Page 1 of 4 BỘ Y TẾ SINH HỌC (DÙNG CHO ĐÀO TẠO BÁC SĨ ĐA KHOA) MÃ SỐ: Đ.01.X.09 NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC HÀ NỘI - 2008 Chỉ đạo biên soạn: VỤ KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ Y TẾ Chủ biên: GS.TS. TRỊNH VĂN BẢO PGS.TS. TRẦN THỊ THANH HƯƠNG PGS.TS. PHAN THỊ HOAN Những người biên soạn: file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Introduction.htm 05/07/2013
Cảm ơn bạn đã tải sách từ Doctor Plus Club. Tất cả ebook được Doctor Plus Club sưu tầm & tổng hợp từ nhiều nguồn trên internet, mạng xã hội. Tất cả sách Doctor Plus Club chia sẽ vì đích duy nhất làđể đọc, tham khảo, giúp sinh viên, bác sĩ Việt Nam tiếp cận, hiểu biết nhiều hơn về y học. Chúng tôi không bán hay in ấn, sao chép, không thương mại hóa những ebook này (nghĩa là quy đổi ra giá và mua bán những ebook này). Chúng tôi sẵn sàng gỡ bỏ sách ra khỏi website, fanpage khi nhận được yêu cầu từ tác giả hay những người đang nắm giữ bản quyền những sách này. Chúng tôi không khuyến khích các cá nhân hay tổ chức in ấn, phát hành lại và thương mại hóa các ebook này nếu chưa được sự cho phép của tác giả. Nếu có điều kiện các bạn hãy mua sách gốc từ nhà sản xuất để ủng hộ tác giả. Mọi thắc mắc hay khiếu nại xin vui lòng liên hệ chúng tôi qua email: support@doctorplus.club Website của chúng tôi: https://doctorplus.club Fanpage của chúng tôi: https://www.facebook.com/doctorplus.club/ Like, share là động lực để chúng tôi tiếp tục phát triển hơn nữa Chân thành cảm ơn. Chúc bạn học tốt!
Page 2 of 4 GS.TS. TRỊNH VĂN BẢO PGS.TS. TRẦN THỊ THANH HƯƠNG PGS.TS. PHAN THỊ HOAN TS. HOÀNG THỊ NGỌC LAN PGS.TS. TRẦN THỊ LIÊN PGS.TS. TRẦN ĐỨC PHẤN PGS.TS. PHẠM ĐỨC PHÙNG TS. NGUYỄN VĂN RỰC TS. NGUYỄN THỊ TRANG Thư ký biên soạn: PGS.TS. PHAN THỊ HOAN Tham gia tổ chức bản thảo: ThS. PHÍ VĂN THÂM TS. NGUYỄN MẠNH PHA ©Bản quyền thuộc Bộ Y tế (Vụ Khoa học và Đào tạo) 283 - 2008/CXB/20 - 635/GD Mã số: 7K776Y8 - DAI Lời giới thiệu Thực hiện một số điều của Luật Giáo dục, Bộ Giáo dục & Đào tạo và Bộ Y tế đã ban hành chương trình khung đào tạo Bác sĩ đa khoa. Bộ Y tế tổ chức biên soạn tài liệu dạy - học các môn cơ sở và chuyên môn theo chương trình trên nhằm từng bước xây dựng bộ sách đạt chuẩn chuyên môn trong công tác đào tạo nhân lực y tế. Sách SINH HỌC được biên soạn dựa vào chương trình giáo dục của Trường Đại học Y Hà Nội trên cơ sở chương trình khung đã được phê duyệt. Sách được các tác giả GS.TS. Trịnh Văn Bảo, PGS.TS. Trần Thị Thanh Hương, PGS.TS. Phan Thị Hoan, TS. Hoàng Thị Ngọc Lan, PGS.TS. Trần Thị Liên, PGS.TS. Trần Đức Phấn, PGS.TS. Phạm Đức Phùng, TS. Nguyễn Văn Rực, TS. Nguyễn Thị Trang biên soạn theo phương châm: kiến thức cơ bản, hệ thống; nội dung chính xác, khoa học, cập nhật các tiến bộ khoa học, kỹ thuật hiện đại và thực tiễn Việt Nam. Sách SINH HỌC đã được Hội đồng chuyên môn thẩm định sách và tài liệu dạy - học chuyên ngành Bác sĩ đa khoa của Bộ Y tế thẩm định năm 2007. Bộ Y tế quyết định ban hành là tài liệu dạy - học đạt chuẩn chuyên môn của ngành trong giai đoạn hiện nay. Trong thời gian từ 3 đến 5 năm, sách phải được chỉnh lý, bổ sung và cập nhật. Bộ Y tế xin chân thành cảm ơn các tác giả và Hội đồng chuyên môn thẩm định đã giúp hoàn thành cuốn sách; Cảm ơn GS.TS. Trương Đình Kiệt, TS. Nguyễn Trần Chiến đã đọc và phản biện để file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Introduction.htm 05/07/2013
Page 3 of 4 cuốn sách sớm hoàn thành kịp thời phục vụ cho công tác đào tạo nhân lực y tế. Lần đầu xuất bản, chúng tôi mong nhận được ý kiến đóng góp của đồng nghiệp, các bạn sinh viên và các độc giả để lần xuất bản sau sách được hoàn thiện hơn. VỤ KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO - BỘ Y TẾ Lời nói đầu Sinh học là khoa học của sự sống. Sự sống được hình thành và phát triển như thế nào đã là vấn đề không những các nhà chuyên môn mà cả nhân loại quan tâm. Ngoài Trái Đất, ở các hành tinh khác có sự sống không, nếu có thì sự sống ở đó ra sao, có sinh vật hay không - Còn rất nhiều vấn đề cần được nghiên cứu về sự sống trên Trái Đất và ở ngoài Trái Đất. Với sự phát triển khoa học hiện nay, mỗi thành tựu, mỗi phát kiến khoa học, thường là kết quả của sự tích hợp của nhiều ngành khoa học có liên quan. Các thành tựu khoa học mới hầu hết đều có cơ sở là những kiến thức, những hiểu biết đã có được vận dụng ở mức cao hơn, sáng tạo hơn. Trong thế kỷ thứ XIX, học thuyết tế bào được coi là một trong những phát kiến quan trọng của thế kỷ. Đến thế kỷ XX, sự phát hiện mô hình cấu trúc của ADN, ARN và hàng loạt phát kiến liên quan đã mở ra một cuộc cách mạng thực sự trong sinh học nói chung, trong di truyền học nói riêng. Thật đáng mừng đầu thế kỷ XXI hầu hết bộ gen của người đã được giải mã, các nhà khoa học sẽ áp dụng những hiểu biết này vào những lĩnh vực khác nhau nhằm phục vụ con người. Sinh học nghiên cứu những đặc điểm, những nguyên lý chung nhất của sinh giới, những quy luật, những cơ chế của sự sống. Con người - sinh vật được coi là cao cấp nhất cũng chịu sự chi phối của những quy luật, những cơ chế đó. Nhưng cơ thể con người có những tính chất riêng khác với các sinh vật khác. Môn sinh học trong chương trình đào tạo của trường Y phải đảm bảo những nguyên lý cơ bản của sinh học nói chung, và thích hợp với chương trình đào tạo của Y học. Sinh học giúp cho y học tiến bộ. Lịch sử đã chứng minh rằng những bước tiến bộ của y học đều xuất phát từ các cuộc cách mạng sinh học và các môn khoa học cơ bản khác. Cuốn sách này được biên soạn nhằm cung cấp cho các học viên học theo chương trình đào tạo bác sĩ đa khoa những nguyên lý cơ bản nhất của Sinh học ứng dụng trong Y học, tạo cơ sở để học viên học tiếp các môn học của Y học cơ sở và lâm sàng. Trong sinh học nói chung, y học nói riêng những hiểu biết về tế bào học, về di truyền học, về sinh học phát triển, về các nguyên lý sinh thái và về sự tiến hóa của chất sống và sinh giới, là cơ sở khoa học để vận dụng vào các ngành khoa học khác nhau. Một ngành khoa học chỉ có sức sống khi file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Introduction.htm 05/07/2013
Page 4 of 4 biết vận dụng các kiến thức vào thực tiễn để nâng cao trình độ hơn, tác dụng tốt hơn. Sách gồm 5 chương tương ứng với những vấn đề trên mỗi chương gồm 2 - 6 Bài, mỗi Bài tương ứng từ 2 – 4 tiết học, trong đó có Bài sinh viên tự đọc. Mỗi Bài đều có mục tiêu và tự lượng giá để sinh viên tập trung vào những nội dung cơ bản nhất. Các tác giả của cuốn sách này là những Giáo sư, Phó giáo sư, tiến sĩ, các giảng viên lâu năm của chuyên ngành Y sinh học – Di truyền. Đặc biệt là cố GS.TS. Trịnh Văn Bảo người có công lớn trong việc chủ biên và biên soạn cuốn sách này. Chúng tôi đã cập nhật những kiến thức mới, những thành tựu đã đạt được trong lĩnh vực sinh học nói chung và đã chọn lọc để thích hợp với chương trình đào tạo Y học. Tuy nhiên cuốn sách chắc chắn chưa đáp ứng được yêu cầu của nhiều bạn đọc, rất mong sự góp ý của bạn đọc và đồng nghiệp. Thay mặt ban biên soạn PGS.TS. TRẦN THỊ THANH HƯƠNG TRƯỞNG BỘ MÔN Y SINH HỌC – DI TRUYỀN TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y HÀ NỘI DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT NST Nhiễm sắc thể ADN Acid deoxyribonucleic ARN Acid ribonucleic Hb Hemoglobin PCR (Polymerase chain reaction): phản ứng chuỗi polymerase FISH (Fluorescence in situ hybridization): lai tại chỗ huỳnh quang PHA Phytohemagglutinin IQ (Intelligence quotient): chỉ số trí tuệ TDF (Testis determining factor) yếu tố biệt hóa tinh hoàn (gen biệt hóa tinh hoàn) HLA (Human leukocyte antigen) hệ thống kháng nguyên bạch cầu người Nu Nucleotid BTBS Bất thường bẩm sinh file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Introduction.htm 05/07/2013
Page 1 of 57 Chương 1 SINH HỌC TẾ BÀO Bài 1 HỌC THUYẾT TẾ BÀO CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TẾ BÀO MỤC TIÊU 1. Nêu được nội dung cơ bản của học thuyết tế bào. 2. Trình bày được các phương pháp nghiên cứu tế bào. 1. LƯỢC SỬ HÌNH THÀNH TẾ BÀO HỌC - HỌC THUYẾT TẾ BÀO Tế bào là đơn vị cơ bản của sự sống. Với kính hiển vi tự tạo độ phóng đại 30 lần, Robert Hooke (1665) là người đầu tiên quan sát mô bần thực vật, các mô bần thực vật được cấu tạo bởi các xoang nhỏ; ông gọi các xoang nhỏ có thành bao quanh là tế bào. Antonie Van Leeuwenhoek (1674) với kính hiển vi độ phóng đại 270 lần đã mô tả tế bào động vật. Đến thế kỷ XIX nhờ sự hoàn thiện của kỹ thuật hiển vi và các ngành khoa học khác đã làm nền tảng cho học thuyết tế bào của Mathias Schleiden và Theodo Schwann (1838 - 1839). Nội dung cơ bản của học thuyết tế bào này: mọi cơ thể sinh vật đều có cấu tạo tế bào. F. Engel (1870) đã đánh giá học thuyết tế bào là một trong ba phát kiến vĩ đại của khoa học tự nhiên thế kỷ XIX (cùng với học thuyết tiến hóa và học thuyết chuyển hóa năng lượng). Từ đây môn tế bào học đã trở thành một khoa học thực sự nghiên cứu cấu trúc, chức năng của tế bào. Theo quan niệm hiện đại thuyết tế bào gồm những nội dung cơ bản: - Mọi sinh vật đều gồm một hoặc nhiều tế bào, trong đó xảy ra các quá trình chuyển hóa vật chất và tồn tại tính di truyền. - Tế bào là sinh vật sống nhỏ nhất, đơn vị tổ chức cơ bản của mọi cơ thể. - Tất cả tế bào đều được sinh ra từ tế bào có trước. Cấu trúc cơ bản của tế bào gồm 3 phần: - Mọi tế bào đều được màng sinh chất bao quanh. - Mọi tế bào đều có nhân hoặc nguyên liệu chứa thông tin di truyền. - Mọi tế bào đều chứa tế bào chất. Các tế bào có cấu trúc chung, nhưng các nhóm tế bào tiến hóa theo những hướng khác nhau, cấu tạo biến đổi theo các phương thức khác nhau. file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Chapter1.htm 05/07/2013
Page 2 of 57 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TẾ BÀO Ngày càng có nhiều phương pháp nghiên cứu cấu trúc và chức năng của tế bào. Sau đây là những nguyên tắc của một số phương pháp cơ bản. 2.1. Hiển vi quang học 2.1.1. Nguyên lý Kích thước của tế bào và các thành phần trong tế bào rất nhỏ nên phải tìm cách phóng đại chúng lên để quan sát được. Phương pháp hiển vi quang học là phương pháp nhờ vào khả năng phóng đại của các thấu kính được sắp xếp thành kính hiển vi mà người sáng lập là Robert Hooke (1665). Khả năng phóng đại của kính là từ vài trăm lần đến vài nghìn lần. Kích thước qua kính hiển vi quang học gọi là kích thước hiển vi, đơn vị hiển vi là micromet. Khả năng phân tách được hai điểm cạnh nhau cũng ở mức độ micromet. Về nguyên lý, muốn cho hai điểm cạnh nhau được trông thấy tách biệt nhau dưới kính hiển vi quang học thì dĩ nhiên hai điểm đó đều phải được nhìn thấy cả. Lý thuyết tán xạ cho thấy: hai hình ảnh sẽ thấy tách biệt nhau nếu hai điểm cách nhau ít nhất bằng 0,61 ,5 n sin n là khả năng phân tách của kính, nghĩa là khoảng cách nhỏ nhất thấy giữa hai điểm qua kính hiển vi quang học, là độ dài bước sóng ánh sáng phát ra từ mẫu vật, n là chỉ số chiết quang của môi trường giữa mẫu vật và vật kính, là góc mở của vật kính. đã xác định bởi nguồn ánh sáng thấy, muốn giảm thì chỉ còn cách tăng n sin. Trong số này góc mở bị giới hạn bởi nhiều sai lệch rất khó điều chỉnh, còn lại là chỉ số chiết quang n. Nhưng n không được cao hơn chỉ số chiết quang của các thấu kính trong vật kính nên người ta chỉ nâng n giữa mẫu vật và vật kính bằng một chất dầu gọi là dầu bách hương để đạt chỉ số chiết quang tối đa mong muốn bằng chỉ số chiết quang của thấu kính. Kính hiển vi quang học cho tới nay vẫn dừng ở độ phóng đại lý thuyết là 3000 với bộ thấu kính: thị kính 20x, trung gian 1,5x, vật kính 100x. Trong thực tế thì độ phóng đại này không dùng vì tối và độ phóng đại thường dùng được với ánh sáng thấy là 1000 lần, với khoảng cách phân biệt được là 0,2 micromet. Những kính thật tốt dùng để nghiên cứu có thể soi đạt ở độ phóng đại 1500 lần. Với kính hiển vi quang học ta có thể xem được tế bào sống và tế bào đã định hình. 2.1.2. Phương pháp làm tiêu bản và quan sát tế bào đã được định hình và nhuộm Tiêu bản hiển vi có nhiều loại, tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu và phương pháp hiển vi được sử dụng khi quan sát. Các phương pháp làm tiêu bản hay được sử dụng: làm tiêu bản giọt ép, làm tiêu bản vết bôi, làm tiêu bản dấu quét, lát cắt. Sau khi trên phiến kính có mẫu vật, tiến hành định hình và nhuộm. Định hình: nhằm mục đích giết nhanh tế bào để cố định tất cả các cấu trúc của nó có hình dạng giống như lúc sống không bị phá hủy. Có nhiều chất và hỗn hợp định hình với các cơ chế cũng như tác dụng khác nhau. Tùy thuộc vào từng đối tượng và mục đích mà cần lựa chọn chất và thời gian định hình phù hợp. Để định hình, người ta dùng sức nóng hay đông lạnh, hay các hóa chất như alcol, các muối kim loại nặng như platin clorua, thủy ngân biclorua, các acid như acid axetic, acid picric, acid cromic, acid formic. Mẫu vật tế bào sau khi định hình, nếu dày quá thì phải cắt thành những lát mỏng khoảng vài micromet, sau đó nhuộm bằng các chất màu thích hợp. file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Chapter1.htm 05/07/2013
Page 3 of 57 Nhuộm: có nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau. Theo nguồn gốc: nhóm có nguồn gốc thực vật, nhóm có nguồn gốc động vật, nhóm thuốc nhuộm tổng hợp. Theo bản chất hóa học: thuốc nhuộm acid, thuốc nhuộm base, thuốc nhuộm trung tính. Khi nhuộm có thể dùng một loại thuốc nhuộm (nhuộm đơn) hay hai loại trở lên (nhuộm kép, nhuộm phức). Thuốc nhuộm thường được pha trong cồn hay trong nước cất tùy mục đích. Đối với mỗi đối tượng cần lựa chọn loại thuốc nhuộm, thời gian nhuộm, phương pháp nhuộm thích hợp. 2.1.3. Phương pháp quan sát tế bào sống Muốn xem tế bào sống phải đặt tế bào trong môi trường lỏng giống hay gần giống với môi trường sống tự nhiên của nó. Một số bộ phận của tế bào sống có chỉ số chiết quang bằng nhau nên quan sát theo phương pháp bình thường không thể thấy được, nhưng khi cải biến chút ít bằng các phụ kiện để tạo thành kính hiển vi nền đen hay kính hiển vi đối pha thì có thể thấy rõ ràng hơn các bộ phận khác nhau. Để quan sát những bào quan và những vật thể trong tế bào có cấu trúc tương tự cấu trúc của tinh thể, người ta dùng kính hiển vi phân cực. Tế bào xem sống cũng có thể nhuộm sống để tăng độ chiết quang của các phần khác nhau. Chất màu nhuộm phải loãng, không độc hoặc ít độc. Các phẩm nhuộm thường dùng là đỏ trung tính, xanh janus, lục trypan, lục methyl, đỏ trypan. 2.1.3.1. Hiển vi đối pha: là phương tiện được dùng rộng rãi trong việc quan sát tế bào mô sống. Hiển vi đối pha dựa trên nguyên tắc các cấu trúc sinh học có tính chất chiết quang, có khả năng biến đổi pha của tia sáng đi qua. Các biến đổi này khác nhau ở những phần có chỉ số chiết quang và độ dày khác nhau, ở những phần có chỉ số khúc xạ cao hơn thì ánh sáng bị giữ chậm lại tạo nên sự lệch pha. ở một số bộ phận của tế bào sống có chỉ số chiết quang gần bằng nhau thì sự khác biệt này chưa đủ để có thể phân biệt hình ảnh dưới hiển vi thường. Trong hiển vi đối pha người ta đặt các bản pha là bản mỏng trong suốt có gắn với một gờ nối hình vòng có dạng và kích thước trùng với màn chắn hình vòng của tụ quang. Bản pha được đặt ở mặt phẳng tiêu cự sau vật kính, do vậy sự lệch pha nhỏ cũng được chuyển thành sự sai khác về biên độ làm cho chúng ta có thể quan sát bằng mắt được hay chụp ảnh. 2.1.3.2. Hiển vi giao thoa: nguyên tắc cũng tương tự như hiển vi đối pha. 2.1.3.3. Hiển vi phân cực: trong kính hiển vi phân cực có bộ phận phân cực, kính phân cực, kính phân tích giúp ta quan sát rõ một số thành phần trong tế bào mà cấu tạo có sự phân cực, không cùng hướng. 2.1.3.4. Hiển vi nền đen: loại kính hiển vi này có vị trí của bộ phận tụ quang khác với hình hiển vi thường, ánh sáng đi vào vật kính là tia tán xạ, ta có thể quan sát các hình ảnh của vật trên nền tối. 2.1.3.5. Hiển vi huỳnh quang: nguồn sáng của kính hiển vi huỳnh quang là đèn thủy ngân tạo ra các tia tím, nhờ hệ thống gương lọc ánh sáng và gương tán sắc đặc biệt sẽ phản chiếu lên bản quan sát những tia bước sóng ngắn. Các tia đó có tác dụng gây ra hiện tượng huỳnh quang và làm cho bản quan sát phát ra những tia sáng huỳnh quang có bước sóng dài hơn. Độ dài bước sóng bức xạ huỳnh quang luôn luôn dài hơn độ dài bước sóng bức xạ gây ra nó. Một số vật có khả năng phát huỳnh quang. Tuy nhiên một số chất chỉ phát sáng sau khi được nhuộm huỳnh quang. Ví dụ: người ta sử dụng quinacrin và một số dẫn xuất để phát hiện các băng huỳnh quang trên nhiễm sắc thể và vật thể giới Y ở tế bào lúc gian kỳ. Trong nghiên cứu cấu trúc phân tử, sự vận chuyển qua màng, xác định vị trí trung thể trong tế bào, để nghiên cứu hoạt động ADN, ARN ta có thể đưa hợp chất huỳnh quang vào cơ thể sống và sử dụng phương pháp này để nghiên cứu. file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Chapter1.htm 05/07/2013
Page 4 of 57 2.2. Hiển vi điện tử Kính hiển vi điện tử giúp ta thấy được hình ảnh của mẫu vật trên một màn huỳnh quang hoặc trên bản phim chụp ảnh. Về nguyên lý cũng tương tự như kính quang học phải có các chùm tia. ở đây không phải là ánh sáng mà là chùm tia điện tử. Các chùm tia điện tử có bước sóng vô cùng ngắn được khuyếch đại bởi các thấu kính điện hoặc từ để cuối cùng đập lên một màn huỳnh quang hoặc phim ảnh cho hình ảnh của mẫu vật. Độ phóng đại của kính điện tử rất lớn tới 5 vạn hoặc 10 vạn lần. Khoảng cách phân biệt được tính bằng angstrom. Những kính tốt nhất hiện nay được dùng đã phân tách được hai điểm cách xa nhau 2 angstrom. Khoảng cách tối thiểu này chưa dừng lại. Hiển vi điện tử hiệu ứng đường hầm đã đưa khoảng cách này xuống khoảng 1 angstrom. Mẫu soi trên kính hiển vi phải càng mỏng càng tốt. Mẫu vật thường có độ dày 0,02 - 0,1 micromet. Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật mới nhất của kính hiển vi điện tử không phải chỉ là vấn đề độ phóng đại mà còn là ở những hình ảnh nổi cho phép thấy được ảnh có chiều sâu, có độ lồi lõm phức tạp. Phương pháp này gọi là phương pháp hiển vi điện tử quét. Ngày nay người ta còn sử dụng phương pháp hiển vi quét kết hợp với videocamera để thu được hình ảnh sống của tế bào. 2.3. Tự chụp hình phóng xạ Phương pháp này dựa vào khả năng phát hiện nhờ phim ảnh, các chất phóng xạ nhân tạo lúc cho các chất này vào trong tế bào nuôi cấy hoặc vào cơ thể sống. Các chất đồng vị phóng xạ thường dùng là 14C, 35S, 3H, 32P. Các nguyên tố phóng xạ được đưa vào các hợp chất thích hợp rồi đưa các hợp chất đó vào tế bào. Như 14C, 35S đưa vào các acid amin để theo dõi sự tổng hợp protein, 3H (tritium) được đưa vào thymin hoặc uracyl để theo dõi sự tổng hợp ADN và ARN. Chất phóng xạ đem tiêm vào cơ thể sống hoặc cho vào môi trường nuôi cấy tế bào sẽ xâm nhập vào tế bào và nằm ở vị trí theo sự chuyển hóa của nó. Sau đó lấy mô hoặc tế bào ra định hình, cắt mảnh đặt lên phiến kính và có thể nhuộm. Bọc phiến kính có tiêu bản bằng nhũ tương ảnh trong tối và giữ trong tối như giữ phim ảnh. Sau một thời gian chất phóng xạ nằm trong tế bào sẽ phát ra các điện tử, các điện tử này sẽ tác động lên bromua bạc của nhũ tương ảnh. Đem rửa phiến kính như rửa phim ảnh thường, khi soi dưới kính hiển vi sẽ nhìn thấy cả hình tiêu bản bình thường và ảnh của bộ phận tế bào có chất phóng xạ, chỗ những vệt đen tập trung trên nhũ tương ảnh. 2.4. Nuôi cấy tế bào Những tế bào rời như tế bào bạch cầu lympho, tế bào từ bào thai bong ra trong dịch ối, các mô tách khỏi cơ thể, ví dụ mô lấy từ bào thai, mô lấy từ da… có thể nuôi cấy được trong môi trường nhân tạo. Môi trường nhân tạo này là môi trường dinh dưỡng lỏng có đầy đủ chất hòa tan thích hợp cho tế bào sống và sinh sôi, có nhiệt độ và độ pH thích hợp và cần nhất là phải vô khuẩn tuyệt đối. Tế bào nuôi như vậy sau khi rời khỏi cơ thể vẫn sống và sinh sôi và về cơ bản vẫn giữ được bản chất sinh học của cá thể nguồn gốc mà chúng được tách ra. Các tế bào nuôi cấy này được sử dụng làm vật chủ sống cho virus, loại sinh vật này ký sinh bắt buộc trong tế bào sống. Trong công nghiệp chế tạo vacxin, tế bào nuôi cấy này cũng được sử dụng như vật thí nghiệm sống, ví dụ như trường hợp thử thuốc trên tế bào người nuôi cấy. Trong công tác nghiên cứu và chẩn đoán di truyền, nuôi cấy tế bào là phương pháp cơ bản nhất để xem xét bộ nhiễm sắc thể của cá thể. Trong chẩn đoán trước sinh các bệnh di truyền, phương pháp nuôi cấy tế bào bào thai trong dịch ối là phương pháp để xem xét không những bộ nhiễm sắc thể của đứa trẻ tương lai mà còn xét nghiệm được các sản phẩm chuyển hóa, các enzym liên quan đến tật, bệnh di truyền có trong tế bào của mẫu nuôi cấy và trong dịch nuôi cấy. Phương pháp nuôi cấy tế bào, nếu được phối hợp file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Chapter1.htm 05/07/2013
Page 5 of 57 với kỹ thuật gen thì có thể chẩn đoán trước sinh tới mức độ tìm ra chính gen bệnh, ví dụ gen bệnh thiếu máu hồng cầu liềm. 2.5. Ly tâm phân tách Ly tâm phân tách là phương pháp cho phép tách riêng các bào quan thành từng loại thuần khiết để nghiên cứu. Phương pháp gồm có hai bước: 2.5.1. Bước 1: Nghiền tế bào để phá vỡ màng tế bào, sao cho chỉ làm vỡ màng mà không hại tới các bào quan và các thành phần khác của tế bào chất. Muốn vậy phải: - Nghiền và để lắng ở nhiệt độ thấp. - Dùng môi trường lỏng đẳng trương để nghiền có chứa dung dịch đệm để tránh làm thay đổi pH chung và riêng từng phần. Ngoài ra còn phải phụ thêm các chất hóa học nhằm bảo vệ các chất của tế bào tránh mọi phản ứng. Người ta thường dùng cối nghiền hoặc máy nghiền bằng thủy tinh mài quay với tốc độ cao và làm việc với nhiệt độ gần 0 - C. 2.5.2. Bước 2: làm lắng bằng máy ly tâm. Trong máy ly tâm, các thành phần khác nhau sẽ bị kéo bởi một lực ly tâm khác nhau và tốc độ kéo của lực đó được tính theo công thức: (2 N ) 2 V v R g V: tốc độ kéo của lực ly tâm v: tốc độ lắng khi không có lực ly tâm N: số vòng/giây của máy ly tâm R: bán kính máy ly tâm g: gia tốc trọng trường Tốc độ lắng của vật thể sẽ nhanh hơn tốc độ lắng tự nhiên của nó có thể đến hàng ngàn lần. Ly tâm một lần thu được phần lắng thường chưa được thuần khiết ngay nên người ta lại hòa tan phần lắng ra và ly tâm lần nữa với tốc độ lớn hơn cho đến khi phần lắng là thuần khiết. Trong tế bào các phần có tỷ trọng theo thứ tự lớn đến nhỏ là: glycogen, sắc tố hoặc các tinh thể, và nhẹ nhất là dịch tế bào và các chất béo. 2.6. Phương pháp siêu ly tâm phân tách Siêu ly tâm phân tách có tốc độ quay cực nhanh và tốc độ quay được kiểm soát một cách chính xác. Đối tượng tách là các phân tử đã đồng nhất. Máy này là một trong những phương tiện nghiên cứu protein, ADN, ARN và cho phép xác định trọng lượng phân tử và hình dáng của chúng, tách giữ các phân tử này. 2.7. Vi phẫu tích tế bào Dưới kính hiển vi, người ta cũng có thể tiến hành phẫu tích gọi là vi phẫu tích tế bào với những dụng cụ rất nhỏ, tách được nhân ra khỏi tế bào hoặc cắt tế bào thành những mảnh nhỏ để nghiên cứu. 2.8. Các phương pháp hóa học tế bào Phương pháp hóa học tế bào giúp ta xác định được vị trí tập trung của các chất khác nhau trong tế bào và trong nhiều trường hợp có thể định lượng được chúng nhờ những máy quang phổ đặc biệt. Phương pháp này còn dựa trên các phản ứng định tính hóa học, đối với từng loại chất, bằng cách dùng thuốc thử khác nhau, có thể thấy được màu sắc đặc trưng và vị trí của chất cần phát hiện. file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Chapter1.htm 05/07/2013
Page 6 of 57 Ngoài ra người ta còn dùng các phương pháp thông thường khác như phương pháp ủ lạnh, phương pháp nghiên cứu sự chuyển hóa nội bào… Trong vấn đề nghiên cứu tế bào, cần có các kỹ thuật ở mức phân tử, kỹ thuật gen: tách chiết ADN, điện di ADN, lai ADN, kỹ thuật tái tổ hợp ADN, nhân ADN, giải trình tự ADN… Những kỹ thuật này sẽ được trình bày ở phần sinh học phân tử. TỰ LƯỢNG GIÁ 1. Nêu nội dung cơ bản của học thuyết tế bào. 2. Nêu nội dung cơ bản của phương pháp hiển vi quang học. 3. Trình bày nguyên lý cơ bản của phương pháp hiển vi điện tử, tự chụp hình phóng xạ, nuôi cấy tế bào. 4. Trình bày nội dung của phương pháp ly tâm phân tách, siêu ly tâm phân tách, vi phẫu tích tế bào và phương pháp hóa học tế bào. Bài 2 MÀNG TẾ BÀO VÀ TẾ BÀO CHẤT MỤC TIÊU 1. Trình bày được cấu trúc, thành phần hóa học, chức năng màng tế bào và sự hình thành màng tế bào. 2. Trình bày được cấu trúc, thành phần hóa học, chức năng của các bào quan và các thành phần thuộc tế bào chất. 1. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA MÀNG TẾ BÀO 1.1. Màng tế bào Phần này giới thiệu chủ yếu cấu trúc và chức năng của tế bào Eukaryota; một số vấn đề có liên quan, có liên hệ với Prokaryota. Mọi tế bào đều được bao bọc bởi màng tế bào. Tế bào sinh vật Eukaryota có hình dạng, kích thước và khối lượng khác nhau tùy thuộc tế bào của sinh vật đơn bào, đa bào, tùy thuộc vị trí chức năng của chúng ở các mô trong cơ thể. Mỗi tế bào gồm 3 phần chính: màng tế bào, tế bào chất và nhân. Màng tế bào và hệ thống màng nội bào (màng lưới nội chất, màng bộ Golgi, màng tiêu thể, màng ty thể, màng lạp thể, màng nhân…) đều có bản chất là màng sinh chất. Màng sinh chất đều có cấu tạo chung: là màng lipoprotein, thành phần hóa học gồm lipid, protein ngoài ra còn có carbohydrat. Lipid tạo thành lớp kép, đầu ưa nước quay ra phía ngoài lớp kép file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Chapter1.htm 05/07/2013
Page 7 of 57 phân tử, đầu kỵ nước quay vào trong lớp kép phân tử. Protein phân bố đa dạng và linh hoạt trong lớp kép lipid. Các carbohydrat thường liên kết với lipid hoặc protein. Hàm lượng lipid, protein, carbohydrat cũng như cách sắp xếp của chúng trong màng tùy thuộc vào chức năng từng loại màng. 1.1.1. Cấu trúc màng tế bào Hình hiển vi điện tử cho thấy màng tế bào là một màng mỏng, khoảng 100Å gồm hai lớp sẫm song song kẹp ở giữa là một lớp nhạt. Mỗi lớp dày khoảng từ 25 - 30Å. Lớp nhạt là lớp phân tử kép lipid còn hai lớp sẫm chủ yếu do phần ưa nước của các phân tử protein tạo nên. Tiêu th Màng sinh chất Bộ golgi Nhân Lưới nội sinh chất nhẵn Ty thể Chất nhiễm sắc Hạch nhân Hình 1.1. Hình hiển vi điện tử và sơ đồ minh họa cấu trúc tế bào Eukaryota 1.1.1.1. Cấu trúc lipid màng tế bào Lipid màng tế bào là lớp phân tử kép lipid vì lớp này gồm hai lớp phân tử lipid áp sát nhau, làm nên cấu trúc cơ bản bao bọc quanh tế bào. file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Chapter1.htm 05/07/2013
Page 8 of 57 Lipid màng có thành phần cấu trúc và đặc tính cơ bản như sau: Về thành phần hóa học, lipid màng được chia làm hai loại: phospholipid và cholesterol. Tính chất chung của hai loại là mỗi loại phân tử đều có một đầu ưa nước và một đầu kỵ nước. Đầu ưa nước quay ra ngoài tế bào hoặc vào trong tế bào để tiếp xúc với nước của môi trường hoặc tế bào chất, còn đầu kỵ nước thì quay vào giữa, nơi tiếp giáp của hai lớp phân tử lipid. Tính chất dấu đầu kỵ nước này đã làm cho màng luôn luôn có xu hướng kết dính các phân tử lipid với nhau để cho đầu kỵ nước ấy khỏi tiếp xúc với nước, và lớp phân tử kép lipid còn khép kín lại, tạo thành một cái túi kín để cho tất cả các đầu kỵ nước đều được dấu kín khỏi nước. Nhờ tính chất này mà lớp lipid có khả năng tự động khép kín, tái hợp nhanh khi bị mở ra, xé ra hay tiếp thu một bộ phận lipid mới vào màng. Hình 1.2. Hình hiển vi điện tử màng sinh chất (a) và mô hình cấu trúc màng sinh chất (b1, b2) - Các phospholipid Các phospholipid nói chung rất ít tan trong nước. Thành phần lipid của đa số màng hầu như bao giờ cũng là một phospholipid liên kết với một hàm lượng nhỏ các lipid trung tính và glycolipid. Có rất nhiều loại phospholipid, chúng chiếm khoảng 55% trong thành phần lipid của màng tế bào. Bốn loại chính theo thứ tự từ nhiều đến ít nhất là: phosphatidylcholin, sphingomyêlin, phosphatidylethanolamin, phosphatidylserin. Ngoài ra còn có phosphatidylinositol với tỷ lệ thành phần ít hơn. Các loại phân tử này xếp xen kẽ với nhau, từng phân tử có thể quay xung quanh chính trục của mình và đổi chỗ cho các phân tử bên cạnh hoặc cùng một lớp phân tử theo chiều ngang. Sự thay đổi chỗ này là thường xuyên, chúng còn có thể đổi chỗ theo chiều ngang. Khi đổi chỗ sang lớp đối diện, các phospholipid phải cho phần đầu ưa nước vượt qua lớp tiếp giáp kỵ nước giữa hai lớp, cho nên file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Chapter1.htm 05/07/2013
Page 9 of 57 cần có sự can thiệp của một hoặc một số protein màng. Khi các phân tử phospholipid tiếp xúc với nước, thì đuôi dài kỵ nước của phospholipid không liên kết với nước, đồng thời các phân tử nước luồn lách để tìm phần ưa nước, hình thành liên kết hydro. Mỗi phân tử phospholipid định hướng để đầu phân cực ưa nước quay vào nước, đuôi hướng phân cực kỵ nước quay khỏi nước, vì vậy nó đã hình thành nên hai lớp có đuôi kỵ nước hướng vào nhau tạo lớp kép lipid. Hai lớp lipid màng thường chứa các lipid khác nhau. Chức năng của phospholipid: Thành phần chính tạo nên nền tảng cơ bản của màng sinh chất. Sự đổi chỗ của các phospholipid tạo tính lỏng linh động của tế bào Tham gia vận chuyển vật chất qua màng, là thành phần chính phụ trách vận chuyển thụ động vật chất qua màng. Phần kỵ nước của lớp kép lipid đẩy lùi bất kỳ phân tử hòa tan nước nào đi qua. Ngoài phân tử phospholipid, màng tế bào còn có các protein xuyên qua lớp kép lipid tạo các kênh dẫn truyền qua màng. Protein màng được định vị trên màng bởi các phân tử phospholipid, tuy nhiên protein màng không cố định một chỗ, có thể chuyển vị trí. Phospholipid liên kết với các nhánh carbohydrat trên bề mặt màng làm cho màng có thêm nhiều chức năng có tính đặc hiệu. - Cholesterol Màng sinh chất của Eukaryota bao giờ cũng có cholesterol là một lipid steroid trung tính. Cholesterol là một loại phân tử lipid nằm xen kẽ các phospholipid và rải rác trong hai lớp lipid của màng. Cholesterol chiếm từ 25 - 30% thành phần lipid màng tế bào. Màng tế bào là loại màng sinh chất có tỷ lệ cholesterol cao nhất (màng tế bào gan có tỷ lệ cholesterol còn cao hơn: 40% tổng số lipid toàn phần), tỷ lệ cholesterol cao làm giảm tính lỏng linh động của tế bào. Thành phần còn lại của lipid màng là glycolipid (khoảng 18%) và acid béo kỵ nước (khoảng 2%). 1.1.1.2. Cấu trúc protein màng tế bào Lipid màng tế bào đảm nhiệm phần cấu trúc cơ bản, còn các chức năng đặc hiệu của màng thì phần lớn do các phân tử protein màng đảm nhiệm. Cho đến nay người ta đã phát hiện trên 50 loại protein màng (cùng có trên một màng sinh chất duy nhất). Tỷ lệ P/L (protein trên lipid) là xấp xỉ một ở màng tế bào hồng cầu. Căn cứ vào cách liên kết với lipid màng, người ta chia protein màng ra làm hai loại: protein xuyên màng và protein ngoại vi. - Protein xuyên màng Gọi protein xuyên màng vì phân tử protein có một phần nằm xuyên suốt màng lipid và hai phần đầu của phân tử thì thò ra hai phía bề mặt của màng. Phần xuyên suốt màng, hay phần dấu trong màng lipid là phần kỵ nước, vẫn là hình sợi nhưng có thể xuyên qua màng một lần, nhưng cũng có loại lộn vào lộn ra để xuyên qua màng nhiều lần, có khi tới 6 - 7 lần. Các phần thò ra hai phía bề mặt màng đều ưa nước. Nhiều loại phân tử protein màng có đầu thò phía bào tương có nhóm carboxyl COO– mang điện âm khiến chúng đẩy nhau và cũng vì vậy mà các phân tử protein xuyên màng tuy có di động nhưng phân bố đồng đều trong toàn bộ màng tế bào (tính chất này có thay đổi khi độ pH thay đổi). Protein xuyên màng cũng có khả năng di động kiểu tịnh tiến trong màng lipid. Protein xuyên màng chiếm tỷ lệ 70% protein màng tế bào. file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Chapter1.htm 05/07/2013
Page 10 of 57 Ví dụ protein xuyên màng: + Glycophorin Glycophorin là một loại protein xuyên màng có phần kỵ nước xuyên màng ngắn. Chuỗi polypeptid ưa nước thò ra ngoài màng có mang những nhánh oligosaccharid và cả những nhánh polysaccharid. Các oligosaccharid này tạo phần lớn các carbohydrat của bề mặt tế bào. Chuỗi polypeptid có đuôi carboxyl ưa nước quay vào trong tế bào chất, có thể tham gia vào việc liên kết với các protein khác bên trong màng. Các glycophorin có thể mang các tên phân tử khác nhau. Chức năng của chúng cũng đa dạng như chức năng của lớp áo tế bào (sẽ nói rõ hơn ở phần sau). + Protein band3 xuyên màng Protein band3 xuyên màng được nghiên cứu đầu tiên ở màng hồng cầu. Đó là một phân tử protein dài, phần kỵ nước này xuyên trong màng rất dài, lộn vào lộn ra tới 6 lần. Phần thò ra trên bề mặt ngoài màng tế bào cũng liên kết với các oligosaccharid. Phần xuyên màng phụ trách vận chuyển một số anion qua màng. Phần thò vào tế bào chất gồm hai vùng: vùng gắn với ankyrin, một loại protein thành viên của hệ protein lát trong màng, và vùng gắn với các enzym phân ly glucose và gắn với hemoglobin. Với vai trò vận chuyển anion, band3 như là một phân tử độc lập, khi gắn với ankyrin để níu hệ lưới protein vào lipid màng thì band3 đứng sóng đôi gồm hai phân tử bandơ3 kết hợp với hai phân tử ankyrin. Về protein xuyên màng ngày càng có thêm các ví dụ mà hay gặp là các protein enzym vận tải. Tên của chúng phụ thuộc vào vật chất mà chúng vận tải qua màng. - Protein ngoại vi Protein ngoại vi chiếm khoảng 30% thành phần protein, gặp ở mặt ngoài hoặc mặt trong tế bào. Chúng liên kết với đầu thò ra hai bên màng của các protein xuyên màng. Kiểu liên kết được gọi là hấp phụ, không phải là liên kết đồng hóa trị mà bằng lực tĩnh điện hay bằng các liên kết kỵ nước. Lấy ví dụ ở hồng cầu: fibronectin là protein ngoại vi ở phía ngoài màng còn actin, spectrin, ankyrin, band thì ở phía trong màng. Tất cả 4 loại protein ngoại vi này làm thành một mạng lưới 4.1 protein lát bên trong màng hồng cầu bảo đảm tính bền và hình lõm hai mặt cho màng hồng cầu. Spectrin là những phân tử hình sợi xoắn và là phần sợi của lưới. Lưới gồm các mắt lưới, mỗi mắt lưới là một hình 6 cạnh. Cạnh là spectrin. Đỉnh góc có hai loại xen kẽ nhau: loại thứ nhất gồm actin và band , loại thứ hai gồm hai phân tử ankyrin. Mỗi phân tử ankyrin liên kết với vùng gắn với 4.1 ankyrin của phân tử protein xuyên màng band (band liên kết trực tiếp với ankyrin chỉ chiếm 3 3 khoảng 20% tổng số band và như vậy lưới protein ngoại vi níu vào màng bằng protein xuyên màng). 3 Nhiều protein màng ngoại vi khác cũng đã được phát hiện ở phía ngoài màng, chúng tham gia cùng các oligosaccharid có mặt trong lớp áo tế bào hoặc dưới lớp áo tế bào, đóng các loại vai trò khác nhau. Như đã dẫn, fibronectin là một protein màng ngoại vi bám ở mặt ngoài màng tế bào. Protein này có ở hầu hết động vật từ san hô cho đến người, ở các tế bào sợi, tế bào cơ trơn, tế bào nội mô… Nhờ fibronectin mà tế bào bám dính dễ dàng với cơ chất của nó. Điều đáng chú ý là tế bào ung thư có tiết ra protein này, nhưng không giữ được nó trên bề mặt của màng tế bào. Sự mất khả năng bám dính tạo điều kiện cho tế bào ung thư di căn. Chức năng protein màng: Có nhiều loại protein có mặt trong một màng sinh chất. Ngoài chức năng cụ thể của từng loại protein, chức năng chung của các protein màng tế bào: file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Chapter1.htm 05/07/2013
Page 11 of 57 Dẫn truyền nước và các chất qua màng theo cơ chế chủ động, thụ động. Kênh protein xuyên một lần thường dẫn truyền các phân tử lớn. Kênh protein xuyên nhiều lần tạo kênh dẫn truyền các phân tử nhỏ qua màng, dẫn truyền chọn lọc một số phân tử ra vào tế bào. Có chức năng thụ quan (receptor) tiếp nhận dẫn truyền thông tin. Tiếp nhận thông tin, nhận dạng tế bào, liên kết với các tế bào khác, nhiều phản ứng hóa học quan trọng của tế bào được thực hiện ở màng tế bào. Protein ngoại vi xác định hình dạng tế bào, liên kết màng tế bào với khung xương tế bào tạo khung nâng đỡ bên trong màng tế bào. HångcÇu Hình 1.3. Hồng cầu (a) và mô hình cấu tạo màng hồng cầu (b) 1.1.1.3. Carbohydrat màng tế bào Carbohydrat có mặt ở màng tế bào dưới dạng các oligosaccharid, gắn vào hầu hết các đầu ưa nước của các protein màng thò ra bên ngoài màng tế bào. Đầu ưa nước của khoảng một phần mười các phân tử lipid màng (lớp phân tử ngoài) cũng liên kết với các oligosaccharid. Sự liên kết với các oligosaccharid được gọi là sự glycosyl hóa, biến protein thành glycoprotein, lipid thành glycolipid. Các chuỗi carbohydrat thường rất quan trọng đối với sự gấp protein để tạo thành cấu trúc bậc ba và do đó chúng làm cho protein được bền và có vị trí chính xác trong tế bào. Nói chung, carbohydrat không có vai trò trong chức năng xúc tác của protein. Khi liên kết với mặt ngoài màng tế bào tại phần acid sialic của protein - phần acid này tích điện làm cho bề mặt glycoprotein đều mang điện âm. Các phân tử glycoprotein đều mang điện âm nên đẩy nhau làm cho chúng không bị hòa nhập với nhau. Glycolipid cũng vậy, có phần carbohydrat quay ra phía ngoài tế bào, cũng liên kết với một acid gọi là gangliosid cũng mang điện âm và góp phần cùng với các glycoprotein làm cho mặt ngoài của hầu hết tế bào động vật có điện tích âm. Chức năng carbohydrat màng: Tạo lớp áo tế bào: glycosyl hóa protein tạo glycoprotein, glycosyl hóa lipid tạo glycolipid. Lớp áo tế bào (cell coat) được tạo nên do sự glycosyl hóa bởi các oligosaccharid với đầu ưa nước của protein, đầu ưa nước của lipid tạo nên các phân tử glycoprotein, glycolipid. Lớp áo tế bào của màng sinh chất có chức năng bảo vệ, tạo điện âm ở bề mặt màng tế bào, tham gia trao đổi chất. Đặc biệt vấn đề miễn dịch đặc trưng cho từng mô, liên quan đến kháng nguyên quy định nhóm máu; kháng nguyên bạch cầu người HLA (human leukocyte antigen) Tính chất chung là như vậy, nhưng từng vùng, từng điểm một, thành phần và cấu trúc rất khác nhau tạo nên các trung tâm, các vị trí khác nhau phụ trách các chức năng khác nhau như nhận diện, đề kháng, truyền tin, vận tải… 1.1.2. Sự hình thành màng tế bào file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Chapter1.htm 05/07/2013
Page 12 of 57 Màng chỉ được sinh ra từ màng. Màng tế bào được nhân lên mạnh nhất là trước lúc phân bào, khi tế bào chất nhân đôi thì màng tế bào cũng được nhân đôi đủ cho hai tế bào con. Bào quan trực tiếp tổng hợp nên màng mới là lưới nội sinh chất có hạt. Màng lipid do màng lưới nội sinh chất có hạt tổng hợp. Protein màng do các ribosom tự do trong tế bào chất và các ribosom bám trên lưới nội sinh chất có hạt tổng hợp. Nguồn carbohydrat lấy từ tế bào chất và một phần không nhỏ do các túi Golgi cung cấp thông qua các túi tiết và các túi thải chất cặn bã. Thường xuyên màng tế bào bị thu nhỏ lại vì phải lõm vào để tạo nên các túi thực bào và ẩm bào. Để bù lại, thường xuyên tế bào có các túi tiết và các túi thải cặn bã, khi đã đưa hết nội dung ra ngoài rồi thì phần vỏ túi ở lại và hòa nhập vào màng tế bào. Sự hòa nhập này khá dễ dàng vì nói chung cấu tạo màng của các túi và của màng tế bào tương đối giống nhau. 1.2. Chức năng màng tế bào - Màng tế bào là một tổ hợp protein - lipid - carbohydrat có tính linh hoạt cao, tương tác rộng với môi trường, có những chức năng cụ thể sau: - Bao bọc tế bào, ngăn cách tế bào với môi trường tạo cho tế bào thành một hệ thống riêng biệt. - Thực hiện trao đổi nước và trao đổi vật chất giữa tế bào với môi trường theo cơ chế thụ động, chủ động, có chọn lọc. - Các receptor trên bề mặt tế bào nhận thông tin: vật lý, hóa học… chuyển cho tế bào. Điều này thường do các protein xuyên màng đảm nhận. Trên màng có các vị trí cho các phản ứng enzym đặc hiệu, có các con đường chuyển hóa vật chất, khi receptor tiếp xúc với phần tử nào đó trên bề mặt tế bào thì gây ra biến đổi bên trong tế bào. Đầu ưa nước của protein sau khi được glycosyl hóa liên kết với các chất đặc hiệu, sự liên kết này làm biến đổi hình dạng của protein đầu bên trong dẫn đến sự biến đổi của hoạt động tế bào. Receptor bề mặt tế bào rất quan trọng đối với đời sống sinh vật và con người. Nếu không có các receptor này, con người sẽ không có các phản ứng thích hợp để sinh tồn, phát triển (nếu thiếu receptor đặc hiệu cho các hormon) dẫn đến rối loạn quá trình trao đổi chất. Nếu không có các kháng thể ở bề mặt thì không bảo vệ được cơ thể. - Sự trao đổi thông tin qua màng: màng tế bào phát đi và thu nhận thông tin để điều chỉnh các hoạt động sống giữa các tế bào. Thông tin ở dạng những tín hiệu hóa học, vật lý, quá trình này liên quan đến receptor ở bề mặt màng tế bào. - Xử lý thông tin: nhận diện tế bào quen lạ, kẻ thù để có phản ứng đúng. Kích thích hoặc ức chế tiếp xúc giữa các tế bào, giữa tế bào với cơ chất. - Cố định các chất độc, dược liệu, virus, tạo ra sự đề kháng của tế bào bằng các cấu trúc trên màng. Màng tế bào còn là nơi dính bám của các cấu trúc bên trong tế bào. 2. TẾ BÀO CHẤT Tế bào chất là tất cả các phần thuộc tế bào, được giới hạn ở phía trong bởi màng nhân, ở phía bên ngoài bởi màng tế bào. Tế bào chất gồm các thành phần cấu tạo nên tế bào chất: bào quan, thể vùi, dịch tế bào chất và các thành phần khác. Sau đây là các bào quan của tế bào: 2.1. Ribosom Ribosom không bị giới hạn bởi màng sinh file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Chapter1.htm 05/07/2013
Page 13 of 57 chất nội bào, là thể kết hợp của rARN và protein có rải rác khắp tế bào chất, tự do hoặc bám vào lưới nội sinh chất có hạt và vào mặt ngoài của màng nhân ngoài. 2.1.1. Cấu trúc của ribosom Ribosom gồm có hai phân đơn vị liên kết với nhau. Mỗi phân đơn vị có độ lắng khác nhau. Độ lắng là tốc độ lắng khi quay ly tâm trong những điều kiện tiêu chuẩn. Đơn vị lắng là đơn vị S (chữ viết tắt của tên tác giả Svedberg). Ở Prokaryota, toàn bộ ribosom có độ lắng là 70S (phân đơn vị nhỏ có độ lắng là 30S, phân đơn vị lớn có độ lắng 50S). Ở Eukaryota, con số đó lần lượt là: chung 80S, nhỏ 40S, lớn 60S. Phân đơn vị nhỏ hình thuôn dài và cong nằm úp như cái vung không kín lên phân đơn vị lớn. Phân đơn vị lớn có 3 cái mấu thò lên ôm lấy phân đơn vị nhỏ. 2.1.2. Thành phần hóa học của ribosom Mỗi phân đơn vị đều làm bằng protein và rARN. Các rARN cũng được phân biệt bằng đơn vị lắng S. Protein có nhiều và đa dạng được đặt tên là L và S kèm theo chỉ số. - Ở Prokaryota: + Phân đơn vị nhỏ có một rARN 16S (1540 base) và 21 phân tử protein có tên từ S1 đến S21. + Phân đơn vị lớn có hai rARN: 5S (120 base), 23S (2900 base) và 34 phân tử protein có tên từ L1 đến L34. - Ở Eukaryota: + Phân đơn vị nhỏ có một rARN 18S (1900 base) và 33 phân tử protein có tên từ S1 đến S33. + Phân đơn vị lớn có hai rARN: 5S (120 base) và 28S liên kết với 5,8S (4700 base + 160 base) và 49 phân tử protein có tên từ L1 đến L49. Vài bào quan như ty thể và lạp thể có ribosom riêng, kích thước nhỏ hơn. 2.1.3. Chức năng của ribosom Nói một cách vắn tắt thì ribosom là nơi tổ chức việc tổng hợp protein của tế bào. Tuy đã được khám phá ra nhiều điều nhưng sự phức tạp của thành phần cấu trúc và hoạt động chức năng của ribosom vẫn còn nhiều bí ẩn. rARN là acid nucleic nhưng không phải chỉ hoạt động đơn thuần có liên quan đến các mã di truyền mà còn liên kết phối hợp với các protein để tiếp đón mARN một cách chính xác, tổ chức tổng hợp (chuyển và nối các acid amin theo mệnh lệnh thông tin) và giao nhận (khi chuỗi peptid đã hoàn thành). Sự chọn cho được phức hợp tARN - acid amin chính xác để nối dài chuỗi peptid là công việc chiếm nhiều thời gian nhất của sự tổng hợp protein. Người ta phát hiện thấy ở Eukaryota, hầu như tất cả các protein trên bề mặt ribosom cũng như các vòng sợi rARN lộ ra trên bề mặt của ribosom đều gắn với các nhân tố khác như enzym, các nucleotid nhất định trên mARN, trên tARN để tổ chức và quyết định sự khởi đầu, kéo dài và kết thúc sự tổng hợp protein… Bản thân mARN đã có tín hiệu riêng khởi đầu của nó, nhưng sự khởi đầu chỉ thực hiện khi có sự phối hợp của cả một phức hợp protein và rARN trên ribosom. Không có phức hợp protein nói trên thì cả hệ thống mARN, Met - tARN Met, GTP tại codon AUG khởi đầu của mARN và cả phân đơn vị nhỏ của ribosom không thể hình thành. Phức hợp protein ribosom và rARN và cả mARN luôn thay đổi hình dạng của cấu trúc nhờ năng lượng thủy phân GTP để chuyển dịch mARN đi vào và đi qua ribosom (xem phần file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Chapter1.htm 05/07/2013
Page 14 of 57 tổng hợp protein ở phần sau). Vai trò của rARN, với tư cách nhận diện và liên kết theo cơ chế các cặp base, người ta thấy có một chuỗi ngắn nucleotid trên rARN 5S, trước khi bước vào tổng hợp protein, chuỗi ngắn ấy gắn với một chuỗi tương ứng trên mARN, chuỗi này chứa một mã không đặc hiệu nằm trước mã đầu tiên của mỗi mARN (có tác giả cho rằng chuỗi ngắn rARN vừa trình bày thuộc về chuỗi rARN 16S ở vi khuẩn). Một chuỗi nucleotid khác thuộc rARN 28S thì gắn với chuỗi tương ứng (cũng không đặc hiệu) trên tARN khi tARN này mang một acid amin tới ribosom. Người ta cho rằng TΨCG không đặc hiệu của tARN phụ trách việc này. Chúng ta để ý bộ bốn này có T và cả Ψ : ARN về nguyên tắc không có T và Ψ thì đây là loại nucleotid lạ. Khi tARN tổng hợp xong hay bị biến đổi. Sự biến đổi hay gặp nhất là ở bộ bốn UUCG giữa phân tử vòng tròn ở nhánh phải của (chữ thập). Chữ U đầu tiên bị methyl hóa thành T. Chữ U thứ hai sắp xếp lại thành pseudouridin ( Ψ ), trong đó ribose liên kết với một carbon thay vì liên kết với một nitơ. Sự biến đổi này tạo nên TΨ CG. 2.1.4. Dạng tồn tại của ribosom Ribosom có thể tồn tại dưới dạng phân đơn vị. Trong tế bào chất đa số các loài sinh vật, các phân đơn vị lớn và nhỏ chỉ hợp lại với nhau khi tổng hợp protein. Các phân đơn vị được thành lập tại hạch nhân trong nhân tế bào. Ribosom của ty thể và lạp thể có những đặc tính tương tự như ribosom của vi khuẩn. Ribosom có hai dạng chính: ribosom tự do trong tế bào chất và ribosom bám vào lưới nội sinh chất và màng nhân. - Loại ribosom tự do: là nơi sản xuất chủ yếu các protein thuộc bộ xương của tế bào, các protein thêm vào cho ty thể, và cho peroxysom như catalase. Các protein do ribosom tự do tổng hợp đều có một chuỗi ngắn acid amin làm tín hiệu dẫn đường đưa đến nơi giao nhận. - Loại ribosom bám vào lưới nội sinh chất và màng nhân: có điểm khác căn bản với ribosom tự do ở chỗ chúng chỉ chuyên trách làm nơi tổng hợp các protein tiết nói chung, cần bảo quản ngay sau khi tổng hợp và được giao nhận trong các túi vận tải. Mỗi ribosom được gắn bằng phân đơn vị lớn của mình vào một điểm trên màng lưới nội sinh chất hoặc màng nhân, điểm này làm bằng protein gọi là ribophorin, kiểu như một receptor trên màng. Khi không có tổng hợp protein thì ribosom vẫn tự do. Chuỗi acid amin đầu tiên chính là tín hiệu dẫn đường đưa ribosom vào vị trí tiếp nhận. Ribosom tự do và ribosom bám vào lưới giống nhau về thành phần cấu trúc protein và rARN. Gọi là tự do nhưng thực sự thấy chúng thường bám vào các bộ xương của tế bào. - Polysom hay polyribosom là hình ảnh đồng thời nhiều ribosom làm việc trên cùng một sợi mARN. Mỗi ribosom cho ra chuỗi peptid riêng của mình, các chuỗi này đều giống nhau vì được tổng hợp từ một mARN. 2.2. Lưới nội sinh chất có hạt (Rough endoplasmic reticulum: RER) 2.2.1. Cấu trúc và thành phần hóa học Lưới nội sinh chất có hạt là một hệ thống lan toả toàn bộ tế bào chất, gồm các túi dẹt và ống nhỏ giới hạn bởi một lớp màng sinh chất nội bào, tạo thành một không gian riêng, cách biệt với tế bào chất. Khoảng không gian này nối với khoảng quanh nhân, và nối với màng tế bào để thông với khoảng gian bào. file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Chapter1.htm 05/07/2013
Page 15 of 57 Mô hình lưới nội sinh chất có hạtM« h×nh lí i néi sinh chÊt cã h¹ t Hình hiển vi điện tử lưới nội sinh chất có hạt Hình 1.5. Hình hiển vi điện tử và mô hình cấu tạo lưới nội sinh chất có hạt Màng của lưới nội sinh chất có hạt cũng là màng sinh chất nhưng đặc trưng bởi: - Tỷ lệ protein trên lipid (P/L) cao hơn ở màng tế bào, lớn hơn một và có thể gần bằng hoặc bằng hai tùy loại tế bào. - Màng này lỏng linh động hơn màng tế bào vì tỷ lệ cholesterol thấp, chỉ chiếm 6% thành phần lipid (ở tế bào gan chuột), (tỷ lệ này ở màng tế bào là 30%), sự đổi chỗ theo chiều ngang của các phospholipid rất dễ dàng. - Một trong các phospholipid của màng: phosphotidyl cholin chiếm ưu thế (55%) (ở màng tế bào tỷ lệ này là 18%). - Màng có nhiều protein enzym, những enzym chính là: glucose - 6 - phosphatase, nucleotid - phosphatase. - Trên màng có những chuỗi vận chuyển electron tham gia thủy phân nhiều cơ chất. - Đặc biệt là trên bề mặt ngoài của màng có các ribosom bám vào mặt ngoài của lưới nội sinh chất một cách tương đối cố định. Ribosom này có thể rời ra, ở một số tế bào có tổng hợp protein tiết mạnh thì hệ lưới nội sinh chất có hạt phát triển và số lượng ribosom bám cũng lớn. Phân đơn vị lớn của ribosom bám vào một phức hợp protein trên màng lưới nội sinh chất có hạt được gọi chung là ribophorin. Phức hợp này còn có liên quan đến việc tiếp nhận protein tiết đưa vào lòng lưới, lực bám là lực liên kết ion cộng với lực của chính chuỗi polypeptid mới sinh. Trong trường hợp không có permease thì sợi protein tự luồn qua màng lipid của lưới nhờ tín hiệu dẫn đường (permease là một protein xuyên màng có chức năng vận chuyển qua màng). Người ta cũng thấy đối với một số protein như globulin chẳng hạn, ribosom chỉ tìm đến phức hợp tiếp nhận khi sự tổng hợp protein tiết đã bắt đầu. Chuỗi acid amin mới sinh của sợi peptid tự nó làm tín hiệu dẫn đường đưa ribosom đang tự do đến với lưới, gặp phức hợp tiếp nhận của lưới. Sợi peptid mới sinh luồn qua phân đơn vị lớn của ribosom rồi luồn tiếp qua màng đi vào lòng lưới. Tín hiệu dẫn đường có loại bị thủy phân giáng cấp hoặc bị cắt ra khi peptid vào lòng lưới, có loại thì tồn tại để tiếp tục làm tín hiệu dẫn đường khi protein tiết ra khỏi lưới, bọc trong túi vận tải để đi về địa chỉ cuối cùng hoặc địa chỉ tiếp theo. Protein tiết là tên gọi chung chung, chúng có thể là chất tiết thật, cũng có thể là protein màng các loại, protein thủy phân acid của tiêu thể và một số glycoprotein khác không phải là protein thủy phân. Protein vào lưới nội sinh chất có hạt đều là các oligome chứa khoảng ba đơn phân. Oligome gồm các chuỗi polypeptid nối với nhau, các chuỗi này ban đầu thì độc lập. Sau đó các chuỗi oligome chuyển sang dạng tuyến tính, uốn và gấp khúc lại, chỉ những phân tử nào gấp khúc nghiêm chỉnh mới được xuất ra khỏi lưới để đi về nơi tiếp nhận (phần lớn về bộ Golgi). Những phân tử không gấp khúc tốt thì bị lưu lại, hoặc sẽ tích tụ trong lưới hoặc sẽ bị giáng cấp. Các protein riêng của lưới được file://C:\Windows\Temp\gdssftnnqt\Chapter1.htm 05/07/2013
앞 20페이지만 표시됩니다. 전체를 보려면 자료를 다운로드하세요.
댓글이 없습니다. 첫 댓글을 남겨보세요!
댓글 (0)
댓글이 없습니다. 첫 댓글을 남겨보세요!