Thành tế bào là gì? Cấu tạo và vai trò thành tế bào vi khuẩn?

1. Thành tế bào là gì?

Thành tế bào có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ và duy trì hình dạng của tế bào. Chiếm từ 10 đến 40% trọng lượng khô của tế bào, thành tế bào là lớp cấu trúc bên ngoài có độ rắn chắc nhất định. Điều này giúp duy trì hình dạng và cấu trúc của tế bào, bảo vệ chúng khỏi những điều kiện bất lợi từ môi trường bên ngoài.

Thành tế bào cũng chịu trách nhiệm duy trì nồng độ muối bên trong tế bào cao hơn ở môi trường bên ngoài. Điều này tạo ra áp suất thẩm thấu, tương đương với dung dịch glucose 10-20%, khiến tế bào hấp thụ nước từ bên ngoài. Sự tồn tại của thành tế bào khỏe mạnh là rất quan trọng để ngăn ngừa sự phân hủy tế bào do áp suất thẩm thấu cao.

2. Vi khuẩn là gì?

Vi khuẩn, còn được gọi là vi trùng, là sinh vật nhân sơ đơn bào siêu nhỏ, một số trong đó cũng là ký sinh trùng. Vi khuẩn là sinh vật đơn bào, không thuộc nhóm thực vật hay động vật, có cấu tạo tế bào rất đơn giản, không có nhân, kích thước siêu nhỏ. Chứa các tế bào và bào quan như ty thể và lục lạp.

Đây là nhóm phong phú nhất trong thế giới sống. Vi khuẩn có mặt ở khắp mọi nơi, trong đất, nước, chất thải phóng xạ và bên trong các sinh vật khác. Vi khuẩn được cho là xuất hiện lần đầu tiên trên trái đất khoảng 4 tỷ năm trước. Hóa thạch của các sinh vật giống như vi khuẩn là những hóa thạch lâu đời nhất được biết đến. Một gam đất thường chứa tới 40 triệu tế bào vi khuẩn. Trong khi đó, 1ml nước ngọt chứa khoảng 1 triệu tế bào vi khuẩn. Khoảng 5 tỷ vi khuẩn được ước tính tồn tại trên trái đất và hầu hết sinh khối của trái đất được cho là do vi khuẩn tạo thành.

Mọi người thường nghĩ rằng vi khuẩn là sinh vật có hại, nhưng thực tế không phải vậy. Nhiều loại vi khuẩn được sử dụng cho các mục đích hữu ích. Chúng hỗ trợ nhiều dạng sống, cả thực vật và động vật, và được sử dụng trong các quy trình công nghiệp và dược phẩm. Tuy nhiên, cũng có một số vi khuẩn gây bệnh cho người như vi khuẩn Escherichia coli gram âm gây nhiễm trùng Escherichia coli hay viêm màng não do vi khuẩn và bệnh bạch cầu do vi khuẩn.

Thành tế bào là một phần quan trọng của hầu hết các tế bào nhân sơ, đặc biệt là ở vi khuẩn. Peptidoglycan, một loại polymer hóa học chứa chuỗi carbohydrate được liên kết bởi các đoạn polypeptide ngắn, là thành phần chính của thành tế bào. Thành tế bào đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh hình dạng của tế bào và khi loại bỏ nó, tế bào vi khuẩn sẽ có dạng hình cầu.

Vi khuẩn được chia thành hai loại chính dựa trên cấu trúc và thành phần hóa học của thành tế bào: Gram dương và Gram âm.

Ngoài ra, một số loại tế bào nhân sơ có lớp phủ nhầy ở bên ngoài thành tế bào. Vi khuẩn gây bệnh ở người thường có lớp chất nhầy này giúp chúng tránh bị bạch cầu tiêu diệt.

3. Các loại vi khuẩn: 

Có vô số loại vi khuẩn khác nhau. Cách phân loại vi khuẩn là theo hình dạng của chúng như hình cầu, hình que, hình xoắn ốc, dấu phẩy (comma) hay hình sợi….

Cầu khuẩn hình cầu, nhưng cũng có thể hình bầu dục hoặc hình ngọn nến, cầu khuẩn hoặc cầu khuẩn, đường kính trung bình khoảng 1 μm. Cầu khuẩn được chia thành: bạch hầu, liên cầu, tụ cầu, trực khuẩn và xoắn khuẩn:

Bạch hầu: Là những loại vi khuẩn đứng thành từng cặp giống như vi khuẩn phế cầu và lậu cầu.

Streptococcus: Đây là những vi khuẩn đứng trong một chuỗi.

Tụ cầu: Là những cầu đứng thành chùm như chùm nho.

Trực khuẩn: Đây là tên gọi chung của vi khuẩn hình que. Có các kích thước từ 0,5 – 1 – 4μm.

Xoắn ốc: Là tên gọi của vi khuẩn có từ hai vòng xoắn trở lên, kích thước thay đổi từ 0,5 – 3 – 5 – 40μm. Phần lớn xoắn khuẩn là hoại sinh, rất ít khả năng gây bệnh.

4. Cấu tạo vai trò thành tế bào vi khuẩn:

Thành tế bào của vi khuẩn được hình thành chủ yếu bởi peptidoglycan hoặc murein, là một loại polymer chứa nhiều đơn vị murein. Mỗi đơn vị murein bao gồm N- acetylglucosamine (G), axit N-acetylmuramic (M), Alanine, axit D-glutamic và Diamine. Cấu trúc của nó có tỉ lệ: G:M:Ala:D-glu:Diamine = 1:1:2:1:1.

Các đơn vị murein kết nối với nhau thông qua liên kết 1-4 ß-glycosid giữa G và M, cùng với liên kết peptide giữa các axit amin. Sự kết hợp này tạo ra lưới murein bền.

Các liên kết 1-4 ß-glycosid có thể bị phân cắt bởi enzyme lysozyme, dẫn đến sự phá vỡ thành tế bào.

Giữa các chuỗi murein khác nhau có các liên kết chéo cũng góp phần tạo nên sự ổn định của thành tế bào. Ở vi khuẩn gram âm, các đơn vị murein được liên kết với nhau thông qua Diamine và D-ala, trong khi ở vi khuẩn gram dương, chúng được liên kết với nhau thông qua cầu pentaglycine.

5. Bài tập vận dụng:

Câu 1: Con người đã “lợi dụng” khả năng chuyển hoá vật chất và sinh sản nhanh chóng của vi khuẩn như thế nào ?

Trả lời: Do có kích thước nhỏ bé và cấu tạo cơ thể đơn giản nên các loài vi khuẩn nói riêng và vi sinh vật nói chung có tốc độ sinh sản rất nhanh. Lợi dụng đặc tính này, các nhà khoa học đã chuyển gen quy định các prôtêin của tế bào nhân thực (điển hình là tế bào động vật có vú) vào tế bào vi khuẩn để “cỗ máy sinh học” này tổng hợp ra với số lượng lớn và trong thời gian tương đối ngắn.

Câu 2: Vì sao lá cây có màu xanh, màu xanh đó có liên quan đến chức năng quang hợp không?

Trả lời: Ánh sáng đi vào một vật hoặc một chất hoặc bị hấp thụ (một phần hoặc hoàn toàn), hoặc truyền qua hoặc phản xạ trở lại. Chúng ta nhìn thấy những chiếc lá màu xanh vì khi ánh sáng chiếu vào lá, chất diệp lục sẽ phản chiếu ánh sáng màu lục – một dạng ánh sáng mà nó không hấp thụ. Như vậy, ánh sáng xanh mà chúng ta nhìn thấy ở lá cây không liên quan gì đến chức năng quang hợp của cây

Câu 3: So sánh đặc điểm cấu tạo của tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực.

Câu trả lời:

Giống nhau:

Chúng là những khối xây dựng cơ bản của các sinh vật sống.

– Đều được cấu tạo từ 3 thành phần chính: màng sinh chất, tế bào chất và nhân

– Đều có ribôxôm

Sự khác biệt:

Tiêu chuẩn so sánh tế bào nhân sơ tế bào nhân thực
Đặc điểm cấu tạo – Cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ – Có vỏ nhầy – Nhân không có vỏ bọc – Vật chất di truyền trong nhân là ADN mạch kép, dạng vòng. – Không có hệ và bào quan có màng – Hệ nội màng – Không có khung tế bào – Cấu tạo phức tạp, kích thước lớn gấp nhiều lần (khoảng 10 lần) – Phần lớn không có vỏ nhầy – Nhân được bao bọc bởi lớp màng kép – Vật chất di truyền trong nhân thẳng -ADN dạng sợi, dạng xoắn kép.- Có các bào quan có màng bao bọc và hệ thống lưới nội chất- Có khung tế bào
Phạm vi phổ biến – Chỉ tìm thấy ở vi khuẩn – Tìm thấy ở động vật nguyên sinh, nấm, tảo, thực vật và động vật

Câu 4: Kích thước nhỏ mang lại cho tế bào nhân sơ những ưu điểm gì?

Trả lời: Tế bào nhỏ thì tỉ lệ giữa diện tích bề mặt tế bào (màng sinh chất) với thể tích của tế bào (S/V) sẽ lớn. Tỉ lệ S/V càng cao thì quá trình trao đổi chất với môi trường càng nhanh, từ đó làm cho tế bào lớn lên và sinh sản nhanh hơn so với tế bào cùng hình dạng nhưng kích thước lớn hơn. Hiện tượng trên có thể được giải thích qua nhiều ví dụ thực tế, một trong số đó là: Cắt khoai tây thành lát mỏng sẽ giúp khoai tây chín nhanh hơn vì ở trạng thái này, diện tích bề mặt của khoai tây tiếp xúc với dầu và nhiệt lớn hơn nhiều so với bề mặt.