Hầu hết các loại tế bào, kể cả nhân sơ và nhân thực, đều có kích thước rất nhỏ, thường chỉ quan sát được dưới kính hiển vi (H7.1), Tế bào nhân sơ điển hình có kích thước dao động từ 1 um đến 5 um, bằng khoảng 1/10 tế bào nhân thực. Kích thước nhỏ đem lại ưu thế cho tế bào nhân sơ: Tỉ lệ SV (diện tích bề mặt tế bào/thể tích tế bào) lớn dẫn đến tốc độ trao đổi chất với môi trường nhanh, nhờ đó tốc độ chuyển hoá vật chất, năng lượng và sinh sản nhanh nên chúng là loại sinh vật thích nghi nhất trên Trái Đất. So với tế bào nhân thực, tế bào nhân sơ chưa có nhân hoàn chỉnh, chưa có màng nhân ngăn cách giữa chất nhân và tế bào chất, chưa có hệ thống nội màng, chưa có các bào quan có màng bao bọc và bộ khung xương tế bào. Tế bào nhân sơ cấu trúc đơn giản, có nhiều hình dạng khác nhau, phổ biến nhất là hình cầu, hình que và hình xoắn.

Tế bào nhân sơ có đặc điểm chung là kích thước nhỏ, chưa có màng nhân, trong tế bào chất chỉ có ribosome, không có các bào quan có màng bọc.

Hầu hết các tế bào nhân sơ đều là những sinh vật đơn bào. Đa số chúng là vi khuẩn và Archaea (đọc là a-kia còn gọi là cổ khuẩn hay vi khuẩn cổ). Dưới đây chúng ta sẽ xem xét cấu trúc của một tế bào nhân sơ điển hình là vi khuẩn (H7.2).

– Tế bào nhân sơ được cấu tạo từ các thành phần chính là thành tế bào, màng tế bào, tế bào chất và vùng nhân. Một số tế bào có thể có thêm các thành phần như lông, roi và màng ngoài. – Tế bào nhân sơ sinh trưởng, phát triển nhanh, thích nghi với nhiều loại môi trường

Hình 7.2. Cấu tạo tế bào nhân sơ điển hình

a. Lông, roi và màng ngoài

– Lông và roi là những cấu trúc dạng sợi dài, nhô ra khỏi mảng và thành tế bào.

– Roi được cấu tạo từ bỏ sợi protein, là cơ quan vận động của tế bào. Các tế bào vi khuẩn có thể có một hoặc một vài roi.

– Lông ngắn hơn nhưng có số lượng nhiều hơn roi. Lông là bộ phận giúp các tế bào vi khuẩn bám dính, tiếp hợp với nhau hoặc bám vào bề mặt tế bào của sinh vật khác.

Ví dụ: Vi khuẩn Helicobacter pylori dùng lông bám dính vào tế bào niêm mạc dạ dày người, gây bệnh viêm loét dạ dày.

– Ở một số loại vi khuẩn, thành tế bào được bao phủ bởi một lớp màng ngoài có cấu tạo chủ yếu từ lipopolysaccharide. Màng ngoài của một số vi khuẩn gây bệnh giúp bảo vệ chúng tránh khỏi sự tấn công của các tế bào bạch cầu

b. Thành tế bào và màng tế bào

– Hầu hết vi khuẩn đều có thành tế bào. Thành tế bào vi khuẩn có độ dày từ 10 nm đến 20 nm, được cấu tạo bởi peptidoglycan. Dựa vào cấu tạo của thành tế bào (H 7.3), vi khuẩn được chia làm 2 nhóm: vi khuẩn Gram dương (Gr+), có thành dày bắt màu tím khi nhuộm Gram và vi khuẩn Gram âm (Gr–), có thành mỏng bắt màu đỏ khi nhuộm Gram.

– Thành tế bảo như một cái khung bên ngoài, có tác dụng giữ ổn định hình dạng và bảo vệ tế bào. Thành tế bào ảnh hưởng đến mức độ mẫn cảm của vi khuẩn đối với kháng sinh. Một số loại thuốc kháng sinh như penicillin diệt vi khuẩn bằng cách ngăn không cho vi khuẩn tạo được thành tế bào (H7.3), đặc biệt là đối với vi khuẩn Gr+. Thuốc này không có tác dụng phụ với người vì tế bào người không chứa peptidoglycan.

Hình 7.3. Cấu tạo thành tế bào vi khuẩn Gram âm (a) và vi khuẩn Gram dương (b)

– Ở một số loại vi khuẩn Gr-, bên ngoài lớp peptidoglycan của thành tế bào còn có lớp màng ngoài được cấu tạo từ lớp kép phospholipid như màng tế bào nhưng giàu lipopolysaccharide. Lớp màng ngoài không có chức năng cho các chất ra vào tế bào một cách có chọn lọc như màng tế bào (H 7.3). Một số loại lipopolysaccharide của lớp màng này bị phân hủy khi tế bào chết sinh ra các nội độc tố có thể gây chết người.

– Bên trong thành tế bào là lớp màng tế bào hay còn gọi là màng sinh chất. Màng tế bào nhân sơ cũng như tế bào nhân thực đều được cấu tạo bởi hai thành phần chủ yếu là lớp kép phospholipid và protein. Ngoài chức năng trao đổi chất có chọn lọc thì màng tế bào còn là nơi diễn ra các quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng của tế bào.

c. Tế bào chất

– Nằm giữa màng tế bào và vùng nhân là khối tế bào chất. Thành phần chính của tế bào chất là bào tương. Bào tương là dạng keo lỏng có thành phần chủ yếu là nước, các hợp chất hữu cơ và vô cơ khác nhau. Ngoài ra, trong bào tương có các hạt dự trữ (đường, lipid) và nhiều ribosome (10 000 đến 100 000) là nơi xảy ra quá trình tổng hợp protein của tế bào.

– Tế bào chất là nơi diễn ra các phản ứng hóa sinh, đảm bảo duy trì các hoạt động sống của tế bào.

d. Vùng nhân

– Vùng nhân của tế bào vi khuẩn không có màng bao bọc và hầu hết chỉ chứa một phân tử DNA dạng vòng, mạch kép (H 7.2). Phân tử DNA này mang thông tin di truyền điều khiển mọi hoạt động sống của tế bào vi khuẩn.

– Ngoài DNA ở vùng nhân, một số tế bào vi khuẩn còn có thêm các phân tử DNA nhỏ, dạng vòng, mạch kép khác được gọi là các plasmid. Trên các plasmid thường chứa nhiều gene kháng thuốc kháng sinh. Các plasmid mang gene kháng thuốc kháng sinh có thể được truyền từ tế bào vi khuẩn này sang tế bào vi khuẩn khác bằng con đường tiếp hợp. Trong kĩ thuật chuyển gene, các plasmid thường được sử dụng làm vector để biến nạp gene tái tổ hợp từ tế bào này sang tế bào khác. Tuy nhiên, nếu thiếu plasmid thì vi khuẩn vẫn sinh trưởng bình thường.