Cấu trúc tế bào

HỘI THẢO KHOA HỌC KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ - NĂM 2017 CHUYÊN ĐỀ CẤU TRÚC TẾ BÀO Tháng năm 2017 MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU I Lí chọn đề tài II Mục tiêu chuyên đề III Đối tượng áp dụng PHẦN II NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ A LÝ THUYẾT I ĐẠI CƯƠNG VỀ TẾ BÀO II CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO NHÂN SƠ .6 III CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO NHÂN THỰC .8 MÀNG SINH CHẤT CÁC CẤU TRÚC NGOÀI MÀNG SINH CHẤT .14 TẾ BÀO CHẤT .16 TI THỂ (Mitochondria) 16 LẠP THỂ (Plastide) 19 LƯỚI NỘI CHẤT (Endoplasmic reticulu: ER) 20 RIBOSOME 22 PHỨC HỆ GOLGI (Golgi complex) 24 LYZOXOM (Tiêu thể) 26 10 PEROXYSOME 28 11 KHUNG XƯƠNG TẾ BÀO 28 12 TRUNG THỂ (CENTROSOME) .30 13 LÔNG VÀ ROI 32 14 KHÔNG BÀO .32 15 NHÂN .33 B CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VẬN DỤNG 35 PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 PHẦN I: MỞ ĐẦU I Lí chọn đề tài Trong chương trình sinh học cấp trung học phổ thông, phần kiến thức về cấu trúc tế bào một nội dung quan trọng, đưa nhiều vào đề thi chọn học sinh giỏi quốc gia, quốc tế, thi học sinh giỏi giải toán máy tính Casio Nhiều giáo viên học sinh cịn lúng túng với phần kiến thức ôn luyện đợi tuyển HSG Mặc dù có rất nhiều tài liệu viết về cấu trúc tế bào tài liệu khác với mục đích khác nhau, phần kiến thức về cấu trúc tế bào trình bày theo nhiều cách khác Vì vậy, biên soạn chuyên đề: “Cấu trúc tế bào” để giúp học sinh có nhìn tởng qt hơn, thống nhất Đồng thời hỗ trợ cho giáo viên kiểm tra kiến thức học sinh thông qua hệ thống câu hỏi Đây nguồn tài liệu ôn tập kì thi trung học phổ thông, học sinh giỏi cấp, kì thi chọn học sinh giỏi quốc gia, quốc tế thi học sinh giỏi giải toán máy tính Casio II Mục tiêu chuyên đề - Hệ thống hóa mợt số kiến thức về cấu trúc tế bào - Giới thiệu một số câu hỏi, tập vận dụng III Đối tượng áp dụng - Học sinh ôn thi trung học phổ thông - Các đội tuyển ôn thi học sinh giỏi môn sinh học cấp - Các giáo viên sinh học PHẦN II NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ A LÝ THUYẾT I ĐẠI CƯƠNG VỀ TẾ BÀO Lịch sử nghiên cứu tế bào 1632-1723: Antony van Leeuwenhoek (Hà Lan) Malpighi (Italia) đồng thời đợc lập dùng kính hiển vi đối tượng động vật phát tế bào 1665: Robert Hooke phát tế bào nút bấc, sau mơ thực vật sống kính hiển vi 1839: Theodor Schwann Matthias Jakob Schleiden phát biểu nguyên lý thực vật động vật cấu thành từ tế bào, chứng tỏ tế bào đơn vị cấu trúc phát triển sinh vật, từ mà người ta xây dựng nên Học thuyết Tế bào Học thuyết tế bào Ðến năm 1858 thuyết tế bào mở rộng thêm một bác sĩ người Ðức (Rudolph Virchow): Tế bào tế bào có trước sinh Quan điểm (mở rợng tế bào) Virchow sau Louis Pasteur (1862) thuyết phục nhà khoa học đồng thời hàng loạt thí nghiệm chứng minh Như tóm tắt thuyết tế bào sau: Tế bào đơn vị cấu tạo sống tất sinh vật, tế bào tế bào có trước sinh  Mọi sinh vật cấu tạo từ mợt nhiều tế bào  Có thể truyền vật liệu di truyền cho thế hệ tế bào tiếp theo  Tế bào chứa thông tin di truyền điều khiển chức mình  Mọi chức sống sinh vật diễn tế bào  Các tế bào tạo từ tế bào trước Hình dạng kích thước tế bào a Hình dạng Hình dạng tế bào rất biến thiên tùy thuộc rất nhiều vào tế bào một sinh vật đơn bào hay tế bào chun hóa để giữ mợt nhiệm vụ thể sinh vật đa bào Từ dạng đơn giản hình cầu, hình trứng, hình que gặp sinh vật đơn bào đến hình dạng phức tạp tế bào hình mô thực vật, hay tế bào thần kinh động vật cấp cao Ðặc biệt sinh vật đơn bào hình dạng có ý nghĩa quan trọng đời sống chúng Ví dụ: Vi khuẩn hình cầu chịu đựng khơ hạn giỏi vì diện tích tiếp xúc với mơi trường bên ngồi giữ nước dù môi trường sống rất khô Ngược lại vi khuẩn hình que dài có diện tích tiếp xúc cho đơn vị thể tích với mơi trường bên ngồi lớn nên tồn dễ dàng mơi trường có nồng đợ thức ăn khơng cao b Kích thước Kích thước tế bào rất biến thiên theo loại tế bào Nói chung, thường tế bào rất nhỏ phải dùng kính hiển vi quan sát Vi khuẩn có lẻ sinh vật đơn bào có kích thước nhỏ nhất Thí dụ, vi khuẩn Dialister pneumosintes có kích thước rất nhỏ 0,5 x 0,5 x 1,5 (m trứng chim đà điểu tế bào có đường kính đến 20 cm, hay tế bào thần kinh có đường kính nhỏ dài đến 90 - 120 cm Trung bình thì đường kính biến thiên khoảng từ 0,5 đến 40 (m) Thật độ lớn nhỏ tế bào không quan trọng mà tỉ lệ diện tích bề mặt thể tích tế bào có ảnh hưởng lớn đến đời sống một tế bào Tế bào lấy thức ăn, oxy từ môi trường chung quanh thải chất cặn bả bên tế bào Các vật liệu đều phải di chuyển xuyên qua bề mặt tế bào Khi tế bào gia tăng kích thước, thể tích tăng gấp nhiều lần so với gia tăng diện tích (ở hình cầu, thể tích tăng theo lủy thừa bậc ba diện tích tăng theo lủy thừa bậc hai) Do đó, tế bào lớn lên thì trao đổi qua bề mặt tế bào khó khăn Phân loại tế bào Dựa đặc điểm cấu trúc tế bào phân chia tế bào sinh vật làm hai nhóm: tế bào nhân sơ tế bàonhân thực * Tế bào nhân sơ: Là loại tế bào khơng có màng nhân ADN có kiến trúc xoắn vịng kín Khơng có bào quan có màng Các tế bào gặp sinh vật thuộc giới sinh vật sơ hạch: Archaebacteria Eubacteria * Tế bào nhân thực: Là loại tế bào có nhân với màng nhân bao quanh, nhiều loại bào quan có màng bao Các tế bào gặp sinh vật thuộc giới Protista, Nấm, Thực vật Ðộng vật II CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO NHÂN SƠ Tế bào khơng có màng nhân khơng có cấu trúc có màng khác mạng nợi chất, hệ Golgi, tiêu thể, peroxisom ty thể (các chức ty thể thực mặt màng tế bào vi khuẩn) Ở vi khuẩn quang tởng hợp, có phiến hay túi có chứa diệp lục tố mà khơng phải lạp có màng bao riêng biệt Từ lâu người ta nghĩ tế bào nhân sơ khơng có nhiễm sắc thể Hiện nay, với kính hiển vi điện tử người ta biết tế bào nhân sơ có mợt phân tử ADN to, khơng liên kết chặt chẻ với protein ADN tế bào nhân thực, xem nhiễm sắc thể Tế bào vi khuẩn thường có ADN nhỏ, đợc lập gọi plasmit Nhiễm sắc thể tế bào nhân sơ plasmit có dạng vịng kín Như nhiễm sắc thể tế bào nhân thực, nhiễm sắc thể tế bào nhân sơ có mang gen kiểm sốt đặc điểm di truyền tế bào hoạt đợng thơng thường Sự tởng hợp protein thực ribôxôm, một bào quan quan trọng tế bào chất tế bào nhân sơ nhân thực Tuy nhiên, ribôxôm tế bào nhân sơ nhỏ tế bào nhân thực Một số tế bào vi khuẩn có tơ mà quen gọi chiên mao Những chiên mao khơng có vi ống cấu trúc cử đợng hồn toàn khác chiên mao tế bào chân hạch Chiên mao vi khuẩn cấu tạo một loại protein flagellin xếp theo đường xoắn Sự cử động vi khuẩn quay tròn sợi protein đẩy tế bào tới; đổi hướng di chuyển nhờ đảo ngược chiều quay một cách tạm thời sợi protein chiên mao Vách tế bào hầu hết vi khuẩn cấu tạo murein gồm một đường đa liên kết với nhánh acid amin, tìm thấy tế bào vi khuẩn * Thuyết nội cộng sinh Hiện nay, nhà sinh vật học cho ty thể lục lạp hai bào quan có tế bào nhân thực có nguồn gốc từ sinh vật nhân sơ sống nội sinh tế bào sinh vật chủ Lynn Margulis Ðại học Boston đưa chứng thuyết nội cộng sinh (endosymbiotic hypothesis) sau: Ty thể lục lạp có chứa ribô thể nhiễm sắc thể riêng Ty thể lục lạp tạo màng riêng cho Nhiễm sắc thể bào quan giống tế bào nhân sơ, hai có dạng vịng, khơng liên kết với thể nhân protein, khơng có màng bao Các tổ chức bên gen bào quan giống tế bào nhân sơ khác với tế bào nhân thực Ribô thể ty thể lục lạp giống ribô thể tế bào nhân sơ tế bào nhân thực Nhiều vi khuẩn quang tổng hợp ngày sống bên tế bào chân hạch, cung cấp chất dinh dưỡng cho tế bào, ngược lại tế bào cung cấp nơi cho chúng Tương tự, số vi khuẩn không quang tổng hợp sống bên tế bào chân hạch, lấy chất dinh dưỡng chia xẻ lượng từ thức ăn mà tế bào chủ biến dưỡng được, hình thức cộng sinh bắt buộc Sự phân chia tế bào nhân thực có tham gia thoi vi ống vi khuẩn, ty thể lục lạp phân chia cách phân đôi Theo thuyết này, người ta giả sử cách 1,5 tỉ năm tế bào bắt vi khuẩn cách nội nhập bào Vi khuẩn chống lại tiêu hóa, sống cộng sinh bên tế bào chủ phân chia độc lập với tế bào chủ Sau đó, số gen vi khuẩn xâm nhập vào nhân tế bào chủ khống chế tế bào chủ Theo kiểu giải thích tất sinh vật có chứa ty thể, kể thực vật, động vật, nấm nguyên sinh động vật Cũng theo thuyết này, vi khuẩn quang tổng hợp khác có nguồn gốc, kết lục lạp xuất thực vật tảo III CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO NHÂN THỰC MÀNG SINH CHẤT - 1972 Singơ Nicolson đề x́t mơ hình “khảm đợng” giải thích tính ởn định linh đợng màng - Màng sinh chất cấu tạo từ lipit, protein, cacbohidrat, lipit protein chiếm chủ yếu (chiếm 90% khối lượng chất khô màng) nên gọi màng lipoprotein 1.1 Mơ hình “khảm” màng - Lớp photpholipit kép tạo nên khung liên tục màng, phân tử protein phân bố rải rác (khảm) khung, xuyên qua khung bám rìa rìa màng - Lớp photpholipit phân thành tầng (tầng đầu ưa nước, tầng đuôi kỵ nước lớp phân tử lipit Ngồi cịn có phân tử colesteron xếp xen kẽ vào phân tử photpholipit tạo thêm tính ởn định khung 1.2 Cấu trúc “động” - Các phân tử photpholipit tự quay, dịch chuyển ngang, dịch chuyển - Các phân tử protein thể thay đởi vị trí hình thù khơng gian  Màng có tính linh hoạt mềm dẻo cao - Tính mềm dẻo màng cịn phụ tḥc cấu trúc hóa học điều kiện mơi trường: + Khi đuôi kỵ nước trạng thái no, nối đơn (-CH 2-CH2-CH2-CH2-CH2-….) màng bền vững, cịn kỵ nước trạng thái không no, nối đôi (-CH2-CH2-CH2=CH2-CH2-….) màng lỏng lẻo + Tỷ lệ photpholipit /colesteron cao màng mềm dẻo, nhiều colesteron màng cứng Vì mạch máu chứa nhiều colesteron cứng gây nên sơ vữa mạch máu + Khi nhiệt độ cao thì nội phân tử lớn, chuyển động phân tử nhanh, màng linh đợng - Nhờ tính mềm dẻo khung photpholipit mà màng thay đởi tính thấm  tế bào thích nghi với mơi trường  Thí nghiệm chứng minh màng khảm – đợng: Tế bào hồng cầu cḥt có protein màng đặc trưng phân biệt với protein màng sinh chất hồng cầu người Khi lai tế bào hồng cầu chuột hồng cầu người thì tế bào lai có màng protein chuột người nằm xen kẽ => protein màng có khả chuyển đợng 1.3 Chức loại đại phân tử cấu trúc màng a Lipit màng: Tạo tính ởn định khung màng tính mềm dẻo màng - Lớp photpholipit tạo nên cấu trúc màng, nhờ tính kỵ nước photpholipit kép tạo một lớp ngăn cách khối nguyên sinh chất với môi trường ngoài, ngăn cản khuếch tán chất tan từ ngồi mơi trường vào tế bào ngược lại Đặc tính photpholipit tạo nên tính thấm chọn lọc màng, giúp tế bào thực chức sống bình thường - Cholesteron đảm bảo tính ổn định bền vững màng - Sinh vật sống môi trường t cao, pH thấp thì cấu trúc màng theo hướng tăng tỷ lệ cholesteron photpholipit no để tăng tính ởn định màng, tránh tác động nhiệt độ cao, pH thấp Ngược lại sinh vật sống mơi trường có nhiệt độ thấp thì hàm lượng colesteron thấp tăng tỉ lệ photpholipit khơng no để tăng tính đợng màng, giúp màng thực tốt chức sinh học b Protein màng: - Gồm: protein khảm vào khung photpholipit (protein xuyên màng có phần kỵ nước gồm axitamin xoắn  nằm khung lipit, đầu ưa nước thị ngồi khung) protein bám vào rìa hay rìa ngồi màng - Protein màng có nhiều chức năng: + Vận chuyển chất: Chất phân cực, mang điện qua màng nhờ kênh protein xuyên màng Các protein kênh cho chất khuếch tán protein tải vận chuyển chủ động + Protein enzym: xúc tác phản ứng sinh hóa màng, vi khuẩn lượng protein cao TB nhân thực + Thu nhận truyền đạt thông tin: protein thụ quan liên kết với chất thơng tin hóa học (hoocmon, chất hóa học trung gian ) để kích thích hay ức chế trình tế bào đáp ứng thay đổi môi trường + Protein nhận biết tế bào: nhiều loại protein (glicoprotein protein kết hợp với cacbohidrat) đóng vai trò “dấu chuẩn” để tế bào loại, khác loại nhận biết + Chức kết nối: nhiều protein có chức kết nối tế bào mô thành khối nhất định + Chức neo màng: nhiều protein bám màng liên kết với protein sợi hay vi sợi tế bào chất có chức neo màng với khung xương tế bào  ổn định bền màng c Cacbohydrat màng: - Thường liên kết với photpholipit protein - Phân bố mặt màng, tham gia tạo khối chất nền ngoại bào giúp liên kết truyền thông tin tế bào Các glycoprotein dấu chuẩn giúp tế bào nhận biết kích thích mơi trường nhận biết 1.4 Chức màng sinh chất 1.4.1 Trao đổi chất qua màng: Tế bào hệ mở thường xuyên trao đổi chất với mơi trường qua màng tế bào, có hình thức: a Vận chuyển thụ động: - Là vận chuyển chất qua màng không tiêu thụ lượng ATP theo chiều gradien nồng đợ Có đường: + Khuếch tán trực tiếp qua lớp photpholipit kép: Các chất bé, không phân cực, không mang điện O2, CO2, NO, chất tan lipit… vận chuyển trực tiếp qua màng không cần kênh protein màng + Khuếch tán qua kênh protein màng (pecmeaza): Các chất tích điện, phân cực vận chuyển qua màng nhờ kênh protein màng VD: protein tạo kênh ion vận chuyển ion, protein mang (transporter) vận chuyển glucozo, fructozo, axit amin Sự khuếch tán phụ tḥc trạng thái đóng hay mở kênh đặc hiệu  tế bào điều chỉnh tính thấm thơng qua đóng mở kênh tương ứng - Nước thẩm thấu qua màng nhờ kênh aquaporin (luôn mở) Tuy nhiên có có số phân tử nước khuếch tán trực tiếp qua phân tử photpholipit theo gradien áp suất thẩm thấu (từ nơi có thế nước cao đến nơi có thế nước thấp) - Các chất hòa tan nước vận chuyển qua màng theo gradien nồng đợ (từ nơi có nồng đợ cao đến nơi có nồng đợ thấp) gọi kh́ch tán - Dựa vào chênh lệch về áp suất thẩm thấu (nồng đợ) dung bên bên ngồi tế bào sống, người ta chia thành loại dung dịch: + Dung dịch ưu trương: Là dung dịch có nồng độ chất tan lớn nồng độ chất tan tế bào + Dung dịch nhược trương: Là dung dịch có nồng đợ chất tan nhỏ nồng đợ chất tan tế bào + Dung dịch đẳng trương: Là dung dịch có nồng đợ chất tan nồng độ chất tan tế bào b Vận chuyển chủ động: - Là vận chuyển chất qua màng thơng qua pecmeaza (kênh chất mang), có tiêu thụ lượng ATP (10 – 20% lượng tế bào) ngược gradien nồng độ - Sự vận chuyển ion nhờ pecmeaza có khả phân giải ATP tạo lượng gọi bơm ion VD: bơm Na+, bơm Ca+, bơm Cl+…  Tóm lại: Sự vận chuyển nhờ kênh hay protein mang chủ đông hay thụ động theo kiểu: - Đơn chuyển: Chất vận chuyển theo hướng vào - Đồng chuyển: Vận chuyển chất đồng thời theo hướng (vận chuyển chủ động gluco thụ động Na+) - Đối chuyển: Vận chuyển chất vào chất (Vận chuyển thụ động Na + vào bơm H+ ra) c Sự nhập xuất bào: - Đặc điểm chung: Chất có kích thước lớn, có biến đổi tái tạo lại màng tiêu thụ lượng  Nhập bào: - Sự thực bào: trường hợp phân tử rắn vận chuyển vào tế bào màng sinh chất biến đổi thành chân giả bao lấy phân tử rắn tạo thành bóng nhập bào - Ẩm bào: trường hợp phân tử chất lỏng vận chuyển vào tế bào màng sinh chất biến đổi bao lấy chất lỏng tạo thành bóng ẩm bào Các bóng thực bào bóng ẩm bào chuyên chở đến lizoxom enzim chứa lizoxom tiêu hóa 10 ... I ĐẠI CƯƠNG VỀ TẾ BÀO II CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO NHÂN SƠ .6 III CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO NHÂN THỰC .8 MÀNG SINH CHẤT CÁC CẤU TRÚC NGOÀI MÀNG SINH... bề mặt tế bào khó khăn Phân loại tế bào Dựa đặc điểm cấu trúc tế bào phân chia tế bào sinh vật làm hai nhóm: tế bào nhân sơ tế bàonhân thực * Tế bào nhân sơ: Là loại tế bào khơng có... lục lạp giống ribô thể tế bào nhân sơ tế bào nhân thực Nhiều vi khuẩn quang tổng hợp ngày sống bên tế bào chân hạch, cung cấp chất dinh dưỡng cho tế bào, ngược lại tế bào cung cấp nơi cho chúng