Kiến trúc phân tử của vách tế bào

Câu hỏi: 1. Tóm tắt kiến trúc phân tử của vách tế bào.

2. Hãy giải thích hiện tượng khúc xạ kép ở celuloz.

Nhờ các phương pháp vật lý, hóa học cũng như phương pháp nghiên cứu dưới kính hiển vi điện tử, tính chất cấu tạo tinh vi và hợp lý của vách tế bào được xác định, nó liên quan đến cách sắp xếp các phân tử hình sợi celuloz. gồm:

- Các phân tử glucoz nối nhau ở vị trí β-1, 4 bằng cầu nối oxy tạo thành một phân tử celuloz hình sợi dài, rộng 8A, sợi có khi chứa đến 1 .500.000 phân tử glucoz.

- Các phân tử hình sợi celuloz xếp song song nhau thành bó sợi sơ cấp hay micel có đường kính từ 50-70A, dài # 600A. Mỗi bó sợi sơ cấp hay micel có thể chứa hàng chục đến hàng trăm phân tử celuloz. Micel có thể quan sát dưới kính hiển vi. Khoảng giữa các micel rộng 10A, chung quanh các vi sợi các phân tử celuloz sắp xếp không định hướng, các polisacchride khác chủ yếu là hemiceluloz.

- Nhiều micel sắp xếp thành từng nhóm sợi nhỏ dạng que thẳng gọi là vi sợi (microfibril) là đơn vị cấu tạo sinh vật học của vách tế bào, trên bản cắt dọc có thể dài hàng 1.000A, trên bản cắt ngang sợi nhỏ có hình vuông góc rộng từ 100 - 250A và chứa khoảng 2000 phân tử celuloz Mỗi vi sợi sắp xếp cách nhau 100A, giữa khoảng trống các vi sợi chứa đầy chất nền vô định hình là pectin và hemiceluloz và có thể có các chất khác khảm vào như lignin, suberin.

Các vi sợi và chất nền của vách thấm nước ở trạng thái trương lên; trong các vi sợi, micel lại nối với nhau thành một mạng lưới ngang nhờ một số phân tử celuloz chuyển từ micel này sang micel khác.

- Nhiều vi sợi tập hợp lại thành sợi celuloz (macrofibril), mỗi sợi celuloz chứa hàng trăm đến 400 vi sợi xếp song song nhau và khoảng cách giữa các vi sợi là chất nền của vách tế bào. Mỗi sợi rộng khoảng 0,5μm, dài vài μm → 4 mm và có thể quan sát dưới kính hiển vi quang học.

Trong vách sơ lập, lượng celuloz ít do các vi sợi tương đối ít, xếp xa nhau làm thành mạng lưới thưa và xếp thẳng góc với trục dọc của tế bào; vị trí của vi sợi có thể thay đổi trong sự lớn lên của vách sơ lập. Khi bắt đầu hình thành vách hậu lập, lượng nước trong vách sơ lập sẽ giảm, các vi sợi nằm xích lại gần nhau và không thay đổi vị trí nữa, đồng thời chúng sắp xếp có thứ tự đồng đều và song song nhau. Các sợi celuloz có thể sắp xếp song song hoặc thẳng góc với trục dọc của tế bào nhưng thường nhứt là các vi sợi xếp nghiêng một góc, nhờ các kiểu định hướng khác nhau này của sợi celuloz mà tính bền vững cơ học của vách tế bào được nâng cao.

Tóm lại, nhiều phân tử glucoz → phân tử celuloz → micel → vi sợi (fibrille) → sợi celuloz / fibril (macrofibril).

Kiến trúc của vách tế bào thực vật như một hệ thống “bê tông cốt sắt” mà: cốt sắt là bộ khung của các vi sợi celuloz, bê tông là chất nền của vách tế bào được cấu tạo từ nhiều chất khác nhau. Vách tế bào là một hệ thống có thủng lỗ và các chất có thể vận chuyển qua vách tế bào.