Tế bào chất và các bào quan

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 có thể đạt tới kích thước 26µm. Trong tế bào, DNA ti thể chiếm 1-5% DNA
của tế bào. Ví dụ: trong tế bào gan người, số phân tử DNA ti thể là 5. Các DNA ti
thể thường nằm trong chất nền, định khu cạnh các mào, DNA tự tái bản theo
nguyên tắc bổ sung và nguyên tắc bán bảo toàn nhờ hệ enzym polimeraza có mặt
trong ti thể, xảy ra ở gian kì của tế bào. DNA ti thể có dạng vòng, không kiên kết
với protein histon- tương tự như DNA của vi khuẩn. DNA ti thể quy định tính di
truyền tế bào chất - hay di truyền theo dòng mẹ. Những đột biến xảy ra trong DNA
ti thể gây nhiều dạng bệnh tật nhất là đối với hệ thần kinh và hệ cơ. Tần số sai lệch
trong DNA ti thể cũng tăng theo tuổi già. Bộ gen của ti thể có hai chức năng chủ
yếu:
+ mã hóa một số protein tham gia vào chuỗi vận chuyển điện tử
+ Mã hóa cho hệ thống sinh tổng hợp protein gồm một số protein
Trình tự nucleotide của phân tử DNA ti thể ở một số sinh vật đã được xác
định. Kết quả này giúp chúng ta hiểu rõ hơn cấu trúc và trật tự sắp xếp các gen trên
phân tử DNA của bào quan. Ở động vật có xương sống, DNA ti thể có kích thước
nhỏ gồm các gen khôngcó intron và hầu như không có khoảng trống giữa các gen.
Ví dụ, DNA ti thể của người gồm 16.659 bp tương ứng với 37 gen, trong đó 22 gen
mã cho các phân tử RNAt, 13 gen mã cho các polypeptide liên quan đến phản ứng
oxy hoá khử. Ở nấm men, DNA ti thể có kích thước lớn hơn so với động vật
(78.000 bp) do một số gen có intron và khoảng cách giữa các gen khá lớn. DNA ti
thể nấm men có ít nhất 33 gen, trong số này có 2 gen mã cho RNAr, 23 gen mã cho
RNAt, 1 gen mã cho protein ribosome và 7 gen mã cho polypeptide tham gia phản
ứng oxy hoá khử. Đặc biệt, DNA ti thể của thực vật có kích thước lớn nhất và cấu
trúc phức tạp đa dạng nhất. Trình DNA ti thể của Marchantia polymorpha, thực vật
nguyên thuỷ không có hệ mao dẫn, đã được xác định hoàn toàn. Đây là phân tử
mạch vòng có kích thuớc 186 kb tương ứng với 94 khung đọc mở (ORFs). Trong số
94 ORFs này, thực nghiệm mới xác định được một số gen mà số lượng intron của
một gen lên đến 32. Đối với thực vật có hệ mạch, DNA ti thể còn lớn hơn nhiều. Ví

dụ, ở ngô hay dưa hấu, DNA ti thể tương ứng với 570 kb và 300 kb. Ở các loài thực
vật bậc cao, các gen có thể phân bố ở vị trí khác nhau trên phân tử DNA ti thể mặc
dù sản phẩm của gen có cùng một chức năng trong tế bào.
RNA ti thể: người ta đã tìm thấy trogn ti thể có các dạng RNA như RNAr,
RNAt, RNAm. Riboxom của ti thể có kích thước nhỏ vào khoảng 60S gồm hai tiểu
phần 30S và 45S gần giống với riboxom vi khuẩn
Sự tổng hợp protein ti thể: ti thể có khả năng tự tổng hợp một số protein
cho mình. Sự tổng hợp protein cũng diễn ra trên riboxom theo cơ chế di truyền
chung, nhưng axit amin khởi đầu của quá trình tổng hợp protein giống như ở vi
8