Tế bào (sinh học) - Wikipedia

Bài viết này là về thuật ngữ trong sinh học. Đối với các mục đích sử dụng khác, xem Tế bào.

Cấu trúc của một tế bào động vật

Tế bào (từ tiếng Latin cella có nghĩa là "căn phòng nhỏ" ^[1]) là cấu trúc cơ bản , đơn vị chức năng và sinh học của tất cả các sinh vật sống được biết đến. Một tế bào là đơn vị nhỏ nhất của cuộc sống. Các tế bào thường được gọi là "khối xây dựng của sự sống". Nghiên cứu về các tế bào được gọi là sinh học tế bào.

Các tế bào bao gồm tế bào chất được bao bọc trong một màng chứa nhiều phân tử sinh học như protein và axit nucleic. ^[2] Các sinh vật có thể được phân loại là đơn bào (bao gồm một tế bào, bao gồm cả vi khuẩn) hoặc đa bào (bao gồm cả thực vật và động vật) ^[3] Trong khi số lượng tế bào trong thực vật và động vật thay đổi từ loài này sang loài khác, con người chứa hơn 10 nghìn tỷ (10 ¹³ ) tế bào. Hầu hết các tế bào thực vật và động vật chỉ có thể nhìn thấy dưới kính hiển vi, với kích thước từ 1 đến 100 micromet. ^[5]

Các tế bào được phát hiện bởi Robert Hooke vào năm 1665, người đặt tên cho chúng giống với các tế bào cư trú bởi các tu sĩ Kitô giáo trong một tu viện. ^[6][7] Lý thuyết tế bào, được phát triển lần đầu tiên vào năm 1839 bởi Matthias Jakob Schleiden và Theodor Schwann, nói rằng tất cả các sinh vật được tạo thành từ một hoặc nhiều tế bào, rằng các tế bào là đơn vị cơ bản của cấu trúc và chức năng trong mọi sinh vật. các sinh vật và tất cả các tế bào đều đến từ các tế bào đã có từ trước. ^[8] Các tế bào đã xuất hiện trên Trái đất ít nhất 3,5 tỷ năm trước. ^[9][10][11]

Tổng quan

Các tế bào có hai loại: sinh vật nhân chuẩn, chứa nhân và prokaryotic, cái nào không Prokaryote là sinh vật đơn bào, trong khi sinh vật nhân chuẩn có thể là đơn bào hoặc đa bào.

Tế bào nhân sơ

Prokaryote bao gồm vi khuẩn và vi khuẩn cổ, hai trong ba lĩnh vực của sự sống. Các tế bào nhân sơ là dạng sống đầu tiên trên Trái đất, được đặc trưng bởi có các quá trình sinh học quan trọng bao gồm cả tín hiệu tế bào. Chúng đơn giản và nhỏ hơn các tế bào nhân chuẩn và thiếu các bào quan có màng như nhân. DNA của một tế bào prokaryote bao gồm một nhiễm sắc thể duy nhất tiếp xúc trực tiếp với tế bào chất. Vùng hạt nhân trong tế bào chất được gọi là nucleoid. Hầu hết các prokaryote là nhỏ nhất trong tất cả các sinh vật có đường kính từ 0,5 đến 2,0. ^[12]

Một tế bào prokaryote có ba vùng kiến ​​trúc:

• Bao bọc tế bào là lớp vỏ tế bào - thường bao gồm màng plasma được bao phủ bởi thành tế bào, đối với một số vi khuẩn, có thể được bao phủ thêm bởi lớp thứ ba gọi là viên nang. Mặc dù hầu hết các prokaryote có cả màng tế bào và thành tế bào, nhưng có những trường hợp ngoại lệ như Mycoplasma (vi khuẩn) và Thermoplasma (vi khuẩn cổ) chỉ có lớp màng tế bào. Phong bì cung cấp độ cứng cho tế bào và tách phần bên trong của tế bào khỏi môi trường của nó, phục vụ như một bộ lọc bảo vệ. Thành tế bào bao gồm peptidoglycan ở vi khuẩn và hoạt động như một rào cản bổ sung chống lại các lực bên ngoài. Nó cũng ngăn chặn tế bào mở rộng và vỡ (phân giải tế bào) khỏi áp suất thẩm thấu do môi trường hypotonic. Một số tế bào nhân chuẩn (tế bào thực vật và tế bào nấm) cũng có thành tế bào.
• Bên trong tế bào là vùng tế bào chất có chứa bộ gen (DNA), ribosome và nhiều loại vùi khác nhau. ^[3] Vật liệu di truyền được tìm thấy tự do trong tế bào chất. Prokaryote có thể mang các yếu tố DNA ngoại bào gọi là plasmid, thường có hình tròn. Các plasmid vi khuẩn tuyến tính đã được xác định ở một số loài vi khuẩn spirochete, bao gồm các thành viên của chi Borrelia đáng chú ý Borrelia burgdorferi gây ra bệnh Lyme. ^[13] Mặc dù không hình thành hạt nhân DNA được ngưng tụ trong một nucleoid . Plasmid mã hóa các gen bổ sung, chẳng hạn như gen kháng kháng sinh.
• Ở bên ngoài, dự án Flagella và pili từ bề mặt tế bào. Đây là những cấu trúc (không có trong tất cả các prokaryote) được tạo thành từ protein tạo điều kiện cho sự di chuyển và giao tiếp giữa các tế bào.

Cấu trúc của một tế bào động vật điển hình

Tế bào nhân thực

Thực vật, động vật, nấm, nấm mốc, động vật nguyên sinh tảo đều là sinh vật nhân chuẩn. Các tế bào này rộng hơn khoảng mười lăm lần so với một prokaryote thông thường và có thể lớn hơn gấp ngàn lần về thể tích. Đặc điểm phân biệt chính của sinh vật nhân chuẩn so với sinh vật nhân sơ là sự ngăn cách: sự hiện diện của các bào quan liên kết màng (khoang) trong đó các hoạt động cụ thể diễn ra. Quan trọng nhất trong số này là một nhân tế bào, ^[3] một cơ quan chứa DNA của tế bào. Hạt nhân này cung cấp cho eukaryote tên của nó, có nghĩa là "hạt nhân thực sự (hạt nhân)". Những khác biệt khác bao gồm:

• Màng plasma tương tự như của prokaryote trong chức năng, với những khác biệt nhỏ trong thiết lập. Thành tế bào có thể có hoặc không có mặt.
• DNA sinh vật nhân chuẩn được tổ chức trong một hoặc nhiều phân tử tuyến tính, được gọi là nhiễm sắc thể, được liên kết với protein histone. Tất cả DNA nhiễm sắc thể được lưu trữ trong nhân tế bào được tách ra khỏi tế bào chất bởi một màng. ^[3] Một số bào quan sinh vật nhân thực như ty thể cũng chứa một số DNA.
• lông mao nguyên phát . Lông mao nguyên phát đóng vai trò quan trọng trong hóa học, cơ học hóa và nhiệt hóa. Do đó, Cilia có thể được "xem như một ăng ten tế bào cảm giác điều phối một số lượng lớn các đường truyền tín hiệu của tế bào, đôi khi ghép tín hiệu với sự vận động của đường mật hoặc thay vào đó là sự phân chia và phân biệt tế bào." ^[14] sinh vật nhân chuẩn có thể di chuyển bằng cách sử dụng motile cilia hoặc flagella . Các tế bào động lực không có trong các loài cây lá kim và thực vật có hoa. ^[15] Flagella Eukaryotic ít phức tạp hơn các tế bào prokaryote.

Các thành phần dưới tế bào

Tất cả các tế bào, dù là prokaryotic hay eukaryotic, đều có màng bao bọc vào và ra (thấm chọn lọc) và duy trì điện thế của tế bào. Bên trong màng tế bào chất, tế bào chất chiếm phần lớn thể tích của tế bào. Tất cả các tế bào (ngoại trừ các tế bào hồng cầu thiếu nhân tế bào và hầu hết các bào quan để chứa không gian tối đa cho hemoglobin) đều có DNA, vật liệu di truyền của gen và RNA, chứa thông tin cần thiết để tạo ra các protein khác nhau như enzyme, máy móc chính của tế bào . Ngoài ra còn có các loại phân tử sinh học khác trong các tế bào. Bài viết này liệt kê các thành phần tế bào chính này, sau đó mô tả ngắn gọn chức năng của chúng.

Màng

Sơ đồ chi tiết của màng tế bào hai lớp lipid

Màng tế bào, hay màng plasma, là màng sinh học bao quanh tế bào chất của tế bào. Ở động vật, màng sinh chất là ranh giới bên ngoài của tế bào, trong khi ở thực vật và sinh vật nhân sơ, nó thường được bao phủ bởi một thành tế bào. Màng này dùng để phân tách và bảo vệ một tế bào khỏi môi trường xung quanh và được tạo ra chủ yếu từ một lớp phospholipid kép, đó là amphiphilic (một phần kỵ nước và một phần ưa nước). Do đó, lớp được gọi là lớp kép phospholipid, hoặc đôi khi là màng khảm chất lỏng. Được nhúng trong màng này là một loạt các phân tử protein hoạt động như các kênh và bơm di chuyển các phân tử khác nhau vào và ra khỏi tế bào. ^[3] Màng này có thể thấm bán và thấm chọn lọc, trong đó nó có thể cho phép một chất ( phân tử hoặc ion) đi qua tự do, đi qua đến một mức độ hạn chế hoặc hoàn toàn không đi qua. Màng bề mặt tế bào cũng chứa các protein thụ thể cho phép các tế bào phát hiện các phân tử tín hiệu bên ngoài như hormone.

Cytoskeleton

Một hình ảnh huỳnh quang của một tế bào nội mô. Các hạt nhân có màu xanh lam, ty thể bị nhuộm màu đỏ và các vi chất có màu xanh lá cây.

Các tế bào thực vật có tác dụng tổ chức và duy trì hình dạng của tế bào; neo bào quan tại chỗ; giúp trong quá trình endocytosis, sự hấp thu của các vật liệu bên ngoài bởi một tế bào và cytokinesis, sự phân tách các tế bào con sau khi phân chia tế bào; và di chuyển các bộ phận của tế bào trong các quá trình tăng trưởng và di động. Các tế bào nhân chuẩn bao gồm các vi chất, sợi trung gian và vi ống. Có một số lượng lớn protein liên quan đến chúng, mỗi loại điều khiển cấu trúc của một tế bào bằng cách định hướng, bó và sắp xếp các sợi tơ. ^[3] Các tế bào prokaryotic ít được nghiên cứu kỹ nhưng có liên quan đến việc duy trì hình dạng tế bào, phân cực và tế bào. ^[17] Protein tiểu đơn vị của vi chất là một protein nhỏ, đơn phân gọi là actin. Tiểu đơn vị của vi ống là một phân tử dimeric gọi là tubulin. Các sợi trung gian là các dị thể có tiểu đơn vị khác nhau giữa các loại tế bào trong các mô khác nhau. Nhưng một số protein tiểu đơn vị của các sợi trung gian bao gồm vimentin, desmin, lamin (lamins A, B và C), keratin (nhiều keratin có tính axit và cơ bản), protein neurofilament (NF, L, NF tựa M).

Vật liệu di truyền

Hai loại vật liệu di truyền khác nhau tồn tại: axit deoxyribonucleic (DNA) và axit ribonucleic (RNA). Các tế bào sử dụng DNA để lưu trữ thông tin dài hạn của họ. Thông tin sinh học chứa trong một sinh vật được mã hóa theo trình tự DNA của nó. ^[3] RNA được sử dụng để vận chuyển thông tin (ví dụ: mRNA) và các chức năng enzyme (ví dụ: RNA ribosome). Các phân tử RNA chuyển (tRNA) được sử dụng để thêm axit amin trong quá trình dịch mã protein.

Vật liệu di truyền prokaryotic được tổ chức trong một nhiễm sắc thể vi khuẩn hình tròn đơn giản trong vùng nucleoid của tế bào chất. Vật liệu di truyền nhân thực được chia thành các phân tử tuyến tính khác nhau, ^[3] được gọi là nhiễm sắc thể bên trong một hạt nhân rời rạc, thường có thêm vật liệu di truyền ở một số bào quan như ty thể và lục lạp (xem lý thuyết endosymbiotic).

Một tế bào người có vật liệu di truyền chứa trong nhân tế bào (bộ gen hạt nhân) và trong ty thể (bộ gen của ty thể). Ở người, bộ gen hạt nhân được chia thành 46 phân tử DNA tuyến tính được gọi là nhiễm sắc thể, bao gồm 22 cặp nhiễm sắc thể tương đồng và một cặp nhiễm sắc thể giới tính. Bộ gen của ty thể là một phân tử DNA hình tròn khác biệt với DNA hạt nhân. Mặc dù DNA ty thể rất nhỏ so với nhiễm sắc thể hạt nhân, ^[3] nó mã hóa cho 13 protein liên quan đến sản xuất năng lượng của ty thể và các tRNA cụ thể.

Vật liệu di truyền nước ngoài (phổ biến nhất là DNA) cũng có thể được đưa vào tế bào một cách nhân tạo bằng một quá trình gọi là truyền máu. Điều này có thể là nhất thời, nếu DNA không được đưa vào bộ gen của tế bào, hoặc ổn định, nếu có. Một số virus cũng chèn vật liệu di truyền của chúng vào bộ gen.

Organelles

Organelles là một phần của tế bào thích nghi và / hoặc chuyên biệt để thực hiện một hoặc nhiều chức năng quan trọng, tương tự như các cơ quan của cơ thể người (như tim, phổi và thận, với mỗi cơ quan các cơ quan thực hiện một chức năng khác nhau). ^[3] Cả tế bào nhân chuẩn và tế bào nhân sơ đều có bào quan, nhưng các bào quan prokaryote thường đơn giản hơn và không có màng.

Có một số loại bào quan trong một tế bào. Một số (như bộ máy nhân và golgi) thường đơn độc, trong khi một số khác (như ty thể, lục lạp, peroxisome và lysosome) có thể rất nhiều (hàng trăm đến hàng ngàn). Các cytosol là chất lỏng gelatin lấp đầy tế bào và bao quanh các bào quan.

Eukaryotic

Tế bào ung thư ở người, cụ thể là tế bào HeLa, với DNA nhuộm màu xanh lam. Tế bào trung tâm và ngoài cùng bên phải nằm trong xen kẽ, do đó DNA của chúng khuếch tán và toàn bộ nhân được dán nhãn. Tế bào bên trái đang trải qua quá trình nguyên phân và nhiễm sắc thể của nó đã ngưng tụ.

• Nhân tế bào : Một trung tâm thông tin của tế bào, nhân tế bào là cơ quan dễ thấy nhất được tìm thấy trong một tế bào nhân chuẩn. Nó chứa nhiễm sắc thể của tế bào và là nơi xảy ra hầu hết sự sao chép DNA và tổng hợp RNA (phiên mã). Hạt nhân có hình cầu và tách ra khỏi tế bào chất bằng một màng kép gọi là lớp vỏ hạt nhân. Vỏ hạt nhân cô lập và bảo vệ DNA của một tế bào khỏi các phân tử khác nhau có thể vô tình làm hỏng cấu trúc của nó hoặc cản trở quá trình xử lý của nó. Trong quá trình xử lý, DNA được phiên mã hoặc sao chép thành một RNA đặc biệt, được gọi là RNA thông tin (mRNA). MRNA này sau đó được vận chuyển ra khỏi nhân, nơi nó được dịch thành một phân tử protein cụ thể. Nucleolus là một khu vực chuyên biệt trong nhân nơi các tiểu đơn vị ribosome được lắp ráp. Ở sinh vật nhân sơ, quá trình xử lý DNA diễn ra trong tế bào chất. ^[3]
• Mitochondria và lục lạp : tạo năng lượng cho tế bào. Ty thể là các bào quan tự sao chép xảy ra với số lượng, hình dạng và kích thước khác nhau trong tế bào chất của tất cả các tế bào nhân chuẩn. ^[3] Sự hô hấp xảy ra trong ty thể của tế bào, tạo ra năng lượng của tế bào bằng quá trình phosphoryl oxy hóa, sử dụng oxy để giải phóng năng lượng trong tế bào. chất dinh dưỡng tế bào (thường liên quan đến glucose) để tạo ATP. Ty thể nhân với phân hạch nhị phân, như sinh vật nhân sơ. Lục lạp chỉ có thể được tìm thấy trong thực vật và tảo, và chúng thu năng lượng của mặt trời để tạo ra carbohydrate thông qua quá trình quang hợp.

• Mạng lưới nội chất : Mạng lưới nội chất (ER) là một mạng lưới vận chuyển cho các phân tử được nhắm mục tiêu nhất định , so với các phân tử trôi nổi tự do trong tế bào chất. ER có hai dạng: ER thô, có các ribosome trên bề mặt tiết ra protein vào ER và ER trơn tru, thiếu ribosome. ^[3] ER trơn tru đóng vai trò trong việc cô lập và giải phóng canxi.
• Bộ máy Golgi : Chức năng chính của bộ máy Golgi là xử lý và đóng gói các đại phân tử như protein và lipid được tổng hợp bởi tế bào.
• Lysosomes và Peroxisomes enzyme tiêu hóa (hydrolase axit). Chúng tiêu hóa các bào quan dư thừa hoặc bị bào mòn, các hạt thức ăn và virus hoặc vi khuẩn nhấn chìm. Peroxisomes có các enzyme loại bỏ tế bào peroxit độc hại. Tế bào không thể chứa các enzyme phá hủy này nếu chúng không được chứa trong một hệ thống liên kết màng. ^[3]
• Centrosome : nhà tổ chức tế bào học: Trung tâm sản xuất tế bào vi mô một tế bào - thành phần chính của tế bào học. Nó chỉ đạo việc vận chuyển thông qua bộ máy ER và Golgi. Centrosome bao gồm hai centrioles, chúng tách ra trong quá trình phân chia tế bào và giúp hình thành trục chính phân bào. Một centrosome duy nhất có trong các tế bào động vật. Chúng cũng được tìm thấy trong một số tế bào nấm và tảo.
• Vacuoles : Vacuoles tuần hoàn các chất thải và trong tế bào thực vật lưu trữ nước. Chúng thường được mô tả là không gian chứa đầy chất lỏng và được bao quanh bởi một màng. Một số tế bào, đáng chú ý nhất là Amoeba có không bào hợp đồng, có thể bơm nước ra khỏi tế bào nếu có quá nhiều nước. Không bào của tế bào thực vật và tế bào nấm thường lớn hơn tế bào động vật.

Sinh vật nhân chuẩn và prokaryotic

• Ribosome : Ribosome là một phức hợp lớn của các phân tử RNA và protein. ^[3] hai tiểu đơn vị và hoạt động như một dây chuyền lắp ráp trong đó RNA từ nhân được sử dụng để tổng hợp protein từ các axit amin. Ribosome có thể được tìm thấy trôi nổi tự do hoặc liên kết với màng (mạng lưới nội chất thô ở sinh vật nhân chuẩn hoặc màng tế bào ở sinh vật nhân sơ). ^[18]

Cấu trúc bên ngoài màng tế bào

Nhiều tế bào cũng có cấu trúc tồn tại hoàn toàn hoặc một phần bên ngoài màng tế bào. Những cấu trúc này là đáng chú ý bởi vì chúng không được bảo vệ khỏi môi trường bên ngoài bởi màng tế bào bán kết. Để lắp ráp các cấu trúc này, các thành phần của chúng phải được mang qua màng tế bào bằng các quá trình xuất khẩu.

Thành tế bào

Nhiều loại tế bào nhân sơ và tế bào nhân chuẩn có thành tế bào. Thành tế bào hoạt động để bảo vệ tế bào một cách cơ học và hóa học khỏi môi trường của nó, và là một lớp bảo vệ bổ sung cho màng tế bào. Các loại tế bào khác nhau có thành tế bào được tạo thành từ các vật liệu khác nhau; Thành tế bào thực vật chủ yếu được tạo thành từ cellulose, thành tế bào nấm được tạo thành từ chitin và thành tế bào vi khuẩn được tạo thành từ peptidoglycan.

Prokaryotic

Capsule

Một viên nang gelatin có trong một số vi khuẩn bên ngoài màng tế bào và thành tế bào. Viên nang có thể là polysacarit như trong pneumococci, meningococci hoặc polypeptide như Bacillus anthracis hoặc axit hyaluronic như trong streptococci. Viên nang không được đánh dấu bằng các giao thức nhuộm thông thường và có thể được phát hiện bằng mực Ấn Độ hoặc xanh methyl; cho phép độ tương phản cao hơn giữa các tế bào để quan sát. ^{[19]: 87}

Flagella

Flagella là các bào quan cho sự di động của tế bào. Flagellum của vi khuẩn trải dài từ tế bào chất qua màng tế bào và đùn qua thành tế bào. Chúng là những phần phụ dài và dày như sợi, protein trong tự nhiên. Một loại khác nhau của flagellum được tìm thấy trong archaea và một loại khác được tìm thấy ở sinh vật nhân chuẩn.

Fimbria

Một fimbria còn được gọi là pilus là một sợi tóc ngắn, mỏng, giống như tóc được tìm thấy trên bề mặt vi khuẩn. Fimbriae, hoặc pili được hình thành từ một protein gọi là pilin (kháng nguyên) và chịu trách nhiệm gắn vi khuẩn vào các thụ thể cụ thể của tế bào người (bám dính tế bào). Có các loại đặc biệt của pili cụ thể liên quan đến liên hợp vi khuẩn.

Các quá trình tế bào

Sao chép

Sự phân chia tế bào liên quan đến một tế bào đơn (gọi là tế bào mẹ ) phân chia thành hai tế bào con. Điều này dẫn đến sự tăng trưởng ở các sinh vật đa bào (sự phát triển của mô) và sinh sản (sinh sản sinh dưỡng) ở sinh vật đơn bào. Các tế bào nhân sơ phân chia bằng phân hạch nhị phân, trong khi các tế bào nhân chuẩn thường trải qua quá trình phân chia hạt nhân, được gọi là nguyên phân, sau đó là phân chia tế bào, được gọi là cytokinesis. Một tế bào lưỡng bội cũng có thể trải qua quá trình phân bào để tạo ra các tế bào đơn bội, thường là bốn. Các tế bào đơn bội đóng vai trò là giao tử trong các sinh vật đa bào, hợp nhất để hình thành các tế bào lưỡng bội mới.

Sao chép DNA, hoặc quá trình sao chép bộ gen của một tế bào, ^[3] luôn xảy ra khi một tế bào phân chia thông qua nguyên phân hoặc phân hạch nhị phân. Điều này xảy ra trong giai đoạn S của chu kỳ tế bào.

Trong bệnh nấm, DNA chỉ được sao chép một lần, trong khi tế bào phân chia hai lần. Sự sao chép DNA chỉ xảy ra trước khi bị teo I. Sự sao chép DNA không xảy ra khi các tế bào phân chia lần thứ hai, trong meiosis II. ^[20] Sao chép, giống như tất cả các hoạt động của tế bào, đòi hỏi các protein chuyên biệt để thực hiện công việc. ^[3]

Tăng trưởng và trao đổi chất

Tổng quan về tổng hợp protein.
Trong nhân của tế bào ( màu xanh nhạt ), gen (DNA, màu xanh đậm ) được phiên mã thành RNA. RNA này sau đó chịu sự điều chỉnh và kiểm soát sau phiên mã, dẫn đến một mRNA trưởng thành ( màu đỏ ) sau đó được vận chuyển ra khỏi nhân và vào tế bào chất ( đào ), trong đó nó trải qua quá trình dịch mã thành protein. mRNA được dịch bởi ribosome ( màu tím ) phù hợp với các codon ba cơ sở của mRNA với các loại chống mã hóa ba gốc của tRNA thích hợp. Các protein mới được tổng hợp ( đen ) thường được sửa đổi thêm, chẳng hạn như bằng cách liên kết với một phân tử effector ( cam ), để hoạt động hoàn toàn.

Giữa các phân chia tế bào liên tiếp, các tế bào phát triển. thông qua chức năng chuyển hóa tế bào. Chuyển hóa tế bào là quá trình các tế bào riêng lẻ xử lý các phân tử dinh dưỡng. Trao đổi chất có hai bộ phận riêng biệt: dị hóa, trong đó tế bào phá vỡ các phân tử phức tạp để tạo ra năng lượng và giảm năng lượng, và quá trình đồng hóa, trong đó tế bào sử dụng năng lượng và giảm năng lượng để xây dựng các phân tử phức tạp và thực hiện các chức năng sinh học khác. Các loại đường phức tạp được sinh vật tiêu thụ có thể được phân hủy thành các phân tử đường đơn giản hơn gọi là monosacarit như glucose. Khi ở trong tế bào, glucose bị phá vỡ để tạo ra adenosine triphosphate (ATP), ^[3] một phân tử sở hữu năng lượng sẵn có, thông qua hai con đường khác nhau.

Tổng hợp protein

Các tế bào có khả năng tổng hợp protein mới, rất cần thiết cho việc điều chế và duy trì các hoạt động của tế bào. Quá trình này liên quan đến việc hình thành các phân tử protein mới từ các khối xây dựng axit amin dựa trên thông tin được mã hóa trong DNA / RNA. Tổng hợp protein thường bao gồm hai bước chính: phiên mã và dịch mã.

Phiên mã là quá trình mà thông tin di truyền trong DNA được sử dụng để tạo ra chuỗi RNA bổ sung. Chuỗi RNA này sau đó được xử lý để cung cấp RNA thông tin (mRNA), tự do di chuyển qua tế bào. Các phân tử mRNA liên kết với các phức hợp protein-RNA được gọi là ribosome nằm trong cytosol, nơi chúng được dịch thành các chuỗi polypeptide. Ribosome làm trung gian cho sự hình thành chuỗi polypeptide dựa trên trình tự mRNA. Trình tự mRNA liên quan trực tiếp đến trình tự polypeptide bằng cách liên kết để chuyển các phân tử bộ chuyển đổi RNA (tRNA) trong các túi liên kết trong ribosome. Polypeptide mới sau đó gấp lại thành một phân tử protein ba chiều chức năng.

Tính linh hoạt

Các sinh vật không xương có thể di chuyển để tìm thức ăn hoặc thoát khỏi kẻ săn mồi. Cơ chế chuyển động phổ biến bao gồm Flagella và lông mao.

Trong các sinh vật đa bào, các tế bào có thể di chuyển trong các quá trình như chữa lành vết thương, đáp ứng miễn dịch và di căn ung thư. Ví dụ, trong việc chữa lành vết thương ở động vật, các tế bào bạch cầu di chuyển đến vị trí vết thương để tiêu diệt các vi sinh vật gây nhiễm trùng. Sự di động của tế bào bao gồm nhiều thụ thể, liên kết ngang, bó, liên kết, bám dính, vận động và các protein khác. ^[21] Quá trình này được chia thành ba bước - nhô ra cạnh đầu của tế bào, bám dính vào cạnh đầu và chống dính ở cơ thể tế bào và phía sau, và co thắt tế bào để kéo tế bào về phía trước. Mỗi bước được điều khiển bởi các lực vật lý được tạo ra bởi các phân đoạn duy nhất của tế bào học. ^[22][23]

Đa bào

Chuyên môn hóa tế bào

Sinh vật đa bào là các sinh vật bao gồm nhiều hơn một tế bào, trái ngược với các sinh vật đơn bào. ^[24]

Trong các sinh vật đa bào phức tạp, các tế bào chuyên về các loại tế bào khác nhau thích nghi với các chức năng cụ thể. Ở động vật có vú, các loại tế bào chính bao gồm tế bào da, tế bào cơ, tế bào thần kinh, tế bào máu, nguyên bào sợi, tế bào gốc và các loại khác. Các loại tế bào khác nhau cả về ngoại hình và chức năng, nhưng giống hệt nhau về mặt di truyền. Các tế bào có thể có cùng kiểu gen nhưng thuộc loại tế bào khác nhau do sự biểu hiện khác biệt của các gen mà chúng chứa.

Hầu hết các loại tế bào riêng biệt phát sinh từ một tế bào tổng hợp đơn, được gọi là hợp tử, phân biệt thành hàng trăm loại tế bào khác nhau trong quá trình phát triển. Sự khác biệt của các tế bào được thúc đẩy bởi các tín hiệu môi trường khác nhau (chẳng hạn như tương tác tế bào tế bào) và sự khác biệt nội tại (chẳng hạn như các tế bào gây ra bởi sự phân bố không đồng đều của các phân tử trong quá trình phân chia).

Nguồn gốc của đa bào

Đa bào đã phát triển độc lập ít nhất 25 lần, ^[25] bao gồm trong một số prokaryote, như cyanobacteria, myxobacteria, Actinomycetes, Magnetoglobus đa bào [19] Tuy nhiên, các sinh vật đa bào phức tạp chỉ tiến hóa trong sáu nhóm sinh vật nhân thực: động vật, nấm, tảo nâu, tảo đỏ, tảo xanh và thực vật. ^[26] Nó tiến hóa nhiều lần cho thực vật (Chloroplastida), một hoặc hai lần đối với động vật, một lần đối với tảo nâu và có lẽ nhiều lần đối với nấm, nấm mốc và tảo đỏ. ^[27] Đa bào có thể đã tiến hóa từ các khuẩn lạc của các sinh vật phụ thuộc lẫn nhau, từ tế bào hoặc từ các sinh vật trong mối quan hệ cộng sinh.

Bằng chứng đầu tiên về tính đa bào là từ các sinh vật giống vi khuẩn lam sống từ 3 đến 3,5 tỷ năm trước. ^[25] Các hóa thạch ban đầu khác của các sinh vật đa bào bao gồm các loài xoắn ốc Grypania và các hóa thạch của cá mập đen của Palaeopero Fossil B Formation ở Gabon. ^[28]

Sự tiến hóa của đa bào từ tổ tiên đơn bào đã được sao chép trong phòng thí nghiệm, trong các thí nghiệm tiến hóa sử dụng sự dự đoán là áp lực chọn lọc. [1965911] nguồn gốc của các tế bào có liên quan đến nguồn gốc sự sống, bắt đầu lịch sử sự sống trên Trái đất.

Nguồn gốc của tế bào đầu tiên

Có một số giả thuyết về nguồn gốc của các phân tử nhỏ dẫn đến sự sống trên Trái đất sơ khai. Chúng có thể đã được đưa đến Trái đất trên các thiên thạch (xem thiên thạch Murchison), được tạo ra ở các lỗ thông hơi dưới biển sâu hoặc được tổng hợp bằng sét trong bầu khí quyển giảm (xem thí nghiệm Miller Giả Urey). Có rất ít dữ liệu thử nghiệm xác định các hình thức tự sao chép đầu tiên là gì. RNA được cho là phân tử tự sao chép sớm nhất, vì nó có khả năng lưu trữ thông tin di truyền và xúc tác các phản ứng hóa học (xem giả thuyết thế giới RNA), nhưng một số thực thể khác có khả năng tự sao chép có thể có trước RNA, như đất sét hoặc axit peptide nucleic. ^[29]

Các tế bào xuất hiện ít nhất 3,5 tỷ năm trước. ^[9][10][11] Niềm tin hiện nay là các tế bào này là dị dưỡng. Các màng tế bào ban đầu có lẽ đơn giản và dễ thấm hơn các màng hiện đại, chỉ có một chuỗi axit béo duy nhất trên mỗi lipid. Lipid được biết là hình thành một cách tự nhiên các túi hai lớp trong nước và có thể có trước RNA, nhưng màng tế bào đầu tiên cũng có thể được tạo ra bởi RNA xúc tác, hoặc thậm chí có protein cấu trúc cần thiết trước khi chúng có thể hình thành. ^[30]

Nguồn gốc của tế bào nhân chuẩn [19659023] Tế bào nhân chuẩn dường như đã phát triển từ một cộng đồng cộng sinh của các tế bào nhân sơ. Các bào quan mang DNA như ty thể và lục lạp có nguồn gốc từ proteobacteria thở oxy cộng sinh và vi khuẩn lam, tương ứng, được endosymbiosed bởi một prokaryote tổ tiên.

Vẫn còn nhiều tranh cãi về việc các bào quan như hydroosome có trước nguồn gốc của ty thể hay ngược lại: xem giả thuyết hydro về nguồn gốc của các tế bào nhân chuẩn.

Lịch sử nghiên cứu

Bản vẽ tế bào của Hooke ở nút chai, 1665

• 1632 Ném1723: Antonie van Leeuwenhoek tự dạy mình chế tạo ống kính, chế tạo kính hiển vi quang học cơ bản và vẽ protozoa, chẳng hạn như từ nước mưa và vi khuẩn từ chính miệng của mình.
• 1665: Robert Hooke phát hiện ra các tế bào trong nút chai, sau đó trong mô thực vật sống bằng kính hiển vi ghép sớm. Ông đồng xu với thuật ngữ cell (từ tiếng Latin cella có nghĩa là "căn phòng nhỏ" ^[1]) trong cuốn sách của ông Micrographia (1665). ]
• 1839: Theodor Schwann và Matthias Jakob Schleiden làm sáng tỏ nguyên tắc rằng thực vật và động vật được tạo ra từ các tế bào, kết luận rằng các tế bào là một đơn vị cấu trúc và phát triển chung, và do đó sáng lập ra lý thuyết tế bào.
• 1855 : Rudolf Virchow tuyên bố rằng các tế bào mới đến từ các tế bào tồn tại từ trước bằng cách phân chia tế bào ( omni cellula ex cellula ).
• 1859: Niềm tin rằng các dạng sống có thể xảy ra một cách tự nhiên ( ]) mâu thuẫn với Louis Pasteur (1822 Ví1895) (mặc dù Francesco Redi đã thực hiện một thí nghiệm vào năm 1668 cho thấy kết luận tương tự).
• 1931: Ernst Ruska chế tạo kính hiển vi điện tử truyền qua đầu tiên (TEM) tại Đại học Berlin . Đến năm 1935, ông đã chế tạo được một EM với độ phân giải gấp đôi kính hiển vi ánh sáng, cho thấy các bào quan không thể phân giải trước đó.
• 1953: Dựa trên công trình của Rosalind Franklin, Watson và Crick đưa ra thông báo đầu tiên về cấu trúc xoắn kép của DNA. [19659017] 1981: Lynn Margulis đã xuất bản Symbiosis in Cell Evolution mô tả chi tiết về lý thuyết nội sinh học.

Xem thêm

Tài liệu tham khảo

1. ^ ^{a b} "Tế bào". Từ điển Từ nguyên trực tuyến . Truy xuất 31 tháng 12 2012 .
2. ^ Chuyển động của tế bào và sự định hình của cơ thể động vật có xương sống trong Chương 21 của Sinh học phân tử của tế bào Bruce Alberts (2002) được xuất bản bởi Garland Science.
   Văn bản Alberts thảo luận về cách "các khối xây dựng tế bào" di chuyển để hình thành phôi phát triển. Người ta cũng thường mô tả các phân tử nhỏ như axit amin là "khối xây dựng phân tử".
3. ^ ^{a b} 19659134] c ^{d e f ] g h i j [19459] k l m o p q} ] Bài viết này kết hợp tài liệu miền công cộng từ tài liệu NCBI "Tế bào là gì?". Ngày 30 tháng 3 năm 2004.
4. ^ Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden (2006). Sinh học: Khám phá cuộc sống . Boston, Massachusetts: Hội trường Prentice Pearson. Sê-ri 980-0-13-250882-7.
5. ^ Karp, Gerald (19 tháng 10 năm 2009). Sinh học tế bào và phân tử: Khái niệm và thí nghiệm . John Wiley & Sons. tr. 2. Mã số 70483374. Hooke gọi các tế bào lỗ chân lông vì chúng nhắc nhở ông về các tế bào có các tu sĩ sống trong một tu viện.
6. ^ Tero AC (1990). Sinh học Achiever . Nhà xuất bản đồng minh. tr. 36. ISBN 9788184243697. In 1665, an Englishman, Robert Hooke observed a thin slice of" cork under a simple microscope. (A simple microscope is a microscope with only one biconvex lens, rather like a magnifying glass). He saw many small box like structures. These reminded him of small rooms called "cells" in which Christian monks lived and meditated.
7. ^ Maton A (1997). Cells Building Blocks of Life. New Jersey: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-423476-2.
8. ^ ^{a b} Schopf JW, Kudryavtsev AB, Czaja AD, Tripathi AB (2007). "Evidence of Archean life: Stromatolites and microfossils". Precambrian Research. 158 (3–4): 141–55. Bibcode:2007PreR..158..141S. doi:10.1016/j.precamres.2007.04.009.
9. ^ ^{a b} Schopf JW (2006). "Fossil evidence of Archaean life". Philos T rans R Soc Lond B Biol Sci. 29 (361(1470)): 869–885.
10. ^ ^{a b} Raven PH, Johnson GB (2002). Biology. Giáo dục McGraw-Hill. tr. 68. ISBN 978-0-07-112261-0. Retrieved 7 July 2013.
11. ^ Microbiology : Principles and Explorations By Jacquelyn G. Black
12. ^ European Bioinformatics Institute, Karyn's Genomes: Borrelia burgdorferi, part of 2can on the EBI-EMBL database. Retrieved 5 August 2012
13. ^ Satir P, Christensen ST (June 2008). "Structure and function of mammalian cilia". Histochemistry and Cell Biology. 129 (6): 687–93. doi:10.1007/s00418-008-0416-9. PMC 2386530. PMID 18365235. 1432-119X.
14. ^ PH Raven, Evert RF, Eichhorm SE (1999) Biology of Plants, 6th edition. WH Freeman, New York
15. ^ ^{a b} Campbell Biology—Concepts and Connections. Pearson Education. 2009. p. 320.
16. ^ Michie KA, Löwe J (2006). "Dynamic filaments of the bacterial cytoskeleton". Annual Review of Biochemistry. 75: 467–92. doi:10.1146/annurev.biochem.75.103004.142452. PMID 16756499.
17. ^ Ménétret JF, Schaletzky J, Clemons WM, Osborne AR, Skånland SS, Denison C, Gygi SP, Kirkpatrick DS, Park E, Ludtke SJ, Rapoport TA, Akey CW (December 2007). "Ribosome binding of a single copy of the SecY complex: implications for protein translocation". Molecular Cell. 28 (6): 1083–92. doi:10.1016/j.molcel.2007.10.034. PMID 18158904.
18. ^ Prokaryotes. Newnes. Apr 11, 1996. ISBN 9780080984735.
19. ^ Campbell Biology—Concepts and Connections. Pearson Education. 2009. p. 138.
20. ^ Ananthakrishnan R, Ehrlicher A. "The Forces Behind Cell Movement". Biolsci.org. Retrieved 2009-04-17.
21. ^ Alberts B, Johnson A, Lewis J. et al. Molecular Biology of the Cell, 4e. Garland Science. 2002
22. ^ Ananthakrishnan R, Ehrlicher A (June 2007). "The forces behind cell movement". International Journal of Biological Sciences. 3 (5): 303–17. doi:10.7150/ijbs.3.303. PMC 1893118. PMID 17589565.
23. ^ Becker WM, et al. (2009). The world of the cell. Pearson Benjamin Cummings. tr. 480. ISBN 978-0-321-55418-5.
24. ^ ^{a b c} Grosberg RK, Strathmann RR (2007). "The evolution of multicellularity: A minor major transition?" (PDF). Annu Rev Ecol Evol Syst. 38: 621–54.
25. ^ Popper ZA, Michel G, Hervé C, Domozych DS, Willats WG, Tuohy MG, Kloareg B, Stengel DB (2011). "Evolution and diversity of plant cell walls: from algae to flowering plants" (PDF). Annual Review of Plant Biology. 62: 567–90. doi:10.1146/annurev-arplant-042110-103809. hdl:10379/6762. PMID 21351878.
26. ^ Bonner JT (1998). &quot;The Origins of Multicellularity&quot; (PDF). Integrative Biology: Issues, News, and Reviews. 1 (1): 27–36. doi:10.1002/(SICI)1520-6602(1998)1:1<27::AID-INBI4>3.0.CO;2-6. ISSN 1093-4391. Archived from the original (PDF, 0.2 MB) on March 8, 2012.
27. ^ El Albani A, Bengtson S, Canfield DE, Bekker A, Macchiarelli R, Mazurier A, Hammarlund EU, Boulvais P, Dupuy JJ, Fontaine C, Fürsich FT, Gauthier-Lafaye F, Janvier P, Javaux E, Ossa FO, Pierson-Wickmann AC, Riboulleau A, Sardini P, Vachard D, Whitehouse M, Meunier A (July 2010). &quot;Large colonial organisms with coordinated growth in oxygenated environments 2.1 Gyr ago&quot;. Nature. 466 (7302): 100–04. Bibcode:2010Natur.466..100A. doi:10.1038/nature09166. PMID 20596019.
28. ^ Orgel LE (December 1998). &quot;The origin of life – a review of facts and speculations&quot;. Trends in Biochemical Sciences. 23 (12): 491–95. doi:10.1016/S0968-0004(98)01300-0. PMID 9868373.
29. ^ Griffiths G (December 2007). &quot;Cell evolution and the problem of membrane topology&quot;. Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 8 (12): 1018–24. doi:10.1038/nrm2287. PMID 17971839.
30. ^ Hooke R (1665). Micrographia: …. London, England: Royal Society of London. tr. 113.&quot; … I could exceedingly plainly perceive it to be all perforated and porous, much like a Honey-comb, but that the pores of it were not regular […] these pores, or cells, […] were indeed the first microscopical pores I ever saw, and perhaps, that were ever seen, for I had not met with any Writer or Person, that had made any mention of them before this … &quot; – Hooke describing his observations on a thin slice of cork. Xem thêm:  Robert Hooke

Further reading

• Alberts B, Johnson A, Lewis J, Morgan D, Raff M, Roberts K, Walter P (2015). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Garland Science. tr. 2. ISBN 978-0815344322.
• Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2014). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Garland. ISBN 9780815344322.; The fourth edition is freely available from National Center for Biotechnology Information Bookshelf.
• Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipurksy SL, Darnell J (2004). Molecular Cell Biology (5th ed.). WH Freeman: New York, NY. ISBN 978-0-7167-4366-8.
• Cooper GM (2000). The cell: a molecular approach (2nd ed.). Washington, D.C: ASM Press. ISBN 978-0-87893-102-6.

External links

visit site
site