HÓA SINH MÀNG TẾ BÀO. TS.BS. Trần Thị Chi Mai. Bộ môn Hóa sinh lâm sàng Khoa KTYH- Đại học Y Hà Nội

Hoá sinh màng tế bào TS.BS Trần Thị Chi Mai Bộ mơn Hố sinh lâm sàng Khoa KTYH- Đại học Y Hà Nội MỤC TIÊU HỌC TẬP Trình bày cấu trúc màng tế bào: thành phần hoá học, mơ hình cấu trúc Trình bày vận chuyển chất qua màng bào tương tế bào Màng tế bào • Tất tế bào bao bọc màng bào tương (plasma membrane) • Màng tế bào bao gồm lớp lipid kép với protein hình cầu gắn vào lớp lipid kép • Trên bề mặt màng, nhóm carbohydrat gắn với lipid tạo glycolipid, gắn với protein tạo glycoprotein Các phân tử hoạt động dấu ấn nhận dạng tế bào (cell identity markers) Mơ hình khảm lỏng (Fluid Mosaic Model) • Năm 1972, S Singer G Nicolson đề xuất mơ hình cấu trúc màng tế bào mơ hình khảm lỏng Glycoprotein Extracellular fluid Glycolipid Carbohydrate Cholesterol Transmembrane proteins Peripheral protein Cytoplasm Filaments of cytoskeleton Phospholipid • • Trong phospholipids, nhóm –OH glycerol gắn với acid béo Nhóm –OH thứ gắn với gốc phosphat, gốc phosphat lại gắn với nhóm phân cực khác Gốc phosphat nhóm phân cực ưa nước (hydrophilic) (đầu phân cực) chuỗi hydrocarbon acid béo kỵ nước (hydrophobic) (đuôi không phân cực) Choline Phosphate Glycerol Fatty acids Hydrophilic head Hydrophobic tails Structural formula Space-filling model Phospholipid symbol Phospholipid • Glycerol • Hai acid béo • Gốc Phosphate • Nhóm phân cực Hydrophilic heads ECF WATER Hydrophobic tails ICF WATER Lớp Phospholipid kép • Gồm lớp phospholipid; đuôi không phân cực hướng vào trong, đầu phân cực bề mặt • Tế bào động vật chứa cholesterol • Dạng lỏng, cho phép protein di chuyển lớp kép (bilayer) Polar hydro-philic heads Nonpolar hydro-phobic tails Polar hydro-philic heads Tính lỏng màng • • • • Các phân tử màng liên kết với tương tác kỵ nước yếu Phần lớn lipid số protein di chuyển sang bên cạnh mặt phẳng màng, di chuyển từ lớp phospholipid sang lớp (flip-flop) Tính lỏng màng chịu ảnh hưởng nhiệt độ Khi nhiệt độ thấp đi, màng chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn phân tử phospholipid xếp chặt lại Tính lỏng màng chịu ảnh hưởng thành phần cấu tạo Màng giàu acid béo không no lỏng màng chủ yếu acid béo no liên kết đơi acid béo không no ngăn cản gắn chặt Lateral movement (~107 times per second) Flip-flop (~ once per month) Thành phần cấu tạo màng • Cholesterol • • • • Xen phân tử phospholipid màng tế bào động vật Ở nhiệt độ ấm (37°C), cholesterol hạn chế di chuyển phospholipids giảm tính lỏng màng Ở nhiệt độ thấp, trì tính lỏng ngăn chặn gắn kết chặt Do cholesterol hoạt động “đệm nhiệt độ” cho màng, chống lại thay đổi tính lỏng màng nhiệt độ thay đổi Cholesterol Thành phần cấu tạo màng • Carbohydrat màng • • • Tương tác với phân tử bề mặt màng tế bào khác, giúp nhận biết tế bào- tế bào Nhận biết tế bào- tế bào khả tế bào phân biệt loại tế bào bên cạnh với tế bào khác Protein màng • • • • Nằm lớp lipid kép Protein ngoại vi (Peripheral proteins) gắn lỏng lẻo với bề mặt màng Protein xuyên màng (Integral proteins) nằm lớp lipid kép Nhiều protein trải từ mặt sang mặt màng (transmembrane proteins) Fibers of extracellular matrix (ECM) EXTRACELLULAR SIDE N-terminus Glycoprotein Carbohydrate Glycolipid Microfilaments of cytoskeleton Cholesterol Peripheral protein C-terminus Integral protein a Helix 10 CYTOPLASMIC SIDE Áp lực thẩm thấu • Áp lực thẩm thấu dung dịch áp lực cần thiết để giữ cân với nước tinh khiết • Nồng độ chất tan dung dịch cao, áp lực thẩm thấu dung dịch cao • Trương lực (tonicity) khả dung dịch làm cho tế bào lấy nướcdựa nồng độ chất tan 25 Trương lực • Nếu hai dung dịch có nồng độ chất tan, chúng gọi đẳng trương (isotonic) • Nếu dung dịch có nồng độ chất tan cao gọi ưu trương (hypertonic) • Nếu dung dịch có nồng độ chất tan thấp gọi nhược trương (hypotonic) Hypotonic solution H2O Lysed Isotonic solution Hypertonic solution H2O H2O Normal H2O Shriveled 26 Khuyếch tán tăng cường • • Sự di chuyển chất tan qua màng bán thấm với trợ giúp protein vận chuyển Thường phân tử lớn phân cực ion qua lớp phospholipid kép Hai loại protein vận chuyển là: • Kênh • Protein vận chuyển – gắn với chất tan phía giải phóng phía EXTRACELLULAR FLUID Channel protein CYTOPLASM Solute Carrier protein Solute 27 Khuyếch tán tăng cường • Đặc hiệu – kênh protein vận chuyển vận chuyển số ion phân tử • Thụ động – hướng di chuyển ngược gradient nồng độ • Bão hồ – tất protein vận chuyển sử dụng, tốc độ khuếch tán khơng thể tăng thêm 28 Vận chuyển tích cực • Sử dụng lượng (từ ATP) để di chuyển chất chống lại gradient nồng độ • Địi hỏi protein vận chuyển • loại: • Bơm màng tế bào (protein-mediated active transport)- vận chuyển tích cực tiên phát • Đồng vận chuyển (cotransport)- vận chuyển tích cực thứ phát 29 Bơm vận chuyển • Protein vận chuyển sử dụng lượng ATP để chuyển chất qua màng ngược gradient nồng độ : 30 Bơm Na-K • Hệ thống vận chuyển tích cực [Na+] high [K+] low Cytoplasmic Na+ binds to the sodium-potassium pump Na+ Na+ + NaEXTRACELLULAR FLUID [Na+] low Na+ [K+] high CYTOPLASM Na+ binding stimulates phosphorylation by ATP Na+ Na+ Na+ Na+ K+ is released and Na+ sites are receptive again; the cycle repeats ATP P ADP Phosphorylation causes the protein to change its conformation, expelling Na+ to the outside Na+ K+ P K+ Loss of the phosphate restores the protein’s original conformation K+ Extracellular K+ binds to the protein, triggering release of the Phosphate group K+ K+ K+ Pi P Pi 31 Vận chuyển tích cực thứ phát (đồng vận chuyển) • giai đoạn: • Protein vận chuyển sử dụng ATP để di chuyển chất qua màng ngược gradient nồng độ Dự trữ lượng • Protein vận chuyển kẹp đôi cho phép chất di chuyển xuôi gradient nồng độ lượng dự trữ dùng chuyển chất khác ngược dòng nồng độ : 32 Tóm tắt: Vận chuyển tích cực thụ động Passive transport Substances diffuse spontaneously down their concentration gradients, crossing a membrane with no expenditure of energy by the cell The rate of diffusion can be greatly increased by transport proteins in the membrane Active transport Some transport proteins act as pumps, moving substances across a membrane against their concentration gradients Energy for this work is usually supplied by ATP ATP Diffusion Hydrophobic molecules and (at a slow rate) very small uncharged polar molecules can diffuse through the lipid bilayer Facilitated diffusion Many hydrophilic substances diffuse through membranes with the assistance of transport proteins, either channel or carrier proteins 33 Vận chuyển chất kích thước lớn • chế: endocytosis exocytosis 34 Endocytosis • Màng bào tương bao bọc phân tử nhỏ dịch, tạo túi vào tế bào: • Phagocytosis • Pinocytosis • Receptor-Mediated Endocytosis 35 Ba loại Endocytosis PHAGOCYTOSIS In phagocytosis, a cell engulfs a particle by Wrapping pseudopodia around it and packaging it within a membraneenclosed sac large enough to be classified as a vacuole The particle is digested after the vacuole fuses with a lysosome containing hydrolytic enzymes EXTRACELLULAR FLUID Pseudopodium of amoeba “Food” or other particle Bacterium Food vacuole Food vacuole An amoeba engulfing a bacterium via phagocytosis (TEM) PINOCYTOSIS In pinocytosis, the cell “gulps” droplets of extracellular fluid into tiny vesicles It is not the fluid itself that is needed by the cell, but the molecules dissolved in the droplet Because any and all included solutes are taken into the cell, pinocytosis is nonspecific in the substances it transports µm CYTOPLASM Pseudopodium 0.5 µm Plasma membrane Pinocytosis vesicles forming (arrows) in a cell lining a small blood vessel (TEM) Vesicle 36 Process of Phagocytosis 37 Receptor-mediated Endocytosis Coat protein Receptor Receptor-mediated endocytosis enables the cell to acquire bulk quantities of specific substances, even though those substances may not be very concentrated in the extracellular fluid Embedded in the membrane are proteins with specific receptor sites exposed to the extracellular fluid The receptor proteins are usually already clustered in regions of the membrane called coated pits, which are lined on their cytoplasmic side by a fuzzy layer of coat proteins Extracellular substances (ligands) bind to these receptors When binding occurs, the coated pit forms a vesicle containing the ligand molecules Notice that there are relatively more bound molecules (purple) inside the vesicle, other molecules (green) are also present After this ingested material is liberated from the vesicle, the receptors are recycled to the plasma membrane by the same vesicle Coated vesicle Coated pit Ligand Coat protein A coated pit and a coated vesicle formed during receptormediated endocytosis (TEMs) Plasma membrane 0.25 àm 38 Exocytosis ã Ngc vi endocytosis ã Màng túi hoà với màng tế bào giải phóng bên ngồi 39