Nhân sơ không có nghĩa là không có DNA
Sinh vật nhân sơ có thể sống ở nhiều môi trường rất khác nhau. Tế bào của chúng thường nhỏ và có cấu tạo đơn giản, nhưng vẫn thực hiện đầy đủ các hoạt động sống. Vi khuẩn là mô hình điển hình để tìm hiểu loại tế bào này.
Đặc điểm chung
Tế bào nhân sơ thường có kích thước từ khoảng 1 µm đến 5 µm, nhỏ hơn nhiều tế bào nhân thực. Tế bào chưa có nhân hoàn chỉnh vì DNA không được màng nhân bao bọc; đồng thời chưa có hệ thống nội màng và các bào quan có màng.
Kích thước nhỏ làm tỉ lệ diện tích bề mặt trên thể tích (S/V) lớn, nhờ đó sự trao đổi chất với môi trường diễn ra thuận lợi. Tế bào nhân sơ có nhiều hình dạng, phổ biến là hình cầu, hình que và hình xoắn.
Các thành phần của một tế bào vi khuẩn
Một tế bào vi khuẩn điển hình gồm các thành phần chính:
| Thành phần | Cấu tạo hoặc vị trí | Chức năng |
|---|---|---|
| Thành tế bào | Nằm ngoài màng sinh chất, chủ yếu gồm peptidoglycan | Bảo vệ và duy trì hình dạng tế bào |
| Màng sinh chất | Lớp kép phospholipid và protein | Trao đổi chất có chọn lọc; là nơi diễn ra một số quá trình chuyển hoá |
| Tế bào chất | Gồm bào tương, ribosome và các chất dự trữ | Nơi diễn ra nhiều phản ứng hoá sinh |
| Ribosome | Không có màng bao bọc | Tổng hợp protein |
| Vùng nhân | Chứa DNA không được màng nhân bao bọc | Mang thông tin di truyền |
DNA vùng nhân của vi khuẩn điển hình là một phân tử mạch kép dạng vòng. Thành tế bào vi khuẩn chứa peptidoglycan, khác với thành tế bào thực vật chứa cellulose.
Những thành phần không phải tế bào nào cũng có
Ngoài các thành phần chính, một số vi khuẩn còn có roi giúp vận động, lông giúp bám hoặc tham gia tiếp hợp, màng ngoài hay lớp bao giúp bảo vệ.
Một số tế bào còn có **plasmid** là phân tử DNA nhỏ, thường dạng vòng, nằm ngoài DNA vùng nhân. Plasmid có thể mang gene tạo lợi thế cho vi khuẩn, chẳng hạn gene kháng kháng sinh, và được dùng làm thể truyền trong công nghệ gene. Các cấu trúc trên không có ở mọi tế bào vi khuẩn.
Đọc kết quả nhuộm Gram ở mức cấu trúc
Dựa vào cấu tạo thành tế bào và kết quả nhuộm Gram, vi khuẩn được chia thành hai nhóm chính. Vi khuẩn Gram dương có lớp peptidoglycan dày và thường bắt màu tím. Vi khuẩn Gram âm có lớp peptidoglycan mỏng, phía ngoài còn có màng ngoài, và thường bắt màu hồng hoặc đỏ.
Sự khác nhau về thành tế bào có ý nghĩa trong nhận dạng vi khuẩn và giải thích tác động của một số chất lên tế bào vi khuẩn.
Nhận diện từ một bản mô tả
Mẫu tế bào có màng sinh chất, ribosome, DNA tập trung ở vùng không có màng bao; không thấy ti thể hay lưới nội chất.
Dấu hiệu quan trọng nhất là DNA ở vùng nhân không có màng bao, phù hợp tế bào nhân sơ. Việc có ribosome không mâu thuẫn: ribosome là cấu trúc không màng. Chưa có dữ kiện về lông, roi hoặc plasmid thì ta không tự thêm chúng vào kết luận.
Đọc mô tả tế bào vi khuẩn
Một tế bào vi khuẩn dài $2{,}5\,\mathrm{\mu m}$. Nhận định nào đúng về đơn vị đo và cấu trúc của tế bào này?
Vì $1\,\mathrm{\mu m}=1.000\,\mathrm{nm}$ nên phép đổi đơn vị sai; vi khuẩn vẫn có DNA.
Đúng. Nhân sơ không có nhân được màng bao bọc, nhưng vẫn có vật chất di truyền và hoạt động chuyển hóa.
Phép đổi lớn hơn thực tế mười lần; tế bào nhân sơ không có ti thể.
Phép đổi nhỏ hơn thực tế một nghìn lần; vi khuẩn có ribosome không màng.
Lời giải
Đổi đơn vị:
$$2{,}5\,\mathrm{\mu m}=2{,}5\times1.000=2.500\,\mathrm{nm}.$$
Vi khuẩn có DNA ở vùng nhân, chỉ không có nhân được màng bao. Không có ti thể không đồng nghĩa không chuyển hóa năng lượng; các quá trình phù hợp diễn ra ở màng sinh chất và tế bào chất. Chọn B.
Kích thước nhỏ và tỉ lệ S/V
Với hai tế bào hình lập phương có cạnh lần lượt là 1 và 2 đơn vị:
$$\frac{S}{V}=\frac{6a^2}{a^3}=\frac{6}{a}.$$
Tế bào cạnh 1 có $S/V=6$; cạnh 2 có $S/V=3$. Khi kích thước dài tăng gấp đôi, $S/V$ giảm còn một nửa. Như vậy, tế bào nhỏ có diện tích trao đổi lớn hơn so với thể tích của nó.
So sánh tỉ lệ diện tích và thể tích
So sánh hai cặp mô hình đồng dạng: hai khối lập phương có cạnh $a$ và $2a$; hai hình cầu có bán kính $r$ và $2r$. Nhận định nào đúng về tỉ lệ $S/V$?
Khi kích thước dài tăng gấp đôi, $S/V$ giảm còn một nửa chứ không tăng gấp đôi.
Cùng hình dạng nhưng khác kích thước vẫn cho $S/V$ khác nhau.
Đúng. Cả công thức lập phương và hình cầu đều cho $S/V$ tỉ lệ nghịch với kích thước dài.
Tỉ lệ chỉ gấp hai lần; dữ kiện hình học không đủ xác định tốc độ sinh sản thực tế.
Lời giải
Với khối lập phương cạnh $a$:
$$\frac{S}{V}=\frac{6a^2}{a^3}=\frac{6}{a};$$
cạnh $2a$ cho $S/V=3/a$, bằng một nửa. Với hình cầu bán kính $r$:
$$\frac{S}{V}=\frac{4\pi r^2}{\frac{4}{3}\pi r^3}=\frac{3}{r};$$
bán kính $2r$ cho $S/V=3/(2r)$, cũng bằng một nửa. Vì vậy mô hình nhỏ có $S/V$ gấp đôi trong cả hai cặp. Kết luận chỉ nói về lợi thế hình học cho trao đổi, chưa xác định tốc độ sinh sản của tế bào. Chọn C.
Ba điểm cần giữ rõ
Tế bào nhân sơ có kích thước nhỏ, chưa có nhân hoàn chỉnh và không có các bào quan có màng. Những thành phần chính gồm thành tế bào, màng sinh chất, tế bào chất, ribosome và vùng nhân. Một số tế bào còn có lông, roi, màng ngoài hoặc plasmid.
Đang học