Sinh học tế bào và tính ứng dụng trong công nghệ sinh học

Dạy và học môn SINH - HÓA HỌC
(67 người theo dõi)
Lượt xem 2
0
Tải xuống
(Lịch sử tải xuống)
Số trang: 38 | Loại file: DOC
0

Gửi bình luận

Bình luận

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 13/03/2014, 22:52

Mô tả: Sinh học di truyền CHƯƠNG 2SINH HỌC TẾ BÀOMỤC TIÊU1. Trình bày những nội dung cơ bản của học thuyết tế bào? Những đặc điểm cấu trúc và chức năng chung của tế bào2. Trình bày cấu trúc và chức phận của màng sinh chất3. Trình bày các hình thức trao đổi vật chất qua màng sinh chất của tế bào4. Kể tên các bào quan chính trong tế bào. Trình bày đặc điểm cấu tạo và chức phận của lưới nội sinh chất, bộ máy Golgi và ty thể.5. Thành phần hoá học, đặc điểm hình thái, số lượng, tổ chức cấu trúc và chức phận của nhiễm sắc thể.NỘI DUNG1. NHỮNG NỘI DUNG CƠ BẢN CỦA HỌC THUYẾT TẾ BÀO1.1. Sự phát hiện tế bào và sự ra đời của học thuyết tế bàoNhững hiểu biết về tế bào được phát triển gắn liền với lịch sử phát triển ngành quang học, đặc biệt là từ nửa sau thế kỷ XVII. Cụ thể là, vào năm 1665, Robe Huc (Robert Hooke, 1635-1673), nhà tự nhiên học người Anh, bằng kính hiển vi tự chế với độ phóng đại 30 lần, ông đã trở thành người đầu tiên quan sát và mô tả tế bào thực vật qua lát cắt. Đến năm 1673, nhà tự nhiên học người Hà Lan là Lơ-ven-huc (Leeuwenhook Anatony Van, 1632-1723), là người đầu tiên nhìn thấy và vẽ lại các tế bào hồng cầu bằng kính hiển vi có độ phóng đại 270 lần do ông chế tạo. Sau đó một năm, vào năm 1674 cũng chính Lơ-ven-Huc lại là người đầu tiên nhìn thấy các cơ thể đơn bào trong một giọt nước hồ ao, rồi nhìn thấy các tinh trùng vào năm 1677 và các vi khuẩn vào năm 1683.Đến năm 1831, Robert Brawn, nhà thực vật học người Anh, đã phát hiện thấy nhân tế bào; năm 1839 chất sống trong tế bào đã được nhà bác học người Tiệp khắc, Pớc-kin-giơ (Purkinje Johanes Evangelista, 1787-1869) phát hiện, gọi là chất nguyên sinh. Chính ông cũng là người đầu tiên nhìn thấy các tế bào thần kinh trong chất xám của vỏ não vào năm 1837 và là người phát hiện ra các bó thuộc hệ thống dẫn truyền của tim (các bó Purkinje).Tuy nhiên, những nội dung cơ bản của học thuyết tế bào lại được hình thành trong các công trình khoa học của hai nhà bác học người Đức là nhà thực vật học Sơ-lai-đơn (Mathias Schleiden, 1804-1881) và nhà động vật học Sơ-van (Theodor Schwann, 1810-1882) vào các năm 1838-1839.Vào năm 1838, trong bài báo “ Các vật liệu cho sự phát triển của thực vật”Sơ-lai-đơn đã chỉ ra rằng, mỗi một tế bào thực vật đều có nhân và xác định vai trò của nó trong sự phát triển và phân chia của tế bào.16 Sinh học di truyền Vào năm 1839, Sơ-van đã xuất bản công trình “ Nghiên cứu hiển vi về sự phù hợp trong cấu tạo và sinh trưởng của các tế bào động vật và thực vật”Ở đây, ông đã xác định được tế bào như là một cấu trúc vạn năng của cả thế giới động vật và thực vật và cho biết rằng các tế bào động vật và thực vật là giống nhau về cấu trúc, tương đồng về chức phận. 1.2 Những nội dung cơ bản của học thuyết tế bàoTheo quan điểm hiện đại, học thuyết tế bào gồm có 3 nội dung cơ bản sau:(1) Mọi sinh vật đều được cấu tạo từ một hoặc nhiều tế bào, trong đó xảy ra các quá trình chuyển hóa vật chất và tồn tại tính di truyền.(2) Tế bào là vật sống nhỏ nhất, là đơn vị tổ chức cơ bản của mọi cơ thể.(3) Tế bào có thể tự sinh sản và mọi tế bào chỉ có thể được sinh ra nhờ quá trình phân chia của tế bào tồn tại trước đó.Thật vậy, cho đến nay, loại trừ một vài trường hợp cá biệt, còn mọi sinh vật đều được cấu tạo từ một tế bào (đối với các sinh vật đơn bào) hoặc từ nhiều tế bào (đối với các sinh vật đa bào). Trong mỗi tế bào đều có các cấu trúc với các chức phận khác nhau duy trì sự sống của mỗi tế bào trong hiện tại cũng như bảo đảm sự tồn tại của tế bào qua các thế hệ.Tế bào là vật sống nhỏ nhất bởi vì người ta thấy rằng, tế bào là cấu trúc có kích thước nhỏ nhất mà ở đó mọi tính chất cơ bản đặc trưng cho sự sống đều được biểu hiện rõ ràng và đầy đủ. Tế bào cũng là đơn vị tổ chức cơ bản của mọi cơ thể sinh vật bởi vì đối với những cơ thể đơn bào mỗi tế bào cũng chính là một cơ thể độc lập, còn đối với cơ thể đa bào thì mỗi cơ thể của chúng bao gồm nhiều tế bào. Trong đó, mỗi tế bào là một đơn vị tổ chức nên các mô của các hệ thống cơ quan khác nhau, các tế bào ở đây đã được biệt hóa về cấu trúc, chuyên hóa về chức phận của mình.Bản thân mỗi tế bào có thời hạn sống nhất định, song các thế hệ tế bào liên tục tồn tại vì tế bào có thể tự sinh sản cho ra các tế bào con bằng nhiều hình thức phân chia khác nhau. Các tế bào mới không phải tự nhiên xuất hiện mà chúng chỉ có thể sinh ra nhờ sự phân chia của tế bào mẹ trước đó.2. CÁC MỨC ĐỘ TỔ CHỨC VÀ NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG CỦA TẾ BÀO2.1 Các mức độ tổ chức của tế bàoMặc dầu các tế bào rất phong phú, đa dạng về cấu trúc và chức năng, song quy về mức độ tổ chức thì các tế bào chỉ có 2 mức độ tổ chức chính là: mức độ tế bào tiền nhân (prokaryota) hay không có nhân điển hình (nhân sơ) và mức độ tế bào có nhân thật (eukaryota) hay nhân điển hình (nhân chính thức).2.1.1 Mức độ tế bào tiền nhân (prokaryota)Những tế bào ở mức độ tổ chức tiền nhân có những đặc điểm cơ bản là:17Sinh học tế bào - Kích thước nhỏ bé (đường kính từ 0,5 đến ≤3µm).- Chưa có nhân riêng rẽ về mặt hình thái vì chưa có màng nhân ngăn cách bào tương với chất nhân bên trong.- Chưa có hệ thống các màng nội bào.- Chưa có trung thể nên cũng không có khả năng phân chia có tơ (mitose).- Thời gian phân chia tế bào nhanh (20-30 phút).Các tế bào vi khuẩn và vi khuẩn lam thuộc về nhóm tế bào này.2.1.2 Mức độ tế bào có nhân thật (eukaryota)Những tế bào ở mức độ tổ chức nhân thật có những đặc điểm cơ bản sau:- Tế bào có kích thước lớn (đường kính lớn hơn hoặc bằng 13µm).- Có nhân tế bào điển hình với màng nhân bao quanh chất nhân bên trong tách biệt hẳn với bào tương.- Có hệ thống các màng nội bào phát triển.- Phần lớn các tế bào có trung thể nên có khả năng phân chia có tơ (mitose)- Thời gian phân chia tế bào chậm (dài hơn 10-12 giờ).Các tế bào của protista, thực vật, nấm và tế bào của động vật đều thuộc về nhóm này.2.2. Những đặc điểm cấu trúc, chức năng của tế bào2.2.1. Những đặc điểm cấu trúcMặc dầu khác nhau về mức độ tổ chức, tất cả mọi tế bào tiền nhân hay tế bào có nhân thật đều có 3 đặc điểm cấu trúc cơ bản sau:- Mọi tế bào đều được màng sinh chất bao quanh ngăn cách tế bào với môi trường xung quanh. Trên màng sinh chất có nhiều kênh dẫn truyền vật chất và thông tin, tạo cầu nối duy nhất giữa tế bào với môi trường ngoài, đồng thời hỗ trợ để điều chỉnh thành phần bên trong tế bào.- Mọi tế bào đều có nhân hoặc nguyên liệu nhân chứa thông tin di truyền tế bào định hướng và điều tiết mọi hoạt động của tế bào.- Mọi tế bào đều chứa chất nền (matrix) bán lỏng hay môi trường kiểu như thạch gọi là tế bào chất. Tế bào chất chiếm thể tích giữa vùng nhân và màng sinh chất.18 Sinh học di truyền 1. Ty thể; 2. Roi; 3. Nhân; 4. Lưới nội sinh chất có hạt; 5. Ribisom; 6. Màng sinh chất tế bào; 7. Lưới nội sinh chất không hạt; 8. Bộ máy Golgi; 9. Lysosom; 10. Vi ống; 11. Sợi tế vi; 12. Trung tử; 13. Peroxisom.Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc tế bào động vật19Sinh học tế bào Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc tế bào thực vật1. Màng không bào; 2. Không bào trung tâm; 3. Nhân; 4. Lưới nội sinh chất có hạt; 5. Lưới nội sinh chất không hạt; 6. Peroxisom; 7. Thành tế bào; 8. Màng sinh chất tế bào; 9. Bộ máy Golgi; 10. Ribosom; 11. Cầu sinh chất; 12. Lục lạp; 13. Sợi tế vi; 14. Vi ống; 15. Ty thể2.2.2 Những đặc điểm chức năngTương ứng với ba đặc điểm cấu trúc, mọi tế bào đều có bốn chức năng phổ biến sau:- Chức năng phân hóa cấu trúc và chức phận:Nhờ tế bào có rào chắn chọn lọc ngăn cách môi trường bên trong tế bào với môi trường bên ngoài tế bào, tế bào có chức năng tạo môi trường nội bào tối thích bằng điều hòa sự dẫn truyền vật chất vào và ra khỏi tế bào. Tế bào cũng sử dụng các hệ thống rào chắn có cấu trúc tương tự màng sinh chất (các màng nội bào) để phân nhỏ phần trong tế bào thành các xoang riêng biệt chuyên hóa cho các hoạt động sống đặc trưng.- Chức năng di truyền:20 Sinh học di truyền Tế bào có chức năng thừa hưởng và truyền vật liệu di truyền đã được mã hóa để định hướng quá trình tổng hợp phần lớn các thành phần tế bào. Vật liệu di truyền được sao chép trước khi phân chia tế bào sao cho tế bào vừa được hình thành có được một bộ gen giống tế bào mẹ.- Chức năng trao đổi vật chất và năng lượng:Tế bào có chức năng tổng hợp và phân giải các phân tử hữu cơ nhờ dùng các phản ứng hóa học có enzym xúc tác. Đó là, con đường chuyển hóa hay trao đổi chất (con đường sinh hóa) gồm chuỗi phản ứng biến đổi thức ăn thành các phân tử cần cho tế bào, tích lũy năng lượng dưới dạng hóa học để thúc đẩy các hoạt động cần năng lượng, đồng thời phân hủy các phân tử chất thải không cần cho tế bào.- Chức năng vận động:Chức năng vận động của tế bào được thể hiện ở một vài kiểu di động và dẫn đến sự vận động của tế bào cũng như sự vận động của các thành phần riêng lẻ bên trong tế bào. Các kiểu vận động đó là thành phần cơ bản của nhiều hoạt động tế bào.2.3. Cấu trúc của tế bào tiền nhân2.3.1 Vách tế bào (thành tế bào) (cell wall)Ở các tế bào vi khuẩn, ngoài màng sinh chất còn có thêm cấu trúc gọi là vách hay thành tế bào bền vững nằm phía ngoài màng sinh chất.Khác với vách tế bào thực vật, vách tế bào vi khuẩn có cấu trúc đặc biệt chứa peptidoglycan (một phân tử lớn phức tạp gồm đường polysacarit liên kết với các chuỗi polypeptit ngắn). Người ta thấy rằng, không một tế bào nhân thật nào có vách tế bào cấu trúc theo kiểu này.Tùy loại vi khuẩn, vách tế bào có cấu tạo chi tiết khác nhau. Căn cứ vào sự khác nhau của vách tế bào, vi khuẩn được chia thành 2 nhóm là: vi khuẩn Gram dương và vi khuẩn Gram âm, theo khả năng bắt giữ thuốc nhuộm Gram (Gram là tên nhà vi sinh học người Đan Mạch đã phát minh ra phương pháp nhuộm tế bào vi khuẩn):Quá trình nhuộm Gram có các bước: Nhuộm tím Gantian, qua lugon, tẩy cồn rồi nhuộm đỏ Fucsin: màng của vi khuẩn gram + tạo phức hợp bền với tím Gantian nên có mầu tím, màng vi khuẩn Gram – không tạo phức bền với tím Gantian nên bị cồn tẩy mất màu tím, kết quả vi khuẩn có màu đỏ như Fucsin.Trong y học, phương pháp nhuộm Gram cho phép phát hiện và phân biệt các vi khuẩn gây bệnh. Ví dụ, các tụ cầu gây mủ, liên cầu là các vi khuẩn Gram dương; các trực khuẩn đường ruột như: trực khuẩn thương hàn, trực khuẩn lỵ, phẩy khuẩn tả, cầu khuẩn lậu thuộc về các vi khuẩn Gram âm.Tính mẫn cảm của vi khuẩn đối với các loại chất kháng sinh khác nhau cũng phụ thuộc vào cấu trúc của vách tế bào.Ở một số vi khuẩn còn có khả năng tạo vỏ bọc (capsule) bên ngoài vách tế bào gọi là nang giáp mạc hay nha bào. Vỏ bọc của vi khuẩn gây bệnh có liên quan đến độc lực của chúng. Khi có vỏ, vi khuẩn có sức gây bệnh cao và khi mất vỏ nó mất khả năng gây bệnh.21Sinh học tế bào Đối với các vi khuẩn vận động còn có những cấu trúc trên bề mặt tế bào gọi là các roi và các lông. Các roi là những sợi nhỏ và dài bắt nguồn từ bào tương, xuyên qua màng và vách tế bào ra ngoài. Roi được cấu tạo chủ yếu từ một chất protein gọi là flagellin có trọng lượng phân tử từ 30.000 đến 40.000. Các lông (pili) là những sợi rất nhỏ và ngắn hơn roi có cấu tạo từ protein. Các lông có ở mặt ngoài tế bào nhiều vi khuẩn Gram âm. Các lông này giúp cho vi khuẩn tự bám được vào bề mặt thích hợp. 2.3.2 Các tổ chức đơn giản bên trong tế bào.a. Màng sinh chấtMàng sinh chất ở tế bào vi khuẩn không xoang hóa tế bào chất thành các xoang riêng biệt có màng ngăn cách, song có thể gấp nếp cuộn vào trong tế bào.b.Tế bào chấtToàn bộ tế bào chất ở tế bào vi khuẩn là một đơn vị. Trong đó không có đầy đủ hệ thống bào quan chuyên hóa riêng biệt, không có các cấu trúc nâng đỡ bên trong khiến cho độ bền vững của tế bào chủ yếu nhờ vào vách tế bào ở bên ngoài.Các bào quan trong tế bào chất chỉ gồm các hạt ribosom có chức năng tổng hợp protein. Song, ribosom ở vi khuẩn nhỏ hơn ribosom ở tế bào nhân thật và không dính vào màng sinh chất. Riêng ở các khuẩn lam quang hợp còn có các cấu trúc chứa sắc tố quang hợp gồm các đĩa dẹt gọi là thilacoit.Hình 2.3. Cấu trúc tế bào vi khuẩnSơ đồ (trái); ảnh chụp (phải)1. Lông; 2. Ribosom; 3. Vỏ bọc; 4. Vách tế bào; 5. Màng sinh chất; 6. Vùng nhân; 7. Roi c. Nhân22 Sinh học di truyền Tế bào vi khuẩn không có nhân điển hình mà chỉ là vùng nhân (nucleoid) có cấu trúc sợi ADN trần dạng vòng. Ngoài vòng chính còn có thể có các vòng phụ nhỏ gọi là các plasmit. Đây cũng là những cấu trúc mang gen và có khả năng tự sao chép.Tóm lại, tế bào vi khuẩn là tế bào không có nhân chính thức với những đặc trưng cơ bản sau:- Giới hạn ngoài là vách tế bào và màng sinh chất.- Tế bào chất chỉ chứa các bào quan là ribosom và ở khuẩn lam thì có thêm thilacotit.- Nhân chỉ là một vùng nhân chứa ADN trần dạng vòng.23Sinh học tế bào 3. CẤU TRÚC VÀ CHỨC PHẬN CỦA MÀNG SINH CHẤT (PLASMALEMMA/ PLASMA MEMBRANE/ PLASMIC MEMBRANE)3.1 Cấu trúc của màng sinh chấtMàng sinh chất được cấu thành từ 4 thành phần cơ bản sau đây:a. Tầng kép photpholipitTầng kép phospholipit còn được gọi là tổ chức lipit hai lớp. Đây là tổ chức cơ bản của màng sinh chất. Nó gồm hai lớp phân tử phospholipit xếp song song quay cực kỵ nước vào trung tâm và quay cực ưa nước ra hai phía bề mặt trong và ngoài của màng sinh chất.Mỗi phân tử phospholipit được cấu tạo từ hai thành phần chính:Một là phần khung có cấu trúc từ phân tử 3 cacbon (glyxeryl), hai là các mạch gắn vào khung cacbon gồm có hai mạch axit béo gắn vào vị trí cácbon thứ nhất và thứ hai. Gắn vào vị trí cácbon thứ 3 là mạch phân tử rượu hữu cơ được phosphoryl hóa.Hai mạch axit béo có đặc tính không phân cực, tức là không có khả năng tạo liên kết hyđro với nước. Còn phân tử rượu hữu cơ thì phân cực mạnh, dễ tạo ra liên kết hyđro với nước. Do rượu được gắn bằng nhóm phosphat nên hợp chất lipit này mới được gọi là phân tử phospholipit.Như vậy, mỗi phân tử phospholipit ở đây có hai đầu xoay về hai hướng đối lập. Do cách cấu trúc như vậy, nên phân tử phospholipit thường được minh họa như là một quả cầu có đầu phân cực với hai cái đuôi không phân cực.Ở trong môi trường nước, do có sự tương tác của các phân tử nước với các phân tử phospholipit đã dẫn đến sự định hướng đồng loạt mà cụ thể là các đầu phân cực ưa nước thì quay vào nước, còn đuôi không phân cực kỵ nước thì quay đi khỏi nước. Kết quả là hình thành nên cấu trúc hai trúc hai lớp phân tử phospholipit xếp song song có các đuôi kỵ nước hướng vào nhau và không có đuôi nào tiếp xúc với nước.Các phân tử phospholipit có khả năng chuyển động đổi chỗ cho nhau sang bên hoặc từ lớp này sang lớp kia tạo lên “tính động” của màng sinh chất.Như vậy, tầng kép phospholipit trong cấu trúc của màng sinh chất được phát sinh một cách tự phát mà động lực thúc đẩy sự phát sinh là khuynh hướng hình thành liên kết hyđrô của các phân tử nước với đầu phân cực của phân tử phospholipit. 24 Sinh học di truyền (a) Chuyển động của các phân tử phospholipit: chuyển động bên, chuyển động theo kiểu “búng”- “tõm”.(b) Tính động của màng(c) Các phân tử cholesterol trong màng ở tế bào động vậtHình 2.4. Tính động của màngb. Các protein vắt qua màng (protein tích hợp, protein xuyên màng)Các protein vắt qua màng là thành phần protein chủ yếu của màng. Chúng gồm một tập hợp các protein vắt qua tầng kép phospholipit tạo nên các kênh đi vào tế bào của các phân tử hòa tan trong nước và các thông tin từ môi trường. Hệ thống các protein vắt qua màng này tạo nên 2 loại kênh dẫn: một là các kênh dẫn đơn, dùng để dẫn truyền phân tử lớn qua màng; hai là các kênh đa xoắn dẫn truyền các phân tử nhỏ qua màng.Ngoài ra, các protein vắt qua màng này cũng tạo nên các thụ quan tiếp nhận và dẫn truyền các thông tin từ môi trường ngoài vào tế bào.Thành phần các protein trong cấu trúc của màng sinh chất ở các loại tế bào khác nhau là không giống nhau.c. Hệ thống sợi nâng đỡ (mạng lưới nâng đỡ)Hệ thống này bao gồm các protein ở phía trong màng sinh chất làm nhiệm vụ nâng đỡ cấu trúc và củng cố hình dạng của màng. Ví dụ, protein spectrin xác định hình dạng của tế bào hồng cầu bằng cách tạo giàn nâng đỡ bên dưới màng. Ngoài ra, còn có các protein làm nhiệm vụ buộc néo các protein nhất định vào vị trí xác định. Ví dụ 25 . màng sinh chất.18 Sinh học di truyền 1. Ty thể; 2. Roi; 3. Nhân; 4. Lưới nội sinh chất có hạt; 5. Ribisom; 6. Màng sinh chất tế bào; 7. Lưới nội sinh. cholesterol trong màng ở tế bào động vậtHình 2.4. Tính động của màngb. Các protein vắt qua màng (protein tích hợp, protein xuyên màng)Các protein vắt

— Xem thêm —

Xem thêm: Sinh học tế bào và tính ứng dụng trong công nghệ sinh học, Sinh học tế bào và tính ứng dụng trong công nghệ sinh học, Sinh học tế bào và tính ứng dụng trong công nghệ sinh học

Lên đầu trang

Tài liệu liên quan

Từ khóa liên quan

Đăng ký

Generate time = 0.104889154434 s. Memory usage = 13.92 MB