Khóa luận tốt nghiệp Sinh học: Tìm hiểu về sự phát triển của giải phẫu sinh lý thần kinh ở thế kỉ XX qua các giải Nobel (Phần 2)

Sau năm 1983 , ông bất đầu chuyển những nghiên cứu về kênh ion sang nghiên cứu về các quá trình kênh ion gây ra trong tế bào , gây bai xuất hormone và các chất hóa học trung gian , được

Do đó , hy vọng có thể mô tả những yếu tăng trưởng , phát triển những tác nhân mới và cải tiến việc điểu trị nhiều bệnh lâm sàng

Sy điều hòa tăng trưởng Một người lớn có hàng tỉ tế bao Tuy nhiên , cơ thể của người ấy

được bất đầu từ một tế bào đơn lẻ duy nhất , chứa đựng vật liệu di truyền ,

mã hóa cho cá thể hoàn chỉnh Tế bào đầu tiên phân chia và trong giải

đoạn đầu , những tế bào con rất giống nhau Tuy nhiên , chẳng bao lâu sau, các tế bào bat đầu biểu lộ những đặc tính khác biệt Sự chuyên hóa của các tế bào này gọi là sự biệt hóa Từ lâu , chúng ta đã biết đến kiểu tầng

trưởng và biệt hóa nhưng vẫn còn chưa hiểu về sự điểu hòa quá trình phát

triển Trải qua 2 - 3 thập niên, người ta mới bắt đầu sáng tỏ về sự điểu

hòa tăng trưởng và biệt hóa của tế bào qua khám phá về các yếu tố tăng

trưởng

Ngày nay , chúng ta biết rằng các tế bào thông tin với nhau qua các

chất tín hiệu là hormone Ban đầu , người ta cho ring , hormone chỉ được bài xuất tại các tuyến chuyên biệt như tuyến yên, rối sau đó , sẽ được giải phóng vào trong máu Ngày nay , người ta thấy rõ ràng rằng có nhiều dạng

tế bào tổng hợp nên các hormone , tác động lên cả những tế bào gốc vànhững tế bào lân cận Qua cơ chế này , các tế bào có thể ảnh hưởng đến sựphát triển của các tế bào lân cận chúng

Vào thập niên 40 - 50 , các nhà khoa học đã chứng minh được rằngkhi thêm máu hay các phân chiết tách của các cơ quan vào các tế bào đangnuôi cấy thì sẽ làm chúng tăng trưởng Tuy nhiên , họ không biết được đặc tính của các hoạt chất này và ngay cả những người nghiên cứu về bệnh ung

SI

thư cũng hiểu biết rất hạn chế về sự tăng trưởng vô chừng của các tế bàothân kinh

Khám phá ra NGF

Việc khám phá ra yếu tố tăng trưởng thần kinh vào đầu thập niên 50

là một minh họa rất thú vị về việc làm thế nào mà một quan sát viên có thểhình thành những ý niệm về sự hỗn loạn bên ngoài Đến thời gian này, cácnhà sinh lý học thần kinh thực nghiệm vẫn không hiểu sự phát triển của hệ thân kinh được diéu hòa như thế nào để dẫn tới sự phân bố thần kinh trong

toàn bộ cơ thể Nghiên cứu vai trò của NGF trong cơ chế điểu hòa quá trình

phát triển của hệ than kinh và trong chức năng thân kinh trưởng thành là

một cống hiến trong suốt cuộc đời của bà Rita - Levi Montalcini Ba đã

cho thấy rằng khi chuyển các khối u từ chuột con sang phôi gà thì chúng sẽ

làm cho hệ thần kinh phôi gà tăng trưởng mạnh , đặc biệt là đối với tế bào

thần kinh cằm giác và giao cảm Vì sự tăng trưởng này không đòi hỏi khối

u phải tiếp xúc trực tiếp với phôi gà nên Rita - Levi Montalcini đã rút ra

kết luận rằng : khối u đã giải phóng một yếu tố kích thích tăng trưởng thần

kinh có tác động chọn lọc trên các loại thần kinh nào đó Từ phát hiện này,

Rita Levi Montalcini đã quay trở lại với hệ thống nuôi cấy tế bào nhạy hơn

để đo hoạt lực của NGF trong nhiều mẫu tách khác nhau NGF là một chất

sinh học cực kỳ mạnh Sau khi thêm một lượng NGF rất nhỏ vào , một tế

bào thần kinh cam giác hay giao cảm sẽ phan ứng ngay lập tức trong vòng

30 giây 10° gam NGF được thêm vào trong một môi trường nuôi cấy đã có

thể tác động kích thích tăng trưởng mạnh Vài phút sau khi thêm NGF vào ,

52

sợi thần kinh bất dau tăng trưởng từ hạch và sau một ngày , hạch sẽ giống

như miặt trời được bao quanh bởi những tia sáng ( hình 1).

nghiên cứu tiếp theo đó là nhận dạng chất kích thilch tăng trưởng thin

kinh.

Mô tả NGF

Năm 1953 , nhà sinh lý học Stanley Cohen tham gia vào nhóm

nghiên cứu ở St Louis Ba năm sau , họ đã tách chiết được chất kích thích

tăng trưởng than kinh từ khối u của chuột , gồm cả proteine và axit nucleic.

Để xác định thành phẩn nào hoạt động , Cohen thêm vào đó noc rắn có

nổng độ enzyme phân giải axit nucleic rất cao Ông ngạc nhiên khi thấy

rằng noc rấn còn chứa nhiều chất kích thích tăng trưởng thần kinh hơn cả chính khối u Khi thêm vào môi trường ủ , noc rắn sẽ lầm cho các sợi thần kinh giao cảm tăng trưởng rất tăng trưởng rất mạnh Từ phát hiện bất ngờ

này , nhóm tiếp tục tìm kiếm một cách có hệ thống sự hiện diện của NGE

153

trong các mô khác nhau Năm 1958 , họ đã phát hiện ra một nguồn khác

chứa nhiều NGF , đó là tuyến nước bọt của chuột đực

Nhờ nọc đọc rấn và mẫu tách của tuyến nước bọt của chuột đực ,Stanley Cohen đã có thể tinh chế NGF và sản xuất kháng thể chống NGF

Do NGF gây tăng trưởng thần kinh nên khi thêm kháng thể NGF vào môi

trường nuôi cấy thì sẽ ức chế chúng Cấu trúc hóa học của NGF gồm 118

axit amin tạo thành hai chuỗi Hai chuỗi Axit amin như vậy gắn với nhau tạo thành phân tử hoạt hóa về mat sinh học

Những bước tiến triển này được xem như nhựng mốc quan trọng trongquá trình phát triển của sinh học thần kinh Trong thời gian đầu , những

chất tín hiệu hóa học đã được xác định có thể sử dụng trong nghiên cứu về

cơ chế điểu hòa sự phát triển thần kinh

NGF cần cho sự sống của những tế bào thần kini

NGF được tìm thấy ở động vật có vú , chim , bò sát , lưỡng cư và cá

Những loại tế bào ở những loài này tổng hợp và giải phóng NGF trong suốt

quá trình phát triển Sự tăng trưởng của các sợi thần kinh được kích thíchtheo cơ chế này Sợi thần kinh tăng trưởng về phía NGF ở tận cùng thần

kinh và sau đó chuyển về thân tế bào than kinh Có thể tưởng tượng rằng

các mô này lôi kéo các sợi thần kinh về phía chúng bằnh cách phóng thíchNGF Một số rất lớn tế bào than kinh cẩm giác và giao cảm được tạo ratrong quá trình phát triển Tuy nhiên , chỉ tế bào nào tiếp xúc với một cơ

quan sản xuất NGF thì mới sống sót Với kỹ thuật gen , ngày nay , người ta

đã có thể mô tả gen NGF ở người và động vật Kỹ thuật lai giống nhận

154

biết các RNA thông tin quy định việc tổng hợp NGF đã lập được sơ dé các

mô tổng hợp NGF

Sự khám phá ra EGF Trong khí nghiên cứu NGF , Stanley Cohen đã quan sát thấy rằng khi

tiêm mẫu tách của tuyến nước bọt của chuột đực vào chuột con mới sinh , quá trình phát triển sẽ tăng nhanh : chuột sẽ sớm md mí mất và mọc ring hơn Diéu này được giải thích là do mẫu tách của tuyến nước bọt có chứamột yếu tố tăng trưởng , khác với NGF Cohen gọi đó là yếu tố kích thích

tăng trưởng biểu mô (EGF) vì nó kích thích sự sinh sôi nảy nở của tế bào

biểu bì ở da và sừng Ông đã tạo ra kháng thể chống EGF như ông đã tìm

ra trước đó ở NGF.

Những năm tiếp theo , Cohen đã chiết tách và xác định chuỗi amino

axit của EGF (hình 2)

thích tăng trưởng của tế bào biểu bì giúp nghiên cứu quá trình tăng trưởng

155

Cohen và cộng sự của ông nhận thấy rằng , EGF gây tăng cường một loạt

các quá trình , kể cả thúc đẩy quá trình vận chuyển glucose và axit amin ,

hoạt hóa quá trình tổng hợp protein và khởi xướng quá trình tổng hợp DNA

và tạo ra các tế bào Trong những nghiên cứu sau này , Cohen và những

người khác nhận ra rằng EGF kích thích sự tăng trưởng của nhiều loại tếbào , kể cả tế bào mô liên kết , tế bào gan , tế bào mạch máu cũng như tế

bào nội tiết tuyến yên , buồng trứng , tuyến giáp.

Sự hiện diện của những điểm gấn đặc biệt ( gọi là thu quan ) trên bề

mặt tế bào đích là diéu kiện tiên quyết cho hoạt động của EGF Những thụ

quan này bất lấy EGF và kết quả là phức hợp EGF - thy quan được hình

thành trong tế bào Một bước quan trọng đưa đến hoạt động của EGF là

quá trình phosphorine hóa tirosine (một axit amin đặc biệt ) trên điểm nhận

EGF

Việc phát hiện ra quá trình tự phosphorine hóa tirosine là một bước

đột phá đối với kiến thức của chúng ta về việc làm thế nào một tín hiệu từ

bên ngoài có thể đến được bên trong tế bào Sau này , người ta chứng minh

được rằng sự kiện này là con đường chung , qua đó , các chất kích thích

tăng trưởng liên kết các tác động của chúng lai

Những hiểu biết về cơ chế điểu hòa tăng trưởng tế bào bình thường

đã cung cấp cho chúng ta cái nhìn mới về sự chuyển đổi của tế bào và về

sự tăng trưởng của các khối u Nghiên cứu trên khối u do virus gây ra đã

phát hiện thấy các gen đặc biệt , gọi là oncogene , gen này đóng vai trò

quan trọng trong sự biến đổi của tế bào Trong số các oncogene , có mộtgen mã hóa cho quá trình tổng hợp proteine tương đương với EGF = thụ

156

quan Sau này , người ta cũng tìm thấy một oncogene khác được sản xuất

ra từ tiể cầu , đó là PDGF Như thường lệ, khi kiến thức vé các sự kiện

bình thường tăng lên sẽ đưa đến hiểu biết nhiều hơn vé các chứng bệnh

Phát hiện ra các yếu tố tăng trưởng khác

Trong suốt thập kỷ qua , nhiều nhóm nghiên cứu đã chiết tách và mô

tả được nhiều yếu tố tăng trưởng Chẳng hạn ,somatomedin hay gọi là yếu

tố tăng trưởng giống như insulin , làm trung gian cho các tác động kích thích tầng trưởng của các nhóm tăng trưởng , được tách ra từ huyết tương người

Yếu tố tăng trưởng khác có nguồn gốc từ tiểu cầu (PDGF) được cô lập va

thấy rằng , nó được nó thúc đẩy tăng trưởng của các tế bào trung mô Interleukin - 2 được cô lập và thấy có khả năng kích thích tăng trưởng các

tế bào bạch cầu trong hệ miễn nhiễm Từ khối u , yếu tố kích thích tăng trưởng của tế bào nội mô (ECGF) được tách ra và thấy có tác động tương tự

với yếu tố kích thích tăng trưởng của nguyên bào sợi (FGF)

Tất cả các nhóm nghiên cứu đều tìm ra các yếu tố tăng trưởng mới

theo cách của Rita - Levi Montalcini và Cohen Trong lĩnh vực nghiên cứu các yếu tố tăng trưởng và hoạt tính sinh học của chúng , Levi Montalcini và

Cohen đã lập ra một trường phái khoa học mới với số người theo học ngày

càng ting

â A ‘va EGF

Sáng tỏ cơ chế diéu hòa sự tăng trưởng và sống sót của tế bao cũng

như sự biệt hóa của chúng là diéu lôi cuốn đối với khoa học cơ bản Tuy

nhiên , hy vọng rằng các kiến thức này có thể giúp chúng ta hiểu biết hơn

về các tác nhân gây rối loan lâm sàng như dị dang , sai sót trong quá trình

157

phát triển , những biến đổi thoái hóa như chứng mất trí lão suy , vết thương

châm lành , chứng loạn dưỡng cơ bấp cũng như bệnh về khối u

Trong tương lai , người ta sẽ sử dung NGF trong việc điều trị bệnh

nhờ khả năng tăng cường các quá trình sữa chữa sau khi các tế bào thinkinh ở vùng ngoại vi cũng như của hệ than kinh trung ương bị tổn thương

Việc tìm ra NGF Mới đây ở não đã làm tăng thêm hy vọng Một đường

dẫn truyền trong não với acetylcholin , là chất dẫn truyén , có vẻ rất nhạy

với NGP

Những nghiên cứu thực hiện trên động vật cho thấy rằng EGF làm

cho các vết thương ở cả da và sừng chóng lành Số lượng EGF hạn chế ở

người đã gây cản trở cho việc sử dụng nó Do đó , người ta đã bất đầu tìm cách tổng hợp EGF tái tổ hợp để thử nghiệm lâm sàng Chúng ta có quyển

nong đợi việc ứng dụng EGF trong tương lai nhằm làm vết thương ở da và

sừng nhanh lành , ví dụ , ứng dụng sau khi bị thương hay giải phẫu Việc tựghép mô ở da sẽ được cải tiến nếu như các tế bào biểu mô có thể được nuôi cấy một cách nhanh chóng ở bên ngoài cơ thể nhờ EGF Cũng có khả năng là chất đối kháng với EGF hay kháng thể EGF - thụ quan trên bể mặt

tế bào có ích trong diéu trị khối u , trong đó , sự hư hỏng EGF hay EGF

thụ quan có liên quan đến quá trình biến đổi của chúng

158

XV.GIAI NOBEL Y HỌC-SINH LY HỌC NAM 1991

1 NHUNG NGƯỜI DOAT GIẢI :

+ ERCRIN NEHER '*

Quốc tịch : Đức

Ông sinh ngày 20/3/1944 tại Landsberg , lớn lên

và trải qua gắn như cả cuộc đời ở Alps , cách Munich 70

cây số về phía đông

Năm 1963, ông học vật lý ở “Technisch

Hochschule”, Munich ,

Năm 1966, ông đành được một học bổng đến học tai trường đại học

Wiscensin , Mỹ Trong thời gian học ở đây , ông hòa nhập hoàn toàn vào

phòng thí nghiệm lý sinh Sau khoảng một năm , ông nhận được bằng thạc

sĩ khoa học

Năm 1967 ,ông trở về Munich , chuẩn bị cho luận ấn tiến sĩ về lý sinh, liên quan đến tính hưng phấn của tế bào thần kinh Thật may mắn , quá trình tìm tòi , nghiên cứu đã dẫn ông đến Viện tâm than Max Planck ,

nơi đây , ông cùng HH đ Lux nghiên cứu vé cơ chế dẫn truyền qua synapse

của tế bào thần kính và dòng thông tin trong tế bào thần kinh chậm Cũng

trong những năm tháng làm việc tại đây, ông đã gập Bert Sakmann , ông

này rất quan tâm đến các cơ chế thân kinh mà ông và giáo sư L"x đang

nghiên cứu , ho đã thảo luân với nhau rất nhiều và kết ban Sau đó Bert

quyết định đến London làm việc tai phòng thì nghiệm lý sinh của Bernard

Katz Năm 1973 , họ gặp lại nhau ở Gottingen , để làm thí nghiệm về các

kênh ion ghi nhận được trong màng tế bào thân kinh nhân tạo , hướng đến

159

việc đo dòng điện của kênh ion riêng lẻ Năm 1976 , họ cùng xuất bản những kết quả ghi nhận đầu tiên về kênh ion đơn lẻ Cũng trong năm này ,

Neher đã lầm việc tại phòng thí nghiệm của Charles F Stevens , đại học

Yale

Sau năm 1983 , ông bất đầu chuyển những nghiên cứu về kênh ion sang nghiên cứu về các quá trình kênh ion gây ra trong tế bào , gây bai xuất hormone và các chất hóa học trung gian , được xem như là phản ứng của tế bào.

Năm 1978 , ông cưới cô Eva - Maria , hiện họ có 5 người con.

Ông là giáo sư danh dự của trường đại học Gottingen (1986) , là tiến

sĩ của trung tam khoa học Limburgs(1988) , của trường đại học Winconsin

(1993), Munich ( 1994) , Magrit(1994) , Rome(1996), v.v

Ngoài giải Nobel Y học - Sinh lý học , ông đã nhận được rất nhiều

giải thưởng , phan lớn là cùng với Bert Sakmann.

+ BERT SAKMANN'"'

Quốc tịch : Đức

Ong sinh năm 1942 , vào lúc đại thế chiến thứ hai

xảy ra ở Stuttgart , thủ đô Swebia

Khi học phổ thông , ông rất thích môn vật lý và

muốn trở thành một kỹ sư Tuy nhiên , vào năm học

cuối, ông được học môn điểu khiển học và những ứng

dụng của nó trong sinh học Bộ môn này đã thực sự cuốn hút ông vì theo

ông, dường như cơ thể sống có thể hiểu được các thuật ngữ về máy móc

160

Sau đó , ông học Y khoa ở trường đại học Tubingen và làm để tài tiến sĩ ở bộ môn sinh lý điện Ông quyết định nghiên cứu ở Munich , một phần là do ông đang theo đuổi cô gái trẻ đẹp ở đây , dù bước đầu đã không

thành công Sau này , chính cô gái đó , Christiana , đã trở thành vợ ông , họ

có với nhau 2 con trai và một con gái Chistiana là một bác sĩ nhãn khoa rất

thành công Vào thời gian sau khi họ cưới nhau , ông được mọi người biết

đến với tư cách là “chồng của bác sĩ mat”.

Vào thời điểm này , “ điểu khiển sinh ly” là một lĩnh vực thu hút

nhiều sinh viên vật lý và sinh học Sau 3 năm nghiên cứu thực nghiệm dựa

trên nền tảng sinh lý thần kinh về sự thích nghỉ ánh sáng trong hệ thống thịgiác của mèo, ông nhận thấy rằng khó mà hiểu được hệ than kinh trung

ương nếu như không hiểu một cách rõ ràng hơn về sự liên hệ qua synapse.

Sau này , ông nhận ra rằng sinh lý tế bào rất cân thiết để hiểu rõ chức năngcủa hệ thin kinh trung ương Để thực hiện được các thực nghiệm kiểm trađiện áp của dong điện qua synapse ở tế bào thin kinh chậm , ông tham giaphòng thí nghiệm của Dieter Lux và học hỏi được từ Erwin Neher nhiều

điểu bổ ích Sau đó, ông chuyển đến khoa của Bernard Katz ở trường đại

hoc College , London Vào thời gian ông làm việc ở đây, sinh lý điện và

sinh hóa của việc dẫn truyền qua synapse đang được nghiên cứu ở mức độphân tử Diéu này đã tạo cho ông nhiều thuận lợi trong quá trình nghiên

cứu

Ông bắt đầu sự nghiệp khoa học ở Max Planck năm 1966, ngoại trừ 3

năm nghiên cứu sau tiến sĩ ở trường đại học College , London (1970 —

1973), ông vẫn luôn gấn bó với tổ chức này Ong đang là giám đốc khoa

161

sinh lý tế bào tại Viện nghiên cứu Y khoa ở Heidelberg, đồng thời là quyển

giám đốc tại viện này

Phân lớn giải thưởng ông nhận được déu cùng với Erwin Neher ,

người cùng chia giải thưởng Nobel năm 1991 với ông

2.NỘI DUNG VÀ Ý NGHĨA CUA CÔNG TRINH

“ CHỨC NANG CUA KÊNH ION BON LẺ

TRONG TẾ BẢO * %9

Mỗi tế bào sống được bao bọc bởi một lớp màng , ngăn cách thế giới

bê n trong tế bào với bên ngoài Trong các tế bào này có các kênh , nhờ đó,

tế bào trao đổi thông tin với các tế bào xung quanh Những kênh ion này

gồm các phân tử đơn lẻ hay các phức hợp gồm những phân tử , có khả năng

cho các ion đi qua Sự điểu hòa kênh ion có ảnh hưởng đến đời sống và

chức năng của tế bào dưới điểu kiện bình thường cũng như bệnh lý Giải

thưởng Nobel Y học - Sinh lý học năm 1991 được trao cho những khám phá

vé chức năng của kênh ion Hai nhà sinh lý học tế bào người Đức Erwin

Neher và Bert Sakmann đã cùng nhau phát hiện một kỹ thuật cho phép ghi

nhận những dòng điện nhỏ qua một kênh ion đơn lẻ: kỹ thuật độc nhất

này cho biết một phân tử của kênh thay đổi hình dang như thế nào và bằng

cách nào nó điểu khiển dòng điện trong thời gian là một phẩn vài triệu

giây.

Cuối cùng , Neher và Sakmann đã thiết lập kỹ thuật của họ : các kênh ion tổn tại và hoạt động như thế nào ? Họ cho thấy điều gì sẽ xảy ra khi đóng hay mở một kênh ion bằng ion Na” hay CI Nhiều kênh ion được

162

diéu hòa bởi chất nhận nim ở phân tử kênh , sẽ thay đổi hình dạng dưới tác

động của yếu tố hoạt hóa Neher và Sakmann đã chỉ ra phần nào của phân

tử kênh tạo nên cảm giác và bức tường bên trong kênh Họ cũng cho thấy

rằng kênh điểu hòa sự xuyên màng của các ion mang điện tích âm và

dương như thế nào Trong mười năm qua , kiến thức mới và công cụ phân

tích mới này đã có vai trò cách mang hóa trong ngành sinh học hiện đại ,

làm cho các nghiên cứu trở nên dé dàng hơn và góp phan giải thích cơ chế

tế bào của nhiều bệnh , kể cả bệnh tiểu đường và bệnh xơ hóa

Điều gì xảy ra trọng tế bào ?

Bên trong màng tế bào là một môi trường sinh hóa ổn định , tại đó ,xảy ra nhiều quá trình sinh hóa Bên ngoài và bên trong tế bào khác nhau

ở nhiều khía cạnh quan trọng Chẳng hạn , khác nhau vé nồng độ ion

dương Na” và K*, về nồng độ ion âm CI Diéu này đã dẫn đến sự phân

hóa về điện thế qua màng tế bào , lên đến 0,03 - 0,1 Volt , gọi là điện thế

màng

TE bào sử dụng điện thế màng này theo nhiểu cách Bang cách mở

nhanh kênh ion Na* , điện thế mang sẽ biến đổi một cách cơ bản trongvòng một phẩn nghìn giây Tế bào trong hệ thần kinh thông tin với nhau

qua các tín hiệu điện khoảng 10 -'Volt Chúng đi chuyển đọc theo các sợi

trục thin kinh và khi đến điểm tiếp xúc giữa hai tế bào được gọi là

synapse, chúng sẽ phóng thích các chất dẫn truyền Chất này tác động lênđiểm nhận cảm của tế bào đích thông thương bằng cách mở kênh ion Do

đó , làm thay đổi điện thế màng đến nỗi tế bào bị ức chế hay kích thích

Hệ thân kinh bao gồm các mạng lưới thần kinh , mỗi mạng lưới gồm nhiều

163

tế bào thần kinh liên kết với nhau qua synapse , mang các chức năng khác

nhau Chẳng hạn , dấu vết nhớ mới trong não được tạo ra do sự thay đổi số

lượng kênh ion có trong synapse của mạng lưới

Tất cả các tế bào hoạt động theo cách tương tự nhau Thật ra , ngay

cả sự sống cũng bắt đầu bằng sự thay đối điện thế màng Khi tinh trùng kết

hợp với trứng qua quá trình thụ tinh , kênh ion sẽ được hoạt hóa Sự thay

đổi điện thế màng đã ngăn cản các tỉnh trùng khác vào Tất cả các tế bào ,

chẳng hạn, tế bào thin kinh , tế bào cơ , tế bào tuyến có một kênh ion đặc

trưng riêng để chúng có thể tiến hành các chức năng chuyên biệt Kênh ion

bao gồm các phân tử đơn hay phức hợp gồm nhiều phân tử tạo nền vách của kênh hay các lỗ xuyên qua màng tế bào và liên kết bên ngoài với bên trong tế bào ( hình 1B , ID) Đường kính của lỗ nhỏ tương ứng với đườngkính của một ion (0,5 - 0,6 phần triệu mm) Sự thay đổi hình dang ngay tứcthì của phân tử sẽ làm mở hay đóng kênh ion , điểu này có thể xảy ra khiphần nhận cảm của phân tử được hoạt hóa bởi các tín hiệu đặc biệt ( hình

D Sự gl nhân của kênh ion Ông lọc : {

Mở eae hee - |uœ A énh lan

re

164

Hình | : Sự ghi nhận đồng điện qua kênh ion đơn khí sử dụng kỹ thuật của Neher và

Sakmann ,

A: Chỉ ra một vi dng hút bằng thủy tink được đưa vào tiếp xúc với tế bào như thế

nào ; 8B: Một phẩncủa màng tế bào cùng với kênh ion tiếp xúc với đầu của pipét , dudi

độ phóng đại cao hơn ; C : Dòng điện qua kênh ion khi kênh mở ;D : Một kênh ion được phóng đại nhiễu lẫn cùng với điểm nhận cdm của nó quay về phía bên ngoài tế bào

Phần nhận cảm làm thay đổi điện thế màng có thể luân phiên nhau mở hay

đóng kênh ion |

và Sakmann ghỉ n qua kênh ion đơn |

Từ lâu , chúng ta đã biết rằng trên màng tế bào xảy ra một trao đổi

ion nhanh chóng , từ đầu , Neher và Sakmann đã cho rằng có một kênh ion

đặc biệt nằm trên màng Để hiểu rõ cách vận hành của kênh ion , cin ghi

nhận được nó mở và đóng như thế nào ? Diéu này thể hiện rõ cả khi dòng

lon qua kênh ion là cực kỳ nhỏ , và hơn nữa , các phân tử của kênh ion lại

được gắn sâu vào màng tế bào Neher và Sakmann đã giải quyết những khó khăn nay một cách thành công Họ đã cải tiến một ống hút thủy tinh

nhỏ ( đường kính | micromet ) thành một điện cực ghi nhận Khi ông này tiếp xúc với màng tế bào , nó sẽ tạo ra một chất bịt kín rất chặt với vùng

chu vi của lỡ ống hút Kết quả là sự trao đổi ion giữa bên ngoài và bên

trong ống hút chỉ xảy ra qua kênh ion trên mang Khi kênh ion md , ion sẽ

di chuyển qua kênh như một electron điện vì chúng được tích điện Qua

quá trình lọc của các thiết bị điện tử trong các điểu kiện thực nghiệm , họ

đã thành công trong việc đo dòng điện “hiển vi" bằng cách phát triển

phương pháp đầy khó nhọc suốt những năm 70 ( hình IC)

Một kênh ion vận hành như thế nào ?

165

Kênh ion có nhiều dang khác nhau Một số chỉ cho các ion dương K”,

Na* , Ca?" di qua , một số khác chỉ cho các ion âm Cl di qua Neher và

Sakmann đã khám phá ra làm thế nào kênh ion có được đặc tính này

Nguyên nhân là đo đường kính của kênh ion ứng với đường kính của ion

đặc biệt Trong nhiều kênh ion , có hai vòng amino axit mang điên tích âm

hay dương , chúng tạo ra một bộ lọc ion , chỉ cho phép ion mang điện trái

dấu đi qua bộ lọc Đặc biệt qua sự tương tác giữa các phân tử , nha sinh

học Sakmann đã làm: sáng tỏ sự vận hành của các phần khác nhau của kênh

ion Công trình khoa học của Neher và Sakmann đã làm thay đổi cơ bản

quan niệm trước đây về chức năng của tế bào và nội dung của quyển sách

sinh học tế bào Hiện nay , phương pháp của họ đã được hàng ngần các nhà khoa học trên thế giới sử dụng

Nghiên về

Tế bào than kinh cũng như tế bào sản xuất hormone và tế bào và tế

bào đảm nhận việc chống lại kí sinh trùng ( ví dụ tế bào vú ) tiết ra nhiều

yếu tố khác nhau Những chất này được tích trữ trong các túi có màng bao

xung quanh Khi tế bào bị kích thích , các túi này sẽ di chuyển đến bể mat

tế bào , màng của túi và của bể mat tế bào tan ra , giải phóng các yếu tốnày Tế bào vú tiết ra histamine và các yếu tố khác làm tăng phản ứng dé

kháng cục bộ Tế bào của tủy thượng thận phóng thích hormone stress adrenaline và các tế bào bêta trong tụy tiết insulin Neher đã làm sáng tỏ

các quá trình bài xuất của các tế bào dạng này bằng cách phát triển một kỹ

thuật mới cho phép ghi nhận sự tan chẩy của màng túi với màng tế bào.

166

Neher thấy ng điện tích của tế bào sẽ thay đổi nếu điện tích bể mat củachúng tăng từ đó có thể ghi nhận được quá trình bài xuất

Sự đ ều hòa chức năng của kênh ion

Neher và Sakmann đã sử dụng ống điện cực để tiêm các yếu tố khácnhau vào trong tế bào và qua đó , họ có thể giải thích các bước khác nhau

của quá trình bài xuất các chất trong chính tế bào Theo cách này , một số

cơ chế oài xuất của tế bào , vai trò của AMP vòng hay ion Ca?* đã trở nên

rõ rang Chẳng hạn , ngày nay , chúng ta đã biết sâu hơn làm thế nào nổng

độ hor ¬ne trong mấu luôn duy trì ở một mức nhất định

‘Ac cơ chế cơ bản giải thích quá trình bài xuất insulin cũng đã được nhý oiết Néng độ glucose trong máu sẽ qui định néng độ glucose trong tế

bào tao insulin còn các tế bào này điểu hòa mức độ của chất giàu năng lượng ATP ATP tác động trực tiếp lên một dang phân tử đặc biệt của kênhion , điểu khiển điện thế màng của tế bào Sự thay đổi điện thế màng sau

đó sẽ gián tiếp ảnh hưởng đến những kênh ion khác , kênh này cho phép

ion Ca?* vào trong tế bào Tiếp theo , ion Ca”* này sẽ gây bài xuất insulin.

Ở người bị bệnh tiểu đường , sự bài xuất insulin bị rối loạn Một số loại

thuốc được sử dụng rộng rãi để kích thích việc bài xuất insulin ở ngườibệnh tiểu đường sẽ tác động trực tiếp lên kênh ion kiểm soát ATP

Nhiéu bệnh khác phụ thuộc một phẩn hay hoàn toàn vào việc điểu hòa các kênh ion và một số thuốc tác động trực tiếp lên kênh ion Vàothập niên 80, nhiều cơ chế sinh lý bênh đã được hiểu rõ qua việc nghiên

cứu các kênh ion, ví đụ bệnh về tim mạch ( kênh Ca”*) , bệnh xơ hóa (kênh

Cl) , bệnh động kinh (kênh Na" và K* ) và những rối loạn thần kinh cơ ,

167

chẳng hạn như bệnh Lambert - Eatons ( kênh Ca?") Nhờ các kỹ thuật của

Neher và Sakmann ma có thể chế ra các thuốc và đạt hiệu quả tốt nhất trên

những kênh ion đặc biệt quan trọng đối với những bệnh đã nêu Chẳng

hạn, thuốc chống lo lắng sẽ tác động lên ion ức chế nào đó trên não Rượu,

nicotine và các chất độc khác tác động lên các kênh ion khác Tóm lại, những đóng góp của Neher và Sakmann đã tạo ra một cuộc cách mạng

trong lĩnh vực sinh học tế bào , giúp hiểu thêm về cơ chế của các bệnh vàsản xuất các loại thuốc mới , chuyên biệt hơn

168

XVI GIẢI NOBEL Y HOC - SINH LÝ HỌC NĂM 1992

1 NHỮNG NGƯỜI DOAT GIẢI :

+ ERWIN G KREBS !”'

Quốc tịch : Mỹ

Ong sinh ngày 6/6/1918 tai Lansing ,lowa , là người con thứ ba trong bốn người con của William

Carl Krebs và Luoise Halen Krebs

Cha ông là một bộ trưởng , me ông day 6

trường cho đến khi kết hôn Cũng giống như nhiều giađình bộ trưởng , gia đình ông chuyển chỗ rất nhiều lin , đầu tiên là đến

Newton , Illinois , sau đó là Greenville , Illinois khi ông lên 6 tuổi , đến

năm 15 tuổi , ông tiếp tục chuyển đến Chicago để theo đuổi việc học Vào

năm cuối trung học , bố ông đột ngột mất , đó là một sự kiện bất ngờ ảnh

hưởng mạnh đến ông Mẹ ông bị tác động sâu sắc bới cái chết của bố ông, nhưng sau khi cơn sốc qua đi , bà quyết định tập trung vào việc học tập của

các con , sau đó gia đình ông chuyển đến Urbana , Illinois Mỗi người trong

gia đình đều có một việc lầm thêm ngoài giờ

Năm 1936 , ông vào học trường đại hoc Illinois Trong 4 năm học ở

đây , ông đã thực hiện các nghiên cứu về hóa học hữu cơ

Tại trường đại học Washington , ông được đào tạo y khoa kinh điển ,

Những nam ông học ở trường y là những nim chiến tranh (1940 - 1943)nên

mặc dù thực hiện những nghiên cứu với tư cách là sinh viên y khoa nhưng

dif tính của ông là trở thành một bác sĩ có thể phục vu cho quân đội

169

Sau khi tốt nghiệp đại học , ông được đào tạo nội trú vé nội khoa tại

bệnh viện Barnes ở St - Louis , và sau đó phục vụ như một quân y

Năm 1946 , sau khi giải ngũ , ông quay trở lại St — Louis với ý định

tiếp tục học nội trú và trở thành giảng viên nhưng do phải chờ đợi để được

vào làm ở bệnh viện và giáo sư W B Wood khuyên ông nên nghiên cứu

mé6t nôn khoa học cơ bản nào đó nên ông đã chọn sinh hóa Sau hai nim,

được may mắn làm việc tại phòng thí nghiệm Carl và Gerty Cori , ông trở nên yêu nghề và quyết định sẽ tiếp tục duy trì trong lĩnh vực này thay vì

quay trở lại với Y khoa

Năm 1949 , ông đến Seattle để làm giáo sư trợ giảng môn sinh hóa

Năm 1950 , Hans Neurad trở thành Chủ tịch thường trực dau tiên của

khoa sinh hóa , đại học Washington , ông bắt đầu cho xây dựng lại để trở

thành một trong những khoa chính trong nước Diéu này đã tạo ra một môi

trường thuận lợi để phát triển và theo đuổi lĩnh vực này Năm năm sau kể

từ khi ông đến Seattle , Ed Fischer tham gia vào khoa và hai ông cùng hợp

tác nghiên cứu Lúc đầu , khi nghiên cứu về quá trình phosphorin hóa của

proteine , họ hợp tác với nhau rất chặt chẽ , giai đoạn sau thì mỗi người tậptrung vào lĩnh vực cụ thể riêng , liên quan đến vấn để trọng tâm

Năm 1968 , ông đến đại học California làm chủ tịch sáng lập khoa

sinh hóa , ông lưu lại đó 8 năm.

Năm 1977 , ông quay lại trường đại hoc Washington làm chủ tịch

khoa dược

Về đời sống gia đình , trong những năm học nội trú tại bệnh viện

Barnes , ông gặp vợ ông, là sinh viên học y tá của dai hoc Washington

170

Nam 1845 trước khi ông phục vụ hải quân, họ cưới nhau Ông có 3 người

con và hién nay có 5 người chau

Sau khi nhận bằng y tá , vợ ông theo đuổi sư nghiệp riêng của bà ,

nhưng bà cũng là một nguồn ủng hộ quan trọng trong sự nghiệp của riêng

ông, họ cùng chia sẻ với nhau những quyết định quan trọng trong cuộc

+ EDMOND H FISCHER '**!

Quốc tịch : Mỹ

Ong sinh ngày 6/4/1920 tại Thượng Hải , Trung Quốc Ông rời gia đình từ & tuổi đến học ở La

Châtaigneraie , Genève , Thụy sỹ Bố ông từ Vienne

đến Trung Quốc sau khi nhận bằng tiến sĩ luật và kinh doanh Me ông từ Pháp đến Hà Nội cùng ông bà của ông và sau đó , đến Thượng Hải , nơi đây , ông ngoại ông đã lập tờ báo Pháp đầu tiên ở Trung Quốc với tên là '' Courrier de Chine”

Năm 1935 , ông vào học ở trường cao đẳng Calvin Ở đây , ông chơi

thân với Haudenschild , một người bạn cùng lớp Họ sẽ quyết định một

người sẽ theo ngành khoa học cơ bản và một người sẽ theo ngành y khoa

Một diéu quan trọng khác đánh dấu những ngày học trung học là ông đượcnhạc viện Genéve nhận vào học Âm nhạc luôn chiếm một phần quan

trọng trong cuộc sống của ông , nhưng theo ông, đó chỉ là một thú tiêu

khiển thuần túy để giải trí

Ngay khi bắt đầu Đại thế chiến II, ông học hóa học , hai năm đầu về

phân tích định lượng vô cơ và sau đó là hóa hữu cơ Ong nhận được hai

171

bằng đại hoc , về sinh học và về hóa hoc Hai năm sau , ông được nhận bằng kĩ sư hóa học

Nhờ thực hiện tốt để tài , ông được chọn làm việc với giáo sư Kurt H

Meyer , trưởng khoa hóa hữu cơ , người mA ông và các bạn thường gọi một

cách trìu mến là “ông chủ” Vào thời điểm mà các nhà khoa học hiểu biết

rất ít vé polymer cao phân tử tự nhiên , Kurth Meyer đã sẵn sàng viết vài

cuốn sách về vấn để này Sự hứng thú chủ yếu của giáo sư là cấu trúc của

Polysaccarit , mà để xác định được cấu trúc của những phân tử này , cần

enzim amylase , phosphorylase Do đó , phòng thí nghiệm chia làm hai

nhóm , một chuyên vé enzyme và một chuyên về cacbohydrate Edmond

H Fischer đã quyết định chiết tách thành công amylase tụy của lợn , và sau

đó ở các nguồn khác , kể cả tụy và nước bọt của người Vào thới điểm này,

Eric A Stein đến tham gia với phòng thí nghiệm , bất đầu một tình bạn và

sự hợp tác lâu dài 15 nam.

Sau đó , ông đến NewYork với mục đích tiếp tục những nghiên cứu

về sinh hóa , ở đây , ông nhận được lời mời làm giáo sư phụ tá của Hans

Neurath, chủ tịch khoa sinh hóa , đại học Washington Sau sấu tháng đến

đây, ông và EdKrebs bất đầu làm việc chung Đây là những năm tháng rất

thú vị đối với ông

Ông có hai con trai với người vợ đâu tiên , cô Nelly Gagnaux , mất

năm 1961 Vợ hiện nay của ông là Beverley , cưới vào năm 1963

Ông đã nhận được huy chương vàng Werner từ Hội hóa học Thụy sỹcùng Ed Krebs , nhận giải Senior Passano và giải thưởng Steven C Beering của trường đại hoc Indiana

172

Ông cũng nhận được bằng tiến sĩ danh dự Causa từ đại học

Montpeillier (Pháp) , và đại học Basel (Thụy Sỹ).

Năm 1972 , ông được bau làm thành viên Viện hàn lâm nghệ thuật

và khoa học Hoa Kỳ và của Viện hàn lâm khoa học quốc gia năm 1973

2.NỘI DUNG VÀ Ý NGHĨA CỦA CÔNG TRÌNH

“ QUA TRÌNH PHOSPHORYL HÓA THUẬN

NGHICH CỦA PROTEINE ĐƯỢC XEM NHƯ MỘT

CO CHE DIEU HỎA SINH HỌC “ 5”!

Hang ngần proteine tham gia vào sự tác động qua lại phức tạp trong

tế bào Chúng là công cụ của cơ thể sống , điểu hòa các phản ứng và hoạt

động của cơ thể Ví dụ , proteine duy trì dòng chuyển hóa , điểu khiển quá

trình tăng trưởng và sự phân chia tế bao , giải phóng các hormone và liên kết hoạt động cơ

Sự tác động qua lại giữa các proteine được điểu khiển một cách rất

nghiêm ngặt Và một trong những cơ chế diéu hòa quan trọng nhất là quá

trình phosphoryl hóa thuận nghịch Có nghĩa là các enzyme sẽ phosphoryl

hóa và giải phosphoryl hóa các proteine Hoạt động của cả hai enzyme

này lin lượt được diéu hòa , thường theo nhiều bước Giải Nobel Y học

-Sinh lý học năm 1992 được trao cho hai nhà simh hóa người Mỹ Edmond

Fischer và Edwin Krebs Ho đã tinh chiết và mô tả enzyme đầu tiên thuộc

173

dang nay Đây là một khám phá tiên phong , khởi xưởng một lĩnh vực

nghiên cứu mới mà ngày nay đã trở nên sôi động và phổ biến nhất

Quá trình phosphoryl hóa thuận nghịch của proteine tiêu biểu cho sự

điều hòa các quá trình khác nhau , như sự huy động glucose từ glycogen ,

phòng ngừa trường hợp bị loại trừ khi ghép nhờ cyclosporin và ngừa sự phát

triển của một dạng ung thư nhờ chronic leukemia

h `

Quá trình phosphoryl hóa của proteine là quá trình xảy ra sự gắn kết

của một hay nhiều nhóm phosphate (P) với proteine

Hình l : Quá trình phosphorine hóa thuận nghịch của proteine

Một proteine kinase chuyển một nhóm phosphate (P) từ ATP đến proteine làm cho

đặc tính sinh học của proteine bị biến đổi Cũng có một proteine phosphatase có thể

chuyển nhóm phosphate Như vậy , số lượng gốc phosphate gắn với proteine được xác

định bởi hoạt động tương quan giữa kinase va phosphatase

Quá trình phosphoryl hóa ảnh hưởng đến cấu trúc ,số lượng của proteine và do vậy cũng sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của proteine Theo

cách này chức năng sinh học của proteine được chuyển đổi ở các mức độkhác nhau Tuy nhiên , nhóm phosphate từ proteine cũng có thể được

124

chuyển đi qua quá trình loại phospho , Diéu này tao cơ sở cho sự chỉ định

phosphoryl hóa thuận nghịch của proteine

Edmon Fischer và Edwin Krebs đã mô tả proteine đầu tiên thể hiện

cơ chế điểu khiển mới của enzyme qua quá trình phosphoryl! hóa thuận nghịch của proteine Những phat hiện cơ bản đã có vào giữa thập niên 50 qua một nghiên cứu về một hệ cơ đặc biệt

Cơ được cấu tạo từ một lượng rất lới các tế bào có thể co hoặc giãn Đối với một cơ còn co , cẦn cung cấp năng lượng dưới dạng đường glucose.Glucose được giải phóng từ glycogen , một dạng đường dự trữ của cơ thể.Glucose được dự trữ ở gan cũng như trong các tế bào cơ Khi cơ nhận đượclệnh bit đầu co , chúng sẽ huy động glycogen , chuyển ngược glycogen trởlại dang hiên liệu glucose Dé thực hiện được điểu này , cơ thể sử dụng một

dang proteine đồng hóa glycogen đặc biệt gọi là phosphorylase Enzyme

này do hai nhà bác học Carl và Gerti Cori khám phá ra , hai ông đã nhận

được giải Nobel Y học - Sinh lý học năm 1947 Enzyme có bản chất là

proteine , có vai trò đặc biệt là làm cho các phan ứng sinh học có thể xảy ra

nhanh chóng , hay còn gọi là các chất xúc tác

Người ta đã biết ring enzyme phosphorylase được diéu hòa bởi cácphân tử nhỏ Edmond Fischer và Erwin Krebs cho rằng phosphorylase có

thể chuyển từ dạng không hoạt động sang dạng hoạt động nhờ một cơ chế

mới Đó là chuyển một gốc phosphate từ hợp chất ATP giàu năng lượng

sang proteine Hai ông cũng đã phát hiện ra quá trình này được xúc tác bởi

một enzyme , đó là proteine kinase Enzyme không chỉ xúc tác cho quá

175

trình gắn kết gốc phosphate mà còn giúp loai chúng đi , những enzim như

vậy có tên là phosphatase Theo cách nay, phosphorylase dị hóa glycogen

được điểu hòa bởi hai enzyme hoạt động ngược chiểu nhau : kinase và

phosphorylase Qua những nghiên cứu sinh hóa quan trọng , Fischer và

Krebs đã cho thấy proteine trong tế bào cơ tạo ra nguồn năng lượng một

cách nhanh chóng cần cho hoạt động của cơ như thế nào.

Cơ chế của sự tăng cường sinh hoc

Càng ngày , người ta càng thấy rõ tim quan trọng của các quá trình

phosphoryl hóa , nó ảnh hưởng đến tất cả chức năng của tế bào Chẳng hạnEdwin và Krebs đã cho thấy proteine kinase có vai trò liên kết các tác đông

của AMP vòng (do Easl Sutherland, người đoạt giải Nobel năm 1977 phát

hiện ra) nó được tao ra để đáp ứng một lượng lớn hormone là những tín

hiệu phân tử Hormone stress , adrenaline (epinephirine) làm trung gian

trong quá trình đồng hóa glycogen tích trữ trong gan Kết quả của quá trình

này là giải phóng glucose vào trong máu , cung cấp nang lượng cho cơ và

tim chống lại stress

Việc AMP vòng liên kết các tác động của nó qua việc kích thích

proteine kinase hoạt hóa enzyme phosphorylase đã giải thích làm thế nào

một tín hiệu của hormone lại có thể dẫn đến sự huy động nhanh đường

Sau đó , quá trình phosphoryl hóa của mét loạt các proteine hoạt động

giống như một hệ thống tăng cường sinh học

176

Enzyone lout hỏa

( shy ONC) m=—— Gluc yes

pe ]

Hình 2: Các phản ứng của quả trình phosphoryl hóa proteine nối với nhau tạo thành một chuỗi , được xem như một cơ chế tăng cường sinh học Khi nông độ glucose

trong máu giảm , lượng hormone adrenaline sẽ tăng lên , làm tăng AMP vòng chữa trong

tế bào gan , làm hoạt hóa proteine kinase phụ thuộc AMP vòng bằng cách phosphoryl

hóa kinase , sau đó kinase sẽ chuyển đến glycogen lam glycogen chuyển sang glucose ,

vào máu Khí nồng độ glucose trong máu tăng , ndng độ adrenaline sẽ giảm Sự kích thích bị ngưng và những phản ting của phosphatase tiếp tục quay về việc giảm sản xuất

glucose Sự gia tăng ion Ca** trong tế bào cơ là một đấu hiệu cho sự hoạt động của co.

lon Ca** cũng tham gia vào các phdn ứng của quá trình phosphoryl hóa

Sau khám phá của Fischer và Krebs , những proteine kinase khác

tiếp tục được tìm thấy Hiện nay , người ta thấy rằng có khoảng 1% gen

trong tổng hệ gen mã hóa cho những proteine kinase Nhũng kinase này

điều hòa chức nang của hàng nghìn proteine trong tế bào Thêm vào đó ,

hệ thống này còn gồm một lượng lớn proteine phosphatase diéu hòa sy chuyển nhóm phosphate từ các proteine theo chiéu ngược lai

Các chất ức ché và các chất hoat héa

Ảnh hưởng của quá trình phosphoryl hóa lên tế bào

177

I.Chất nhận hormone (ví dụ : chất nhận adrenaline ) được

phosphoryl hóa nhờ kinase đặc biệt để cẩn trở các kích thích vượt mức

2.Quá trình phosphoryl hóa có thể điểu khiển hình dang và khả năng

vận động của tế bào , làm gia tăng các quá trình dài ra

3.Quá trình phosphoryl hóa các ribosome ảnh hưởng đến quá ting

tổng hợp proteine |

4.Proteine diéu hòa gen có thể phosphoryl hóa theo chiéu ngược lại

gây nên biểu hiện thích ứng của các thông tin trên gen

5.Hormone và các chất dẫn truyền thần kinh tích trữ trong các túi,

phản ứng phosphoryl hóa diéu hòa việc giải phóng chúng

6 Proteine điểu khiển sự co cơ có thể được phosphoryl hóa bởi

kinase , do đó , quá trình phosphoryl hóa thuận nghịch proteine ảnh hưởng

đến huyết áp, hô hấp

7.Quá trình phosphoryl hóa điểu hòa enzim (có vai trò điểu khiển sự

chuyển hóa)

Một số quá trình của tế bào được diéu hòa nhờ quá trình phosphoryl

hóa thuận nghịch proteine Sự mất cân bằng giữa kinase và phosphatase sẽ

gây bệnh và các phản ứng không mong muốn của mô, vài ví dụ như :ấp

suất máu , phản ứng viêm và sự dịch các tín hiệu của não ,v.v được điểu

hòa nhờ sự tương tác giữa các hormonr khác nhau , và các tương tác nay sẽ

được liên kết thông qua kinase vá phophatase Do đó , chúng ta hy vọng

rằng có thể chế ra một số thuốc có ảnh hưởng đến sự mất cân bằng này

A I hóa kích

178

Có quá nhiều quá trình phosphoryl hóa có vai trò quan trọng như

nhau , vì vậy , rất khó chọn ra một ví dụ tiêu biểu Tuy nhiên , sự kích hoạt

các phản ứng miễn nhiễm đã hình thành một kiểu mẫu thích hợp Nó minh

họa làm thế nào một chuỗi các quá trình phosphoryl hóa có thể tăng cường

độ dài của các tín hiệu ban dau

Ngoài ra , qua ví dụ này , người ta còn thấy cơ chế tác động qua lại

rất chặt chẽ giữa quá trình phosphory! hóa và giải phosphoryl hóa Diéu

nay làm sáng tỏ thêm những công trình nghiên cứu mà Fischer va Krebs đã

thực hiện trong những năm vừa qua Ví dụ này cũng cho thấy các thuốcảnh hưởng đến quá trình phosphoryl hóa được sử dụng để phòng ngừa nguy

cơ bị loại bỏ trong các trường hợp cấy ghép gen như thế nào

Trong trường hợp bị viêm , hệ miễn nhiễm sẽ bị kích hoạt bởi những

kháng nguyên Các đại thực bào tiêu thụ những kháng nguyên và chuyểncác thành phan của kháng nguyên đến cấu trúc bể mặt xác định Sau đó ,các lympho bào đặc biệt nhận ra kháng nguyên , chúng đến tiếp xúc với

các đại thực bào qua các proteine có bể mặt đặc biệt Edmond và Fischer

thấy rằng hoạt động của các proteine này giống như một phophatase

Phophatase sẽ chuyển đi một gốc phophate từ một enzyme Diéu này dẫn

đến một chuỗi phản ứng trong đó một loạt các enzyme phosphoryl hóa mới

(kể cả những enzyme do Krebs phát hiện ra) được kích hoạt Và cuối cùng,

số lượng lympho bào đặc biệt tang lên để chống lại sự viêm nhiễm:

Tuy nhiên , sự để kháng đôi khi cũng gây ra nhiều vấn để , chẳng

hạn , sau khi cấy ghép một cơ quan , các phản ứng dé kháng sẽ cố loại bỏ

các cơ quan được ghép vào như thin, gan, tụy Cyclosprin là một loại

179

'huốc được sử dung để ngăn ngừa sự loai bỏ này một cách rất thành công Qua phản ứng phosphoryl hóa , cyclosprin và kiểm hãm phophatase calcineurin Enzyme này cẩn cho sự tăng trưởng và phát triển của các

lympho bào đặc biệt tấn công vào cơ quan cấy

Dưới những điều kiện nào đó , quá trình phosphoryl hóa cũng quan trọng đối với sự phát triển của ung thư DNA trong nhân tế bào chứa 100 oncogene bất thường Bình thường , chúng sản xuất ra các proteine tham gia điểu hòa sự tăng rưởng của tế bào Tuy nhiên , do những thay đổi trong

các oncogene làm phát sinh ra những đột biến và điểu này dẫn đến hình

thành nhiều sản phẩm làm cho tế bào phát triển không bình thường , đó là

tế bào ung thư Trong nhiều trường hợp , hoạt động của proteine kinase sẽ

chịu trách nhiệm điểu chỉnh những sai nhầm , ví dụ chronic myeloic

leukemia

180

XYVII.GIÁI THƯỜNG NOBEL Y HỌC - SINH LÝ HỌC

NĂM 1994

I.NHỮNG NGƯỜI ĐOẠT GIẢI :

+ ALFRED G GILMAN''”

Quốc tịch : Mỹ

Ong sinh năm 1841 Cha ông , Alfred Gilman có

thể chơi bất kỳ loại nhạc cu nào , còn mẹ ông là một

nghệ sĩ piano xuất sắc , Dù được đi truyền từ bố mẹ

như vậy nhưng ông vẫn kết thúc sự nghiệp âm nhạc

sau vài năm học ở phổ thông.

Cha ông là một tiến sĩ chuyên ngành Hóa - sinh lý của trường đại

học Yale và sau đó làm việc tại khoa được của trường đại học này

Năm 1962 , sau khi học xong cao đẳng , Alfred G Gilman làm việc

tại phòng thí nghiệm của Allan Conney ở Burroughs Wellcome , NewYork.

Nam 1971 , ông trở thành giáo sư phụ tá bộ môn dược lý tại trường

đai học Virginia , Charlotesville

Năm 1981 , ông đến Dallas và nhận một chức vụ ở khoa dược Nam1994 , ông nhận được giải Nobel vé Y học - Sinh lý học với

công trình nghiên cứu về các G - proteine

Ông đã có vợ và 3 con.

Hiện nay , Gilman đang lam việc tại trường đại hoc Texas , trung tim

Y khoa Đông Nam Mỹ, Dallas , Texas ,Hoa Kỳ

ISI

+ MARTIN RODBELL'”'

Quốc tịch :Mỹ

Ông sinh ngày 1/12/1925 ở Baltimo , Maryland

4 Ông rất dam mé ngôn ngữ và hóa học Năm 1943 , ông

vào học ở trường đại học Johns Hopkins Từ Hopkins ,

_ a Ong hăng hai tham gia quân đội , làm nghĩa vu quan sự,

_ ông đã trải qua phan lớn thời gian ở Nam Thái Binh Dương Sau khi phục hối khỏi bệnh sốt rét ở các rừng rậm Philippin , ông

tiếp tục hành nghề trên một số con tàu và đã đến Hàn Quốc và Trung

Quốc.

Sau chiến tranh , ông trở về Johns Hopkins và lại bị lôi cuốn vào văn

học Pháp Cha ông muốn ông học Y nên ông đã học sinh vật và sau này là

hóa học.

Ông gập vợ tương lai của ông là Barbara Ledermann năm 1949 và họ

cưới nhau năm 1950 Sau đó , ông cùng với vợ đến trường đại học Washington , Seattle và làm dé tài tại đây Nim 1954 , ông nhận được bằngtiến sĩ ở bộ môn sinh hóa Ông lập tức rời Seattle đến Urbana , Illinois , trở

thành thành viên nghiên cứu sau dai học ở khoa hóa , đây là một nơi rất

tuyệt vời cho việc nghiên cứu của ông Ông đã nghiên cứu các vấn để vềsinh tổng hợp một loai khang sinh , chloramphericol và về 5 loại proteine

có vai trò quan trọng trong các bệnh liên quan đến lipoproteine ,

182

Năm 1960 , ông nghiền cứu về sinh học tế bào như phôi học và làm

việc tại trường đại học Free ở Brussels.

Khi quay trở lại Mỹ , ông nhận được một vị trí tại phòng thí nghiệm

dinh dưỡng và nội tiết của Viện nghiên cứu bệnh chuyển hóa và bệnh viêm

khớp

Trong thời kỳ từ năm 1967 - 1968 , ông tiến hành những nghiên cứurất thú vị về tác động của các hormone lên sự chuyển vị trí của ion và axit

amin trong tế bào

Nam 198] -1983, ông là giáo sư của trường thí nghiệm sinh hóa của

trường đại học , nơi dây , ông đã nghiên cứu về cấu trúc và chức năng của

glucagon

Ông đã có vợ và 4 con Hiện nay , ông đang làm việc tại Viện sức

khỏe khoa học mỏi trường quốc gia ở Hoa Kỳ

2.NỘI DUNG VÀ Ý NGHĨA CỦA CÔNG TRÌNH

“ G - PROTEINE VA VAI TRO CUA CÁC

PROTEINE NAY TRONG VIEC DAN TRUYEN TIN HIEU

TRONG TE BAO”!

Chúng ta đã biết rằng các tế bào thông tin với nhau qua các hormone

có bản chất proteine và các chất tín hiệu khác được giải phóng từ các

tuyến, các tế bào thần kinh và các mô khác Mới đây , người ta đã bất đầu

hiểu thêm về cơ chế xử lý thông tin từ bên ngoài của tế bào và chuyển cácthông tin đó thành các hành động phù hợp , chẳng hạn , cơ chế dẫn truyền

các tín hiệu trong tế bào như thế nào

183

Trong bối cảnh này , những khám phá về G - proteine của các nhà

khoa học Mỹ như Alfred G - Gilmann và Martin Rodbell trở nên cực kỳ

quan trọng và md ra một loạt các kiến thức mới

Người ta gọi là các G - pre“ine vì chúng gấn với guanosine

triphophate (GTP) Gilman và Rodbell nhận thấy rằng G - Proteine có tác động điểu chỉnh và truyền tín hiệu trong tế bào , nó có khả năng khuếch

tán các hệ thống khuếch đại khác nhau của tế bào Chúng nhận nhiều tín

hiệu khác nhau từ bên ngoài tế bào rồi hợp nhất chúng lại và diéu khiển

các quá trình sống chủ yếu trong cơ thé

Những rối loan trong hoạt động chức năng của G — proteine sẽ dẫn

đến bệnh tật Việc mất muối và nước ở bệnh tả là do tác động trực tiếp

của các độc tố gây bệnh lên G - proteine Một số rối loạn về nột tiết di

truyền và khối u !A những ví dụ khác Hơn nữa , một số triệu chứng của cácbệnh thường gặp như tiểu đường , nghiện rượu có thể phụ thuộc vào sự di

truyền các tín hiệu khác nhau qua G - proteine

Cơ thể chúng ta được tạo nên từ hàng tỉ các tế bào tác động qua lại

lẫn nhau , cho phép chúng ta hoạt động hàng ngày và gặp những thách

thức Sự kết hợp này được tạo lập phan nào là do các tế bào thông tin với

nhau qua các tín hiệu hóa học Hormone và các phân tử tín hiệu khác được

giải phóng ra từ các tuyến , các tế bào thin kinh và các mô khác Các tín

hiệu hóa học này tấn công vào các thụ quan đặc biệt trên bể mặt tế bào Các thụ quan truyền thông tin vào trong tế bào Cách đây ít lâu người ta đã

nhận ra tim quan trọng của sự thông tin giữa tế bào Những sự dẫn “ên

184

tín hiệu trong tế bào vẫn chưa rõ ràng cho đến khi Alfred G Gilman và

Martin Rodbell hoàn thành các khám phá của họ

Tế bào được bao bọc bởi một lớp màng có cấu tao chủ yếu từ lipid

để ngăn cách một cách có hiệu quả bên ngoài với bên trong tế bào Nhà

khoa học người Mỹ Earl Sutherland nhân giải Nobel năm 1971 vì có những

khám phá liên quan cơ chế hoạt động của các hormone cho rằng các tin

hiệu được sử dụng để thông tin giữa các tế bào (“thông điệp viên sơ cấp”)

sẽ được chuyển thành một thông tin tác đông vào bên trong tế bào (“thông

điệp viên thứ cấp”) Chúng ta đã biết có sự biến đổi thông tin xảy ra trên

nàng tế bào , nhưng không hiểu gì thêm vế các quá trình có liên quan.

*Martin Rodbell và cộng sự làm việc tại Viện sức khỏe quốc gia

Bethesda ,Mỹ Qua một loạt thí nghiệm tiên phong được thực hiện vào

cuối thập niên 60 và déu thập niên 70 , họ kết luận rằng sự dần thuyền tín

hiệu qua màng tế bào liên quan đến sự hợp tác của ba thể chức năng khác

nhau (hình 1).

Tin liệu ngoài tế bie

Tin hiệu A ‘Tin hiệu B

Hình 1: Năm 1971 , Martin Rodbell cho rằng sự ddn truyền thông tin từ bên ngoài

tế bào vào bên trong đòi hỏi sự hợp: tác của ba đơn vị chức năng : 1 Yếu tổ nhận biết (thụ quan ) ghi nhận các tín hiệu khác nhau bên ngoài tế bào (“thông điệp viên sơ cáp”);

2 Yếu tố dẫn truyền đòi hỏi GTP ; 3 Yếu tổ khuếch đại làm tăng lượng “thông điệp viên

thứ cấp”.

Bắt đầu là các tín hiệu hóa học gắn một cách trực tiếp với thụ quan

của nó trên màng tế bào Khi thụ quan xác định được sẽ gấn với phân tử tín hiệu nào thì nó sẽ hoạt động như một yếu tố phân biệt (theo danh pháp

do Rodbell dat ra) Yếu tố khuếch đại làm gia tăng lượng “thông điệp viên thứ cấp” gian bào , chẳng han AMP vòng Rodbell là người đầu tiên nhận

thấy rằng thu quan dé phân biệt được từ yếu tố khuếch đại Tuy nhiên công trình nghiên cứu chính của ông cho thấy chức ning của một yếu tố dẫn truyền riêng biệt Yếu tố này đã tạo ra một mối dây liên hệ giữa yếu

tố phân biệt và yếu tố khuếch đại và như vậy nó đóng vai trò quan trọng

trong việc din truyền tín hiệu Rodbell nhận thấy rằng chức din truyén này được điểu khiển bởi guanosine 5'-triphosphate (GTP), một chất giàu năng

lượng Ông cũng cho rằng có thể có nhiều chất dẫn truyền

*Alfred G Gilman làm việc tại trường đại hoc Virginia ở Charlottesville Mỹ , ông muốn xác định bản chất hóa học của các chất dẫn

truyền mà Rodbell đã tìm ra Bang cách sử dụng nhiêu loại tế bao gây bệnh bạch cầu có bộ gen khác nhau , Gilman nhận thấy rằng một tế bào

gây bệnh bạch câu bị đột biến có có thụ quan và proteine khuếch đại bình

thường , tạo ra AMP vòng như một yếu tố dẫn truyền thông tin thứ cấp

Tuy nhiên , những tế bào này lại không thể đáp ứng một cách bình thường

với những tin hiệu bên ngoài , nghĩa là không có gì xảy ra cả

186

Gilman giải thích rằng những tế bào bị đột biến này thiếu chức năng

của yếu tố dan truyền Trải qua thời gian dài nghiên cứu vào những năm

cuối thập niên 70 , ông và công sự đã tìm ra một proteine trong tế bào bình

thường mà khi chuyển vào tế bào bị đột biến thì tế bào này sẽ phục hồichức năng của nó , và đến nam 1980 , họ đã chiết tách được proteine này

(hình 2).

Tế bảo đột biển

!

-Tế bào bình thường Té bio đổi bà với G-P Pr \

gan | Thus ‘Tho quay = |

Không có phản

[hán arg ¬nh her a sảnh NT = Phan ứng sinh hogy G - Proteine cư

Hình 2 : Alfred G Gilman và cộng sự của ông đã sử dụng tế bào gây bệnh bạch

câu để nhận dang và xác định G - proteine Những tế bào bình thường sẽ trả lới bằng

phần ứng sinh học với những yếu tố truyền thông tin sơ cấp tương ứng Tuy nhiên, trong

tế bào bị đột biên, không có phản ứng trả lời nào cả vì không có G - proteine và chức

năng của những tế bào này có thể được phục hồi nhờ G - proteine được tách ra từ một

mô khác , chẳng hạn như não.

Như vậy G -proteine đầutiên đã được khám phá , ngày nay , nó mang

tên thường gọi là G - proteine vì có phản ứng với GTP Nhờ khám phá tiên

phong của Gilnam và Rodbell , nhiều phòng thí nghiệm quay sang nghiên

cứu vấn để này Do đó , ngày nay , chúng ta hiểu biết nhiều vé chức năng

của G - proteine và cũng hiểu được G - proteine điểu khiển sự hoạt động

của tế bào như thế nào.

187

Vai ia G = rong vi Ì

G - proteine bao gồm 3 chuỗi peptide tách biệt có chiểu dài khác nhau , mỗi chuỗi có hình dang khác nhau Tất cả được mã hóa bởi những gen đặc biệt bên trong nhân tế bào Sự kết hợp theo nhiều cách của ba chuỗi peptide này sẽ tao ra vô số các loại G - proteine Proteine có chuỗi peptide lớn nhất có thể có thể gắn với GTP , khi diéu đó xảy ra , nhờ thụ

quan kích thích nên G proteine chuyển sang dạng hoạt động Sau đó, G

-proteine ở dạng hoạt động sẽ chuyển GTP thành GDP rồi chuyển ngược trở

lại sang dang không hoạt động (hình 3).

3G Pooteine chuyển đối qua li giữa đang

Het loa và đạng bất loạt

Thay dối trao đổi chất Thi ay dổi sự ling

‘Thay dấn hoat dong thin kinh“ trtlng tế bào

Hình 3: G = proteine có cơ chế hoạt động như một công tắc phân từ Các tín hiệu

hormone làm che G - proteine chuyển từ G1!" sang GDP Do đó , G - proteine được hoạt hóa và một "ê thống khuếch đại khác cũng được hoạt hóa , diéu này dẫn đếnnhưng

thay đổi khác nhau trong tế bào Sau dé , các tín hiệu lai bị tắt khi GTP chuyển sang

GDP.

188

Như vậy , GTP đã làm chuyển đổi qua lại giữa thụ quan của hormone và

hệ thống khuếch đại trong màng tế bao.

Như vậy , ta thấy có nhiều dạng G - proteine , mỗi dạng chỉ được

hoạt hóa bởi một vài thụ quan và ngược lại cũng có thể kích thích được một

số hệ khuếch đại chuyên biệt Theo cách này sẽ tao ra những phản ứng

đặc trưng trong tế bào Ở võng mạc của mất có các G - proteine chuyên

biệt , chuyển đổi tín hiệu ánh sáng , kích thích các sợi thần kinh , truyền các

kich thích thị giác lên não Khứu giác của chúng ta cũng phụ thuộc vào

các G - proteine chuyên biệt trong tế bào khứu giác và vị giác cũng không ngoại lệ , có liên quan đến một số dạng proteine khác

Một số dạng G - proteine kích thích , một số khác lại ức chế việc tạo

thành AMP vòng và vì thế sẽ kích thích hay ức chế sự trao đổi chất trong tếbào Một số G - proteine làm biến đổi dòng ion trên màng tế bào và do đó

sẽ làm thay đổi hoạt động của tế bào G - proteine còn tác động lên quátrình phosphoryl hóa proteine và kiểm soát sự phân chia và sự biệt hóa tế

bào

G - proteine và bệnhNhiéu triệu chứng bệnh được giải thích là do chức năng của G -

proteine bị biến đổi Một ví dụ điển hình nhất là bệnh tả , một trong những

bệnh viêm dạ dày nặng nhất Bệnh do virus tả sinh ra một loại độc tố Độc

tố này hoạt động như một enzim làm biến đổi một trong những G- proteine

và do đó làm G - proteine bị kẹp chat ở dang hoạt động , gây cần trở sự

hấp thu nước và muối ở ruột Hậu quả là mất nhiều nước và muối , có thể

din đến cái chết Triệu chứng cũng tương tư khi bị nhiễm khuẩn E Coii ,

189

vi khuẩn này sinh ra một độc tố cản trở sự hoạt động của vài G - Proteine , làm cho khả năng để kháng giảm.

Ở một số bệnh thông thường , lượng G - proteine trong tế bào thay

đổi , có thể quá nhiều hay quá it Chẳng hạn , ở bệnh tiểu đường hay

nghiện rượu , xuất hiện vài triệu chứng cho phép khẳng định rằng nguyênnhân của bệnh có thể liên quan đến một loại proteine nào đó

Ở động vật , khi G-proteine gidm sẽ làm cho quá trình phát triển thay

đổi và trao đổi chất bị rối loạn Ở người , G- proteine bị đột biến hay hoạt

động quá mạnh chính là một đặc tính của khối u G - proteine hoạt động

quá mạnh cũng gây rối loạn nội tiết di truyền , chẳng hạn hội chứng

McCune - albrigh được biểu hiện đặc trưng bởi những nốt cà phê sữa trên

đa Ngoài ra , trong trường hợp hoạt động của G - proteine giảm , đột biến khác của G - proteine sẽ gây rối loạn chuyển hóa canxi và !Am biến dang

bộ xương

190