II - TẾ BÀO NHÂN THỰC

Tế bào nhân thực là dạng tế bào cấu tạo nên cơ thể động vật nguyên sinh, tảo, nấm, thực vật và động vật. Tế bào nhân thực có cấu tạo phức tạp gồm ba thành phần: màng sinh chất, tế bào chất và nhân. Trong tế bào chất đã phân hoá nhiều loại bào quan phức tạp. Nhân chứa nhiễm sắc thể có cấu tạo gồm ADN dạng thẳng liên kết với prôtêin.

1. Nhân tế bào

a) Cấu trúc

Nhân là nơi định khu của vật chất chứa thông tin di truyền nên có vai trò rất quan trọng đối với tế bào. Mỗi tế bào thường có một nhân. Có trường hợp tế bào có nhiều nhân (2 hoặc 3 nhân), hợp bào cơ vân có hàng trăm nhân là do các tế bào liên kết mất màng ngăn, chung nhau khối chất tế bào. Hồng cầu động vật có vú mất nhân (để tăng cường thể tích chứa hemoglobin và giảm tiêu phí năng lượng), do đó chúng mất khả năng sinh sản. Kích thước của nhân thường tương ứng với kích thước của tế bào.

* Màng nhân

Màng nhân là màng lipoprôtêin kép (2 lớp), gồm màng ngoài và màng trong (mỗi màng dày từ 6 – 9nm) cách nhau một khoảng gian màng. Màng nhân có nhiều lỗ.

Các lỗ xuyên qua cả hai màng có kích thước 50 – 80nm được dùng để vận chuyển các chất như các ARN, ribôxôm... ra chất tế bào hoặc vận chuyển các prôtêin từ chất tế bào vào nhân.

Trong nhân có dịch nhân (nước, các chất vô cơ và hữu cơ và có độ nhớt cao) chứa hai cấu thành quan trọng là chất nhiễm sắc và nhân con.

* Chất nhiễm sắc

Chất nhiễm sắc được cấu tạo gồm ADN liên kết với prôtêin. Người ta phân biệt 2 dạng chất nhiễm sắc trong nhân gian kì: chất nhiễm sắc thực là những phần dãn xoắn chứa các gen đang ở trạng thái hoạt động và phần chất dị nhiễm sắc là những phần xoắn và cô đặc chứa các gen bất hoạt.

Trong thời kì phân bào chất nhiễm sắc xoắn và cô đặc lại tạo nên nhiễm sắc thể dễ dàng phân li về 2 tế bào con.

* Nhân con

Mỗi nhân thường chứa một nhân con (không có màng bao bọc gồm rARN, prôtêin và ADN) có kích thước 1 - 2$\mu m$. Ở kì trước phân bào, nhân con mất đi cùng với màng nhân và được tái tạo lại ở kì cuối. Nhân con là nơi tổng hợp rARN và tích lũy ribôxôm của tế bào.

b) Chức năng của nhân

Điều khiển hoạt động sống của tế bào, nhờ ADN mang thông tin di truyền của toàn bộ cơ thể. Trong nhân diễn ra quá trình sao chép mã: ADN mẹ được sao chép thành các ADN con và thông qua sự phân đôi tế bào. ADN sẽ được di truyền qua thế hệ tế bào.

Phiên mã để tổng hợp các dạng ARN cần thiết cho sự dịch mã để tổng hợp prôtêin, thể hiện thông tin di truyền từ kiểu gen đến kiểu hình.

2. Ribôxôm

a) Cấu trúc

Ribôxôm là bào quan có kích thước rất bé (khoảng 15 - 25nm) không có màng bao bọc. Ribôxôm chứa prôtêin (khoảng 50%) và rARN (khoảng 50%). Ribôxôm được cấu tạo gồm 2 tiểu đơn vị một lớn và một bé.

Trong tế bào nhân thực có đến hàng triệu ribôxôm, chúng nằm rải rác tự do trong chất tế bào hoặc đính trên mạng lưới nội chất hạt. Ribôxôm có cả trong ti thể và lục lạp.

b) Chức năng của ribôxôm

Ribôxôm là nơi tổng hợp prôtêin. Bình thường thì 2 tiểu đơn vị tồn tại riêng rẽ nhưng khi tổng hợp prôtêin, chúng sẽ liên kết tạo thành ribôxôm với sự có mặt của $Ca^{2+}$ và $Mg^{2+}$. Khi tổng hợp prôtêin, các ribôxôm có thể liên kết với nhau tạo thành phức hệ gọi là pôlixôm.

3. Khung tế bào (hình 5)

Tế bào chất của tế bào nhân thực có hệ thống mạng sợi và ống prôtêin (vi ống, vi sợi, sợi trung gian) đan chéo nhau, có tác dụng duy trì hình dạng và neo giữ các bào quan như: ti thể, ribôxôm, nhân vào các vị trí cố định gọi là khung nâng đỡ tế bào.

Các vi ống có chức năng tạo nên bộ thoi vô sắc. Các vị ống và vi sợi cũng là thành phần cấu tạo nên roi của tế bào. Các sợi trung gian là thành tố bền nhất của khung tế bào, gồm một hệ thống các sợi protein bền.

4. Trung thể

Trung thể là nơi lắp ráp và tổ chức của các vi ống trong tế bào động vật. Mỗi trung thể gồm hai trung tử xếp thẳng góc với nhau theo trục dọc. Trung tử là ống hình trụ, rỗng, dài, có đường kính khoảng 0,13$\mu m$, gồm nhiều bộ ba vi ống xếp thành vòng.

Trung tử là bào quan hình thành nên thoi vô sắc trong quá trình phân chia tế bào.

5. Ti thể

a) Cấu trúc

Ti thể là bào quan phổ biến ở tế bào, thường có dạng hình cầu hoặc thể sợi ngắn. Hình dạng, số lượng, kích thước, vị trí sắp xếp của ti thể thay đổi theo điều kiện môi trường và trạng thái sinh lí của tế bào (có tế bào có tới hàng nghìn ti thể). Ti thể chứa nhiều protein và lipit, ngoài ra còn chứa axit nuclêic (ADN vòng, ARN) và ribôxôm (giống với ribôxôm của vi khuẩn).

Ti thể có cấu trúc màng kép, màng ngoài trơn nhẵn còn màng trong ăn sâu vào khoang ti thể, hướng vào phía trong chất nền tạo ra các mào. Trên mào có nhiều enzim hô hấp.

b) Chức năng

Ti thể là nơi cung cấp năng lượng cho tế bào dưới dạng các phân tử ATP. Ngoài ra, ti thể còn tạo ra nhiều sản phẩm trung gian có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hoá vật chất.

6. Lục lạp

Lục lạp là bào quan chỉ có ở tảo và thực vật, có vai trò trong sự chuyển hoá năng lượng ánh sáng thành năng lượng tích trong các chất hữu cơ.

a) Cấu trúc của lục lạp:

Lục lạp có nhiều trong lá cây (hình 6a), là một dạng lạp thể chứa clorophin (chất diệp lục) có khả năng hấp phụ các phôtôn ánh sáng.

Cấu trúc quan trọng nhất của lục lạp là các hạt (grana) phân bố trong cơ chất. Hạt được cấu tạo bởi nhiều túi dẹt xếp chồng lên nhau. Thành túi là màng lipoprôtêin được gọi là màng tilacoit (hình 6b). Trong màng tilacoit chứa clorophin, các sắc tố carotenoit, các nhân tố truyền điện tử và phức hệ ATP – xintetaza. Trong cơ chất của lục lạp có hệ enzim để tổng hợp cacbohiđrat và còn có ADN, ARN, ribôxôm.

b) Chức năng của lục lạp:

Lục lạp có chức năng quang hợp. Ánh sáng mặt trời ở dạng các quang tử được hấp phụ bởi chất diệp lục, các điện tử được giải phóng và được truyền đi qua dãy truyền điện tử ATP được tổng hợp nhờ phức hệ ATP – xintetaza. Lục lạp sử dụng năng lượng ATP và hệ enzim trong cơ chất để tổng hợp cacbohiđrat.

7. Lưới nội chất

Lưới nội chất là hệ thống màng lipoprôtêin giới hạn nên các xoang, kênh liên thông nhau tạo thành lưới phân bố khắp trong tế bào chất. Người ta phân biệt 2 dạng lưới nội chất : lưới nội chất trơn và lưới nội chất hạt.

Lưới nội chất có chức năng vận tải nội bào. Các chất được tích lũy trong kênh và được vận chuyển đến các phần khác nhau của tế bào.

Ngoài ra, lưới nội chất còn là nơi tổng hợp các lipit, cacbohiđrat (lưới nội chất trơn) và tổng hợp prôtêin (lưới nội chất hạt vì chúng có các ribôxôm).

8. Bộ máy Gôngi và lizôxôm

a) Bộ máy Gôngi

Bộ máy Gôngi gồm hệ thống túi màng dẹp xếp chồng lên nhau (nhưng tách biệt nhau) theo hình vòng cung. Bộ máy Gôngi có chức năng là gắn nhóm tiền tố cacbohiđrat vào prôtêin được tổng hợp ở lưới nội chất hạt, tổng hợp một số hoocmôn và tạo ra các túi có màng bao bọc (như túi tiết, lizôxôm). Bộ máy Gôngi được coi như một phân xưởng thu gom, bao gói, biến đổi và phân phối các sản phẩm đã được tổng hợp ở một vị trí này đến sử dụng ở một vị trí khác trong tế bào hoặc tiết ra khỏi tế bào.

b) Lizôxôm

Lizôxôm có dạng túi, kích thước từ 0,25 – 0,6$\mu m$, có một lớp màng bao bọc chứa nhiều enzim thủy phân có chức năng tiêu hoá nội bào. (phân hủy các tế bào già, các tế bào bị tổn thương cũng như các bào quan đã hết hạn sử dụng). Lizôxôm được hình thành từ bộ máy Gôngi theo cách giống như túi tiết nhưng không bài xuất ra ngoài.

9. Không bào

Khi tế bào thực vật còn non thì có nhiều không bào, đến khi trưởng thành các không bào có thể sáp nhập với nhau tạo ra một không bào lớn. Mỗi không bào ở tế bào thực vật được bao bọc bởi một lớp màng, bên trong là dịch không bào chứa các chất hữu cơ và các ion khoáng tạo nên áp suất thẩm thấu của tế bào. Một số tế bào cánh hoa của thực vật có không bào chứa các sắc tố làm nhiệm vụ thu hút côn trùng đến thụ phấn. Một số không bào khác lại chứa các chất phế thải, thậm chí rất độc đối với các loài ăn thực vật. Một số loài thực vật lại dùng không bào để dự trữ chất dinh dưỡng. Một số tế bào động vật còn không bào bé; các nguyên sinh động vật thì có không bào tiêu hoá phát triển. Không bào được tạo ra từ hệ thống mạng lưới nội chất và bộ máy Gôngi.

10. Màng sinh chất

a) Màng sinh chất

Singơ và Nicônsơn (1972) đã đưa ra mô hình cấu trúc màng sinh chất là mô hình khảm động. Màng sinh chất có lớp kép phôtpholipit dày khoảng 9nm bao bọc tế bào và có nhiều loại prôtêin khảm lỏng trong lớp kép lipit. Liên kết với các phân tử prôtêin và lipit còn có các phân tử cacbohiđrat. Ngoài ra màng sinh chất ở tế bào động vật còn có thêm nhiều phân tử côlestêrôn có tác dụng tăng cường sự ổn định của màng.

Màng sinh chất là ranh giới bên ngoài và là bộ phận chọn lọc các chất từ môi trường đi vào tế bào và ngược lại. Màng sinh chất đảm nhận nhiều chức năng quan trọng của tế bào như : vận chuyển các chất, tiếp nhận và truyền thông tin từ bên ngoài vào trong tế bào, là nơi định vị của nhiều loại enzim, các prôtêin màng làm nhiệm vụ ghép nối các tế bào trong một mô...

Màng sinh chất có các “dấu chuẩn” là glicôprôtêin đặc trưng cho từng loại tế bào. Nhờ vậy, các tế bào của cùng một cơ thể có thể nhận biết ra nhau và nhận biết được các tế bào lạ của cơ thể khác.

b) Các cấu trúc bên ngoài màng sinh chất

* Thành tế bào

Tế bào thực vật còn có lớp thành xenlulôzơ bao bọc ngoài cùng, có tác dụng bảo vệ tế bào đồng thời xác định hình dạng, kích thước của tế bào. Ở thành tế bào còn có các cầu sinh chất đảm bảo cho các tế bào ghép nối nhau có thể liên lạc với nhau một cách dễ dàng. Phần lớn tế bào nấm có thành kitin vững chắc.

* Chất nền ngoại bào

Bên ngoài màng sinh chất của tế bào người cũng như tế bào động vật còn có cấu trúc được gọi là chất nền ngoại bào. Chất nền ngoại bào được cấu tạo chủ yếu từ các loại sợi glicôprôtêin (prôtêin liên kết với cacbohiđrat) kết hợp với các chất vô cơ và hữu cơ khác nhau. Chất nền ngoại bào giúp các tế bào liên kết với nhau tạo nên các mô nhất định và giúp tế bào thu nhận thông tin.