CHƯƠNG 1. SINH LÝ TẾ BÀO THỰC VẬT

  

1.   Khái niêm chung

 

Tế bào là đơn vị cấu trúc, chức năng của cơ thể. Mọi cơ thể đều cấu trúc bắt đầu từ tế bào (trừ

virut). Mọi hoạt động sinh lý của cơ thể đều bắt nguồn từ các hoạt động sinh trưởng, phát triển,

sinh sản, trao đổi chất, cảm ứng, vận động của tế bào.

Theo hệ thống cấu trúc: Tế bào, mô cơ quan, cơ thể, nhưng không thể xem mô, cơ quan là một

tập hợp đơn giản giữa các tế bào. Các cấu trúc tổ chức trên tế bào không phải là kết quả của phép

cộng đơn giản từ nhiều tế bào.

Lý thuyết tế bào đã hình thành từ thế kỹ XIX (năm 1839), mặc dù, khái niệm tế bào đã ra đời

trước đó rất lâu, gắn liền với sự ra đời của kính hiển vi của Lơ-ven-Huk. Ông quan sát một số lát

cắt lie mỏng dưới kính hiển vi (1665), thấy lát cắt được chia thành nhiều ô, ngăn nhỏ gọi là các

“cell”. Người ta nhận thấy, tế bào không phải là trống rỗng mà chứa một chất nhầy được

Purkynjie J.E. (1839) gọi là chất nguyên sinh. Brawn và Schleiden (1833-1839) đã phát hiện ra

nhân và hạch nhân của tế bào. Hai ông đã độc lập nhau và đưa ra kết luận rằng: Cơ thể động vật

và thực vật đều do các tế bào hợp thành

Khi xu thế nổi bật của sinh học ngày nay là nghiên cứu thế giới vi mô, việc nghiên cứu về tế

bào đang được quan tâm nhiều, cho đến nay đạt nhiều thành tựu quan trọng. Nhờ kính hiển vi điện

tử có độ phân giải cao, khoa học đã phát hiện ra một thế giới nội tế bào phong phú.

 

1.1.       Đặc điểm của tế bào thực vật

Tế bào thực vật cũng giống như tế bào động vật đều thuộc dạng tế bào nhân chuẩn điển hình.

Chúng đều có đặc điểm giống nhau và khác nhau phản ánh tính thống nhất và tính đa dạng trong

cấu tạo và chức năng của chúng. tế bào thực vật được phân biệt với tế bào động vật chủ yếu ở các

đặc điểm sau:

 

Tế bào thực vật Tế bào động vật

- Có thành xenlulozơ bao ngoài

màng sinh chất.

- Có lục lạp, quang tự dưỡng.

- Chất dự trữ là tinh bột.

- Không có trung tử.

- Phân bào không tơ và phân tế

bào chất bằng vách ngang ở trung

tâm.

- Hệ không bào phát triển.

- Không có thành xenlulozơ.

 

- Không có lục lạp, hóa tự

dưỡng.

- Chất dự trữ là glicogen.

- Có trung tử.

- Phân bào có tơ và phân tế bào

chất bằng eo thắt ở trung tâm.

- Ít khi có không bào.

 

1.2.      Thành phần hóa học của tế bào thực vật

 

1.2.1 Hàm lượng các thành phần của chất nguyên sinh

 

                       Qua phân tích của các nhà khoa học cho thấy chất sống trung bình có khoảng

75-85% nước, 10-20% protit, 2-3% lipit, 1% gluxit và gần 1% muối và các hợp chất khác.

Ví dụ: Nguyên hình thể nấm nhầy chứa 82,6% nước, 5,7% các chất hữu cơ hòa tan (Protein,

axitamin, hợp chất chứa nitơ), 8,3% các chất không tan trong nước (nucleoproteit, lipit), 3,4%

khoáng.

Đến nay, chất nguyên sinh đang còn nhiều tranh luận bởi tính phức tạp và khó tách biệt của

các thành phần cấu tạo.

1.2.2. Nước

Nước là thành phần chủ yếu của chất nguyên sinh có vai trò trong việc hòa tan các chất dinh

dưỡng và là môi trường để tiến hành các phản ứng hóa sinh, vì vậy nước có ý nghĩa rất to lớn.

Lượng nước trong tế bào thường là một chỉ tiêu về mức độ hoạt động sống của chúng. Lúc lượng

nước ít (lá già, hạt khô…) hoạt động sinh lý diễn ra rất yếu ớt; ở các mô phân sinh và lúc cây

chuyển sang các giai đoạn sinh trưởng nhanh như thời kì đẻ nhánh, làm đồng ở cây lúa hoạt động

sinh lý diễn ra mạnh mẽ.

Sở dĩ nước có vai trò quan trọng là vì phân tử nước có tính lưỡng cực. Tính chất lưỡng cực của

phân tử nước giúp cho nước dễ dàng hình thành các liên kết hydro, tham gia cấu trúc tinh vi của tế

bào. Tế bào không có dạng nước tự do mà trong tế bào chỉ có nước ở dạng liên kết với các mixen

keo hoặc các thành phần khác của chất nguyên sinh.

Nước là chất trung tính về điện nhưng do điện tích trong phân tử phân bố không đều và có tính

chất phân cực (phần hidro mạnh mang điện tích dương còn oxy là một nguyên tố mang điện tích

âm). Do tính lưỡng cực mà phân tử nước thường ở trạng thái liên kết với nhau và với các phân tử

vô cơ và hữu cơ.

1.2.3. Các chất khoáng

Ngoài nước, trong tế bào còn chứa nhiều chất vô cơ khác là các nguyên tố khoáng, lượng chứa

của từng nguyên tố khoáng trong chất sống khác biệt nhau rất nhiều, ngoài các nguyên tố đại

lượng còn có các nguyên tố vi lượng và siêu vi lượng. Các chất khoáng có thể ở trạng thái tự do

hay hút bám trên các gốc mang điện của các mixen keo hay có mặt trong thành phần các hợp chất

hữu cơ khác nhau (do liên kết hóa học). Chất khoáng ở trạng thái tự do quy định áp suất thẩm thấu

của TB. Sự phân bố không đồng đều của một số ion khoáng ở hai bên màng sinh chất là cơ sở của

sự xuất hiện thế hiệu màng và dòng điện sinh học. Các chất khoáng ở dạng hút bám trên bề mặt

các hạt keo nó giữ trạng thái bền vững, mức độ phân tán, độ ngậm nước, độ nhớt nhất định của hệ

thống keo (ion hóa trị 1 như K thường làm tăng độ ngậm nước, độ phân tán và giảm độ nhớt, còn

ion hóa trị 2 như Ca và ion hóa trị 3 như Al có ảnh hưởng ngược lại).

Các nguyên tố khoáng có tác dụng điều tiết các hoạt động sống tự do ảnh hưởng sâu sắc đến

các hệ enzim. Các nguyên tố vi lượng thường là thành phần cấu trúc bắt buộc của các hệ enzim.

Ngoài ra các chất khoáng còn là thành phần của hàng loạt chất hữu cơ chủ yếu của tế bào sống

như protit, axit nucleic, …

1.2.4. Protein

Là thành phần chủ yếu của chất nguyên sinh, enzym và các hoormon. Protein có cấu trúc phức

tạp, đơn vị cấu tạo cơ bản là các axit amin (axit amin). Protein có những hoạt tính sinh lý sau:

- Các protein rất đa dạng, số lượng nhiều. Ở tế bào thực vật thường có khoảng 20-22 axit amin

và mỗi phân tử protein có thể chứa từ 50 đến vài nghìn axit amin . Sự khác nhau về thành phần, số

lượng và trật tự sắp xếp các axit amin tạo nên sự đa dạng của protein.

- Protein có hoạt tính hóa học cao, nhờ các chuỗi bên (các gốc axit amin ) có thể tiến hành các

phản ứng oxy hóa khử, nitrat hóa…trong khi chuỗi polipeptit tạo nên cơ sở của protein vẫn không

thay đổi.

- Hoạt tính sinh lý của protein do các tính chất lý học của phân tử chúng quy định, kích thước

phân tử protêin rất lớn, trọng lượng phân tử cao có khi tới hàng ngàn hàng triệu Dalton, do đó

trong tế bào protêin tạo nên dung dịch keo, là môi trường thuận lợi cho các quá trình sinh lý.

- Protein có tính chất mềm dẻo có thể thay đổi hình dạng từ dạng cầu sang dạng sợi và ngược

lại, lúc đó tính chất của protein cũng biến đổi theo.

-  Protein còn tạo ra những hợp chất phức tạp với các phân tử hữu cơ khác như gluco, các axit

nucleic, lipit… đặc biệt protein TB enzym có khả năng xúc tác phản ứng mạnh mẽ. Có thể nói

không có protein thì không có enzim, không có enzym thì không có trao đổi chất, không có trao

đổi chất thì không có sự sống.

1.2.5. Axit nucleic

Đây là nhóm chất quan trọng của nguyên sinh chất. Nuclêotit là đơn vị căn bản của phân tử

axit nuclêic. Thành phần của một nuclêic gồm có đường, axitphotphoric và bazơ nitơ. Tùy theo

loại đường mà axit nuclêic chia thành axit ribonuclêic (ARN) và axit dezoxiribonuclêic (ADN).

ADN là cơ sở vật chất của tính di truyền và ARN tham gia vào quá trình tổng hợp protein. Axit

nucleic còn tham gia vào việc tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác trong tế bào trong trao đổi chất

cũng như trao đổi năng lượng.

1.2.6. Lipit

Trong tế bào lipit hợp thành nhóm khá lớn như mỡ, dầu sáp, photphollipit, glucolipit…Lipit

giữ vai trò quan trọng trong cấu tạo và sinh lý của tế bào sống. Cùng với protein chúng tham gia

vào thành phần của màng tế bào.

1.2.7. Gluxit

Trong tế bào gluxit đóng vai trò là chất dự trữ, được sử dụng như một nguyên liệu tạo hình và

năng lượng. Một lượng ít gluxit tham gia xây dựng chất sống, còn lượng lớn được sử dụng để tạo

thành màng tế bào (xenluloza, hemixenluloza, pectin).

Ngoài các chất cơ bản nêu trên, trong tế bào còn chứa nhiều chất hữu cơ khác như các sản

phẩm trung gian của trao đổi chất (axit hữu cơ, glucozit, alcaloit…).

Vậy tế bào sống là kho chứa vô số các nhóm hợp chất có cấu trúc, tính chất và ý nghĩa sinh

học khác nhau, trong đó protein thường có vai trò quan trọng nhất.

2. Cấu trúc và chức năng của tế bào thực vật

                2.1 Sơ đồ cấu tạo chung của tế bào thực vật

                                         

                  Hình 1.1. Cấu tạo của tế bào thực vật

1.Thành tế bào; 2.Màng sinh chất; 3.Vi ống; 4. Vi sợi; 5. Túi; 6. Nhân;

7. Golgi; 8. Không bào trung tâm; 9. Ty thể; 10. Lục lạp; 11. Lưới nộ chất có hạt;

12. Lưới nội chất trơn;13. Riboxom (gắn trên lưới nội chất có hạt); 14. Riboxom

(nằm tự do trong tế bào chất); 15. Màng nhân; 16. Nhân con; 17. ADN + Chất nhân

Tế bào thực vật thường có dạng hình cầu, nhưng khi nằm trong một tập hợp tế bào của mô thì

tế bào bị ép và có hình đa giác. Các tế bào ở vùng giãn của thân hay rễ thường có dạng hình hộp:

dài 50µ, rộng 20µ, dày 10µ, có thể tích là 10.000 µ3. 100 triệu tế bào sẽ có thể tích 1cm3. Như vậy,

một cây do từ hàng tỷ tế bào cấu tạo nên.

Để dễ tìm hiểu bản chất hóa học cũng như phân tích hóa sinh các cơ quan tử hay các phần của

tế bào, người ta chia chúng theo phương pháp ly tâm phân hóa sau: 

2.2. Cấu trúc và chức năng của vách tế bào

 

Tế bào thực vật có vách xenluloza bao phủ, dày 10µm.

Thành phần hóa học: Xenluloza chiếm 30% trọng lượng khô; 12% trọng lượng tươi;

hemixelluloza: 50-55%; pectin: 6-7%. Ngoài ra còn chứa 5% protein, 7% lipit, các hệ enzym oxy

hóa – khử: peroxidase, invertase, pyrophotphorylase, ATP – ase…

Cấu trúc hiển vi:

+ 3 – 10 nghìn gốc glucozơ (1) cấu trúc một phân tử xenlluloza.

+ 100 phân tử xenlluloza cấu trúc một mixen (2).

+ 20 mixen cấu trúc một sợi bé có đường kính 100 – 250Aº (sợi microfibrin) (3).

+ 250 microfibrin cấu trúc một sợi lớn (sợi xenlluloza – Fibrin) (4).

Các sợi xenlluloza đan chéo theo nhiều hướng, hình thành nhiều lớp trong khối cơ chất vô

định hình (pectin + hemixelluloza), tạo cho màng vừa có tính đàn hồi vừa có tính rắn chắc (5).

Màng còn có chứa thêm lignin, suberin, cutin, sáp, chất nhày.                   

Vai trò của vách:

 Trước đây người ta cho vách TB là cấu trúc không sống, chỉ làm nhiệm vụ bảo vệ. Gần đây

người ta cho rằng vách TB có đóng góp một phần trong trao đổi chất, nó hút bám các ion, nhất là

cation do nhóm carboxyl trong gốc axit uronic của pectin hay hemixenlulozơ. Trong dung dịch

muối, vách tế bào mang điện âm. Các tia sinh chất của vách tế bào cùng với các enzym   trên vách

gây ra những phản ứng tương hỗ phức tạp tham gia vào việc phân giải các chất khó tan thành dạng

dễ tan hoặc chúng là chất xúc tác của phản ứng giữa môi trường và tế bào.

2.3.       Tế bào chất

Là khối chất sống nằm trong màng nguyên sinh chất, bao quanh các bào quan của tế bào. Tế

bào chất không phải là một khối cấu trúc đồng nhất, mà có cấu trúc dị thể, trong đó có chứa các

thể vùi (các giọt dầu, các hạt tinh bột), các đại phân tử protein, các sợi ARN…Chất khô của tế bào

chất có khoảng 75% protein đơn giản và phức tạp (Nucleoprotein, Glucoprotein, Lipoprotein…)

15 – 20% lipide. Trong tế bào chất còn chứa nhiều hệ enzym tham gia quá trình trao đổi chất. 

               2.3.1. Màng sinh chất và màng nội chất

                 Màng sinh chất (màng nguyên sinh hay ngoại chất) là một màng đơn phân tử gồm

lipoit ghét nước và protein ưa nước. Cấu trúc tinh vi của màng ngoại chất do những hợp chất

lipoprotein cấu tạo nên khiến màng có tác dụng lớn trong việc bảo đảm tính bán thấm và khả năng

thấm có chọn lọc của TB sống với các chất khác nhau. Màng ngoại chất là phần sinh chất có khả

năng trao đổi chất rất mãnh liệt vì nó chứa nhiều hệ enzym  . Trên màng xảy ra quá trình chuyển

hóa năng lượng giúp cho sự vận chuyển chủ động các chất qua màng.

                Các quan điểm về cấu trúc màng sinh chất:

                 + Danielli – Dawson (1943): Các phân tử lipoit sắp xếp thành một hàng nằm giữa, gồm hai

lớp quay đầu háo nước ra ngoài, đầu kỵ nước vào trong, bao quanh bên ngoài là hai lớp protein hình sợi.

(hình3)

                 + Roberton, 1960: mọi hệ thống màng sinh học đều cấu trúc từ các màng cỏ sở.

Màng cơ sở gồm 3 lớp có độ dày từ 75 – 105 Aº (hình 4)

 

  

  

+ Mô hình thể khảm nửa lỏng của Singer – Nicolsol (hình 4)

 

                               

                            Hình 1.4. Màng thể khảm lỏng (Singer và Nicholson, 1972)

 

Chức năng của màng sinh chất:

 +  Khả năng bán thấm, thấm có chọn lọc do có nhiều chất mang trên màng.

 + Là nơi diễn ra quá trình trao đổi chất mạnh mẽ bởi sự có mặt của nhiều hệ enzym trên

màng, do đó, các chất trước khi qua màng có thể trải qua giai đoạn chuyển hóa, biến đổi.

 + Tiếp nhận và trả lời các kích thích của môi trường.

  Màng nội chất:

  Là lớp màng áp sát không bào; có cấu trúc tương tự màng ngoại chất nhưng giàu lipit hơn.

Độ dày mỏng giữa ba lớp khác nhau: lớp protein phía chất nguyên sinh dày nhất, còn lớp protein

phía không bào mỏng nhất.

  Màng nội chất có khả năng thấm chọn lọc chặt chẽ hơn so với màng ngoại chất. Các chất qua

được màng ngoại chất nhưng không thể qua được màng nội chất.

  Vai trò của màng nội chất: Góp phần quan trọng vào tính thấm của tế bào, bảo đảm sự hút và

tiết trở lại các sản phẩm trao đổi chất phụ như phenol, flavonol, alcaloit…và các sản phẩm dự trữ

như protit, đường từ tế bào chất và không bào.

 

            2.3.2. Mạng lưới nội chất

 

               Mạng lưới nội chất là một hệ thống phức tạp bao gồm các ống dẫn, các túi nhỏ nằm

rải rác trong tế bào chất và các ống nhỏ xếp song song xuyên qua các sợi liên bào. Mạng lưới nội

chất bao gồm sợi trơn và sợi có hạt. Thành phần cấu tạo gồm protit và photpholipit, ngoài ra còn

có một lượng ít ARN và các enzym khác nhau. Cấu tạo của màng cũng gồm có hai lớp

lipoprotein.

            Màng của mạng lưới nội chất gắn liền với màng nhân tạo thành một màng thống nhất

trong tế bào và nối liền với mạng lưới tế bào bên cạnh. Là một hệ thống lưu thông trong tế bào,

bảo đảm sự vận chuyển nhanh chóng các chất từ môi trường ngoài vào tế bào chất và sự trao đổi

giữa các phần khác nhau trong nội bộ tế bào, protit được tổng hợp trong các riboxom được vận

chuyển nhanh chóng trong các xoang cơ chất của mạng lưới này tới các bộ phận khác của tế bào.

Màng sinh chất của mạng lưới nội chất có tác động phân chia TB thành các ngăn riêng biệt ngăn

ngừa tác động qua lại ngẫu nhiên của các chất. 

    2.3.3. Riboxom

                Riboxom là bào quan siêu hiển vi. Riboxom phân bố khắp nơi trong tế bào, trên

màng nhân, trong nhân con, trong ty thể, lục lạp, trên mạng lưới nội chất hoặc nằm tự do rải rác

trong tế bào chất. Trong tế bào có hàng vạn thậm chí hàng chục vạn riboxom có kích thước

19x15nm. Trong các TB phân hóa cao, các riboxon tập hợp lại thành nhóm gọi là polixom (5-70

riboxom nối với nhau bằng sợi mảnh đó là mạch ARN thông tin).

                Thành phần cấu trúc chủ yếu là protit và ARN với tỷ lệ tương đương nhau. Ngoài ra

còn chứa nhiều enzym  , lipit, Mg…

               Riboxom thường do 2 tiểu thể họp thành: tiểu thể lớn và tiểu thể bé.

               Riboxom là trung tâm diễn ra quá trình tổng hợp protein trong TB, tại đó hình thành

cấu trúc bậc 1, 2, 3, 4 của protein. Tại các polixom tổng hợp đồng thời hàng chục protein với tốc

độ rất nhanh chóng khoảng vài phút. 

       

   2.3.4. Thể Golgi

                        Thể Golgi hay còn gọi là bộ máy Golgi do nhà bác học Ý Camillo Golgi phát

hiện thấy ở các đối tượng động vật từ những năm 1898. Sau đó người ta nghiên cứu bào quan này

cũng xuất hiện ở các tế bào thực vật.

                        Thành phần hóa học chủ yếu là protit và photpholipit, ngoài ra còn có một ít

ARN. Trong tế bào thực vật bộ máy Golgi gồm các thể lưới, các bóng, túi xếp sít nhau tạo thành

bó.

                        Bộ máy Golgi được ví như một xí nghiệp đóng gói, thâu góp và bài tiết sản

phẩm hình thành trong quá trình trao đổi chất hoặc các thể lạ, nhất là chất độc từ ngoài vào.

Chúng còn có vai trò trong quá trình tổng hợp polisacarit, các tui bài tiết tách ra khỏi phức hệ

Golgi mang polisacarrit đến vách tế bào sơ cấp để tạo nên vách thứ cấp.

                                        Hình 1.5. Cấu trúc và chức năng của bộ máy Golgi 

        2.3.5. Peroxixom

    Là bào quan siêu hiển vi, thể cầu. Trong lá cây peroxixom liên quan chặt chẽ với lục lạp.

Trong lục lạp axit glicolic được tạo nên trong quá trình quang hợp bị oxy hóa và hình thành nên

axit amin glixin. Tại ty thể, glixin chuyển hóa thành axit amin xerin. Trong lá thực vật bậc cao

peroxixom tham gia vào quang hô hấp.

2.3.6. Lysoxom (thể hòa tan)

                    Có dạng túi tròn nhỏ, có màng nguyên sinh bao bọc. Thực hiện chức năng tiêu hóa

trong tế bào, chứa nhiều enzym thủy phân như nucleaza, proteaza, lipaza…để phân giải các vật lạ

khi xâm nhập vào tế bào. Khi có vật lạ xâm nhập vào thì lập tức các enzym giải phóng ra khỏi

lysoxom để tiến hành thủy phân chúng. 

       2.3.7. Glyoxixom

              Bào quan này xuất hiện khi hạt chứa dầu, mỡ nảy mầm và chứa các enzym   cần cho

sự chuyển hóa các axit béo thành đường. Hệ thống các enzym   chứa trong peroxixom và glioxom

hoạt động tạo ra H2O2 (peroxit hidro). H2O2 bị enzym   chứa trong peroxixom và glioxom phân

giải thành nước và oxy. 

        2.3.8. Spheroxom (thể cầu)

            Có màng lipoproteit bao bọc và giàu lipit, trong tế bào chất của chúng còn có nhiều

protit và enzym  . Là bào quan chuyên hóa phụ trách khâu cuối cùng trong quá trình tổng hợp các

chất béo tạo nên các giọt dầu trong tế bào.

       (Sự sống chỉ có thể tồn tại nhờ tiêu thụ thường xuyên năng lượng để duy trì cấu trúc tế

bào. ty thể và lục lạp là 2 bào quan có màng kép của tế bào nhân chuẩn có vai tò chuyên hóa

trong việc biến đổi năng lượng thành dạng có ích cho tế bào). 

        2.3.9. Ty thể (Mitochondria)

             Ty thể được mệnh danh là “Nhà máy năng lượng” của tế bào. Trong tế bào, hô hấp

xảy ra ở ty thể là quá trình biến đổi năng lượng hóa học trong các hidrocacbon thành năng lượng

dưới dạng ATP (adenozin triphotphat)- là một chất mang năng lượng hóa học phổ biến trong tế

bào. Có thể biểu diễn hô hấp tế bào bằng phương trình sau:

 

Hydratcacbon + Oxy     →    Khí cacbonic + nước + năng lượng

 

  

                                                        Hình 1.6. Cấu trúc của ty thể.

 Mọi cơ thể thuộc tế bào nhân thực đều thực hiện hô hấp tế bào và mọi cơ thể trừ vi khuẩn có

ty thể.

Ty thể là bào quan dạng ống hay dạng xúc xích, có đường kính khoảng 0,5µm-1,0µm, dài 1-

7µm.

Thành phần protein của ty thể chiếm 65 – 75%, lipit 20 – 30%, ARN 1%, AND 0,5%, gluxit

1%, Fe, Cu…Trong ty thể chứa nhiều hệ enzym, như enzym trong chuỗi hô hấp, trong chu trình

Crebs, các enzym trong qua strình trao đổi chất, nucleic acid và protein.

Ty thể có màng kép, màng ngoài tạo thành mặt nhẵn của ty thể, màng trong gấp nếp tạo nhiều

nếp màng trong (cristae) (tấm răng lược), xoang trong chứa dịch, chất nền chứa enzym   phân giải

các sản phẩm hidratcacbon, sự tổng hợp ATP xảy ra ở nếp màng trong. Tất cả các chất mang điện

tử và enzym tổng hợp ATP (ATP sinthetaza) đều định vị ở cristae. Trong mỗi tế bào số lượng ty

thể thay đổi từ 50-1000/TB. Ở các tế bào hoạt động trao đổi chất cao như tế bào gan, tế bào cơ có

số lượng lớn nhất.

Trong ty thể còn có ADN và riboxom riêng và có thể tạo protein riêng cho mình, ty thể sinh

sản bằng cách phân chia.

Chức năng của ty thể chủ yếu tham gia vào quá trình hô hấp, là nơi diễn ra chu trình Crebs,

chuỗi hô hấp, phosphoryl hoá. ty thể là trạm năng lượng chủ yếu của tế bào. Chức năng của nó là

giải phóng năng lượng triệt để năng lượng chứu đựng trong nguyên liệu hữu cơ và chuyển hoá

thành dạng năng lượng tiện dụng (ATP). Chức năng của ty thể diễn ra trong 3 nhóm quá trình liên

quan mật thiết với nhau:

- Các phản ứng oxy hóa các nguyên liệu (trong chu trình Crebs) và tạo ra các sản phẩm cuối

cùng là CO2 và H2O, đồng thời giải phóng năng lượng chứa trong chất đó.

- Các phản ứng chuyển năng lượng giải phóng cho hệ thống ATP. Sự oxy hóa các chất đi đôi

với sự giải phóng năng lượng và tạo các chất có liên kết cao năng.

- Vận chuyển điện tử và hidro từ nguyên liệu hô hấp đến oxy của khí trời.

Ngoài ra ty thể còn có khả năng tổng hợp rotein, photpholipit, axit béo, một số hệ enzym   như

cytocrom. Gần đây người ta phát hiện thấy một lượng ADN và một lượng lớn ARN ở ty thể khiến

một số tác gia cho rằng ty thể có khả năng tổng hợp protein đặc thù và do đó tham gia tích cực

vào việc quy định tính di truyền của tế bào sống. 

             2.3.10. Lạp thể (chloroplast)

    Lục lạp là nơi diễn ra quá trình quang hợp- biến đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành

năng lượng trong các liên kết hóa học của hydrocacbon:

    Năng lượng ánh sáng mặt trời  +  CO2  +  H2O  →          Hydratcacbon + O2

    Lục lạp là tế bào chuyên hóa cho quang hợp, có đường kính 4-10µm, dài 1-5µm. Lục lạp có

màng kép.

  Hình 1.7. Cấu trúc của lục lạp

Lục lạp có ADN và riboxom riêng và do đó có thể tạo protein nhất định. Lục lạp tự sinh sản

bằng cách phân chia.

Thành phần hoá học của lục lạp gồm các chất làm nhiệm vụ cấu trúc: protein, lipit, gluxit…và

các chất làm nhiệm vụ chức năng sinh lý: các sắc tố, các hệ enzym, các yếu tố kích thích…

Thành phần quan trọng nhất thực hiện chức năng của lục lạp là các sắc tố và các hệ enzym.

Trong lục lạp có 3 nhóm sắc tố khác nhau, mỗi nhóm có nhiều loại sắc tố:

-         Nhóm Chlorophyll: Chla, Chlb, Chlc…

-         Nhóm Carotenoid: Carotene, Xanthophyll.

-         Nhóm Phycobilin: phycocyanin, phycoerythrin.

Trong lục lạp có hệ enzym tham gia vận chuyển điện tử trong quang hợp, các enzym tham gia

phosphoryl hoá quang hoá, các enzym trong trao đổi chất, đặc biệt là trong quá trình tổng hợp

gluxit và các chất khác.

   Lục lạp có hình đĩa, bao quanh lục lạp là lớp màng kép. Bên trong màng là khối cơ chất lỏng

của lục lạp (stroma) chứa nhiều hệ enzym trao đổi chất, xúc tác cho các phản ứng quang hợp với

enzym   RuDP - cacboxylase chiếm trên 50%

Trong khối cơ chất có nhiều bản mỏng, các bản mỏng nằm rải rác trong cơ chất gọi là

Thylacoid cơ chất; các bản mỏng xếp chồng lên nhau tạo nên grana đó là thylacoid hạt, lamen có

cấu tạo từ đơn vị màng cơ sở xếp xen kẽ với các sắc tố và các hệ enzym tạo nên màng quang hợp.

Các thylacoid có cấu trúc màng kép, phần protein có trên 50 loại khác nhau. Trên màng có các

phân tử diệp lục và sắc tố xếp một cách xác định trên bề mặt màng, đầu ưa nước quay về phía

protein; đầu kị nước quay về phía lipit. Giữa các cực ghét nước của diệp lục là các phân tử

carotenoit.

Trên thylacoid có những hạt nhỏ (16-18 nm), đó là quang - toxom. Quang – toxom là đơn vị

cấu trúc cơ sở của quang hợp. Mỗi quang – toxom chứa 160 phân tử chla, 70 phân tử chlb, 48

phân tử chlc, 48 phân tử quinon, 116 phân tử phosphorlipide, 46 phân tử sulfolipide, 12 phân tử

Fe, 2 nguyên tử Mn, 6 phân tử Cu.

  Cứ 10 quang – toxom tham gia hút 10 photon ánh sáng để tiến hành khử một phân tử CO2.

Tập hợp 10 quang – toxom là một đơn vị chức năng quang hợp.

Lục lạp có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi gluxit. Lục lạp không chỉ tiến hành các

quá trình quang hợp mà nó còn tham gia vào quá trình tổng hợp protit, lipit, photpholipit, các axit

béo và nhiều hợp chất khác hoặc oxy hóa hàng loạt các chất hữu cơ trong tế bào. 

2.4. Nhân tế bào

Là cơ quan tử quan trọng nhất trong chất nguyên sinh, thiếu nhân thì mọi quá trình sinh lý,

trao đổi chất đều bị phá vỡ, sau đó tế bào sẽ chết.

2.4.1. Thành phần hóa học của nhân

Thành phần của nhân là: protit 50-80%, ADN 5-10%, ARN 0,5-3,3%, lipit 8-12%, các loại

protein có tính kiềm (histon) liên kết với ADN tạo thành phức hợp dezoxiribonucleoproteit là

thành phần chủ yếu của nhiễm sắc thể. Các protit có tính axit liên kết với ARN tạo nên phức hợp

ribonucleoproteit tạo nên cấu trúc của nhân con.

Ngoài ra nhân còn có các enzym   xúc tác cho quá trình hô hấp yếm khí (đường phân), các

enzym   trao đổi axit nucleic, enzym   hoạt hóa axit amin. 

2.4.2. Cấu trúc của nhân

Nhân gồm có 3 phần chủ yếu là màng nhân (Nuclear envelope), chất nhân và nhân con hay

hạch nhân (Nucleolus).

- Màng nhân: Nhân có màng kép lipoproteit bao bọc, lớp màng ngoài thường nối với lưới nội

chất, trên màng ngoài có lỗ nhân phân bố rải rác. Lỗ nhân có đường kính 50-100nm, có thể đóng

hay mở đảm bảo sự điều tiết trao đổi chất thường xuyên giữa nhân với tế bào chất.

- Chất nhân: Nhân chứa đầy đủ dịch nhân, chủ yếu là chất nhiễm sắc. Nhiễm sắc thể là cơ sở

vật chất mức độ tế bào của quá trình di truyền.

Dịch nhân là hệ thống keo háo nước, có thành phần hóa học bao gồm nucleoprotein,

glicoprotein và các enzym.

Chất nhiễm sắc ở giai đoạn tế bào không phân chia có dạng sợi mảnh, uốn khúc, ở giai đoạn

phân chia các sợ này xoắn lại, co ngắn và dày lên tạo thành thể nhiễm sắc với thành phần là các

ADN và protein (histon).

- Nhân con: Trong mỗi nhân có từ 1-2 nhân con, không có màng ngăn cách với dịch nhân bao

quanh, có cấu tạo dạng sợi hoặc dạng hạt. Nhân con chứa 10-20% ARN tế bào. Các phân tử

protein từ tế bào chất đi vào nhân con và ở đó chúng kết hợp với phân tử ARN tạo nên riboxom tế

bào. Sau đó riboxom rời khỏi nhân. 

2.4.3. Chức năng của nhân

Nhân là trung tâm điều khiển và điều hoà mọi hoạt đônngj của tế bào. Nhân có vai trò quyết

định trong quá trình tổng hợp protein, các enzym và cũng là nơi trao đổi nucleic acid, tổng hợp

AND tái sinh và ARN sao mã. Tong nhân còn xảy ra nhiều quá trình trao đổi chất, giữa tế bào và

nhân tế bào có những hoạt động ăn khớp hịp nhàng nhằm đảm bảo hoạt động sống bình thường

của tế bào. 

2.5. Không bào

Không bào là khoang rỗng trong tế bào chứa dịch bào, dịch bào gồm các muối vô cơ, các laọi

đường, các loại acid hữu cơ (malic, citric, succinic…), pectin, tanin, amide, protein hoà tan.

Cấu trúc không bào gồm màng không bào, tức là màng nội chất của tế bào, bao quanh khối

dịch bào ở giữa. Ở thực vật, lúc tế bào còn non, có nhiều không bào nhỏ nằm rải rác trong tế bào

chất, khi tế bào lớn dần, không bào tập trung lại, cuối cùng thành một không bào lớn, chiếm gần

hết thể tích tế bào.

Chức năng của không bào là chứa dịch bào có nồng độ cao và gây ra áp suất thẩm thấu nhất

định. Đây là cơ sở để tiến hành trao đổi nước và muối khoáng với môi trường bên ngoài.

Trong dịch bào còn chứa nhiều hệ enzym, các chất xúc tác và các chất có hoạt tính sinh lý cao.

 

 

Hình 1.10. Tế bào thực vật. 

2.6. Tế bào là một hệ thống toàn vẹn

Tế bào là đơn vị sống nhỏ nhất có khả năng sinh trưởng, phát triển , trao đổi chất, điều tiết, có

vật chất di truyền…có sự tương tác và phối hợp nhịp nhàng giữa các thành phần cấu trúc tế bào và

môi trường xung quanh.

Tế bào có mức độ phân hoá sâu sắc về chức năng, bởi vậy mọi hoạt động sống tế bào đều đạt

hiệu quả cao nhất.

        Các thành phần cấu trúc tế bào phối hợp nhịp nhàng trong các hoạt động sống của tế bào

cũng như của cơ thể. Sự phối hợp này cho thấy mỗi một chức năng do một bào quan chính và có

sự đóng góp với những mức độ khác nhau của các bào quan và cơ chất của tế bào. Ví dụ: quá

trình chuyển hóa nặng lượng trong tế bào thực vật có sự tham gia của lục lạp, ty thể, tế bào chất

và một số bào quan khác, đặt biệt là hệ mạng lưới nội chất đảm nhận sự liên lạc giữa các phần của

tế bào, giữa các bào quan với nhau tạo thành thể thống nhất trong hoạt động của tế bào. Hoạt động

thống nhất này lại được sự điều khiển của nhân. Thông qua cơ chế truyền đạt thông tin nhân đã trở

thành trung tâm điều khiển mọi hoạt động của tế bào. Điều này đảm bảo cho tế bào trở thành một

đơn vị thống nhất về chức năng.                   

3.       Tính chất hóa lý của hệ keo chất nguyên sinh

3.1.     Đặc điểm của hệ keo chất nguyên sinh

- Chất nguyên sinh mang đầy đủ tính chất điển hình của một loại keo ưa nước, có thành phần

cấu tạo chủ yếu là các cao phân tử protein và các chất hữu cơ ưa nước khác axit nucleic, giọt dầu

mỡ. Do đó co nguyên sinh có khả năng hút trương rất mạnh và đây là một nguyên nhân quan

trọng để tế bào hút nước vào và nhất là đối với tế bào chưa xuất hiện không bào.

- Rất phức tạp vì có rất nhiều loại chất tan có kích thước khác nhau, mức độ phân tán khác

nhau và hoạt tính cũng khác nhau. Tùy thuộc vào kích thước của chất tan mà người ta phân dung

dịch thành 3 loại: dung dịch thật (nhỏ hơn 1nm), dung dịch keo (từ 1-200nm) và dung dịch huyền

phù (lớn hơn 200nm).

- Hệ keo nguyên sinh rất linh động, có khả năng biến đổi thuận nghịch, nó vừa mang tính chất

của chất lỏng (trạng thái sol), và tính chất của chất rắn (trạng thái gel). Hai trạng thái này có thể

biến đổi thuận nghịch lẫn nhau. Trong đời sống cá thể sinh vật có lúc chiều hướng gel chiếm ưu

thế (lúc hạt già) và có lúc thì sol chiếm ưu thế (lúc nảy mầm, đẻ nhánh, làm đồng).

Trạng thái keo biến đổi là do hàng loạt các điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm,

khoáng…Ngoài 2 trạng thái sol và gel, hệ keo còn có trạng thái đặc biệt là coaxecva, ở trạng thái

này hạt keo không ngưng kết nhau mà vẫn cách biệt bằng bao nước chung. Như vậy, coaxecva

giàu hạt keo hơn, trong khi môi trương chung quanh giàu chất lỏng hơn, nó tích tụ lại thành từng

khối.

- Sự kết hợp của protein với axit nucleic và các chất khác và sự hình thành các bào quan, các

thể vùi thường đi đôi với quá trình hóa coaxecva. Độ phân tán, độ ngậm nước, độ nhớt, độ bền…

của hệ keo co nguyên sinh luôn thay đổi và có ảnh hưởng đến cường độ, chiều hướng của các quá

trình trao đổi chất trong tế bào. 

       3.2. Khả năng chuyển động

                 Năm 1774, nhà khoa học Corti (ý) phát hiện chuyển động của chất nguyên sinh ở tế

bào thực vật thủy sinh. Trong một thời gian dài, người ta cho rằng đặc điểm này chỉ có ở một số

loài thực vật thủy sinh.

Các tài liệu thực nghiệm cho thấy: khả năng chuyển động của chất nguyên sinh là một đặc tính

có thể quan sát thấy phổ biến ở các tế bào có hoạt động trao đổi chất mạnh mẽ mạnh như lông hút

ống phấn, TB ở thời kì phân bào…Màng ngoại chất (có thể cả màng nội chất) ở trạng thái chuyển

động không ngừng bảo đảm sự hấp thu nhanh chóng các phân tử theo cách thực bào, ẩm bào hay

bài tiết. Một số bào quan như lục lạp, ti thể có khả năng chuyển động chủ động bên cạnh hình

thức thụ động (dao động, chuyển động hình vòi phun nước).

                  Ngày nay, nhờ phương pháp và phương tiện nghiên cứu hiện đại, người ta đã nhận

thấy chất nguyên sinh trong tất cả các tế bào đều chuyển động. Các hình thức chuyển động rất

phong phú nhưng tuần hoàn, chủ động, dao động tại chỗ: màng chuyển động không ngừng, các

bào quan chuyển động chủ động với vận tốc lớn nhất có thể đạt được là 1mm/s.

  Cơ chế chuyển động hiện nay vẫn chưa được làm sáng rõ. Gần đây, người ta phát hiện cơ chế

chuyển động giống sự co cơ của động vật. Đó là quá trình biến đổi hóa năng (ATP) thành cơ

năng. Khi thêm ATP vào phần gel thì nhanh chóng chuyển sang trạng thái sol và ngược lại. Như

vậy sự chuyển động liên quan đến trạng thái sol – gel của trung chất. Khi chất nguyên sinh ở trạng

thái sol sẽ trượt trên thể gel của ngoại chất có các sợi protein có khả năng co rút, nhanh chóng

chuyển sang thể gel. Đối với tế bào hoạt động trao đổi chất mạnh thì hình thức chuyển động của

co nguyên sinh càng phong phú. Cơ chế của sự chuyển động liên quan đến sự hóa gel và sol của

keo.

Sự chuyển động của co nguyên sinh có vai trò quan trọng trong việc bảo đảm sự vận chuyển,

trao đổi các chất dinh dưỡng nội bào và trong cơ thể nói chung.

Ví dụ: Nguyên thể hình nấm nhầy: có loại protein sợi dày 400 – 500 nm, giống như tơ

actinmyozin, có hoạt tính ATP – ase gọi là mixomiozin. Khi có mặt Ca+, Mg+, sợi mixomiozin có

khả năng tách gốc PO42- ra khỏi ATP làm biến đổi độ nhớt.

Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động của chất nguyên sinh:

+ Nhiệt độ, ánh sáng: chất nguyên sinh của rễ mạ không chuyển động ở 0o – 10oC, chuyển

động mạnh ở 10 – 30oC, giảm dần và ngừng hẳn khi nhiệt độ > 40oC.

+ Bản chất môi trường tế bào: áp suất thủy tĩnh, áp suất thẩm thấu, trọng lực, từ trường, các

chất kích thích sinh trưởng.

+ Tốc độ chuyển động của chất nguyên sinh biến thiên theo quy luật phát triển cá thể, theo

trạng thái sinh lý khác nhau của tế bào.

+ Chuyển động của chất nguyên sinh gắn liền với sự trao đổi chất – năng lượng và các quá

trình sinh lý trong tế bào. 

3.3. Tính nhớt

- Định nghĩa dộ nhớt: Độ nhớt (độ quánh, độ dính) là khả năng ngăn cản sự di chuyển, sự đổi

chỗ của các ion, các phân tử, tập hợp phân tử hay các tiểu thể phân tán trong môi trường lỏng. Lực

cản trở này phụ thuộc vào sức hấp dẫn tương hỗ giữa các phân tử và trạng thái cấu trúc của chúng.

Là một đại lượng đặc trưng cho chất lỏng.

- Độ nhớt co nguyên sinh là khả năng cản trở sự vận động của các chất và các bào quan trong

co nguyên sinh. co nguyên sinh là một hệ keo nên các đặc điểm cấu trúc của hệ keo và các điều

kiện đều ảnh hưởng đến độ nhớt của co nguyên sinh.

Độ nhớt co nguyên sinh thường bằng 10-18 centipoi = 10-20 lần độ nhớt của nước, kém độ

nhớt của dầu thầu dầu là 80-100 lần.

- Ý nghĩa của độ nhớt co nguyên sinh

+ Độ nhớt co nguyên sinh càng giảm thì hoạt động sống càng tăng và ngược lại. Độ nhớt co

nguyên sinh thay đổi theo giống loài cây, tuổi cây và hoạt động sinh lí của cây.

+ Độ nhớt của cây càng cao thì co nguyên sinh càng bền vững nên có khả năng chống chịu tốt

hơn với các điều kiện bất thuận của môi trường như nóng, hạn, bệnh….

+ Độ nhớt co nguyên sinh thay đổi rất nhiều theo điều kiện ngoại cảnh: Nhiệt độ càng tăng thì

độ nhớt càng giảm, co nguyên sinh loãng ra và ngược lại, khi trời rét thì độ nhớt co nguyên sinh

tăng lên cản trở các hoạt động sống và cây dễ bị thương tổn.

Các ion có mặt trong môi trường cũng làm thay đổi độ nhớt co nguyên sinh. Các ion hóa trị

một như Na+, K+, …làm giảm độ nhớt và tăng hoạt động sinh lí, còn các ion có hóa trị cao như

Ca2+, Al3+, Mg2+…làm đặc co nguyên sinh và tăng độ nhớt, làm giảm hoạt động sống.

Trong quá trình phát triển cá thể: tế bào non có độ nhớt cao hơn tế bào già (tương quan tỷ lệ

với quá trình trao đổi chất).

Độ nhớt được đo bằng co nguyên sinh hoặc thời gian ly tâm.

Hiện tượng co nguyên sinh: là hiện tượng chất nguyên sinh tách khỏi màng tế bào. Gồm co

nguyên sinh lõm, co nguyên sinh lồi.

Tế bào chất trong các tế bào ở trạng thái nghỉ như hạt khô có độ nhớt cao. Đối với cây chịu

nóng tốt có độ nhớt cao và nó dễ bị chết rét; đối với cơ quan sinh sản thường có độ nhớt cao hơn

cơ quan dinh dưỡng. Sự khác biệt đó là mmột đặc diểm có lợi nhằm bảo vệ nòi giống. 

3.4. Khả năng đàn hồi

Tính đàn hồi là đặc tính của chất rắn, là khả năng quay về trạng thái ban đầu của vật thể đã bị

biến dạng khi ngừng lực tác dụng vào vật. Ví dụ như ta dùng kim để kéo dài màng sinh chất, sau

đó thôi tác động lực kéo thì co nguyên sinh trở về vị trí cũ. Điều đó chứng tỏ co nguyên sinh của

tế bào thực vật có tính đàn hồi.

Tính đàn hồi của co nguyên sinh càng cao thì khả năng chịu khô của co nguyên sinh càng lớn.

Nhờ có tính đàn hồi mà co nguyên sinh của tế bào không tan và không trộn lẫn vào dung dịch

nếu nó không có thành tế bào. Có thể sử dụng kỹ thuật enzym phân hủy thành tế bào thực vật tạo

ra các tế bào trần nguyên vẹn, sau đó đem dung hợp để tạo nên con lai soma.

Tính đàn hồi của chất nguyên sinh tương quan thuận với tính chống chịu của cây và tương

quan nghịch với cường độ quá trình trao đổi chất. Do vậy, tính đàn hồi càng cao thì cây càng có

khả năng chống chịu với điều kiện bất thuận.

4. Sức hút nước của tế bào thực vật

Sự di chuyển của nước vào và ra khỏi tế bào được nghiên cứu rất sâu sắc. Vì đây là một quá

trình quan trọng, quyết định hoạt động sống của tế bào. Ở những tế bào chưa có không bào thì sự

hút nước theo cơ chế hút trương, còn ở những tế bào đã có không bào thì sự hút nước chủ yếu dựa

vào tác dụng thẩm thấu.

4.1. Hiện tượng khuếch tán thẩm thấu

- Khuếch tán là sự chuyển động của các tiểu thể (phân tử, ion..) của chất phân tán từ nơi có

nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn cho đến lúc cân bằng nồng độ. Ví dụ: nếu ta cho thìa

muối vào cốc nước, các phần tử của muối sẽ khuyếch tán ra mọi vị trí trong cốc làm cho độ mặn

(nồng độ) ở mọi vị trí trong cốc đều bằng nhau.

- Thẩm thấu là hiện tượng khuếch tán mà trên đường di chuyển các phân tử của vật chất đang

khuếch tán gặp phải một màng ngăn. Tùy kích thước lỗ của màng ngăn cách có thể cho dung môi

và chất tan đi qua dễ dàng thì màng đó gọi là màng thẩm tích, nếu chỉ cho dung môi qua gọi là

màng bán thấm, nếu cho dung môi cùng với một số chất tan nhất định đi qua gọi là màng bán

thấm có chọn lọc.

- Áp suất thẩm thấu.

Lực gây ra sự chuyển dịch của dung môi vào dung dịch qua màng.

Tế bào chịu một áp suất của các chất hòa tan trong dung dịch tế bào gọi là áp suất thẩm thấu.

Áp suất thẩm thấu đó thay đổi theo nồng độ của dịch tế bào: nồng độ càng cao thì áp suất thẩm

thấu càng lớn và chính áp suất thẩm thấu có vai trò quan trọng trong việc hút nước của tế bào.

Theo VanHôp, áp suất thẩm thấu phụ thuộc vào nồng độ phân tử, nhiệt độ, sự điện ly của dung

dịch và tính theo công thức:

P = RTCi

P: áp suất thẩm thấu của dung dịch (atm)

T: nhiệt độ tuyệt đối (T = tº+273º)

C: nồng độ dung dịch (mol/lit)

R: hằng số khí = 0,0821

i: hệ số Vanhôp biểu thị mức độ ion hóa dung dịch

i = 1 + α (n-1)

α: hệ số phân ly

n: số ion mà phân tử phân ly (ví dụ NaCl có n=2)

 

 

             Hình 1.11. Thaåm thaáu keá Dutrochet 

4.2. Sự hút nước của tế bào theo cơ chế thẩm thấu

4.2.1. Tế bào thực vật là một hệ thẩm thấu

Ở tế bào thực vật, các lớp màng của chất nguyên sinh là những lớp màng gây nên hiện tượng

thẩm thấu trong tế bào. Tốc độ của nước xâm nhập hoặc thoát ra khỏi tế bào phụ thuộc vào tính

thẩm thấu khác nhau của màng tế bào và màng chất nguyên sinh. Sự xâm nhập của nước vào tế

bào có thể xảy ra tùy thuộc vào nồng độ của dung dịch với nồng độ của dịch tế bào. Có 3 trường

hợp:

- Đẳng trương :  Cmt = CTB

- Nhược trương: Cmt <  CTB

- Ưu trương:       Cmt > CTB

Nếu ngâm tế bào vào nước hoặc dung dịch nhược trương (Cmt <  CTB) thì nước từ môi trường đi

vào không bào và làm tăng thể tích của không bào. Áp suất làm cho không bào to ra ép vào thành

tế bào gọi là áp suất trương nước (P). Áp suất này làm màng tế bào căng ra. Màng tế bào sinh ra

một sức chống lại gọi là sức căng trương nước (T). Khi hai áp suất này bằng nhau thì sự thẩm thấu

dừng lại. Tế bào ở trạng thái bão hòa và thể tích tế bào lúc này cực đại. Chính nhờ sức căng (T)

này mà những phần non của cây vẫn đứng vững, không bị bẻ gập lại.

Nếu đem tế bào đó ngâm vào dung dịch ưu trương, nước từ trong tế bào ra ngoài và thể tích tế

bào nhỏ đi, màng tế bào trở lại trạng thái bình thường, sức căng (T) bằng 0. Nếu dung dịch ngâm

tế bào quá ưu trương, nước từ không bào tiếp tục đi ra ngoài làm cho không bào co, kéo theo

nguyên sinh chất tách rời khỏi màng tế bào. Hiện tượng chất nguyên sinh tách khỏi màng tế bào

gọi là hiện tượng co nguyên sinh.

Nếu đem tế bào đang co nguyên sinh này đặt vào dung dịch nhược trương thì tế bào dần dần

trở về trạng thái bình thường và xảy ra hiện ượng phản co nguyên sinh.

Hiện tượng co nguyên sinh và phản co nguyên sinh thể hiện tính đàn hồi của nguyên sinh chất

nói lên sự sống của tế bào. Khi tế bào chết màng bán thấm bị phá hủy.

Cơ sở của hiện tượng co và phản co nguyên sinh là tính chất thẩm thấu của tế bào.

Nồng độ các chất hòa tan trong không bào đã gây ra một áp suất thẩm thấu (P). P biến thiên

trong giới hạn 1 atm (ở thực vật thủy sinh) đến 200 atm (thực vật chịu mặn, chịu hạn)

Ví dụ: Áp suất thẩm thấu dịch tế bào (P) ở một số loài thực vật:

Loài thực vật P

Rong đuôi chó 3,14 atm

Bèo hoa dâu 3,49 atm

Đậu 10,23 atm

Bí ngô 9,63 atm

Phi lao 19,86 atm

 

Hình 1.12. Trạng thái trương nước và co nguyên sinh của tế bào

4.2.2.  Sự hút nước của tế bào theo cơ chế thẩm thấu

Khi ngâm tế bào vào dung dịch nhược trương, nước đi vào trong tế bào và tế bào bão hoà hơi

nước. Tuy nhiên, trong một cây nguyên vẹn, lúc nào cũng có sự thoát hơi nước từ lá. Do đó ít khi

có sự bão hoà nước trong tế bào. Cây thường ở trạng thái thiếu nước. Ở trường hợp tế bào bão hoà

nước thì áp suất trương nước P bằng với sức căng trương nước T (P=T).

Còn ở trạng thái thiếu nước của tế bào thì P>T và P-T=S. Như vậy sự sai lệch giữa P và T gây

ra sức hút nước S. Nhờ sức hút nước S mà nước có thể đi liên tục vào tế bào. S phụ thuộc vào

trạng thái bão hoà nước của tế bào. Khi tế bào héo thì S lớn, khi tế bào bão hoà thì S=0, vì lúc ấy

P=T → P-T=0.

Vậy trị số áp suất thẩm thấu (P) có ý nghĩa lớn trong việc xác định sức hút nước theo cơ chế

thẩm thấu. Quá trình này không tiêu tốn năng lượng của tế bào, xảy ra một cách nhẹ nàng và phụ

thuộc vào áp suất thẩm thấu của môi trường và tế bào. 

4.2.3. Sự hút nước của tế bào theo cơ chế không phải thẩm thấu

Sức hút nước của tế bào không phải đơn thuần là một quá trình vật lý (thẩm thấu) mà còn liên

quan đến trạng thái của chất nguyên sinh, phụ thuộc vào quá trình trao đổi chất năng lượng.

Chẳng hạn ở các tế bào chưa hình thành không bào một cách rõ rệt vẫn có S. S trong trường hợp

này là do áp lực phồng của keo gây nên khi các mixen hấp thụ nước. Sức hút nước không phải chỉ

sinh ra do quá trình thẩm thấu thuần tuý mà còn do tính chất lý hoá của hệ keo nguyên sinh chất.

Như vậy không thể xem tế bào như thẩm thấu kế đơn giản. Sự hút nước của tế bào do nhiều cơ

chế mà mức độ đóng góp của từng cơ chế lệ thuộc vào từng điều kiện bên trong và bên ngoài.

Lúc tế bào khan nước, hệ keo nguyên sinh có vai trò hút nước; lúc tế bào già, hoạt động sống

bị yếu, sức hấp thụ chủ động có ý nghĩa không đáng kể.

4.3. Vai trò của keo sinh chất trong sự hút nước

            Ta biết rằng S xuất hiện do có P trong không bào. Nhưng trong những tế bào chưa có

không bào vẫn có S. S trong trường hợp này do áp lực phồng của keo gây nên khi các mixen keo

hấp thụ nước.

            Như vậy S không phải chỉ sinh ra do quá trình thẩm thấu thuần túy mà còn do tính chất

lí hóa của hệ keo của chất nguyên sinh.

5.        Sự hút các chất hoà tan vào tế bào

Tế bào chất không chỉ cho dung môi đi qua, nó cũng còn cho một số chất trong dung môi đi

qua. Tế bào chất không phải là một màng bán thấm hoàn toàn mà nó là một màng bán thấm chọn

lọc. Nó hút các chất dinh dưỡng từ môi trường bên ngoài. Tế bào sống có khả năng tích luỹ, chọn

lọc các chất dinh dưỡng. Một số chất thấm sẵn sàng qua vách tế bào nhưng hoàn toàn không chui

qua được màng ngoại chất để vào bên trong tế bào. Một số chất khác sau khi chui qua được màng

ngoại chất lại bị giữ lại ở tế bào chất và không chui qua được màng nội chất để vào không bào. Có

những chất lại có khả năng chui qua được các hệ màng của tế bào và tập trung được trong không

bào. Tế bào có khả năng hút vào nhiều chất khác nhau mặc dù mức độ không giống nhau.

                  5.1. Tính thấm của tế bào

Tính thấm là khả năng cho các chất hoà tan đi vào hoặc đi ra khỏi một màng ngăn là tính thấm.

Vậy tính thấm của tế bào là khả năng hấp thụ những chất hoà tan vào tế bào và cho những chất

hoà tan đi ra khỏi tế bào.

Do cấu trúc nội tại tinh vi nên tế bào có tính thấm chọn lọc đối với các chất khác nhau. Một số

chất dễ dàng qua thành tế bào nhưng lại hoàn toàn không qua được màng ngoại chất. Một số chất

qua được màng ngoại chất thì lại bị giữ lại ở trung chất.

Tính thấm này được chia theo:

+ Các loại chất :

- Chất không phân cực: dễ xâm nhập

- Chất phân cực: khó xâm nhập

- Muối vô cơ thấm chậm hơn muối hữu cơ

+ Đặc điểm chất thấm:

- Kích thước, khối lượng chất càng lớn càng khó thấm

- Ion tích điện thế cao (2+,3+) khó xâm nhập hơn.

+ Các yếu tố ảnh hưởng: nhiệt độ tăng làm cho các phân tử dễ thấm hơn

5.2. Sự  xâm nhập của các chất tan vào tế bào theo cơ chế thụ động

- Đặc trưng của cơ chế thụ động là :

+ Quá trình xâm nhập chất tan không cần cung cấp năng lượng, không liên quan đến trao đổi

chất và tự diễn ra.

+ Phụ thuộc vào sự chênh lệch nồng độ ion ở trong và ngoài tế bào (gradien nồng độ) .Nồng

độ bên ngoài lớn hơn bên trong tế bào.

Chỉ vận chuyển các ion có tính thấm đối với màng, tức phải có tính tan trong màng lipit.

- Sự khuếch tán chất tan vào trong tế bào

Khuếch tán là quá trình vận động của các phân tử vật chất từ nơi có nồng độ cao đén nơi có

nồng độ thấp cho đến khi cân bằng nồng độ trong hệ thống .Tốc độ xấm nhập của chất tan ( V)

vào tế bào được xác định theo công thức :

      V = Const . K .M -1/2  ( C ngoài – C trong ) .

 

Trong đó :      K : hệ số biểu thị tính tan của ion trong lipit

                        M: Phân tử lượng của chất tan khuếch tán

                       C ngoài, C trong là nồng độ của chất khuếch tán bên ngoài và bên trong tế bào .

                    Const = hằng số khuếch tán

Như vậy tốc độ xâm nhập chất tan vào tế bào phụ thuộc vào 3 điều kiện :

+ Tính hòa tan của ion trong lipit (K) càng cao thì xâm nhập càng mạnh .

+ Phân tử lượng của chất tan (M) càng nhỏ thì càng dễ xâm nhập.

+ Sự chênh lệch nồng độ chất khuếch tán càng lớn thì ion xâm nhập càng nhanh .(Nếu thiếu 3

điều kiện trên, sự khuếch tán không diễn ra)

Tuy  nhiên khi có đủ các điều kiện cho sự khuếch tán thì tốc độ khuếch tán tự nhiên chậm hơn

rất nhiều lần so với khuếch tán của chất tan trong tế bào. Như vậy trong tế bào tồn tại một cơ chế

bổ trợ nào đó cho sự khuếch tán để làm nhanh tốc độ khuếch tán. Đó chính là sự khuếch tán có

xúc tác.

-         Sự khuếch tán có xúc tác

Tồn tại 1 số cơ chế bổ trợ có thể làm cho tốc độ khuếch tán tăng nhanh  lên rất nhiều → gọi là

khuếch tán có xúc tác. Đây cũng là cơ chế xâm nhập chất tan thụ động vì không tiêu tốn năng

lượng của quá trình trao đổi chất, có một số cơ chế sau:

+ Ionophor: đấy là các chất hữu cơ có trên màng mà chúng có thể dễ dàng liên kết có chọn lọc

với ion và đưa ion qua màng mà không cần năng lượng.Người ta đã nghiên cứu nhiều chất đóng

vai trò là các Ionophor về bản chất hóa học và cơ chế hoạt động mang ion của chúng. Các chất

này thường được chiết xuất từ các vi sinh vật như valinocylin từ streptomyces, chất nonactin từ

actinomyces… khi các chất này tác động lên màng thì làm cho tính thấm của màng tăng lên và sự

xâm nhập của ion qua màng rất dễ  dàng. Sự liên kết giữa Ionophor với các ion mang tính đặc

hiệu cao.

+ Kênh ion: Trên màng sinh chất và màng không bào có rất nhiều lỗ xuyên màng có đường

kính lớn hơn kích thước của ion, tạo nên các kênh cho các ion dễ dàng xuyên qua. Tuy nhiên các

kênh ion cũng có tính đặc hiệu .mỗi ion có kênh hoạt động riêng và cũng có thể đóng và mở tùy

theo điều kiện cụ thể .

 + Thế xuyên màng: quá trình vận chuyển của các ion đi qua màng dẫn đến sự chênh lệch nồng

độ ion hai phía của màng và tạo nên một thế hiệu xuyên màng. Hiệu điện thế đo được có thể đạt

50- 200mV và thường âm phía trong tế bào. Nhờ thế xuyên màng mà các ion có thể đi theo chiều

điện trường từ ngoài vào trong tế bào, còn các ion có thể liên kết với ion H+ để chuyển thành dạng

cation vận chuyển vào trong. 

5.3. Sự xâm nhập của các chất tan vào tế bào theo cơ chế chủ động

         Trong nhiều trường hợp, sự xâm nhập cácchất tan vào cây vẫn tiến hành được mặc dù

nồng độ của ion đó bên trong tế bào cao hơn bên ngoài tế bào (ngược với gradien nồng độ). Có

thể nói rằng sự hút nước và tích lũy ion khoáng rất cần năng lượng của quá trình trao đổi chất, là

quá trình chọn lọc và chủ động. Sự vận chuyển tích cực khác với sự vận chuyển bị động ở những

điểm sau:

+ Có sử dụng năng lượng của quá trình trao đổi chất

+ Có thể đi ngược chiều građien nồng độ

+  Có thể xâm nhập các ion khoáng không thấm hay thấm ít với màng lipit.

+  Có tính chất đặc hiệu cho từng loại tế bào và từng chất

Có rất nhiều quan điểm đưa ra giải thích sự vận chuyển tích cực, nhưng quan điểm về chất

mang được thừa nhận rộng rãi nhất.

 

* Quan điểm chất mang: Theo quan điểm này thì trên màng sinh chất và màng không bào tồn

tại các chất đặc hiệu chuyên làm nhiệm vụ mang các ion đi qua màng từ ngoài vào trong gọi là các

chất mang. Chúng có nhiệm vụ tổ hợp với các ion ở phía ngoài của màng và giải phóng ion phía

trong màng. Quá trình này có thể chia làm 3 giai đoạn: