Chuyên đề bồi dưỡng HSG môn sinh học sinh học tế bào, vi sinh vật

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THẾ GIỚI SỐNG I CÁC CẤP TỔ CHỨC CỦA THẾ GIỚI SỐNG Cấp tế bào: Tế bào đơn vị cấu trúc chức sống vì: + TB đơn vị cấu trúc: (+) Trừ virut, sinh vật cấu tạo từ tế bào (+) Thể thứ c cấu tạo chung tế bào sinh vật giống gồm thành phần là: màng sinh chất, tế bào chất nhân (hoặc vùng nhân) (+) Các thành phần tế bào cấu tạo từ phân tử, đại phân tử + Tế bào đơn vị chức năng: Trên thể sinh vật, hoạt động sống trao đổi chất, hô hấp, tiết, sinh trưởng, cảm ứng, sinh sản xảy TB Cơ thể - Cơ thể cấp tổ chức tồn thích nghi với điều kiện định mơi trường - Gồm thể đơn bào thể đa bào - Cơ thể thể thống cấu tạo chức năng: + Thống cấu tạo: (+) Trừ virut, thể sống có cấu tạo từ tế bào (+) Trong thể, tế bào có hình thái, chức khác thể thức cấu tạo chung giống gồm: mà ng sinh chất, tế bào chất bào quan, nhân + Thống chức năng: thể có nhiều có quan, hệ quan, quan có chức riêng chúng hoạt động có phối hợp, thống với qua điều hoà, điều chỉnh chung, tạo cho thể có phản ứng thống thích nghi với mơi trường sống thường xuyên thay đổi ( lấy ví dụ thực vật, ví dụ động vật) Cấp quần thể- loài - Các cá thể thuộc loài, sống chúng với vùng địa lí định, có khả giao phối sinh hữu thụ tạo nên quần thể sinh vật - QT xem đơn vị sinh sản tiến hoá loài Cấp quần xã : gồm nhiều quần thể thuộc loài khác chung sống vùng địa lí định Trong quần xã, sinh vật giữ cân bằn g mối tương tác lẫn để tồn Cấp hệ sinh thái- sinh - Hệ sinh thái bao gồm quần xã sinh vật khu vực sống quần xã - Sinh quyển: tập hợp tất hệ sinh thái khí quyển, thuỷ quyển, địa tạo nên sinh Trái Đất II ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC CẤP TỔ CHỨC SỐNG Tổ chức theo nguyên tắc thứ bậc: Thế giới sống tổ chức theo cấp bậc với đặc tính trội ( đặc tính có cấp mà cấp thấp khơng có được), TB, thể, QT, quần xã hệ s inh thái cấp tổ chức Hệ thống mở tự điều chỉnh: - Hệ thống mở tức không ngừng trao đổi vật chất lượng với môi trường - Mọi cấp tổ chức sống có chế tự điều chỉnh đảm bảo trì điều hồ cân động hệ thống sống giúp tổ chức sống tồn phát triển Thế giới sống liên tục tiến hoá: liên tục sinh sơi nảy nở khơng ngừng tiến hố nhờ truyền thông tin ADN từ tế bào sang TB khác, từ hệ sang hệ khác III PHÂN LOẠI SINH GIỚI Hệ thống phân loại giới đặc điểm giới (theo Whittaker Margulis) Giới Đ.điểm Đặc điểm cấu tạo Đặc điểm dinh dưỡng Các nhóm điển hình Khởi sinh (Monera) - TB nhân sơ - Cơ thể đơn bào - Dị dưỡng - Tự dưỡng Nguyên sinh (Protista) - TB nhân thực - Cơ thể đơn bào, đa bào - Dị dưỡng - Tự dưỡng Vi khuẩn ĐVNS, tảo, nấm nhầy Nấm (Fungi) - TB nhân thực - Cơ thể đa bào phức tạp - Dị dưỡng hoại sinh - Sống cố định Nấm Thực vật (Plantae) - TB nhân thực - Cơ thể đa bào phức tạp - Tự dưỡng quang hợp - Sống cố dịnh Thực vật Động vật (Animalia) - TB nhân thực - Cơ thể đa bào phức tạp - Dị dưỡng - Sống chuyển động Động vật Nấm (Fungi) Động vật (Animalia) * Cơ sở phân loại: - Loại tế bào nhân sơ hay nhân thực - Mức độ tổ chức thể: đơn bào hay đa bào - Phương thức dinh dưỡng: tự dưỡng hay dị dưỡng Hệ thống phân loại Lãnh giới (theo Domain) Giới Lãnh giới Vi khuẩn (Bacteria) Vi khuẩn (Bacteria) Vi sinh vật cổ (Archaea) Thực vật (Plantae) Nguyên sinh (Protista) Vi sinh vật cổ (Vi khuẩn cổ) Archaea Sinh vật nhân thực (Eukarya) Tổ tiên chung - Như giới Monera tách thành lãnh giới Lãnh giới Vi khuẩn Lãnh giới Vi sinh vật cổ - Cơ sở để tách Vi sinh vật cổ (Vi khuẩn cổ) khỏi Vi khuẩn chúng có nhiều điểm khác : Đặc điểm Vi khuẩn Vi sinh vật cổ ( Vi khuẩn cổ) Thành tế bào Chứa peptiđôglican hỗn hợp gồm pôlisaccarit, prôtêin glicơprơtêin Màng sinh chất Chứa lipit có chuỗi bên axit béo Chứa lipit có chuỗi bên cacbohiđrơ phân nhánh Axit amin N- foocminmêtiônin (N-fMet) Mêtiônin (Met) pôlipeptit Hệ gen Gen không phân mảnh, tức gen Gen phân mảnh, tức gen có chứa khơng chứa intron ( đoạn nuclêôtit intron không dịch mã) Điều kiện mơi trường khắc nghiệt Rất khắc nghiệt nhiệt độ, độ muối sống Về mặt tiến hoá Đứng xa giới Sinh vật nhân thực Đứng gần giới Sinh vật nhân thực IV GIỚI THỰC VẬT Các ngành giới thực vật Rêu (Bryophyta) - Chưa có hệ mạch - Tinh trùng có roi - Thu tinh nhờ nước ại - Đ diện: rêu, địa tiền Hạt trần (Gymnospermatop hyta) - Có hệ mạch - Tinh trùng không roi - Thụ phấn nhờ gió - Hạt khơng bảo v ệ - Đại diện: Thơng, tuế Quyết (Pteridophyta) - Có hệ mạch - Tinh trùng có roi - Thụ tinh nhờ nước - Đại diện: dương xỉ Hạt kín (Angiospermatophyta) - Tinh trùng khơng roi - Thụ phấn nhờ gió, nước, trùng - Thụ tinh kép - Hạt bảo vệ - Lớp mầm (ngô ) lớp hai mầm ( đậu ) Tổ tiên thực vật ( từ tảo lục đa bào nguyên thuỷ) Đặc điểm thích nghi với đời sống cạn - Lớp cutin phủ bên ngồi có tác dụ ng chống nước, biểu bì có chứa khí khổng để trao đổi khí nước - Phát triển hệ mạch dẫn để dẫn truyền nước, chất vô chất hữu - Thụ phấn nhờ gió, nước, côn trùng Thụ tinh kép tạo hợp tử tạo nội nhũ để nuôi phôi phát triển - Sự tạo thành hạt để bảo vệ, nuôi phôi trì hệ V GIỚI ĐỘNG VẬT Các nghành giới động vật Nhóm: Động vật khơng xương sống - Khơng có xương - Bộ xương ngồi (nếu có) kitin - Hơ hấp thẩm thấu qua da ống khí - Thần kinh dạng hạch chuỗi hạch mặt bụng - Gồm ngành: Thân lỗ, Ruột khoang, Giun dẹp, Giun tròn, Thân mềm, Giun đốt, Chân khớp, Da gai Nhóm: Động vật có xương sống - Bộ xương bằ ng sụn xương với dây sống cột sống làm trụ - Hô hấp mang phổi - Hệ thần kinh dạng ống mặt lưng - Chỉ có ngành động vật có xương sống bao gồm lớp: Nửa dây sống, Cá miệng tròn, Cá sụn, Cá xương, Lưỡng cư, Bò sát, Chim, Thú Động vật Vị trí lồi người hệ thống phân loại Loài Chi Họ Người Người Người (Homo (Homo) (Homonidae) sapiens) Bộ Linh trưởng (Primates) Lớp Động vật có vú (Mammalia) Ngành Động vật có dây sống (Chordata) Giới Động vật (Animalia) VI ĐA DẠNG SINH HỌC Đa dạng sinh học ? - Đa dạng sinh học (theo quỹ bảo tồn thiên nhiên giới): phồn thịnh sốn g Trái Đất; hàng triệu loài thực vật, động vật vi sinh vật; gen chứa đựng loài hệ sinh thái vô phức tạp tồn môi trường - Đa dạng sinh học xem xét mức độ: + Sự đa dạng loài + Sự đa dạng gen (đa dạng di truyền) + Sự đa dạng quần xã - đa dạng hệ sinh thái Trong đa dạng loài biểu biểu đa dạng sinh học, mức độ phong phú mức độ loài ; quan trọng đa dạng gen (đa dạng di truyền) Tầm quan trọng đa dạng sinh học đời sống người - Đa dạng sinh học cung cấp nguồn thức ăn cho người thuộc nhiều chủng loại Tạo nguồn thức ăn dự trữ vô tận chế biến từ nguyên liệu vốn có tự nhiên - Đa dạng sinh học điều kiện đảm bảo, phát triển ổn định tính bền vững môi trường - Đa dạng sinh học sở hình thành hệ sinh thái đảm bảo cho chu chuyển ôxi nguyên tố khác, kiềm chế xói mòn, điều tiết dòng chảy, trì ổn định màu mỡ đất đai, tạo sở cho tồn sống Trái Đất - Đa dạng sinh học tạo sở vật chất khác làm nguyên liệu tạo công cụ sản xuất, nhà ở, nguyên liệu qúi để xuất Những nguyên nhân làm suy thoái đa dạng sinh học - Sự khai thác mức + Sự khai thác lạm dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên người + Sự gia tăng dân số mức tạo sức ép ngày tăng lên nguồn tài nguyên thiên nhiên ạn - N ô nhiễm môi trường rác thải sinh hoạt, hoạt động sản xuất cơng nghiệp làm thái hố, huỷ diệt sinh cảnh -> làm tính đa dạng sinh học - Tập quán sống du canh du cư đồng bào dân tộc thiểu miền núi tất vùng giới phát sinh nhu cầu đốt nương, phát rẫy - Xã hội phát triển, cơng cơng nghiệp hố, giao thơng hố, thị hố phát triển theo -> đòi hỏi diện tích sản phẩm rừng để xây dựng phát triển sở hạ tầng Do diện tích rừng bị dần, kéo theo đa dạng sinh vật Biện pháp bảo vệ đa dạng sinh học - Khai thác sư dụng nguồn tài nguyên (thuỷ, hải sản; động thực vật rừng ) mức độ hợp lí có kết hợp với việc ni trồng bảo vệ có hiệu Khơng sử dụng biện pháp đánh bắt bị ngăn cấm để không làm ảnh hưởng đến môi trường sống sinh sản sinh vật - Giữ gìn xanh mơi trường sống, vận động người tham gia bảo vệ môi trường chống ô nhiễm môi trường để trì mơi trường sống thuận lợi cho sinh vật người - Tham gia trồng gây rừng để góp phần điều hồ kh í hậu, điều hồ cân sinh thái mở rộng điều kiện sống tự nhiên cho động, thực vật - Xây dựng thực chiến lược phát triển kinh tế gắn với ổn định bền vững môi trường sinh thái V GIẢI ĐỀ THI, TRẢ LỜI CÂU HỎI Câu 1: So sánh cấu tạo thể động vật không xương sống với động vật có xương sống ? Đặc điểm ĐVKXS ĐVCXS Bộ xương Khơng có xương Có xương sụn xương Cơ thể có xương ngồi chất kitin có vỏ đá vơi Có thể có vẩy sừng bao bọc bên thể HTK dạng hạch chuỗi hạch mặt bụng dạng ống mặt lưng Phương thức HH hơ hấp da, ống khí hơ hấp mang, phổi Đại diện Nhiều ngành: thân lỗ, ruột khoang giun dẹp, giun tròn, thân mền, giun đốt, chân khớp, da gai.- Gồm ngành với lớp: dây sống, cá miệng tròn, cá sun, cá xương, lững cư, bò sát, chim, thú PHẦN II: THÀNH PHẦN HỐ HỌC CỦA TẾ BÀO I CÁC NGUYÊN TỐ CẤU TẠO NÊN TẾ BÀO - Các nguyên tố cấu tạo nên tế bào thể sống nguyên tố có tự nhiên (khoảng 25 -30/92 nguyên tố tự nhiên có mặt thể sống) - Chia thành nhóm Nguyên tố đại lượng - Hàm lượng 0,01 ( % so với khối lượng thể): C, N, H, , Ca Na Mg, K, S Trong nguyên tố chủ yếu C, H, O, N - Vai trò: + Cấu tạo nên chất hữu tế bào + Tham gia hoạt động sống Nguyên tố vi lượng (nguyên tố vết) - Hàm lượng 0,01 VD: Fe, Mn, Cu - Vai trò: Tham gia hoạt động sống (VD thơng qua hoạt động enzim ) II CÁC CHẤT VÔ CƠ Muối vo - Dạng muối nhiều hồ tan nước, thường có mơ cứng xương, vỏ ốc: muối canxi, muối silic, muối magiê - Dạng ion như: Na +, K+, Ca+, Cl- => Vai trò: Rất cần thiết cho hoạt động sống tế bào thể, tham gia p hản ứng, trì cân nội mơi Nước a Cấu tạo: Một phân tử nước gồm nguyên tử hiđrô liên kết với nguyên tử ơxi liên kết cộng hố trị b Đặc tính nước * Tính phân cực: Do đơi e- dùng chung bị kéo lệch phía ơxi nên phân tử nước phâ n cực thể vùng ôxi mang điện tích âm (-) vùng hiđrơ mang điện tích dương (+) * Tính liên kết nước: Do tính phân cực phân tử nước nên: - Các phân tử nước liên kết với nhờ liên kết hiđrô tạo nên cột nước liên tục tạ o nên màng phin bề mặt khối nước (Lưu ý: liên kết hiđrơ thẳng góc với trục OH kiên kết mạnh, cong liên kết khác liên kết yếu hơn) - Các phân tử nước liên kết với phân tử khác => nước dung mơi phổ biến * Tính điều hoà nhiệt nước - Nước điều hoà nhiệt độ khơng khí cách hấp thụ nhiệt từ khơng khí nóng thải nhiệt dự trữ lạnh -> Bề mặt Trái Đất bao phủ nhiều bề mặt nước, nước điều hoà nhiệt độ MT giới hạn, cho phép thể sống thí ch nghi - Nước điều hồ nhiệt độ thể cách lạnh giữ nhiệt nóng giải nhiệt cách bốc nước (VD mồ hơi) * Tính cách li nước nhờ trạng thái đá đông Ở nhiệt độ thấp nước bị đơng thành đá khơn g chìm mà bề mặt tạo nên tầng nước cách li, trạng thái lỏng sinh vật sống c Vai trò nước tế bào thể - Là môi trường sống sinh vật thuỷ sinh - Là dung môi môi trường khuếch tán (bào tương, máu ) - Tham gia vào phản ứng trao đổi chất ( phản ứng thuỷ phân, phản ứng quang hợp ) - Độ pH dung dịch gây ảnh hưởng đến hoạt động sống tế bào: Độ pH nước trung tính (pH=7 , liên quan đến nồng độ H + OH-) Sự thay đổ i độ pH ảnh hưởng đến hạot động sống tế bào, thể VD: Máu người có độ pH = 7,4; độ pH máu bị giảm xướng hay tăng lên 7,8 gây nguy hiểm đến tính mạng => tế bào thể có chế điều chỉnh độ pH chất đệm VD: axit cacbonic (H2CO3) H2CO3→ H+ + HCO3Nếu pH máu tăng lên 7,8 axit cacbonic bị phân li cung cấp H + để điều chỉnh pH mức 7,4 Nếu pH giảm xướng ion HCO 3- nhận H + tạo thành axit cacbonic để điều chỉnh pH mức 7,4 - Vai trò điều hồ nhiệt III CÁC CHẤT HỮU CƠ TRONG TẾ BÀO Cacbohiđrat (saccarit = đường) - Được cấu tạo từ C, H, O theo công thức chung (CH 2O)n - Gồm: Cacbohiđrat Đường đơn Đường đôi ( saccarôzơ, mantôzơ) lactôzơ Đường đa (tinh bột, glicôgen, xenlulôzơ) kitin Hecxôzơ Pentôzơ (glucôzơ, fructôzơ) (ribôzơ, đêôxiribôzơ) galactôzơ a Đường đơn (mơnốaccarit): gồm tử – cacbon/phân tử * Tính chất: - Là chất kết tinh có vị tan nước - Có đặc tính khử mạnh - Dùng dung dịch Phêlinh để thử tính khử tạo kết tủa Cu 2O màu đỏ gạch Glucôzơ + 2CuO → Cu2O ↓ + ½ O2 * Vai trò: - Cung cấp lượng cho tế bào VD: glucôzơ - Làm nguyên liệu để tạo đường đôi, đường đa; tham gia tạo thành phần TB VD đường pentôzơ tham gia cấu tạo ADN, ARN b Đường đôi (đisaccarit) : gồm phân tử đường đơn loại hay khác loại liên kết với nhờ liên kết glicôzit loại phân tử nước * Tính chất: - Có vị tan nước * Vai trò: Là đường dạng vận chuyển thể dùng làm chất dự trữ cacbon lượng c Đường đa (pôlisaccarit): Gồm nhiều đường đơn liên kết với * Tính chất: Là chất đa phân, khơng tan nước * Các dạng thường gặp - Tinh bột: + Gồm nhiều phân tử glucôzơ liên kết với theo kiểu phân nhánh + Là dạng dự trữ cacbon lượng thực vật nguồn lương thực chủ yếu người Có nhiều củ, hạt - Glicôgen: + Nhiều phân tử glucôzơ liên kết với thành phân tử có cấu trúc phân nhánh phức tạp + Là dạng dự trữ cacbon lượng thể động vật Có nhiều gan - Xenlulôzơ: + Gồm nhiều đơn phân glucôzơ glucôzơ liên kết với liên kết 1-4 glucôzit tạo nên đan xen sấp ngửa Các phân tử xenlulôzơ nằm băng duỗi thẳng, khơng có phân nhánh Các liên kết hiđrơ phân tử nằm song song hình thành nên bó dài dạng sợi, bền Lipit a Đặc tính: - Cấu tạo từ C, H, O có tỉ lệ O thấp cacbohiđrat - Không tan nước tan dung môi hữu axêtôn, clorofooc - Cho nhiều lượng cacbohiđrat - Khơng có cấu trúc đa phân ( pôlime) b Phân loại: * Lipit đơn giản (dầu, mỡ, sáp) - Cấu trúc: + Một phân tử dầu, mỡ gồm glixêrol liên kết với axit béo ( mỡ chứa nhiều axit béo no, ầu chứa nhiều axit béo không no) d + Một phân tử sáp gồm axit béo liên kết với rượu mạch dài - Chức năng: Nguyên liệu dự trữ lượng chủ yếu tế bào * Lipit phức tạp - Phôtpholipit: + Một phân tử glixêrol liên kết với phân tử axit béo nhóm phốt phát có gắn ancol phức + Phân tử phơtpholipit có tính lưỡng cực: đầu ancol ưa nước kị nước (mạch cacbua hiđrô dài axit béo) + Chức năng: cấu trúc màng sinh chất (màng sinh học nói chung) * Stêrơit: + Phân tử stêrơit có chứa ngun tử kết vòng + Các stêrơit quan trọng: Côlestêrôn, hoocmôn sinh dục testosterôn (ở nam) ơstrôgen (ở nữ), số vitamin A, D, E K Prơtêin a Cấu trúc prơtêin * Cấu trúc hố học: - Prơtêin có cấu trúc đa phân mà đơn phân axit amin + axit amin chứa nguyên tử C liên kết với nhóm: nhóm amin (-NH2), nhóm cacboxin (COOH), nhóm -H gốc R + Có khoảng 20 loại axit amin khác gốc R - Các axit amin liên kết với liên kết peptit nhóm amin axit amin với nhóm cacboxin axit amin (loại phân tử nước cho liên kết) tạo nên chuỗi pôlipeptit - Một phân tử prôtêin gồm hay nhiều chuỗi pôlipeptit loại hay khác loại - Phân tử prôtêin đặc trưng số lượng, thành phần trình tự xếp axit amin chuỗi pơlipeptit * Cấu trúc khơng gian : Prơtêin có cấu trúc không gian gồm bậc - Cấu trúc bậc : Các aa nối với LK peptit nên chuỗi polipeptit đầu mạch nhóm amin, cuối mạch nhóm cacbơxyl - Cấu trúc bậc hai : Chuỗi polipeptit co xoắn  nếp gấp  nhờ liên kết H aa gần - Cấu trúc bậc : hình dạng Prơtêin không gian chiều xoắn bậc cuộn xếp theo kiểu đặc trưng cho loại P rôtêin tạo nên khối cầu nhờ liên kết đisunphua hay liên kết H, liên kết ion - Cấu trúc bậc : Prơtein có hay nhiều chuỗi polypeptit có cấu trúc bậc phối hợp với b Chức prôtêin : chức chủ yếu Loại prôtêin Chức VD Prôtêin cấu trúc - Cấu trúc nên TB thể - Kêratin cấu tạo nên lơng, tóc, móng tay Prơtêin enzim - Xúc tác phản ứng - ainilaza thủy phân tinh bột Prôtêin hoocmơn - Điều hòa vận chuyển vật chất TB thể - InSulin điều chỉnh lượng gllucôzơ hg máu Prôtêin dự trữ - Dự trữ aa - Albumin, prô sừa Prôtêin vận chuyển - Vận chuyển chất - Hg vận chuyển O2 CO2 prôtêin thụ thể - Giúp TB nhận biết tín hiệu hóa học - Các P thụ thể màng sinh chất prôtêin co dãn - Co cơ, vận chuyển - Actin miôzin prôtêin bảo vệ - Chống bệnh tật - Các kháng thể * Lưu ý : - Sự tạo thành cấu trúc không gian từ chuỗi pôlipeptit nhờ tham gia loại prôtêin gọi chaperon - Prơtêin bị biến tính ( trở cấu trúc bậc 1) tác động yếu tố nhiệt độ, pH môi trường Nếu bị biến tính prơtêin chức Prơtêin hồi tính (trờ lại cấu trúc không gian) điều kiện định - Sự sai lệnh số lượng, thành phần, trình tự xếp c ác axit amin chuỗi pôlipeptit dẫn đến biến đổi cấu trúc hoạt tính prơtêin gây nên bệnh tật cho thể VD : Bệnh thiếu máu hồng cầu lưỡi liềm người sai lệch trình tự axit amin vị trí số số 146 axit amin chuỗi  hêmôglôbin ADN (axit đêôxiribô nuclêic) a Cấu trúc ADN * Cấu trúc hoá học : - ADN cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân nuclêôtit + Mỗi nuclêôtit gồm thành phần: phân tử đường đêơxiribơzơ, nhóm photphat loại bazơ A, T, G, X + Các loại nuclêôtit khác thành phần bazơ nitơ - Các nuclêôtit LK với liên kết cộng hố trị (LK phơtphođieste) axit phơtphoric nuclêôtit với đường nuclêôtit tạo nên chuỗi pôli nuclêôtit - Phân tử ADN đặc trưng số lượng, thành phần trình tự xếp nuclêôtit chuỗi pôlinuclêôtit * Cấu trúc không gian dạng B ( theo J.Watson F.Crick) - Mỗi ptử ADN gồm chuỗi polinuclêôtit ngược chiều xoắn quanh trục, nuclêôtit hai mạch liên kết với lk hiđrô theo nguyên tắc bổ sung (A lk với T = lk hiđrô, G lk với X = lk hiđrô) giống cầu thang xoắn: + Các bậc thang cặp bazơ nitơ + Tay thang ptử đường nh óm photphat xen kẽ - Đường kinh chuỗi xoắn kép 2nm, vòng xoắn gồm 10 cặp nuclêơtit dài 3,4nm (1nm = 10A 0) b Chức ADN: - ADN vật chất mang thông tin di truyền lưu giữ mã ba Trình tự mã ba ADN quy định trình tự axit amin chuỗi pôlipeptit - Truyền thông tin di truyền qua hệ thông qua nhân đôi phân tử ADN mẹ thành phân tử ADN TB phân bào - ADN có chức phiên mã cho ARN, từ dịch mã tạo prơtêin đặc thù thơng qua prơtêin tạo nân tính trạng đa dạng sinh vật * Lưu ý: ADN có tính chất biến tính hồi tính Dưới tác động yếu tố nhiệt độ tăng cao, yếu tố hố học gây biến tính kìêm, urê , ADN sợi kép tách thành mạch đơn Nhiệt độ tách ADN thành mạch đơn gọi nhiệt độ nóng chảy Khi hạ nhiệt độ từ từ ADN sợi đơn lại kết hợp trở thành sợi kép (hồi tính) Hiện tượng biến tính ứng dụng để lai ADN Cho phân tử ADN khác biến tính, sau cho hồi tính có kết hợp kết hợp tạo ADN lai ARN ( axit ribơ nuclêic) a Cấu trúc hố học: - ARN cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân nuclêôtit + Mỗi nuclêôtit gồm thành phần: phân tử đường ribơzơ, nhóm photphat loại bazơ A, U, G, X + Các loại nuclêôtit khác thành phần bazơ nitơ - Các nuclêôtit LK với liên kết cộng hố trị (LK phơtphođieste) axit phơtphoric nuclêôtit với đường nuclêôtit tạo nên chuỗi pôli nuclêôtit - Mỗi phân tử ARN gồm mạch pôlinuclêôtit b Cấu trúc không gian chức năng: Có nhiều loại ARN khác nhau, có cấu trúc khác Ở nêu cấu trúc loại ARN chủ yếu Nd mARN tARN rARN Cấu trúc mạch pơlinu (hàng trăm đến hàng nghìn đơn phần) Chức Truyền đạt TTDT mạch polinu (80 – 100 nu) quấn trở lại đầu tạo mạch polinu (hàng thuỳ tròn, có đoạn cặp nu liên kết theo NTBS (A nghìn nu), 70% – U; G – X) Mỗi phân tử ARN có đầu mang aa, số nu có liên kết bổ sung đầu mang ba đối mã Vận chuyển aa đến ribôxôm đề tổng hợp prô Thành phần chủ yếu ribôxôm * Lưu ý: - Đối với số virut, ARN đượ c dùng vật chất mang thông tin di truyền - Ngồi loại ARN tren có loại ARN có khối lượng bé có chức xúc tác gọi ribôzim loại ARN điều chỉnh hoạt động gen - Các ba mARN gọi ba mã hoá Có 64 ba mã hố khác nhau, ba mỡ đầu AUG ( mã hoá cho axit a mêtiônin SV nhân thực axit amin foocmin mêtiônin sinh sinh vật nhân sơ) ba ba làm nhiệm vụ kết thúc phiên mã khơng mã hố cho axit amin UAA, UAG, UGA Các đặc tính vật chất mang thông tin di truyền Vật chất mang thông tin di truyền cần có đặc tính sau: - Có khả lưu giữ thơng tin dạng bề vững cần cho việc cấu tạo, sinh sản hoạt động TB - Có khả chép xác để thơng tin di truyền đượ c truyền từ hệ sang hệ - Thông tin chứa đựng vật chất di truyền phải dùng để tạo phân tử cần cho cấu tạo hoạt động TB - Vật liệu có khả biến đổi, thay đổi (đột biến) xảy tần số thấp IV CÁC LIÊN KẾT HỐ HỌC VÀ VAI TRỊ CỦA CHÚNG TRONG CƠ THỂ SƠNG Các liên kết hố học - Liên kết bề vững: liên kết cộng hoá trị - Liên kết yếu: + Liên kết hiđrô + Liên kết ion + Liên kết Vanđe- Van + Liên kết kị nước Vai trò liên kết hoá học - Nhờ liên kết bền vững nên phân tử, phức hợp phân tử cấu trúc TB trì ổn định bền vững môi trường thay đổi VD: Các liên kết cộng hố trị như: Lk glicơzit, LK peptit, LK este có vai trò quan trọng thành lập đa hợp phân tử trì cấu trúc chúng - Các liên kết yếu sở tính mềm dẻo cấu trúc phản ứng VD: Các LK yếu tạo nên cấu trúc không gian prôtêin, axit nuclêic GIẢI ĐỀ, TRẢ LỜI CÂU HỎI Câu 1: (đề đề nghị ơlympic 15) - Tại có số VSV sống suối nước nóng t o  100oC mà Prôtêin chúng lại không bị hư hỏng (biến tính) ? Prơtêin có cấu trúc đặc biệt khơng bị biến tích t o cao - Tại nấu canh cua thịt cua lên mảng ? Trong môi trường nước TB, Prôtêin dấu phần kị nước bên bộc lộ phần ưa nước bên to cao, bên bộc lộ bên chất kị nước phân tử liên kết lại với  Prôtein vốn cục, mảng mặt nước PHẦN III: CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA TẾ BÀO NHÂN THỰC I ĐẠI CƯƠNG VỀ MÀNG SINH HỌC - Màng sinh học xuất màng sinh chất bao quanh khối tế bào chất - 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, xoang tạo nên hệ bào quan phức tạp -> đảm bảo 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) giống màmg lipơprơtêin cấu trúc khảm động Tuy nhiên, hàm lượng lipit, prôtêin cacbohiđrat cách xếp chúng màng tuỳ thuộc vào chức màng II MÀNG SINH CHẤT Cấu trúc khảm động a Cấu trúc khảm: + Là màng lipơprơtêin có độ dày 7-10nm, có thành phần hố học gồm lipit (25-75%) prơtêin (25-75%) Ngồi có cacbohiđrat (5-10%) + Lipit chủ yếu phôtpholipit tạo thành lớp kép xếp theo kiểu đầu ưa nước quay vào trong, đầu kị nước quay lại với + Prôtêin phân bố đa dạng linh hoạt lớp kép + Cacbohiđrat thường liên kết với lipit prôtêin mặt ngồi màng b Cấu trúc động: Lipit prơtêin chuyển động lắc ngang xoay tròn chỗ tạo nên tính mềm dẻo màng * Màng có tính động do: - Trạng thái no hay chưa no phân tử photpholipit - Tỉ lệ photpholipit / colesterol - Tính linh hoạt phân tử phơtpholipit - Tính linh hoạt prơtêin * Tính mềm dẻo màng làm cho màng thay đổi tính thấm để đáp ứng hoạt động thích nghi cao tế bào Chức màng sinh chất a Vận chuyển vật chất qua màng (3 phương thức) * Vận chuyển thụ động: (vận chuyển chiều nồng độ) - Điều kiện: + Có chênh lệch nồng độ hai bên màng + Các chất có kích thước nhỏ + Khơng tiêu tốn lượng ATP - Có hai đường: + Khuếch tán trực tiếp qua lớp kép phôtpholipit : với chất nhỏ không phân cực (O2, CO2 ), chất tan lipit, có chất lipit ( rượu êtylic, ơstrơgen ) + Khuếch tán nhờ prơtêin màng mang tính chọn lọc (pecmêaza): kênh prôtêin ion prôtêin mang chất khác glucôzơ, axit amin , nước thẩm thấu nhờ loại prrôtêin mang có tên aquaporin 10 Tóm lại: - Trong ni cấy tĩnh, MT thay đổinhịp điệu sinh trưởng, hình thái, sinh lý TB ln thay đổi - Sự sinh trưởng quần thể VK tuân theo quy luật định phụ thuộc vào thời gian   • •  Ý nghĩa việc nghiên cứu sinh trưởng VK nuôi cấy tĩnh Nghiên cứu trình sinh trưởng quần thể VSV Nghiên cứu tạo thành sản phẩm TĐC,các chất có hoạt tính sinh học, sinh khối TB  Hiện tượng sinh trưởng kép sinh trưởng thêm Nếu MT tổng hợp có hỗn hợp loại hợp chất cacbon VK có xu hướng tổng hợp enzim phân giải hợp chất bon dễ đồng hoá trước.Sau tổng hợp tiếp enzim phân giải hợp chất thứ Khi đồ thị ST có pha lag, pha log (đồ thị sinh trưởng kép)  Đồ thị sinh trưởng kép • Đồ thị sinh trưởng thêm Sau pha suy vong, số VK sống sót tiếp tục sinh trưởng nhờ chất dinh dưỡng giải phóng từ q trình tự phân Đồ thị sinh trưởng kéo dài thêm đoạn cong nhỏ gọi tượng sinh trưởng thêm 24 Trong nuôi cấy tĩnh:       MT không đổi mới, ĐKMT đổi Thời gian pha log ngắn Giống VSV mau bị già Thay đổi tốc độ sinh trưởng riêng Bất lợi cho q trình cơng nghệ VS Để khắc phục tình trạng trên, cơng nghệ sinh học sử dụng thiế t bị nuôi cấy liên tục Chêmostat Turbidostat b Nuôi cấy liên tục  Ni cấy liên tục q trình ni người ta liên tục cho dòng MT vào đồng thời loại bỏ lượng dịch nuôi cấy tương ứng  Chêmostat Turbidostat có khả năng: - Duy trì MT nuôi cấy ổn định - Giữ giống nuôi cấy trạng thái (pha log) Nuôi cấy tĩnh - Thành phần MT không đổi - Chất dinh dưỡng cạn dần theo thời gian - Thời gian pha log ngắn - Tốc độ sinh trưởng r iêng, trạng thái sinh lý, sinh hóa tế bào thay đổi - Sinh khối TB đạt mức không cao - Sự ST quần thể theo pha phụ thuộc vào thời gian - Việc điều khiển tự động khó thực Ý nghĩa ni cấy liên tục Nuôi cấy liên tục - MT đổi ổn định - Chất dd ổn định dư thừa - Thời gian pha log dài - Tốc độ sinh trưởng riêng, trạng thái sinh lý, sinh hóa tế bào ln ổn định - Sinh khối TB đạt mức cao - Sự ST theo lũy thừa thường xuyên mật độ không đổi theo thời gian - Việc điều khiển tự động thực dễ dàng 25 • Ni cấy liên tục xem hệ thống mở có khuynh hướng dẫn đến cân động học Nhờ điều khiển tự động, quần thể VK cung cấp MT ổn định nên ST PT tối đa • Trong cơng nghiệp để thu sinh khối VK, thu sản p hẩm TĐC chất có hoạt tính sinh học phục vụ đời sống PHẦN IV: VIRÚT I/ Lược sử nghiên cứu virut - Từ cổ xưa cách 1500 năm trước CN, người ta tìm thấy chứng bệnh bại liệt, bệnh dại, bệnh đậu mùa Ai Cập, Hy Lạp, Ấn Độ Trung Ho a - 1892 nhà sinh lý thực người Nga Dimitri Ivanopxkii tìm nguyên nhân gây bệnh đốm thuốc thí nghiệm đơn giản sau đây: Tác nhân gây bệnh gọi virut, chúng có kích thước nhỏ nhiều so với VK - Năm 1935 Wendel M.Stanley thông báo gây chấn động ông kết tinh virut đốm thuốc khiến người ta nghi ngờ chất sống virut - Vào năm 40 kỷ này, đời kính hiển vi điện tử việc tìm phương pháp ni cấy virut bình ni cấy mơ tế bào giúp người nhận biết hình thái, cấu trúc chất virut - Những thành tựu virut nhiều ần quan trọng đẩy lùi bệnh chúng gây người, vật nuôi góp ph năm qua trồng, thúc đẩy phát triển chung Sinh học đại  Vi rut gì? Vi rut dạng sống đặc biệt, chưa có cấu tạo tế bào, sống kí sinh bắt buộc, kích thước siêu hiển vi nên muốn quan sát chúng phải sử dụng đến kính hiển vi điện tử II Hình thái, cấu tạo virut Hình thái, kích thước  Có dạng hình thái sau : 26 a Đối xứng xoắn : trục đối xứng trùng với trục dọc thể Các cápsome xếp theo kiểu xoắn lò xo hay khơng Virut đốm thuốc Virut dại b Đối xứng khối: thể có trục đối xứng, capsome xếp thành hình cầu hay khối cầu đa diện 27 Virut HIV c Đối xứng phức hợp: + Phần đầu có cấu trúc đối xứng khối + Phần có cấu trúc đối xứng Virut bại liệt xoắn d Ngoài dạng trên, số virut có hình dạng bất định virut cúm  Vậy hình thái VR phụ thuộc vào yếu tố nào? Kích thước Virut có kích thước nhỏ: từ 10 -100 nm  Virut nhỏ = 1/100 vi khuẩn E coli (virut bại liệt đường kính 10Ao)  Virut lớn = 1/10 vi khuẩn E coli (virut đậu mùa đường kính 300Ao) (1mm3 chứa 10 vạn tỷ virut) * Vậy, để đo kích thước VR người ta dùng phương pháp sau : +Đo trực tiếp kính hiển vi điện tử +Dùng phương pháp li tâm siêu tốc +Cho qua màng lọc biết trước kích thước lỗ màng Cấu tạo chung virut 28 * Gồm phần chính: - Phần vỏ - Phần lõi - Một số cấu trúc riêng : + Màng bao (vỏ ngoài) + Enzim Hạt virut hoàn chỉnh giai đoạn khơng nhân lên gọi virion a Phần vỏ (capside) - Gồm đơn vi protein gọi capsome + Các capsome liên kết với thành vỏ capside + Số lượng capsome từ vài chục đến vài ngàn hạt virut - Phức hợp ax it nucleic- capside gọi nucleocapside * Kích thước virut liên quan đến số lượng capsome vỏ capside VD: VR hecpet có số lượng capsome : 72 kích thước 150 - 200nm Parvovirut có số lượng capsome: 12 kích thước:18 – 26 nm * Chức phần vỏ - Chứa đựng bảo vệ phần lõi - Giúp virut gắn vào vị trí đặc hiệu tế bào chủ nhờ thụ thể - Duy trì ổn định hình thái, kích thước virut - Quyết định tính kháng nguyên đặc hiệu ch o virut b Phần lõi (axit nucleic)  Cấu tạo * Bộ gen sinh vật nhân thực ADN sợi * Bộ gen virut chứa loại axit nucleic ADN ARN (1 sợi sợi dạng thẳng dạng vòng ) * Số lượng axit nucleic chiếm 12% trọng lượng hạt VR * Số lượng gen từ - vài trăm gen tuỳ lồi VR * Chức phần lõi -Mang thơng tin di truyền đặc trưng cho virut -Quyết định khả gây nhiễm virut với tế bào chủ ên tính bán kháng ng -Quyết định chu kỳ nhân l uyên đặc hiệu virut  Axit nucleic có vai trò định quy định đặc điểm virut 29 c Một số cấu trúc riêng -Màng bao (vỏ ngoài) lớp màng bao vỏ capsit, cấu tạo tương tự màng Trên màng có núm lồi hay gọi gai glicơprơtêin VR khơng có màng bao gọi virut trần -Chức màng bao : + Giúp bảo vệ phần vỏ ổn định kích thước VR + Giúp VR bám vào vị trí đặc hiệu bề mặt TB chủ + Tham gia lắp ráp giải phóng VR + Tạo nên kháng nguyên đặc hiệu bề mặt VK nhờ gai lipoprotein + Các enzim tham gia trình nhân lên VR (lizozim, AND polimeraza, ARN polimeraza), …  Phân biệt Viroit Prion Các đặc điểm Viroit Prion Bản chất phân tử Phân tử ARN đơn dạng vòng Đối tượng gây Tế bào thực vật bệnh Cơ chế gây bệnh Nhân lên nhờ hệ thống enzim TB chủ Ví dụ Bệnh củ khoai tây hình thoi Bệnh hại dừa III Phân loại virut Căn vào vật chủ gây nhiễm: - Virut gây bệnh người động vật - Virut gây bệnh thực vật - Virut gây bệnh vi sinh vật Căn vào triệu chứng lâm sàng - Virut gây bệnh phổ biến - Virut gây bệnh hệ th ần kinh - Virut gây bệnh da niêm mạc Căn vào cấu trúc đặc điểm sinh học virut Phân tử protein Tế bào động vật Prion bình thường biến đổi thành prion độc gây thóai hóa hệ TK Bệnh bò điên (xốp n ão) - Kiểu axit nucleic - Cấu trúc kiểu đối xứng capside - Có hay khơng có màng ngồi - Số lượng capsome - Kích thước axit nucleic - Đường kính hạt virut - Vị trí lắp ráp với axit nucleic - Vị trí gắn màng ngồi 30 IV Chu trình nhân lên Bacteriophage  Cấu trúc Bacteriophage (thực khuẩn thể T2 kí sinh E coli) * Phần đầu: đối xứng 20 mặt - loại protein (212 đvht) - AND sợi kép (169 000 cặp nucleotit với 30 gen hoạt động chức năng) *- Phần đuôi: - Bao đuôi co rút - Trụ đuôi (8nm) - Đĩa gốc (gai lơng đi) ( Hình bên ) Chu kỳ nhân lên bacteriophage gồm giai đoạn: Giai đoạ n hấp phụ Giai đoạn xâm nhập Giai đoạn sinh tổng hợp Giai đoạn lắp ráp Giai đoạn giải phóng virut (phóng thích) Giai đoạn hấp phụ ( Hình 1) - Đầu mút sợi lơng gắn vào vị trí định bề mặt tế bào VK gọi thụ thể nhờ liên kết hoá học - Thụ thể có tính đặc hiệu cao với loại virut - Sự hấp phụ ảnh hưởng nhiều yếu tố: - Ngưỡng lây nhiễm: tỷ số tương quan số lượng VR/ TBVK Sự có mặt nhân tố bổ trợ - Triptophan - TKT T4 - Biotin – VR nhiễm Corynerbacterium glutamicum - Nồng độ ion (Ca++, Al+++) pH =7 - Nhiệt độ thích hợp cho sinh trưởng VR Giai đoạn xâm nhập : ( Hình 2) Diễn theo chế : *Cơ chế cởi áo: tiết men lizozim làm tan lớp peptidoglican thành tế bào để tuồn axit nucleic, phần vỏ để lại bên *Cơ chế thực bào: chân giả bao quanh hạt virut, tiết enzim làm tan vỏ, giải phóng axit nucleic vào TB Giai đoạn sinh tổng hợp ( Hình 3) - Nguyên tắc tổng hợp : Nguyên liệu, lượng lấy từ VK, khuôn mẫu virut  sản phẩm tổng hợp đặc trưng cho virut Quá trình tổng hợp gồm kiện chính: 31 a.Ức chế tổng hợp thành phần TB vi khuẩn VR tiết enzim dezoxyribonucleaza để: +Phân huỷ axit nucleic, +Đình trình tổng hợp protein +Giải phóng nucleotit tự làm nguyên liệu cho q trình tổng hợp b Tích cực tổng hợp thành phần VR - Tổng hợp enzim đặc hiệu (AND-ARN polymeraza) để tổng hợp axit nucleic - Tổng hợp protit theo nhu cầu giai đoạn: + Protein kì đầu (enzim chép mARN, gắn VR vào VK, điều khiển tổng hơp) + Protein kỳ (protein vỏ đuôi) + Protein kỳ cuối ( enzim lắp ráp, phá huỷ thành TB) Giai đoạn lắp ráp virut ( Hình 4) - Các thành phần đầu tổng hợp riêng, sau có lắp ráp với - ADN nhân chép nhờ ADN -polimeraza chui vào đầu tạo thành hạt virut hoàn chỉnh ADN thừa phân giải nhờ nucleaza Giai đoạn giải phóng virut ( Hình 5) Giải phóng từ từ: - VR tiết enzim chọc thủng thành TBVK - TB chết từ từ Giải phóng ạt: - VR tiết enzim làm thành tế bào vỡ đột ngột - TB chết nhanh Tóm lại: - Quá trình nhân lên xảy VR xâm nhập vào thể sống - Thực chất nhân lên th ành phần protein axit nucleic, sau kết hợp lại thành hạt virut - Thời gian chu kỳ khoảng 25 phút - Số lượng phage hình thành khoảng 100 - 200 hạt V.Chu trình tiềm tan Định nghĩa: - Là trình ADN virut xâm nhập vào hệ gen TB ch ủ (prophage), nhân lên hệ gen TB chủ tồn suốt thời gian dài gọi chu trình tiềm tan + VR tham gia vào q trình gọi VR ơn hòa + TB VK mang VR ơn hòa gọi TB tiềm tan + TB tiềm tan không bị tiêu diệt phage độc  Khi VR ơn hòa chuyển từ trạng thái tiềm tan sang trạng thái sinh tan? Khi gặp tác nhân cảm ứng tia UV, tia X, peroxyt hữu cơ, VR ơn 32 hòa chuyển sang trạng thái sinh tan – phá hủy tế bào 33 HIV/AIDS I Khái niệm HIV/AIDS ( Human immuno – Defficiency Virut)  HIV: Virut gây suy giảm miễn dịch người  AIDS: Hội chứng suy giảm miễn dịch mắc phải (Acquired immuno deficiency Sydrome)  Tai virut HIV lại có khả gây bệnh AIDS?  VR HIV gây nhiễm phá hủy tế bào hệ thống miễn dịch thể làm thể khả miễn dịch  Các VSV khác lợi dụng lúc thể bị suy giảm miễn dịch công (VSV hội)  Cơ thể dễ bị nhiễm bệnh (bệnh hội) Các tế bào mà HIV cơng : Đại thực bào ( Hình 1) & TB lim phơ T ( Hình 2) Cấu trúc virut HIV …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ……………………………… Chu trình nhân lên virut HIV tế bào lim T4 Các giai đoạn chu kỳ nhân lên virut HIV Giai đoạn hấp phụ Giai đoạn xâm nhập Giai đoạn mã ngược Gắn vào hệ gen tế bào lim phô T Sinh tổng hợp Lắp ráp Giải phóng virut HIV lây truyền qua đường nào? - Máu - Tình dục - Từ mẹ sang Các giai đoạn phát triển bệnh AIDS Giai đoạn Thời gian kéo dài Đặc điểm Thời kỳ cửa sổ tuần đến Khơng có triệu chứng tháng Số TB limphơ >500/ml Thời kỳ không triệu chứng đến 10 năm Xuất số triệu chứng bệnh Số lượng lim phô bào >200 - 500/ml 34 máu Thời kỳ biểu bệnh AIDS Sau đến 10 năm Xuất triệu chứng điển hình AIDS Số TB limphơ