Không bào là gì? Cấu trúc, chức năng và sơ đồ không bào?

1. Không bào là gì?

Không bào là một bào quan gắn với màng sinh chất, có mặt ở mọi tế bào thực vật, nấm và một số sinh vật nguyên sinh, động vật và tế bào vi khuẩn. Không bào có nhiều chức năng khác nhau, như lưu trữ, tiêu hóa, duy trì áp suất, tiêu diệt vi khuẩn và tham gia vào quá trình tự thực. Kích thước và hình dạng của không bào có thể thay đổi tùy theo điều kiện và nhu cầu của tế bào.   

Không bào thường chiếm phần lớn diện tích của tế bào và có hình dạng không định hình. Không bào có màu sắc khác nhau tùy theo loại chất được lưu trữ trong đó, ví dụ như không bào chứa anthocyanin sẽ có màu đỏ hoặc tím.   

2. Cấu trúc của không bào:

Cấu trúc của không bào gồm hai phần chính: nhựa tế bào và tonoplast. Nhựa tế bào là nội dung của không bào, chứa nước và các phân tử khác nhau như đường, muối, axit amin, protein, tanin, màu sắc sinh học và các chất chuyển hóa thứ cấp. Tonoplast là màng sinh chất bao quanh không bào, ngăn cách nhựa tế bào với tế bào chất. Tonoplast có tính bán thấm, cho phép các phân tử nhất định đi qua theo cơ chế vận chuyển chủ động hoặc thụ động.

3. Đặc điểm của không bào:

– Không có màng tế bào: Không bào không có màng tế bào như các tế bào sống. Thay vào đó, chúng có một cấu trúc không bào đặc biệt để bảo vệ và hỗ trợ các phần khác của sinh vật.

– Không chứa hạt gen: Không bào không chứa hạt gen hay các cấu trúc di truyền như DNA hoặc RNA. Điều này làm cho không bào không thể sao chép hay truyền các thông tin di truyền.

– Đa dạng cấu trúc: Không bào có đa dạng cấu trúc, phụ thuộc vào loại sinh vật và chức năng của chúng. Một số không bào có thể có cấu trúc như sợi, mạng chất hoặc các cấu trúc không bào khác.

– Chức năng đa dạng: Không bào thực hiện nhiều chức năng khác nhau trong sinh vật. Chúng có thể tham gia vào cung cấp hỗ trợ cơ học, vận chuyển chất lỏng, trao đổi chất, truyền tải tín hiệu, bảo vệ và nhiều chức năng sinh lý khác.

– Phân bố trong cơ thể: Không bào có thể tập trung tại một vị trí cụ thể trong cơ thể sinh vật hoặc phân bố rải rác trong toàn bộ cơ thể. Vị trí và tổ chức của không bào phụ thuộc vào yêu cầu chức năng và cấu trúc của sinh vật cụ thể.

Không bào có các đặc điểm chung như không có màng tế bào, không chứa hạt gen, cấu trúc đa dạng, chức năng đa dạng và phân bố trong cơ thể. Những đặc điểm này làm cho không bào có vai trò quan trọng trong chức năng và cấu trúc của các hệ sinh thái và cơ thể sinh vật.

4. Chức năng của không bào:

– Cô lập vật liệu lạ có thể ảnh hưởng hoặc gây hại tới tế bào chủ (không bào có thể chứa các vi khuẩn hoặc virus xâm nhập và tiêu diệt chúng bằng các enzyme tiêu hóa.)

– Chứa các sản phẩm thải loại (không bào có thể chứa các chất độc hại do quá trình trao đổi chất tạo ra hoặc do tế bào tiêu thụ từ môi trường.)

– Tạo áp suất thẩm thấu làm động lực hút nước, đưa nước vào lưu trữ ở tế bào thực vật (không bào của tế bào lông hút ở rễ cây chứa muối khoáng cùng nhiều chất khác nhau hoạt động như chiếc máy bơm chuyên hút nước từ đất vào rễ cây.)

– Duy trì áp lực thủy tĩnh nội bào hoặc áp lực trương (turgor) bên trong tế bào (không bào của tế bào cánh hoa được xem như túi đựng đồ mĩ phẩm của tế bào vì nó chứa nhiều sắc tố. Khi không bào căng phồng do áp lực trương, nó giúp duy trì sự săn chắc và mềm mại của cánh hoa.)

– Chứa các phân tử nhỏ (không bào có thể chứa các ion, đường, axit amin, vitamin, hormone và các phân tử khác cần thiết cho sự sống và hoạt động của tế bào.)

– Xuất thải những chất không cần thiết ra khỏi tế bào (không bào hợp nhất với màng tế bào và đẩy các chất ra ngoài qua quá trình tiết (exocytosis).)

– Cho phép thực vật duy trì các cấu trúc như lá và hoa bởi áp lực trương của không bào (không bào của tế bào lá giúp lá giữ được hình dạng và diện tích để tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.)

– Bằng cách tăng kích thước qua áp lực trương nở, cho phép thực vật nảy mầm và các cơ quan của nó (như lá) sinh trưởng rất nhanh và sử dụng chủ yếu là nước. (không bào của tế bào mầm non giúp mầm non phát triển thành cây con trong thời gian ngắn.)

– Ở hạt giống, các protein dự trữ cần thiết cho sinh trưởng được giữ trong các ‘thể protein’, mà chính là các không bào bị biến đổi. ( không bào của hạt đậu chứa albumin hay globulin, là các protein có giá trị dinh dưỡng cao.)

– Không bào cũng đóng vai trò quan trong thể tự thực (autophagy), duy trì mức cân bằng giữa phát sinh sinh vật và thoái hóa (hoặc luân chuyển), của nhiều cơ chất và cấu trúc tế bào trong một số sinh vật. (không bào tiêu hủy các bào quan hoặc cấu trúc tế bào bị hư hại hoặc lỗi thời để tái sử dụng các nguyên liệu xây dựng.)

– Không bào cũng hỗ trợ sự tiêu (lysis) và tái sử dụng các protein bị lỗi gập mà dùng để xây dựng lên tế bào. (không bào chứa các enzyme phân giải các protein sai cấu trúc để thu hồi các axit amin.)

– Không bào tham gia vào tiêu hủy các vi khuẩn xâm nhập và có vai trò là ‘nhà chứa’ cho vi khuẩn cộng sinh. (không bào của tế bào đậu có thể chứa vi khuẩn Rhizobium, là vi khuẩn giúp cây đậu cố định nitơ từ không khí.)

– Ở sinh vật nguyên sinh, không bào có thêm một chức năng đó là lưu giữ thức ăn mà đã được hấp thụ bởi sinh vật và hỗ trợ quá trình tiêu hóa và tiến trình đào thải cho tế bào. (không bào của amip chứa các tế bào động vật nhỏ hoặc vi khuẩn mà nó nuốt vào.

5. Có những loại không bào nào?

Có thể phân loại không bào theo các tiêu chí sau:

– Theo chức năng: có các loại không bào tiêu hóa, không bào co bóp, không bào trung tâm, không bào lưu trữ, không bào thải độc, không bào hô hấp, không bào phân giải, không bào phát sáng, không bào cảm ứng điện.

– Theo kích thước: có các loại không bào lớn (chiếm phần lớn diện tích của tế bào), không bào nhỏ (chiếm ít diện tích của tế bào) và không bào siêu nhỏ (không nhìn thấy được dưới kính hiển vi quang học).

– Theo số lượng: có các loại không bào đơn (chỉ có một không bào trong tế bào), không bào đa (có nhiều không bào trong tế bào) và không bào vô (không có không bào trong tế bào).

Các loại không bào có thể được phân loại theo kích thước, hình dạng, nội dung và chức năng của chúng. Một số loại không bào phổ biến là:

– Không bào trung tâm: là loại không bào lớn nhất trong tế bào thực vật, chiếm đến 90% thể tích tế bào. Không bào trung tâm có vai trò duy trì áp lực trương (turgor) trong tế bào, giúp tế bào giữ được hình dạng và độ cứng. Không bào trung tâm cũng lưu trữ các chất dự trữ và các chất chuyển hóa thứ cấp có tính độc hoặc phòng thủ.

– Không bào tiêu hóa: là loại không bào có màng tiết ra các enzyme tiêu hóa để phân giải các vật liệu được hấp thu vào tế bào thông qua quá trình thực bào. Không bào tiêu hóa có chức năng tiêu hóa nội bào, tức là hấp thụ và phân giải các chất dinh dưỡng từ thức ăn mà tế bào đã nuốt vào. Không bào tiêu hóa thường có ở các sinh vật nguyên sinh như trùng giày hay amip.

– Không bào co bóp: là loại không bào có khả năng co lại để đẩy nước ra khỏi tế bào. Không bào co bóp có chức năng điều tiết áp suất thẩm thấu trong tế bào bằng cách bơm nước ra ngoài. Không bào co bóp giúp điều chỉnh áp suất thẩm thấu và ngăn ngừa sự căng phồng của tế bào do quá nhiều nước. Không bào co bóp cũng có ở một số sinh vật nguyên sinh sống trong môi trường nước ngọt.

6. Sơ đồ không bào:

Sơ đồ không bào là một cách biểu diễn hình học của cấu trúc và chức năng của không bào trong tế bào. Sơ đồ không bào thường gồm các thành phần sau:

– Màng không bào: là lớp màng sinh chất hai lớp phốt phát lipid và protein bao quanh không gian bên trong của không bào. Màng không bào có tính bán thấm, cho phép các phân tử nhất định đi qua theo cơ chế vận chuyển chủ động hoặc thụ động. Màng không bào cũng có các protein thụ thể nhận biết các phân tử cần được nhập hoặc xuất khỏi không bào.  

– Không gian không bào: là khoang đóng kín chứa dịch lỏng (cell sap) có các phân tử vô cơ và hữu cơ tan trong nước, như ion, đường, axit amin, protein, enzyme, pigment, sỏi vôi… Nội dung của không gian không bào phản ánh vai trò của không bào trong tế bào. Ví dụ, không gian không bào của tế bào thực vật có thể chứa các chất chuyển hóa thứ cấp có tác dụng bảo vệ tế bào khỏi sự ăn mòn của sâu bọ hoặc sự nhiễm trùng của vi khuẩn.  

– Các thành phần khác: tùy thuộc vào loại tế bào và loại không bào, có thể có thêm một số thành phần khác liên quan đến chức năng của không bào. Ví dụ, ở tế bào nấm, có thể có các tyrosome là những hạt protein giúp tái sử dụng các protein đã lỗi; ở tế bào vi khuẩn, có thể có các gas vesicle là những túi khí giúp điều chỉnh độ nổi của vi khuẩn; ở tế bào protist, có thể có các không bào co giúp loại bỏ nước dư thừa ra khỏi tế bào.  

Sơ đồ không bào có thể được vẽ theo nhiều cách khác nhau tuỳ theo mục đích và chi tiết cần biểu diễn.