Chuyên đề Tế bào: Đơn vị căn bản của sự sống

Mục lục
[giấu]
1 Giới thiệu: 
2 Tế bào: Đơn vị căn bản của sự sống 
2.1 Kích thước tế bào được giới hạn bởi tỷ lệ bề mặt và thể tích 
2.2 Sự cần thiết của kính hiển vi trong quan sát tế bào 
2.3 Màng sinh chất (plasma membrane) bao quanh tế bào 
3 Tế bào nhân sơ Prokaryota 
3.1 Các đặc điểm đặc trưng của tế bào nhân sơ 
3.2 Một số tế bào nhân sơ có đặc điểm đặc biệt 
4 Tế bào của sinh vật có nhân chuẩn 
4.1 Sự ngăn cách các khoang trong tế bào Eucaryote: chìa khoá chức năng tế bào Eucaryote 
4.2 Các bào quan có thể được nghiên cứu bởi kính hiển vi hoặc phân lập trong phân tích hóa học 
5 Những bào quan xử lý thông tin 
5.1 Nhân tế bào chứa hầu hết DNA của tế bào 
5.2 Ribosome là nơi tổng hợp protein 
6 Hệ thống nội màng 
6.1 Mạng lưới nội chất là một nhà máy phức tạp 
6.2 Bộ máy Golgi : dự trữ, sửa đổi, và đóng gói protein 
6.3 Tiêu thể 
7 Bào quan sinh năng lượng 
7.1 Ti thể là nơi chuyển hoá năng lượng: 
7.2 Các hạt quang hợp hoặc các hạt vật liệu dự trữ : 
7.3 Các loại lạp khác : 
7.4 Hiện tượng nội cộng sinh giải thích nguồn gốc của ty thể và lục lạp 
8 Các bào quan khác 
8.1 Peroxisome – nơi diễn ra các phản ứng hóa học trong tế bào 
8.2 Không bào chứa nước và các dịch hòa tan 
9 Bộ xương tế bào 
9.1 Vi sợi: nâng đỡ và di chuyển 
9.2 Sợi trung gian 
9.3 Vi ống: dài và rỗng 
10 Cấu trúc ngoại bào 
10.1 Thành tế bào thực vật chứa một lượng lớn cellulose 
10.2 Tế bào động vật được bao bọc bởi khuôn gian bào (extracellular matrix) 
 Giới thiệu:
Charles Darwin đã đối mặt với tình huống cực kỳ nan giải. Trong cuốn "Nguồn gốc các loài", được xuất bản năm 1859, ông đưa ra giả thuyết về chọn lọc tự nhiên để giải thích sự xuất hiện dần dần và biến mất của những dạng động và thực vật trong thời gian dài. Nhưng ông nhận ra rằng những giả thuyết của ông dựa trên những ghi nhận từ hóa thạch, là không hoàn chỉnh, nhất là vào lúc sự sống bắt đầu. Các hóa thạch cổ nhất trong thời của Darwin đã được tìm thấy là những sinh vật phức tạp cách đây khoảng 550 tỉ năm (kỷ Cambri). Vậy những hóa thạch trước kỷ Cambri ở đâu? Chúng chắc chắc sẽ đưa đến mối liên hệ với điểm bắt đầu của sự sống. 
Như đã học ở chương 3, điều kiện trái đất có thể thích hợp cho cuộc sống cách đây 4 tỷ năm, khoảng 600 triệu năm sau khi trái đất hình thành. Nhưng cho đến gần đây, không có bằng chứng nào về cuộc sống trước thời kỷ Cambri. Quay lại thế kỷ 20, có bằng chứng về khối tảo (sinh vật đơn giản có khả năng quang hợp sống trong nước) hóa thạch bằng đá tại vùng Grand Canyon cách đây gần 1 tỷ năm. 
Các nhà khoa học đã mất thêm một thế kỷ để xác định chính xác hơn khởi điểm của sự sống. Năm 1993, nhà địa chất học, William Schopf tìm thấy hóa thạch gồm một chuổi hình trụ bằng đá, có kích thước và hình dạng khá giống với cyanobacteria đương thời ("tảo lục "), ở Tây Úc cách đây 3.5 tỷ năm. Sau đó, ông dùng phương pháp phân tích hóa học là laser quang phổ học Raman và cho thấy vật này dường như có chứa C - dấu hiệu hóa học của sự sống. 
Hóa thạch tảo phát hiện tại Tây Úc
Những vật thể tròn hay hình trụ bằng đá trên Trái đất hay hóa thạch từ sao Hỏa (chương 3) đã hấp dẫn nhà khoa học bởi vì học nhận thấy rằng cuộc sống không chỉ là 1 cụm đại phân tử. Đúng hơn, sự sống là các đại phân tử có thể biểu hiện các hoạt động chức năng riêng biệt bởi vì chúng được bao bọc trong 1 cấu trúc tách biệt với bên ngoài môi trường. Sự tách biệt này cho phép sinh vật sống duy trì môi trường bên trong không đổi (tính nội cân bằng). Cấu trúc sống đó dược gọi là tế bào, đó là phần nghiên cứu chính trong chương này. 
Tế bào: Đơn vị căn bản của sự sống
Như nguyên tử là đơn vị của hóa học, tế bào là những khối dựng lên sự sống. 3 tuyên bố sau hình thành nên thuyết tế bào: 
-tế bào là đơn vị căn bản của sự sống 
-tất cả mọi sinh vật đều cấu tạo từ tế bào 
-tất cả tế bào đều từ tế bào 
Tế bào được cấu tạo từ những phân tử nước và những phân tử lớn, nhỏ mà chúng ta đã học trong 2 chương trước. Mỗi tế bào chứa ít nhất 10,000 loại phân tử khác nhau, hầu hết chúng tồn tại ở nhiều bản sao. Tế bào dùng những phân tử này để vận chuyển vật chất và năng lượng, để đáp ứng với môi trường, và để sao chép chính chúng. 
Thuyết tế bào có 3 ý quan trọng: 
Nghiên cứu sinh học tế bào cũng giống như nghiên cứu về sự sống. Nguyên tắc cơ bản là chức năng của tế bào đơn như vi khuẩn cũng giống như 60 nghìn tỉ tế bào trong cơ thể bạn. 
Sự sống luôn tiếp diễn.Tất cả những tế bào trong cơ thể bạn đều bắt đầu từ 1 tế bào đơn, trứng được thụ tinh, từ sự giao hợp của 2 tế bào là tinh trùng từ bố và trứng từ mẹ. 
Nguồn gốc của sự sống trên Trái đất được đánh dấu bởi nguồn gốc của tế bào đầu tiên. 
Vào những năm 1920, nhà khoa học người Nga Alexander Oparin đã phối trộn 1 lượng lớn protein và polysaccharide vào dung dịch. Khi ông lắc mạnh hỗn hợp, những bong bong hình thành. Ông ta có thể làm điều đó với những polymer khác. Nồng độ các chất cao phân tử bên trong những bong bóng cao hơn ở môi trường xung quanh. Hơn nữa, chúng còn xúc tác các phản ứng hóa học, và điều khiển cái gì rời khỏi và vượt qua đường biên vào môi trường. Nói cách khác, đó là protobiont (là tập hợp các phân tử mà không có khả năng sinh sản nhưng môi trường hóa học bên trong chúng khác với môi trường xung quanh). Sau đó, những nhà nghiên cứu khác cho thấy nếu trộn lipid vào môi trường nước, thì chúng sẽ tự sắp xếp thành những giọt nhỏ được bao quanh bởi lớp đôi. Xảy ra đồng thời với mô hình hóa học tiền sự sống và giả thuyết RNA được mô tả trong chương 3, những thí nghiệm này đưa ra giả thuyết ảo tưởng cho nguồn gốc tế bào. 
Kích thước tế bào được giới hạn bởi tỷ lệ bề mặt và thể tích
Hầu hết tế bào rất nhỏ, thể tích tế bào trong khoảng từ 1-1000m3. Ngoại trừ trứng 1 vài loài chim rất to lớn, 1 vài tế bào đặc biệt của vài loài tảo và vi khuẩn đủ lớn để có thể thấy bằng mắt thường. Và mặc dù những nơron (tế bào thần kinh) có thể tích nằm trong khoảng của tế bào bình thường,nhưng mà những phần phát xuất từ chúng có thể dài hàng mét, mang tín hiệu từ 1 phần đến phần khác trong động vật lớn. Nhưng nhìn chung, tế bào rất nhỏ. Sự gia tăng kích thước tế bào là nguyên nhân của sự thay đổi tỉ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích (S/V)của bất cứ vật thể nào. Khi tế bào tăng thể tích, diện tích bề mặt của nó cũng tăng nhưng quy mô của nó không thay đổi. 
Tại sao các tế bào luôn nhỏ
Hiện tượng này có ý nghĩa sinh học to lớn vì 2 lý do sau: 
- Thể tích tế bào xác định khoảng hoạt động hóa học mà nó có thể hoạt động trên một đơn vị thời gian. - Diện tích bề mặt của tế bào xác định lượng chất tế bào lấy từ môi trường ngoài và lượng sản phẩm thải ra môi trường. vì thế khi một tế bào tăng trưởng lớn hơn thì tỉ lệ giữa chất thải tạo ra và nguồn vật chất cần hấp thụ tăng nhanh hơn nhiều so với sự gia tăng của diện tích bề mặt, do đó điều này giải thích tại sao những sinh vật lớn thì có nhiều tế bào nhỏ, vì khi thể tích nhỏ thì diện tích bề mặt trao đổi của chúng lớn, ở những cơ thể đa bào thì do được cấu tạo nhiều tế bào nhỏ khác nhau dẫn đến diện tích trao đổi lớn do đó chúng có thể thực hiện các chức năng cần thiết cho sự sống đặc biệt là vận chyển thức ăn, oxy, thải bả đi và đến từng tế bào bên trong cơ thể sinh vật và với môi trường bên ngoài. 
Sự cần thiết của kính hiển vi trong quan sát tế bào
Hầu hết các tế bào không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Một vật thể nhỏ nhất mà mắt một người bình thường có thể nhìn thấy được là khoảng 0.2 mm (200 um). Chúng ta gọi đó là độ phân giải (resolution), tức giới hạn nhỏ nhất mà người ta phân biệt được 2 điểm kề sát nhau, không chập lại thành một. Rất nhiều tế bào có kích thước nhỏ hơn 200 um. Kính hiển vi là dụng cụ thường được sử dụng để cải thiện độ phân giải giúp cho việc quan sát được tế bào và các cấu trúc bên trong của nó. Có 2 lại kính hiển vi cơ bản: kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử. Kính hiển vi quang học (light microscope – LM) sử dụng thấu kính thủy tinh và ánh sáng nhìn thấy được để phóng đại vật thể. Nó có thể phân giải một điểm khoảng 0.2 um gấp 1000 lần độ phân giải của mắt người. Nó cho phép chúng ta có thể hình dung được hình dáng, kích cỡ và một số cấu trúc bên trong tế bào. Các tế bào dưới ánh sáng bình thường sẽ khó phân biệt các chi tiết cấu trúc nên tế bào thường bị làm chết và nhuộm với các chất nhuộm màu khác nhau để các cấu trúc nổi bật lên dễ cho việc quan sát kỹ. Kính hiển vi điện tử (electron microscope – EM) sử dụng nam châm để tập trung chùm eletron, giống như kính hiển vi quang học sử dụng thấu kính thủy tinh để tập trung chùm ánh sáng. Bởi vì chúng ta không thể nhìn thấy điện tử, kính hiển vi điện tử sẽ hướng chúng đến một màn huỳnh quang hoặc chụp ảnh để tạo nên hình ảnh có thể nhìn thấy được. Độ phân giải một điểm của kính hiển vi điện tử là khoảng 0.5 nm, gấp 400.000 lần so với mắt người. Độ phân giải này cho phép phân biệt đến chi tiết các cấu trúc dưới mức tế bào (subcellular). Ngoài kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử, rất nhiều kỹ thuật đã và đang được nghiên cứu, phát triển nhằm tăng cường khả năng quan sát tế bào hơn nữa. 
Màng sinh chất (plasma membrane) bao quanh tế bào
Như chúng ta đã biết, màng sinh chất phân cách mỗi tế bào với môi trường của nó (tạo một ngăn riêng (nhưng không bị cô lập). Màng sinh chất cấu tạo từ lớp đôi phospholipid với một đầu kị nước có lipid quay vào và các nhóm ưa nước quay ra ngoài (như hình 3.2). Protein được gắn vào lipid. Trong nhiều trường hợp, các protein này nhô ra tế bào chất hoặc vào môi trường ngoại bào. Vấn đề về cấu trúc và chức năng của màng sinh chất sẽ được tập trung làm rõ chi tiết ở Chương 5. Ở chương này chỉ tóm tắt vai trò của màng sinh chất: 
+ Màng tế bào cho phép duy trì môi trường không đổi bên trong tế bào (constant internal environment), một sự tự duy trì, việc duy trì môi trường không đổi bên trong tế bào là một đặc tính của sự sống sẽ được thảo luận chi tiết ở Chương 41. 
+ Màng tế bào hoạt động như một hàng rào thấm chọn lọc, ngăn cản một số cơ chất thấm qua trong khi cho phép một số cơ chất khác tự do vào và ra khỏi tế bào. 
+ Được xem như ranh giới giữa tế bào với môi trường bên ngoài. Màng sinh chất quan trọng trong việc trao đổi với các tế bào lân cận và nhận các tín hiệu ngoại bào. Chúng ta sẽ mô tả chức năng này trong Chương 15. 
+ Màng sinh chất thường mang các phân tử thò ra khỏi tế bào chịu trách nhiệm cho việc nối và bám chặt với các tế bào lân cận. 
Hai kiểu tổ chức tế bào 
Tổ chức tế bào tiền nhân (Prokaryotic cell organization). Vi khuẩn (Bacteria) và cổ vi khuẩn (Archaea) có đặc điểm thuộc tổ chức này và được gọi là các tế bào Prokaryotae. Những tế bào này không có cấu trúc màng nhân bên trong. Tế bào đầu tiên được hình thành rõ ràng là tương tự với cấu trúc của các tế bào Prokaryotae hiện có này. 
Tổ chức tế bào nhân thật (Eukaryotic cell organization). Nhóm này bao gồm sinh vật đơn bào, thực vật, nấm và động vật. Vật liệu di truyền (DNA) của tế bào Eukaryote chứa đựng nhân điển hình và có màng nhân bao quanh. Tế bào Eukaryote còn chứa các ngăn có màng khác mà nơi đó các phản ứng hóa học đặc biệt diễn ra. 
Tế bào nhân sơ Prokaryota 
Các sinh vật nhân sơ sống nhờ các nguồn năng lượng phong phú và khác hơn nhiều so với các sinh vật sống khác, chúng còn cư trú trong các môi trường khắc nghiệt như trong các suối nước nóng hay khu vực nước có độ mặn rất cao. Khả năng thích nghi cao của sinh vật nhân sơ sẽ là chủ đề của chương 27. Tế bào nhân sơ nhìn chung nhỏ hơn các tế bào nhân chuẩn, chúng có kích thước khoảng từ 0.25x1.2 µm đến 1.5x4 µm. Mỗi sinh vật nhân chuẩn là các cơ thể đơn bào nhưng nhiều loại nhân chuẩn hình thành các chuỗi, các tập đoàn nhỏ hay các tập đoàn lớn tới hàng trăm cá thể. Trong phần này chúng ta sẽ xem xét đầu tiên các đặc điểm mà có cả ở vi khuẩn và cổ khuẩn nói chung. Sau đó chúng ta sẽ nghiên cứu các đặc điểm cấu trúc chỉ thấy được ở một số loài nhân chuẩn. 
Hình4.5:Tế bào Procaryote_cấu trúc tế bào vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa
Các đặc điểm đặc trưng của tế bào nhân sơ
Tất cả các tế bào nhân chuẩn đều có chung các đặc điểm cấu trúc cơ bản: - Màng sinh chất kiểm soát quá trình trao đổi chất giữa bên trong và bên ngoài tế bào, ngăn cách tế bào với môi trường xung quanh. - Thể nhân chứa vật chất di truyền (ADN) của tế bào. Phần bên trong của màng sinh chất được gọi là tế bào chất. Tế bào chất được hình thành từ hai phần: dịch bào lỏng và các tiểu phần không hòa tan lơ lửng, có cả các riboxom. - Dịch bào chủ yếu là nước chứa các ion hòa tan, các phân tử nhỏ và các đại phân tử có khả năng hòa tan như các protein. - Các Riboxom là các hạt nhỏ đường kính chừng 25nm là nơi diễn ra sinh tổng hợp protein. Tế bào chất không phải là môi trường tĩnh, các chất trong dó liên tục chuyển động trong môi trường có nước. Ví dụ như một protein đặc trưng chuyển động xung quanh một tế bào trong vòng 1 phút và nó cũng gặp rất nhiều các phân tử khác trong hành trình của mình. Mặc dù có cấu trúc không phức tạp bằng các tế bào nhân chuẩn nhưng tế bào nhân sơ có chức năng phức tạp, nó thực hiện hàng nghìn các biến đổi sinh hoá. 
Một số tế bào nhân sơ có đặc điểm đặc biệt 
Trong quá trình tiến hóa một vài sinh vật nhân sơ phát triển các cấu trúc đặc biệt. Đó là các ưu thế chọn lọc mà chúng mang đến cho những tế bào chứa chúng. Các cấu trúc này bao gồm một thành tế bào bảo vệ, một màng trong ngăn tế bào trong các phản ứng sinh hóa và các tiêm mao giúp tế bào vận chuyển trong môi trường nước. Các đặc điểm này được mô tả ở hình 4.5 và 4.6 
Thành tế bào 
Hầu hết sinh vật nhân sơ có một thành tế bào bao bọc bên ngoài màng sinh chất. Tính cứng của thành nâng đỡ tế bào và quyết định hình dạng của tế bào. Thành tế bào của hấu hết các vi khuẩn (không xét đến cổ khuẩn) chứa peptidoglycan, một polyme của amin và các loại đường liên kết đồng hóa trị với một dạng đơn phân khổng lồ bao quanh tế bào. Ở một số vi khuẩn còn có một lớp màng khác ở bên ngoài (màng polysaccarit giàu photpholipit) kèm theo với màng peptidoglycan. Không giống như màng sinh chất, màng ngoài này không có tính thấm và một vài polysaccarit của nó chứa chất độc gây bệnh. Cùng với thành tế bào một số vi khuẩn còn có lớp màng nhầy tạo thành chủ yếu từ polysaccarit được xem như là cái vỏ của vi khuẩn. Vỏ của một số loại vi khuẩn có thể bảo vệ chúng khỏi sự tấn công của tế bào bạch cầu trong cơ thể các động vật mà chúng xâm nhập. Nhiều nhân sơ không có vỏ hay đã mất vỏ nhưng chúng vẫn tồn tại được, như vậy cái vỏ không phải là thiết yếu đối với đời sống nhân sơ. Trong chương này bạn sẽ gặp tế bào nhân chuẩn ở thực vật cũng có thành nhưng thành này khác với thành tế bào nhân sơ cả về cấu trúc và chức năng. 
Hệ màng trong 
Một số nhóm của vi khuẩn – Vi khuẩn lam và các nhóm khác – có khả năng quang hợp. Trong các vi khuẩn quang hợp, lớp màng plasma cuộn gấp trong tế bào chất và tạo nên hệ màng trong đó có chứa chlorophyl của vi khuẩn và các hợp chất khác cần thiết cho quang hợp. Quá trình quang hợp ở vi khuẩn, thường do các màng trong tế bào, là một bằng chứng quan trọng trong tiến hoá của sự sống trên trái đất. Một số loại sinh vật tiền nhân có màng trong gấp nếp vẫn đính vào màng plasma. Các mesosome tạo nên cấu trúc trong phân chia tế bào hoặc trong các phản ứng chuyển hóa năng lượng. 
Roi và pili 
Một số prokaryotes bơi bằng cách sử dụng phần phụ được gọi là roi (flagella) (hình 4.6 a, c). Một cái roi được cấu tạo bằng một loại protein gọi là flagellin, lúc đó nhìn nó giống như là xoắn lại rất nhỏ. Nó quay tròn quanh trục của nó như là cái chân vịt tàu thủy, đưa tế bào tiến lên. Roi như một cái mỏ neo gắn vào màng plasma và trong một số vi khuẩn, cho đến tận vách tế bào. Chúng ta biết rằng cái roi làm tế bào di động bởi nếu bỏ nó đi, thì tế bào không thể chuyển động. Pili là một cấu trúc lồi ra bề mặt của một số nhóm vi khuẩn (hình 4.6b). Ngắn hơn roi, nó dài và mảnh giúp vi khuẩn bám vào một vật khác như một lớp đệm, như là tế bào động vật để bảo vệ và ăn. 
Bộ khung của tế bào 
Các bằng chứng gần đây chứng tỏ rằng một số loại sinh vật tiền nhân, đặc biệt là vi khuẩn hình que, có một cấu trúc dạng sợi xoắn nằm phía trong màng plasma. Các protein tạo nên cấu trúc này được cấu tạo bởi các trình tự amino axit tương tự như sợi actin ở tế bào nhân thật, và từ lúc đó actin là một thành phần của bộ khung của các tế bào này (xem bên dưới), điều đó chứng tỏ rằng các sợi xoắn của tế bào tiền nhân đóng vai trò tạo nên hình dạng của tế bào. 
Tế bào của sinh vật có nhân chuẩn
Tế bào động vật, thực vật, nấm và protists thường lón hơn và cấu trúc phức tạp hơn tế bào procaryotes. Xem hình 4.5 và 4.7 để thấy rõ sự khác nhau giữa tế bào của sinh vật có nhân chuẩn và tế bào của sinh vật chưa có nhân điển hình 
Tế bào eucaryote thường lớn gấp 10 lần tế bào procaryote, ví dụ, tế bào hình cầu nấm kích thước 8 μm. Tương tự tế bào procaryote, tế bào eucaryote bao gồm tế bào chất (cytoplasm), màng sinh chất(plasma membrane) và ribosome. Ngoài các thành phần cơ bản trên,trong tế bào chất của eucaryote còn có các khoang mà thành phần trong các khoang này được ngăn cách với tế bào chất bằng một màng. 
Hình4.7 :Tế bào Eucaryote
Sự ngăn cách các khoang trong tế bào Eucaryote: chìa khoá chức năng tế bào Eucaryote
Một vài khoang trong tế bào eucaryote có chức năng tương tự như một nhà máy sản xuất các sản phẩm đặc biệt, một số khác thì như nhà máy năng lượng, ví dụ như thực vật chúng sử dụng năng lượng ở một dạng khác (năng lượng ánh sáng) rồi chuyển chúng sang dạng năng lượng hữu dụng hơn (hóa năng). Những khoang có màng (dùng để phân biệt với các khoang không màng như ribosome) đều được gọi là các bào quan (organelles). Mỗi bào quan này đều có vai trò đặc biệt trong tế bào và vai trò này phụ thuộc vào các các phản ứng hóa học xảy ra do chúng đảm nhiệm. 
Nhân (nucleus) chứa vật chất di truyền (DNA), sự nhân đôi chất liệu di truyền và bước đầu tiên trong quá trình giải mã thông tin di truyền diễn ra ở thể nhân . 
Ty thể (mitochonrion) là nơi năng lượng tổng hợp dự trữ dưới dạng các liên kết carbon được biến đổi sang dạng sử dụng của tế bào (ATP) và không thể thiếu trong phản ứng trao đổi sinh hoá acid amin và acid béo. 
Màng nội chất và bộ máy golgi (the endoplasmic reticulum and Golgi apparatus) là thành phần nơi protein được đóng gói và chuyển đến các phần tuơng ứng trong tế bào. 
Tiêu thể và không bào (lysosomes and vacuoles) là hệ thống tiêu hóa các đại phân tử thành những đơn phân tử. 
Lục lạp (choroplast) nơi diễn ra quá trình quang hợp (photosynthesis) 
Các màng bao quanh các bào quan có hai chức năng chính : 
Thứ nhất , giữ các phân tử trong bào quan cách xa các phân tử trong tế bào tránh cho chúng xảy ra các phản ứng không thích hợp. 
Thứ hai các màng này hoạt động như yếu tố kiểm soát, cho các nguyên liệu chính vào trong bào quan và thải những sản phẩm cảu chúng ra tế bào chất. 
Các bào quan có thể được nghiên cứu bởi kính hiển vi hoặc phân lập trong phân tích hóa học
Những bào quan lần đầu tiên được phát hiện bởi kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử. Tác dụng của chất nhuộm màu lên các đại phân tử cụ thể đã cho phép các nhà sinh học tế bào có thể định tính được cấu tạo hóa học của các bào quan. Bên cạnh kính hiển vi, một phương pháp khác cũng được sử dụng. Đó là sự phân đoạn tế bào. Phương pháp này bắt đầu bằng cách phá hủy màng tế bào, điều này cho phép các thành phần của tế bào chất có thể đựng trong một ống thí nghiệm. Những bào quan khác nhau có thể được phân lập sau đó dựa trên sự khác biệt về kích thước hay tỉ trọng.Sự phân tích hóa sinh có thể tiến hành trên các bào quan riêng biệt. Kính hiển vi và sự phân đoạn tế bào đã bổ sung lẫn nhau, mở ra một bức tranh hoàn chỉnh về cấu trúc và chức năng của từng bào quan. 
Những bào quan xử lý thông tin
Các sinh vật sống được là nhờ vào sự xử lý các thông tin- bên trong cơ thể, tín hiệu ngoài môi trường và lưu trữ các tín hiệu- để đáp ứng với việc thay đổi các điều kiện bên ngoài và giữ ổn định môi trường bên trong tế bào. Trong tế bào thông tin được lưu trữ trong trình tự DNA. Hầu hết DNA ở tế bào eukaryote gói gọn trong nhân. Thông tin được dịch mã từ DNA sang protein tại robosome. Quá trình này được trình bày kỹ lưỡng ở chương 12. 
Nhân tế bào chứa hầu hết DNA của tế bào
Nhân tế bào là loại bào quan lớn nhất trong tế bào . Nhân của hầu hết tế bào động vật khoảng 5μm gần như là lớn hơn rất nhiều so với toàn bộ tế bào prokaryote. 
Nhân tế bào
Nhân có 1 số vai trò trong tế bào như 
-Là nơi diễn ra quá trình nhân đôi DNA 
-Nhân là nơi chứa thông tin di truyền điều khiển mọi hoạt động sống của tế bào 
-Có một vùng được gọi là nhân con là nơi bắt đầu tổng hợp ribosome từ protein đặc hiệu và RNA 
Nhân được bao bọc bởi hai màng, kết hợp với nhau để thành màng nhân. Giữa hai màng nhân có một khỏang trống khoảng 10-20 nm, trên màng nhân có các lỗ màng nhân có diện tích khoả 9nm, lỗ màng nhân này có nhiệm vụ làm cầu nối giữa bên trong nhân và tế bào chất. 
Tại những lỗ này màng ngoài của màng nhân dính trực tiếp với màng trong. Mỗi lỗ được bao bọc bởi một giếng có cấu tạo từ tám protein xếp thành những hạt nhỏ trong một hình bát giác nơi mà màng trong và màng ngoài kết hợp với nhau. RNA và protein đi qua những lỗ này để vào hoặc ra khỏi nhân 
Tại những vị trí nhất định, màng ngoài của màng nhân đính vào tế bào chất và tiếp tục dính với các màng của bào quan khác,như màng của lưới nội chất(sẽ được nói đến ở phần sau) 
Trong nhân, DNA kết hợp với protein để hình thành các sợi có cấu tạo phức tạp gọi là chromatin. Chromatin có cấp tạo rất dài, mỏng, như những sợi chỉ rối. Trước khi thực hiện phân bào, chromatin kết hợp lại thành những sợi riêng lẽ có thể thấy được cấu trúc gọi là chromosome 
Bao quanh các sợi chromatin là nước và các chất hoà tan khác thường được gọi là dịch nhân. Trong dịch nhân có một hệ thống protein cấu trúc được gọi là nuclear matrix xắp xếp các chromatin. Tại vùng ngoại vi của nhân, chromatin kết hợp với một mạng lưới protein gọi là nuclear lamina, được tạo thành bởi sự polymer hoá của protein gọi là lamins. Nuclear lamina tạo nên hình dạng của nhân nhờ chúng gắn cả với chromatin và màng nhân 
Trong hầu hết đời sống của tế bào, màng nhân có cấu trúc ổn định. Khi tế bào phân chia, màng nhân chia ra thành nhiều đoạn nhỏ tại các lỗ. Màng nhân hình thành lại cấu trúc cũ khi quá trình nhân đôi DNA kết thúc 
Ribosome là nơi tổng hợp protein
Trong tế bào procaryote, các ribosome di chuyển tự do trong tế bào chất. Trong tế bào eukaryote thì chúng có thể tìm thấy tại 2 nơi: trong nguyên sinh chất nơi ribosome có thể tự do hoặc gắn lên mạng nội chất tạo thành mạng nội chất nhám (trình bày ở đoạn sau); và trong ty thể và lục thể, nơi năng lượng được sản sinh. Trong mỗi nơi, ribosome là nơi mà protein được tổng hợp từ dưới sự điều khiển trực tiếp từ các nucleic acid. Mặc dù có vẻ như chúng quá nhỏ bé khi so sánh với tế bào, nhưng ribosome là một cỗ máy máy khổng lồ tạo nên một lượng lớn các phân tử. Ribosome của eukaryote và prokaryote gần giống nhau, chúng đều được cấu thành từ hai đơn vị có kích thước khác nhau. Ribosome của eukaryote có vẻ lớn hơn, nhưng cấu trúc ribosome của prokaryotic được nghiên cứu rõ hơn. Theo cấu tạo hoá học ribosome bao gồm ribosomal RNA (rRNA) một loại RNA đặc và hơn 50 loại protein khác nhau được liên kết với nhau nhờ các liên kết không phải liên kết cộng hóa trị. 
Hệ thống nội màng
Hệ thống nội màng chiếm phần lớn thể tích trong tế bào eukaryote. Hệ thống này gồm hai phần chính là : mạng lưới nội chất và thể Golgi. Sự gắn liền giữa màng nhân và hệ thống nội màng có thể quan sát dưới kính hiển vi điện tử. Hệ thống này gồm nhiều cấu trúc khác nhau nhưng tất cả chúng đều được bọc trong màng. 
Hệ thống nội màng
Mạng lưới nội chất là một nhà máy phức tạp
Hình ảnh kính hiển vi cho thấy một mạng lưới nối liền giữa các màng bên trong tế bào chất của tế bào Eucaryotic tạo thành những ống và túi. Tập hợp những màng mày được gọi là mạng lưới nội chất (endoplasmic reticulum hay ER). Phần giữa của ER được gọi là khoang (lumen). ER có thể chiếm gần 10 phần trăm thể tích tế bào và diện tích bề mặt của nó có thể gấp nhiều lần so với diện tích bề mặt màng tế bào. 
Phần ngoài của mạng lưới nội chất được gắn với ribosome đưọc gọi là màng nội chất nhám (rough endoplasmic reticulum hay RER) có thể nhìn thấy bằng kính hiển vi điện tử . RER có hai vai trò : 
- Tương tự như một khoang, đây là nơi protein được tổng hợp, các protein mới này sẽ được vận chuyển từ nguyên sinh chất đến các vị trí khác của tế bào. 
- Bên trong mạng nội chất nhám, protein được biến đổi hóa học dẫn đến sự thay đổi chức năng và quyết định vị trí đến của protein. 
Protein được tổng hợp tại các vị trí gắn ribosome,và chức năng của protein cũng biểu hiện ở cytosol, nghĩa là protein có thể thoát ra ngoài tế bào, gia nhập vào màng tế bào hoặc là di chuyển đến các bào quan trong hệ thống nội màng. Các protein tiếp tục vào các khoang(lumen) của mạng nội chất. tại đây, chúng sẽ bị nhiều biến đổi, như tạo ra các cầu nối disulfide và tạo nên cấu trúc bậc 3 protein ( hình 3.4) 
Trong màng nội chât nhám, protein được gắn thêm các nhóm carbohydrate sẽ tạo thành glycoprotein. Trong trường hợp các protein được ch