Tại sao các tế bào được bao quanh bởi màng nhưng lại không thường xuyên bị vỡ hay bung các nội quan bên trong ra?

Answer: Ken Saladin, Giáo sư Sinh học danh dự

Được Upvote bởi Thomas P. Buehner, Thạc sĩ chuyên ngành Sinh học và Hệ thống thích nghi phức tạp, Đại học Heidelberg (1988) và Ryan Littlefield, Tiến sĩ Sinh học Tế bào và Cấu trúc tế bào, Viện Nghiên cứu The Scripps (2001)

Source: https://qr.ae/pNKwkP

{—————————————————————————}

Đây là một câu hỏi rất lý thú, đặc biệt khi học sinh sinh viên được giảng viên chúng tôi giảng dạy về cấu trúc màng tế bào trong sách giáo khoa và lớp học của mình. Đầu tiên, chúng ta đều biết màng tế bào là một lớp đôi phốt-pho-li-pid (phospholipid) với các phân tử protein trôi nổi trên màng này như mấy tảng băng trôi trên biển. Bạn có thể nhồi một vi điện cực hay đâm micro pi-pét đi xuyên qua tế bào để thao tác bất cứ chuyện gì từ thụ tinh in-vitro ( kĩ thuật vi tiêm tinh trùng vào bào tương trứng [1]) đến việc ghi lại các tín hiệu thần kinh. Pi-pét hay điện cực chỉ trượt xuyên qua màng mà không làm tế bào vỡ ra như cái kim đâm vào quả bong bóng. (Xem Hình 1)

Nhưng tại sao vậy nhỉ? Tế bào đáng ra phải vỡ hay bung ra rồi chứ? Làm sao một lớp màng dầu như vậy có thể giữ các vật chất tế bào được? Thực ra nó không thể, và chức năng nó không như vậy đâu.

Sau nhiều năm giảng dạy và viết về điều này, tôi nghĩ đến một trường hợp khá tương đồng mà ví dụ này tôi cũng đã sử dụng trong các bài giảng và sách giáo khoa của mình: Bề mặt tế bào giống như là một miếng bánh mì sandwich và bơ. Bơ là lớp phủ bên trên – vốn là lớp màng phospholipid – protein. Nhưng chỉ với lớp phủ của bơ thôi thì không đủ giữ miếng bánh sandwich của bạn được, cũng như là lớp màng này thôi chưa đủ để giữ các thành phần của một tế bào lại với nhau.

Phía dưới mới là yếu tố bổ trợ chính: lát bánh mì. Với tế bào, đặc biệt là tế bào động vật, cái “miếng bánh mì” đó chính là một tấm thảm của những protein sợi (fibrous protein), dày hơn nhiều so với màng tế bào. Đây gọi là khung xương màng (membrane skeleton) hay mạng lưới tận cùng (terminal web), vốn được tạo nên phần lớn từ các vi sợi (microfilaments) có cấu tạo từ các protein gọi là Actin. Như là những sợi bột trong miếng bánh mì, nó hỗ trợ cho màng phospholipid phía trên và giữ ngăn cách các cấu phần tế bào ở phía dưới.

(Xem Hình 2) Dưới đây là là hình ảnh từ kính hiển vi điện tử truyền suốt (transmission electron micrograph -TEM) của một tế bào hấp thu thành ruột. Mạng lưới tận cùng (terminal web) được đánh dấu và ghi lại ở đây [2], nhưng tôi có thêm một dấu mũi tên màu vàng hai đầu để chỉ rõ giới hạn của nó. Chú ý là nó dày đặc hơn phần sợi phía dưới phần bào tương (cytoplasm). Đây chính là tấm thảm đầy actin hỗ trợ cho màng tế bào. Trong trường hợp này, các vi nhung mao (microvilli) hấp thụ dinh dưỡng của tế bào thành ruột có lõi gồm những sợi actin được gắn vào mạng lưới bởi những cái rễ, là cái màu tối nằm bên trái mũi tên màu vàng trên hình ấy. Sự hỗ trợ từ các sợi mao (cilia) và vi nhung mao (microvillia) chính là một chức năng khác của mạng lưới tận cùng. Màng tế bào bản thân nó chỉ là một đường màu đen rất mảnh chạy ngang ngay phía trên mũi tên màu vàng mà thôi.

(Microvillia là vi nhung mao hấp thu dinh dưỡng của tế bào thành ruột, còn cilia là sợi mao có ở tế bào động vật vốn có hai loại: không di động và di động, trong đó loại cilia không di động có chức năng là bào quan cảm giác tế bào)

Dưới đây (Xem Hình 3) là hình chụp từ kính hiển vi điện tử quét (scanning electron micrograph – SEM) của mạng lưới tận cùng từ tế bào đông lạnh bị làm vỡ ra [3]. Cái này cho chúng ta thấy từ một góc nhìn ba chiều của tấm thảm sợi (ngay phía dưới nửa tấm hình, có chú thích TW, bên trái là các vi nhung mao)

Các hình vẽ trong sách giáo khoa chỉ thể hiện các cấu trúc như khung xương tế bào hay mạng lưới tận cùng với sự miêu tả rất mơ hồ, cứ như là chúng chẳng đáng kể. Nếu bọn tôi cố vẽ chúng càng giống thật thì hình vẽ sẽ dày đặc với các vi sợi và bạn rất khó thấy được những thứ khác.

(Xem Hình 4) Đây là một ví dụ từ sách của tôi [4]. Đa số các nội quan tế bào được lược giản để tấm hình có thể tập trung mô tả khung xương tế bào. Hãy phớt lờ các chữ được tô hồng ở bên trái – vốn không liên quan đến câu trả lời này. Tôi ghi vậy nhưng không phải để nói đến chi tiết đó. Chú ý đến cái “Terminal Web”, mạng lưới tận cùng ở bên phải hàng thứ ba từ trên xuống ấy.

Và phía dưới góc phải đó là một tấm hình khung xương tế bào được nhuộm huỳnh quang màu vàng xanh, với nhân được nhuộm hồng. Bạn sẽ thấy nó dày đặc cỡ nào, đến mức nó che phủ cả những nội quan bên trong.

Tuy nhiên mạng lưới tận cùng không chỉ có actin. Nó còn kết hợp với nhiều protein khác mà chúng cũng có nhiều chức năng (tôi sẽ không đi sâu vào chi tiết này) như là truyền tín hiệu nội bào (intracellular signaling). Ví dụ, khi một loại hormone, như Insulin chẳng hạn, bám vào thụ thể protein trên bề mặt tế bào, những protein khác nhau nằm trên mạng lưới tận cùng sẽ chuyển truyền tín hiệu để tạo nên hiệu ứng biến dưỡng tế bào bên trong. Trên 50% các loại thuốc trên thị trường là hoán đổi chức năng của các loại protein như thế nào, nên bạn có thể thấy tầm quan trọng trong lâm sàng khi thấu hiểu các phân tử như thế này trên “mạch máu” của tế bào một cách sâu sắc. Hãy cảm ơn các nhà sinh học tế bào đi nào, nếu bạn gặp ai đó làm nghề này.

( Xem hình 5) Trong sách giáo khoa hay các y văn, bạn có thể thấy nhiều hình ảnh mô tả những protein ở bề mặt màng tế bào. Những loại hình này bị hình tượng hóa khá nhiều (highly stylized) – mà chúng không thể hiện được số lượng, mật độ hay hình dạng thật sự của các protein đó. Thay vào ấy, nó chỉ thể hiện được sự truyền tín hiệu tế bào hay các con đường chức năng khác thôi. Tuy nhiên, các hình ảnh như vậy cũng cho chúng ta thấy sự phức tạp ở phần này của tế bào. Nó càng ngày càng rối, bạn có thể thấy ở tấm hình dưới đây tôi đã cắt ra từ một tấm hình lớn hơn vốn mô tả sự truyền tín hiệu tế bào từ việc tế bào miễn dịch, ở đây là tế bào B, được kích ứng miễn dịch bởi kháng nguyên ngoại lai (Ag) [5]. Actin thực tế còn nhiều nhiều hơn trong mạng lưới tận cùng được mô tả ở hình này!

( Xem hình 6) Tôi không biết nhiều lắm về mạng lưới tận cùng cũng như những vấn đề tương tự ở vi khuẩn, thực vật, nấm hay tế bào động vật nguyên sinh. Có thể chúng cũng khá giống vậy. Nhưng mà, trong nhiều trường hợp dưới đây, cũng có những cấu trúc bọc bên ngoài màng tế bào: vách tế bào peptidoglycans ở vi khuẩn, cellulose ở thực vật và tảo, silic ở trùng lỗ foraminiferans, chitin ở nấm, cũng như các tế bào được bao quanh bởi màng pellicles and tests ở động vật nguyên sinh. Một vài tấm hình tôi đưa lên từ Google đây. (Xin lỗi vì tôi không tìm được nguồn chính thống). Có nhiều cấu trúc rất bền giữ cho tế bào khỏi bị xé rách, thực ra đó chính là gỗ đấy, được tạo nên từ vách tế bào thực vật.

Nguồn:

[1] Pin on IVF Treatment

[2] The cell. More information. Microvilli. Atlas of Plant and Animal Histology

[3] Epithelial Tissue

[4] Anatomy & Physiology: The Unity of Form and Function

[5] CST – B-Cell Receptor Signalling Pathway | Nursing schools in texas, Top nursing schools, Nursing schools in houston

Post Views: 733

Tại sao các tế bào được bao quanh bởi màng nhưng lại không thường xuyên bị vỡ hay bung các nội quan bên trong ra?

Nhưng tại sao vậy nhỉ? Tế bào đáng ra phải vỡ hay bung ra rồi chứ? Làm sao một lớp màng dầu như vậy có thể giữ các vật chất tế bào được? Thực ra nó không thể, và chức năng nó không như vậy đâu.

Leave a Reply Cancel reply