Cách học môn sinh học đại cương

pdf

Đánh giá kết quả điều trị bạch cầu kinh dòng tủy với Imatinib tại Bệnh viện Trung ương Huế từ năm 2012 đến 2016

pdf

Đề thi thử THPT QG môn Sinh học năm 2019 lần 2 - Sở GD&ĐT Ninh Bình - Mã đề 023

pdf

Đề thi thử THPT QG môn Sinh học năm 2019 lần 2 - Sở GD&ĐT Ninh Bình - Mã đề 003

doc

Đề tài: Trong tự nhiên, enzym chủ yếu tồn tại ở nguồn nào Làm thế nào để thu nhận enzym từ các nguồn đó?

Lời nói đầu Sinh học là khoa học về sự sống. Những tiến bộ của tri thức loài người đã dẫn đến sự hình thành và phát triển của nhiều ngành khoa học, hiểu biết bản chất của các hiện tượng tự nhiên và xã hội, từ đó tìm ra các ứng dụng phục vụ lợi ích con người. Trong thế kỉ thứ XIX, học thuyết tế bào được xem là một trong những phát kiến quan trọng của thế kỉ. Đến thể kỉ XX, sự phát hiện ra mô hình cấu trúc của ADN và ARN mở ra cuộc cách mạng thực sự trong sinh học nói chung, trong nông nghiệp nói riêng. Lịch sử đã chứng minh rằng những bước tiến bộ của khoa học đều xuất phát từ các cuộc cách mạng sinh học và các môn khoa học cơ bản khác. Trong sinh học nói chung và nông nghiệp nói riêng, những hiểu biết về tế bào học, về di truyền học, về sinh học phân tử và tiến hóa là cơ sở khoa học để vận dụng vào các ngành khoa học khác nhau. Tuy có chọn lọc và cập nhật kiến thức mới để thích hợp với chương trình đào tạo ngành nông nghiệp, nhưng cũng sẽ còn những thiếu sót hạn chế mong được sự đóng góp của đồng nghiệp và bạn đọc. Xin chân thành cám ơn! 1 Tài liệu giảng dạy Môn Sinh học đại cương 1 CHƢƠNG 1. SINH HỌC TẾ BÀO Bài 1. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA TẾ BÀO Mục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, người học có thể: - Phân biệt tế bào tiền nhân và tế bào nhân thực - Xác định cấu trúc và chức năng của các thành phần có trong tế bào 1. Đại cƣơng về tế bào Lƣợc sử phát hiện tế bào Lịch sử phát hiện tế bào gần như là lịch sử phát minh ra kính hiển vi. Galileo [1564 - 1642] tình cờ khám phá ra những vật rất nhỏ khi quan sát bằng cách lật ngược đầu kính viễn vọng lại. Antoni Van Leeuwenhoek [1632 - 1723] người Hà Lan, do yêu cầu kiểm tra tơ lụa, ông mài các thấu kính để quan sát chất lượng của vải, nhờ đó quan sát được những vật li ti quanh môi trường sống và khám phá ra sự hiện diện của thế giới vi sinh vật. Robert Hooke [1635 - 1703] người Anh, lần đầu tiên mô tả các lỗ nhỏ có vách bao bọc của miếng bấc [nút bần] cắt ngang dưới kính hiển vi năm 1665 và Hooke dùng thuật ngữ tế bào [cellula có nghĩa là phòng, buồng nhỏ, vì ý nghĩa lịch sử từ này vẫn còn được dùng cho đến ngày nay] để chỉ các lỗ đó. Thuyết tế bào: Mãi đến thế kỷ XIX khái niệm sinh vật có cấu tạo tế bào của Hooke mới được chú ý từ nhiều công trình nghiên cứu. Nhà thực vật học Matthias Jakob Schleiden [1838] và nhà động vật học Theodor Schwann [1839] người Ðức đã hệ thống hóa quan điểm thành thuyết tế bào Tất cả các sinh vật do một hay nhiều tế bào tạo thành, hay tế bào là đơn vị cấu tạo sống cơ bản của tất cả sinh vật. Ðến năm 1858 thuyết tế bào được Rudolph Virchow mở rộng thêm: Tế bào do tế bào có trước sinh ra. Quan điểm này sau đó được Louis Pasteur [1862] chứng minh. Như vậy có thể tóm tắt thuyết tế bào như sau: Tế bào là đơn vị cấu tạo sống cơ bản của tất cả sinh vật, tế bào do tế bào có trước sinh ra. Hình dạng và kích thƣớc tế bào: Hình dạng của tế bào rất thay đổi và tùy thuộc vào tính chuyên hóa của chúng [ở sinh vật đa bào một loại tế bào giữ một nhiệm vụ nào đó trong cơ thể]. Từ những dạng đơn giản như hình cầu, hình trứng, hình que có thể gặp ở các sinh vật đơn bào đến những 2 Tài liệu giảng dạy Môn Sinh học đại cương 1 hình dạng phức tạp như các tế bào hình sao ở mô thực vật, hay các tế bào thần kinh ở động vật cấp cao... Ở các sinh vật đơn bào hình dạng có ý nghĩa quan trọng đối với đời sống của chúng. Thí dụ, vi khuẩn hình cầu có thể chịu đựng được sự khô hạn vì diện tích tiếp xúc của cơ thể với môi trường bên ngoài ít do đó giữ được nước dù môi trường sống rất khô. Kích thước của tế bào cũng thay đổi theo loại tế bào. Nói chung, thường tế bào rất nhỏ và phải dùng kính hiển vi mới quan sát được. Thí dụ, vi khuẩn Dialister pneumosintes có kích thước rất nhỏ 0,5 x 0,5 x 1,5µm trong khi trứng của chim đà điểu là tế bào có đường kính đến 20cm, hay tế bào thần kinh có đường kính nhỏ nhưng có thể dài đến 90 - 120cm. Thật ra độ lớn nhỏ của tế bào không quan trọng mà tỉ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích tế bào mới có ảnh hưởng lớn đến đời sống của một tế bào. Tế bào lấy thức ăn, oxy từ môi trường chung quanh và thải chất cặn bã ra bên ngoài tế bào. Các vật liệu này đều phải di chuyển xuyên qua bề mặt của tế bào. Khi tế bào gia tăng kích thước, thể tích tăng gấp nhiều lần so với sự gia tăng của diện tích [ở hình cầu, thể tích tăng theo lũy thừa bậc ba trong khi diện tích tăng theo lũy thừa bậc hai]. Do đó, khi tế bào càng lớn lên thì sự trao đổi qua bề mặt tế bào càng khó khăn hơn. Phân loại tế bào: Dựa vào đặc điểm cấu trúc của tế bào có thể phân chia tế bào ra làm hai nhóm: tế bào tiền nhân [tế bào sơ hạch] và tế bào nhân thật [tế bào chân hạch]. Tế bào tiền nhân [prokaryote] là loại tế bào không có màng nhân, ADN có cấu trúc xoắn vòng kín, không có các bào quan có màng. Các tế bào này gặp ở các sinh vật thuộc giới sinh vật tiền nhân: Archaebacteria và Eubacteria. Tế bào nhân thật [Eukaryote] là loại tế bào có nhân với màng nhân bao quanh, và nhiều loại bào quan có màng bao. Các tế bào này gặp ở các sinh vật thuộc các giới Protista [nguyên sinh vật], Nấm, Thực vật và Ðộng vật. Đặc điểm chung của tế bào: Trong cơ thể, các tế bào khác nhau về chức năng, về vị trí, tuy nhiên cũng có chung nhiều đặc điểm. Người ta phân biệt hai nhóm: tế bào soma [tế bào sinh dưỡng] và tế bào sinh dục. Tất cả tế bào đều có nhân, tế bào chất, các bào quan như: ty thể, mạng lưới nội chất, bộ máy golgi, lạp thể [thực vật], lizoxom[thể hòa tan], không bàoNgoài ra, tế bào còn có màng bao bọc bên ngoài [giới hạn các tế bào với nhau, giới hạn tế bào với môi trường] và màng bao quanh các bào quan trong tế bào [màng nhân, màng ty thể] Trong tế bào diễn ra các phản ứng trao đổi chất và năng lượng, các đặc tính cảm ứng, khả năng vận động, sinh trưởng, sinh sản và thích nghi với những biến đổi của môi trường xung quanh đều là kết quả của những quá trình diễn ra trong tế bào sống. 3 Tài liệu giảng dạy Môn Sinh học đại cương 1 2. Tế bào tiền nhân [Prokaryota]: Trong tế bào tiền nhân không có màng nhân và cũng không có các cấu trúc có màng khác như mạng nội chất, hệ Golgi, tiêu thể, peroxisom và ty thể [các chức năng của ty thể được thực hiện ở mặt trong màng của tế bào vi khuẩn] [hình 1.1]. Ở các vi khuẩn quang tổng hợp, có những phiến hay túi có chứa diệp lục tố mà không phải là các lạp có màng bao riêng biệt. Hiện nay, với kính hiển vi điện tử người ta biết rằng mỗi tế bào tiền nhân có một phân tử ADN to, mặc dù nó không liên kết chặt chẽ với prôtêin như ADN ở tế bào nhân thật, nó vẫn được xem là nhiễm sắc thể. Tế bào vi khuẩn thường có các ADN nhỏ, độc lập được gọi là plasmid. Nhiễm sắc thể của tế bào tiền nhân và plasmid có kiến trúc vòng kín. Nhiễm sắc thể của tế bào tiền nhân có mang các gen kiểm soát các đặc điểm di truyền của tế bào và các hoạt động thông thường của nó. Sự tổng hợp prôtêin được thực hiện trên thể ribô, một bào quan quan trọng trong tế bào chất ở cả tế bào tiền nhân và nhân thật. Một số tế bào vi khuẩn có tơ mà quen gọi là roi [chiên mao]. Những roi này không có vi ống và cấu trúc cũng như sự cử động hoàn toàn khác roi của tế bào nhân thật. Roi của vi khuẩn chỉ được cấu tạo bởi một loại protein có tên là flagellin xếp theo đường xoắn. Sự cử động của vi khuẩn là do sự quay tròn của các sợi protein này và đẩy tế bào đi tới, sự đổi hướng di chuyển là nhờ sự đảo ngược chiều quay một cách tạm thời của các sợi protein của roi [hình 1.2]. Vách tế bào của hầu hết vi khuẩn được cấu tạo bởi murein gồm một đường đa liên kết với các nhánh acidamin. 4 Tài liệu giảng dạy Môn Sinh học đại cương 1 Do phản ứng nhuộm màu violet [tím] mà phân biệt được 2 loại vi khuẩn: Gram dương hấp thụ và giữ lại màu; Gram âm không nhuộm màu. Vách tế bào của các vi khuẩn Gram dương như Streptococcus rất dày, gồm peptidoglucan. Vách của tế bào Gram âm như Escherichia coli gồm 3 lớp: màng tế bào trong cùng, peptidoglucan và lớp dày ngoài cùng với lipoprotein và lipopolysaccharid tạo phức hợp lipid polysaccharid. Dưới vách tế bào là màng sinh chất bao bọc tế bào chất. Mesosome là cấu trúc do màng tế bào xếp thành nhiều nếp nhăn cuộn lõm sâu vào khối tế bào chất. Có lẽ đây là nơi gắn ADN vào màng. Trong nguyên sinh chất có vùng tương tự nhân gọi là nucleoid. Bộ gen chứa một phân tử ADN lớn, vòng tròn, trơn [nghĩa là không gắn thêm protein]. Sợi ADN của tế bào prokaryota cũng mang bộ gen xếp theo đường thẳng, các gen này xác định các đặc tính di truyền của tế bào và các hoạt tính thông thường nên cũng được gọi là nhiễm sắc thể của tế bào prokaryota. Các riboxom nằm rải rác trong tế bào chất chúng sẽ gắn lên mARN để tổng hợp protein. Phần lớn vi khuẩn quang hợp chứa Chlorophyl gắn với màng hay các phiến mỏng [lamellae].Một số vi khuẩn có các cấu trúc lông nhỏ gọi là tiêm mao [flagella] dùng để bơi. 5 Tài liệu giảng dạy Môn Sinh học đại cương 1 Phần lớn vi khuẩn ở dạng đơn bào, một vài loài có dạng tập đoàn đặc trưng cho từng loài. Sinh sản của vi khuẩn chủ yếu là sinh sản vô tính [phân đôi], sinh sản hữu tính [tiếp hợp] gặp ở một số ít loài 3. Tế bào nhân thật [Eukaryota]: Tế bào được một màng bao bọc gọi là màng tế bào, bên trong màng là chất nguyên sinh [protoplasm], gồm tế bào chất [cytoplasm], nhân và các bào quan [organelle] khác. Cấu trúc tế bào của cơ thể động vật và thực vật có khác nhau [hình 1.3]. Hình 1.3. Cấu tạo tế bào thực vật [A] và tế bào động vật [B] A. 1. Lục lạp, 2. Sợi liên bào, 3. Thể lyso, 4. Màng nhân, 5. Lưới nội chất hạt, 6. tế bào chất, 7. Lưới nội chất trơn, 8. Hạch nhân, 9. Nhân, 10. Bộ máy golgi, 11. Thể ribô, 12. Ty thể, 13. Không bào, 14. Màng tế bào, 15. Vách tế bào. B. 1. Vi tơ, 2. Màng tế bào, 3. Trung thể, 4. Thể lyso, 5. Thể ribô, 6. Ty thể, 7. Lưới nội chất hạt, 8. Tế bào chất, 9. Nhân. 10. Hạch nhân, 11. Màng nhân, 12. Lưới nội chất trơn, 13. Xương tế bào chất, 14. Bộ máy golgi 3.1. Màng tế bào 3.1.1 Cấu trúc màng tế bào: Màng tế bào và hệ thống màng nội bào [màng lưới nội chất, màng hệ Golgi, màng ty thể, màng lạp thể, màng nhân,] đều có bản chất là màng sinh chất. 3.1.1.1. Thành phần hóa học của màng: Thành phần cấu tạo chính của màng tế bào là lipid và protein, carbohydrat có mặt với một tỉ lệ rất ít. 6 Tài liệu giảng dạy Môn Sinh học đại cương 1 *Lipid trong màng tế bào gồm phospholipid và cholesterol Phospholipid : màng tế bào được cấu tạo bởi phần lớn là phospholipid. Khung của phospholipid là phân tử 3 cacbon-glycerol, có hai mạch axit béo gắn vào khung ở 2 cacbon chúng không phân cực [không tạo liên kết hiđrô với nước], gắn vào vị trí thứ 3 là rượu hữu cơ phân cực mạnh [hình 1.4]. Do rượu được gắn bằng nhóm phosphate nên gọi là phân tử phospholipids. Một đầu của phân tử phospholipids không phân cực trong khi đầu kia phân cực mạnh. axit béo axit béo photphoryl hoá alcohol Vùng phân cực [ưa nước] nước] Vùng không phân cực [kỵ nước] Hình2.4: Cấu trúc phospholipid a.Một phospholipid trong phức chất b.Cấu trúc của vùng phân cực và vùng không phân cực Khi cho một nhóm các phân tử phospholipid vào nước thì các đuôi dài không phân cực của phân tử phospholipid bị phân tử nước bao quanh chúng đẩy ra, đồng thời các phân tử nước luồn lách, tìm kiếm các phân tử khác để tạo các kiên kết H. Phân tử nước luôn có khuynh hướng hình thành cực đại số liên kết H, trong khi đó các mạch dài không phân cực [không thể tạo các liên kết H] cản trở lối đi của phân tử nước. Muốn thắng thế, các phân tử nước đẩy các đuôi dài không phân cực của các phân tử lipid lại với nhau, mở ra lối đi đến đầu phân cực của phospholipid và chúng kết hợp để tạo ra các liên kết H mạnh. Kết quả là mỗi phân tử phospholipid định hướng sao cho đầu phân cực quay vào nước, còn đuôi không 7 Tài liệu giảng dạy Môn Sinh học đại cương 1 phân cực quay ra khỏi nước, hình thành nên hai lớp có đầu hướng vào nhau không tiếp xúc với nước gọi là lớp kép lipid [hình2.5] Đầu ưa nước Đầu kỵ nước Đầu ưa nước Hình 1.5. Cấu tạo lớp phospholipid kép trên màng tế bào Cholesterol có tác dụng ngăn cách hai phân tử phospholipid, nếu không các đuôi phospholipid sẽ dính vào nhau gây tình trạng bất động, hậu quả là sẽ làm cho màng ít linh động và trở nên cứng rắn [hình 1.6]. Hàm lượng cholesterol thay đổi rất lớn theo loại tế bào, màng của nhiều loại tế bào chứa số phân tử cholesterol gần như bằng số phân tử phospholipid, trong khi một số loại màng khác gần như hoàn toàn không có cholesterol. Hình 1.6. Cấu trúc phospholipid và cholesterol trên màng tế bào * Protein trong màng tế bào Trung bình protein chiếm 50% trọng lượng các phân tử cấu tạo màng. Do phân tử lipid nhỏ hơn phân tử protein nên nếu protein chiếm 50% trọng lượng thì số phân tử lipid nhiều gấp 50 lần số phân tử protein. Tuy nhiên, protein ở màng myelin của tế bào thần kinh chỉ chiếm khoảng 25% hay có thể lên đến 75% ở màng trong của ty thể và lục lạp. Trong 8 Tài liệu giảng dạy Môn Sinh học đại cương 1 màng tế bào có chứa hai loại protein, được phân biệt tùy theo cách sắp xếp của chúng trong màng. Protein ngoại vi : Protein gắn vào đầu phân cực của phân tử phospholipid, do đó có thể thay đổi vị trí và có thể bị lấy mất đi do một tác nhân nào đó [như các chất có chứa nhiều muối]. Chiều dày của màng tùy thuộc sự hiện diện vào các protein này, màng sinh chất dày nhất 9nm, màng của mạng nội chất mỏng nhất 6nm. Ngoài ra, sự có mặt của các protein ngoại vi này làm cho cấu trúc màng có tính bất xứng Protein hội nhập: Protein hội nhập có thể có vài kiểu sắp xếp: protein có thể chỉ tương tác với vùng kỵ nước của các phospholipid, một số protein hội nhập có thể xuyên qua màng được gọi là protein xuyên màng. Trong cách sắp xếp, protein với các acid amin ưa nước được đưa ra ngoài, nơi có thể tiếp xúc với nước [đầu phân cực hay acid amin có gốc R có điện tích dương], ngược lại những acid amin kỵ nước [không phân cực] được chôn trong màng đôi lipid [hình 1.7]. Vị trí của những acid amin ưa nước và kỵ nước của protein sẽ giúp cho protein hội nhập một phần vào màng hay xuyên màng. Protein hội nhập chỉ được tách ra khi làm vỡ màng và sau đó xử lý bằng các chất tẩy. Hình 1.7. Protein ngoại vi và protein hội nhập trong màng tế bào * Carbohydrat Các carbohydrat thường gắn vào các protein ngoại vi tạo ra glycoprotein hay gắn vào các phân tử phospholipid màng tạo ra glycolipid và thường chỉ chiếm 2 - 10% thành phần cấu tạo. Carbohydrat không có trên màng ở phía tế bào chất, các phân tử carbohydrat này tạo ra glycocalyx, lớp vỏ bao ngoài tế bào [cell coat]. Carbohydrat hiện diện ở bên trong của các bào quan trong tế bào [ở trong lumen]. 9 Tài liệu giảng dạy Môn Sinh học đại cương 1 3.1.1.2. Mô hình cấu trúc dòng khảm của màng Khoảng 1930 J. F. Danielli và H. Davson, đưa ra mô hình cấu trúc màng gồm màng với hai lớp phospholipid với đầu ưa nước [phân cực] đưa ra hai bề mặt của màng và các đuôi kỵ nước, [không phân cực] chôn bên trong tránh nước. Cấu trúc dựa trên sự tương tác giữa tính kỵ nước và ưa nước làm cho màng rất bền vững và đàn hồi. Cấu trúc này tương tự như khi trộn các phân tử phospholipid với nước, các phân tử phospholipid sẽ sắp xếp lại tạo ra các khối rổng giống như thể lipo gồm hai lớp phospholipid. Mặc dù mô hình trên giải thích được tính bền vững, linh động của màng và đặc biệt là cho các chất lipid đi qua lại màng một cách dễ dàng nhưng mô hình trên không giải thích được tính thấm chọn lọc của màng đối với một số ion và một số hợp chất hữu cơ. Sau đó hai ông đề nghị thêm là cả hai mặt của màng được bao bọc bởi protein, mang điện tích, các phân tử protein viền quanh các lỗ, giúp cho những phân tử nhỏ và một số ion xuyên qua được. Vào năm 1972 S. J. Singer và G. L. Nicolson đưa ra mô hình dòng khảm, một giả thuyết hiện nay được mọi nơi chấp nhận. Mô hình này là sự hợp nhất của mô hình màng của Danielli - Davson. Tuy nhiên, trong mô hình dòng khảm sự sắp xếp của protein rất khác biệt. Thay vì protein phủ hai bên màng, có những phân tử protein chuyên biệt gắn vào màng, đảm nhận các chức năng đặc biệt. Hai lớp lipid trong đó phần lớn là phospholipid tạo ra phần chính liên tục của màng, ở màng của sinh vật bậc cao có thêm cholesterol. Protein với nhiều kiểu sắp xếp khác nhau: một số được gọi là protein ngoại vi nằm trên bề mặt của màng, nối với các lipid bằng cầu nối cộng hóa trị, một số khác được gọi là protein hội nhập, gắn một phần hay toàn phần vào màng lipid, một số khác xuyên màng [hình 1.8]. Tính linh động của màng là do các phân tử lipid có thể di chuyển qua lại, tính khảm để chỉ sự sắp xếp của các phân tử protein trên màng hay xuyên màng. Dịch tiết ngoại bào Protein vận chuyển qua àng Protein hình cầu Hình 1.8. cấu trúc màng tế bào Hình 1.8. Mô hình cấu trúc dòng khảm của màng tế bào theo Singer và Nicolson 10 Tài liệu giảng dạy Môn Sinh học đại cương 1