Tiểu luận Thành tế bào thực vật

Mỗi chuỗi có nhiều nhóm -OH tự do, vì vậy giữa các sợi ở cạnh nhau kết hợp với nhau nhờ các liên kết hidro được tạo thành giữa các nhóm -OH của chúng.. Cấu trúc lignin trong gỗ mềm với c

I Thành tế bào thực vật

I.1 Cấu trúc thành tế bào thực vật

Khác với tế bào động vật ở tế bào thực vật bên ngoài màng sinh chất còn có một

lớp vững chắc bao quanh tế bào đó là thành tế bào (vách tế bào)

Hình 1 Cấu trúc tế bào thực vật

a Thành phần cấu tạo

Thành tế bào được cấu tạo bởi 3 thành phần chính là cellulose, hemicellulose và lignin, tỉ lệ giữa các thành phần này có trong thành tế bào khác nhau ở từng loài, từng giai đoạn phát triển và độ tuổi của cơ thể

- Thành phần chủ yếu của thành tế bào là cellulose, đây là một loại polisaccarit

có công thức phân tử là (C6H10O5)n Được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân gồm nhiều đơn phân là các phân tử glucose liên kết với nhau nhờ các liên kết β-(1, 4)-glucoside

ít nhất 500 phân tử glucose Các phân tử cellulose nằm cạnh nhau liên kết với nhau nhờ các liên kết hidro tạo thành các bó sợi microfibril, có đường kính khoảng 3,5 nm Mỗi chuỗi có nhiều nhóm -OH tự do, vì vậy giữa các sợi ở cạnh nhau kết hợp với nhau nhờ các liên kết hidro được tạo thành giữa các nhóm -OH của chúng Các vi sợi lại liên kết với nhau tạo thành vi sợi lớn hay còn gọi là bó mixen có đường kính 20 nm, giữa các sợi trong mixen có những khoảng trống lớn Khi tế bào còn non, những khoảng này chứa đầy nước, ở tế bào già thì chứa đầy lignin và hemicellulose Các bó sợi này lại đan xen chằng chịt tạo thành lớp cellulose bền chắc Trong cơ thể người và động vật chỉ có enzim cắt đứt liên kết α-(1, 4)- glucoside ở phân tử tinh bột mà không có enzim phá vỡ các liên kết β-(1, 4)-glucoside Loại enzim này chỉ có ở nấm và một số loài vi khuẩn

Hình 2 Cấu trúc phân tử cellulose

- Thành phần quan trọng thứ hai của thành tế bào là hemicellulose

Hemicellulose là một loại polymer phức tạp và phân nhánh, độ trùng hợp

của hemicellulose là β-D-xylopyranose, liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4-D-xylopyranose tạo nên mạch chính của hemicellulose Mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản, thông thường là disaccharide hoặc trisaccharide Sự liên kết của hemicellulose với các polysaccharide khác và với lignin là nhờ các mạch nhánh này

Hình 3 Một loại hemicellulose ở cây gỗ mềm

- Lignin

Lignin là một polyphenol mạch vòng được cấu thành từ các đơn vị phenylpropene như: guaiacyl (G), trans-coniferyl alcohol; syringyl (S), trans-sinapyl alcohol; p-hydroxylphenyl (H), trans-p-courmary alcohol

Hình 4 Các đơn vị cơ bản của lignin

Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng vai trò chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng cellulose và hemicellulose Rất khó để có thể tách lignin

ra hoàn toàn

Trong tế bào của cây gỗ, cỏ khô và rơm rất giàu lignin nên tỷ lệ tiêu hóa thấp trừ khi được xử lý hóa học làm cho các liên kết giữa lignin với các carbohydrate khác

bị bẻ gãy

Hình 5 Cấu trúc lignin trong gỗ mềm với các nhóm chức chính

Sự liên kết chặt chẽ của 3 thành phần trên tạo nên cấu trúc lignocellulose rất bền vững, quy định tính bền vững của thành tế bào thực vật

Hình 6 Cấu trúc của lignocellulose trong thành tế bào

- Pectin: pectin là đại phân tử mạch thẳng được cấu tạo bởi đơn phân là

gaclactoronic và các ester methyl của chúng qua các liên kết α-1,4- glucoside

Hình 7 Sự liên kết của các đơn phân cấu tạo phân tử pectin

Trong thành

tế bào, pectin tạo

thành lớp keo gắn

kết các thành phần

của thành tế bào và

gắn kết thành của

các tế bào cạnh

nhau tạo thành các

mô nhất định

Hình 8 Vị trí của pectin trong thành tế bào

- Nước: chủ yếu ở trạng thái nước liên kết, chiếm 75-80% tổng số.

Ngoài ra tùy vào loại tế bào, tùy loài và độ tuổi thành tế bào còn có thêm một số chất khác như: suberin (bần), sáp, cutin, chất khoáng như: Si, CaCO3

b Cấu trúc thành tế bào

Thành tế bào có cấu trúc phức tạp, được chia làm 3 lớp chính:

Hình 9 Các lớp cấu trúc thành tế bào

- Ngoài cùng là phiến giữa (middle lamella): Cấu tạo bởi pectin, đây là lớp keo dính thành của các tế bào cạnh nhau để tạo nên các mô nhất định

- Lớp giữa là vách sơ cấp (primary wall): Bao gồm 30% pectin, 25% hemicellulose, 15-30% cellulose, 20% glycoprotein và có sự thay đổi tùy theo loài, độ tuổi

- Trong cùng là vách thứ cấp (secondary wall): Nằm sát màng sinh chất, xuất hiện khi tế bào ngừng tăng trưởng Thành phần chính của vách thứ cấp là cellulose, hemicellulose, về già được thấm thêm chất lignin để tăng độ vững chắc

I.2 Chức năng của thành tế bào thực vật

1 Bảo vệ tế bào về mặt cơ học: Bảo vệ lớp màng sinh chất bên trong khỏi

những tác động cơ học Có tác dụng như bộ khung nâng đỡ cơ thể thực vật, giúp cơ thể

có thể đứng vững (có thể so sánh với bộ xương của cơ thể động vật)

2 Quy định hình dạng của tế bào, giúp các tế bào thực hiện các chức năng nhất định Nhờ có thành các tế bào trong một mô sinh trưởng ở một giới hạn nhất định

3 Ngăn cản sự xâm nhập của các loại virut, vi khuẩn Thành tế bào rất dày và bền vững, không có các thụ thể để virut có thể bám vào xâm nhập Do đó, khi cơ thể bị xây xước, thành tế bào bị phá vỡ virut dễ dàng theo vết thương xâm nhập vào tế bào cơ thể thực vật

4 Giúp tế bào chịu đựng áp suất trương: Vách được coi là lớp áo giới hạn giúp cho tế bào không bị vỡ khi trương nước Nhờ có vách tế bào và nồng độ các chất tan

mà tế bào kiểm soát được lượng nước tối đa vào trong tế bào, làm cho tế bào có mức trương nước có giới hạn, tránh bị vỡ tế bào

5 Vách tế bào còn có vai trò trong sự phân hóa tế bào

Năm 1990, các nhà khoa học Pháp đã chứng minh vai trò của vách tế bào qua sự

phát triển của phôi qua thí nghiệm trên tảo Fucus sprralis Ở lần phân chia thứ nhất của

hợp tử, tạo ra hai tế bào: Một tế bào tản, là nguồn gốc của tản và một tế bào rễ giả là nguồn gốc của rễ giả (giúp tảo bám vào giá thể) Nếu dùng tia laser để phá hủy tế bào

rễ giả nhưng vẫn còn giữ lại vách, thì ở những lần phân chia sau đó, tế bào tản có thể phân hóa thành các tế bào rễ giả nếu được tiếp xúc với phần vách này Nhưng nếu cắt

bỏ toàn bộ phần vách của tế bào rễ giả thì sự phân hóa này không xảy ra Thí nghiệm trên đã cho thấy vách có vai trò quan trọng trong sự phát triển của phôi

Vách tế bào rễ giả

Hình 10 Vai trò của vách tế bào trong sự phát triển phôi Fucus spiralis

6 Ngoài ra, thành tế bào thực vật không hoàn toàn khít ở mọi điểm mà có thủng nhiều lỗ tạo nên các kênh trao đổi chất giữa các tế bào trong toàn bộ cơ thể Đặc biệt ở các tế bào mạch gỗ, chất nguyên sinh tiêu biến chỉ còn lại vách tế bào thấm nhiều lignin vững chắc tạo nên các đường ống dẫn nước xuyên suốt từ rễ lên tới lá

Phá vỡ thành tế bào

của tế bào rễ giả

Tế bào tản

Tế bào

rễ giả

Tế bào tản

II Chất nền ngoại bào ở tế bào động vật ( extracellular matrix)

II.1 Cấu tạo chất nền ngoại bào ở tế bào động vật

Do tế bào tổng hợp và tiết ra môi trường ngoài Được cấu tạo bởi protein, các loại sợi glicoprotein (do protein kết hợp với polisaccarit) kết hợp với các chất vô cơ và hữu cơ khác nhau, đặc biệt là các ion hóa trị hai như Ca2+

Hình 11 Chất nền ngoại bào

-Protein: Loại protein phổ biến nhất cấu tạo chất nền ngoại bào là collagen

Collagen là một protein dạng sợi gồm ba xoắn α giàu glycine và proline, có khả năng đàn hồi cao Chính các sợi collagen làm cho chất nền có tính bền vững và dẻo dai

Hình 12 Cấu trúc collagen

- Glicoprotein: gồm các phân tử protein liên kết với polisaccarit

Hình 13 Cấu tạo glicoprotein

Màng đáy (basal lamina) là một loại chất nền đặc biệt, nằm dưới các tấm tế bào

và những nhóm tế bào của tổ chức khác ví dụ biểu mô cơ giúp liên kết các tấm tế bào

Hình 14 Sự liên kết của biểu mô vào màng đáy

II.2 Chức năng chất nền ngoại bào

Chất nền ngoại bào có rất nhiều chức năng:

- Giúp các tế bào liên kết với nhau tạo thành các mô nhất định

- Góp phần cấu thành các đặc tính của sụn, da và các mô khác Trong cơ thể người, ở vài mô, như mô thần kinh ở não có rất ít chất nền ngoại bào trong khi sụn và xương lại có một lượng lớn Tế bào xương dính vào chất nền ngoại bào nhờ collagen

và calcium phosphate nhờ đó làm cho xương cứng

- Giúp lọc các chất đi qua các mô khác nhau

- Đóng vai trò trong việc truyền tín hiệu hoá học từ tế bào này đến tế bào khác

- Bôi trơn tế bào

III Sự liên kết giữa các tế bào

III.1 Sự liên kết giữa các tế bào động vật

Tế bào động vật không được nối với nhau bằng thành tế bào như ở tế bào thực vật Do đó, để thực hiện việc liên kết giữa các tế bào với nhau hoặc giữa tế bào với chất nền ngoại bào tạo thành các mô nhất định thì tế bào thực hiện qua các mối nối Dựa vào cấu trúc và chức năng mà mối nối giữa các tế bào được chia làm 3 loại: Mối nối

Hình 15 Các loại mối nối ở tế bào động vật

III.1.1 Mối nối chặt (tight junction)

Mối nối chặt còn gọi là mối nối kín thường gặp ở các tế bào cấu trúc nên mô lát trong cơ thể (lát mặt trong hệ tiêu hóa, ) tạo nên tấm tế bào

a Cấu tạo mối nối chặt

Mối nối chặt được

hình thành giữa hai tế bào

nằm cạnh nhau, màng sinh

chất của hai tế bào này hòa

nhập vào nhau tại một số

điểm với kích thước mối nối

khoảng 0,1-0,3µ tạo nên

khoảng giữa các mối nối có

kích thước 10-15nm

Hình 16 Cấu tạo mối nối chặt

Hình 17 Ảnh chụp hiển vi mối nối chặt

b Chức năng mối nối chặt

Các mối nối chặt giúp bít kín các con đường gian bào giữa hai tế bào cạnh nhau tạo nên tấm tế bào, có chức năng ngăn chặn sự khuyếch tán các chất qua khoảng gian bào Ví dụ: đối với biểu mô ruột non mối nối chặt giúp ngăn cản sự rò rỉ của các chất dinh dưỡng từ mạch máu trở lại khoang ruột, giúp chất dinh dưỡng được vận chuyển theo một chiều từ khoang ruột vào máu, bạch huyết

Hình 18 Vai trò của mối nối chặt ở biểu bì ruột

III.1.2 Mối nối neo giữ ( anchoring juction)

Mối nối neo giữ là mối nối giữa các tế bào cạnh nhau hoặc liên kết tế bào với chất nền ngoại bào một cách chắc chắn nhờ vào các sợi thuộc bộ xương tế bào và các loại protein màng Đây là mối nối phân bố rộng khắp trong các mô động vật đặc biệt là các mô phải chịu các bất lợi về cơ học, chịu sự kéo giãn thường xuyên như: Biểu mô

cơ, da,…

a Cấu tạo mối nối neo giữ

Căn cứ vào cấu trúc và chức năng liên kết neo được phân biệt làm ba dạng khác nhau: Liên kết dính, desmosome và hemidesmosome

- Liên kết dính: Là nơi gắn kết của các siêu sợi actin, các sợi này của các tế bào

nằm cạnh nhau kết nối với nhau qua trung gian một loại protein xuyên màng là cadherin

Hình 19 Cấu trúc mối liên kết dính

- Desmosome: Là một thể liên kết bao gồm nhiều phức hợp protein khác nhau:

Tấm bào tương, cadehrin và các siêu sợi trung gian

+ Tấm bào tương: Là một phức hợp các protein nội bào tập trung dày đặc tạo thành tấm dẹt hình tròn khá lớn nằm mặt trong của màng sinh chất, đối diện với

+ Cadherin: Một đầu liên kết với tấm bào tương, một đầu nhô ra khoảng gian bào để liên kết với cadherin của tế bào bên cạnh

+ Các siêu sơi trung gian Keratin: Liên kết với mặt trong của tấm bào tương ở mặt bên của sợi

Hình 20 Cấu trúc desmosome

- Hemidesmosome: Giống với desmosome về mặt hình thái nhưng lại khác về

mặt chức năng và cấu trúc hóa học Mối liên kết này gắn kết cực đáy màng tế bào biểu

mô vào lamina đáy-một lớp đệm đặc biệt thuộc mô liên kết Các siêu sợi keratin lại gắn với tấm bào tương ở đầu tận cùng của sợi Các protein xuyên màng thuộc họ integrin Nhờ các protein cadherin xuyên màng, có một đầu nối với các sợi của khung xương tế bào, một đầu gắn với protein xuyên màng của tế bào bên cạnh hoặc các sợi của chất nền ngoại bào

Hình 21 Mối nối neo giữ: desmosome và hemodesmosome

Hình 22 Hình chụp hiển vi hemidesmosome

b Chức năng mối nối neo giữ

Gắn kết bộ khung của các tế bào này với bộ khung của tế bào kia hoặc với chất nền ngoại bào, giúp cho các tế bào liên kết chặt chẽ, không bị tách rời khi gặp các tác động cơ học Giúp các tế bào của biểu mô gắn với màng đáy tiếp giáp với các mô khác của cơ thể Tạo điều kiện cho các mô trong cơ thể liên kết với nhau

III.1.3 Mối nối thông tin (communicating junction)

Đây là loại mối nối phổ biến ở các tế bào cần sự thông tin nhanh như mô thần kinh, mô tim

a Cấu tạo mối nối thông tin

Phổ biến nhất là kết nối khe (gap-injunction) được cấu tạo bởi phức hệ connexons gồm 6 protein giống nhau gọi là connexin xuyên qua màng xếp thành một vòng tạo thành kênh ưa nước với đường kính 1,5 - 2nm Các connecxon phân bố trên một vùng tập trung; điển hình là các xynap điện Cho phép các ion có khối lượng 1000 Dalton đi qua nhưng không cho phép các phân tử protein đi qua Các connexons giữ khoảng cách của màng sinh chất giữa các tế bào cạnh nhau là 2-4nm

Hình 23 Mối nối thông tin giữa hai tế bào cạnh nhau

b

Chức năng mối nối thông tin

Thực hiện chức năng trao đổi các ion hai chiều giữa các tế bào, đảm bảo vai trò truyền đạt thông tin ví dụ như xynap điện

III.2 Sự liên kết giữa các tế bào thực vật

Thành tế bào thực vật ăn khớp với nhau trên diện rộng giúp liên kết các tế bào tạo thành mô nhờ phiến giữa pectin Các tế bào trong một mô và giữa các mô trong cơ thể có sự liên hệ chặt chẽ với nhau

Thành tế bào thực vật có nhiều khe hở hình thành nên cầu nối nguyên sinh chất giữa các tế bào với nhau Cầu sinh chất còn được gọi là cầu liên bào, được bọc lót bởi màng sinh chất chứa ống trung tâm nối lưới nội chất của hai tế bào nằm cạnh nhau

Hình 24 Sự liên kết giữa các tế bào thực vật và cầu nối nguyên sinh chất

Nhờ có cầu liên bào, nước và các phân tử nhỏ (các chất dinh dưỡng, thông tin hóa học) có thể dễ dàng trao đổi giữa các tế bào mà không cần xuyên qua màng sinh chất Tạo nên một hệ thống lưu thông vật chất trong toàn bộ cơ thể thực vật