Các quá trình sinh học trong tế bào

Tính thấm của lớp phospholipids kép

Đuôi kỵ nước của phospholipids ngăn cản sự vận chuyển các ion và các phân tử phân cực như H⁺, Na⁺. Các phân tử không tan trong nước như hydrocarbon, CO₂, O₂ qua màng dễ dàng.

Những phân tử nhỏ phân cực nhưng không tích điện như ethanol cũng có thể qua màng.

Lớp phospholipids kép không thấm đối với những phân tử không tích điện nhưng kích thước lớn chẳng hạn như glucose và sucrose.

Tuy nhiên, lớp phospholipids kép chỉ là một phần câu chuyện về tính thấm có chọn lọc của màng.

Protein vận chuyển

Những protein vận chuyển là protein xuyên màng (hình 2.40). Một số protein vận chuyển làm thành các chanel ưa nước (hình 2.40). Số khác liên kết với các chất và vận chuyển chúng qua màng. Trong cả hai trường hợp, mỗi protein vận chuyển chuyên biệt cho một hay một số cơ chất.

Như vậy, tính thấm của màng phụ thuộc vào cả hai lớp lipid kép và các protein vận chuyển chuyên biệt.

Khuếch tán (diffusion)

Khuếch tán là cơ chế vận chuyển qua màng một cách thụ động không tốn năng lượng. Các chất được vận chuyển qua màng theo chiều từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp.

Thẩm thấu (osmosis)

Thẩm thấu là một hình thức vận chuyển nước một cách thụ động qua màng. Nước vận chuyển từ môi trường nhược trương sang môi trường ưu trương.

So sánh nồng độ các chất hòa tan của hai dung dịch. Dung dịch có nồng độ cao là dụng dịch ưu trương (hypertonic), dung dịch có nồng độ thấp là dung dịch nhược trương (hypotonic). Nếu hai dung dịch có nồng độ bằng nhau là các dung dịch đẳng trương (isotonic).

Quá trình thẩm thấu của nước qua màng tế bào có thể được minh họa qua sự co nguyên sinh (plasmolysis) của tế bào khi đặc trong những môi trường có nầng độ khác nhau (hình 2.46)

Khuếch tán được làm dễ

Một số phân tử phân cực hoặc ion không thấm qua lớp lipid kép có thể được vận chuyển qua màng nhờ các protein vận chuyển. Hiện tượng này gọi là khuếch tán được làm dễ. Trong nhiều trường hợp, protein thay dổi hình dạng để vận chuyển vị trí gắn cơ chất từ bên ngoài màng sang bên trong màng.

Sự vận chuyển chủ động

Sự hấp thụ chủ động các chất hòa tan vào tế bào đòi hỏi phải tiêu tốn năng lượng. Sự vận chuyển chủ động là sự vận chuyển vật chất ngược chiều gradient nồng độ, phải tốn năng lượng (ATP).

Nhập bào (endocytosis)

Tế bào lấy các chất có phân tử lượng lớn vào tế bào bằng cách hình thành bóng màng từ màng sinh chất. Có ba hình thức nhập bào: thực bào-phagocytosis (cơ chất là chất rắn); ẩm bào-pinocytosis (cơ chất là chất lỏng) và nhập bào được làm dễ nhờ receptor (receptor-mediated endocytosis).

Xuất bào (exocytosis)

Tế bào tiết các chất có phân tử lượng lớn qua màng tế bào bằng cách hòa các bóng màng với màng.

Trao đổi thông tin qua màng.

Qua màng tế bào có thể phát đi và thu nhận thông tin điều hòa các hoạt động sống. Thông tin ở dạng những tín hiệu hóa học có khả năng liên kết với các thụ quan trên màng. Sự truyền tín hiệu có thể là:

Nội tiết tác động xa (endocrine transmission): chất nội tiết đổ và trong máu tác động đến các tế bào khác nhau trong cơ thể.

Cận tiết (paracrine transmission): tác động lên tế bào kế tiếp (khoảng cách xung quanh khoảng 1mm) bằng các chất hóa học trung gian cục bộ (local chemical messenger)

Sự truyền qua synapses (synatic transmission).

Sinh trưởng của tế bào

Tế bào con bằng con đường trao đổi chất làm tăng khối lượng tế bào chất và nhân. Tế bào tăng trưởng đến mức nào đó thì phân chia cho các tế bào mới.

Sinh sản của tế bào

Tế bào prokaryote và một số tế bào eukaryote phân chia tế bào bằng hình thức trực phân. Trong trực phân của prokaryote, DNA nhân đôi và dính ở hai điểm khác nhau trên màng sinh chất. Màng sinh chất mới và vách mới hình thành ở phần giữa tế bào chia tế bào mẹ thành hai tế bào con. Ở đây không có sự xuất hiện nhiễm sắc thể cũng như thoi vô sắc. Nhiều khi trong trực phân, nhân phân chia thành hai nữa không đều nhau. Tế bào chất phân chia cùng với nhân hoặc không phân chia hình thành tế bào hai hay đa nhân. Tế bào gan, sụn, bạch cầu phân bào theo kiểu trực phân.

Phân bào có tơ là hình thức phân bào phổ biến ở tế bào eukaryote gồm hai giai đoạn: phân chia nhân có sự hình thành thoi vô sắc, một cấu trúc giúp cho sự phân chia đều nhiễm sắc thể về hai nhân; phân chia tế bào chất.

Sự phân chia tế bào chất ở tế bào động vật và thực vật có sự khác biệt. Ở tế bào động vật, một rãnh phân chia xuất hiện trên bề mặt tế bào gần mặt phẳng xích đạo, sau đó ăn sâu vào do tác động co rút của vòng vi sợi actin bên trong tế bào chất cắt tế bào mẹ thành hai tế bào con giống nhau (daughter cells). Trong khi ở tế bào thực vật, không xuất hiện rãnh phân cắt. Những bóng màng (vesicle) chứa nguyên liệu xây dựng vách tế bào từ Golgi di chuyển tới giữa tế bào và tổ chức thành đĩa tế bào (cell plate) chia tế bào mẹ thành hai tế bào con (daughter cell).