Thành phần cấu trúc nào của tế bào thực vật đóng vai trò chính trong quá trình thẩm thấu tại sao

Bài chính: Lịch sử của lý thuyết màng tế bào

Cấu trúc màng tế bào được giới thiệu theo nhiều cách khác nhau bởi nhiều tác giả khác nhau như the ectoplast [de Vries, 1885], Plasmahaut[plasma skin,Pfeffer, 1877, 1891], Hautschicht[skin layer, Pfeffer, 1886; được dùng với ý nghĩa khác bởi Hofmeister, 1867], plasmatic membrane [Pfeffer, 1900],plasma membrane, cytoplasmic membrane, cell envelope and cell membrane.

Một số tác giả đã không cho rằng tại bề mặt của tế bào có một ranh giới chức năng có tính thấm thích hợp để sử dụng thuật ngữ plasmalemma [được đặt ra bởi Mast, 1924] cho các vùng ngoại bào.

Năm 1972, hai nhà khoa học là Singer và Nicolson đã đưa ra mô hình cấu trúc màng sinh chất gọi là mô hình khảm - động. Theo mô hình này, màng sinh chất có lớp kép phospholipid. Liên kết phân tử protein và lipid còn có thêm nhiều phân tử carbohydrate. Ngoài ra, màng sinh chất ở tế bào động vật còn có thêm nhiều phân tử cholesterol có tác dụng tăng cường sự ổn định. Màng sinh chất là ranh giới bên ngoài và là bộ phận chọn lọc các chất từ môi trường đi vào tế bào và ngược lại. Màng sinh chất đảm nhận nhiều chức năng quan trọng của tế bào như: vận chuyển các chất, tiếp nhận và truyền thông tin từ bên ngoài vào trong tế bào, là nơi định vị của nhiều loại enzyme, các protein màng làm nhiệm vụ ghép nối các tế bào trong một mô... Màng sinh chất có các "dấu chuẩn" là glycoprotein đặc trưng cho từng loại tế bào. Nhờ vậy, các tế bào của cùng một cơ thể nhận biết ra nhau và nhận biết được các tế bào lạ của cơ thể.

Một tế bào thực vật trong dung dịch nhược trương sẽ hấp thu nước từ môi trường ngoài thông qua quá trình nội thẩm, vì vậy thể tích nước trong tế bào sẽ tăng lên và gây ra sự tăng áp suất, khiến tế bào chất của tế bào ép vào vách tế bào, tạo thành một trạng thái gọi là trương nước. Sự trương nước khiến các tế bào ép chặt lẫn nhau và đây là cơ chế chính giúp giữ cho cấu trúc cho các mô không phải gỗ được bền vững. Ở đây, phần vách tế bào bao bọc bên ngoài sẽ ngăn chặn sự hấp thu thêm nước của nó, khiến tế bào không thể phình to thêm nữa và sức căng tế bào không vượt quá một giá trị nhất định [gọi là sức căng tối đa] – điều này sẽ giúp tế bào không bị vỡ tung do căng phồng quá nhiều. Điều này cũng là lý do khiến cho thực vật có thể đứng thẳng mà không bị đổ do chính sức nặng của nó. Đó cũng là lý do khiến cây sẽ mọc thẳng và cao nếu được tưới nước đầy đủ.

Nếu một tế bào thực vật được đặt trong dung dịch ưu trương, nó sẽ bị mất nước ra môi trường ngoài và áp suất trương nước của nó cũng sẽ sụt giảm, dẫn đến trạng thái mềm nhũn của tế bào. Thực vật với tế bào trong tình trạng như vậy sẽ trở nên héo rũ. Nếu quá trình mất nước tiếp tục thì co nguyên sinh sẽ xảy ra: áp suất trương nước tiếp tục giảm cho đến khi chất nguyên sinh của tế bào tách rời khỏi vách tế bào, tạo ra những khoảng không giữa vách tế bào với màng tế bào. Cuối cùng, đến cả vách tế bào cũng sụp đổ, gây ra hiện tượng tóp bào [cytorrhysis]. Thật ra, thực vật có dự phòng sẵn vài biện pháp để ngăn ngừa sự mất nước cũng như hấp thu quá trớn, tuy nhiên quá trình co nguyên sinh hoàn toàn có thể bị đảo ngược nếu tế bào được đặt vào một môi trường nhược trương. Lỗ khí trong các lá cây cũng đóng vai trò tích cực trong việc điều chỉnh lượng nước thất thoát không vượt quá mức cho phép, và lớp sáp trên bề mặt lá cũng có tác dụng chống mất nước hiệu quả.

Ở tế bào động vật, việc mất nước như vậy gây ra hiện tượng co nguyên sinh răng cưa: phần chất lỏng bên trong tế bào sẽ thất thoát ra ngoài qua quá trình khuếch tán, cấu trúc tế bào sụp đổ và tế bào co dúm lại, hình thành các bề mặt nhăn nheo lồi lõm như bề mặt hình răng cưa.

Co nguyên sinh chỉ xảy ra trong những điều kiện cực kì khắc nghiệt - nói đúng ra nó rất hiếm khi xảy ra trong tự nhiên. Việc co nguyên sinh được tiến hành theo phương pháp nhân tạo trong phòng thí nghiệm bằng cách đặt tế bào trong một dung dịch ưu trương [có nồng độ muối hay đường cao] để gây ra tình trạng thấm lọc ra ngoài của tế bào. Đối tượng thí nghiệm thường là các thực vật thuộc chi Elodea hay các tế bào biểu bì hành tây vì nguyên sinh chất của chúng có màu sắc và điều này giúp hiện tượng co nguyên sinh có thể được nhìn thấy rõ mà không cần phải nhuộm tế bào.

Có hai dạng co nguyên sinh nếu xét theo bề mặt khoảng không giữa màng tế bào và vách tế bào, đó là co nguyên sinh lồi và co nguyên sinh lõm. Co nguyên sinh lõm thường có thể bị đảo ngược nếu như tế bào được đặt trở lại trong môi trường nhược trương, còn đối với co nguyên sinh lồi thì chuyện này là không thể - nguyên do là khi ở trong tình trạng co nguyên sinh lồi thì tế bào đã co rút vì mất nước quá lâu và vì vậy phục hồi là chuyện không thể.[1][2]