Tế bào

Các loại tế bào được phân thành tế bào nhân sơ hoặc tế bào nhân thực. Sinh vật nhân sơ là những sinh vật đơn bào bao gồm miền Vi khuẩn và Cổ khuẩn. Chúng bao gồm một ngăn đơn chứa đầy tế bào chất và được bao bọc bởi một màng tế bào. Sinh vật nhân thực chứa một nhân và các bào quan có màng bao bọc khác. Sinh vật nhân thực bao gồm tất cả các sinh vật đa bào cũng như một số sinh vật đơn bào (động vật nguyên sinh). Các tế bào nhân thực có kích thước lớn hơn (gấp 100–10.000 lần) so với các tế bào nhân sơ và có cấu trúc phức tạp hơn đáng kể.

Tổng quan về cấu trúc tế bào nhân thực và tế bào nhân sơ
Đặc điểm	Tế bào nhân thực (người, động vật nguyên sinh, động vật và thực vật)	Tế bào nhân sơ (cổ khuẩn và vi khuẩn)
Nhân tế bào	Có	Không có
Vị trí của DNA	Nhân tế bào	Bào tương
Hình thức lưu trữ DNA	Nằm trong nhiều nhiễm sắc thể (chuỗi kép) Có chứa histone	Nhiễm sắc thể vi khuẩn dạng vòng (được gọi là "tương đương nhiễm sắc thể") nằm trong bào tương Plasmid (các vòng DNA bổ sung nhỏ)
Lượng DNA không mã hóa	70–98% (mật độ gen thấp hơn)	5–25% (mật độ gen cao hơn)
Ty thể	Có	Không có
Ribosome	80S	70S
Màng tế bào	Lớp kép lipid
Thành tế bào	Chỉ có ở thực vật, nấm và tảo	Có ở hầu hết vi khuẩn Các ngoại lệ ví dụ như Mycoplasma, loài thiếu thành tế bào
Sự phân vùng (trong tế bào)	Các màng phân chia thành các ngăn tế bào bên trong bào tương	Không có sự phân vùng
Cấu trúc vận động (roi)	Bao gồm các bó vi ống và protein vận động dynein, được bao quanh bởi một màng sinh chất	Bao gồm các đơn vị lặp lại của protein flagellin (sợi), một móc và một phức hợp vận động được neo vào màng tế bào

Tế bào nhân sơ không có nhân.

Cả sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực đều có màng tế bào. Màng tế bào tạo ra ranh giới giữa môi trường bên ngoài và bên trong tế bào, đồng thời là thành phần thiết yếu của các hệ thống sống. Tế bào nhân thực còn có các màng nội bào bao bọc các bào quan riêng biệt, cho phép các quá trình chuyên biệt diễn ra tách biệt với các quá trình trong tế bào chất. Hơn nữa, hầu hết các tế bào nhân sơ và tế bào thực vật đều có vách tế bào bao bọc màng tế bào, giúp ổn định và bảo vệ tế bào khỏi môi trường bên ngoài.

Cấu trúc màng tế bào

Màng tế bào (hay màng tương) được cấu tạo từ một lớp kép lipid bất đối xứng với các protein màng gắn kết hoặc nhúng bên trong. Quá trình tổng hợp các thành phần của màng diễn ra tại lưới nội chất trơn.

Lớp kép lipid

• Cấu trúc: bao gồm các lipid lưỡng tính như phospholipid hoặc sphingolipid, gồm một đầu phân cực (ví dụ: phosphate, sphingosine) và các đuôi kỵ nước (acid béo).
  • Phân bố của các nhóm không phân cực và phân cực: Trong dung dịch nước, các đuôi hydrocarbon không phân cực quay vào trong, trong khi các đầu phân cực tạo thành ranh giới tiếp xúc với nước ở cả hai phía. Kết quả là các lớp kép lipid ổn định được hình thành, tạo nên một thực thể hình cầu (ví dụ: tế bào hoặc túi màng).
  • Phân bố của các lipid màng: Các loại lipid khác nhau phân bố bất đối xứng giữa hai lớp của màng.
    • Lớp lipid ngoài: giàu phosphatidylcholine và sphingomyelin
    • Lớp lipid trong: giàu phosphatidylserine, phosphatidylethanolamine và phosphatidylinositol
• Đặc điểm
  • Độ thấm
    • Hầu như không thấm đối với các phân tử phân cực
    • Thấm cao đối với các phân tử không phân cực và nước
  • Độ linh động: Độ linh động của lớp kép lipid màng thay đổi tùy thuộc vào thành phần của lớp kép và nhiệt độ của môi trường.
    • Các acid béo không bão hòa làm tăng độ linh động của màng.
    • Cholesterol và glycolipid (tức là các lipid có carbohydrate gắn kết bằng liên kết cộng hóa trị glycoside) giúp ổn định màng.
  • Khuếch tán (vận chuyển): Độ linh động của lớp kép lipid cho phép các phân tử riêng lẻ di chuyển trong màng.
    • Khuếch tán ngang (song song): Các phân tử lipid riêng lẻ khuếch tán tự do trong lớp kép lipid.
    • Khuếch tán ngang qua màng : diễn ra rất chậm; cần sự hỗ trợ của các enzyme như flippase, floppase hoặc scramblase (protein vận chuyển phospholipid)
      • Flippase: vận chuyển phospholipid từ bề mặt ngoài vào bề mặt trong
      • Floppase: vận chuyển phospholipid từ bề mặt trong ra bề mặt ngoài
      • Scramblase: vận chuyển phospholipid theo cả hai hướng
    • Khuếch tán hỗ trợ: sự khuếch tán của các phân tử qua màng tế bào thông qua các protein vận chuyển, protein kênh hoặc các ion. Ví dụ bao gồm:
      • Vận chuyển glucose và fructose vào tế bào thông qua các protein vận chuyển glucose (GLUT)
      • Vận chuyển glucose từ máu vào tế bào beta tuyến tụy thông qua GLUT2
      • Vận chuyển nước thông qua các kênh aquaporin trong các tế bào chính của thận
      • Tái hấp thu bicarbonate ở đoạn đầu của ống lượn gần
      • Tái hấp thu urea ở ống góp trong thông qua các protein vận chuyển urea
      • Vận chuyển canxi từ lưới nội chất cơ chất vào bào tương thông qua các kênh canxi điều khiển bằng điện thế

Protein màng

• Định nghĩa
  • Là các protein nhúng trong lớp kép lipid của màng
  • Thường là glycoprotein
• Hàm lượng protein màng trong lớp kép lipid: 20–80%
• Các loại protein màng
  • Protein màng tích hợp (protein nội màng)
    • Liên kết chặt chẽ với lớp kép lipid
    • Xuyên một phần vào màng
    • Protein xuyên màng: xuyên hoàn toàn qua lớp kép lipid (ví dụ: bơm Na⁺/K⁺-ATPase)
  • Protein màng ngoại vi
    • Liên kết yếu với lớp kép lipid
    • Thường liên kết thông qua ái lực tĩnh điện hoặc liên kết hydro giữa protein ngoại vi và protein nội màng
• Phân bố của protein màng: thành phần bề mặt màng trong và ngoài thay đổi tùy loại

Ví dụ về các thành phần màng phân bố không đối xứng
Protein màng tích hợp	Protein xuyên màng	Na+/K+-ATPase
	Protein màng đơn diện	Một số cyclooxygenase
Protein màng ngoại vi	Hướng ra ngoại bào	Các chuỗi carbohydrate của glycoprotein Acetylcholinesterase hồng cầu
	Hướng vào nội bào	Phospholipase C

Do có tính linh động, màng cũng thấm nước và một số phân tử nhỏ như O₂, ngay cả khi không có các kênh hoặc protein vận chuyển đặc hiệu. Do đó, chúng được mô tả là màng bán thấm.

Glycocalyx

• Định nghĩa: lớp glycoprotein-polysaccharide lỏng lẻo bao phủ mặt ngoài của màng tế bào ở một số tế bào nhân thực và nhân sơ
• Cấu trúc
  • Mạng lưới polysaccharide phân nhánh dài
  • Liên kết cộng hóa trị với protein và, ở mức độ thấp hơn, với lipid của màng tế bào
• Chức năng
  • Bảo vệ tế bào khỏi bị mất nước
  • Chức năng kháng nguyên
    • Cho phép các tế bào miễn dịch phân biệt giữa tế bào chủ và sinh vật ngoại lai
    • Tại màng hồng cầu: phân biệt các nhóm máu

Chức năng của màng

• Bảo vệ tế bào khỏi môi trường bên ngoài
  • Màng tế bào: ngăn cách tế bào với môi trường bên ngoài
  • Màng của các bào quan (hệ thống màng nội bào): ngăn cách các khoang tế bào trong bào tương
• Vận chuyển các chất từ trong ra ngoài tế bào hoặc từ ngoài vào trong tế bào
• Truyền tin tế bào: chuyển đổi các tín hiệu ngoại bào thành các phản ứng nội bào
• Nhận diện tế bào
  • Mỗi tế bào biểu hiện các protein đặc hiệu trên bề mặt, hầu hết được glycosyl hóa (glycoprotein).
  • Các glycoprotein này có tính đặc hiệu cao cho từng loại tế bào, cho phép phân biệt các tế bào tự thân với nhau cũng như với các tế bào ngoại lai.
• Tính hưng phấn điện
  • Việc tạo ra một gradient điện hóa qua màng tạo nên điện thế màng.
  • Sự kích thích sẽ hoạt hóa các kênh ion điều khiển bằng điện thế, làm giảm tạm thời điện thế âm của màng (khử cực).
• Liên kết tế bào: được hình thành bởi các protein neo (phân tử bám dính tế bào), vốn được neo vào khung xương tế bào và nhô ra ngoài tế bào

Bào quan tế bào là các ngăn bên trong tế bào, được bao bọc bởi màng và đảm nhận các chức năng chuyên biệt cao. Sinh vật nhân thực chứa nhiều bào quan, trong khi sinh vật nhân sơ thiếu sự phân chia thành các ngăn này.

Tổng quan về các bào quan quan trọng nhất của tế bào
Bào quan tế bào	Cấu tạo	Chức năng
Nhân	Màng kép	Bảo tồn hệ gen Nhân đôi DNA Phiên mã Tổng hợp RNA ribosome (tại nhân con)
Lưới nội chất	Hệ thống màng phân nhánh	Tổng hợp các protein màng, protein tiết và protein lysosome (lưới nội chất hạt) Tổng hợp phospholipid, acid béo, cholesterol và steroid (lưới nội chất trơn)
Bộ máy Golgi	Hệ thống túi dạng đĩa có màng bao bọc	Biến đổi và đóng gói các sản phẩm để vận chuyển ra khỏi tế bào
Ty thể	Màng kép Khoảng gian màng Chất nền (matrix)	Sản xuất năng lượng Các con đường chuyển hóa khác nhau
Lysosome	Các túi nhỏ có màng bao bọc Chứa các enzyme thủy phân	Phân hủy các phân tử ngoại lai và nội sinh
Peroxisome	Các túi nhỏ có màng bao bọc Chứa nhiều loại enzyme, ví dụ như catalase	Giải độc Oxy hóa các acid amin chuỗi nhánh và các acid béo chuỗi rất dài
Không bào	Các túi nhỏ có màng bao bọc Không bào dự trữ: chứa các chất chuyển hóa sơ cấp, lipid, protein, sắc tố và khoáng chất Không bào tiêu hủy Chứa các thành phần tế bào (ví dụ: protein cuộn sai, lipofuscin) Dung hợp với lysosome	Dự trữ Tự thực (không bào tiêu hủy) Xuất bào và nhập bào (không bào dự trữ và không bào tiêu hủy)

Cấu trúc

Nhân là trung tâm điều khiển của tế bào. Nó được bao quanh bởi một màng kép và chứa toàn bộ vật chất di truyền của tế bào, ngoại trừ DNA ty thể.

Bao nhân

Màng nhân bao gồm màng trong và màng ngoài, mỗi màng được cấu tạo bởi một lớp kép lipid.

• Màng nhân ngoài: chứa nhiều ribosome
• Màng nhân trong: được bao phủ bởi lamina nhân, một mạng lưới các sợi trung gian (lamin) giúp ổn định màng
  • Các lamin nhân cung cấp sự hỗ trợ cơ học và tham gia vào nhiều quá trình khác nhau của chu kỳ tế bào (ví dụ: phiên mã, truyền tín hiệu, tổ chức chất nhiễm sắc)
  • Đột biến ở gen mã hóa lamin A dẫn đến hội chứng lão nhi Hutchinson-Gilford
• Lỗ nhân: Màng nhân trong và ngoài hòa nhập tại một số điểm và tạo thành các lỗ nhân với sự hỗ trợ của các phức hợp protein lớn.
  • Chức năng
    • Điều hòa vận chuyển các chất giữa bào tương và nhân tương (vận chuyển nhân-bào tương)
    • Vận chuyển chủ động các protein lớn trên ∼ 40 kDa (ví dụ: nucleoplasmin) và RNA thông qua importin và exportin

Thành phần trong nhân

• Chất nhiễm sắc: phức hợp gồm DNA, histone và các protein phi histone
• Nhân con: nơi tổng hợp rRNA và lắp ráp các tiểu đơn vị ribosome

Chức năng

• Lưu trữ toàn bộ thông tin di truyền của sinh vật dưới dạng chất nhiễm sắc (ngoại trừ DNA ty thể)
• Nhân đôi thông tin di truyền trước khi phân chia tế bào (nhân đôi DNA): Xem thêm thông tin tại phần chu kỳ tế bào.
• Phiên mã: bước đầu tiên của quá trình tổng hợp protein
• Tổng hợp rRNA trong nhân con
• Đóng gói và bảo vệ DNA không hoạt động bằng các histone

Lưới nội chất (ER) là một hệ thống màng rộng lớn kết nối trực tiếp với màng nhân ngoài. ER tạo thành một hệ thống kênh gồm các khoang kéo dài. Chức năng quan trọng nhất của ER là tổng hợp các thành phần của tế bào và các sản phẩm bài tiết ra ngoài tế bào. Về mặt hiển vi và chức năng, ER được phân chia thành lưới nội chất hạt và lưới nội chất trơn.

Cấu trúc

• Hệ thống kênh màng
• Tiếp xúc trực tiếp với màng nhân ngoài
• Được cấu tạo bởi hai vùng khác nhau về mặt hiển vi và chức năng:
  • Lưới nội chất hạt (RER): đặc trưng bởi các ribosome gắn trên bề mặt
  • Lưới nội chất trơn (SER): không có ribosome trên bề mặt

Chức năng

• RER
  • Tổng hợp các protein màng, protein bài tiết và protein lysosome (quá trình dịch mã) và biến đổi chúng (ví dụ: glycosyl hóa liên kết N)
  • Đóng gói các protein mới tổng hợp vào các túi vận chuyển để chuyển đến bộ máy Golgi (để xử lý tiếp) hoặc chuyển trực tiếp đến một vị trí cụ thể
  • Tất cả các protein tìm thấy trong các bào quan của tế bào (ví dụ: bộ máy Golgi, lysosome, ER) đều có nguồn gốc từ RER.
  • Các tế bào giàu RER bao gồm tế bào tuyến tụy ngoại tiết, tương bào tiết kháng thể và tế bào goblet tiết nhầy.
  • Thể Nissl: là RER tìm thấy trong thân và sợi nhánh của neuron
    • Nơi tổng hợp các chất dẫn truyền thần kinh peptide được vận chuyển đến cúc tận cùng tiền synapse
    • Nhuộm Nissl: thuốc nhuộm cationic (kiềm) được sử dụng để quan sát các ribosome tích điện âm dưới kính hiển vi quang học
• SER
  • Tổng hợp phospholipid, acid béo, cholesterol và steroid
  • Biến đổi sinh học các thuốc, rượu và độc chất tại gan
  • Lưu trữ và giải phóng carbohydrate
  • Vị trí của enzyme glucose 6-phosphatase
  • Lưu trữ calcium
  • Các tế bào giàu SER bao gồm tế bào gan và các tế bào tiết steroid (ví dụ: vỏ thượng thận hoặc tế bào tuyến sinh dục)

Cấu trúc

Là hệ thống các túi có màng bao bọc, hình đĩa, hơi cong với hai mặt:

• Mặt Cis-Golgi (mặt lồi)
  • Hơi uốn cong bao quanh lưới nội chất (ER)
  • Các túi màng từ ER chứa protein được tiếp nhận tại mặt cis-Golgi.
• Mặt Trans-Golgi (mặt lõm)
  • Hướng về phía màng tế bào
  • Các túi tách ra từ mặt trans-Golgi và được vận chuyển đến màng tế bào và các tiêu thể (lysosome).

Chức năng

• Tổng hợp các tiêu thể và nạp enzyme vào trong đó
• Tái chế các protein màng sinh chất thông qua quá trình nhập bào (endocytosis)
• Hoạt hóa các hormone và các protein khác
• Biến đổi các glycoprotein và tiền chất hormone nhận được từ lưới nội chất hạt (RER)
  • Glycosyl hóa liên kết O: gắn O-oligosaccharide vào serine hoặc threonine
  • Biến đổi N-oligosaccharide trên asparagine sau quá trình glycosyl hóa liên kết N tại RER
  • Phosphoryl hóa: Các gốc mannose trên glycoprotein (ví dụ: các enzyme thủy phân acid của tiêu thể) được phosphoryl hóa thành mannose-6-phosphate, cho phép chúng được vận chuyển đến các tiêu thể. (Khiếm khuyết trong quá trình này dẫn đến bệnh tế bào I (I-cell disease).)
• Phân loại protein dựa trên trình tự đích hoặc các oligosaccharide gắn kèm

Các protein vận chuyển túi

• Protein COPI: mạng lưới trans-Golgi (TGN) → mạng lưới cis-Golgi (CGN) → lưới nội chất (vận chuyển ngược - retrograde trafficking)
• Protein COPII: lưới nội chất → CGN → TGN (vận chuyển xuôi - anterograde trafficking)
• Clathrin: hình thành các túi có màng bao (endosome) để vận chuyển nội bào
  • Nhập bào thông qua thụ thể: màng sinh chất hình thành các endosome (ví dụ: thông qua thụ thể LDL)
  • TGN cũng có thể hình thành các endosome (các endosome này có thể trở thành tiêu thể)

Việc gắn nhãn sai cho các enzyme thủy phân acid của tiêu thể trong bộ máy Golgi dẫn đến bệnh tế bào I.

Để ghi nhớ rằng COPII hỗ trợ vận chuyển xuôi (anterograde/forward) từ lưới nội chất hạt đến bộ máy Golgi và COPI hỗ trợ vận chuyển ngược (retrograde/backward), hãy nhớ mẹo tiếng Anh: “Two cops (COPII) go for (forward) a coffee to go (to the Golgi apparatus). One cop (COPI) goes back (backward) to the rough (rough ER) neighborhood.” (Tạm dịch: Hai cảnh sát [COPII] đi tới [xuôi] mua cà phê mang đi [đến Golgi]. Một cảnh sát [COPI] quay trở lại [ngược] khu phố nghèo [lưới nội chất hạt]).

Cấu trúc

• Các bào quan tế bào dạng túi, có màng bao bọc, bắt nguồn từ mặt trans của bộ máy Golgi
• Được phân loại thành endosome sớm và endosome muộn tùy theo giai đoạn trưởng thành của chúng

Chức năng

• Hệ thống phân loại và vận chuyển nội bào
  • Endosome sớm
    • Đưa các chất từ bên ngoài vào trong tế bào thông qua sự lõm vào của màng tương bào
    • Tái chế các thụ thể (ví dụ: thụ thể LDL) và vận chuyển chúng quay trở lại màng bề mặt tế bào
    • Có thể tiếp nhận các túi vận chuyển từ bộ máy Golgi và gửi ngược trở lại
  • Endosome muộn: hòa màng với lysosome, từ đó cho phép lysosome phân hủy các thành phần bên trong endosome

Ty thể thường được mô tả là "nhà máy năng lượng" của tế bào do vai trò trung tâm trong việc tổng hợp ATP, một nguồn năng lượng thiết yếu cho cơ thể. Ty thể được cấu tạo bởi một màng kép, khoảng gian màng và chất nền. Có thể phân biệt các loại ty thể khác nhau dựa trên cấu trúc của màng trong.

Cấu trúc

Cấu trúc và DNA của ty thể tương tự như cấu trúc và DNA của sinh vật nhân sơ. Người ta tin rằng ty thể vốn là các sinh vật nhân sơ ban đầu, sau đó tiến hóa thành các sinh vật cộng sinh nội sống bên trong sinh vật nhân thực (xem quá trình cộng sinh tạo loài).

Màng ty thể

Có hai lớp màng ty thể chuyên biệt bao quanh ty thể. Chúng tạo khung cho chuỗi vận chuyển electron và quá trình sản xuất ATP.

Màng ngoài

• Cấu trúc: nhẵn
• Độ thấm: xen kẽ các lỗ, có độ thấm cao đối với nhiều phân tử khác nhau

Màng trong

• Cấu trúc: cuộn gập
• Độ thấm: không thấm, đặc biệt là đối với các ion; tuy nhiên, màng trong chứa nhiều protein vận chuyển đặc hiệu khác nhau
• Thành phần đặc trưng: cardiolipin (giúp ổn định các enzyme của quá trình phosphoryl hóa oxy hóa)

Các loại màng trong ty thể

• Mào ty thể
  • Các nếp gấp lõm vào (mào) của màng trong
  • Có mặt trong hầu hết các tế bào
• Ty thể dạng ống
  • Màng trong tạo thành các ống nhỏ
  • Chủ yếu ở các tế bào sản xuất steroid

Các protein vận chuyển của màng trong ty thể

Các protein vận chuyển đặc hiệu điều hòa việc vận chuyển các chất qua màng trong.

• Cơ chế hoạt động: protein vận chuyển ngược (antiporter) của hai phân tử
• Ví dụ
  • Hệ thoi malate-aspartate: vận chuyển các tương đương khử
  • Carnitine-acylcarnitine translocase
  • Glutamate aspartate transporter

Trong hệ thoi malate-aspartate, chỉ có các electron của NADH chứ không phải bản thân NADH được vận chuyển qua màng trong ty thể.

Chất nền ty thể

• Chứa DNA ty thể và các ribosome chịu trách nhiệm tổng hợp khoảng 15% protein ty thể
• Các protein ty thể còn lại được mã hóa trong nhân tế bào và được vận chuyển vào ty thể ở trạng thái chưa cuộn gập, tại đây chúng mới hình thành cấu trúc cuộn gập cuối cùng.

Chức năng

• Sản xuất năng lượng: Màng trong ty thể chứa các enzyme của chuỗi hô hấp và ATP synthase, cùng nhau tạo ra ATP (phosphoryl hóa oxy hóa).
• Các con đường chuyển hóa khác trong chất nền
  • Chu trình acid citric
  • β-oxy hóa
  • Tạo thể ceton
  • Chu trình urea
  • Khử carboxyl pyruvate
  • Tổng hợp heme
  • Tân tạo glucose
  • Sản xuất Acetyl-CoA
• Khởi động quá trình apoptosis: Xem phần “Apoptosis” trong bài viết về các thay đổi tế bào và đáp ứng thích nghi để biết thêm thông tin.

“Nếu bạn trích dẫn (cite → cytoplasm) bài viết của tôi, tôi có thể (might → mitochondria) trao cho bạn một cái ÔM (HUG)”: Tổng hợp heme, chu trình Urea và Tân tạo glucose diễn ra ở cả bào tương và ty thể, hãy nhớ cụm từ: “If you cite (cytoplasm) my article, I might (mitochondria) give you a HUG”.

Tổng hợp heme, chu trình urea và tân tạo glucose diễn ra ở cả bào tương và ty thể.

Quá trình cộng sinh tạo loài

DNA và ribosome của ty thể và sinh vật nhân sơ có nhiều điểm tương đồng. Phát hiện này dẫn đến lý thuyết nội cộng sinh về sự tiến hóa của ty thể, cho rằng ty thể ban đầu là những vi khuẩn nhân sơ độc lập có khả năng đặc biệt trong việc sản xuất năng lượng thông qua phosphoryl hóa oxy hóa và cuối cùng bị các tế bào nhân thực nuốt chửng. Kết quả là, các tế bào nhân sơ đã mất đi một phần DNA và khả năng sống độc lập, trong khi tế bào chủ nhân thực trở nên phụ thuộc vào năng lượng do vi khuẩn cộng sinh tạo ra.

Lysosome có thể được coi là hệ thống xử lý rác thải của tế bào. Chức năng chính của chúng là tiêu hóa nội bào (ví dụ: phân giải các polyme thành các monome).

Cấu trúc

• Là các bào quan hình cầu nhỏ, được bao bọc bởi một lớp kép lipid và chứa đầy các enzyme thủy phân, chịu trách nhiệm phân giải các đại phân tử
  • Enzyme thủy phân: lipase, glucosidase, phosphatase acid, nuclease, endoprotease (ví dụ: cathepsin)
    • Nguồn gốc của các enzyme thủy phân
      • Enzyme được tổng hợp tại ribosome của lưới nội chất hạt và sau đó được vận chuyển đến bộ máy Golgi.
      • Một phân tử mannose 6-phosphate được gắn vào các enzyme sau khi dịch mã bởi N-acetylglucosaminyl-1-phosphotransferase trong bộ máy Golgi.
      • Các enzyme được đánh dấu bằng mannose 6-phosphate được đóng gói vào các túi (lysosome sơ cấp).
  • Môi trường acid (giá trị pH ∼ 5)
    • Giá trị pH tối ưu cho các enzyme thủy phân
    • Được duy trì bằng cách vận chuyển tích cực H⁺ qua màng nhờ H⁺-ATPase

Enzyme chính được lưu trữ trong lysosome là phosphatase acid.

Chức năng

Phân giải nội bào các đại phân tử

• Quá trình
  1. Lysosome sơ cấp là các túi chứa các enzyme thủy phân mới được tổng hợp, nảy chồi từ bộ máy Golgi.
  2. Chúng hợp nhất với các túi chứa vật liệu tiêu hóa, ví dụ: endosome, phagosome, và từ đó hình thành nên lysosome thứ cấp.
  3. Các enzyme thủy phân trong lysosome thứ cấp phân giải các đại phân tử.
  4. Các sản phẩm phân cắt được giải phóng vào bào tương và có thể được tái sử dụng cho các quá trình tổng hợp mới.
  5. Thể dư (residual bodies): Vật liệu giàu lipid không được tiêu hóa (lipofuscin) còn sót lại từ quá trình phân giải đại phân tử sẽ bị đẩy ra khỏi tế bào hoặc được lưu trữ trong bào tương dưới dạng các thể dư.
     • Các lắng đọng lipofuscin nội bào (các hạt sắc tố màu vàng nâu) tích tụ trong các neuron, tế bào gan và tế bào cơ tim theo tuổi tác.
• Nguồn gốc của các đại phân tử
  • Nội thực bào
    • Nội thực bào thông qua thụ thể: Các túi nội thực bào từ màng tế bào hợp nhất trước với các endosome sớm và sau đó với các lysosome.
    • Thực bào: Các hạt bị bao vây và hấp thụ bởi các tế bào thực bào, tạo thành các phagosome.
  • Tự thực: Các màng tự thực hợp nhất và tạo thành một autophagosome bao quanh các mảnh vụn nội bào (ví dụ: protein, lipid, các bào quan của tế bào). Sau đó, nó hợp nhất với lysosome để phân giải các đại phân tử.

Lysosome đóng vai trò quan trọng trong miễn dịch thích ứng. Các tế bào trình diện kháng nguyên (ví dụ: đại thực bào, tế bào dendritic) nội nhập các kháng nguyên và phân giải chúng thông qua quá trình phân giải protein bên trong lysosome. Sau đó, các peptide kết quả được gắn lên các phân tử phức hợp hòa hợp mô chính lớp II, vận chuyển đến bề mặt tế bào và trình diện cho các tế bào T ngây thơ.

Tự tiêu

Trong trường hợp tế bào bị tổn thương nghiêm trọng, lysosome giải phóng các thành phần bên trong vào bào tương, khiến tế bào bị tan rã (apoptosis - chết tế bào theo chương trình).

Peroxisome là các bào quan hình cầu được bao bọc bởi một lớp màng đơn; chúng đóng vai trò then chốt trong quá trình oxy hóa acid béo cũng như sinh tổng hợp và thoái hóa các phân tử đặc hiệu.

Cấu tạo

• Là các túi màng bao bọc, hình tròn, kích thước tương đối nhỏ

Chức năng

• Oxy hóa acid béo
  • α-oxy hóa các acid béo chuỗi nhánh
  • β-oxy hóa các acid béo chuỗi rất dài (VLCFA) thành octanoyl-coenzyme A (CoA)
• Chuyển hóa hydrogen peroxide
  • Các enzyme mono-oxygenase chuyển đổi cơ chất sử dụng oxy phân tử, dẫn đến việc tổng hợp hydrogen peroxide.
  • Các enzyme catalase chuyển đổi hydrogen peroxide (H₂O₂ ) có độc tính tế bào thành nước và oxy (2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂), giúp bảo vệ tế bào khỏi các loài oxy hoạt tính (ROS).
• Chức năng sinh tổng hợp
  • Hormone steroid
  • Acid mật
  • Plasmalogen
    • Một loại phospholipid ether tìm thấy trong màng tế bào
    • Đặc hiệu cho các tế bào chất trắng của não và tế bào cơ tim
• Chức năng dị hóa: chuyển hóa amino acid và ethanol

Hội chứng Zellweger gây ra do sự khiếm khuyết trong hình thành peroxisome, dẫn đến sự tích tụ hydrogen peroxide gây độc tế bào trong nội bào.

Bệnh Refsum gây ra do sự thiếu hụt quá trình α-oxy hóa các acid béo chuỗi nhánh.

Bệnh loạn dưỡng vỏ thượng thận và chất trắng não gây ra do sự thiếu hụt quá trình β-oxy hóa các acid béo chuỗi rất dài.

Bào tương

Bào tương (cytosol), còn được gọi là chất nền, là một phần của tế bào chất và được bao bọc bởi màng tế bào. Ở sinh vật nhân sơ, hầu hết tất cả các con đường chuyển hóa đều diễn ra trực tiếp trong bào tương. Ở sinh vật nhân thực, một số quá trình này diễn ra trong các bào quan, vốn được ngăn cách với bào tương bằng một màng (sự phân khoang).

Cấu trúc

• Nước, các ion hòa tan và các phân tử nhỏ (70%)
• Protein, ví dụ: các enzyme tham gia vào các con đường chuyển hóa (30%)

Chức năng

• Đường phân, con đường pentose phosphate, tân tạo glucose
• Tổng hợp nucleotide
• Dịch mã, phân hủy protein
• Tổng hợp heme
• Chu trình urea

Tế bào chất bao quanh nhân và bao gồm bào tương cùng các bào quan.

Quá trình tổng hợp heme, chu trình urea và tân tạo glucose diễn ra ở cả tế bào chất và ty thể.

Ribosome

Ribosome là các phức hợp phân tử rất lớn gồm RNA và protein, nằm trong bào tương, trên mặt bào tương của lưới nội chất hạt và bên trong ty thể. Ribosome là nơi diễn ra quá trình tổng hợp protein (dịch mã).

Cấu trúc

• Cấu trúc
  • Hạt dạng hạt cấu tạo từ RNA và protein, tạo thành một tiểu đơn vị nhỏ và một tiểu đơn vị lớn
  • Nhiều ribosome gắn vào một RNA thông tin được gọi là polysome.
• Khối lượng: Khối lượng của các tiểu đơn vị ribosome được đo bằng hệ số lắng (đơn vị: Svedberg, hoặc S).
  • Tiểu đơn vị nhỏ: 40S ở sinh vật nhân thực, 30S ở sinh vật nhân sơ
  • Tiểu đơn vị lớn: 60S ở sinh vật nhân thực, 50S ở sinh vật nhân sơ
  • Tổng khối lượng : 80S ở sinh vật nhân thực, 70S ở sinh vật nhân sơ

Vị trí

• Ribosome bào tương
  • Không gắn với màng; có thể tìm thấy trôi nổi trong bào tương (ribosome tự do) hoặc gắn với khung xương tế bào
  • Là nơi tổng hợp một số protein nội bào (ví dụ: protein bào tương và protein ty thể)
• Ribosome gắn màng: gắn với rER

Chức năng

• Dịch mã
  • Ribosome tạo nên các điều kiện cấu trúc tiên quyết cho quá trình tổng hợp protein và có hoạt tính xúc tác.
  • Các thành phần RNA của ribosome (rRNA) tương tác với mRNA và tRNA và xúc tác cho việc hình thành liên kết peptide .

Các protein bào tương (như tubulin) được tổng hợp trên các ribosome tự do. Protein tiêu thể và protein màng được tổng hợp trên các ribosome của lưới nội chất hạt (rER).

• Định nghĩa: một mạng lưới các sợi (sợi protein) trải rộng khắp bào tương.
• Chức năng
  • Sự ổn định và vận động của tế bào cũng như các bào quan
  • Các quá trình vận chuyển trong tế bào
  • Cần thiết cho quá trình phân bào
• Cấu trúc
  • Các sợi
    • Các cấu trúc tế bào kéo dài được cấu tạo từ các đơn phân
    • Hồng cầu chứa một loại sợi khung xương đặc biệt ở phía bào tương của màng tế bào, bao gồm protein sợi spectrin. Spectrin tạo thành một mạng lưới với các protein khác (ví dụ: protein band 3, ankyrin và protein band 4.1) .
  • Các protein hỗ trợ
    • Chịu trách nhiệm cho các chức năng khác nhau của khung xương tế bào (ví dụ: vận động, gắn kết và tách rời các đơn phân)
    • Protein vận động: các protein hỗ trợ quan trọng chịu trách nhiệm cho sự vận động của sợi

Các thành phần của khung xương tế bào
Sợi	Cấu trúc	Protein phụ trợ	Chức năng
Sợi actin (vi sợi)	Đường kính ∼ 7 nm Đơn phân G-Actin Trùng hợp thành sợi F-Actin thông qua việc tiêu thụ ATP Một chuỗi xoắn kép gồm hai sợi actin trùng hợp tạo nên sợi actin thực thụ.	Protein vận động myosin	Di động tế bào Khung xương của vi nhung mao và lông tĩnh Vận chuyển nội bào Thành phần của sợi cơ (co cơ) Phân chia tế bào chất
Sợi trung gian (IFs)	Đường kính ∼ 10 nm Đa dạng với hơn 60 loại sợi trung gian Ví dụ: cytokeratin (trong tế bào biểu mô), vimentin (trong nguyên bào sợi), desmin (trong sợi cơ), protein sợi acid glia (GFAP) (trong tế bào glia), sợi thần kinh (trong tế bào thần kinh), nestin (trong tế bào gốc thần kinh), lamin (trong nhân tế bào)	Sợi trung gian không tương tác với các protein vận động Plectin: liên kết chéo và ổn định các sợi trung gian	Ổn định tế bào
Ống vi quản	Đường kính ∼ 25 nm Cấu tạo từ 13 phân tử tubulin sắp xếp đồng tâm Quá trình trùng hợp: Các dimer tubulin chứa GTP (mỗi dimer gồm một α-tubulin và một β-tubulin) được lắng đọng tại đầu (+) theo một mảng xoắn ốc để tạo thành cấu trúc hình trụ. Hai phân tử GTP liên kết với mỗi dimer tubulin. Quá trình trùng hợp có thể bị ức chế bởi colchicine, vinca alkaloid, paclitaxel, griseofulvin và mebendazole. Quá trình giải trùng hợp: GTP tự thủy phân thành GDP ở một trong các β-tubulin, gây mất ổn định ống vi quản Quá trình trùng hợp thường diễn ra chậm, trong khi quá trình giải trùng hợp diễn ra nhanh. Ống vi quản có thể tạo thành nhiều loại sợi khác nhau: Trục sợi trục (Axoneme): cấu trúc 9 x 2 + 2 Tạo nên khung xương của lông chuyển; sự chuyển động phối hợp của lông chuyển được hỗ trợ bởi các liên kết khe (gap junctions). Thể nền của lông chuyển (phía dưới màng tế bào): cấu trúc 9 x 3 không có ống vi quản trung tâm Trung tử (Centriole): cấu trúc 9 x 3 + 0 Thành phần của trung thể	Protein liên kết ống vi quản (MAPs) như protein tau Protein vận động của ống vi quản: một loại protein ATPase chuyển hóa năng lượng từ quá trình thủy phân ATP thành cơ năng để di chuyển tế bào/bào quan. Kinesin: vận chuyển xuôi dòng các túi vận chuyển từ đầu (‑) đến đầu (+) của ống vi quản Virus Herpes simplex sử dụng Kinesin để di chuyển từ các neuron cảm giác đến các mô biểu mô, dẫn đến việc tái hoạt hóa virus từ trạng thái tiềm ẩn Dynein: vận chuyển ngược dòng các túi vận chuyển từ đầu (+) về đầu (‑) của ống vi quản Clostridium tetani, virus herpes simplex, poliovirus và virus dại sử dụng Dynein để vận chuyển từ tận cùng sợi trục về thân tế bào neuron. Dynein sợi trục (Axonemal dynein): loại dynein đặc biệt liên kết 9 dimer tubulin ngoại vi của trục sợi trục, khiến lông chuyển và roi bị uốn cong	Vận chuyển sợi trục Chuyển động của lông chuyển và roi Hình thành thoi phân bào để vận chuyển chromatid trong quá trình phân bào

Khung xương tế bào dựa trên spectrin của hồng cầu bị thiếu hụt trong bệnh hồng cầu hình cầu di truyền.

Các sợi trung gian có thể được sử dụng làm marker ung thư hóa mô miễn dịch để xác định nguồn gốc của một khối tân sinh.

Để ghi nhớ các thuốc làm gián đoạn vi ống, hãy nhớ cụm từ tiếng Anh “Microtubules Get Constructed Very Poorly”: Mebendazole, Griseofulvin, Colchicine, Vincristine/Vinblastine, Paclitaxel.

Đầu âm gần Nhân, trong khi đầu Dương hướng ra Ngoại vi: Đầu âm của vi ống hướng về phía nhân và đầu dương hướng về phía ngoại vi của tế bào.

Kin (Kinesin) muốn đi ra (vận chuyển xuôi - anterograde), Dy (Dynein) muốn quay về nhà (vận chuyển ngược - retrograde). Kinesin vận chuyển xuôi (từ – → +) dọc theo vi ống. Dynein vận chuyển ngược (từ + → –) dọc theo vi ống.

Các tế bào trong cơ thể kết nối với các tế bào khác và các cấu trúc xung quanh thông qua liên kết tế bào-tế bào và liên kết tế bào-chất nền. Loại và số lượng các liên kết thay đổi tùy theo từng loại tế bào. Trong khi các tế bào hồng cầu không hình thành liên kết tế bào, các tế bào biểu mô lại kết nối chặt chẽ với nhau và với lamina đáy.

Liên kết kín

• Liên kết chặt (zonula occludens): là điểm tiếp xúc niêm phong tạo thành hàng rào gian bào giữa các tế bào biểu mô
  • Cấu tạo
    • Các protein màng (claudin và occludin) của hai tế bào tương tác với nhau.
    • Kết nối với các sợi actin của khung xương tế bào thông qua các protein thích nghi (adapter proteins)
  • Vị trí: thường nằm ở bề mặt đỉnh giữa các tế bào biểu mô
  • Chức năng
    • Gắn chặt các tế bào biểu mô kề nhau, từ đó phân chia bề mặt đỉnh và bề mặt đáy của biểu mô.
    • Ngăn chặn sự vận chuyển gian bào của các ion và phân tử
    • Đóng vai trò là hàng rào khuếch tán

Liên kết bám (Liên kết dính)

Liên kết bám là các điểm gắn kết cơ học giữa các tế bào. Có thể phân biệt một vài dạng dựa trên chức năng.

Liên kết bám (zonula adherens, desmosome dạng đai)

• Mô tả: kết nối chặt chẽ các tế bào trên một vùng rộng hơn có hình dạng như một chiếc đai
• Cấu tạo:
  • Vinculin và catenin nằm ở phía trong tế bào của màng tế bào và kết nối các sợi actin nội bào với các protein bám xuyên màng như cadherin (chủ yếu là E-cadherin).
  • Cadherin
    • Các protein xuyên màng phụ thuộc calci, chịu trách nhiệm cho sự bám dính giữa tế bào với tế bào
    • Sự mất cadherin có liên quan đến quá trình chuyển đổi di căn trong các khối u (tân sinh).
• Chức năng: kết nối, ví dụ như các tế bào biểu mô và tế bào nội mô theo một cách liên tục, dạng đai

Desmosome (macula adherens, desmosome dạng điểm)

• Mô tả: liên kết hai tế bào thông qua các sợi trung gian
• Cấu tạo
  • Các sợi trung gian tỏa ra bên trong tế bào và các cadherin (chủ yếu là desmoglein và desmocollin) tỏa ra bên ngoài tế bào từ phiến desmosome, vốn nằm ở phía bào tương của màng tế bào.
  • Cadherin kết nối các phiến desmosome của hai tế bào.
• Chức năng
  • Chủ yếu kết nối các tế bào chịu áp lực cơ học cao (ví dụ: tế bào biểu mô và tế bào cơ tim)
  • Bệnh Pemphigus vulgaris: các tự kháng thể chống lại desmoglein 1 và/hoặc 3

Hemidesmosome (Nửa desmosome)

• Mô tả: không kết nối hai tế bào với nhau, mà gắn tế bào với chất nền ngoại bào
• Cấu tạo: Các integrin kết nối khung xương tế bào nội bào (keratin) với các phân tử của màng đáy (laminin, fibronectin và collagen).
• Chức năng
  • Kết nối các tế bào biểu mô với lamina đáy và duy trì sự toàn vẹn của màng đáy.
  • Bệnh Pemphigus bóng nước: các tự kháng thể chống lại hemidesmosome

Liên kết thông tin

Liên kết thông tin cho phép các tín hiệu điện hoặc hóa học đi qua.

• Liên kết khe (gap junction - nexus): các kênh gian bào kết nối hai tế bào
  • Cấu tạo: được hình thành bởi sự tương tác của các connexon của hai tế bào lân cận
    • Connexon: bao gồm sáu protein xuyên màng (connexin) với một lỗ trung tâm
  • Sự phân bố/chức năng
    • Chủ yếu ở tế bào cơ tim; kiểm soát sự truyền xung điện trong tế bào cơ tim cũng như trong các tế bào biểu mô và tế bào võng mạc
    • Thông tin hóa học giữa các tế bào thông qua các phân tử truyền tin thứ hai (ví dụ: IP3, Ca²⁺)
• Synapse (Khớp thần kinh): các vùng mà tín hiệu hoặc điện thế hoạt động được truyền từ cấu trúc tiền synapse sang cấu trúc hậu synapse (ví dụ: neuron, cơ)

Các tự kháng thể chống lại các thành phần của liên kết tế bào được hình thành trong các bệnh lý bóng nước tự miễn, ví dụ: trong bệnh pemphigus vulgaris (kháng thể kháng desmosome) và pemphigus bóng nước (kháng thể kháng hemidesmosome).

CADherin là các protein bám dính (ADhesion) phụ thuộc Calci (CAlcium).

• Hội chứng Zellweger
• Bệnh cơ ty thể
• Bệnh tích tụ lysosome
• Bệnh hồng cầu hình cầu di truyền
• Marker khối u
• Bệnh phồng rộp tự miễn