Vùng nhân

Vùng nhân ( té bào nhân sơ ) là khoảng không gian ở trung tâm của một tế bào, nhân sơ, có chứa nhiễm sắc thể của nó mà không có màng nhân bao quanh. Đây là khái niệm dịch từ thuật ngữ tiếng Anh: nucleoid. Nucleoid có nghĩa là "giống như nhân tế bào" chứa hầu hết các vật liệu di truyền của tế bào, được gọi là genophore.
Do vùng này chứa hàm lượng ADN cao nhất trong tế bào, tương đương với nhân của sinh vật nhân thực, nên còn gọi rõ hơn là vùng chứa thể nhân, trong đó thể nhân (nuclear body) là nhiễm sắc thể của tế bào.

Tổng quan

Sinh vật nhân sơ là sinh vật đơn bào, nhưng không có màng nhân bao bọc bộ nhiễm sắc thể của nó như ở tế bào nhân thực, nên vùng chứa nhiễm sắc thể này gọi là vùng chứa nhân (nucleoid), đã gọi tắt là vùng nhân.
Vùng này có thể dễ quan sát thấy ngay cả bằng kính hiển vi quang học thông thường, ở đó vùng này cô đặc hơn phần tế bào chất còn lại (hình 1); đặc biệt rõ khi nhuộm Feulgen (Feulgen stain).

Nhân tế bào nhân sơ

Thành phần hoá học,sự phân bố nhân
Nhân là một bộ phận của tế bào nói chung chứa đựng bộ máy di truyền có nhiều axit đêoxiribonuclêic.Vì chứa ADN nên ưa kiềm dẫn tới nhân bắt màu với chất màu kiềm lúc nhuộm.Ở tế bào động vật và thực vật,nhân tập trung nhiều ADN nên dễ bắt màu khi nhuộm.Song ở tế bào vi khuẩn một mặt vì chỉ có ít ADN,mặt khác ADN lại phân tán trong sinh chất cho nên nhuộm màu không tập trung,do đó khó phân biệt,phải nhuộm màu riêng nhân tế bào vi khuẩn bằng thuốc nhuộm đặc biệt mới dễ quan sát.Bởi thế vi khuẩn thuộc loại tế bào nhân sơ.Sự kiện đó chỉ xảy ra từ năm 1935.Người ta nhuộm được nhân vi khuẩn bằng thuốc azua metylen eosinat,phương pháp Robinow,phương pháp Piechaud,dùng phản ứng Fenlgen...

Hình dáng nhân

Rất khó quan sát hình dáng nhân tế bào của tế bào nhân sơ một cách chính xác vì tốc độ phân chia tế bào vi khuẩn quá nhanh.Quan sát nhân tế bào vi khuẩn thường gặp 2 hoặc 4 nhân-hiện tượng này là do tế bào vi khuẩn đang ở trong trạng thái phân chia.
Ngoài ra còn do các yếu tố khác mà hình dạng nhân tế bào thay đổi.Ví dụ:nồng độ NaCl,tia cực tím,tia X,hoặc liều thuốc làm yếu gần chết các chất kháng sinh như aurêomyxin,cloramphenicol...

Cấu tạo nhân.

Không có màng của nhân:người ta vẫn phân biệt được cấu trúc của nhân và nguyên sinh chất vì thành phần cấu tạo hoá học của chúng khác nhau.
Nhân có cấu tạo một sợi có đường kính 3-8 nm,không có nhân con,là một sợi xoắn ADN.Nếu tháo xoắn,ta có một sợi dài 1nm.
Là một sợi ADN đóng kín.Hiện tại cũng chưa thống nhất về ý kiến cho rằng ADN này có hay không liên kết với loại protêin kiểu như là protamin hay histon như ở tế bào động thực vật.Các gen trên phân tử ADN nhân tế bào vi khuẩn xếp thẳng hàng trên cùng một nhóm liên kết vòng.Đó là giả thuyết được các nhà hình thái học về nhân xác nhận.
Sợi ADN của tế bào vi khuẩn thường có dạng vòng tròn.Kết luận này có được là nhờ Klein Schmidt lí giải Micrococcus lisodeiticus trong điều kiện không dùng chất tẩy mạnh.ADN được giải phóng ra một cách dễ dàng và được hấp thụ lên một lớp prôtêin;ADN được mạ bóng và sau đó quan sát bằng kính hiển vi điện tử.Hình ảnh thu được của ADN rất rõ.Đó đúng là một sợi dài,có đường kính phù hợp với đường kính của hai sợi xoắn lại và không có hai đầu tự do,nó tạo ra một vòng tròn.
Sợi ADN tự sao chép theo sơ đồ Crick và Watson.Cairns đã chứng minh sự kiện này bằng một thí nghiệm tuyệt vời:ông nuôi cấy Esherichia Coli trên một môi trường có timin đánh dấu bằng tritium.Timin trộn lẫn vào ADN,ADN trở thành chất có tính phóng xạ.Sau các thời gian nuôi cấy khác nhau,đem li giải tế bào vi khuẩn đó bằng một phức hệ gồm enzym phân giải cùng một loại thuốc tẩy,ADN được giải phóng ra.Đem ADN đặt lên phiến kính mỏng.Phiến kính được đặt ở chỗ khô và sau đó được phủ lên nhờ hỗn dịch thuốc ảnh.Hai tháng sau bóc lớp ảnh chụp ra quan sát sẽ thấy có những sợi bị gãy,nhưng có những sợi độc nhất có hình vòng tròn chu vi 1400 micrômet.Phân tử ADN này có khối lượng phân tử là 2 tỉ.Nó được hình thành bởi một chuỗi polinuclêotit kép,chuỗi này tự sao chép theo cách bán bảo toàn,mỗi sợi được dùng làm khuôn để hình thành sợi bên.

Sinh chất của tế bào nhân sơ

Sinh chất của tế bào vi khuẩn khác với sinh chất của các tế bào động thực vật.Trong tế bào động vật và thực vật bậc cao,sinh chất có cấu tạo phức tạp với trung tử,tiểu thể trung,ti thể,bộ máy Golgi,mạng lưới nội chất các loại...Sinh chất của chúng còn có các chuyển động,sự hình thức và biến mất của không bào.Còn ở tế bào vi khuẩn,sinh chất có cấu trúc đơn giản.
Sinh chất của tế bào vi khuẩn luôn ở trạng thái gel,vì vật sinh chất không chuyển động được.Trong chúng có các thể hạt,các thể vùi.
Dưới kính hiển vi điện tử,sinh chất có cấu tạo cơ bản bởi dày đặc các hạt có đường kính 10-20 nm.Đó là các ribôxôm cấu tạo nhờ protein và ARN.Các ribôxôm khi bị quay li tâm có độ lắng là 30s,50s,70s và 100s.Loại có 70s là do loại 30s và 50s hợp thành.Loại 100s là do hai loại 70s hợp thành.Nhiều ribôxôm hợp thành nhiều đám nhiều ribôxôm (poliribôxôm) trong sinh chất.Các poloribôxôm là nơi xảy ra sự tổng hợp protein.
Thể vùi trong sinh chất là các kho chứa cacbonhidrat,chứa các photphat và các chất có năng lượng cao.
Tóm lại sinh chất của vi khuẩn có các đặc điểm sau:+Không chuyển động được nội bào+Không có các bộ phân biệt hoá.+Không có trung tử.+Không có bộ máy Golgi.+Không có mạng lưới nội chất.+Không có lạp thể.+Không có hệ tiểu vật.
Nhưng số lượng ribôxôm rất nhiều nên tế bào vi khuẩn có khả năng tổng hợp lớn,sinh sôi nảy nở rất nhanh.

Màng sinh chất tế bào nhân sơ

Nếu tách vách ra khỏi tế bào vi khuẩn,chúng ta sẽ thấy màng sinh chất bao bọc sinh chất.Muốn quan sát màng sinh chất,người ta đặt tế bào vi khuẩn trong dung dịch ưu trương(dung dịch có nồng độ chất tan lớn hơn nồng độ chất tan tương ứng có trong tế bào chất),thì nước trong sinh chất thoát khỏi tế bào vi khuẩn.Sinh chất vi khuẩn co lại và có một màng chiết quang hơn bọc sinh chất tách rời vách.Màng này có thể được nhuộm màu rõ.Nếu ta nhúng tế bào vi khuẩn này trở lại trong dung dịch nhược trương(dung dịch có nồng độ chất tan bé hơn nồng độ chất tan tương ứng trong tế bào chất) thì tế bào vi khuẩn sẽ phương trình lên và tế bào vi khuẩn sẽ bị nổ vỡ.Có thể thu hồi riêng màng sinh chất nhờ các phương pháp li tâm sau khi đã phá vỡ các tế bào vi khuẩn.Dưới kính hiển vi điện tử,màng sinh chất có bề dày khoảng 10nm.Màng gồm có 3 miền:hai miền ngoài và trong có màu đục tối,miền giữa dày hơn màu sáng.Phân tích hoá học người ta thấy màng bao gồm một lơp kép photpholipit là chủ yếu.Ở trên lớp kép photpholipit này còn có các phân tử protein sắp xếp rác thải,đó là các phân tử protein xuyên màng.Ở rìa ngoài cũng như ở rìa trong của lớp kép photpholipit,người ta còn tìm thấy các phân tử protein rìa màng.Loại nằm ở miền ngoài gọi là rìa màng ngoài,loại nằm ở miền trong gọi là rìa màng trong.Cũng có người xem màng như một biển lỏng photpholipit,mà trên "biển" lỏng đó có các "đảo" protein.Và nếu xem màng như khảm lỏng cũng có thể gần đúng.Kiểu cấu tạo màng vi khuẩn mô tả ở trên cũng hệt như kiểu màng sinh chất của các tế bào động vật và thực vật bậc cao khác.
Chức năng của màng sinh chất ở tế bào nhân sơ
Chức năng thấm chọn lọc:Màng sinh chất có chức năng như một hàng rào thẩm thấu.Nó cho phép một số chất hoà tan cần thiết cho tế bào vi khuẩn đi vào được trong tế bào vi khuẩn,đồng thời nó cũng cho phép một số chất khác hoà tan có hại cho tế bào vi khuẩn đi ra khỏi tế bào vi khuẩn(các độc tố đối với tế bào vi khuẩn...)
Trên màng sinh chất phân bổ nhiều các loại enzym chuyển hoá các chất và trao đổi năng lượng như các enzym thuộc nhóm xitôcrôm,các enzym hoạt động trong chu kỳ Krebs.
Đối với sự phân chia của tế bào vi khuẩn,màng nguyên sinh cùng "màng" mạc thể cũng còn gọi là mảnh giữa(mêxôsôme) có chức năng chỉ đạo sự phân chia tế bào vi khuẩn.Mêxôsôme như là khâu trung gian của sự liên kết không đổi giữa các chất nhân và màng sinh chất.
Tóm lại màng sinh chất và mêxôsôme của tế bào vi khuẩn đóng vai trò như ti thể ở các loại tế bào khác và cũng tham gia vào quá trình phân chia của tế bào.

Vách tế bào nhân sơ

Người ta nhận biết vách tế bào nhân sơ bằng nhiều cách:vi phẫu phân tích,phân lập vách,nhuộm màu;trong y tế thì dùng phản ứng kháng thể đặc biệt,và phổ biến hiện nay là soi kính hiển vi điện tử.
Vách vi khuẩn như một cái khung bên ngoài có tác dụng giữ hình dáng nhất định của tế bào vi khuẩn.Cấu tạo vách có chức năng bảo vệ cơ thể vi khuẩn chống lại áp suất thẩm thấu nội bào lớn.Thành phần cấu tạo vách là các xenlulozơ.
Vách của các loài vi khuẩn nào kết hợp thành phức hợp bền vững với thuốc nhuộm tím gentiam và lugol và phức hợp này khó bị phân rã thì trong y tế gọi đó là vi khuẩn gram dương,vách này chỉ có một lớp đồng nhất,dày 15-20nm.
Vách của loại nào cho phép cồn dẫn thuốc nhuộm vào vi khuẩn thì vi khuẩn đó là vi khuẩn gram âm.Vách này có cấu tạo ba miền.Một miền sáng nằm giữa hai miền đen.Miền ngoài bao gồm các porin(là protein) tạo ra kênh để các phân tử lớn (M>1000) đi qua.Miền giữa là peptidoglican(gần như chitin),làm cứng vỏ.Miền trong là miền có nhiều yếu tố vận chuyển qua đến màng sinh chất.
Có loại tế bào vi khuẩn có vách gồm các đơn vị thứ cấp có cấu trúc đa giác,đường kính từ 8-10nm.Một số khác có cấu trúc sợi.Các cấu trúc vách tế bào vi khuẩn thường nhạy cảm với các loại thuốc kháng sinh.
Vách nằm cách các màng sinh chất một khoảng trung gian,chứa glicopeptit(protein-glucan).Khối lượng khô của vách tế bào vi khuẩn rất lớn,chiếm khoảng 20-35% so với khối lượng tổng số.
Phân tích thành phần hoá sinh học của vách tế bào vi khuẩn gram dương người ta thấy có nhiều loại-ozơ như axetyl glucosamin (AG),axit axetyl muramic(AAM),glucozơ,galactozơ,gentibiozơ...Cũng còn có nhiều loại axit amin như alanin,lizin hay diaminopimelic,axit glutamin,glixin...không có lipit.
Bên ngoài vách của tế bào vi khuẩn còn có một lớp vỏ.Đó là sản phẩm tiết ra từ vách.Vỏ chứa các chất tiết đó giữ vai trò là nhân tố kháng nguyên.

Roi và lông tế bào nhân sơ

Roi làm cho tế bào vi khuẩn di động được,dài chưng 6-12 nm,đường kính 10-30 nm.Hình dạng của roi lúc chuyển động có thể là lượn sóng hoặc xoáy trôn ốc.Chúng phân bố khác nhau tuỳ loại vi khuẩn.Điểm xuất phát của lông từ màng sinh chất vượt qua màng nguyên sinh và thò ra ngoài.Thành phần hoá học của roi là các protein có khối lượng phân tử từ 30000 đến 40000.Roi là cơ quan vận động của tế bào vi khuẩn.Tốc độ vận động khoảng 0,5 nm.
Ở tế bào vi khuẩn,ngoài roi còn có lông (pili).Lông cũng có hình dáng như roi song ngắn hơn.
Có hai loại lông: lông thường và lông giới tính.Lông thường có cấu tạo hoá học là một loại protein.Lông giới tính dài 20 micromet,đường kính 8,5 nm.Số lượng ở trên mỗi tế bào không nhiều,từ 1 đến 4 chiếc.Qua lông,các nuclêic được bơm đẩy qua.Lúc giao phối xảy ra thì một đầu của lông cá thể đực này cố định ở cá thể cái.

Vỏ tế bào nhân sơ

Vỏ của vi khuẩn là một bộ phận tuỳ tiện gặp ở một số loài tế bào vi khuẩn như Clostridium,Bacillus...Vỏ xuất hiện trong điều kiện không thuận lợi cho đời sống của chúng như nhiệt độ cao,pH thay đổi.Trên tế bào vi khuẩn,vỏ có thể hình thành ở các vị trí khác nhau:ở giữa,ở gần cuối hay ở cuối của tế bào vi khuẩn.
Vỏ có thành phần hoá sinh học là các protein giàu liên kết disunfua như xystin,các canxi và các axit dipicolinic.Ở tế bào khuẩn lam ,vỏ làm cho tế bào nổi lên bám vào hay chọc thủng vào các giá thể khác.

Trao đổi chất và năng lượng

Tế bào vi khuẩn cũng có phương thức trao đổi chất và năng lượng như hầu hết tế bào giới sinh vật.Chúng ta kết hợp nghiên cứu nội dung này khi nghiên cứu trao đổi chất và năng lượng của tế bào nhân chuẩn. Đa số tế bào vi khuẩn sinh sống theo phương thức dị dưỡng ngoại trừ tế bào khuẩn lam.

Sinh sản của tế bào nhân sơ

Sự sinh sản của tế bào vi khuẩn thường theo con đường sinh sản vô tính-phân đôi tế bào.Trong quá tình đó có sự phân đôi thể nhiễm sắc và sự phân chia các phần còn lại của tế bào.Vì vậy mỗi tế bào thường có một hoặc bốn hoặc nhiều hơn về số lượng miền nhân.Ở một số loài thì tế bào mẹ kéo dài ra rồi mới phân chia.Trong khi đó ở một số tế bào khác thì hai tế bào con được tách ra rồi mới lớn lên.Sự phân chia tế bào xảy ra rất nhanh ở vi khuẩn.Ở một số lớn,tế bào vi khuẩn cứ 20 phút lại có một lần phân chia.Với tốc độ phân chia như vậy,sau 6 giờ một tế bào vi khuẩn sinh được 250000 tế bào mới trong điều kiện thuận lợi.Con số này giúp chúng ta hiểu được vì sao chỉ có một số lượng nhỏ vi khuẩn xâm nhập vào cơ thể người và động vật thì chẳng mấy chốc đã có thể xuất hiện triệu chứng bệnh tật.
Một số tài liệu nghiên cứu tế bào và di truyền cũng cho thấy thỉnh thoảng ở vi khuẩn có thể có hiện tượng sinh sản giống sinh sản hữu tính.Lúc đó cũng xảy ra sự liên kết của hai tế bào và trao đổi các yếu tố di truyền.Ở E.Coli,có thể hiện tính "đực-cái".Tế bào tính "đực" chuyền các tín hiệu di truyền nhờ cách tiếp xúc trực tiếp với các tế bào "cái".Khả năng chuyển gen này được điều chỉnh nhờ yếu tố sinh sản lông F⁺.Lông F⁺ có thể chuyển sang tế bào "cái" và khi đó tế bào này sẽ thành tế bào "đực".

Các tế bào vi khuẩn bình thường đều là đơn bội.Khi sinh sản hữu tính, thể nhiễm sắc từ tế bào "đực" được chuyển một phần hay toàn bộ sang tế bào "cái" và kết quả là tạo ra một tế bào một phần hay hoàn toàn lưỡng bội.Tế bào mới này nếu phân li thể nhiễm sắc thì sẽ tạo nên thế hệ con đơn bội như cũ.