Chương 3 TẾ BÀO NHÂN CHUẨN

Chương TẾ BÀO NHÂN CHUẨN I ĐẠI CƯƠNG VỀ TỂ BÀO NHÂN CHUẨN Tế bào nhân sơ có hình dạng thuộc ba dạng phổ biến hình que, hình phẩy hay xoắn hình Cầuj cịn tế bào nhân chuẩn hình dáng đa dạng Tế bào biểu bì thực vật có hình dạng khơi vng hay chữ nhật, vách phía tiếp xúc mơi trường dày hóa cutin lá, hố bần thân rễ Đặc biệt tế bào biểu bì rễ non cịn phình th àn h tế bào lơng hút Tê bào tầng phát sinh có hình khơi chữ nhật, thành mỏng, nhân lớn, tế bào chất nhiều Tế bào mô thịt gần trứng Tê bào mô thịt chứa nhiều lục lạp h t tinh bột Tế bào mach dẫn có hình trụ rỗng dài, vạch hố lignin, có tác dụng nâng đỡ học dẫn dắt thức ăn từ dưối lên tế bào có lỗ rây dẫn chất hữu tổng hợp đến phận khác Tế bào cánh hoa khơng bào lớn, chứa nhiều chất có màu sắc • • • X # • I Tế bào động vật vô đa dạng, phong phú Tuỳ loại mơ khác mà tế bào có hình dạng khác Tế bào hồng cầu hình đĩa dẹp hai bên Tế bào dài gần nhọn hai đầu Tế bào thần kinh có hình dạng có hình tua dài, Tế bào nhân chuẩn có hình dạng nói chung phức tạp, song cách cấu tạo rấ t gần giơng nhau: chúng đểu có vỏ, màng sinh chất, nhân tê bào chất Trong tế bào chất có nhiều quan tử xây dựng nên nhờ hệ thống màng bên tế bào (hình 3.1) Trong thể động vật thực vật, tế bào sở 60 chức thông hợp lại thành mô Nhiều mô hợp lại thành quan Nhiều quan hợp lại thành thê hoàn chỉnh Hình 3.1 Sơ dổ cấu trúc chi tiết tế bào động vật (biểu bì lơng ruột) Aer: lưới nội chất khơng có hạt; p: lỗ màng nhân; chr: thể nhiễm sắc; ri' riboxom; d: thể sợi desmosoma; c: trung tử; nu: nhân; clr: gốc lông; p v túi uống ■ger: mạng lưới nội chất có hạt; bm: bên ngồii màng; cl: lông; g: máy Golgi; mv: túi màng; li: lyzoxôm; mf: rành sâu; pm: màng sinh chất; mi: ti thể; sv: túi tiết 61 Trưốc tiên tìm hiểu màng sinh chất chức màng sinh chât II MÀNG SINH CHẤT VÀ CHỨC NĂNG Điếu trưốc tiên mn nói tế bào xuất có màng hình thành Tế bào có thành phần cấu tạo phức tạp Các màng vạch rõ ranh giới bên ngồi điều khiển dịng phân tử qua ranh giới Màng chia khơng gian bên tế bào thành phận riêng biệt, trình thành phần riêng rẽ Chúng tổ chức phản ứng phức tạp liên tục chúng làm tru n g tâm việc dự trữ lượng thông tin qua lại từ tế bào đến tế bào Các hoạt động~sinh học màng bắt nguồn từ tính chất vật lí đặc biệt chúng Các màng vững linh hoạt, tự khép kín thẩm thấu chon lọc đơi vối chất tan có cực Tính linh hoạt cho phép thay đổi có định hướng, đồng thời làm cho tê bào vừa lớn lên vừa chuyển động (như amip) Khả đóng kín chỗ vỡ tạm thời cho màng liền lại cho phép hợp lại hai màng lúc thải khỏi tế bào hay cho phép phần màng đơn đóng sau phân chia, thu hai ngărTđã kín, thực bào, hay phân chia tế bào không sinh lỗ lớn thô thông qua bề mặt tế bào Vì màng có tính thẩm thâu chọn lọc: giữ lại chất ion định đối VỚI tê bào đôi với phần tê bào đặc trưng vầ ngăn chặn thứ khác • • • Các màng chán thụ động Chúng bao gồm loạt protein đặc biệt kích thích hay xúc tác khác phân tử Các bơm vận chuyên chất tan hữu đặc biệt ion vô qua màng ngược gradient nồng độ, biên đối lượng từ dạng sang dạng khác Chất nhận 62 (receptor) màng sinh chất nhạy cảm với dấu hiệu tê bào, làm biến đổi chúng thành phân tử thay đổi tê bào Các màng gồm có hai lớp phân tử mỏng, chúng coi hai đơn vị Hầu hết q trình sinh lí tê bào phơi hợp vối màng (thậm chí tổng hợp chất lipit chất protein biến đổi lượng ti thê lục lạp) Vì va chạm phân tử không gian hai lớp khác nhiều so với không gian ba lớp nên hiệu đường xúc tác enzym định xảy hai lớp tăng lên rấ t lớn Protein rìa màng TỂ BÀO CHẤT Hình 3.2 Mơ hình câu trúc màng sinh chất Trong phần này, trước hết mô tả thành phần màng tế bào cấu tạo hố học chúng, cấu trúc lí học nơi tao màng chức sinh học Sau 63 nghiên cứu vận chuyển màng vận chuyển qua màng có protein chất tan Trong phần cuối sè tìm hiểu vai trò màng trao đổi n ă n g lương, tổng hdp mơ, chuỵển.giao tín hiệur íổng hợp protein (hình 3.2) Thành phần cấu tạo phân tử màng sinh chất Để hiểu chức màng, ta phải nghiên cứu xác định ' thành phần màng; ví dụ, thành phần phổ biến màng, đơn vị nh ất để màng có chức dặc trưng, Hiểu biết thành phần thay đổi nghiên cứu cấu trúc màng, mẫu cấu trúc màng, cần thiết làm cho phù hợp giải thích thành phần biết Trưốc làm rõ cấu trúc chức màng, nghiên cứu xem xét thành phần phân tử màng Bảng 3.1 Các thành phán chủ yếu màng sinh chất loài khác Protein Gan chuột Lá ngũ cốc (%) Photpho lipit (%) 45 27 47 t 26 \ Các lipit khác sterol (%) 25 Cholesterol t Sitosterol Ergosterol Stigmasterol V Galactolipit Triaxylglixerol Men rượu 52 Trùng đế giày 56 40 — E Coli 75 25 — Steryl este Loai sterol • — Các protein lipit có cực coi cấu tử chiếm phần lớn khôi lượng màng sinh chất Trong phần « nhỏ cacbohiđrat dạng glicoprotein Tỉ lệ tương đôi protein lipit khác loại màng khác (bảng 3.1), phản ánh tính phong phú vai trị màng, vỏ miêlin, đóng vai trị chất cách điện bị động bọc xung quanh sỢi tê bào nơron, bao gồm lớp lipit sơ cấp; màng vi sinh vật, lục lạp, ti thể, có nhiêu trình trao đồi chất xúc tác enzym xảy chỗ chứa protein lipit Mỗi màng có thành phần lipit đặc trưng Đế nghiên cứu th àn h phần màng, điều quan_£xạag dẩu tiên l ả tách dườc màng thích hdp Khi tế bào nhân thực đôi tượng đê nghiên cứu chế, màng sinh chất chúng xé vụn tách phân đoạn, tách thành phần tế bào quan tử gắn liền với màng ti thể, lục lạp, lizôxôm, nhân phần khác Các phần cắt đoạn màng sinh chất quan tử cắt rời có thê tách kĩ th u ậ t li tâm Phân tích hố học màng tách rịi từ nguồn khác dẫn đến sơ" tính chất chung Thành phần lipit màng đặc trưng cho loại, lồi, loại mơ loại quan tử gắn liền với tế bào sử dụng (bảng 3.2) Các tế bào có chế rõ ràng kiểm sốt loại tổng số lipit màng tổng hợp cung cấp lipit đặc trưng cho quan tử cụ thể Sự phôi hợp tuyệt vời xem tiến đặc biệt không hai tế bào thể q trình tiến hố; nhiều trương hợp, tầm quan trọng chức hợp chất lipit đặc trưng chưa phát 5- TẾBÀOHỌC 65 Bảng 3.2 Thành phần lipit màng quan tử tế bào gan chuột Choi PC PE PS Pl PG CL SM 30 18 11 0 14 Phức Golgi 40 15 0 10 Màng lưới nội chất trơn 16 50 21 12 Màng lưới nội chất có hạt 55 16 0 Màng nhân 10 55 20 0 Màng lizôxôm 14 25 13 24 Màng ti thể: 45 24 18 45 23 13 Màng sinh chất Kí hiệu: Choi cholesterol; PC photphatidylcholin PE photphatidyletanolamin; PS photphatidylserin; PI photphatidylinositol; CL cadiolipin; PG photphatidylglixerol; SM sphingomyelin Các màng giữ chức khác có protein khác Hợp chất protein màng từ nguồn khác khác lớn so với hợp chất lipit chúng, phản ánh đặc trưng chức Đoạn tê bào que võng mạc mắt động vật có xương sơng có đặc trưng cao đổi VỐI tiếp nhận ánh sáng Trơn 90% protein màng protein hấp thụ ánh sáng rhodopsin Màng sinh chất không đặc trưng hồng cầu có khống 20 loại thành phần protein đáng ý, một^âố lớn sơ có sơ lượng Nhiều loại đóng vai trị chất vận chuyển, loại chịu trách nhiệm vận chuyển chất hqà 66 tan riêng qua màng Màng E Coli chứa hàng trăm protein khác nhau, nhân tô vận chuyến khác sơ enzym tham gia vào q trình trao đổi, biên đôi lượng, tổng hợp lipit, xuất ngoại protein phân chia tê bào Màng E Coli có protein có chức khác kiểu protein khác Một sô loại protein màng có nhiêu cacbohiđrat liên kết cộng hố trị Các cacbohiđrat có thê chiếm từ - 70% tổng khơi lượng glicoprotein Trong rhodopsin mắt động vật có xương sơng loại hèxasaccarit đơn chiếm 4% tổng sô" Trong glicophonn, glicoprotem màng sinh chất hồng cầu, 60% khơi lượng bao gồm đơn vị polisaccarit phức tạp liên kết cộng hoá trị với đuôi axit amin Ba đuôi axit amin serin, threonm (Thr) asparagin (Asp) thường điểm tiếp xúc Thông thường màng sinh chát chứa nhiều glicoprotein, màng nội bào màng lục lạp, màng ti thể chứa cacbohiđrat liên kết cộng hoá trị Các nửa glicoprotein ỏ bề mặt ảnh hương tới gấp cuộn protein, vận chuyển tối bê mặt tê bào chức thu nhận (reception) glicoprotein Một sô" protein có liên kêt cộng hố trị với nhiều lipit mà lipit có thê giử vai trò cọc néo kị nước, giu chát protein vói m àng Một nửa lipit số protein màng axit béo gán với amit hay liên kết este Các protein có chuỗi dài isoprenoit liên kêt cộng hoá trị, protein khác liên kết vối photphatidylinositol (hình 3.3) thơng qua polisaccarit phức tạp (glican) 67 ữ ẽ m tié p x u c L ip it m o ie ty đuôi a n rin o ^ y Mynstoyl Panmtoyl Ser hoâc Thr trang * Panm toyl C ysở Pamesyl 14C Metyl este đuôi cacboxyl Cys _> c^ycan ■ o— o in o td Photphattiđylincstd - c^ycan arĩinoaxit đuôi cacbax^ Hình 3.3 Các lipit liên kết đống hố trị néo protein ria màng Chuỗi di íarnesyl isoprenoit 68 Câu trúc phân tử màng Tất màng sinh chất có tính chất Chúng khơng có khả thấm nhiều chất tan có cực hay tích điện có khả thấm đơi vối hợp chất khơng có cực; màng dày - nm, có lớp quan sát lớp cắt ngang nhờ kính^hiển vi điện tử mang lại Thành phán hoả hoc các, nghiên cứu vât lí thẩm th ấu sư chuyển dơng phân tử lipit pro^ i n r i p n g hiệt t r n n g m n g phrì hợp v ó i mỏ_ hình khảm lỏng đối vối câu trúc màng_sinbJiQC (hình 3.4) CÁC Đ ẨU (C Ó C Ụ C ) P H O T P H O L IP IT ĐUÔI AXYL C Ủ A MỠ (VÔ CỰC) ĐUÔI ẤM CACBONHĐRAT CÙAGLICOPROTEIN Hinh 3.4 Máu kham long cua câu trúc màng Chuỗi axyl mỡ phía màng tạo thành vùng lỏng, kị nước, protein xuyên màng bơi biển mõ, giữ lại nhờ tương tác kị nước vói chuỗi bẽn axit amin không phân cực c ả protein lipit tự chuyển động bên mặt phẳng lóp kép, chuyển động chất từ mặt lớp kép đến mặt bị giởi hạn Các nửa cacbohiđrat gắn với vài protein lipit màng sinh chất xoay khơng cố định mặt ngồi màng I Photpholipit sterol “bọn lưỡng cư” hình thành lốp kép lipit có vùng khơng phân cực lipit trải lên 69 biên độ khiến cho quan sát mắt vật hay ảnh chụp Mn thê tia sáng bị lệch tán xạ lại đươc dich thêm 1/4 dài sóng (—X) hai phía nhờ pha hình vịng đặt mặt phẳng tiêu cự sau vật kính Nhờ mỏng đó, tia sáng trực xạ tia bị lệch bắt đầu trùng pha, chúng phát sinh khác biệt pha —X Ngồi ra, để giảm cường chùm sáng trung tâm, người ta gắn vào tụ quang kính hiển vi sáng chắn dạng vịng, kết sóng D s trở nên so sánh theo biên độ Bản pha mỏng suốt có gắn vối gờ hình vịng có dạng kích thưốc trùng vối chắn hình vịng tụ quang Hiệu ứng pha tạo nhờ kết giao thoa tia trung tâm không bị lệch lúc qua vật tia bên bị khúc xạ Các tia nhờ qua vật qua pha nên trùng pha với tia trung tâm bị lêch so vối tia - Ị ầ Trong trường hơp đầu, hai sóng đè lên hình ảnh vật trở nên sáng so với xung quanh Trong trường hợp thứ hai, sóng D tách khỏi sóng s, vật nhìn thấy thẫm xung quanh Hiện nay, kính hiển vi đôi pha phương tiện dùng rộng rãi việc quan sát tế bào mô sông Nó cho phép quan sát chi tiết nhỏ cấu trúc tê bào, tiêu tê bào ni dung dịch sinh lí Nếu sử dụng quay phim hiển vi theo dõi biến đổi xảy tê bào, ti thể, lục lạp 181 II KÍNH HIỂN VI GIAO THOA Kính hiển vi giao thoa tương tự kính hiển vi đối pha, khác chỗ thu dẫn liệu có tính định lượng, cho biết biến đổi nhỏ sô" khúc xạ kính hiển vi đối pha cho thấy chuyển dịch Nguyên tắc kính là: ánh sáng từ nguồn tách thành hai chùm Một chùm qua mẫu, chùm khác bên cạnh tránh mẫu Sau chùm chụm lại, giao thoa hiển vi đốì pha So với chùm sáng trực tiếp vào mắt, chùm qua mẫu trễ pha, tức dịch pha Sự chậm trễ phụ thuộc bề dày mẫu (t) hiệu sô" khúc xạ mẫu (nv) môi trường chung quanh (nmt) Do nêu ta biết giá trị nmt xác định nv Dựa vào sơ' khúc xạ, người ta đo khối lượng khô mẫu theo công thức: c _ 100(nv - n n) X Cv nồng độ chất khô mẫu (%), nn sô' khúc xạ nước, X hệ sơ" tính lOOa, a: gia tăng riêng sô' khúc xạ mẫu dung dịch protein, lipoprotit, axit nucleic khoảng 0,18 Những kêt thu nghiên cứu nỗn bào nhím biển nhờ sử dụng kính hiển vi giao thoa X 182 III HIÊN VI TRONG NÊN TỒI (NÊN ĐEN) Loại kính hiển vi khác hiển vi thường chỗ tụ quang thiết k ế đê chiếu sáng mẫu vật từ phía bên Với cách này, ánh sáng khơng rơi vào vật kính Vật kính chiếu sáng tia tán xạ Ờ xung quanh sáng, nên tơi Hạch nhân, màng nhân, ti thể, giọt mỡ tê bào sống nuôi cấy thấy rõ nên đen tế bào chất xung quanh IV HIỂN VI PHÂN CỰC Phương pháp dựa bất đẳng hướng sô" thành phần tê bào mô xuất quan sát ánh sáng phân cực phân bô' với tốc độ hướng, nên sơ" khúc xạ chất loại có giá trị không đổi, không phụ thuộc hưống phân bô" ánh sáng Trong bất đẳng hướng tốíc độ phân bô' ánh sáng phân cực phụ thuộc vào định hướng mặt phẳng phân cực phương chùm tới Chất có tính gọi chât khúc xạ kép Nó đặc trưng hai trị sơ" khúc xạ tương ứng với tốc độ khác phân bô ánh sáng phân cực hai mặt phẳng thẳng góc Đại lượng biểu thị khúc xạ kép B hiệu hai sô" (ne - n0) Nhờ hiển vi phân cực, người ta đo chuyển dịch pha làm xuất đường tia phân cực mặt phẳng vuông góc Đại lượng G liên hệ với B bề dày mẫu d theo công thức: p _= ne - nQ_= — G B d Khác với kính hiển vi thường, kính hiển vi phân cực có phận phân cực: kính phân cực kính phân tích - chúng chê màng phân cực hay kính nicol chế từ C aC 03 183 V HIỂN VI ĐIỆN TỬ Hiển vi điện tử loại kính cho phép trực tiếp nghiên cứu siêu cấu trúc sinh vật, tế bào, nguyên tử, Khả phân giải lớn nhiểu so với hiển vi thường Đường tia loại nhau, nguồn lượng hiển vi điện tử ánh sáng mà dùng chùm electron Một sợi kim loại đặt buồng chân khơng bị nung nóng phát electron Electron tăng tốc nhờ điện trường Trong trường hợp, chùm electron phân bố’theo đường thẳng ánh sáng Nó có tính hạt sóng Độ dài sóng bé (Ằ = 0,0005nm) so sánh với X ánh sáng õõõnm Trong kính hiển vi điện tử, chùm electron phát từ catôt kim loại Nhờ có cuộn từ tính làm tụ quang (nói trên), chùm electron hội tụ m ặt phẳng mẫu vật, sau bị lệch cuộn từ tính khác Cuộn giữ vai trị vật kính làm tăng độ phóng đại mẫu vật Tại đây, chùm electron gặp “thấu kính” từ tính thứ ba hoạt động thị kính thấu kính chiếu làm tăng độ phóng đại mẫu thu từ vật kính Ảnh cuối mẫu vật nhìn thấy huỳnh quang cơ" định kính ảnh Sơ đồ hai loại kính hiển vi thường điện tử giống nhau, song chúng có khác biệt vơ lốn Ở kính hiển vi thường, hình thành ảnh phụ thuộc chủ yếu vào mức độ hấp thụ ánh sáng chi tiết khác mẫu vật Còn hiển vi điện tử, ảnh vật kết tán xạ electron Sự tán xạ phụ thuộc bề dày mẫu vật, mật độ nguyên tử có mẫu vật, đặc biệt nguyên tử nguyên tô" tham gia phân tử Chỉ sơ" ngun tử cao khả gây tán xạ ngun tử lớn Thơng thường có c, H, , N tham gia câu tạo 184 tê bào song sơ ngun tử thấp, khơng có vai trị lớn việc tạo ảnh, nên phải bố sung nguyên tử nặng Kính hiển vi điện tử mối nhờ bổ sung thiêt bị phụ trợ nên khả phóng đại có tới triệu lần (hình 5.1) HIKN VI DIKN I U HIKN VI Q L A M Ỉ IIỌC C H I T ANH T \'V CHUP AN II BO T IU K IN H THI KÍNH HỘ Từ TÍNH /ỉlU /ĩ7 T i TÁP TRUNG ANIl s \ \ < ; V Í I i kBữữị 'V / V \ I Hộ TỪ TÍNH l-.lK IM I) / N