Xem thêm

Tế bào: Cơ sở của Cuộc sống

Tế bào là đơn vị cơ bản của sự sống và có chức năng sinh học quan trọng trong cơ thể của sinh vật. Chúng là những viên gạch đầu tiên xây dựng nên cuộc...

Tế bào

Tế bào là đơn vị cơ bản của sự sống và có chức năng sinh học quan trọng trong cơ thể của sinh vật. Chúng là những viên gạch đầu tiên xây dựng nên cuộc sống. Tế bào có khả năng tự phân chia độc lập và chúng được xem như đơn vị cấu tạo nền tảng cho sự tồn tại của tất cả các loài. Lĩnh vực nghiên cứu về tế bào được gọi là sinh học tế bào.

Cấu trúc của một tế bào động vật Hình ảnh: Cấu trúc của một tế bào động vật

Tế bào bao gồm một chất bao tế bào, bên trong đó chứa nhiều phân tử sinh học như protein, DNA và RNA, cũng như các phân tử nhỏ như chất dinh dưỡng và chất chuyển hóa. Số lượng tế bào có thể khác nhau trong các loài sinh vật, nhưng con người có hơn 10 tỷ tỷ (10¹²) tế bào. Đa số tế bào động vật và thực vật chỉ có thể nhìn thấy dưới kính hiển vi, với kích thước từ 1 đến 100 micromét. Kính hiển vi điện tử cho độ phân giải cao hơn nhiều, cho thấy cấu trúc tế bào chi tiết hơn.

Tế bào được phát hiện bởi Robert Hooke vào năm 1665, và từ đó được đặt tên cho đơn vị sinh học này. Tế bào là đối tượng nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực sinh học, và nghiên cứu về tế bào đã đóng góp không ít vào hiểu biết của chúng ta về cấu trúc và chức năng của các cơ quan và tổ chức sinh vật sống. Tế bào đã xuất hiện trên Trái Đất từ khoảng 4 tỷ năm trước.

Tổng quan về tế bào

Các đặc tính của tế bào

Các tế bào chuột mọc trên đĩa nuôi cấy Các tế bào chuột mọc trên đĩa nuôi cấy. Những tế bào này phát triển thành các đám lớn, mỗi tế bào riêng lẻ có đường kính khoảng 10 micromét.

Mỗi tế bào là một hệ thống tự duy trì và tự sản xuất, có khả năng thu nhận chất dinh dưỡng, chuyển hóa chúng thành năng lượng, thực hiện các chức năng chuyên biệt và sản sinh thế hệ tế bào mới khi cần thiết. Mỗi tế bào chứa một bản mật mã riêng hướng dẫn các hoạt động này.

Mọi tế bào đều có một số khả năng chung:

  • Sinh sản thông qua phân bào (sinh sản vô tính).
  • Trao đổi chất tế bào, bao gồm thu nhận các vật liệu thô, chế biến thành các thành phần cần thiết cho tế bào, sản xuất các phân tử mang năng lượng và các sản phẩm phụ. Tế bào cần năng lượng hóa học để hoàn thành chức năng của mình và sử dụng nguồn năng lượng này được giải phóng trong quá trình trao đổi chất.
  • Tổng hợp các protein, bao gồm enzyme, để thực hiện các chức năng cơ bản của tế bào. Một tế bào động vật thông thường chứa khoảng 10.000 loại protein khác nhau.
  • Đáp ứng với các kích thích hoặc thay đổi của môi trường, chẳng hạn như động đất, pH hoặc nguồn dinh dưỡng.
  • Di chuyển các túi tiết.

Các dạng tế bào

Các tế bào sinh vật nhân chuẩn và sinh vật nhân sơ Các tế bào sinh vật nhân chuẩn và sinh vật nhân sơ. Hình trái mô tả một tế bào người điển hình (sinh vật nhân chuẩn) và hình phải mô tả một tế bào vi khuẩn (sinh vật nhân sơ).

Có thể phân loại tế bào dựa trên khả năng tồn tại độc lập. Sinh vật có thể chỉ bao gồm một tế bào (gọi là sinh vật đơn bào) và có khả năng sống độc lập, mặc dù có thể hình thành các tập đoàn tế bào. Sinh vật cũng có thể bao gồm nhiều tế bào (sinh vật đa bào) và mỗi tế bào được biệt hóa và thường không thể tồn tại khi bị tách rời. Con người có đến 220 loại tế bào và mô khác nhau trong cơ thể.

Khi xét về cấu trúc nội bào, các tế bào có thể được chia thành hai dạng chính:

  • Tế bào sinh vật nhân sơ thường có cấu trúc đơn giản và thường chỉ được tìm thấy ở sinh vật đơn bào hoặc tập đoàn đơn bào. Các sinh vật nhân sơ thuộc giới cổ khuẩn và Eubacteria trong hệ thống phân loại.
  • Tế bào sinh vật nhân chuẩn chứa các bào quan có màng riêng. Sinh vật nhân chuẩn thường bao gồm các sinh vật đa bào như động vật, thực vật và nấm.

Bảng: So sánh các đặc điểm của tế bào sinh vật nhân sơ và tế bào sinh vật nhân chuẩn

Tế bào sinh vật nhân sơ Tế bào sinh vật nhân chuẩn
Sinh vật điển hình Vi khuẩn, cổ khuẩn Động vật, thực vật, nấm
Kích thước điển hình ~ 0,5-3 µm ~ 10-100 µm
Cấu trúc nhân tế bào Vùng nhân không cấu trúc đặc biệt Có màng nhân và cấu trúc nhiễm sắc thể
DNA genome / Nhiễm sắc thể Một phân tử DNA (đa phần là dạng vòng) Một hoặc nhiều phân tử DNA dạng thẳng, được bao bọc bởi các protein histone trong cấu trúc nhiễm sắc thể
Vị trí xảy ra quá trình phiên mã và dịch mã Trong tế bào chất Trong nhân tế bào
Cấu trúc ribosome 50S+30S 60S+40S
Cấu trúc nội bào Rất ít cấu trúc tổ chức phức tạp và đặc biệt Hệ thống màng nội bào và bộ khung tế bào

Các thành phần tế bào

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

Mọi tế bào, bất kể là sinh vật nhân chuẩn hay nhân sơ, đều có màng tế bào hoặc màng sinh chất để bảo vệ và phân tách tế bào với môi trường xung quanh. Bên trong màng là một khối tế bào chất đặc, chiếm toàn bộ thể tích tế bào. Mọi tế bào đều có các phân tử DNA, vật liệu di truyền quan trọng, và các phân tử RNA tham gia trực tiếp vào quá trình tổng hợp protein, bao gồm cả enzyme. Bên trong tế bào, mỗi thời điểm tế bào tổng hợp nhiều loại phân tử sinh học khác nhau. Dưới đây là mô tả ngắn gọn về các thành phần cơ bản của tế bào và chức năng của chúng.

Màng tế bào - Tấm áo ngoài

Màng tế bào

Vỏ bọc bên ngoài của một tế bào sinh vật nhân chuẩn được gọi là màng sinh chất, trong khi màng của tế bào sinh vật nhân sơ được gọi là màng tế bào. Màng tế bào có chức năng bảo vệ và phân tách tế bào với môi trường xung quanh. Màng được tạo thành từ một lớp lipid kép và các phân tử protein. Các phân tử protein trong màng hoạt động như các kênh vận chuyển và bơm, và chúng có thể di chuyển linh hoạt trong lớp lipid.

Bộ khung tế bào - Hệ thống vận động

Bộ khung tế bào

Bộ khung tế bào là thành phần quan trọng, phức tạp và linh hoạt của tế bào. Đó là một hệ thống mạng sợi và ống protein, bao gồm cả vi ống, vi sợi, sợi trung gian đan chéo. Bộ khung tế bào đóng vai trò trong việc xác định và duy trì hình dáng của tế bào, cung cấp các điểm gắn kết cho các bào quan, hỗ trợ quá trình di chuyển của tế bào và tham gia vào quá trình sinh trưởng và vận động của tế bào. Các protein có nhiều chức năng khác nhau như định hướng, neo bám và tạo màng.

Tế bào chất - Không gian thực hiện chức năng

Tế bào chất

Bên trong tế bào là một không gian chứa đầy dịch chất được gọi là tế bào chất (cytoplasm). Tế bào chất bao gồm cả hỗn hợp các ion, chất dịch bên trong tế bào và cả bào quan. Các bào quan bên trong tế bào chất có hệ thống màng sinh học để tách rời khỏi dịch chất này. Chất nguyên sinh (cytosol) chỉ ám chỉ phân dịch chất, không có các bào quan.

Đối với sinh vật nhân sơ, tế bào chất là một thành phần tương đối tự do. Tuy nhiên, tế bào chất trong tế bào sinh vật nhân chuẩn thường chứa nhiều bào quan và bộ khung tế bào. Chất nguyên sinh chứa các chất dinh dưỡng tan, phân hủy sản phẩm phụ và dịch chuyển chất trong tế bào, tạo ra hiện tượng dòng chất nguyên sinh. Nhân tế bào thường nằm bên trong tế bào chất và có hình dạng thay đổi khi tế bào di chuyển. Tế bào chất cũng chứa nhiều loại muối khác nhau, tạo điều kiện lý tưởng cho các hoạt động của tế bào. Môi trường tế bào chất và các bào quan trong đó là yếu tố sống còn của một tế bào.

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

Vật liệu di truyền trong tế bào là các phân tử nucleic acid, bao gồm cả DNA và RNA. Hầu hết các sinh vật sử dụng DNA để lưu trữ thông tin di truyền, trong khi chỉ một số loại virus sử dụng RNA cho mục đích này. Thông tin di truyền của một sinh vật được lưu trong mã di truyền quy định tất cả các protein cần thiết cho mọi tế bào trong cơ thể. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng một số RNA cũng có thể được sử dụng như một bản sao dự phòng cho một số gen khi gặp sự cố.

Ở các sinh vật nhân sơ, vật liệu di truyền là một phân tử DNA đơn giản nằm trong vùng chất nhân. Tuy nhiên, ở các sinh vật nhân chuẩn, phân tử DNA được bao bọc bởi các phân tử protein tạo thành cấu trúc nhiễm sắc thể, được lưu giữ trong nhân tế bào (với màng nhân bao bên ngoài). Mỗi tế bào thường chứa nhiều nhiễm sắc thể, số lượng này phụ thuộc vào loài.

1