Tế bào sinh học là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Tế bào sinh học là đơn vị cấu trúc và chức năng cơ bản của sự sống, gồm màng sinh chất, vật chất di truyền, đảm nhận trao đổi chất và năng lượng. Tế bào nhân sơ không có màng nhân, vật chất di truyền lan tỏa trong nucleoid, trong khi tế bào nhân thực sở hữu nhân bọc đôi và nhiều bào quan chuyên biệt.

Định nghĩa tế bào sinh học

Tế bào sinh học là đơn vị cơ bản nhất cấu thành nên mọi sinh vật, vừa đảm nhận vai trò cấu trúc vừa thực hiện chức năng sinh lý cần thiết cho sự sống. Mỗi tế bào tồn tại dưới dạng một hệ thống mở, trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường xung quanh thông qua màng tế bào. Khái niệm này phản ánh nguyên lý nền tảng của sinh học phân tử và sinh học tế bào, cho phép liên kết giữa cấp độ phân tử với cấp độ cá thể.

Chia ra hai nhóm chính, tế bào nhân sơ (prokaryote) không có màng nhân thật sự, vật chất di truyền lan tỏa trong vùng tế bào chất; tế bào nhân thực (eukaryote) sở hữu nhân tế bào phân biệt với tế bào chất bởi màng kép. Sự khác biệt này ảnh hưởng trực tiếp đến quy trình phiên mã, dịch mã và cơ chế điều hòa gene. Trong cả hai loại, tỷ lệ thành phần hóa học chính gồm nước chiếm >70%, protein >15%, lipid ~5%, carbohydrate và axit nucleic chiếm phần còn lại.

  • Thành phần chính: nước, protein, lipid, carbohydrate, axit nucleic.
  • Chức năng đa dạng: chuyển hóa năng lượng, truyền tín hiệu, tự sao chép.
  • Môi trường nội bào và ngoại bào được ngăn cách bởi màng sinh chất.

Tiền sử và lịch sử nghiên cứu

Khởi điểm từ năm 1665, Robert Hooke đã dùng kính hiển vi thô sơ quan sát lát mỏng bần cây và đặt tên “cell” cho các ô vuông nhỏ. Phát kiến này mở ra kỷ nguyên nghiên cứu tế bào, mặc dù lúc đó chưa ai biết rõ chức năng và thành phần cấu trúc bên trong. Đến giữa thế kỷ XIX, Matthias Schleiden và Theodor Schwann công bố thuyết tế bào, khẳng định mọi sinh vật động thực vật đều cấu tạo từ tế bào và tế bào là đơn vị sống cơ bản.

Sau hơn một thế kỷ, với sự phát triển của kính hiển vi điện tử (TEM, SEM), các bào quan như ty thể, lưới nội chất, ribosome được phát hiện và mô tả chi tiết. Những năm 1950–1960, kỹ thuật nhuộm huỳnh quang và kháng thể đơn dòng cho phép quan sát protein cụ thể trong tế bào. Công nghệ mới như desktop cryo-EM từ năm 2010 thậm chí đạt độ phân giải nguyên tử cho cấu trúc bào quan và phức hợp đa phân tử.

  1. Hooke (1665) – Định danh “cell” qua kính hiển vi quang học.
  2. Schleiden & Schwann (1838–1839) – Thuyết tế bào.
  3. Máy TEM/SEM (1930–1950) – Quan sát bào quan nội bào.
  4. Công nghệ huỳnh quang & cryo-EM (2010–nay) – Phân giải cao cấp.

Cấu trúc và hình thái tế bào

Kích thước tế bào sinh học dao động từ ~0,2 µm (vi khuẩn Mycoplasma) đến >100 µm (tế bào trứng chim), hình dạng đa dạng bao gồm hình cầu, hình que, dạng sợi, hoặc biến đổi linh hoạt trong mô động vật. Sự đa dạng này phản ánh chức năng chuyên biệt: tế bào thần kinh kéo dài để truyền tín hiệu, bạch cầu có màng mềm dẻo di chuyển miễn dịch.

Thành phần hóa học cơ bản gồm:

  • Nước: Dung môi cho phản ứng sinh hóa.
  • Protein: Enzyme xúc tác, khung cytoskeleton, kênh vận chuyển.
  • Lipid: Thành phần chính của màng, lưu trữ năng lượng.
  • Carbohydrate & axit nucleic: Nguồn năng lượng nhanh và vật liệu di truyền.

Bề mặt tế bào có thể mang cấu trúc phụ trợ như lông bì (cilia) hoặc roi (flagella) giúp di động; ở thực vật và vi khuẩn còn có thành tế bào cung cấp độ cứng và bảo vệ. Cytoskeleton bên trong gồm vi ống, sợi vi tính và vi sợi actin giữ vai trò duy trì hình dạng, vận chuyển bào quan và phân chia tế bào.

Màng tế bào và vận chuyển chất

Màng sinh chất cấu trúc theo mô hình fluid mosaic, gồm lớp kép phospholipid với protein gắn kết hoặc xuyên màng, cholesterol và glycolipid. Tính linh hoạt của lớp lipid cho phép màng tái cấu trúc, hình thành domain tín hiệu, và tương tác linh hoạt với môi trường ngoại bào.

Các cơ chế vận chuyển chính:

  • Khuếch tán đơn giản: Phân tử nhỏ không phân cực tự thẩm thấu qua lớp lipid.
  • Vận chuyển tích cực: Protein bơm (pump) sử dụng ATP đưa ion/nguyên tử qua gradient nồng độ.
  • Vận chuyển thụ động: Protein kênh (channel) hoặc chất mang (carrier) giúp phân tử qua màng mà không tiêu tốn năng lượng.
Cơ chế Năng lượng Ví dụ
Khuếch tán đơn giản Không O₂, CO₂
Khuếch tán dễ dàng Không Glucose qua GLUT
Vận chuyển tích cực Có (ATP) Bơm Na⁺/K⁺-ATPase
Nhập bào/ Xuất bào Có (ATP) Endocytosis/Exocytosis

Vật chất di truyền và nhân tế bào

Di vật chất di truyền chủ yếu là DNA (axit deoxyribonucleic) lưu trữ thông tin di truyền dưới dạng chuỗi xoắn kép, cùng với RNA (axit ribonucleic) tham gia phiên mã và dịch mã để tổng hợp protein. Trong tế bào nhân thực, DNA được đóng gói thành nhiễm sắc thể trong nhân tế bào, bao bọc bởi màng kép nhân, còn ở tế bào nhân sơ, DNA lan tỏa trong vùng nucleoid không có màng ngăn cách.

Nhân tế bào (nucleus) là trung tâm điều khiển chức năng sinh học, chứa bộ gen hoàn chỉnh. Màng nhân gồm hai lớp phospholipid, thông với lưới nội chất hạt, có các pore cho phép trao đổi RNA và protein giữ vai trò điều hòa phiên mã. Quá trình phiên mã chuyển mã từ DNA sang mRNA diễn ra trong nhân;

Tiếp đó, mRNA di chuyển ra ngoài qua lỗ màng nhân và tiếp xúc ribosome ở tế bào chất để dịch mã thành protein. Quá trình này đảm bảo tính chính xác và kiểm soát chặt chẽ biểu hiện gene tùy theo tín hiệu nội-bào và ngoại-bào Molecular Biology of the Cell.

Các bào quan và chức năng

Tế bào nhân thực chứa nhiều bào quan chuyên biệt, mỗi bào quan thực hiện chức năng sinh lý khác nhau nhưng phối hợp nhịp nhàng:

Bào quan Chức năng chính
Lưới nội chất (ER) Sản xuất và gấp xoắn protein (ER hạt), tổng hợp lipid (ER trơn).
Bộ Golgi Chỉnh sửa, đóng gói và phân phối protein, glycoprotein.
Ty thể Chu trình Krebs và hô hấp tế bào tạo ATP.
Ribosome Dịch mã mRNA thành chuỗi polypeptide.
Lizosome & peroxisome Thoái hóa chất thải, chất độc và lipid.

Cytoskeleton gồm vi ống (microtubule), vi sợi actin và sợi trung gian tạo khung đỡ, điều phối vận chuyển bào quan nội bào, phân chia tế bào và di chuyển. Centrosome và lông bì (cilia) hỗ trợ tổ chức thoi phân bào và di động tế bào.

Phân loại tế bào

Tế bào chia thành hai nhánh lớn: nhân sơ (prokaryote) và nhân thực (eukaryote). Tế bào prokaryote như vi khuẩn và archaea đơn giản, không có bào quan màng kép, nhân DNA lỏng lẽo; eukaryote phức tạp hơn, có nhân và bào quan.

Trong nhóm eukaryote, có ba loại chính: động vật, thực vật và nấm. Tế bào thực vật có thành tế bào cellulose, lục lạp (chloroplast) quang hợp; tế bào động vật không có thành tế bào nhưng có trung thể (centrosome) tham gia phân chia và lisosome tiêu hủy chất thải; tế bào nấm kết hợp đặc điểm của thực vật và động vật về cấu trúc và chuyển hóa.

  • Tế bào nhân sơ: vi khuẩn, archaea.
  • Tế bào nhân thực động vật: không có thành tế bào, có lisosome.
  • Tế bào nhân thực thực vật: có thành tế bào, lục lạp, không có lisosome.
  • Tế bào nấm: thành tế bào chitin, các bào quan giống động vật và thực vật.

Vòng đời tế bào và nguyên lý phân chia

Chu kỳ tế bào eukaryote gồm bốn pha: G₁ (tăng trưởng), S (nhân đôi DNA), G₂ (kiểm tra và chuẩn bị phân chia), M (phân chia nhân và tế bào). Mỗi pha được điều phối bởi phức hợp cyclin-CDK, đảm bảo DNA chỉ nhân đôi một lần mỗi chu kỳ Cell Biology.

Quá trình nguyên phân gồm prophase, metaphase, anaphase, telophase, cuối cùng là cytokinesis. Trong giảm phân, hai lần phân chia nhân tạo ra bốn tế bào con đơn bội, thiết yếu cho sinh sản hữu tính. Điểm kiểm tra (checkpoint) G₁/S, G₂/M và spindle assembly checkpoint ngăn tế bào tiến triển khi phát hiện tổn thương DNA hoặc sắp xếp chưa đúng nhiễm sắc thể.

Giao tiếp và tín hiệu tế bào

Tín hiệu nội bào và ngoại bào giúp tế bào điều chỉnh biệt hóa, sinh trưởng và đáp ứng stress. Các phân tử tín hiệu như hormone, cytokine gắn vào thụ thể màng hoặc thụ thể hạt nhân, kích hoạt chuỗi truyền tín hiệu. Ví dụ, con đường MAPK khởi động bởi Ras → Raf → MEK → ERK điều hòa tăng sinh và biệt hóa Nature Reviews Mol. Cell Biol..

Các cơ chế điều hòa gồm khuếch tán tự do, truyền tín hiệu qua tiếp xúc tế bào (juxtacrine), tín hiệu qua tiết xuất (paracrine, endocrine). Phản hồi dương/âm giúp duy trì cân bằng nội môi; bất thường trong truyền tín hiệu có thể dẫn đến bệnh lý như ung thư, đái tháo đường.

Ứng dụng nghiên cứu tế bào và kỹ thuật

Nuôi cấy tế bào in vitro cho phép khảo sát cơ chế phân tử, thử nghiệm dược phẩm và mô hình bệnh. Stem cell (tế bào gốc) đa năng có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào, ứng dụng trong tái tạo mô và chữa bệnh thoái hóa Cell Press.

Các kỹ thuật phân tích đơn tế bào như single-cell RNA-seq tạo bản đồ biểu hiện gene ở cấp độ từng tế bào, phát hiện tế bào hiếm và đường lối biệt hóa. Flow cytometry và FACS (fluorescence-activated cell sorting) phân loại tế bào theo ký hiệu bề mặt, hỗ trợ nghiên cứu miễn dịch và ung thư J. Cell Biol..

Kỹ thuật CRISPR/Cas9 chỉnh sửa gene chính xác, mở ra cánh cửa nghiên cứu chức năng gene và liệu pháp gen điều trị nhiều bệnh di truyền. Công nghệ organoid mô phỏng mô người trong 3D, ứng dụng trong dược động học và mô hình bệnh lý, giảm thiểu nhu cầu thử nghiệm trên động vật.

Tài liệu tham khảo

Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề tế bào sinh học:

Liên hợp bioconjugate Quantum Dot dùng cho phát hiện ultrasensitive không đẳng hướng Dịch bởi AI
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 281 Số 5385 - Trang 2016-2018 - 1998
Các chấm lượng tử bán dẫn phát quang động cao (zinc sulfide–bọc kẽm selenide) đã được liên kết cộng hóa trị với các phân tử sinh học để sử dụng trong phát hiện sinh học siêu nhạy. So với các thuốc nhuộm hữu cơ như rhodamine, loại chất phát quang này sáng hơn 20 lần, ổn định chống lại hiện tượng phai màu quang 100 lần và có độ rộng đường quang phổ chỉ bằng một phần ba. Các chất liên hợp kíc...... hiện toàn bộ
#phát quang động #truyền dẫn tế bào #tương thích sinh học #liên hợp lượng tử #HeLa #nhãn miễn dịch #endocytosis
Các tế bào trung mô tủy xương người ức chế sự sinh sản T-lymphocyte do các kích thích tố tế bào hoặc không đặc hiệu gây ra Dịch bởi AI
Blood - Tập 99 Số 10 - Trang 3838-3843 - 2002
Các tế bào T lymphocyte CD2+ thu nhận từ người cho tế bào trung mô tủy xương (BMSCs) hoặc một bên thứ ba đã được nuôi cấy trong các phản ứng lymphocyte hỗn hợp (MLRs) với các tế bào trình diện kháng nguyên dị hợp huyết (DCs) hoặc các lymphocyte máu ngoại vi (PBLs). Khi các BMSCs tự thân hoặc đồng loại được bổ sung vào các tế bào T bị kích thích bởi DCs hoặc PBLs, có sự giảm thiểu rõ rệt và...... hiện toàn bộ
Chức năng bất thường của tế bào nội mạc và sinh lý bệnh học của bệnh xơ vữa động mạch Dịch bởi AI
Circulation Research - Tập 118 Số 4 - Trang 620-636 - 2016
Chức năng bất thường của lớp nội mạc ở những vùng dễ tổn thương của mạch máu động mạch là một yếu tố quan trọng góp phần vào sinh lý bệnh học của bệnh tim mạch xơ vữa. Bất thường tế bào nội mạc, theo nghĩa rộng nhất, bao gồm một tập hợp các biến đổi không thích ứng trong kiểu hình chức năng, có những tác động quan trọng đến việc điều chỉnh đông máu và huyết khối, trương lực mạch địa phương...... hiện toàn bộ
#chức năng tế bào nội mạc #bệnh xơ vữa động mạch #sinh lý bệnh học #nguy cơ lâm sàng #phát hiện sớm
Đặc điểm của tế bào theo cơ chế apoptosis được đo bằng lưu lượng tế bào học Dịch bởi AI
Wiley - Tập 13 Số 8 - Trang 795-808 - 1992
Tóm tắtBài tổng quan này mô tả nhiều phương pháp để nhận diện và phân biệt giữa hai cơ chế chết tế bào khác nhau, apoptosis và hoại tử. Đa phần các phương pháp này đã được áp dụng trong các nghiên cứu về apoptosis trong dòng tế bào bạch cầu HL-60 của người bị kích hoạt bởi các chất ức chế DNA topoizomeras I hoặc II, và trong các tế bào tuyến ức của chuột bởi cả chấ...... hiện toàn bộ
#Apoptosis #necrosis #lưu lượng tế bào học #HL-60 #tế bào tuyến ức #DNA topoizomeras #dấu hiệu sinh hóa #phân biệt tế bào chết #phương pháp phân định tế bào.
Hướng dẫn thực tiễn để đánh giá sự đồng vị trí trong kính hiển vi sinh học Dịch bởi AI
American Journal of Physiology - Cell Physiology - Tập 300 Số 4 - Trang C723-C742 - 2011
Kính hiển vi huỳnh quang là một trong những công cụ mạnh mẽ nhất để làm sáng tỏ các chức năng tế bào của protein và các phân tử khác. Trong nhiều trường hợp, chức năng của một phân tử có thể được suy ra từ sự liên kết của nó với các phân đoạn nội bào hoặc các phức hợp phân tử cụ thể, điều này thường được xác định bằng cách so sánh sự phân bố của một phiên bản được đánh dấu huỳnh quang của...... hiện toàn bộ
#kính hiển vi huỳnh quang #đồng vị trí #sinh học tế bào #phân tích hình ảnh #công cụ định lượng
HÓA SINH VÀ CẤU TRÚC VẾT CÙNG CỦA CÁC TẾ BÀO SẢN XUẤT HORMONE POLYPEPTIDE TRONG DÒNG APUD VÀ CÁC ẢNH HƯỞNG ĐÔNG LAO, SINH LÝ HỌC VÀ BỆNH LÝ CỦA KHÁI NIỆM NÀY Dịch bởi AI
Journal of Histochemistry and Cytochemistry - Tập 17 Số 5 - Trang 303-313 - 1969
Một nhóm các tế bào nội tiết xem ra không liên quan, một số nằm trong các tuyến nội tiết, số khác trong các mô không phải nội tiết, chia sẻ một số đặc điểm về hóa sinh và cấu trúc siêu vi. Những đặc điểm này, từ bốn chữ cái đầu tiên mà từ APUD được phát sinh, chỉ ra việc có chung một mô hình trao đổi chất và các cơ chế tổng hợp, lưu trữ và bài tiết chung. Có giả thuyết rằng các đặc điểm k...... hiện toàn bộ
#APUD #tế bào nội tiết #hormone polypeptide #cấu trúc siêu vi #hóa sinh
Tensegrity I. Cấu trúc tế bào và sinh học hệ thống phân cấp Dịch bởi AI
Journal of Cell Science - Tập 116 Số 7 - Trang 1157-1173 - 2003
Vào năm 1993, một bài bình luận trong tạp chí này đã mô tả cách mà một mô hình cơ học đơn giản về cấu trúc tế bào dựa trên kiến trúc tensegrity có thể giúp giải thích cách thức hình dạng, chuyển động và cơ chế của bộ xương tế bào được điều khiển, cũng như cách mà tế bào cảm nhận và đáp ứng với các lực cơ học (J. Cell Sci.104, 613-627). Mô hình tensegrity tế bào giờ đây có thể được xem lại ...... hiện toàn bộ
In 3D sinh học của cấu trúc van động mạch chủ không đồng nhất bằng hydrogels alginate/gelatin Dịch bởi AI
Journal of Biomedical Materials Research - Part A - Tập 101A Số 5 - Trang 1255-1264 - 2013
Tóm tắtBệnh van tim là một vấn đề sức khỏe cộng đồng nghiêm trọng và ngày càng gia tăng, trong đó việc thay thế bằng bộ phận giả là điều thường thấy. Các thiết bị giả hiện tại không đủ tốt cho người lớn trẻ tuổi và trẻ em đang phát triển. Các kênh van động mạch chủ sống được thiết kế mô có tiềm năng để tái cấu trúc, tái tạo, và phát triển, nhưng việc chế tạo độ phứ...... hiện toàn bộ
#bệnh van tim #van động mạch chủ #sinh học in 3D #alginate/gelatin #công nghệ sinh học #tế bào cơ trơn xoang động mạch #tế bào mô liên kết nắp van #kênh van động mạch #vật liệu sinh học
Chitinase Acidic ở Động Vật Có Vú trong Viêm Th2 do Hen Suyễn và Kích Hoạt Đường Dẫn IL-13 Dịch bởi AI
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 304 Số 5677 - Trang 1678-1682 - 2004
Chitin là một thành phần trên bề mặt của ký sinh trùng và côn trùng, và chitinase được sinh ra ở các dạng sống thấp hơn trong quá trình nhiễm các tác nhân này. Mặc dù bản thân chitin không tồn tại ở người, chitinase lại có trong bộ gene con người. Chúng tôi cho thấy rằng chitinase acid ở động vật có vú (AMCase) được sinh ra thông qua một con đường đặc hiệu của tế bào T hỗ trợ loại 2 (Th2) ...... hiện toàn bộ
#Hen suyễn #Chitinase #Động vật có vú #Tế bào T hỗ trợ (Th2) #Interleukin-13 (IL-13) #Viêm Th2 #Đường dẫn IL-13 #Dị nguyên đường hô hấp #Đại thực bào #Chemokine #Chất trung gian sinh học
Adiponectin – Hành trình từ một protein tiết ra từ tế bào mỡ đến chỉ thị sinh học của hội chứng chuyển hóa Dịch bởi AI
Journal of Internal Medicine - Tập 257 Số 2 - Trang 167-175 - 2005
Tóm tắt.Adiponectin là một hormone được tiết ra từ tế bào mỡ, được phát hiện vào năm 1995. Khác với leptin, được xác định vào khoảng thời gian tương tự, ý nghĩa lâm sàng của adiponectin vẫn còn mờ mịt trong một số năm. Tuy nhiên, bắt đầu từ năm 2001, nhiều nghiên cứu đã được công bố từ các phòng thí nghiệm khác nhau, nêu bật tiềm năng kháng tiểu đường, kháng xơ vữa...... hiện toàn bộ
Tổng số: 310   
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 10

Chủ đề khác

#điểm nóng

Điểm nóng là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

#chụp ct

Chụp ct là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

#đo độ dày

Đo độ dày là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

#thị trường tài chính

Thị trường tài chính là gì? Các nghiên cứu khoa học

#áp điện

Áp điện là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

#lớp bề mặt

Lớp bề mặt là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

#oxytocin

Oxytocin là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

#phenytoin

Phenytoin là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

#chất cản quang

Chất cản quang là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

#copula

Copula là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan


Xem thêm