm sinh vật đơn bào, thực vật, nấm và động vật. Vật liệu di truyền (DNA) của tế bào Eukaryote chứa đựng nhân điển hình và có màng nhân bao quanh. Tế bào Eukaryote còn chứa các ngăn có màng khác mà nơi đó các phản ứng hóa học đặc biệt diễn ra. Tế bào nhân sơ Prokaryota Các sinh vật nhân sơ sống nhờ các nguồn năng lượng phong phú và khác hơn nhiều so với các sinh vật sống khác, chúng còn cư trú trong các môi trường khắc nghiệt như trong các suối nước nóng hay khu vực nước có độ mặn rất cao. Khả năng thích nghi cao của sinh vật nhân sơ sẽ là chủ đề của chương 27. Tế bào nhân sơ nhìn chung nhỏ hơn các tế bào nhân chuẩn, chúng có kích thước khoảng từ 0.25x1.2 µm đến 1.5x4 µm. Mỗi sinh vật nhân chuẩn là các cơ thể đơn bào nhưng nhiều loại nhân chuẩn hình thành các chuỗi, các tập đoàn nhỏ hay các tập đoàn lớn tới hàng trăm cá thể. Trong phần này chúng ta sẽ xem xét đầu tiên các đặc điểm mà có cả ở vi khuẩn và cổ khuẩn nói chung. Sau đó chúng ta sẽ nghiên cứu các đặc điểm cấu trúc chỉ thấy được ở một số loài nhân chuẩn. Hình4.5:Tế bào Procaryote_cấu trúc tế bào vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa Các đặc điểm đặc trưng của tế bào nhân sơ Tất cả các tế bào nhân chuẩn đều có chung các đặc điểm cấu trúc cơ bản: - Màng sinh chất kiểm soát quá trình trao đổi chất giữa bên trong và bên ngoài tế bào, ngăn cách tế bào với môi trường xung quanh. - Thể nhân chứa vật chất di truyền (ADN) của tế bào. Phần bên trong của màng sinh chất được gọi là tế bào chất. Tế bào chất được hình thành từ hai phần: dịch bào lỏng và các tiểu phần không hòa tan lơ lửng, có cả các riboxom. - Dịch bào chủ yếu là nước chứa các ion hòa tan, các phân tử nhỏ và các đại phân tử có khả năng hòa tan như các protein. - Các Riboxom là các hạt nhỏ đường kính chừng 25nm là nơi diễn ra sinh tổng hợp protein. Tế bào chất không phải là môi trường tĩnh, các chất trong dó liên tục chuyển động trong môi trường có nước. . Tế bào - Đơn vị căn bản của sự sống Như nguyên tử là đơn vị của hóa học, tế bào là những khối dựng lên sự sống. 3 tuyên bố sau hình thành nên thuyết tế bào: -tế bào là đơn vị căn bản của. Thuyết tế bào có 3 ý quan trọng: 1. Nghiên cứu sinh học tế bào cũng giống như nghiên cứu về sự sống. Nguyên tắc cơ bản là chức năng của tế bào đơn như vi khuẩn cũng giống như 60 nghìn tỉ tế bào. Sự sống luôn tiếp diễn.Tất cả những tế bào trong cơ thể bạn đều bắt đầu từ 1 tế bào đơn, trứng được thụ tinh, từ sự giao hợp của 2 tế bào là tinh trùng từ bố và trứng từ mẹ. 3. Nguồn gốc của