Cấu trúc và hoạt động chức năng của tế bào vi khuẩn pdf

Cấu trúc và hoạt động chức năng của tế bào vi khuẩn 1. Vùng nhân Vùng nhân ở Escherichia coli Ở các sinh vật nhân sơ, vật liệu mang phần lớn thông tin di truyền thường là một phân tử ADN dạng vòng đơn giản bên trong cấu trúc của một NST. Phân tử này nằm ở một vùng tế bào chất chuyên biệt gọi là vùng nhân. Cấu trúc NST của prokaryot không như NST ở eukaryot. NST dạng vòng có cấu trúc không gian giống như những cánh hoa trên một bông hoa, mỗi cánh là một đoạn ADN có cấu trúc siêu xoắn. Các cánh không đều như nhau và được đính vào lõi protein. Genome của vi khuẩn có khoảng 40 đến 50 cánh. Cấu trúc kiểu bông hoa này đgl nucleoid. Ngoài ra, cấu trúc không gian này của NST được duy trì nhờ các phân tử ARN kích thước nhỏ tương tác với protein do đó khi bị đứt gãy, cấu trúc siêu xoắn của NST chỉ mở ra một cách cục bộ ở cánh bị tốn thương chứ không xảy ra trên toàn bộ genome. Thực nghiệm đã phát hiện được ít nhất 4 protein tham gia vào phức này, trong đó protein HU có chức năng tương tự histon nhưng có cấu trúc rất khác với histon. Ở dạng tetramer tạo thành lõi được quấn quanh bởi đoạn ADN khoảng 60 bp. Tuy nhiên chúng ta chưa xác định được các lõi này có phân bố đều đặn hay chỉ tập trung ở nhị hoa nucleoid Bên cạnh nhiễm sắc thể chứa phần lớn thông tin di truyền, tế bào prokaryot còn chứa các plasmit, chúng được xem là các phân tử ADN (thường có dạng vòng nhỏ) chứa các thông tin không thiết yếu cho đời sống vi khuẩn. Nói cách khác, chúng là các đoạn ADN kích thước nhỏ mang một số gen không quyết định sự sống còn của tế bào vi khuẩn. Mặt khác, plasmid có khả năng biến nạp giữa các vi khuẩn, một plasmid đôi khi được tìm thấy ở các loại tế bào prokaryot khác nhau. Vì vậy chúng không được coi là một phần của genome. 2. Tế bào chất Thành phần: dịch bào lỏng (chất nguyên sinh) và các tiểu phần không hòa tan lơ lửng, có cả các riboxom. - Dịch bào gồm các thành phần chính là: + Protein: Chiếm 1 tỉ lệ không lớn nhưng đóng vai trò rất quan trọng, là chất cơ bản của quá trình sống. . Protein đơn giản: Bao gồm các nguyên tố C, H, O, N, đôi khi có thêm cả S và P tức là chỉ có các aa. Những tính chất đặc trưng của protein phụ thuộc vào thành phần axit amin, trật tự sắp xếp của các axit amin trong chuỗi polipeptit. . Protein phức tạp: gồm phần protein (chứa các aa) và phần không phải protein (lipit, gluxit…). Protein phức tạp là lipoprotein, glucoprotein, nucleoprotein, photphoprotein… + Lipit: Là những este của glyxerin, chúng không phải là chất sống mà là sản phẩm của sự trao đổi chất, chủ yếu ở trong các chất dự trữ như các giọt dầu mỡ. Ngoài ra, lipit còn gặp trong màng sinh chất. + Gluxit: Gồm những đường đơn và các đường phức. + Thành phần vô cơ: Chúng ở dưới dạng các chất muối, hoặc có trong hợp chất của protein, gluxit, lipit. Trong tế bào, các loại muối thường phân li thành các ion mang điện tích dương như K+, Mg2+, Ca2+,… và ion mang điện tích âm như Cl - , NO 3- . + Nước: Chiếm tỉ lệ lớn trong khối lượng chất tế bào. Nước cần thiết cho 2 quá trình thủy phân và oxy hóa thường xuyên xảy ra trong tế bào. Có 2 dạng nước: Nước liên kết bao quanh các phân tử keo, duy trì độ bền của keo chất tế bào, không đóng vai trò dung môi; nước tự do là môi trường thực hiện mọi quá trình sinh hóa trong tế bào, chiếm phần lớn khối lượng nước trong tế bào. - Các riboxom là các hạt nhỏ, di chuyển tự do trong tb chất. Riboxom gồm hai tiểu phần, tiểu phần lớn mang vùng xúc tác hình thành lk peptid (trung tâm peptidyl transferase), tiểu phần nhỏ chứa vùng có chức năng đối chiếu bộ ba đối mã trên tARN với mã bộ ba trêm mARN. Thành phần cấu tạo của riboxom được nêu ở bảng dưới đây: Vị trí hoạt động của riboxom Các tiểu phần Loại rARN Số protein Tế bào chất động vật 40S 18S 33 60S 28S - 5,8S - 5S 49 Ti thể động vật 28S 12S 31 39S 16S 48 Tế bào chất thực vật 40S 18S ~35 60S 28S - 5,8S - 5S ~50 Ti thể thực vật 30S 18S >25 50S 26S - 5S >30 Lục lạp 30S 16S 22 - 31 50S 23S - 5S - 4,5S 32 - 36 Vi khuẩn 30S 16S 21 50S 23S - 5S 31 Vi khuẩn cổ 30S 16S 26 - 27 50S 23S - 5S 30 - 31 Ribosom ở vi khuẩn - Tb chất vk có thể gặp chất dự trữ như hạt glycogen, hạt PHB (Poly-ß-hydroxybutyrat), Cyanophycin, Phycocyanin, các hạt dị nhiễm sắc (metachromatic body), các giọt lưu huỳnh Ở loài vi khuẩn diệt côn trùng Bacillus thuringiensis và Bacillus sphaericus còn gặp tinh thể độc hình quả trám, có bản chất protein và chứa những độc tố có thể giết hại trên 100 loài sâu hại (tinh thể độc chỉ giải phóng độc tố trong môi trường kiềm do đó các vi khuẩn này hoàn toàn vô hại với người, gia súc, gia cầm, thuỷ hải sản- có hại đối với tằm). Bacillus sphaericus có thể diệt cung quăng của các loài muỗi. Bào tử (spore) và tinh thể độc (Crystal) ở Bacillus thuringiensis (trái) và Bacillus sphaericus (phải). - Các bằng chứng gần đây chứng tỏ rằng một số loại sinh vật tiền nhân, đặc biệt là vi khuẩn hình que, có một cấu trúc dạng sợi xoắn nằm phía trong màng plasma. Các protein tạo nên cấu trúc này được cấu tạo bởi các trình tự amino axit tương tự như sợi actin ở tế bào nhân thật, và từ lúc đó actin là một thành phần của bộ khung của các tế bào này, điều đó chứng tỏ rằng các sợi xoắn của tế bào tiền nhân đóng vai trò tạo nên hình dạng của tế bào. Tính chất:Chất tb là 1 chất lỏng không màu, trong suốt, không tan trong nước. - Tính keo: Trạng thái keo của chất tế bào được cấu tạo bởi những phân tử nhỏ gọi là mixen keo. Các mixen mang điện tích cùng dấu sẽ đẩy nhau và gây chuyển động hỗn loạn (chuyển động Brown). Các mixen này không tan trong nước thành dung dịch thật mà chúng phân tán tạo thành dung dịch giả. Tính keo của tế bào chất là khả năng chuyển dịch từ trạng thái lỏng (sol - đặc trưng cho độ nhớt của chất tb) sang trạng thái đặc (gel - gần với thể rắn hơn, hình dạng của chất tb ổn định). Khả năng chuyển hóa từ trạng thái sol sang gel của chất tế bào dưới tác động của các yếu tố bên ngoài là 1 tính năng rất cần thiết của chất tb, chứng tỏ tb quan hệ rất mật thiết với môi trường, khi tính chất này mất đi tức là hệ thống keo bị phá huỷ, các mixen bị mất điện tích dính lại với nhau, lắng xuống làm tb chết. Tính keo do các phân tử protein, nucleic acid và các chất hữu cơ ưa nước trong tế bào chất gây nên. - Tính nhớt: Độ nhớt là ma sát nội, là lực cản xh khi các lớp vật chất trượt lên nhau. Độ nhớt phụ thuộc vào hàm lg nước, liên quan với mức độ trao đổi chất, là chỉ tiêu đánh giá trạng thái sinh lý tb. Khi độ nhớt tăng, trao đổi chất giảm, chống chịu cao với đk bất lợi. - Tính đàn hồi: Khả năng quay lại trạng thái ban đầu sau khi đã biến dạng là tính đàn hồi của nguyên sinh chất. Tính đàn hồi của chất nguyên sinh càng cao thì khả năng chịu khô của chất nguyên sinh càng lớn. Chức năng: Tế bào chất là chất sống cơ bản, là thành phần bắt buộc, tại đây xảy ra các quá trình cơ bản và tiêu biểu cho hoạt động sống của tế bào. 3. Màng tế bào Cấu tạo: Màng sinh chất cấu tạo bởi 2 lớp phospholipid chiếm 30-40% khối lượng màng và các protein (nằm trong, ngoài hay xen giữa màng) chiếm 60-70% khối lượng của màng. Đầu phosphat của phospholipid tích điện, phân cực, ưa nước ; đuôi hydrocarbon không tích điện, không phân cực, kỵ nước. Tính chất: Tính khảm động: Chức năng: (chú ý đây là phần gộp của cả vk và tv, đv nên phải lựa ra các ý thuộc vk) + Màng là bức tường kiên cố ngăn cách tế bào với môi trường ngoài, bảo vệ các vật chất bên trong tế bào được ổn định, bảo vệ tế bào khỏi các tác nhân cơ học của môi trường ngoài. Tất nhiên bức tường này không cố định, rắn chắc mà mềm dẻo linh hoạt có thể biến đổi hình dạng, có thể chuyển động và tái tạo. + Màng tb cho phép duy trì môi trường nội bào ổn định, đây là một đặc tính đặc thù của sự sống. Điều này có thể xảy ra nhờ việc màng tb hđ như 1 hàng rào thấm chọn lọc. Vì vậy nó được xem như ranh giới giữa tế bào với môi trường bên ngoài và cũng giúp duy trì áp suất thẩm thấu bình thường trong tế bào. + Màng sinh chất quan trọng trong việc trao đổi chất với các tế bào lân cận và nhận các tín hiệu ngoại bào. Các loại dường như oligosaccharide, ganglioside của màng có khả năng tiếp nhận thông tin đa dạng và phức tạp từ môi trường. Các tín hiệu mà tế bào nhận dược là từ các chất hoá học, hormon ngay cả các tác nhân gây bệnh như virut cũng tương tác với oligosaccharide. Cũng nhờ cách này mà tế bào có thể phân biệt tế bào của mình hay tế bào lạ. + 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. (thuộc đv) + Màng còn gắn các enzim tham gia vào các phản ứng hoá sinh. Màng là nơi tổng hợp các thành phần của thành tế bào và các polyme của bao nhày (capsule).Màng là nơi tiến hành phosphoryl oxy hoá và phosphoryl quang hợp (ở vk quang tự dưỡng), lớp màng plasma cuộn gấp trong tế bào chất và tạo nên hệ màng trong, trên đó có chứa chlorophyl và các hợp chất khác cần thiết cho quang hợp. Màng cung cấp năng lượng cho sự hoạt động của tiên mao. + Các mesosome tạo nên cấu trúc trong phân chia tế bào hoặc trong các phản ứng chuyển hóa năng lượng. 4. Các cấu trúc ngoài màng a)Thành tế bào Cấu tạo: Vk đc chia thành 2 nhóm: vk Gram dương (G+) và vk Gram âm (G-) với cấu trúc thành tế bào khác nhau. - Thành phần hoá học mỗi loại: Thành phần Gram dương Tỷ lệ % khối lg khô của thành. Gram âm Tỷ lệ % khối lg khô của thành. Peptidoglycan 30-95 5-20 Acid teicoic (Teichoic acid) Cao 0 Lipid Hầu như không có 20 Protein Không có hoặc có ít Cao - Cấu trúc thành: Màng sinh chất (plasma membrane); Màng ngoài (outer membrane); Chu chất (Periplasmic space). Thành tb của hấu hết các vk chứa peptidoglycan, một polyme của amin và các loại đường lk đồng hóa trị với một dạng đơn phân khổng lồ bao quanh tế bào. Cấu trúc peptidoglycan là loại polyme xốp, khá bền vững, cấu tạo bởi 3 thành phần: + N-Acetylglucosamine (NAG) + N-Acetylmuramic acid (NAM) + Tetrapeptid chứa cả D- và L- acid amin Ở một số vi khuẩn còn có một lớp màng khác ở bên ngoài (màng polysaccarit giàu photpholipit) kèm theo với màng peptidoglycan. Không giống như màng sinh chất, màng ngoài này không có tính thấm và một vài polysaccarit của nó chứa chất độc gây bệnh. Tính chất: Chức năng: + Quyết định hình dạng của tế bào. + Bảo vệ tế bào trước các tác nhân cơ học và môi trường nhược trương. + Hỗ trợ phân chia tế bào. + Hỗ trợ sự chuyển động của tiên mao. + Cản trở sự xâm nhập của các phân tử có kích thước lớn. + Liên quan đến tính kháng nguyên, tính gây bệnh, tính mẫn cảm với phage. b) Màng nhầy Kích thước: Bao nhầy gặp ở một số loài vi khuẩn với các mức độ khác nhau: -Bao nhầy mỏng (vi giáp mạc - microcapssule) -Bao nhầy (giáp mạc - capsule) -Khối nhầy (zooglea) Cấu tạo: Muốn quan sát bao nhầy thường lên tiêu bản với mực tàu, bao nhày màu trắng hiện lên trên nền tối. Thành phần: + Chủ yếu là saccharid gồm glucose, glucozamin, ramnose, acid uronic, acid pyruvic, acid 2-keto-3-deoxygalacturonic, acid axetic + Polypeptid và protein. Tính chất: ??? Chức năng: Nhiều nhân sơ không có vỏ hay đã mất vỏ nhưng chúng vẫn tồn tại được. Ý nghĩa sinh học của bao nhầy là: -Bảo vệ vi khuẩn trong điều kiện khô hạn, bảo vệ vi khuẩn tránh bị thực bào. -Cung cấp chất dinh dưỡng cho vi khuẩn khi thiếu thức ăn -Là nơi tích luỹ một số sản phẩm trao đổi chất (dextran, xantan ) -Giúp vi khuẩn bám vào giá thể ( trường hợp các vi khuẩn gây sâu răng) c) Lông và roi Vị trí: Roi và lông thường thấy trên bề mặt của tế bào. Lông có ở thảo trùng, bề mặt tế bào nhiều vi khuẩn Gram âm, ở tế bào sinh vật đa bào (VD: tế bào biểu mô lót ống tiêu hoá, hô hấp, sinh dục ) Roi có nhiều ở sinh vật đơn bào, tinh trùng, không phải vi khuẩn nào cũng có roi. Tiên mao và tiêm mao Tiêm mao ở E.coli Quan sát: Tiên mao là những sợi lông dài, dưới kính hiển vi quang học chỉ có thể thấy rõ khi nhuộm theo phương pháp riêng. Dưới kính hiển vi điện tử có thể thấy rất rõ cấu trúc của từng sợi tiên mao. Trông nó giống như là xoắn lại rất nhỏ. Nó quay tròn quanh trục của nó như là cái chân vịt tàu thủy, đưa tế bào tiến lên. Tiêm mao mảnh, chúng ngắn hơn tiên mao nhưng có số lượng lớn, phủ bề mặt tế bào. Cấu trúc: Về cấu trúc sợi giữa roi và lông không khác nhau, chúng chỉ khác nhau về kích thước và số lượng. Lông thì nhiều nhưng ngắn trong khi roi dài nhưng số lượng ít. Thành phần hoá học chủ yếu của lông và roi là protein, ngoài ra còn có lipid. Protein và lipid là 2 thành phần chủ yếu tạo nên sợi microfibrin và sợi falagelin. Falagelin tương ứng với myosin của sợi cơ (ở đây không có actin). Roi và lông đều được bao bởi 1 lớp màng - chính là do sự kéo dài của màng tế bào mà thành. Bên trong có cấu trúc sợi. Roi như một cái mỏ neo gắn vào màng plasma và trong một số vi khuẩn, cho đến tận vách tế bào. Các sợi sắp xếp theo sơ đồ sau: Sơ đồ cho thấy phía trong màng có 9 cặp vi ống nằm ngoài dày 300Å. Ở chính giữa có 2 sợi trung tâm được bọc trong một bao trung tâm dày 150Å. Ở giữa sợi ngoại vi và sợi trung tâm có 9 sợi thứ cấp nhỏ hơn. Tiên mao có thể gốc. Thể này gồm 1 trụ nhỏ được gắn với 4 đĩa tròn (vi khuẩn G - ) có dạng vòng nhẫn (ring), ký hiệu là các vòng L,P,S và M. Vòng L nằm ngoài cùng tương ứng với lớp liposaccarid của màng ngoài, vòng P tương ứng với lớp peptidoglycan, vòng S tương ứng với lớp không gian chu chất, vòng M nằm ở trong cùng. Vi khuẩn G+ chỉ có 2 vòng, trong đó vòng ngoài tương ứng với thành tb, vòng trong tương ứng với màng sinh chất. Xuyên giữa các vòng là 1 trụ nhỏ có đường kính 7nm. Bao bọc tiên mao ở phần phía ngoài là một bao ngắn có hình móc. Sợi tiên mao (filament) dài khoảng 10-20m và có đường kính khoảng 13-20nm. Đường kính của bao hình móc là 17nm. Khoảng cách giữa vòng S và vòng M là 3nm, giữa vòng P và vòng L là 9nm, giữa vòng P và vòng S là 12nm. Đường kính của các vòng là 22nm, đường kính các lỗ ở các vòng là 10nm. Khoảng cách từ mặt ngoài của vòng L đến mặt trong của vòng M là 27nm. Sợi tiên mao cấu tạo bởi protein loại flagellin. Một số vi khuẩn có bao lông (sheath) bao bọc suốt chiều dài sợi. Tiên mao ở VK Gram dương và Gram âm Tiên mao quay giúp tb di chuyển Tiên mao ở vi khuẩn G - Tiên mao ở vi khuẩn G + Kiểu sắp xếp tiên mao: - Không có tiên mao (atrichia) - Có 1 tiên mao mọc ở cực (monotricha) - Có 1 chùm tiên mao mọc ở cực (lophotricha) - Có 2 chùm tiên mao mọc ở 2 cực (amphitricha) - Có nhiều tiên mao mọc quanh tb (chu mao, peritricha) Các loại tiên mao ở vi khuẩn Chức năng: Roi quyết định khả năng và phương thức di động của tb, sd năng lượng ATP. Để xác định xem vi khuẩn có tiên mao hay không còn có cách thử gián tiếp nhằm biết khả năng di động của chúng. Cấy bằng que cấy nhọn đầu vào môi trường thạch đứng chứa 0.4% thạch (agar-agar), còn gọi là môi trường thạch mềm. Nếu thấy vết cấy lan nhanh ra xung quanh thì chứng tỏ là vi khuẩn có tiên mao, có khả năng di động. Kiểu sắp xếp tiên mao liên quan đến hình thức di động của vi khuẩn. Tiên mao mọc ở cực giúp vi khuẩn di động theo kiểu tiến - lùi. Chúng đảo ngược hướng bằng cách đảo ngược hướng quay của tiên mao. Vi khuẩn chu mao di động theo hướng nào thì các tiên mao chuyển động theo hướng ngược lại. Khi tiên mao không tụ lại về một hướng thì vi khuẩn chuyển động theo kiểu nhào lộn. Tốc độ di chuyển của vi khuẩn có tiên mao thường vào khoảng 20-80µm/giây, nghĩa là trong 1 giây chuyển động được một khoảng cách lớn hơn gấp 20-80 lần so với chiều dài của cơ thể chúng. Xoắn thể có một dạng tiên mao đặc biệt gọi là tiên mao chu chất (periplasmic flagella), hay còn gọi là sợi trục ( axial fibrils), xuất phát từ cực tế bào và quấn quang cơ thể. Chúng giúp xoắn thể chuyển động được nhờ sự uốn vặn tế bào theo kiểu vặn nút chai. [...]...Xoắn thể dưới kính hiển vi nền đen AF: Sợi trục PC: Ống nguyên sinh chất OS: Vỏ ngoài IP: Lỗ nối Chuyển động uốn vặn tb ở xoắn thể Lông có tác dụng giúp vk bám vào giá thể Tb động vật sd lông để bảo vệ và thực bào Có một loại lông đặt biệt gọi là khuẩn mao giới Nó có cấu tạo giống lông, đường kính khoảng 9-10nm nhưng có thể rất dài Chúng có thể nối liền giữa hai vi khuẩn và làm cầu nối để chuyển vật... này đgl quá trình tiếp hợp Một số phage bám vào các thụ thể (receptors) ở khuẩn mao giới và bắt đầu chu trình phát triển của chúng Sự tạo mới: Lông và roi có thể rụng đi, mất đi và loại mới sẽ được phát triển từ chất nền Chúng có nguồn gốc từ trung tử Các tiểu phần (subunit) của flagellin được tổng hợp từ các hạt ribosom nằm gần màng sinh chấy tổng hợp nên và đi qua lõi mà tạo dần thành sợi tiên mao . ) -Giúp vi khuẩn bám vào giá thể ( trường hợp các vi khuẩn gây sâu răng) c) Lông và roi Vị trí: Roi và lông thường thấy trên bề mặt của tế bào. Lông có ở thảo trùng, bề mặt tế bào nhiều vi khuẩn. Cấu trúc và hoạt động chức năng của tế bào vi khuẩn 1. Vùng nhân Vùng nhân ở Escherichia coli Ở các sinh vật nhân sơ,. mao ở vi khuẩn Chức năng: Roi quyết định khả năng và phương thức di động của tb, sd năng lượng ATP. Để xác định xem vi khuẩn có tiên mao hay không còn có cách thử gián tiếp nhằm biết khả năng