Mục lục bài họcĐang ở d01-b2
Cells, Ultrastructure and Size Limits
Cell theory and the awkward cases
Cell theory states that organisms are composed of cells, that the cell is the smallest unit of life, and that cells arise only from pre-existing cells. Several real structures sit uneasily inside it: striated muscle fibres are single units many centimetres long containing hundreds of nuclei; aseptate fungal hyphae form a continuous cytoplasm with no dividing walls; and giant algae such as Acetabularia reach several centimetres while remaining one cell.
Prokaryotic and eukaryotic ultrastructure
Prokaryotes have no nuclear envelope and no membrane-bound organelles. Their DNA is a single circular molecule in a nucleoid, often with additional plasmids, and their ribosomes are 70S. Eukaryotes have linear chromosomes wrapped around histones inside a nuclear envelope, 80S cytoplasmic ribosomes, and compartments — mitochondria, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus — that separate incompatible reactions.
Magnification, resolution and size
Magnification is how much larger the image is; resolution is the smallest separation at which two points still appear distinct. A light microscope is limited by the wavelength of visible light to about $200\ \text{nm}$, so no amount of extra magnification will reveal a ribosome of $20\ \text{nm}$. Magnification is calculated as image size divided by actual size, with both converted to the same unit first.
Surface area to volume ratio
Surface area rises with the square of length while volume rises with the cube, so $SA:V$ falls as an object grows. Since exchange happens across the surface but demand is generated throughout the volume, this ratio sets an upper limit on cell size and forces large organisms to evolve specialised exchange surfaces.
Cell theory và những ca khó xử của nó
Cell theory nói ba điều: mọi sinh vật cấu tạo từ tế bào, tế bào là đơn vị sống nhỏ nhất, và tế bào chỉ sinh ra từ tế bào có sẵn. Đề IB thích hỏi các ngoại lệ: striated muscle fibre (sợi cơ vân) là một đơn vị dài hàng centimet chứa hàng trăm nhân; aseptate fungal hyphae (sợi nấm không vách ngăn) là một khối tế bào chất liên tục; tảo khổng lồ Acetabularia dài vài centimet mà vẫn chỉ là một tế bào. Ba ca này không lật đổ cell theory, chúng chỉ cho thấy ranh giới "một tế bào" không sắc như định nghĩa.
Ultrastructure: prokaryote so với eukaryote
Prokaryote không có màng nhân, không có bào quan có màng. DNA của nó là một phân tử vòng nằm trong vùng nucleoid, thường kèm plasmid; ribosome loại 70S. Eukaryote có nhiễm sắc thể thẳng quấn quanh histone trong màng nhân, ribosome tế bào chất loại 80S, và có các ngăn — mitochondria, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus — để tách những phản ứng kỵ nhau ra khỏi nhau.
Magnification khác resolution
Magnification (độ phóng đại) là ảnh to gấp bao nhiêu lần vật. Resolution (độ phân giải) là khoảng cách nhỏ nhất mà hai điểm còn tách rời được. Kính hiển vi quang học bị bước sóng ánh sáng chặn ở khoảng $200\ \text{nm}$, nên phóng to thêm bao nhiêu cũng không thấy được ribosome cỡ $20\ \text{nm}$ — chỉ được một vệt mờ to hơn. Công thức: magnification bằng kích thước ảnh chia kích thước thật, quy về cùng đơn vị trước đã.
Surface area to volume ratio
Diện tích bề mặt tăng theo bình phương chiều dài, thể tích tăng theo lập phương, nên vật càng to thì $SA:V$ càng nhỏ. Trao đổi chất diễn ra qua bề mặt còn nhu cầu sinh ra khắp thể tích — đó là lý do tế bào bị giữ nhỏ, và là lý do sinh vật lớn buộc phải tiến hoá ra bề mặt trao đổi chuyên hoá như phổi, mang, lông ruột.
Một tế bào biểu mô được vẽ dài $48\ \text{mm}$ trên giấy. Chiều dài thật của tế bào là $24\ \mu\text{m}$. Tính magnification của hình vẽ.
Bước 1 — quy về cùng đơn vị. Đây là bước duy nhất mà học viên mất điểm. $1\ \text{mm} = 1000\ \mu\text{m}$, nên $48\ \text{mm} = 48\,000\ \mu\text{m}$.
Bước 2 — chia. Magnification bằng kích thước ảnh chia kích thước thật:
$$M = \frac{48\,000\ \mu\text{m}}{24\ \mu\text{m}} = 2000$$Kết quả: hình vẽ ở độ phóng đại $\times 2000$. Chú ý magnification không có đơn vị — nó là tỉ số giữa hai độ dài, nên hai đơn vị triệt tiêu nhau. Viết "$2000\ \mu\text{m}$" là sai về bản chất, không chỉ sai hình thức.
Cách tự kiểm: ước lượng thô trước khi bấm máy. Ảnh cỡ vài chục milimet, vật cỡ vài chục micromet — chênh nhau khoảng một nghìn lần, nên đáp số phải nằm ở hàng nghìn. Nếu bấm ra $2$ thì chắc chắn đã quên đổi đơn vị; nếu ra $20\,000$ thì đã đổi nhầm sang nanomet.
Một mạch DNA có trình tự $5'$-T A C G G A-$3'$. Viết trình tự mạch bổ sung theo đúng quy ước $5' \to 3'$.
Bước 1 — ghép base. Đi dọc mạch đã cho từ đầu $5'$: $T \to A$, $A \to T$, $C \to G$, $G \to C$, $G \to C$, $A \to T$. Được dãy A T G C C T.
Bước 2 — đây là chỗ bẫy. Dãy vừa viết là mạch bổ sung đọc theo chiều $3' \to 5'$, vì hai mạch antiparallel: đầu đối diện với $5'$ của mạch gốc chính là đầu $3'$ của mạch mới.
Bước 3 — đảo chiều để viết đúng quy ước. Đọc ngược dãy A T G C C T ta được:
$$5'\text{-T C C G T A-}3'$$Hai lỗi hay gặp. Viết "$5'$-A T G C C T-$3'$" là đã ghép base đúng nhưng quên đảo chiều — lỗi phổ biến nhất. Viết "$5'$-A U G C C U-$3'$" là đã nhầm sang RNA: uracil chỉ xuất hiện trong RNA, mạch bổ sung của DNA vẫn dùng thymine.
Cách tự kiểm: ghép hai mạch lại theo đúng chiều rồi kiểm từng cặp — $T$ đối $A$, $A$ đối $T$, $C$ đối $G$... Nếu có bất kỳ cặp nào không phải $A$–$T$ hoặc $G$–$C$ thì đã sai ở đâu đó.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Theme A1–A2 — Water, Nucleic Acids and Cells gồm 14 câu trắc nghiệm và 4 đề tự luận, ra khó hơn đề thật 30–50%. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.