Bài giảng Sinh học B - Phần A: Sinh học tế bào và hóa sinh: Tế bào, A.nucleic, sinh tổng hợp protein

trên màng, hiện tượng này được gọi là sự khuếch tán có trợ lực.Protein vận chuyển có nhiều đặc điểm của enzim. Vì có đặc điểm của một enzim nên chuyên biệt đối với cơ chất của nó, một protein màng thì chuyên biệt đối với một chất mà nó vận chuyển và có những điểm gắn đặc biệt tương tự như hoạt điểm của một enzim. 4. Sự vận chuyển vật chất qua màng tế bào (tt):4.2. Sự vận chuyển tích cựcMột số protein có thể chuyển các chất đi ngược lại gradient nồng độ của chất đó, xuyên qua màng tế bào một chất từ nơi có nồng độ thấp đi đến nơi có nồng độ cao. Sự vận chuyển này tương tự như sự lên dốc. Ðể bơm các chất đi ngược lại chiều của hướng khuếch tán theo gradient nồng độ nên tế bào phải sử dụng năng lượng, vì thế sự vận chuyển theo cách này được gọi là sự vận chuyển tích cực.Sự vận chuyển tích cực là một khả năng quan trọng của tế bào để giữ lại trong tế bào một chất nào đó ở một nồng độ rất khác với nồng độ của chúng trong môi trường chung quanh.4.3. Ẩm thực bàoLà hình thức vận chuyển có sử dụng những túi làm bằng màng sinh chất. Có 4 hình thức: ẩm bào (pinocytosys), nội thực bào (endocytosys), thực bào (phagocytosys) và ngoại tiết bào (exocytosys). Nhập bào là quá trình vận chuyển từ gian bào vào bào tương, trong đó khối vật chất sau khi vào bào tương vẫn được ngăn cách bằng một lớp màng: khối vật chất được cách li nhờ sự dính màng giữa hai lớp lipid phía ngoại bào, sau đó được chuyển hẳn vào bào tương. Có hai kiểu nhập bào: ẩm bào và thực bào. Ẩm bào có thể thấy ở hầu hết các tế bào, trong khi thực bào chỉ xảy ra ở một số loại tế bào. Hình 5.6. Sự nhập bào Ẩm bào: Là sự tiếp thu không đặc hiệu các chất hòa tan trong dịch ngoại bào. Màng bào tương lõm xuống thành một cấu trúc gọi là lõm mặc áo (coated pit), sau đó bứt vào bên trong nhờ kết hợp màng, tạo thành nang mặc áo (coated vesicle). Phía dưới màng có một lớp lưới protein clathrin. Chính lưới này tạo ra lực kéo màng bào tương lõm xuống và xảy ra kết hợp màng. Lõm mặc áo chỉ tồn tại khoảng một phút, còn nang mặc áo chỉ trong vài giây. Ẩm bào là cách mà tế bào liên tục hấp thu vật chất từ dịch ngoại bào. Mỗi phút, một nguyên bào sợi nuôi cấy có thể nuốt vào đến 2500 nang. Như vậy, màng ngoại bào bị liên tục chuyển thành màng nội bào và có một quá trình ngược lại (xuất bào) để cân bằng. *Hình 5.7. Tạo lõm mặc áo trong quá trình ẩm bào Nội thực bào Giống ẩm bào ở chỗ màng cũng bao lấy mồi tạo thành túi để đưa mồi vào bào tương. Khác ẩm bào ở chỗ mồi là đặc hiệu, phải có ổ tiếp nhận (receptor) nhận diện mồi. Hình 5.8. Quá trình ẩm bào Thực bào Thực bào là một dạng nhập bào đặc biệt, trong đó những hạt khá lớn về kích thước (vi sinh vật, mảnh xác tế bào...) được chuyển vào bên trong bào tương qua cơ chế giả túc và nhập màng. Chỉ có hai loại tế bào thực hiện được chức năng này là đại thực bào và bạch cầu hạt trung tính. Ðại thực bào lưu thông trong máu hoặc tập trung ở một số cơ quan hàng rào ngăn chặn vi sinh vật xâm nhập. Trong gan, tập trung tạo thành những cấu trúc hình ống, dòng máu chảy qua ống sẽ được lọc khỏi các hạt lạ. *Hình 5.9. Thực bào 4.5. Ngoại tiết bào Là hiện tượng các túi bài tiết chứa chất thải hoặc chất chứa từ bào tương đến áp sát màng, hòa màng túi vào màng tế bào, mở túi và thải các chất ấy ra khỏi màng tế bào. Xuất bào là quá trình vận chuyển khối vật chất được ngăn cách với dịch bào tương từ trước đó bởi một lớp màng nội bào, ra khoang gian bào. Ðối tượng xuất bào gồm các túi chế tiết do Golgi hình thành và thể cặn bã tạo ra từ tiêu thể thứ cấp. Trước hết, xảy ra sự dính giữa hai lớp lipid hướng về dịch bào tương. Sau đó, màng của túi hòa nhập với màng bào tương, nhờ đó khoảng không bên trong túi được mở thông với khoảng gian bào. *Hình 5.10. Sự xuất bào 5. Axit nucleic và sinh tổng hợp protein: 5.1. Nucleic acidNucleic acid, vật chất mang thông tin di truyền của các hệ thống sống, là một polymer hình thành từ các monomer là nucleotide. Nucleic acid gồm hai loại là desoxyribonucleic acid (DNA) và ribonucleic acid (RNA).1. NucleotidLà đơn vị cấu trúc cơ bản của nucleic acid. Mỗi nucleotide có 3 thành phần cơ bản: nhóm phosphate, đường pentose (đường 5 carbon) và môt base nitơ.5.1. Nucleic acid (tt)Các base nitơ thuộc hai nhóm: các purine gồm adenine và guanine, các pyrimidine gồm thymine, cytosine và uracil.Các nucleotide đươc nối với nhau băng liên kết phosphodiester tạo thành chuỗi dài.Trình tự chính xác của các base trong DNA và RNA đặc trưng cho thông tin di truyền của tế bào và cơ thể.2. DNA - Desoxyribonucleic acid2.1. Cấu trúcPhân tử DNA là môt chuỗi xoắn kép gồm hai sợi đơn. Mỗi sợi đơn là mộtt chuỗi nucleotide. Mỗi nucleotide gồm ba thành phần: nhóm phosphate, đường desoxyribose và một trong bốn base adenine, cytosine, guanine và thymine). Hai sợi đơn kết hợp với nhau nhờ các liên kết hydrogen hình thành giữa các base bổ sung nằm trên hai sợi: A bổ sung cho T và C bổ sung cho G. Mỗi sợi đơn có một trình tự đinh hướng với một đầu 5’phosphate tự do, đầu kia là 3’ hydroxyl tự do (quy ước là 5’ ® 3’. Hướng cua hai sơi đơn trong chuỗi xoắn kép ngược nhau, nên được gọi là hai sợi đối song.Các trình tự duy nhất: là các gen mã hóa cho các protein, có trình tự đặc trưng cho từng gen.(a) Cấu trúc của DNA (b) Cấu trúc hóa học của một phần DNAThymine (T)Adenine (A)Cytosine (C)PhosphateĐường (deoxyribose)Guanine (G)DNA nucleotide Trục đường-phosphate Các base2.2. Tính chất và vai trò của DNA- Tính chấtDNA có tính đặc trưng bởi số lượng thành phần, trật tự và cách xắp xếp của các nucleotide trong cấu trúc.Hàm lượng DNA đặc trưng cho mỗi loài, tỷ lệ A + G/T+ X cũng đặc trưng cho loài.Tính ổn định : tính đặc trưng được duy trì ổn định qua các thế hệ tế bào và cơ thể qua cơ chế nhân đôi, phân ly và tổ hợp qua quá trình gián phân, giảm phân và thụ tinh.Hoạt động gián phân là để duy trì DNA giữ được tính đặc trưng và ổn định qua các thế hệ.Sự nhân đôi và phân ly của nhiễm sắc thể và DNA trong giảm phân thành giao tử đơn bội sau đó nhờ thụ tinh để khôi phục bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội duy trì được tính đặc trưng và ổn định của DNA qua các thế hệ của loài sinh sản hữu tính.*2.2. Tính chất và vai trò của DNA- Vai trò của DNA+ DNA là nơi lưu giữ các thông tin di truyền - là cơ sở di truyền ở mức phân tử-tham gia vào cấu trúc của nhiễm sắc thể. Là thành phần không thể thiếu được trong bất kỳ mọi cấu trúc tế bào nào.+ Truyền đạt thông tin di truyền cho các thế hệ thông qua sự sao chép (tái bản) phân tử ADN mẹ thành 2 phân tử DNA con giống nhau, và thông qua sự phân ly của hai DNA convề hai tế bào con khi phân bào.+ DNA có chức năng phiên mã cho ra các RNA, từ đây sẽ dịch mã để tạo nên protein đặc thù và tạo nên tính trạng đa dạng của sinh vật.*3. RNA - (Ribonucleic acid)Phân tử RNA có cấu tạo tương tự DNA với ba điêm khác biệt sau:- Phân tử RNA là chuôi đơn.- Đương pentose cua phân tử DNA là ribose (C5H10O5) thay vi deoxyribose.- Thymine, môt trong bốn loại base hinh thành nên phân tử DNA, đươc thay thế băng uracil trong phân tử RNA.Trong tế bào có ba loại RNA cơ bản đưọc phân loại theo chức năng, mỗi loại đều có cấu trúc đặc thù riêng.3.1. RNA thông tin ( mRNA)Có cấu trúc mạch đơn, chiếm 3-5% tổng số RNA, chịu trách nhiệm mang thông tin di truyền từ trong nhân ra ngoài.- Trong quá trình sao mã, đầu 5’ được gắn với 7-methylguanosine và ba nhóm phosphat. (GPPP)- Phân tử mRNA khi mới sao mã xong chứa một lượng nucleotid rất lớn - gồm các đoạn Exon (mang mã thật sự) xen với các đoạn Intron (không mang mã). Trước lúc ra khỏi nhân, các đoạn Intron được cắt đi và nối các đoạn Exon lại với nhau trở thành mRNA thực sự.3.2. RNA vận chuyển (tRNA)Là các RNA nhỏ, chiếm 10-15% - có nhiệm vụ mang các amino acid đặc hiệu đến ribosom trong quá trình giải mã.Sự kết hợp giữa amino acid với tRNA nhờ enzyme đặc hiệu là amynoacyl-tRNA synthetase (AAS) cũng đặc hiệu cho từng amino acid.tRNA có cấu trúc không gian hình chĩa ba với một số vòng tạo xoắn theo nguyên tắc bổ sung và một số vòng không tạo xoắn trên tRNA có các vị trí đặc biệt sau3.3. rRNA (RNA riboxom)rRNA là thành phân cơ bản của ribosome, vừa đóng vai trò xúc tác và cấu trúc trong sự tổng hợp protein. 5.2. Sinh tổng hợp protein5.2.1. Mã di truyềnDo chỉ có bốn loại nucleotide khác nhau trong mRNA và có đến 20 loại amino acid trong protein nên sự dịch mã không thể được thực hiện theo kiểu tương ứng một nucleotide-một amino acid được. Mỗi amino acid được mã hóa bởi ba nucleotide liên tiếp trên DNA (hoặc RNA tương ứng), bộ ba nucleotide này được gọi là một codon. Với 4 loại nucleotide khác nhau sẽ có 43 = 64 codon khác nhau được phân biệt bởi thành phần và trật tự của các nucleotide. Trong số này có 3 codon kết thúc là UAA, UAG và UGA có nhiệm vụ báo hiệu chấm dứt việc tổng hợp chuỗi polypeptide. Trong 61 mã còn lại có nhiều codon cùng mã hóa cho một amino acid .Hình 2.1. Các thành phần chức năng của ribosomeHình 9.7 Bộ ba mã di truyền Hình 9.7 Bộ ba mã di truyền Tóm tắt sự phiên mã và giải mã:Trước hết, khi sợi đôi ADN của một gen được hoạt hóa, ARN polymeraz có thể nhận biết và gắn vào vùng khởi đầu phiên mã. ADN dùng làm khuôn tổng hợp phân tử mARN sợi đơn. Sự phiên mã của ADN bắt đầu ở dấu hiệu khởi đầu và chấm dứt ở trình tự kết thúc. mARN mang thông tin dưới dạng mã bộ ba, dùng làm khuôn để tổng hợp protein. Khi thể ribô di chuyển dọc mARN, chúng đọc các mã từ đầu 5’ của sơi ARN. Các acid amin tạo ra chuỗi polypeptid được chuyên chở bởi tARN chuyên biệt cho mỗi acid amin. Mỗi phân tử tARN có đối mã bổ sung cho mã trên mARN đã mã hóa cho một acid amin chuyên biệt. Sau khi nhặt một acid amin trong tế bào chất nhờ một enzim gắn dính vào nó, tARN di chuyển đến thể ribô và bám vào mARN ở vị trí mang mã thích hợp. Thứ tự của các tARN dọc mARN cũng là thứ tự của các acid amin mà nó mang theo. Các liên kết peptid gắn các acid amin với nhau. Sau khi bỏ lại acid amin, tARN rời khỏi mARN để nhặt và chuyên chở tiếp tục. Khi thể ribô đến mã kết thúc, nó sẽ phóng thích sợi polypeptid. Tóm lại, ADN của gen xác định trình tự mARN, xác định cơ cấu của protein là chất kiểm soát các phản ứng hóa học, qui định các đặc tính của sinh vật.