Sinh học tế bào các kiến thức cơ bản về các cấu trúc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Trường Đại học Y Dược SINH HỌC TẾ BÀO Nguyễn Lâm Vũ, 21100159 Nhà Y1, số 144 Xuân Thuỷ, phường Dịch Vọng Hậu, Quận Cầu Giấy, thủ đô Hà Nội Chương II Phân loại sinh vật Các giới sinh vật I Nguyên tắc phân loại sinh vật đặt tên sinh vật Phân loại học (Taxonomy) ngành khoa học phân loại, xếp đa dạng thể sinh vật vào hệ thống để phân biệt đặc điểm giống khác chúng, cần thiết cho công việc nghiên cứu sử dụng chúng thực tiễn sản xuất đời sống Đặt tên gọi cho thể sống theo loài cách khoa học thống vấn đề cần thiết quan trọng Phân loại học Thông thường thông tin phổ thông tên gọi thể sống chó, mèo, chuột nhắt, khỉ, ruồi nhà, đậu vườn, bắp nếp, lúa tám tên gọi thông thường, chưa phải tên gọi khoa học Nguyên tắc đặt tên theo hệ kép: Mỗi loài đặt cho tên gọi kép gồm: tên thứ tên chi (genus) lồi đó; tên thứ hai tên lồi thuộc chi Bảng Vị trí lồi người hệ thống phân loại Lồi Chi Họ Bộ Lớp Ngành Giới Người Người Người Linh Động vật Động vật Động vật (Homo (Homo (Homonidae trưởng có vú có dây (Animalia sapiens ) ) (Primates (Mammalia sống ) ) ) ) (Chordata ) Nguyên tắc phân loại Loài – đơn vị phân loại thấp Song song với xác định đặt tên cho lồi điều quan trọng phải phân bổ xếp loài vào hệ thống phân cấp bậc mà lồi thuộc thể mức độ thân thuộc Các nhà phân loại học dùng tên phụ để gọi tên cá thể sai khác bậc phân loại, ví dụ lồi phụ (nòi địa lý) để cá thể thuộc loài sống vùng địa lý khác Sự xếp cá thể thân thuộc vào hệ thống phân loại theo cấp bậc lệ thuộc không để phân loại theo hình thức mà cịn giúp nhà khoa học xây dựng “cây phát sinh” phản ánh phát sinh chủng loại cá thể sinh vật (Phylogeny) 2 Tiêu chí phân loại Để xếp sinh vật vào bậc phân loại: loài, chi, họ, bộ, lớp, ngành, giới, nhà phân loại học phải vào nhiều tiêu chí khác phản ánh khách quan vị trí chúng phân loại vị trí cành nào, nhánh phân loại Các nhà phân loại học thường vào tiêu chí hình thái giải phẫu thể quan, về: chức tập tính, phát triển phơi thai, di tích cổ sinh học sinh học phân tử Phân loại nhánh (cladistic taxonomy) Mục đích phân tích phân loại nhánh xác định đặc điểm thể nguồn gốc chung hai hay nhiều nhóm thể Đối với đặc điểm, người ta đưa giả thuyết nguồn gốc chung thời gian, đặc điểm phát sinh xuất tiến trình tiến hố lịch sử Những đặc điểm đặc điểm chung cho tất thành viên nhánh mà không xuất nhánh trước Ngày nay, kết hợp với tiêu chí hình thái giải phẫu nhà phân loại thường sử dụng tiêu chí sinh học phân tử, đặc biệt tiêu chí hệ gene Phân loại học phân nhánh phương pháp hiệu khách quan để phát lịch sử tiến hoá mối quan hệ họ hàng thể II Các giới sinh vật Khái niệm giới sinh vật Giới (Kingdom) đơn vị phân loại lớn nhất, xếp sinh vật có chung đặc điểm định Hệ thống giới sinh vật 2.1 Khởi sinh (Monera) Tế bào nhân sơ Đơn bào Dị dưỡng Tự dưỡng Đại diện: vi khuẩn 2.2 Nguyên sinh (Protista) Tế bào nhân thực Đơn bào, đa bào Dị dưỡng/tự dưỡng Đại diện: Động vật đơn bảo, tảo 2.3 Thực vật (Plantae) Tế bào nhân thực Đa bào phức tạp Tự dưỡng quang hợp Sống cố định 2.4 Nấm (Fungi) Tế bào nhân thực Đa bào phức tạp Dị dưỡng hoại sinh Sống cố định 2.5 Động vật (Animalia) Tế bào nhân thực Đa bào phức tạp Dị dưỡng Sống chuyển động Giới Khởi sinh (Monera) Thuộc giới Khởi sinh có vi khuẩn sinh vật bé nhỏ có kích thước hiển vi (1 – μm) thuộc dạng tế bào nhân sơ, sinh vật cổ sơ xuất khoảng 3,5 tỷ năm trước Chúng sống khắp nơi với phương thức dinh dưỡng đa dạng: hoá tự dưỡng, hoá dị dưỡng, quang tự dưỡng, quang dị dưỡng Nhiều vi khuẩn sống ký sinh thể khác Giới Nguyên sinh (Protista) Giới Nguyên sinh gồm sinh vật nhân thực, đa dạng cấu tạo phương thức dinh dưỡng - Động vật ngun sinh: đơn bào, khơng có thành cellulose, dị dưỡng, khơng có lục lạp, vận động lơng/roi (trùng amip, trùng lông, trùng roi, trùng bào tử) - Thực vật nguyên sinh (tảo): đơn bào/đa bào, thành cellulose, có lục lạp, quang tự dưỡng - Nấm nhầy: Cơ thể có hai pha, pha đơn bào giống amip pha cộng bào khối nguyên sinh chất nhầy chứa nhiều nhân Trong q trình tiến hố từ nhóm Ngun sinh động vật phát sinh giới Động vật, từ nhóm Tảo phát sinh giới Thực vật từ nhóm Nấm nhầy phát sinh giới Nấm Giới Nấm a) Đặc điểm: Nấm sinh vật thuộc dạng tế bào nhân thực Cơ thể đơn bào/đa bào dạng sợi, có thành chitin (trừ số có thành cellulose), khơng có lục lạp Sống dị dưỡng hoại sinh, ký sinh, cộng sinh (địa y) Sinh sản bào tử khơng có lơng roi b) Các dạng nấm Điển hình bao gồm nấm men, nấm sợi, chúng khác nhiều đặc điểm Ngoài ra, người ta ghép địa y (là thể cộng sinh nấm với tảo vi khuẩn lam) vào giới Nấm - Nấm men: Đơn bào, sinh sản nảy chồi phân cắt Đôi tế bào dính tạo thành sợi nấm giả - Nấm sợi: đa bào hình sợi, sinh sản vơ tính hữu tính (nấm mốc, nấm ăn) Các nhóm vi sinh vật Do tính chất lịch sử để tiện việc nghiên cứu người ta thường xếp sinh vật nhỏ bé có kích thước hiển vi vào nhóm nhóm Vi sinh vật Kích thước hiển vi, thể đơn bào, sinh trưởng nhanh, phân bố rộng, thích ứng cao với môi trường Giới Thực vật (Plantae) a) Đặc điểm cấu tạo Giới Thực vật gồm sinh vật nhân thực đa bào Cơ thể chúng gồm nhiều tế bào phân hố thành nhiều mơ quan khác Tế bào thực vật có thành cellulose chứa nhiều lục lạp b) Đặc điểm dinh dưỡng Tế bào thực vật đặc biệt tế bào có nhiều lục lạp chứa sắc tố clorophyl nên có khả tự dưỡng nhờ q trình quang hợp Thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời để tổng hợp nên chất hữu từ chất vơ cơ, cung cấp nguồn dinh dưỡng cho tồn sinh Thực vật có đời sống cố định nhờ có thành cellulose nên thân cành vững chắc, vươn cao toả rộng tán để hấp thu nhiều ánh sáng mặt trời cho quang hợp c) Đặc điểm thích nghi với đời sống cạn Lớp cutin bên ngồi có tác dụng chống nước, biểu bì chứa khí khổng để trao đổi khí nước Thụ phấn nhờ gió, nước trùng Thụ tinh kép tạo hợp tử tạo nội nhũ để nuôi phôi phát triển Phát triển hệ mạch dẫn để dẫn truyền nước, chất vô chất hữu d) Các ngành thực vật Rêu (Bryphyta) chưa có hệ mạch Tinh trùng có roi, thụ tinh nhờ nước Quyết (pleridophyta) có hệ mạch Tinh trùng có roi, thụ tinh nhờ nước Hạt trần (Gymnospermatophyta) có hệ mạch Tinh trùng khơng roi Thụ phấn nhờ gió Hạt khơng bảo vệ Hạt kín (Angiospermophyta) có hệ mạch Tinh trùng khơng roi Thụ phấn nhờ gió, nước, trùng Thụ tinh kép Hạt bảo vệ Thực vật có nguồn gốc từ lồi tảo lục đa bào nguyên thuỷ Thực vật đa dạng, phân bố khắp nơi Trái Đất, tuỳ theo mức độ tiến hoá cấu trúc thể đặc điểm thích nghi với đời sống cạn mà chia thành ngành chủ yếu Rêu, Quyết, Hạt trần, Hạt kín e) Vai trị thực vật Quyết định sống toàn sinh Nguồn cung cấp lượng chất hữu cho tồn giới sống Nhờ có q trình quang hợp, thực vật đóng vai trị giữ cân khí O2 CO2 sinh quyển, trì sống cho sinh vật Giới Động vật (Animalia) a) Đặc điểm cấu tạo Giới Động vật gồm sinh vật nhân thực đa bào, có thể gồm nhiều tế bào phân hố thành mơ, quan hệ quan khác Đặc biệt động vật có hệ quan vận động thần kinh b) Đặc điểm dinh dưỡng lối sống Động vật sống dị dưỡng nhờ chất hữu sẵn có thể khác Động vật có hệ cơ, sống vận động di chuyển tích cực để tìm kiếm thức ăn Động vật có hệ thần kinh phát triển nên chúng có khả phản ứng nhanh, điều chỉnh hoạt động thể, thích ứng cao với biến đổi môi trường sống c) Các ngành giới Động vật Động vật không xương sống: Thân lỗ, Ruột khoang, Giun dẹp, Thân mềm, Giun đốt, Chân khớp Da gai Chúng khơng có xương Bộ xương ngồi kitin Hơ hấp thẩm thấu qua da/ống khí Thần kinh dạng hạch dạng chuỗi hạch mặt bụng Động vật có xương sống: Nửa dây sống, Cá miệng tròn, Cá sụn, Cá xương, Lưỡng cư, Bò sát, Chim, Thú Bộ xương sụn xương với dây sống/cột sống làm trụ Hô hấp mang phổi Hệ thần kinh dạng ống mặt lưng d) Vai trò giới Động vật Chúng tham gia vào tất khâu mạng lưới dinh dưỡng đóng góp vào việc trì cân sinh thái PHẦN TỔ CHỨC PHÂN TỬ CỦA TẾ BÀO Chương Thành phần hoá học tế bào I Các nguyên tố cấu tạo nên tế bào Thành phần nguyên tố Các nguyên tố cấu tạo nên tế bào thể sống nguyên tố có tự nhiên Trong số 92 nguyên tố có tự nhiên người ta tìm thấy có 25 – 30 ngun tố có thể sống phổ biến cần thiết Vai trò nguyên tố Tên nguyên tố Chủ yếu Đại lượng Vi lượng II Hàm lượng Vai trò Trên 3% Cấu tạo nên chất hữu tế bào Trên 0,01% - Cấu tạo nên chất hữu - Tham gia hoạt động sống Dưới Tham gia hoạt động sống 0,01% Các chất vô Các nguyên tố tế bào liên kết với tạo nên chất vô chất hữu Các chất vơ tế bào dạng muối vô nước Muối vơ Dạng muối hồ tan nước, thường có mơ cứng xương, vỏ ốc Đó muối calci, muối silic, muối magie, Dạng ion cation Na+, K+, Ca2+, Mg2+ anion Chúng cần thiết cho hoạt động sống tế bào thể, tham gia phản ứng, trì cân nội mơi Nước vai trị sinh học nước Nước thành phần vô quan trọng bậc tế bào thể, hàm lượng chiếm đến 70 – 95% khối lượng thể vai trò chúng đặc biệt quan trọng hoạt động sống tế bào thể a) Cấu tạo đặc tính nước Cấu tạo hoá học nước bao gồm hai nguyên tử hydrogen liên kết với nguyên tử oxygen - Tính phân cực nước: Phân tử H2O phân cực thể vùng oxy mang điện tích âm cịn vùng hydro mang điện tích dương - Tính điều hồ nhiệt: nước điều hồ nhiệt độ khơng khí cách hấp thụ nhiệt từ khơng khí nóng thải nhiệt dự trữ lạnh Nước xem ngân hàng dự trữ nhiệt nước hấp thụ nhiệt thải nhiệt có thay đổi nhiệt độ, dù - Tính cách ly nước nhờ trạng thái đá đơng nổi: nước nhiệt độ thấp khoảng độ C đơng thành đá khơng chìm xuống đáy mà trơi bề mặt tạo nên tầng nước cách ly phía sâu, mùa đơng ao hồ, sơng ngịi, biển bị đóng băng sinh vật sống nước tầng sâu lớp băng b) Vai trò nước tế bào thể Nước môi trường sống sinh vật thuỷ sinh Nước dung môi môi trường khuếch tán Nước tham gia vào phản ứng trao đổi chất Độ pH dung dịch gây ảnh hưởng đến hoạt động sống tế bào Nước điều hoà nhiệt III Các chất hữu tế bào Chất hữu hợp chất chứa carbon (trừ CO2 carbonate hợp chất vơ chứa carbon) Đó phân tử tạo thành liên kết nguyên tử C, H, O N theo nhiều cách khác Carbohydrate Carbohydrate (saccharide/glucide) hợp chất hữu cấu tạo từ ba nguyên tố C, H O theo cơng thức chung (CH2O)n, tỷ lệ H O : Carbohydrate gồm đường đơn, đường đôi đường đa 1.1 Đường đơn (monosaccharide) a) Tính chất đường đơn - Đường đơn chất kết tinh có vị tan nước - Đường đơn có tính khử Người ta thường dùng dung dịch Felin thể thử tính khử đường đơn tạo thành kết tủa Cu2O màu đỏ gạch C6H12O6 + 2CuO => Cu2O ˅ + ½ O2 b) Các dạng đường đơn Glucose (đường nho) có thực vật động vật, fructose (đường quả) có nhiều thực vật, galactose (đường sữa) có nhiều sữa động vật Chúng đồng phân hố học có cơng thức phân tử C6H12O6 Trong thể đường đơn thường sử dụng làm nhiên liệu cung cấp lượng cho tế bào nguyên liệu để xây dựng nên đường đôi/đường đa 1.2 Đường đơi (disaccharide) a) Tính chất đường đơi Đường đôi cấu tạo hai phân tử đường đơi loại khác loại Đường đơi có vị tan nước b) Các dạng đường đơi - Đường sucrose (đường mía) có nhiều thân mía củ cải đường, củ cà rốt loại đường mà ngày thường dùng - Lactose (đường sữa) có sữa động vật cấu tạo từ phân tử glucose phân tử galactose - Maltose (đường mạch nha) cấu tạo gồm hai phân tử glucose Lên men tinh bột để chế biến đường mạch nha Đường đôi đường dạng vận chuyển thể dùng làm chất dự trữ carbon lượng 1.3 Đường đa (polysaccharide) Đường đa chất đa phân, cấu tạo gồm nhiều đơn phân liên kết với Các đường đa thường gặp tinh bột, glycogen cellulose Đường đa khơng tan nước nên tồn dạng dự trữ carbon lượng Lipid a) Chất béo Lipid hợp chất hữu cấu tạo gồm C, H, O khác với carbohydrate chỗ lipid số lượng nguyên tử C H nhiều so với O mà : carbohydrate Lipid chất kỵ nước, không tan nước mà tan dung môi hữu Lipid dạng dự trữ nhiên liệu cho nhiều lượng so với carbohydrate Lipid hợp chất phức tạp bị thuỷ phân cho hai thành phần acid béo glycerol Trong phần lớn lipid chứa phân tử acid béo phân tử glycerol nên thường gọi triglyceride 10 b) Các chất steroid (lipoid) Các chất steroid hợp chất hữu giống lipid, không tan dung môi phân cực mà phân môi không cực dung mơi hữu Trong thể thuộc steroid có cholesterol chất tham gia vào thành phần cấu tạo màng tế bào Khi hàm lượng cholesterol nhiều chúng tích đọng mạch máu gây bệnh xơ cứng mạch, dẫn đến đột quỵ tim Các hormone sinh dục testosterol (nam) estrogen (nữ), số vitamin A, D, E K steroid Chương Cấu trúc chức đại phân tử sinh học I Protein Protein nhóm chất hữu có thể với hàm lượng nhiều có vai trị đặc biệt thiết yếu Protein cấu tạo từ bốn nguyên tố chủ yếu C, H, O N (có thể chứa S) Cấu trúc protein Protein chất đại phân tử có khối lượng phân tử đại tới hàng nghìn đến hàng chục Da có có cấu trúc phức tạp a) Cấu trúc bậc Protein chất trùng hợp (polymer) cấu tạo từ đơn phân (đơn hợp – monomer) acid amin Acid amin phân tử có chứa nguyên tử C liên kết với bốn nhóm: nhóm amin (-NH2), nhóm carboxyl (-COOH), nhóm nguyên tử H nhóm R Các acid amin khác nhóm R Khi tiêu thụ nhiều loại thức ăn đạm thực vật hay động vật, protein tiêu hoá phân giải thành loại acid amin dày ruột non chúng hấp thụ vào thể để sử dụng nguyên liệu khởi đầu xây dựng nên loại protein đặc thù cho thể sống Về mặt dinh dưỡng học, người ta phân biệt acid amin thay acid amin không thay 11 - Acid amin thay acid amin mà thể động vật người tự tổng hợp - Acid amin không thay acid amin mà thể động vật người tự tổng hợp mà phải thu nhận từ nguồn thức ăn (leucine, valine, isoleucine, metionine, tryptophan, lysine, phenylalanine) Trong phân tử protein có acid amin nối với liên kết peptide liên kết (– NH – OOC –) tạo thành chuỗi thẳng polypeptide Số lượng, thành phần trật tự xếp acid amin chuỗi polypeptide thể cấu trúc bậc protein Cấu trúc bậc protein có vai trị quan trọng: xác định tính đặc thù đa dạng protein đồng thời quy định cấu trúc bậc bậc protein b) Cấu trúc bậc bậc protein, thể cấu trúc không gian ba chiều protein Chuỗi polypeptide thường không dạng thẳng mà xoắn lại tạo nên cấu trúc xoắn α gấp khúc tạo nên gấp β Đó cấu trúc bậc hai protein Các xoắn alpha gấp khúc beta cố định liên kết hydro nhóm N – H nhóm C = O acid amin chuỗi polypeptide Các protein sợi keratine tạo nên lông, tóc, gồm nhiều xoắn α Các gấp β có protein cầu, có mặt protein sợi Các xoắn α gấp β lại với tạo thành bùi cấu hình khơng gian ba chiều đặc trưng cho loại protein, cấu trúc bậc ba protein Cấu trúc không gian protein trì nhờ mối liên kết nhóm R acid amin chuỗi polypeptide Đó liên kết đồng hoá trị bền cầu disulfide (- S – S -) acid amin có nhóm – SH, nhờ liên kết yếu liên kết hydro, liên kết kỵ nước, liên kết ion lực Val de Waals/ Sự hình thành cấu trúc khơng gian từ chuỗi polypeptide nhờ có tham gia loại protein chaperon Trong trường hợp thể bị sốc nhiệt, protein bị biến tính gây nguy hiểm, thể sản sinh loại protein sốc nhiệt (một loại chaperon) để ngăn cản biến tính trì hoạt động protein Khi protein có từ hai chuỗi polypeptide trở lên, chúng có cấu trúc bậc bốn Chức protein 12 Danh từ protein xuất xứ từ tiếng Hy Lạp, “Proteois” có nghĩa với hàm ý chất có vai trị sinh học quan trọng bậc thể F Engels nói: Sự sống phương thức tồn thể protein a) Các loại protein Protein sợi ví dụ collagen tạo nên gân dây chằng, keratin tạo lơng, tóc, proteint tạo tơ nhện Protein cầu albumin lịng trắng trứng gà, globulin có máu Lipoprotein protein liên kết với lipid Glycoproteitn protein liên kết với carbohydrate b) Chức protein Loại protein Protein cấu trúc Protein enzyme Protein hormone Protein vận chuyển Protein bảo vệ Protein vận động Protein thụ quan Chức Ví dụ Cấu trúc, nâng đỡ Collagen elatin tạo nên cấu trúc sợi bền mô liên kết, dây chằng, gân Keratin tạo cấu trúc da, lơng, móng Protein tơ nhện, tơ tằm tạo nên độ bền vững mạng nhện, vỏ kén Xúc tác sinh học: Các enzyme thuỷ phân dày phân giải tăng nhanh, chọn thức ăn: amylase phân giải tinh bột, pepsine lọc phản ứng phân giải protein, lypase phân giải lipid sinh hố Điều hồ Insulin glucagon đảo tuỵ tiết có tác hoạt động sinh lý dụng điều hoà đường huyết máu động vật có xương sống Vận chuyển Hemoglobin chứa hồng cầu động vật có chất xương sống có vai trị vận chuyển oxy từ phổi theo dòng máu đến tế bào Bảo vệ thể Interferon chống vius, kháng thể chống vi khuẩn chống bệnh tật gây bệnh Vận động Actin, myosine có vai trị vận động Tubuline có vai trị vận động lơng, roi Cảm nhận, đáp Thụ quan màng tế bào thần kinh nhận biết ứng kích tín hiệu hố học tế bào thần kinh thích môi khác tiết (chất trung gian thần kinh) dẫn trường truyền tín hiệu 13 Protein dự trữ Dự trữ nguồn Albumin lòng trắng trứng nguồn cung cấp acid amin, dự trữ acid amin cho phôi phát triển Cazein sữa nhiên liệu mẹ nguồn cung cấp acid amin cho Trong hạt có chứa nguồn protein dự trữ cần cho hạt nảy mầm Trong thể protein luôn đổi mới, luôn bị phân huỷ tổng hợp Cơ cần thức ăn protein để sinh trưởng phát triển Trong dày ruột non thức ăn protein bị enzyme tiêu hoá thuỷ phân thành acid amin, acid amin thể hấp thụ tế bào dùng để xây dựng nên loại protein khác thể Protein bị phân giải nhờ enzyme protease có bào tương hay proteasome đường ubiquitine hoá lyzosome nhờ enzyme thuỷ phân II Acid nucleic Acid nucleic hợp chất hữu có tính acid chiết xuất từ nhân tế bào (nucleus) Cấu trúc acid nuleic Nucleotide cấu tạo gồm ba phần base nitrogen, đường carbon acid phosphoric Hai loại nucleotide: - Deoxyribonucleotide (cấu tạo nên DNA) thành phần có đường deoxyribose bốn loại adenine, thymine, cytosine, guanine - Ribonucleotide (cấu tạo nên RNA) thành phần có đường ribose bốn loại base nitrogen adenine, uracine, cytosine guanine Thymine, cytosine uracine có cấu trúc vòng đơn thành phần (C N) thuộc nhóm base pyrimidine có kích thước bé hơn; cịn adenine guanine có cấu trúc vịng đơi thành phần (C N) thuộc nhóm base purine có kích thước lớn Cấu trúc DNA a) Cấu trúc chuỗi đơn DNA Trong phân tử DNA có nucleotide liên kết với nhờ liên kết hoá trị acid phosphoric nucleotide với đường nucleotide (liên kết phosphodieste) tạo chuỗi polynucleotide 14 Số lượng, thành phần trật tự xếp nucleotide chuỗi polynucleotide thể cấu trúc bậc DNA b) Cấu trúc chuỗi xoắn kép DNA Chuỗi xoắn kép DNA gồm hai chuỗi đơn polynucleotide xoắn quanh trục (giả định theo chiều từ trái sang phải giống thang hai tay thang phân tử đường acid phosphoric liên kết xen kẽ nhau, bậc thang cặp base nitrogen liên kết ngang tạo thành Các base nitrogen liên kết ngang với nhờ liên kết hydro theo nguyên tắc bổ sung Hai chuỗi đơn polynucleotide xoắn theo hai chiều đối ngược chiều Cấu trúc RNA Phân tử RNA thường dạng chuỗi đơn polynucleotide gồm nhiều đơn phân nucleotide liên kết với nhờ liên kết phosphodieste đường ribose acid phosphoric a) RNA thông tin (mRNA) phiên mã từ gen nhân, có cấu trúc chuỗi đơn, độ dài tuỳ thuộc theo độ dài gen mà chúng phiên mã b) RNA ribosome (rRNA) phiên mã từ DNA, có cấu trúc chuỗi đơn, rRNA gồm vài loại khác tạo nên đơn vị lớn đơn vị bé ribosome c) RNA vận chuyển (tRNA) phiên mã từ DNA, chuỗi đơn polynucleotide có cáu trúc phức tạp gồm nhiều búi đoạn cặp đôi bổ sung Một đầu có mang ba nucleotide (bộ ba đối mã) bổ sung với ba mã khn mRNA đầu đối diện có vị trí gắn với acid amin đặc hiệu Chức acid nuleic Chức DNA: - Vật chất mang thông tin di truyền lưu giữ mã ba nucleotide (triplet) Trình tự triplet chuỗi DNA quy định trình tự acid amin chuỗi polypeptide - Truyền thông tin di truyền qua thể hệ thông qua nhân đôi thông qua phân ly hai DNA hai tế bào phân bào 15 - Phiên mã tạo RNA, từ dịch mã để tạo nên protein đặc thù thơng qua protein tạo nên tính trạng đa dạng sinh vật Chức RNA: - Vật chất mang thông tin di truyền số virus - Khn q trình dịch mã để tạo nên protein đặc thù  mRNA khuôn chứa mã di truyền gen, mRNA định vị ribosome dùng làm khuôn để lắp ráp acid amin tạo nên chuỗi polypeptide gen quy định  rRNA tạo nên ribosome nơi tổng hợp protein  tRNA vận chuyển acid amin để lắp ráp thành chuỗi polypeptide với mã khuôn mRNA - Ngồi người ta cịn tìm thấy loại RNA có khối lượng nhỏ có chức xúc tác sinh học ribozyme loại RNA điều chỉnh hoạt động gen Chương Liên kết hoá học vai trò chúng thể sống Trong thể sống nguyên tố hoá học thường liên kết với tạo nên phân tử, hợp chất hữu phức tạp nhờ liên kết hoá học I Đặc điểm liên kết hoá học Khi ngun tử có số electron hố trị cạnh tạo nên lực hút chúng liên kết với nhau, mối liên kết gọi liên kết hoá học a) Liên kết bền vững Liên kết cộng hoá trị tạo thành nguyên tử loại khác loại góp chung electron với kết tạo thành phân tử Để tạo liên kết bền vững đòi hỏi cung cấp nhiều lượng Khoảng 15 – 17 kcal/mol b) Liên kết yếu Liên kết yếu liên kết tạo thành phân tử, phức hợp phân tử cấu trúc tế bào cần lượng thay đổi tuỳ theo trạng thái hoạt động thể môi trường 16 - Liên kết hydro liên kết yếu có lượng liên kết vào khoảng 5kcal/mol, hình thành nguyên tử mang điện tích âm nguyên tử hydrogen liên kết cộng hoá trị với nguyên tử khác - Liên kết ion liên kết tạo thành tương tác tĩnh điện hai nhóm mang điện tích trái dấu Trong mơi trường khơng có nước liên kết ion bền vững, thể môi trường nước liên kết ion liên kết yếu - Liên kết Van der Waals liên kết yếu tạo nên lực tương tác không đặc hiệu hai nguyên tử tiến gần đến Liên kết khơng phụ thuộc vào tính phân cực phân tử mà phụ thuộc vào khoảng cách chúng - Liên kết kỵ nước liên kết tạo thành phân tử khơng hồ tan nước chúng gần Nhờ liên kết kỵ nước nên phân tử không phân cực bị loại trừ khỏi mạng nước II Vai trò liên kết hoá học Liên kết bền vững Các cấu trúc tế bào trì độ ổn định bền vững môi trường ln ln thay đổi Liên kết cộng hố trị liên kết glycoside, liên kết peptide, liên kết ester, có vai trị tối quan trọng thành lập đa hợp phân tử trì cấu trúc chúng Các liên kết yếu Cơ sở tính mềm dẻo cấu trúc phản ứng Cấu trúc xoắn α gấp nếp β protein nhờ liên kết hydro acid amin tương ứng Phần ba Cấu trúc chức tế bào Chương I Đại cương tế bào Tế bào nhân sơ tế bào nhân thực I Dạng tồn tế bào Khái niệm virus Quan điểm thứ Virus tồn dạng sống trung gian bước chuyển tiếp từ vật chất chưa sống sang vật chất sống, tức từ phức hệ đại phân tử sang tế bào 17 Quan điểm thứ hai Virus dạng thoái hoá dạng vi khuẩn đời sống siêu ký sinh chúng tế bào Quan điểm thứ ba Dưới ánh sáng di truyền học phân tử gene học, cho nguồn gốc virus đoạn DNA RNA chứa số gene định bị tách từ hệ gene tế bào lại chuyển nạp vào tế bào chúng hoạt động tế bào vật chủ dạng ký sinh phân tử tách khỏi tế bào, chúng không tồn bị phân huỷ giống gene tế bào nhà cơng nghệ gene tách chiết khỏi tế bào chuyển vào tế bào khác chúng hoạt động virus thực thụ Tế bào nhân sơ tế bào nhân thực Tế bào nhân sơ (Procaryota, pro – sơ khai, caryon – nhân) cấu tạo nên thể vi khuẩn Tế bào nhân thực (Eucaryota, eu – thực, caryota – nhân) cấu tạo nên thể động vật đơn bào, tảo, nấm, thực vật động vật Tế bào nhân sơ Vi khuẩn, vi khuẩn lam, vi khuẩn cổ Kích thước nhỏ (1 – 10 μm) Cấu tạo đơn giản Vật chất di truyền phân tử DNA vòng trần nằm phân tán tế bào chất Chưa có nhân, nhân (nucleoid) phần tế bào chất nhân Tế bào chất chứa bào quan đơn giản ribosome, mezosome Tế bào nhân thực Nguyên sinh vật, nấm, thực vật, động vật Kích thước lớn (5 – 100 μm) Cấu tạo phức tạp Vật chất di truyền DNA + histon tạo nên nhiễm sắc thể dạng thẳng khu trú nhân Có nhân với màng nhân Trong nhân chứa chất nhiễm sắc hạch nhân Tế bào chất phân vùng chứa bào quan phức tạp lưới nội chất, ribosome, ty thể, lục lạp, phức hệ Golgi, lysosome, peroxysome, trung thể, Phương thức phân bào phức tạp (nguyên phân giảm phân) với máy phân bào thoi phân bào Phương thức phân bào đơn giản hình thức phân đơi Lơng, roi cấu tạo đơn giản Lông roi cấu tạo từ vi ống phức tạp kiểu + từ protein flagelin Tế bào thực vật tế bào động vật 18 Tế bào thực vật Thành cellulose bao màng sinh chất Lục lạp, quang tự dưỡng Chất dự trữ tinh bột Khơng có trung tử Phân bào khơng phân chia tế bào chất vách ngăn ngang trung tâm Hệ không bào phát triển Tế bào động vật Khơng có thành cellulose Khơng có lục lạp, hố dị dưỡng Chất dự trữ glycogen Có trung tử Phân bào có phân chia tế bào eo thắt trung tâm Ít có khơng bào Chương II Màng sinh chất chức sinh học I Khái niệm Màng sinh học (biological membrane – unit membrane) Màng sinh học siêu cấu trúc có cấu tạo màng lipoprotein cấu tạo tiền thân tất hệ thống màng tế bào Người ta giả thiết q trình hình thành tiến hố tế bào giai đoạn xuất lớp màng lipoprotein để khu trú, cô lập đại phân tử acid nucleic protein với môi trường thành hệ thống riêng biệt giai đoạn khởi đầu bắt buộc giữ trao đổi chất, lượng thông tin với môi trường (hệ mở) Màng sinh chất màng nội bào Màng sinh chất (plasma membrane) bao quanh khối tế bào chất có chứa phân tử hữu (tế bào nhân sơ) Trong trình tiến hoá, màng sinh chất phân hoá vào khối tế bào chất tạo nên hệ thống màng nội bào, phân chia tế bào chất thành nhiều ô, buồng tạo nên hệ bào quan phức tạp (lưới nội chất, phức hệ Golgi, lyzosome, peroxysome, màng nhân, ) (tế bào nhân thực) Hệ bào quan phức tạp tế bào nhân thực bảo đảm thực chức sống cách có trật tự hiệu cao theo không gian thời gian Hệ thống màng sinh học (màng sinh chất màng nội bào) có diện cấu tạo chung: - Màng lipoprotein dày – 10 nm, có thành phần hoá học gồm lipid (25 – 75%) protein (25 – 75%) Ngồi cịn có carbohydrate (5 – 10%) - Lipid chủ yếu phospholipid tạo thành lớp kép xếp theo kiểu đầu ưa nước quay vào trong, đầu kỵ nước quay lại với Protein phân bố đa dạng linh hoạt lớp kép phospholipid Màng sinh chất tế bào nhân chuẩn có cấu tạo chung màng sinh chất tế bào nhân sơ phân hoá phức tạp 19 II Mơ hình phân tử màng sinh chất Thành phần hoá học màng Màng sinh chất cấu tạo bao gồm lipid, protein carbohydrate; lipid protein chiếm đến 90% khối lượng khơ màng Mơ hình phân tử Màng sinh chất màng mỏng có độ dày khoảng 7,5 – 10nm bao quanh tế bào chất hàng rào ổn định Các phân tử phospholipid xếp thành lớp kép theo kiểu đầu ưa nước quay ngồi và vào trong, đầu kỵ nước quay lại với nhau, tạo nên khung liên tục bao quanh tế bào Các phân tử protein xếp thành hai lớp ngồi kẹp lấy khung lipid (mơ hình bánh kẹp thịt – sandwich) a) Lipid màng Lipid có màng chủ yếu phospholipid cholesterol Chúng tạo nên khung ổn định màng, đồng thời chúng tham gia tạo nên tính mềm dẻo màng - Các phân tử phospholipid tự quay, dịch chuyển ngang, dịch chuyển (flip – flop) - Khi phân tử phospholipid có hydrocarbon (kỵ nước) trạng thái no (chỉ có liên kết đơn – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – ) màng có tính bền vững cịn hydrocarbon chưa no (màng có tính mềm dẻo) - Trong khung lipid có phân tử cholesterol xếp xen kẽ vào phân tử phospholipid tạo thêm tính ổn định khung Khi tỷ lệ phospholipid/cholesterol cao màng có tính mềm dẻo, cịn ngược lại màng bền b) Protein màng Protein có màng đa dạng, chúng phân bố “khảm” vào khung lipid - Protein xuyên màng protein nằm xuyên qua khung lipid Phần kỵ nước protein nằm khung lipid, đầu ưa nước thị phía ngồi khung (phía mơi trường ngoại bào/phía tế bào chất) - Protein bám màng protein bám vào mặt mặt màng 20 Các phân tử protein màng tham gia tạo thành tính chất “động” màng Các phân tử protein thay đổi vị trí hình thù khơng gian làm cho màng sinh chất có tính chất linh hoạt mềm dẻo cao (động) Chức protein màng: - Vận chuyển chất qua màng: protein tạo nên kênh vận chuyển (channel protein) Protein đóng vai trò chất mang (transporter) Protein tạo nên bơm ion có vai trị vận chuyển chủ động ion qua màng - Enzyme: chúng xúc tác phản ứng xảy màng hay tế bào chất - Thu nhận truyền đạt thông tin: protein thụ quan (receptor) có màng có thù hình đặc trưng có khả liên kết với chất thơng tin hố học (ví dụ hormone) để kích thích hay ức chế trình tế bào đáp ứng thay đổi môi trường ngoại bào - Nhận biết tế bào: protein màng đóng vai trị “chất đánh dấu” (marker) để tế bào loại khác loại nhận biết - Nối kết: Nhiều protein màng đóng vai trị nối kết tế bào mơ thành khối ổn định - Neo màng: Nhiều protein liên kết với protein sợi vi sợi tế bào chất tạo nên ổn định bền màng c) Carbohydrate màng Các phân tử carbohydrate thường liên kết với phospholipid (glycolipid) protein (glycoprotein) phân bố mặt màng tạo nên tính bất đối xứng màng, tham gia tạo nên khối chất ngoại bào (extracellular matrix) tế bào mô thể đa bào Chất ngoại bào khơng có chức dính kết tế bào mơ mà cịn có chức truyền đạt thông tin tế bào Cấu trúc vai trò thành tế bào Đối với đa số tế bào, bao quanh màng sinh chất có lớp thành tế bào (glycocalix) khơng có vai trị bảo vệ, nâng đỡ mà cịn có nhiều vai trò khác miễn dịch, liên kết tế bào cạnh nhau, Thành tế bào thực vật cấu tạo từ cellulose đường đa phân gồm nhiều đơn phân glucose liên kết với tạo thành sợi vững Nhờ có thành cellulose mà thực vật có thân cành cứng vững mọc cao toả rộng tán để thu nhận nhiều ánh sáng cho quang hợp Tạo sức trương cho tế bào thực vật thực nhiều chức sinh lý khác Các 21 Đối với đa số nấm, tế bào có thành chất kitin giống chất kitin động vật chân khớp, kitin chất polysaccharide có thấm thêm nitrogen Đối với tế bào động vật, có lớp áo (cell coat) chất ngoại bào (extracellular matrix) cấu tạo gồm proteoglycan tế bào chế tiết Proteoglycan cấu tạo từ lõi protein liên kết với carbohydrate tạo nên nhánh bên Chất ngoại bào liên kết tế bào cạnh tạo nên mô, trao đổi chất truyền đạt thông tin tế bào với III Chức màng sinh chất Màng sinh chất có chức định khu tế bào thành hệ thống cách ly với môi trường luôn trao đổi chất, lượng thông tin với môi trường Sự vận chuyển vật chất qua màng Màng sinh chất có tính thấm chọn lọc a) Vận chuyển thụ động Sự vận chuyển thụ động chất qua màng vận chuyển không tiêu thụ lượng ATP theo gradient nồng độ Các chất vận chuyển thụ động qua màng tuỳ thuộc vào chất lý hố chất tuỳ thuộc vào cấu trúc màng - Các chất vận chuyển thụ động qua màng không cần giúp đỡ protein màng Các chất nhỏ dễ dàng vận chuyển qua màng - Các chất tích điện (ion), phân tử phân cực vận chuyển qua màng nhờ giúp đỡ protein màng (sự vận chuyển dễ dàng)  Các phân tử nhỏ O2, CO2, NO, vận chuyển trực tiếp qua màng theo gradient nồng độ không cần tiêu thụ lượng  Các ion Na+, Ca2+, vận chuyển qua màng thông qua kênh ion; phân tử glucose, nước, vận chuyển qua màng nhờ protein mang (pecmease) không cần tiêu thụ lượng  Vận chuyển chủ động protein (Na+, K+, ), phân tử glucose ngược với dốc nồng độ cần phải tiêu thụ lượng ATP Sự khuếch tán (diffusion) di dời chất nước thuận theo dốc nồng độ qua màng sinh chất không cần sử dụng lượng ATP Sự thẩm thấu (osmosis) di dời phân tử nước qua màng sinh chất thuận theo dốc nước 22 Dung dịch phân loại thành ba kiểu: - Dung dịch đẳng trương dung dịch có áp suất thẩm thấu áp suất thẩm thấu tế bào sống - Dung dịch nhược trương dung dịch có áp suất thẩm thấu thấp áp suất thẩm thấu tế bào sống - Dung dịch ưu trương dung dịch có áp suất thẩm thấu cao áp suất thẩm thấu tế bào sống b) Vận chuyển chủ động Sự vận chuyển chủ động vận chuyển chất qua màng thông qua pecmease màng sinh chất ngược với dốc nồng độ tiêu tốn lượng Sự vận chuyển chủ động nhờ kênh hay nhờ protein mang thụ động chủ động xảy theo ba kiểu: c) Đơn chuyển (uniport) vận chuyển chất theo hướng vào Đồng chuyển (symport) vận chuyển hai chất đồng thời theo hướng Đối chuyển (antiport) vận chuyển hai chất theo hai hướng ngược Sự xuất – nhập bào Nhập bào hình thức di chuyển phân tử có kích thước lớn thể rắn, lỏng Xuất bào chuyển chúng khỏi tế bào - Sự nhập bào:  Sự thực bào (phagocytosis – từ tiếng Hy Lạp phagein ăn, cytos tế bào) trường hợp phần tử vận chuyển vào tế bào dạng phần tử rắn màng sinh chất biến đổi hình thành chân giả bao lấy phần tử chất rắn tạo thành bóng nhập bào  Ẩm bào (pinocytosis) trường hợp phần tử vận chuyển vào tế bào dạng phần tử giọt lỏng, màng sinh chất biến đổi bao lấy giọt lỏng tạo thành bóng ẩm bào  Nhập bào thơng qua thụ quan trường hợp vận chuyển chất gắn (ligand) phải gắn với thụ quan màng (receptor) glycoprotein đặc trưng có màng Chất vận chuyển gắn với thụ quan thành phức hợp, màng biến đổi lõm vào bao lấy phức hợp tạo thành bóng nhập bào Bóng nhập bào bao thêm lớp áo protein sợi Chất vận chuyển giải phóng tế bào chất cịn thụ quan màng tái sử dụng 23 - Sự xuất bào tượng tế bào xuất, chế tiết chất phần tử cách hình thành bóng xuất bào, bóng liên kết với màng, màng thay đổi xuất chất phần tử ngồi Trao đổi thơng tin qua màng Sự phân hoá tế bào chất 24 ... ngoại bào (extracellular matrix) tế bào mô thể đa bào Chất ngoại bào khơng có chức dính kết tế bào mơ mà cịn có chức truyền đạt thơng tin tế bào Cấu trúc vai trò thành tế bào Đối với đa số tế bào, ... vào việc trì cân sinh thái PHẦN TỔ CHỨC PHÂN TỬ CỦA TẾ BÀO Chương Thành phần hoá học tế bào I Các nguyên tố cấu tạo nên tế bào Thành phần nguyên tố Các nguyên tố cấu tạo nên tế bào thể sống nguyên... gene tế bào lại chuyển nạp vào tế bào chúng hoạt động tế bào vật chủ dạng ký sinh phân tử tách khỏi tế bào, chúng khơng tồn bị phân huỷ giống gene tế bào nhà công nghệ gene tách chiết khỏi tế bào