Mô tả các quá trình sinh học tế bào

1. HỌC PHẦN SINH HỌC TẾ BÀO-MÔ
Nguyễn Bá Tư

2. Tài liệu
1. Nguyễn Như Hiền, GIÁO TRÌNH SINH HỌC TẾ BÀO, Giáo
dục Việt Nam., 2012
2. Stephen R. Bolsover, CELL BIOLOGY, A JOHN WILEY & SONS,
INC., PUBLICATION, 2003

3. Nội dung
1. Tế bào nhân sơ và tế bào nhân chuẩn
2. Chu kỳ tế bào
3. Sự điều hòa biểu hiện gene
4. Cơ chế tái biệt hóa tế bào (Reprogramming of the
cell)

5. Phân loại sinh giới

6. Ba giới sinh vật
Thế giới sinh vật gồm ba giới ( dựa vào trình tự
nucleotide của rRNA):
Vi khuẩn (Bacteria)
Vi khuẩn cổ (Archaea)
Sinh vật nhân thật (Eukarya)

9. Tế bào Prokaryote
- Tế bào không nhân, bộ gen DNA mạch vòng
- Tế bào chất đơn giản chứa ribosome 70S, không có các
bào quan khác
- Vách tế bào cấu tạo bằng peptidoglycan hoặc
pseudopeptidoglycan, quyết định tính Gram của tế bào.
- Tốc độ sinh tổng hợp DNA, RNA, protein, sinh trưởng và
phân chia nhanh
- Có thể nhân năng lượng từ ánh sáng, hợp chất vô cơ, hữu
cơ
- Sinh sản chủ yếu bằng cách phân đôi, một số có khả năng
tạo bào tử
- Là dạng chiếm đa số trong sinh quyển, nhưngchưa được
khám phá nhiều

10. VK Gram âm và Gram dương

12. Bài tập:
1. Hãy phân biệt hai nhóm vi khuẩn theo cách gọi
tên Gram
2. Ý nghĩa của việc phân loại vi khuẩn theo nhóm
trong y sinh học là gì?

14. Vi khuẩn gram dương thường gây ra các bệnh:
•Tụ cầu khuẩn (Staphylococci): có khả năng tổng hợp hơn 25
loại protein, độc tố và men có tính chất gây bệnh, một số
nhóm nổi bật:
• Alpha, beta, gamma hemolysin có thể gây tan máu, gây
chết và tác động hoại tử da
• Coagulase làm đông huyết tương
• Fibrolysin gây tiêu sợi huyết
• β-lactamase: phá hủy vòng β-lactam, giúp vi khuẩn
kháng với thuốc kháng sinh nhóm β-lactam
• Độc tố gây hội chứng choáng nhiễm độc (TSST-1):
nhiễm độc cáp tính, đe dọa tính mạng.
• Độc tố ruột (enterotoxin): 50% chủng S. aureus sinh độc
tố ruột…
• Ở nhóm này, vi khuẩn thường gặp là Staphylococcus
aureus, gây nhiều bệnh nặng đồng thời có khả năng đề
kháng kháng sinh rất nặng.

15. •Liên cầu khuẩn (Streptococci) được phân thành 2 nhóm
chính: Gram dương
• Liên cầu tiêu huyết nhóm β (β hemolytic streptococci):
• Nhóm A: chỉ có một loại Streptococcus pyogenes,
tiết ra hơn 20 loại enzyme và ngoại độc tố với
những tác động khác nhau.
• Nhóm B: Streptococcus agalactiae, gây nhiễm
khuẩn và viêm màng não ở trẻ sơ sinh.
• Nhóm C và G: gây viêm mũi xoang, nhiễm trùng
huyết hay viêm nội tâm mạc.
• Nhóm D: Streptococcus faecalis, Streptococcus
faecium… có thể gây nhiễm trùng đường tiết niệu,
viêm nội tâm mạc, viêm màng não.

16. Vi khuẩn gram âm thường gây ra các bệnh sau:
Cầu khuẩn gram âm: Neisseria gonorrhoeae (cầu khuẩn lậu)
gây bệnh lây truyền qua đường tình dục, từ mẹ sang con,chủ
yếu gây viêm sinh mủ cấp tính tại cơ quan sinh dục;
Neisseria meningitidis (cầu khuẩn màng não) lây lan qua
đường hô hấp giọt nước, xâm nhập tới vùng tị hầu
(nasopharynx), sau đó đi vào máu gây nhiễm trùng huyết biểu
hiện sốt cao, chấm xuất huyết, ban xuất huyết, đông máu nội
mạch lan tỏa, trụy tim mạch. Đặc biệt cầu khuẩn màng não còn
có thể theo đường máu qua màng não gây viêm màng não mũ
(đột ngột, nhức đầu dữ dội, nôn mửa, cứng cổ, hôn mê)

17. •Pseudomonas aeruginosa (trực khuẩn mủ xanh): loại vi khuẩn
này thường gây các bệnh: nhiễm trùng vết thương, viêm tai ngoài,
viêm kết mạc, viêm giác mạc, viêm phổi, nhiễm trùng tiểu, nhiễm
trùng huyết,…
•Escherichia coli (E. coli, trực khuẩn đại tràng): có khả năng sinh
độc tố ruột (enterotoxin), làm tan máu (hemolysin), có thể gây
nhiễm khuẩn huyết ở trẻ sơ sinh do khả năng diệt khuẩn của hệ
miễn dịch của trẻ sinh non, dinh dưỡng kém là rất yếu ớt, gây viêm
màng não ở trẻ em.
•Salmonella (trực khuẩn thương hàn): gây bệnh thương hàn và
phó thương hàn A,B; nhiễm trùng nhiễm độc thức ăn, thường chủ
yếu do Salmonella typhi. Bệnh thường nặng, sốt kéo dài, lơ mơ. Vi
khuẩn đến ruột non đi vào máu gây nhiễm trùng huyết, đặc biệt nội
độc tố của salmonella sẽ tác động lên thần kinh giao cảm, gây hiện
tượng mạch nhiệt phân ly (mạch chậm, nhiệt độ tăng
•Shigella (trực khuẩn lỵ): nội độc tố là lipopolysaccharide của thành
tế bào vi khuẩn, ngoại độc tố tiết ra bởi Shigella shiga, gây bệnh lỵ
trực khuẩn có khả năng phát tán thành dịch.

19. BÀI TẬP LÀM TẠI LỚP
Dựa vào hình vẽ các phương thức kháng kháng sinh của vi khuẩn, em hãy cho ví dụ và
phân tích theo từng con đường: Vai trò quan trọng của lớp peptidoglycan, techoic acid

20. MÀNG SINH CHẤT

21. Bài tập
- Trình bày cơ chế vận chuyển qua màng tế bào
Phân biệt vận chuyển chủ động và vận chuyển
thụ động
- Sự hấp thụ thức ăn ở màng tế bào lông ruột
(ruột non)
- Cơ chế của bệnh tiêu chảy: Nguyên lý, cách
điều trị

22. Cấu trúc NST Eukaryote
- Kích thước lớn
- Nucleosome, chromatin, nhiễm sắc thể
- Telomere ở hai đầu và centromere ở giữa
- Ba nhóm DNA:
 DNA một bản sao: mã hóa protein
 DNA lặp lại trung bình: mã hóa histone,
immunoglobin, rRNA, tRNA
 DNA vệ tinh: 20% tổng DNA, chức năng chưa rõ

24. Mechanisms Controlling Development?
DNA Methylation and Histone modifications are the central
to controlling chromosome morphology
(Gurdon, et al., 2011)

25. The Cell Cycle:
Meiosis & Mitosis

26. The Cell Cycle:
Meiosis & Mitosis
12

27. Metaphase
(M phase)
• Chromosome
condensation
• Nuclear membrane
breakdown
Cell cycle (Mitosis)
Daughter
cells
• Chromosome
segregation
• Chromosome
decondensation
• Reformation of
nuclear membrane
Centrosome
Chromosomes
13

28. Cell cycle
M PHASE
4. ANAPHASE
3. METAPHASE
5. TELOPHASE
2. PROMETAPHASE
6. CYTOKINESIS
1. PROPHASE CELL
CYCLE
INTERPHASE 14

29. The cell cycle : Mitosis
G2 of INTERPHASE PROPHASE PROMETAPHASE
15

30. The cell cycle : Mitosis (cont.)
METAPHASE ANAPHASE
TELOPHASE AND
CYTOKINESIS
16

31. Germline stem cells
Sperm

32. The cell cycle : Meiosis
17

33. The cell cycle : Meiosis (cont.)
During another round of cell division, the sister
chromatids finally separate; four haploid daughter
cells result, containing single chromosomes.
18

35. N kép
(2N)
N đơn
2 N đơn

36. Buồng trứng

37. The centrosome cycle
Centrosome
maturation
Chromosome
condensation
Mitotic
commitment
NEBD
Centrosome
separation
Bipolar spindle
formation
Centriole
engagement
M
S
DNA
replication
Centrosome
duplication
Centriole
disengagement
19

38. Chu kỳ centrosome
Centrosome
Trưởng thành
Chromosome
Co ngắn
Kích hoạt
NEBD
Centrosome
Tách và di chuyển
Hình thành hai
cực thoi vô sắc
Centriole
hợp lại
M
S
DNA
tái bản
Centrosome
nhân đôi
Centriole
rời ra
19

39. Components of the Cell-Cycle
control system

40. What drives entry into M phase
MATURATION ACTIVATION
Oocyte Egg Embryo
1st polar body 1st pb
2nd pb
Hormonal
trigger Meiosis I Meiosis II
Fertilization
Cleavage
Oocyte
Arrested in
G2 phase
of meiosis I
Metaphase
of meiosis I
Oocyte
arrested in
M phase of
meiosis II
(M II)
Fertilizedegg
in interphase
What controls cell cycle transitions ?
21

41. Maturation promoting factor (MPF):
An activity that drives oocytes into M phase
A.
Inject cytoplasm from
M phase oocyte
Mature oocyte Interphase oocyte
(Metaphase II) (GV oocyte)
Spindle detected
At cell surface
Oocyte is driven
into M phase
B. Nucleus Nucleus Nucleus
Interphase oocyte
(GV oocyte)
Interphase oocyte
(GV oocyte)
Oocyte remain
in GV 22

42. What is MPF: discovery of cyclins
mitosis mitosis interphase
MPF
CyclinA
Cyclin B
Ribonucleotide
reductase
23
Relative
concentration

43. MPF là một cấu trúc dự hợp bao gồm protein
cyclins và enzyme Cdks
Tổng hợp
Cyclin Phân giải
Cyclins
Cyclin-phụ thuộc
Enzyme Kinase (Cdk1/Cdc2)
Maturation Promoting Factor
(MPF)
• Cyclin được tổng hợp và phân giải theo chu kỳ tế bào
• Hàm lượng protein Cdk không thay đổi trong chu kỳ tế bào
24

44. MPF là một cấu trúc dự hợp bao gồm protein
cyclins và enzyme Cdks
Synthesized
Cyclin Degraded
Cyclins
Cyclin-dependent
Kinase (Cdk1/Cdc2)
Maturation Promoting Factor
(MPF)
• The most important of these Cdks regulators are protein known as Cyclin.
• Cyclin undergo a cycle of synthesis and degradation in cell cycle.
• However, Cdk levels are constant in the cell cycles. 24

45. The core of the cell-cycle control system
Trigger mitosis machinery
M-Cdk (Cyclin act in Metaphase phase)
M-cyclin Cyclin
degradation
Cdk
Cyclin
degradation
S-cyclin
S-Cdk (Cyclin act in Synthesis phase)
Trigger DNAreplication machinery 25

46. MPF trong điều hòa chu kỳ tế bào
Khởi động bộ máy phân bào mitosis
M-Cdk (Cyclin hoạt hóa trong kỳ giữa
M-cyclin Cyclin
Phân hủy
Cdk
Cyclin
Phân hủy
Tổng hợp-cyclin
S-Cdk (Cyclin hoạt động trong pha S)
Khởi động bộ máy tái bản DNA

47. Activating MPF: Cyclin & Phosphorylation
M-cyclin
Cdk-Activating
kinase
CAK
Inhibitory
phosphatase
P
Phosphatase
P P
Cdk1/Cdc2 Inactive MPF
Wee1
Cdk-Inhibitory
kinase
Activating
phosphatase
Active MPF
Cdc2 has 2 phosphorylation sites: Inhibitory Tyrosine 14/15
Activating Threonine 160
26

48. Hoạt hóa MPF: Cyclin & Phosphorylation
M-cyclin
Cdk-Enzyme
kích hoạt
CAK
Ức chế
phosphatase
P
Phosphatase
P P
Cdk1/Cdc2 Chưa hoạt
hóa MPF
Wee1
Cdk-Enzyme
ức chế
Kích hoạt
phosphatase
Hoạt hóa MPF
Cdc2 có 2 vị trí phosphoryl hóa: Ức chế Tyrosine 14/15
Kích hoạt Threonine 160
26

49. Summary
The central components of the cell-cycle control
system are cyclin-dependent protein kinases (Cdks),
whose activity depends on association with
regulatory subunits called cyclins.
Oscillations in the activities of various cyclin-Cdk
complexes leads to the initiation of various cell-cycle
events.
The activities of cyclin-Cdk complexes are influenced
by several mechanisms, including phosphorylation of
the Cdk subunit, the binding of special inhibitory
protein, and proteolysis of cyclins.
27

50. Control of Meiosis in Oocyte

51. MPF activity increases at every M phase
Interphase arrest Maturation Fertilization Embryo development
G arrest
2
Meiosis I MeiosisII
Metaphase arrest
First
embryonic
mitosis
Second
embryonic
mitosis
29
MPF
activity

52. MPF and MAP kinase
Maturation Promoting Factor
MPF (Cdc2 kinase)
P
p34cdc2
cyclin B
P
P
MitogenActivated
MitogenActivated
Protein Kinase
Protein Kinase
MAPK (MAPkinase)
MAPK (MAPkinase)
MAPK
GV M I M II
Cdc2 kinase
MAPkinase
Chromosomecondensation
Germinal vesicle breakdown
Spindle formation
30

53. MPF và MAP kinase
MPF (Cdc2 kinase)
P
p34cdc2
cyclin B
P
P
MAPK (MAPkinase)
GV M I M II
Cdc2 kinase
MAPkinase
NST đóng xoắn tiến tới kỳ giữa
GVBD (vỡ màng nhân)
Hình thành spindle (thoi phân bào)
MPF,
MAPK cao
MPF,
MAPK thấp
MPF thấp sau MII: Tế bào tiến tới kỳ cuối
MAPK thấp sau MII: Tế bào hình thành hợp tử

56. Figure 1. Oocyte Meiotic Maturation and Egg Activation. The oocytes of most
animal species arrest in meiotic prophase I (reviewed by Masui and Clarke,
1979; Masui, 2001). In response to a hormonal stimulus (1-methyladenine in
starfish; progesterone in Xenopus; MSP in C. elegans), oocytes begin meiotic
maturation: the nuclear envelope breaks down (GVBD), as the oocyte enters M-
phase from prophase. The point of fertilization is species-specific. In the case of C.
elegans (I) fertilization occurs after maturation but prior to completion of meiosis I.
In C. elegans, fertilization is required for completing both meiotic divisions. For most
insects (II), fertilization occurs at metaphase or anaphase I. In most vertebrates (III),
fertilization occurs at metaphase II. Sea urchins complete meiosis before fertilization
(IV).

58. Structure of the
Nucleosome
DNAdouble
helix (2-nm
diameter)
Histone
“Beads on
a string
Nucleosome
(10-nm diameter)
Tight helical fiber
(30-nm diameter) Supercoil
(200-nm
diameter)
Metaphase chromosome
700-nm
31

59. Epigenetic modifications
In biology, the term epigenetics refers to changes in phenotype
(appearance) or gene expression caused by mechanisms other
than changes in the underlying DNA sequence, hence the name
epi- (Greek: over; above) -genetics.
NH3+
Nucleosome
DNA
-K9 Ac
P S10-
-K14 Ac
Me
-K18 Ac
H2B H2A
H4 H3 P S28- -K27 Me
DNA H3
Octameric
histone core Histone H3 32

60. Activities of Cdc2 kinase (MPF) and histone H3
kinase during oocyte maturation
GV I GV II - IV Diakinesis Metaphase I Ana-Telo I Metaphase II
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 h
Cdc2 kinase
Histone
H3 kinase
Biology of Reproduction. 2004
Involvement of histone H3 (Ser10) phosphorylation in chromosome
condensation without Cdc2 kinase and mitogen-activated protein
kinase activation in pig oocytes.
33
Bui HT, Yamaoka E, Miyano T.

61. Chuẩn bị cho buổi tiếp theo
1. Phân biệt sự khác nhau giữa tắm bể bơi và tắm
biển
2. Cơ chế vận chuyển qua màng sinh học, hệ protein
màng tế bào
3. Vì sao nói ty thể là nhà máy năng lượng của tế
bào?
4. Phân tích sự phù hợp cấu trúc-chức năng của lục
lạp

62. KIỂM TRA
HỌC PHẦN: TẾ BÀO-MÔ HỌC
thời gian: 90 phút
1.(40% đ) Làm rõ vai trò của MPF trong điều chỉnh
chu kỳ tế bào
2.(30% đ) Xây dựng/thiết kế một ý tưởng nghiên
cứu ứng dụng MPF trong hỗ trợ điều trị vô sinh
hiếm muộn ở người
3. (30% đ) Hiện nay, việc bảo quản trứng gà/vịt của
người dân đang gặp khó khăn do dễ bị hư hỏng,
bạn có ý tưởng nào hỗ trợ để tham gia cuộc thi ý
tưởng nghiên cứu khoa học sinh viên?

64. BÀI TẬP BỔ SUNG
Mỗi nhóm chọn 1 trong 2 câu hỏi
1. Cở sở tế bào của bệnh tiểu đường
2. Cở sở tế bào của bệnh xơ gan