Title CHƯƠNG 2. CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO.doc ✅

Trang 1 CHƯƠNG 2. CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO A. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM VÀ CHUYÊN SÂU Một tế bào có 3 phần là màng tế bào, tế bào chất với các bào quan và nhân tế bào hoặc vùng nhân. I. Màng tế bào 1. Đại cương về màng sinh học - Màng sinh học xuất hiện đầu tiên là màng sinh chất bao quanh khối tế bào chất. Trong quá 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 (gọi là sự xoang hoá). Sự xoang hoá tế bào chất đảm bảo thực hiện các chức năng sống một cách có trật tự và hiệu quả cao. - Hệ thống màng sinh học gồm có màng tế bào, màng các bào quan và màng nội bào. Các màng này có cấu tạo cơ bản giống nhau, đó là có cấu trúc khảm động gồm 2 thành phần chính là photpholipit và protein. Tuy nhiên, ở các màng khác nhau thì hàm lượng lipit, protein và cách sắp xếp của chúng trong màng là khác nhau, tuỳ thuộc vào chức năng của từng màng. 2. Cấu trúc khảm - động của màng tế bào a. Cấu trúc khảm: Cấu trúc của màng tế bào được gọi là cấu trúc khảm vì màng được cấu trúc bởi lớp photpholipit kép, xen giữa các phân tử photpholipit là các phân tử protein được gọi là màng lipoprotein. Màng lipoprotein có độ dày 7-10nm, có thành phần hoá học gồm lipit (25-75%) và protein (25-75%), cacbohiđrat (5-10%). - Các phân tử photpholipit tạo thành lớp kép xếp theo kiểu đầu ưa nước quay ra ngoài và đuôi kị nước quay vào trong. Vì có 2 lớp photpholipit nên màng phân thành 3 tầng (2 tầng ngoài là đầu ưa nước, tầng giữa là đầu kị nước của 2 lớp phân tử lipit). Như vậy, photpholipit là thành phần chính tạo nên cấu trúc của màng (tạo thành màng). Ngoài photpholipit thì còn có loại lipit thứ hai là cholesteron. Sự có mặt của các phân tử cholesteron đảm bảo tính ổn định của màng tế bào. - Các phân tử protein phân bố rất đa dạng và linh hoạt trong lớp kép photpholipit. Các phân tử protein phân bố trên màng là những phân tử thực hiện các chức năng sinh học của màng. - Các phân tử cacbohiđrat thường liên kết với lipit hoặc protein ở mặt ngoài của màng. Phân tử cacbohiđrat tham gia thực hiện các chức năng sống của màng. b. Cấu trúc động: Màng tế bào có cấu trúc động là vì các phân tử photpholipit và các phân tử protein có thể chuyển động lắc ngang hoặc xoay tròn tại chỗ tạo nên tính mềm dẻo, linh động của màng. Tính động của màng phụ thuộc vào cấu trúc hoá học của màng và phụ thuộc vào điều kiện môi trường. - Phụ thuộc vào cấu trúc hoá học của màng: + Bản chất hoá học của các phân tử photpholipit. Nếu màng có hàm lượng photpholipit có đuôi cacbuahiđro no cao thì tính động thấp. Nếu màng có hàm lượng photpholipit có đuôi cacbuahiđro không no cao thì tính động cao. + Tỉ lệ photpholipit cholesterol . Nếu tỉ lệ này cao thì tính động của màng tăng. Nếu tỉ lệ này thấp thì tính động của màng giảm. - Phụ thuộc vào điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ pH,...). Ví dụ khi nhiệt độ môi trường tăng lên thì nội năng của các phân tử lớn nên chuyển động của các phân tử nhanh hơn làm cho tính động tăng lên. * Tính mềm dẻo của màng làm cho màng có thể thay đổi tính thấm để đáp ứng các hoạt động thích nghi cao của tế bào. * Thí nghiệm chứng minh cấu trúc khảm- động của màng sinh chất Lai tế bào hồng cầu chuột với tế bào hồng cầu của người. Tế bào hồng cầu chuột có các protein trên màng đặc trưng có thể phân biệt được với các protein trên màng sinh chất của người. Sau khi tạo ra tế bào lai, người ta thấy các phân tử protein của tế bào chuột và tế bào người nằm xen kẽ nhau. Điều này chứng tỏ các phân tử protein trên màng tế bào có khả năng chuyển động.
Trang 2 3. Chức năng của các loại đại phân tử trong cấu trúc màng tế bào a. Chức năng của photpholipit: - Lớp photpholipit tạo nên cấu trúc của màng (nếu không có photpholipit thì không thể hình thành được màng. Nếu chỉ có một loại phân tử là photpholipit thì cũng có thể tạo nên được màng nhân tạo). - Màng được cấu trúc bởi lớp photpholipit kép có tính kị nước nên tạo thành một lớp ngăn cách giữa khối chất nguyên sinh bên trong với môi trường bên ngoài. Chỉ khi được bảo vệ trong lớp màng photpholipit thì tế bào mới có khả năng thực hiện các hoạt động sống. - Do đặc tính thích nghi với điều kiện môi trường nên đối với những sinh vật sống trong môi trường có nhiệt độ cao, độ pH thấp thì cấu trúc của màng theo hướng tăng tỉ lệ colesterol và tăng tỉ lệ photpholipit no để đảm bảo tính ổn định của màng, tránh các tác động của nhiệt độ cao, độ pH thấp. Những sinh vật sống trong môi trường có nhiệt độ thấp (băng tuyết) thì hàm lượng colesterol thấp và tăng tỉ lệ photpholipit không no để tăng tính động của màng, giúp màng thực hiện tốt các chức năng sinh học. - Lớp photpholipit có tính kị nước nên ngăn cản sự khuếch tán của các chất tan từ ngoài môi trường vào trong tế bào (hoặc từ trong tế bào ra môi trường). Đặc tính này của lớp photpholipit tạo nên tính thấm chọn lọc của màng tế bào trước các chất tan. b. Chức năng của cholesterol: Là những phân tử đảm bảo tính ổn định và tính bền vững của màng. c. Chức năng của các phân tử protein: Các phân tử protein nằm trên màng tế bào là những phân tử đảm nhiệm các chức năng sống quan trọng của màng tế bào. Protein có trong màng rất đa dạng (nhiều loại), chúng “khảm” vào khung lipit, gồm protein xuyên màng và bám màng. Protein xuyên màng là những phân tử nằm xuyên qua khung lipit một hoặc nhiều lần, phần kị nước (gồm các axit amin kị nước tạo nên xoắn α) nằm trong khung lipit, còn phần ưa nước thò ra phía ngoài khung (phía môi trường và phía tế bào chất). Protein bám màng là những phân tử bám mặt trong hoặc mặt ngoài của màng. Protein của màng có các chức năng: - Chức năng enzym: Một số protein nằm trên màng tế bào là các enzym xúc tác cho các phản ứng sinh hoá diễn ra trên màng tế bào. Ở vi khuẩn, hầu hết các hoạt động sống diễn ra trên màng tế bào nên hàm lượng protein màng cao hơn so với màng của tế bào nhân thực. - Chức năng vận chuyển các chất: Đối với những chất có tính phân cực hoặc những chất mang điện thì chúng không thể đi qua lớp photpholipit nên chỉ có thể đi qua màng nhờ các kênh protein xuyên màng. Các protein xuyên màng có thể là các kênh để các chất khuếch tán hoặc có thể là protein tải để vận chuyển chủ động các chất ngược chiều nồng độ. - Chức năng thụ quan: Một số protein trên màng là các thụ quan (recepter) có chức năng tiếp nhận các kích thích đặc hiệu từ môi trường và truyền thông tin tiếp nhận được vào trong tế bào. Nhờ có các thụ quan mà tế bào có thể nhận biết được nhau, có thể tiếp nhận được các kích thích và có phản ứng thích hợp trước các kích thích của môi trường. - Chức năng kết nối các tế bào thành một mô: Ở cơ thể động vật, các tế bào liên kết với nhau tạo thành mô và cơ quan để thực hiện các chức năng. Sự kết nối các tế bào được thực hiện nhờ các protein màng. Các protein nối màng tế bào này với màng tế bào bên cạnh tạo nên khối tế bào vững chắc. - Chức năng neo màng: Các protein bám màng trong có chức năng neo màng với khung xương tế bào, làm cho tế bào có hình dạng ổn định. d. Chức năng của các phân tử cacbohiđrat: Các phân tử cacbohiđrat nằm ở mặt ngoài của màng tế bào liên kết với protein (tạo nên glicoprotein) hoặc liên kết với lipit. Các glicoprotein là những dấu chuẩn có tác dụng nhận biết các kích thích của môi trường, giúp các tế bào nhận biết nhau... 5. Trao đổi chất qua màng tế bào: Tế bào là một hệ mở, thường xuyên trao đổi chất với môi trường. Sự trao đổi chất giữa tế bào với môi trường được thực hiện thông qua vận chuyển thụ động, vận chuyển chủ động và biến dạng của màng tế bào. a. Vận chuyển thụ động: (Vận chuyển cùng chiều nồng độ)
Trang 3 - Điều kiện: + Có sự chênh lệch nồng độ giữa hai bên màng. + Các chất có kích thước nhỏ - Có hai con đường: + Khuếch tán trực tiếp qua lớp kép photpholipit: Với các chất có kích thước nhỏ, không phân cực và không mang điện (ví dụ O 2 , CO 2 ,...), các chất tan trong lipit (rượu êtylic, estrôgen,...). Những chất này tan trong lipit nên nó sẽ khuếch tán xuyên qua các phân tử photpholipit ở trên màng tế bào. + Khuếch tán qua kênh protein xuyên màng: Những chất có tính phân cực (glucozơ, fructozơ,...), những chất mang điện (ion Na + , ion Cl - ,...) không thể đi qua lớp photpholipit mà chỉ có thể đi qua kênh protein xuyên màng. Vì phải đi qua kênh protein xuyên màng nên sự khuếch tan của chất này phụ thuộc vào trạng thái đóng hay mở của kênh đặc hiệu (Mỗi loại chất tan được khuếch tán theo một kênh đặc trưng). Vì vậy màng tế bào có thể điều chỉnh tính thấm đối với các chất này thông qua sự đóng hay mở các kênh tương ứng. * Nước là một chất đặc biệt, nước được thẩm thấu qua màng nhờ các kênh aquaporin ở trên màng tế bào (các kênh này luôn mở). Tuy nhiên, cũng có một số phân tử nước khuếch tán trực tiếp qua các phân tử photpholipit. b. Vận chuyển chủ động: (vận chuyển ngược chiều nồng độ) - Điều kiện: + Tuỳ thuộc nhu cầu trao đổi chất của tế bào. + Các chất có kích thước nhỏ và phân cực hoặc mang điện + Tiêu tốn năng lượng ATP. + Có protein vận chuyển đặc hiệu - Con đường vận chuyển là nhờ protein xuyên màng (chất mang). Trong quá trình sống của tế bào, nhiều trường hợp tế bào cần các chất nhưng nồng độ chất đó ở bên ngoài tế bào lại rất thấp (thấp hơn bên trong tế bào) thì tế bào phải vận chuyển chủ động (ngược chiều nồng độ và cần tiêu tốn năng lượng ATP). - Bình thường tế bào chi phí khoảng 10 đến 20% số năng lượng ATP cho sự vận chuyển chủ động qua màng. Nếu sự trao đổi chất và trao đổi năng lượng ngừng trệ thì không xảy ra vận chuyển chủ động và các chất vào ra tế bào thụ động theo građien nồng độ. c. Xuất, nhập bào: - Điều kiện: + Các chất có kích thước lớn (các đại phân tử) + Tiêu tốn năng lượng ATP. + Có sự biến đổi và tái tạo lại màng tế bào. - Con đường vận chuyển là nhờ sự biến dạng của màng tế bào. 6. Trao đổi thông tin qua màng - Các thông tin truyền đến tế bào thường là các tín hiệu hoá học, vật lí, sinh học. - Màng thu nhận thông tin nhờ các protein đặc trưng khu trú trong màng gọi là các thụ quan. Thụ quan màng là các protein, glicoprotein có khả năng thay đổi hình thù không gian và liên kết đặc trưng với các chất mang tín hiệu thông tin (gọi là chất gắn hay ligand). - Khi chất mang thông tin tiến đến màng tế bào và gắn đặc hiệu với thụ quan tạo nên phức hệ thụ quan - chất gắn. Phức hệ này sẽ phát động những hiệu ứng sinh lí như: Mở các kênh ion để vận chuyển các ion; Hoặc kích hoạt các enzym trên màng tế bào; Hoặc hoạt hóa các protein trong dây chuyền trao đổi chất của tế bào; Hoặc truyền tín hiệu vào trong tế bào để hoạt hoá các gen ở trong nhân. a. Cơ chế thu nhận và truyền đạt thông tin: Chất truyền tín hiệu là những chất hoà tan trong nước thì không thể trực tiếp vận chuyển qua photpholipit. Sự thu nhận thông tin phải thông qua màng nhờ các thụ quan màng hoạt động theo các cơ chế sau: - Thụ quan liên kết với protein G: Mỗi loại thụ quan liên kết protein G chỉ liên kết với chất gắn đặc trưng cho mình. Có hai cơ chế:
Trang 4 + Cơ chế trực tiếp: chất gắn liên kết với thụ quan màng tạo phức hệ chất gắn- thụ quan, phức hệ này sẽ hoạt hoá protein G, protein G được hoạt hoá sẽ phát động chuỗi phản ứng chức năng của tế bào. + Cơ chế gián tiếp qua chất thông tin thứ 2 (nhờ một chất thứ 2 để truyền tin, chất đó thường là AMP vòng) bằng cách protein G sẽ hoạt hoá enzym ađêninxiclaza hoặc enzym kinaza làm sản sinh AMP vòng. AMP vòng sẽ kích hoạt các phản ứng chức năng của tế bào. - Thụ quan tirôzinkinaza: có chức năng như enzym có hoạt tính kinaza (tức là xúc tác chuyển nhóm photphat). + Thụ quan- tirôzinkinaza có thể gắn với nhiều loại chất gắn khác nhau. + Phát động nhiều kiểu đáp ứng khác nhau của TB, đặc biệt là đối với sự điều hoà sinh trưởng và sinh sản của tế bào. - Thụ quan kênh ion: + Là loại thụ quan màng đồng thời đóng vai trò là kênh ion có “cổng”. + Khi thụ quan liên kết với chất gắn → làm thay đổi hình thù và cổng của kênh mở → vận chuyển các ion qua màng. + Có vai trò quan trọng trong hoạt động dẫn truyền xung thần kinh qua xinap. * Đối với các chất hoà tan trong lipit: chúng được hoà tan và vận chuyển qua màng vào trong tế bào chất, chúng liên kết với thụ quan nội bào, phức hệ này đi vào nhân tế bào và có tác động hoạt hoá các gen. * Sự thiếu hoặc sai lệch thụ quan → gây trục trặc trong việc thu nhận và truyền đạt thông tin, do đó dẫn đến tình trạng bệnh lí. Ví dụ bệnh đái tháo đường tip II thường phát triển ở tuổi ngoài 40. 7. Phân hoá của màng sinh chất để thực hiện các chức năng khác a. Tăng cường mối liên kết giữa các tế bào cạnh nhau bằng cách kết nối các tế bào với nhau. - Ở tế bào động vật có hai kiểu kết nối: + Cầu nối gian bào (kết nối thông thường): nhờ loại protein conecin của 2 tế bào tiếp xúc với nhau, cho phép hai tế bào cạnh nhau trao đổi chất một cách trực tiếp, nhanh chóng. + Kết nối vững chắc (thể dây chằng): có sự tham gia của protein liên kết, phức hệ vi sợi tế bào chất; loại kết nối này không có sự trao đổi chất giữa hai tế bào. - Ở tế bào thực vật có kết nối tế bào chất (cầu nối sinh chất): có sự thay đổi của màng sinh chất và thành tế bào tạo nên cầu nối sinh chất, có thể trao đổi chất trực tiếp qua cầu nối sinh chất. b. Tăng cường hấp thụ và chế tiết: màng biến đổi tạo các vi lông tăng diện tích bề mặt tiếp xúc → tăng khả năng hấp thụ và chế tiết. 8. Các cấu trúc bên ngoài màng sinh chất a. Thành tế bào * Cấu trúc: - Thành tế bào thực vật được cấu trúc bằng xenlulozơ: là chất đa phân gồm nhiều phân tử glucozơ liên kết với nhau tạo thành sợi và tấm rất vững chắc. - Thành tế bào nấm, động vật chân khớp được cấu trúc bằng kitin là chất polisaccarit có thấm thêm nitơ. * Chức năng: - Thành tế bào giữ ổn định hình dạng tế bào và bảo vệ tế bào trước các tác động cơ học, tác động trương lên của sự thẩm thấu các phân tử nước. - Tạo cầu nối sinh chất để các tế bào cạnh nhau có thể trao đổi chất cho nhau. b. Chất nền ngoại bào Chất nền tế bào có ở tế bào động vật - Chủ yếu là sợi glicoprotein kết hợp với chất vô cơ và hữu cơ khác. - Giúp tế bào liên kết với nhau tạo nên các mô. Giúp tế bào thu nhận thông tin từ môi trường. II. TẾ BÀO CHẤT VÀ BÀO QUAN 1. Khái quát về tế bào chất: