You are currently viewing Sơ lược thông tin về tế bào

Sơ lược thông tin về tế bào

  1. Tế bào

 Tế bào là một đơn vị cấu trúc cơ bản có chức năng sinh học của sinh vật sống. Tế bào là đơn vị nhỏ nhất của sự sống có khả năng phân chia độc lập, và các tế bào thường được gọi là “những viên gạch cấu tạo nên sự sống”. Bộ môn nghiên cứu về các tế bào được gọi là sinh học tế bào.

Tế bào bao gồm tế bào chất bao quanh bởi màng tế bào, trong đó có nhiều phân tử sinh học như protein và axit nucleic. Các sinh vật sống có thể được được phân thành đơn bào (có một tế bào, bao gồm vi khuẩn) hoặc đa bào (bao gồm cả thực vật và động vật). Trong khi số lượng tế bào trong các thực vật và động vật ở các loài là khác nhau, thì cơ thể con người lại có hơn 10 nghìn tỷ tế bào. Phần lớn tế bào động vật và thực vật chỉ có thể nhìn thấy dưới kính hiển vi, với kích thước từ 1 đến 100 micro mét.

Tế bào được phát hiện bởi Robert Hooke vào năm 1665, người đã đặt tên cho các đơn vị sinh học cho sự tương đồng của nó với tế bào bị cản trở bởi các tu sĩ Thiên chúa giáo trong tu viện. Học thuyết tế bào, lần đầu tiên được nghiên cứu vào năm 1839 của Matthias Jakob Schleiden và Theodor Schwann, phát biểu rằng tất cả các sinh vật sống được cấu tạo bởi một hay nhiều tế bào, rằng các tế bào là đơn vị cơ bản tạo nên cấu trúc và chức năng của các cơ quan, tổ chức sinh vật sống, rằng tất cả các tế bào đến từ các tế bào đã tồn tại trước đó, và các tế bào đều chứa thông tin di truyền cần thiết để điều hòa chức năng tế bào và truyền thông tin đến các thế hệ tế bào tiếp theo. Các tế bào đầu tiên xuất hiện trên trái Đất cách đây ít nhất là 3. 5 tỷ năm trước.

Các đặc tính của tế bào

Mỗi tế bào là một hệ thống mở, tự duy trì và tự sản xuất: tế bào có thể thu nhận chất dinh dưỡng, chuyển hóa các chất này thành năng lượng, tiến hành các chức năng chuyên biệt và sản sinh thế hệ tế bào mới nếu cần thiết. Mỗi tế bào chứa một bản mật mã riêng hướng dẫn các hoạt động trên.

Mọi tế bào đều có một số khả năng sau:

  • Sinh sản thông qua phân bào.
  • Trao đổi chấttế bào bao gồm thu nhận các vật liệu thô, chế biến thành các thành phần cần thiết cho tế bào, sản xuất các phân tử mang năng lượng và các sản phẩm phụ. Để thực hiện được các chức năng của mình, tế bào cần phải hấp thu và sử dụng được nguồn năng lượng hóa học dự trữ trong các phân tử hữu cơ. Năng lượng này được giải phóng trong các con đường trao đổi chất.
  • Tổng hợpcác protein, đây là những phân tử đảm nhiệm những chức năng cơ bản của tế bào, ví dụ như enzyme. Một tế bào động vật thông thường chứa khoảng 10. 000 loại protein khác nhau.
  • Đáp ứng với các kích thích, hoặc thay đổi của môi trường bên trong và bên ngoài như những thay đổi về nhiệt độ, pHhoặc nguồn dinh dưỡng.
  • Di chuyển các túi tiết.

Các dạng tế bào.

Người ta có thể phân loại tế bào dựa vào khả năng có thể tồn tại độc lập hay là không. Các sinh vật có thể bao gồm chỉ một tế bào (gọi là sinh vật đơn bào) thường có khả năng sống độc lập mặc dù có thể hình thành các khuẩn lạc. Ngoài ra, sinh vật cũng có thể bao gồm nhiều tế bào (sinh vật đa bào) thì mỗi tế bào được biệt hóa và thường không thể sống sót khi bị tách rời. Trong cơ thể con người có đến 220 loại tế bào và mô khác nhau.

Nếu xét về cấu trúc nội bào, các tế bào có thể chỉ làm 2 dạng chính.

  • Tế bào sinh vật nhân sơthường có cấu trúc đơn giản, chỉ thấy ở sinh vật đơn bào hoặc tập đoàn đơn bào. Trong hệ thống phân loại 3 giới, các sinh vật nhân sơ là thuộc giới Vi khuẩn cổ và Eubacteria.
  • Tế bào sinh vật nhân chuẩnthường chứa các bào quan có màng riêng. Sinh vật đơn bào nhân chuẩn cũng rất đa dạng nhưng chủ yếu là sinh vật đa bào. Tế bào eukyryote bào gồm các sinh vật là động vật, thực vật và nấm.

 

Các tế bào sinh vật nhân chuẩn (Eukaryote) và sinh vật nhân sơ (Prokaryote). – Hình trên đây mô tả một tế bào người điển hình (sinh vật nhân chuẩn) và tế bào vi khuẩn (sinh vật nhân sơ). Tế bào sinh vật nhân chuẩn (bên trái) có các cấu trúc nội bào phức tạp như nhân (xanh nhạt), hạch nhân (xanh lơ), ty thể (da cam), và ribosome (xanh sẫm). Trong khi tế bào vi khuẩn (bên phải) đơn giản hơn với ADN được lưu giữ trong vùng nhân (xanh nhạt) cùng với các cấu trúc đơn giản như màng tế bào (đen), thành tế bào (xanh da trời), vỏ ngoài (da cam), ribosome (xanh đậm) và một tiên mao (cũng màu đen).

Bảng: So sánh các đặc điểm của tế bào eukaryote và tế bào prokaryote
Tế bào prokaryote Tế bào eukaryotes
Sinh vật điển hình vi khuẩn, archaea protista, nấm, thực vật, động vật
Kích thước điển hình ~ 1-10 µm ~ 10-100 µm (tinh trùng không kể đuôi)
Cấu trúc nhân tế bào vùng nhân; không có cấu trúc điển hình cấu trúc nhân điển hình với màng nhân có các cấu trúc lỗ nhân
DNA genome / Nhiễm sắc thể một phân tử (và thường dạng vòng) một hoặc một vài phân tử DNA dạng thẳng được bao bọc bởi các protein histone trong cấu trúc NST
Vị trí xảy ra quá trình phiên mã và dịch mã diễn ra đồng thời trong tế bào chất tổng hợp RNA (phiên mã) ở nhân tế bào
tổng hợp protein (dịch mã) tại tế bào chất
Cấu trúc ribosome 50S+30S 60S+40S
Cấu trúc nội bào rất ít cấu trúc được tổ chức phức tạp và riêng biệt bởi hệ thống màng nội bào và bộ khung tế bào
Vận động tế bào tiên mao được tạo thành từ các hạt flagellin tiên mao và tiêm mao cấu tạo từ tubulin
Ty thể không có mỗi tế bào thường có hàng chục ty thể (phụ thuộc vào cường độ hô hấp nội bào (một số tế bào không có ty thể)
Lục lạp không có có ở các tế bào tảo và thực vật
Mức độ tổ chức cơ thể thường là đơn bào đơn bào, tập đoàn, và các cơ thể đa bào với các tế bào được biệt hóa rõ rệt
Phân bào Phân cắt (một hình thức phân bào đơn giản) Nguyên phân
Giảm phân

Các thành phần tế bào

Mọi tế bào (bất kể sinh vật nhân chuẩn hay nhân sơ) đều có màng tế bào hay màng sinh chất, dùng để bao bọc tế bào, cách biệt thành phần nội bào với môi trường xung quanh, điều khiển nghiêm ngặt sự vận chuyển vào và ra của các chất, duy trì điện thế màng và nồng độ các chất bên trong và bên ngoài màng. Bên trong màng là một khối tế bào chấtđặc (dạng vật chất chiếm toàn bộ thể tích tế bào). Mọi tế bào đều có các phân tử ADN, vật liệu di truyền quan trọng và các phân tử ARN tham gia trực tiếp quá trình tổng hợp nên các loại protein khác nhau, trong đó có các enzyme. Bên trong tế bào, vào mỗi thời điểm nhất định tế bào tổng hợp nhiều loại phân tử sinh học khác nhau. Phần dưới đây sẽ miêu tả ngắn ngọn các thành phần cơ bản của tế bào cũng như chức năng của chúng.

Màng tế bào – Tấm áo ngoài

Vỏ bọc bên ngoài của một tế bào sinh vật nhân chuẩn gọi là màng sinh chất. Màng này cũng có ở các tế bào sinh vật nhân sơ nhưng được gọi là màng tế bào. Màng có chức năng bao bọc và phân tách tế bào với môi trường xung quanh. Màng được cấu thành bởi một lớp lipid kép và các protein. Các phân tử protein hoạt động như các kênh vận chuyển và bơm được nằm khảm vào lớp lipid một cách linh động (có thể di chuyển tương đối).

Mô hình một tế bào động vật điển hình. Các bào quan gồm: (1)hạch nhân (2) nhân (3) ribosome (4) túi tiết, (5) mạng lưới nội chất (ER) hạt, (6) bộ máy Golgi, (7) khung xương tế bào, (8) ER trơn, (9) ty thể, (10) không bào, (11) tế bào chất, (12) lysosome, (13) trung thể.

 

Mô hình một tế bào thực vật điển hình (xem thêm bảng  về phép so sánh giữa tế bào thực vật và tế bào động vật)

Bộ khung tế bào – Hệ vận động

Bộ khung tế bào là một thành phần quan trọng, phức tạp và linh động của tế bào. nó là hệ thống mạng sợi và ống protein(vi ống, vi sợi, sợi trung gian đan chéo nhau. Nó cấu thành và duy trì hình dáng tế bào; là các điểm bám cho các bào quan; hỗ trợ quá trình thực bào (tế bào thu nhận các chất bên ngoài); và cử động các phần tế bào trong quá trình sinh trưởng và vận động. các protein tham gia cấu thành bộ khung tế bào gồm nhiều loại và có chức năng đa dạng như định hướng, neo bám, phát sinh các tấm màng.

Tế bào chất – Không gian thực hiện chức năng tế bào

Bên trong các tế bào là một không gian chứa đầy dịch thể gọi là tế bào chất (cytoplasm). Nó bao hàm cả hỗn hợp các ion, chất dịch bên trong tế bào và cả các bào quan. Các bào quan bên trong tế bào chất đều có hệ thống màng sinh học để phân tách với khối dung dịch này. Chất nguyên sinh (cytosol) là để chỉ riêng phân dịch thể, chứ không có các bào quan.

Đối với các sinh vật nhân sơ, tế bào chất là một thành phần tương đối tự do. Tuy nhiên, tế bào chất trong tế bào sinh vật nhân chuẩn thường chứa rất nhiều bào quan và bộ khung tế bào. Chất nguyên sinh thường chứa các chất dinh dưỡng hòa tan, phân cắt các sản phẩm phế liệu, và dịch chuyển vật chất trong tế bào tạo nên hiên tượng dòng chất nguyên sinh. Nhân tế bào thường nằm bên trong tế bào chất và có hình dạng thay đổi khi tế bào di chuyển. Tế bào chất cũng chứa nhiều loại muối khác nhau, đây là dạng chất dẫn điện tuyệt vời để tạo môi trường thích hợp cho các hoạt động của tế bào. Môi trường tế bào chất và các bào quan trong nó là yếu tố sống còn của một tế bào.

Vật liệu di truyền – Yếu tố duy trì thông tin giữa các thế hệ

Vật liệu di truyền là các phân tử nucleic acid (ADN và rARN). Hầu hết các sinh vật sử dụng ADN để lưu trữ dài hạn thông tin di truyền trong khi chỉ một vài virus dùng ARN cho mục đích này. Thông tin di truyền của sinh vật chính là mã di truyền quy định tất cả protein cần thiết cho mọi tế bào của cơ thể. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới đây cho thấy có thể một số ARN cũng được sử dụng như là một bản lưu đối với một số gene đề phòng sai hỏng.

Ở các sinh vật nhân sơ, vật liệu di truyền là một phân tử ADN dạng vòng đơn giản. Phân tử này nằm ở một vùng tế bào chất chuyên biệt gọi là vùng nhân. Tuy nhiên, đối với các sinh vật nhân chuẩn, phân tử ADN được bao bọc bởi các phân tử protein tạo thành cấu trúc nhiễm sắc thể, được lưu giữ trong nhân tế bào (với màng nhân bao bên ngoài). Mỗi tế bào thường chứa nhiều nhiễm sắc thể (số lượng nhiễm sắc thể trong mỗi tế bào là đặc trưng cho loài). Ngoài ra, các bào quan như ty thể và lục lạp đều có vật liệu di truyền riêng của mình (xem thêm thuyết nội cộng sinh).

Ví dụ, một tế bào người gồm hai bộ gene riêng biệt là bộ gen của nhân và bộ gen của ty thể. Bộ gen nhân (là thể lưỡng bội) bao gồm 46 phân tử ADN mạch thẳng tạo thành các nhiễm sắc thể riêng biệt. Bộ gen ty thể là phân tử ADN mạch vòng, khá nhỏ và chỉ mã hóa cho một vài protein quan trọng.

Các bào quan

Cơ thể con người cấu tạo từ nhiều cơ quan như tim, phổi, thận. . , mỗi cơ quan đảm nhiệm một chức riêng. Các tế bào thường chứa những cơ quan nhỏ gọi là bào quan, được thích nghi và chuyên hóa cho một hoặc một vài chức năng sống nhất định. Các bào quan thường chỉ có ở các tế bào sinh vật nhân chuẩn và thường có màng bao bọc.

  • Nhân tế bào – trung tâm tế bào: Nhân tế bào là bào quan tối quan trọng trong tế bào sinh vật nhân chuẩn. Nó chứa các nhiễm sắc thểcủa tế bào, là nơi diễn ra quá trình tự nhân đôi ADN và tổng hợp ARN. Nhân tế bào có dạng hình cầu và được bao bọc bởi một lớp màng kép gọi là màng nhân. Màng nhân dùng để bao ngoài và bảo vệ ADN của tế bào trước những phân tử có thể gây tổn thương đến cấu trúc hoặc ảnh hưởng đến hoạt động của ADN. Trong quá trình hoạt động, phân tử ADN được phiên mã để tổng hợp các phân tử ARN chuyên biệt, gọi là ARN thông tin (mRNA). Các ARN thông tin được vận chuyển ra ngoài nhân, để trực tiếp tham gia quá trình tổng hợp các protein đặc thù. Ở các loài sinh vật nhân sơ, các hoạt động của ADN tiến hành ngay tại tế bào chất (chính xác hơn là tại vùng nhân).
  • Ribosome – bộ máy sản xuất protein: Ribosomecó cả trong tế bào sinh vật nhân chuẩn và sinh vật nhân sơ. Ribosome được cấu tạo từ các phân tử protein và ARN ribosome (rRNA). Đây là nơi thực hiện quá trình sinh tổng hợp protein từ các phân tử ARN thông tin. Quá trình này còn được gọi là dịch mã vì thông tin di truyền mã hóa trong trình tự phân tử ADN truyền qua trình tự ARN để quyết định trình tự axít amin của phân tử protein. Quá trình này cực kỳ quan trọng đối với tất cả mọi tế bào, do đó một tế bào thường chứa rất nhiều phân tử ribosome—thường hàng trăm thậm chí hàng nghìn phân tử.
  • Ty thể và lục lạp – các trung tâm năng lượng: Ty thể là bào quan trong tế bào sinh vật nhân chuẩn có hình dạng, kích thước và số lượng đa dạng và có khả năng tự nhân đôi. Ty thể có bộ gen riêng, độc lập với bộ gen trong nhân tế bào. Ty thể có vai trò cung cấp năng lượng cho mọi quá trình trao đổi chất của tế bào. Lục lạp cũng tương tự như ty thể nhưng kích thước lớn hơn, chúng tham gia chuyển hóa năng lượng mặt trời thành các chất hữu cơ (trong quá trình quang hợp). Lục lạp chỉ có ở các tế bào thực vật.
  • Mạng lưới nội chất và bộ máy Golgi – nhà phân phối và xử lý các đại phân tử: Mạng lưới nội chất(ER) là hệ thống mạng vận chuyển các phân tử nhất định đến các địa chỉ cần thiết để cải biến hoặc thực hiện chức năng, trong khi các phân tử khác thì trôi nổi tự do trong tế bào chất. ER được chia làm hai loại: ER hạt (rám) và ER trơn (nhẵn). ER hạt là do các ribosome bám lên bề mặt ngoài của nó, trong khi ER trơn thì không có ribosome. Quá trình dịch mã trên các ribosome của ER hạt thường để tổng hợp các protein tiết(protein xuất khẩu). Các protein tiết thường được vận chuyển đến phức hệ Golgi để thực hiện một số cải biến, đóng gói và vận chuyển đến các vị trí khác nhau trong tế bào. ER trơn là nơi tổng hợp lipid, giải độc và bể chứa calcium.
  • Lysosome và peroxisome – hệ tiêu hóa của tế bào: Lysosomevà peroxisome thường được ví như hệ thống xử lý rác thải của tế bào. Hai bào quan này đều dạng cầu, màng đơn và chứa nhiều enzyme tiêu hóa. Ví dụ, lysosome có thể chứa vài chục enzyme phân huỷ protein, nucleic acid và polysacharide mà không gây hại cho các quá trình khác của tế bào khi được bao bọc bởi lớp màng tế bào.