Thành tế bào là gì? Các đặc điểm của thành tế bào

Thành tế bào - nền tảng cơ bản của sự sống, một bộ phận cấu tạo nên tế bào thực vật. Từ cấu trúc đến chức năng, từ quá trình sinh sản đến quá trình chuyển hóa phức tạp. Hãy cùng Nhà thuốc Long Châu tìm hiểu thêm thông tin về thành tế bào qua bài viết dưới đây.

Tìm hiểu về thành tế bào

Thành tế bào còn được gọi là vách tế bào, đóng vai trò quan trọng trong bảo vệ và duy trì hình dạng cho tế bào. Được chiếm tỷ lệ từ 10 đến 40% trọng lượng khô của tế bào, thành tế bào là một lớp cấu trúc ngoài cùng 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.

Trong vi khuẩn Gram âm, độ dày của thành tế bào là khoảng 10nm, trong khi đối với vi khuẩn Gram dương, độ dày này tăng lên khoảng 14-18nm. Độ dày này quan trọng để cung cấp một lớp vững chắc và bảo vệ cho tế bào.

Thành tế bào cũng chịu trách nhiệm cho việc duy trì nồng độ muối bên trong tế bào cao hơn so với môi trường bên ngoài. Điều này tạo ra một áp suất thẩm thấu, tương đương với dung dịch glucose 10-20%, làm cho tế bào hấp thu nước từ bên ngoài vào. Sự tồn tại của thành tế bào vững chắc là quan trọng để ngăn chặn tế bào khỏi bị phá vỡ do áp suất thẩm thấu cao.

Khi thực hiện quá trình co nguyên sinh và quan sát dưới kính hiển vi, lớp thành tế bào có thể được rõ ràng nhìn thấy. Sử dụng kính hiển vi điện tử có thể làm cho việc quan sát này rõ ràng hơn, giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của thành tế bào. Điều này là quan trọng trong việc nghiên cứu và hiểu biết về tế bào và các quá trình sinh học liên quan.

Ở vi khuẩn prokaryote (sinh vật nhân sơ), thành tế bào thường bao gồm peptidoglycan, một loại polymer đặc biệt chứa đường đôi và acid amin. Peptidoglycan này chỉ có ở tế bào vi khuẩn và đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp độ cứng cho thành tế bào và hình thành vi khuẩn. Trong vi khuẩn gram dương, có nhiều lớp peptidoglycan làm tăng độ dày của thành tế bào, trong khi trong vi khuẩn gram âm, thành tế bào không dày và chứa tỷ lệ peptidoglycan thấp hơn. Các vi khuẩn gram âm cũng chứa một lớp lipopolysaccharides bên ngoài, gọi là LPS, có vai trò bảo vệ và đề kháng lại một số loại kháng sinh nhất định như penicillin.

Thành tế bào là một phần quan trọng của phần lớn các tế bào nhân sơ, đặc biệt là trong các loài vi khuẩn. Peptidoglycan, một polime hóa học chứa các chuỗi cacbohidrat được liên kết bởi các đoạn polipeptit ngắn, là thành phần chính của thành tế bào. Thành tế bào đóng vai trò quan trọng trong việc quy định hình dạng của tế bào, và khi loại bỏ nó, các tế bào vi khuẩn sẽ có hình dạng hình cầu.

Các loại 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. Phương pháp nhuộm Gram được sử dụng để phân biệt chúng, trong đó vi khuẩn Gram dương sẽ xuất hiện màu tím trong khi vi khuẩn Gram âm sẽ xuất hiện màu đỏ.

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

Các thành phần cấu tạo nên thành tế bào

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

• Các đơn vị murein kết nối với nhau thông qua các liên kết 1-4 ß-glycoside giữa G và M, cùng với các liên kết peptit giữa các axit amin. Sự kết hợp này tạo ra một lưới murein bền vững.
• Các liên kết 1-4 ß-glycosid có thể bị cắt bởi enzym lysozyme, dẫn đến sự phân hủy của thành tế bào.
• Giữa các chuỗi murein khác nhau, có các liên kết ngang, cũng góp phần vào sự bền vững của thành tế bào. Ở vi khuẩn Gram âm, các đơn vị murein liên kết với nhau thông qua Diamin và D-ala, trong khi ở vi khuẩn Gram dương, chúng liên kết qua cầu nối pentaglycine .

Thành tế bào của vi khuẩn Gram dương thường có nhiều lớp peptidoglycan, trong khi vi khuẩn Gram âm thường chỉ có một lớp peptidoglycan mỏng. Ngoài ra, vi khuẩn Gram dương còn chứa axit teichoic, một hợp chất đặc biệt không được tìm thấy ở vi khuẩn Gram âm.

Các trường hợp không có thành tế bào

Trong những trường hợp dưới đây có thể không có sự có mặt của thành tế bào:

• Thể nguyên sinh (Protoplast): Sau khi sử dụng lysozyme để phá vỡ thành tế bào hoặc sử dụng penicillin để ức chế sự tổng hợp thành tế bào, có thể chỉ tạo ra các tế bào chỉ được bao bọc bởi màng tế bào chất. Thường gặp ở vi khuẩn Gram +.
• Thể cầu (tế bào trần, spheroplast): Là thể nguyên sinh chỉ còn sót lại một phần thành tế bào, thường chỉ gặp ở vi khuẩn Gram âm.
• Vi khuẩn dạng L: Tế bào của vi khuẩn dạng L phình to lên và rất mẫn cảm với áp suất thẩm thấu. Nhiều vi khuẩn Gram âm và Gram dương đều có thể hình thành dạng L. Trước đây người ta hay nhầm lẫn thể nguyên sinh và thể cầu với dạng L. Hiện nay ta chỉ coi dạng L là chủng vi khuẩn không có thành tế bào được sinh ra do đột biến trong phòng thí nghiệm và có thể mang tính di truyền ổn định.
• Mycoplasma: Một dạng vi khuẩn không có thành tế bào được sinh ra trong quá trình tiến hoá của tự nhiên.

Cả thể nguyên sinh và thể cầu có đặc điểm chung là không có thành tế bào, tế bào trở nên có hình cầu, rất mẫn cảm với áp suất thẩm thấu, có thể có tiên mao, nhưng không di động được, không mẫn cảm với thực khuẩn thể, và không phân bào được.

Cấu trúc của thành tế bào

Thành tế bào của thực vật thường có nhiều lớp và gồm ba phần: Phiến giữa, vách tế bào sơ cấp và vách tế bào thứ cấp.

• Phiến giữa: Là lớp ngoài cùng của thành tế bào, chứa polysaccharides được gọi là pectin. Pectin giúp kết dính các tế bào với nhau bằng cách tạo liên kết giữa chúng.
• Vách tế bào biểu bì: Là lớp nằm giữa phiến giữa và màng sinh chất trong các tế bào thực vật đang tăng trưởng. Lớp này chủ yếu bao gồm các sợi cellulose xen kẽ trong một ma trận gel chứa các sợi hemicellulose và polysaccharide pectin. Nó cung cấp năng lượng cho các tế bào tăng trưởng.
• Thành tế bào thứ cấp: Là lớp cứng được hình thành giữa các tế bào gốc và màng sinh chất ở một số tế bào thực vật. Sau khi tế bào sơ cấp ngừng phân chia và phát triển, lớp này trở nên cứng hơn để tạo thành tế bào thứ cấp. Nó giúp tăng cường và bảo vệ tế bào, bên cạnh cellulose và hemicellulose, còn chứa lignin, giúp củng cố và giữ nước trong tế bào mô mạch thực vật.

Vai trò của thành tế bào

Thành tế bào là thành phần quan trọng và không thể thiếu trong cấu trúc và hoạt động của tế bào. Có một số vai trò quan trọng mà thành tế bào đóng trong việc bảo vệ và duy trì tính chất cơ bản của tế bào:

• Định hình dạng và kích thước tế bào: Thành tế bào giúp tạo ra hình dạng và kích thước nhất định cho tế bào, điều này quan trọng để tế bào có thể thực hiện các chức năng của nó một cách hiệu quả.
• Bảo vệ tế bào khỏi các yếu tố cơ học và môi trường bên ngoài: Thành tế bào cung cấp một lớp bảo vệ để bảo vệ tế bào khỏi các yếu tố cơ học như áp lực và môi trường bên ngoài như các chất hóa học hay vi khuẩn gây bệnh.
• Cân bằng và bảo vệ các thành phần bên trong của tế bào: Thành tế bào giúp duy trì sự cân bằng và bảo vệ các thành phần quan trọng bên trong tế bào như các bào chất, enzyme và các cấu trúc tế bào khác.
• Ngăn nước và muối khoáng từ việc xâm nhập vào bên trong tế bào: Thành tế bào tạo ra không gian trống giữa các phân tử cellulose, ngăn nước và muối khoáng từ việc xâm nhập vào bên trong tế bào, điều này quan trọng để duy trì sự cân bằng nước và các chất dẻo trong tế bào.
• Phát triển thuốc kháng sinh đặc hiệu để tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh: Sự khác biệt giữa thành tế bào của các loài đã giúp phát triển ra các loại thuốc kháng sinh đặc hiệu để tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh mà không gây tổn thương đến tế bào của cơ thể chủ.

Thành tế bào của thực vật bao gồm các thành phần chính như cellulose, hemicellulose và pectin, với tỷ lệ khác nhau trong quá trình tăng trưởng của tế bào thực vật. Trong số này, cellulose đóng vai trò quan trọng nhất. Cellulose, một loại polime của glucose, có cấu trúc xen kẽ giữa các phân tử và tạo thành các sợi vi sợi không hòa tan, giúp tạo ra một cấu trúc dai và chắc chắn cho thành tế bào. Điều này làm cho thực vật có khả năng chịu đựng được môi trường bên ngoài và duy trì hình dạng cơ bản của chúng trong quá trình phát triển.

Chức năng của thành tế bào

Ngoài những vai trò đã đề cập, thành tế bào còn có những chức năng quan trọng khác:

• Hỗ trợ: Thành tế bào cung cấp sức mạnh vật lý và hỗ trợ, kiểm soát sự tăng trưởng của tế bào. Áp lực turgor, được tạo ra khi nội dung tế bào qua màng plasma, giúp cây giữ được hình dáng cương cứng, nhưng cũng có thể gây tổn thương cho các tế bào.
• Điều chỉnh tăng trưởng: Thành tế bào truyền tín hiệu tăng trưởng đến não để kích hoạt chu trình tế bào, đồng thời điều chỉnh sự vận chuyển chất vào ra tế bào, tạo điều kiện cho sự phát triển và sinh trưởng.
• Truyền thông: Các tế bào thực vật giao tiếp thông qua plasmodesmata, cho phép chuyển giao các phân tử và tín hiệu giữa các tế bào thực vật khác nhau.
• Bảo vệ: Thành tế bào tạo thành một rào cản, giúp bảo vệ cây khỏi virus tấn công thực vật và các tác nhân gây bệnh khác, đồng thời ngăn chặn mất nước từ tế bào.
• Lưu trữ: Thành tế bào cũng chứa các khoang lưu trữ carbohydrate, được sử dụng trong công nghiệp và đặc biệt là trong ngành thực phẩm.

Thành tế bào là một cấu trúc không thể thiếu trong tế bào, giúp hình dạng tế bào được giữ ổn định. Hy vọng qua bài viết trên bạn đọc đã có thêm thông tin về thành tế bào.