Bài Tập Lớn Học Phần Lý Sinh Y Học Phân Tích Các Hiện Tượng Điện Động Học Và Pp Điện Di.pdf

MỞ ĐẦUMôn Lý Sinh hay trong tiĀng Anh c漃khoa học liên ngành nghiên cứu các hiện tượng xảy ra trong các tổ chức và cơ thểsống dựa trên quan điĀm và các định luật vật lý, từ mức độ điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA KHOA KỸ THUẬT Y HỌC

Họ và tên: Lê Trung HiĀu Mã SV: 22013863

Họ và tên: Đă ̣ng Viê ̣t Anh Mã SV: 22014420

Họ và tên: Nguy̀n Đăng Anh Mã SV: 22014510

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Quang Huy

Hà Nội-2022

MỞ ĐẦU

Môn Lý Sinh (hay trong tiĀng Anh c漃khoa học liên ngành nghiên cứu các hiện tượng xảy ra trong các tổ chức và cơ thểsống dựa trên quan điĀm và các định luật vật lý, từ mức độ điện tử, nguyên tử đĀntoàn cơ thĀ hay một hệ c漃Ā nhiều cơ thĀ sống V椃các nghiên cứu sinh học chuyên biệt nên người thầy thuốc cần biĀt áp dụng kiĀnthức và kỹ thuật thí nghiệm từ nhiều chuyên ngành để c漃Ā thể quan sát gián tiĀphoặc mô h椃làm sáng tỏ hệ thống tương tác phức t愃⌀p (các tĀ bào, các tổ chức sống, các cơquan của hệ thống sống) t愃⌀o ra các tiĀn tr椃

L椃Ā do nh漃Ām em lại lựa ch漃⌀n tìm hiểu ch甃ऀ đ

Cả năm thành viên của nh漃Ām chúng em đều cảm thấy khá t漃với chủ đề 5 v椃Học mang l愃⌀i Chủ đề này không ch椃ऀ đưa ra các lí thuyĀt và ứng dụng trong l椃̀nhvực y khoa mà n漃Ā c漃dựng, thâ ̣m chí Điê ̣n Đô ̣ng Học c漃các vấn đề nhức nhối trong xã hô ̣i hiê ̣n nay – ô nhi̀m môi trường (cụ thể là ônhi̀m môi trường đất và nước bởi chất thải, rác thải và các kim lo愃⌀i nă ̣ng)

Ch甃ऀ đ

V椃trong các môi trường khác nhau đồng thời Điê ̣n Đô ̣ng Học c漃được áp dụng để vận chuyển các h愃⌀t tích điện và chất lỏng trong một điện thĀ.Điê ̣n Đô ̣ng Học thể hiện sự thay đổi độ pH của đất do các phản ứng điện phân,d漃

Vâ ̣y nên Điê ̣n Đô ̣ng Học:

 Giúp sinh viên hiểu được khái niê ̣m, bản chất và ứng dụng trong Y Sinh của Điê ̣n Đô ̣ng Học

 Giúp nâng cao năng lực t椃dụng)

 Vận dụng các khái niệm, k椃̀ năng vào đời sống, giải quyĀt ở một mức độ nhất định một số vấn đề thực ti̀n

 C漃Ā cách hiểu, xử lí và t愃⌀o ra các công tr椃tích DNA bằng phương pháp điê ̣n di)

Ch甃ऀ đ sau n愃

Điê ̣n đô ̣ng học giúp chúng em c漃Ā những kiĀn thức và các k椃̀ năng về

 Làm đ攃⌀p, chăm s漃Āc và tr攃ऀ hoá da như Điê ̣n di Vitamin C, Điê ̣n di l愃⌀nh HA hay Điê ̣n di Collagen

 Sử dụng phương pháp điê ̣n di kiểm tra thuốc để xác định và đă ̣t hàm lượngkháng sinh chính xác hơn cho từng lo愃⌀i thuốc

 Kiểm tra vaccine bằng cách sử dụng phương pháp điê ̣n di để kiểm tra đô ̣ tinh khiĀt và nồng đô ̣ vaccine trước khi đưa vào sử dụng trên thị trường đồng thời c漃hơn ph甃

 K椃̀ thuâ ̣t phân tích cấu trúc DNA

 K椃̀ thuâ ̣t điê ̣n di thuốc trị liê ̣u

 K椃̀ năng xử lí t椃

Vai tr漃

Y H漃⌀c

Vũ Thế Cường đảm nhiệm phần Mở đầu, KĀt thúc và Ứng dụng của kỹ thuật

điện di trong y sinh học

Lê Trung Hiếu đảm nhiệm phần Tr椃

điện động học

 điện di, điện thẩm

 điện thĀ chảy, điện thĀ lắng

Đặng Việt Anh đảm nhiệm phần bản chất điện thĀ động

 C漃hoă ̣c vai tr漃

1.1.1 Các hiê ̣n tượng điê ̣n đô ̣ng học 5

1.1.2 Bản chất của điê ̣n thĀ đô ̣ng 8

HÌnh 15:Quy trinh tr攃ऀ hoá da bằng phương pháp điê ̣n di Vitamin

1.1.1 C愃Āc hiê ̣n tượng điê ̣n đô ̣ng h漃⌀c

1.1.1.1 Điê ̣n di

Kh愃Āi niệm: Điện di là phương pháp phân tích dựa trên sự di chuyển các

điện tích Thường được d甃

4

Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com)

Polysacharide… hoặc tách chiĀt các thành phần albumin, globumin c漃Ā tronghuyĀt thanh.

Nguyên l椃Ā c甃ऀa điện di: Điện di ho愃⌀t động theo nguyên lý các phần tử sinh

học mang điện và sở hữu các nh漃Ām chức c漃Ā thể ion h漃Āa

H椃

Khi bị chịu tác động của điện trường th椃

và di chuyển với tốc độ khác nhau t甃m̀i h愃⌀t

H愃⌀t mang điện tích âm ( anion) sẽ di chuyển sang điện tích dương và các h愃⌀t mang điện tích dương ( cation) sẽ di chuyển đĀn những nơi c漃Ā điện tích âm

Một số lo愃⌀i điện di: 5 lo愃⌀i

 Điện di trên gel: là một dang điện di sử dụng mô ̣t số lo愃⌀i gel được sử dụng như : Polyacrylamide, Agarose,…

 Điện di gel trường xung: là một d愃⌀ng biĀn thể của điện di trên gel, trongđ漃Ā 2 điện trường được áp dụng định k椃g漃Āc độ khác nhau

 Điện di mao quản: là một lo愃⌀i điện di được thực hiện trong một ống mao dân được ngâm trong dung dịch đệm điện phân

 Điện di mi̀n dịch: là một lo愃⌀i điện di c漃Ā kháng nguyên riêng biệt gồm protein và peptit

 Điện di ái lực: là một lo愃⌀i điện di phân tách một phân tử sinh học tương tác hoặc liên kĀt với một phân tử c漃Ā ái lực

 Quá tr椃chức sinh học khác nhau, chẳng h愃⌀n như da Āch, màng tĀ bào, thành động m愃⌀ch, mao quản, vách mao m愃⌀ch …

1.1.1.3 Điê ̣n thế lắng

Khái niệm: Là hiệu số điện thĀ xuất hiện giữa lớp trên và lớp dưới của dung dịch đa pha trpng quá tr椃dưới tác dụng của trọng lực

Bản chất của hiện tượng làm xuất hiện lo愃⌀i điện thĀ này khác hẳn so với hiện tượng làm xuất hiện hiệu điện thĀ trong quá tr椃

Ví dụ: C漃Ā thể khảo sát hiện tượng mày trên máu

H椃Quan sát thấy: Máu nặng hơn huyĀt thanh nên sẽ lắng xuống b椃quá tr椃

6

Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com)

Giải thích: Hiện tượng lắng máy làm cho các ion dương tách ra khỏi sựchuyển động của các thành phần hữu h椃lớp trên mang ion dương.

H椃Quan sát: NĀu tăng áp xuất tăng bên trái th椃phải b椃

Nguyên nhân: xuất hiện hiệu điện thĀ trên là do tr愃⌀ng thái cân bằng t椃̀nhđiện bị phá vỡ

 Điện thĀ chảy c甃̀ng d̀ dàng khảo sát đươc khi tiĀn hành thí nghiệm giữacác dịch sinh vật và cho chuyển động qua màng xốp hay các màng bán thấm

1.1.2 Bản chĀt c甃ऀa điê ̣n thế đô ̣ng

1.1.2.1 Kh愃Āi niê ̣m v愃

Điện thĀ động là điện thĀ xuất hiện khi tĀ bào bị kích thích dấu điện tích ở hai phía màng tĀ bào đảo ngược hẳn so với lúc ngh椃ऀ ngơi, điện thĀ mặt ngoài trở lên âm hơn mặt trong hay đ漃Ā chính là sự biĀn đổi nhanh ch漃Āng của điện thĀ ngh椃ऀ dưới tác động của một tác nhân kích thích nào đ漃Ā.

Điện thĀ ho愃⌀t động là những d漃theo giai đo愃⌀n C漃Ā thể chia ra làm 4 giai đo愃⌀n chính đ漃Ā là

 Giai đo愃⌀n khử cực (mất phân cực)

 Giai đo愃⌀n quá khử cực (đảo cực)

 Giai đo愃⌀n tái phân cực

 Giai đo愃⌀n quá phân cực

H椃

8

Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com)

Khi tĀ bào nhận kích thích, điện thĀ màng thay đổi từ điện thĀ ngh椃ऀ đĀn ngưỡng khử cực Lúc này tính thấm của màng tĀ bào tăng vọt, ào 愃⌀t đi vào trong tĀ bào lúc này quá tr椃(làm tăng giá trị điện thĀ màng) sẽ đẩy các cánh cổng của kênh natri nh愃⌀y cảm với điện thĀ; tăng cường tính thấm ion natri đưa giá trị điện thĀ màng tiĀn tới giá trị điện thĀ cân bằng của Na Biên độ điện thĀ càng tăng làm các kênh Na mở ra ngày một nhiều hơn cho tới khi các Na mở ra hoàn toàn và giá trị điện thĀ ngh椃ऀ dần tiĀn tới giá trị cân bằng ĐĀn một giới h愃⌀n nhất định các kênh Na bất ho愃⌀t dầnkéo theo đ漃Ā tính thấm của màng với ion Na c甃̀ng giảm, đưa giá trị điện thĀ màng trở về tr愃⌀ng thái điện thĀ ngh椃ऀ lúc đầu C甃

để đưa giá trị điện thĀ màng tiĀn về giá trị điện thĀ cân bằng kali Khi d漃vào th椃

Khi biên độ của điện thĀ ho愃⌀t động đ愃⌀t đĀn giá trị cao nhất, c甃

natri đã tối đa h漃Āa và giá trị điện thĀ màng Vm gần bằng với giá trị điện thĀ cân bằng natri ENa Tuy nhiên là, mức điện thĀ năng lượng tăng cao c甃̀ng khiĀn cho các kênh natri dần dần đ漃Āng l愃⌀i một cách chậm rãi, thông qua việc chặn l愃⌀i các l̀;

kênh natri trở nên bất hoạt Điều này sẽ làm cho tính thấm màng đối với natri

giảm xuống, "đ愃⌀p" giá trị điện thĀ màng xuống C甃vẫn c漃

màng đối với ion kali tăng lên, khi này giá trị điện thĀ màng Vm sẽ tiĀn về giá trị cân bằng EK Những biĀn đổi phối hợp này về tính thấm natri và kali gây ra sự

suy giảm nhanh ch漃Āng của điện thĀ màng Vm, tái phân cực màng và biểu hiện ra

"giai đo愃⌀n đổ nát" của điện thĀ ho愃⌀t động

Điện thĀ tăng cao làm các kênh kali mở ra nhiều hơn b椃ngh椃ऀ), những kênh này không đ漃Āng l愃⌀i kể cả khi tr愃⌀ng thái t椃̀nh của điện thĀ màng

đã được thiĀt lập Tính thấm ion kali tăng cao bất thường và không ổn định, khiĀncho giá trị điện thĀ màng tiĀn tới sát với giá trị điện thĀ cân bằng kali V椃

là giai đo愃⌀n cực h漃Āa (âm), hay quá phân cực, duy tr椃đối với ion kali trở về giá trị b椃

10

Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com)

Nguyên tắc lan truyền của điện thĀ ho愃⌀t động là cơ chĀ lan truyền d漃điện (+) > (-) , lan truyền liên tục từ điểm này sang điểm kĀ tiĀp và ch椃ऀ theo 1 chiều Trên sợi thần kinh không c漃Ā bao mielin quá tr椃tr椃khác Xung thần kinh xuất hiện ở nơi bị kích thích và lan truyền dọc theo sợi thầnkinh, xung thần kinh không ch愃⌀y trên sợi thần kinh mà ch椃ऀ kích thích v甃kĀ tiĀp làm thay đổi tính thấm của màng ở v甃kinh tiĀp theo và cứ thĀ tiĀp tục truyền dọc trên suốt sợi thần kinh Trên sợi thần kinh c漃Ā bao mielin, do bản chất bao mielin là photpholipit, màu trắng, cách điện được bọc quanh sợi trục thần kinh không liên tục mà ngắt quãng t愃⌀o thành eo Ranvie Xung thần kinh lan truyền trên sợi thần kinh c漃Ā bao mielin bao bọc được truyền theo kiểu nhảy c漃Āc và c漃Ā tốc độ lan truyền rất nhanh do quá tr椃cực, đảo cực, tái phân cực liên tiĀp từ eo Ranvie này sang eo Ranvie khác Tốc độlan truyền xung thần kinh trên sợi thần kinh c漃Ā bao mielin lớn hơn nhiều so với sợi không c漃Ā bao mielin.

H椃

Sự lan truyền xung thần kinh ở Synap: Synap h漃Āa học là nơi tiĀp xúc giữa hai nơron, mà thông qua đ漃Ā cho phép các nơron truyền đi thông tin qua l愃⌀i lẫn nhau (ch椃ऀ một chiều) Synap không ch椃ऀ hiện diện ở các tĀ bào thần kinh, mà c漃ở tĀ bào cơ và tĀ bào tuyĀn bằng việc các nơron t愃⌀o synap với các tĀ bào đ漃Ā Việc lan truyền thông tin ở Synap ch椃ऀ theo một hướng từ tĀ bào trước synap tới tĀ bào sau synap Khi c漃Ā điện thĀ ho愃⌀t động tới đầu mút của trục sợi thần kinh làm mở các kênh , d漃mút của sợi trục Sự đi vào của gây khởi động sự xuất các chất trong túi Xynap Chất dẫn truyền thần kinh là các phân tử nhỏ, tan trong nước như acetylcholine vàdopamine gắn với các thụ thể đặc hiệu ở tĀ bào sau Synap, gây lên những biĀn đổiđiện thĀ trên màng tĀ bào.

12

Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com)

H椃

1.1.2.2 Điê ̣n t椃Āch b

Điện tích bề mặt là sự chênh lệch điện thĀ giữa bề mặt bên trong và bên ngoài của pha phân tán trong chất keo C漃Ā nhiều quá tr椃đĀn một bề mặt bị tích điện, bao gồm sự hấp phụ các ion, protonation /

deprotonation và ứng dụng của điện trường ngoài Điện tích bề mặt làm cho h愃⌀t phát ra điện trường, gây ra lực đẩy và lực hút của h愃⌀t, ảnh hưởng đĀn nhiều tính chất keo Điện tích bề mặt luôn xuất hiện trên bề mặt h愃⌀t khi được đặt vào chất lỏng Hầu hĀt các chất lỏng c漃Ā chứa các cation và anion Các ion này tương tác với bề mặt vật thể Sự tương tác này c漃Ā thể dẫn đĀn sự hấp phụ của một số trong

số chúng trên bề mặt NĀu số lượng cation bị hấp phụ vượt quá số lượng anion bị hấp phụ, bề mặt sẽ c漃Ā điện tích dương Ngoài ra sự phân ly của nh漃Ām h漃Āa học bề mặt là c甃̀ng là một cơ chĀ khác dẫn đĀn điện tích bề mặt

Khi cho 2 pha tiĀp xúc nhau th椃mặt phân pha và điện tích giữa các pha sẽ được phân bố l愃⌀i, trên bề mặt phân pha lúc này t愃⌀o nên lớp điện tích kép và xuất hiện bước nhảy thĀ giữa các pha Điện tích phân bố l愃⌀i c漃Ā thể được chia thành 4 trường hợp:

+) Chuyển điện tích qua bề mặt phân chia các pha (H椃

+) Hấp thụ c漃Ā chọn lọc các ion trái dấu (H椃

+) Hấp thụ và định hướng các phân tử lưỡng cực (H椃

+) Hấp thụ các nguyên tử và phân tử bị biĀn d愃⌀ng trong lực trường khôngđối xứng bề mặt phân chia pha(H椃

H椃

14

Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com)

+) Lớp khuyĀch tán ( Diffuse layer): Là một lớp màng của môi trường phân tán liền kề với h愃⌀t chứa các ion tự do với nồng độ phản ứng cao Các ion của lớp này bị ảnh hưởng bởi lực t椃̀nh điện của h愃⌀t tích điện.

+) Điện thĀ trong lớp điện tích kép đ愃⌀t giá trị tối đa t愃⌀i lớp Stern (Sternlayer)

PHẦN 2: MỘT SỐ ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC

2.1 Nguyên lý c甃ऀa phương ph愃Āp điê ̣n di

Điện di ho愃⌀t động dựa trên nguyên lý các h愃⌀t phân tử sinh học tồn t愃⌀i dướicác h愃⌀t mang điện sở hữu các nh漃Ām chức c漃Ā thể ion h漃Āa Các phân tử sinh học

trong dug dịch tồn t愃⌀i ở PH nhất định sẽ tồn t愃⌀i dưới d愃⌀ng ion tích điện dương

hoặc âm Khi chịu tác động của điện trường các h愃⌀t tích điện sẽ bị ion h漃Āa theo

Điện di vùng (Zone electrophoresis) Điện di mao quản

Cơ

sở

lý

thuyết

Trong phương pháp này,

điện di được thực hiện

trong dung dịch, mà không

c漃Ā môi trường h̀ trợ Mẫu

được h漃

các phân tử di chuyển về

phía điện cực trái dấu

tương ứng của chúng Điện

di biên được thực hiện

trong một ống h椃

với điện cực Platin được

gắn với đầu cuối của hai

bên Ở m̀i đầu tương ứng,

c漃Ā máy đo khúc x愃⌀ để đo

thay đổi trong ch椃ऀ số khúc

x愃⌀ của đệm trong quá tr椃

điện di do sự c漃Ā mặt của

phân tử di chuyển về phía

điện cực Mẫu được đưa

vào giữa ống chữ U và sau

Điện di v甃như điện di ranh giới di chuyển ở ch̀ sự phân tách điện di di̀n ra trongmột hệ thống đệm đồng nhất H椃thường được sử dụng trong môi trường h̀ trợ hoặc chất nền để làm dịu

đi d漃chặn đi mẫu khuĀch tán không kiểm soát được

Chất nền trong một số trường hợp c甃̀ng cung cấp một số hiệu ứng sàng lọc bổ sung c漃Ā ảnh hưởng đĀn phân tách điện li Các mẫu để tách

ZE được bao quanh bằngdung dịch đệm điện di và

Điện di mao quản c漃điện di mao quản hiệu suất cao, là lo愃⌀i điện di được thực hiện trong một ống mao dẫn h攃⌀p được ngâm trong dung dịch đệm điện phân Đây

là điện di duy nhất c漃Ā khả năng thực hiện cả bốn lo愃⌀i đệm điện di Việc sửdụng mao quản để làm đường di chuyển cho phép thực hiện quá tr椃tách điện di trên thiĀt bị Tuy nhiên, vẫn c漃Ā những điểm thuận lợi và không thuận so với thiĀt bị sắc ký lỏng hiệu năng cao

Sự phân tách điện di được bắt đầukhi một mẫu được bơm vào mao quản, bằng điện áp cao hoặc bằng ápsuất, và điện trường cao được áp dụng qua mao quản.Các thành phần trong mẫu được phân tách dọc theo chiều dài của mao quản, dựa trên định d愃⌀ng điện di được thực hiện vềphía đầu kia của ống mao dẫn, các thành phần đã tách biệt được phát hiện t愃⌀i máy d漃

16

Downloaded by NHIM NHIM (nhimbien2@gmail.com)

đ漃Ā buồng điện di được kĀt

nối với một nguồn điện

bên ngoài Phân tử tích

điện di chuyển về cực điện

trái dấu, c漃Ā thể được đo sự

thay đổi khi chúng đi qua

máy khúc x愃⌀ ở đầu điện

cực Khi phân tử mong

muốn đi qua, mẫu c漃Ā thể

được thấy từ buồng điện di

c甃

được phân tách trong chất nền trong một thời gian tách xác định Khi d漃các mấu chuyển động với một vận tốc khác được xác định bởi khối lượng và điện tích (q) của chúng Khi quá tr椃phân tách kĀt thúc, các thành phần của mẫu c漃Ā đặc điểm chung được phân lập thành một v甃riêng biệt

hiện hoặc thời gian lưu được tự độngghi l愃⌀i V椃thực hiện một ống mao dẫn h攃⌀p nên ch椃ऀ cần một thể tích mẫu nhỏ để táchCác chất h漃một phần trong môi trường bị hút t椃̀nh điện vào thành mao quản tích điện âm t愃⌀o nên một lớp tích điện kép Quá tr椃bắt đầu bằng cách đặt thĀ trên chiều dài cột mao quản làm cho phần dungdịch của lớp điện tích kép di chuyển

về phía cực âm của mao quản kéo theo khối dung dịch Sự chuyển động của khối dung dịch dưới tác dụng của lực điện trường được gọi làd漃dịch đệm trong long mao quản silica nung chảy D漃chuyển về cực âm với tốc độ c漃Ā thể tới 2mm/s và phụ thuộc vào ph, độ nhớt của môi trường,….và thường lớn hơn tốc độ dịch chuyển của các ion theo linh độ diện di Ở pH thấp nh漃Ām silanol n漃Āi chung c漃Ā độ ion h漃Āa thấp và d漃

dộ pH cao hơn , nh漃Ām sianol bị ion h漃Āa nhiều hơn và d漃tang Các ion dương sẽ dịch chuyển nhanh hơn tốc độ điện di vốn c漃Ā của n漃Ā, các chất trung tính sẽ dịch chuyển nhanh hơn tốc độ điện di vốnc漃Ā của n漃Ā, các chất trung tính sẽ dịchchuyển vào tốc dộ của d漃thẩm c漃chậm hơn và ngược chiều với chiều điện di Các chất khác nhau sẽ tách

ra khỏi nhau và dịch chuyển qua máy lọc để được phát hiện và ghi thành điện di đồ Các máy lọc sử dụng trong điện di c甃̀ng phong phú

và c漃Ā độ nh愃⌀y cao Máy lọc thông dụng nhất vẫn là máy lọc tử ngo愃⌀i máy lọc đươc gắn trực tiĀp trên mao quản, dung mao quản như tĀ bào đo hay dung các tĀ bào đo riêng biệt