Sinh học tế bào — nền tảng của cấu trúc và hoạt động sống

Tế bào là đơn vị cơ bản của sự sống. Hiểu tế bào cần gì, hoạt động ra sao và vì sao nguyên tắc không phải càng nhiều càng tốt mà là đúng – đủ – cân bằng – phù hợp.

Vì sức khoẻ của chính mình, hãy dành ít phút tìm hiểu khoa học về tế bào và phân tử — để hiểu cơ thể cần gì và biết cách chăm sóc sức khoẻ đúng từ nền tảng.

Cơ thể con người được cấu tạo từ nhiều hệ cơ quan như tim mạch, hô hấp, tiêu hoá, thần kinh, miễn dịch, cơ xương. Nhưng khi đi sâu vào cấu tạo của các mô và cơ quan, chúng ta đều gặp một đơn vị cơ bản: tế bào.

Cơ thể được tổ chức theo nhiều cấp độ:

TẾ BÀO → MÔ → CƠ QUAN → HỆ CƠ QUAN → CƠ THỂ

Vì vậy, muốn hiểu sâu về hoạt động của cơ thể, trước hết cần hiểu tế bào hoạt động như thế nào.

Sinh học tế bào là gì

Sinh học tế bào (Cell Biology) là ngành khoa học nghiên cứu cấu trúc, chức năng và các hoạt động sống của tế bào.

Ngành này nghiên cứu cách tế bào tạo và sử dụng năng lượng, tổng hợp các thành phần cần thiết, vận chuyển chất, truyền và nhận tín hiệu, phân chia, thích nghi, sửa chữa tổn thương và phối hợp với những tế bào khác.

Theo học thuyết tế bào:

• Tế bào là đơn vị cấu trúc của cơ thể sống.
• Mọi sinh vật đều được cấu tạo từ một hoặc nhiều tế bào.
• Tế bào là cấp độ tổ chức sống có biểu hiện đầy đủ các hoạt động của một hệ thống sống.
• Tế bào chỉ được sinh ra từ tế bào có trước.
• Hoạt động của tế bào phụ thuộc vào sự hoạt động của các bào quan bên trong tế bào.
• Hoạt động của một cơ thể sống phụ thuộc vào sự phối hợp hoạt động của các tế bào trong cơ thể.

Đối với con người, điều đó có ý nghĩa rất quan trọng: hoạt động của các mô và cơ quan không thể tách rời hoạt động của những tế bào cấu tạo nên chúng.

Từ tế bào đến toàn bộ cơ thể

Tim được tạo nên từ tế bào cơ tim và nhiều loại tế bào hỗ trợ khác. Gan có tế bào gan cùng nhiều quần thể tế bào chuyên biệt. Não có neuron và các tế bào thần kinh đệm. Xương cũng là mô sống, với nhiều loại tế bào liên tục tham gia xây dựng và tái cấu trúc.

Mỗi loại tế bào đảm nhiệm một chức năng khác nhau, nhưng chúng không hoạt động riêng lẻ. Các tế bào liên tục trao đổi vật chất, gửi và nhận tín hiệu, đáp ứng với môi trường và phối hợp với nhau.

Vì vậy:

Hoạt động của một cơ thể sống phụ thuộc vào sự phối hợp hoạt động của các tế bào trong cơ thể.

Bên trong tế bào là một hệ thống sống

Một tế bào tuy rất nhỏ nhưng bên trong diễn ra vô số quá trình sinh hoá.

• Màng tế bào kiểm soát sự trao đổi nhiều chất và tiếp nhận tín hiệu từ môi trường.
• Ty thể đóng vai trò trung tâm trong quá trình tạo năng lượng ATP ở nhiều loại tế bào.
• Ribosome tổng hợp protein.
• Lưới nội chất và bộ máy Golgi tham gia tổng hợp, xử lý và vận chuyển nhiều sản phẩm của tế bào.
• Lysosome và các hệ thống tái chế giúp xử lý những thành phần không còn cần thiết hoặc đã bị hư hỏng.

Các cấu trúc này phối hợp với nhau để duy trì hoạt động sống của tế bào. Đi sâu hơn một tầng nữa — vào chính những phân tử bên trong — là nội dung của bài Sinh học phân tử.

Tế bào cần năng lượng và nguyên liệu

Tế bào không thể hoạt động nếu thiếu năng lượng và những nguyên liệu cần thiết.

Năng lượng cần cho vận chuyển chất, duy trì gradient ion, tổng hợp các phân tử, co cơ, truyền tín hiệu, sửa chữa và rất nhiều quá trình khác.

Tế bào đồng thời cần các nguyên liệu để xây dựng và duy trì cấu trúc của mình. Protein được xây dựng từ amino acid. Màng tế bào cần lipid và protein. Nhiều phản ứng chuyển hoá cần vitamin, khoáng chất và các cofactor. Tế bào còn cần nước, điện giải và, đối với nhiều quá trình tạo năng lượng, cần nguồn cung oxy thích hợp.

Thức ăn vì vậy không được tế bào sử dụng nguyên vẹn. Cơ thể phải tiêu hoá, hấp thu, vận chuyển và chuyển hoá thức ăn thành những dạng mà tế bào có thể sử dụng.

Đó là một trong những lý do dinh dưỡng có mối liên hệ sâu sắc với sinh học tế bào.

Nhưng tế bào không cần "càng nhiều càng tốt"

Một nguyên lý quan trọng của sinh học là cân bằng.

Thiếu một chất thiết yếu có thể ảnh hưởng đến chức năng tế bào, nhưng quá nhiều một số chất cũng có thể gây bất lợi. Nước, glucose, calcium, sodium, potassium và nhiều vitamin, khoáng chất đều phải được cơ thể điều hoà trong những giới hạn thích hợp.

Vì vậy, khi nói đến nhu cầu sinh học của tế bào, nguyên tắc phù hợp không phải là bổ sung càng nhiều càng tốt, mà là:

ĐÚNG – ĐỦ – CÂN BẰNG – PHÙ HỢP

Tế bào cần một môi trường thích hợp

Ngoài nguyên liệu và năng lượng, tế bào còn cần một môi trường nội tại phù hợp để hoạt động.

Nồng độ ion, nước, pH, nhiệt độ, oxy và nhiều thông số sinh lý được cơ thể liên tục điều hoà. Khả năng duy trì môi trường bên trong tương đối ổn định được gọi là cân bằng nội môi (homeostasis).

Tế bào cũng phải liên tục kiểm tra và sửa chữa chính mình. Protein hư hỏng cần được xử lý, các cấu trúc suy giảm chức năng cần được tái chế, và những tổn thương phải được sửa chữa khi có thể.

Do đó, duy trì sự sống không phải một trạng thái đứng yên, mà là một quá trình liên tục:

Tiếp nhận → Chuyển hoá → Xây dựng → Hoạt động → Kiểm tra → Sửa chữa → Tái tạo

Khi tế bào suy giảm chức năng

Tế bào có khả năng thích nghi rất lớn, nhưng không phải vô hạn.

Thiếu oxy, thiếu hoặc mất cân đối một số chất dinh dưỡng thiết yếu, độc chất, nhiễm trùng, stress oxy hoá quá mức, viêm kéo dài, các tác nhân vật lý, bất thường di truyền, lão hoá và nhiều yếu tố khác đều có thể ảnh hưởng đến cấu trúc hoặc chức năng tế bào.

Khi mức độ tác động vượt quá khả năng thích nghi và sửa chữa, chức năng tế bào có thể suy giảm.

Vì vậy, trong khoa học, "tế bào khoẻ mạnh" không đơn giản có nghĩa là tế bào còn sống. Quan trọng hơn là tế bào phải thực hiện được chức năng chuyên biệt của mình và phối hợp phù hợp với những tế bào khác.

Tế bào khoẻ mạnh — nền tảng cho hoạt động của mô và cơ quan

Một tế bào cơ tim cần thực hiện tốt chức năng của tế bào cơ tim. Một neuron cần truyền tín hiệu phù hợp. Tế bào gan phải thực hiện các chức năng chuyển hoá của nó. Tế bào miễn dịch phải thực hiện đúng nhiệm vụ miễn dịch.

Khi các tế bào hoạt động và phối hợp phù hợp, các mô có điều kiện thực hiện chức năng bình thường. Các mô tạo thành cơ quan, các cơ quan phối hợp thành hệ cơ quan, và các hệ cơ quan cùng duy trì hoạt động của toàn cơ thể.

Có thể hình dung:

TẾ BÀO → MÔ → CƠ QUAN → HỆ CƠ QUAN → CƠ THỂ

Do đó, hiểu sức khoẻ ở cấp độ tế bào là đi vào một trong những tầng nền tảng nhất của hoạt động sống.

Tóm lại

Tế bào là đơn vị cơ bản của sự sống. Một cơ thể hoạt động tốt cần những tế bào thực hiện đúng chức năng và phối hợp hài hoà với nhau.

Và để duy trì hoạt động của tế bào, điều quan trọng không phải "càng nhiều càng tốt", mà là tạo những điều kiện sinh học ĐÚNG – ĐỦ – CÂN BẰNG – PHÙ HỢP.