Tế bào - Đơn vị căn bản của sự sống_1 docx

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.