Chương 2 Động vật và mô tế bào động vật TS. Đặng Đức Long

a/ Cấu trúc: Màng tế bào dầy khoảng 7,5–10 nm và điều khiển dòng chuyển động của các phân tử giữa tế bào chất và môi trường ngoại bào.. Màng tế bào: d/ Thông tin giữa các tế bào Các phâ

THÔNG TIN CHUNG VỀ LỚP HỌC

• NHIỆM VỤ SINH VIÊN:

- Theo dõi bài giảng và đọc các tài liệu tham khảo theo hướng dẫn;

- Làm bài tập và tham gia seminar;

- Tham dự kiểm tra giữa kì và thi kết thúc học phần.

• CÁCH ĐÁNH GIÁ:

- Điểm báo cáo (bài tập, seminar): 20 %

- Điểm thi kết thúc môn học: 50 %

- Điểm cộng cho tham gia thảo luận trên lớp: tối đa 10%

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC

Chương I: Giới thiệu tế bào và mô động vật

1.1 Cấu trúc và chức năng tế bào động vật

1.2 Sơ lược cấu trúc và chức năng của mô

Chương II: Nuôi cấy tế bào động vật

2.1 Giới thiệu:

2.2 Phòng thí nghiệm nuôi cấy tế bào động vật

2.3 Kỹ thuật nuôi cấy tế bào

2.4 Các hệ thống nuôi cấy tế bào

2.5 Một số kỹ thuật liên quan

2.6 Ứng dụng của kỹ thuật nuôi cấy tế bào động vật

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC (tiếp)

Chương III: Công nghệ hỗ trợ sinh sản

3.1 Giới thiệu

3.2 Kỹ thuật chuẩn bị giao tử

3.3 Kỹ thuật hỗ trợ sự thụ tinh

3.4 Cấy truyền phôi

3.5 Một số kỹ thuật liên quan

Chương IV: Công nghệ tạo dòng vô tính

4.1 Giới thiệu

4.2 Các quá trình sinh học của công nghệ tạo dòng

4.3 Các kỹ thuật cơ bản trong tạo dòng in vitro

4.4 Một số khiếm khuyết ở động vật tạo dòng vô tính

4.5 Ứng dụng của tạo dòng vô tính động vật

4.6 Vấn đề tạo dòng vô tính ở người

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC (tiếp)

Chương V: Tế bào gốc

5.1 Giới thiệu

5.2 Tế bào gốc phôi (Embryonic Stem Cell)

5.3 Tế bào gốc trưởng thành (Adult Stem Cell)

Chương VI: Động vật biến đổi gen

6.1 Giới thiệu

6.2 Phương pháp biến đổi gen ở động vật

6.3 Định hướng gen chuyển

6.4 Ứng dụng của động vật biến đổi gen trong y học

6.5 Ứng dụng khác của động vật biến đổi gen

GiỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ TẾ BÀO

ĐỘNG VẬT

• Công nghệ tế bào động vật là 1 chuyên ngành mới với mục đích không những tìm hiểu cấu trúc, chức năng và biểu hiện của các loại tế bào động vật mà còn phát hiện và khai thác khả năng của các tế bào đó trong các mục đích y học và công

nghiệp

• Công nghệ tế bào động vật quan tâm đến các công nghệ tạo và phát triển dòng của các loại tế bào biệt hóa với các khả năng hữu ích, tối ưu hóa việc nuôi cấy các tế bào đó ở quy mô công nghiệp, điều tiết khả năng của chúng sản xuất ra các protein dùng trong dược phẩm, v.v

GiỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ TẾ BÀO

ĐỘNG VẬT

• Một số thành tựu điển hình của Công nghệ tế bào động vật -Hỗ trợ sinh sản: năm 1982, Brackett và cộng sự nuôi và sử

dụng tế bào trứng chín in vivo, sau đó thử nghiệm kỹ thuật in

vitro fertilization (IVF) để cho ra đời con bê từ ống nghiệm đầu tiên trên thế giới; sau đó là các loài động vật khác Đến nay đã có hàng triệu em bé ra đời bằng thụ tinh trong ống

nghiệm Rồi việc tạo dòng (cloning) động vật trưởng thành đầu tiên vào năm 1997 (cừu Dolly).

- Động vật biến đổi gen: để tạo ra các sản phẩm không truyền thống như thuốc, nguồn cung cấp tế bào và mô, v.v

- Công nghệ tế bào gốc

- Chẩn đoán bệnh

- Liệu pháp Gen

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1 Cấu trúc và chức năng tế bào động vật

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1 Cấu trúc và chức năng tế bào động vật

2.1.1 Màng tế bào:

-Tế bào được bao bọc bên ngoài bởi màng sinh chất (plasma membrane) hay là màng tế bào (cell membrane) Trong tế bào động vật còn có 1 hệ thống nội màng (internal membrane) phức tạp, tạo ra các cơ quan bên trong.

a/ Cấu trúc:

Màng tế bào dầy khoảng 7,5–10 nm và điều khiển dòng chuyển động của các phân tử giữa tế bào chất và môi trường ngoại bào Màng này bao gồm cấu trúc lớp đôi phospholipid với nhiều

protein khảm trên đó Cấu trúc lớp đôi lipid làm cho màng thấm được cho các phân tử không phân cực và các chất hòa tan trong lipid, nhưng không thấm các ion tích điện

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1 Cấu trúc và chức năng tế bào động vật

2.1.1 Màng tế bào:

a/ Cấu trúc

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

protein khảm cũng di chuyển trong mặt phẳng màng , nhưng do kích thước và nhiều liên kết, nên chúng di chuyển với tốc độ

chậm hơn so với lipid.

- Tính không cân xứng: sự khác biệt giữa 2 bên của màng tế bào,

do vị trí hay cấu hình protein khảm trong màng

Tính lỏng và không cân xứng của màng giúp giải thích sự vận

chuyển vật chất, chuyển đổi năng lượng, và truyền thông tin qua màng tế bào

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.1 Màng tế bào:

- Tính thấm chọn lọc: màng tế bào cho phép vài chất nhất định đi qua màng dễ dàng hơn những chất khác, cũng như ngăn cản sự di chuyển qua màng của một số chất

c/ Sự vận chuyển qua màng tế bào

Sự vận chuyển chất qua màng tế bào có 3 nhóm: vận chuyển đơn dòng (uniport)- vận chuyển 1 phân tử theo 1 hướng; vận chuyển đồng dòng (symport)- vận chuyển đồng thời hai phân tử theo 1 hướng; vận chuyển đối dòng (antiport)- cùng lúc hai phân tử theo

2 hướng ngược nhau Và sự vận chuyển qua màng tiến hành theo

2 cơ chế: thụ động và chủ động.

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.1 Màng tế bào:

c/ Sự vận chuyển qua màng tế bào

-Vận chuyển thụ động (passive transport): bao gồm sự khuếch

tán đơn giản và khuếch tán được hỗ trợ (facilitated difusion) Loại quá trình này không cần năng lượng.

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.1 Màng tế bào:

c/ Sự vận chuyển qua màng tế bào

-Vận chuyển chủ động (active transport): quá trình này đòi hỏi

năng lượng để vận chuyển các chất đi ngược chiều với gradient điện hóa hay nồng độ.

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.1 Màng tế bào:

c/ Sự vận chuyển qua màng tế bào

-Vận chuyển chủ động (active transport): một số kiểu vận chuyển

chuyển 3 ion Na+ ra khỏi tế bào và 2 ion K+ vào tế bào

- Vận chuyển glucose theo cơ chế đồng vận chuyển hoạt hóa bởi gradient điện hóa của Na tác động định hướng lên protein bề mặt của tế bào.

- Khuếch tán có hỗ trợ có thể xẩy ra qua các protein kênh ion hay các thể mang ion.

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.1 Màng tế bào:

d/ Thông tin giữa các tế bào

Các phân tử tín hiệu tan trong lipid sẽ được vận chuyển xuyên màng tế bào vào tế bào chất và gắn lên receptor, từ đó hoạt hóa chất truyền tin thứ hai Các phân tử tín hiệu không tan trong lipid

sẽ được gắn lên bề mặt tế bào, kích hoạt các phản ứng trên màng

và hình thành cơ chế truyền tin thứ hai, thứ ba, …

Receptor là những cấu trúc glycoprotein chuyên biệt cho các

phân tử tín hiệu gắn vào chúng Receptor hoạt động như chất

truyền tín hiệu (transducer) của thông tin ngoại bào thành các

thông tin nội bào, thông qua các chất truyền tin thứ cấp

Receptor còn có 1 số chức năng khác như: kiểm soát tính thấm của màng, điều hòa sự vận chuyển của các phân tử, gắn kết các phân tử chất nền ngoại bào với bộ xương tế bào.

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.1 Màng tế bào:

d/ Thông tin giữa các tế bào

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

- Độc tố cholera là một ngoại độc tố do vi khuẩn Vibrio cholerae tiết

ra, chúng tác động thay đổi protein Gs, làm protein này không thể thuỷ giải các phân tử GTP của chính nó Kết quả là mức độ cAMP tăng lên trong các tế bào hấp thụ của bề mặt niêm mạc ruột, khiến tế bào mất quá mức các chất điện giải và nước, gây tiêu chảy

- Các chất độc của rắn (nọc rắn) tiết ra làm bất hoạt receptor

acetylcholine của các tế bào cơ xương tại vị trí tiếp giáp (synape

thần kinh), ức chế chất dẫn truyền

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.2 Nhân tế bào:

a/ Cấu trúc: Nhân (nucleus) là bào quan lớn nhất có màng bao, đây là tiêu chuẩn sinh học, xác nhận tế bào eukaryote Nhân có vai trò quan trọng trong sinh sản, tổng hợp protein và là trung tâm của mọi hoạt động khác của tế bào Nhân chứa vật liệu di truyền được mã hoá trong các phân tử deoxyribonucleic acid (DNA) của các NST Cấu trúc của nhân bao.gồm màng nhân (nuclear envelope), nhân con 'hạch nhân-nucleolus), dịch nhân (nucleoplasm), protein nhân và các sợi nhiễm sắc (chromatin) Nhân điều khiển sự tổng hợp protein thông qua các phân tử

ribosome ribonucleic acid (rRNA), các RNA thông tin

(mRNA) và RNA vận chuyển (tRNA) Tất cả các RNA này đều được tổng hợp trong nhân, thông qua khuôn trên chuỗi

DNA.

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.2 Nhân tế bào:

a/ Cấu trúc:

- Màng nhân có cấu trúc cơ bản của một màng sinh chất, bao quanh nhân, chứa các vật liệu bên trong, đặc biệt làm giá thể bám cho hai đầu NST Chúng được cấu thành từ hai màng song song, tách biệt nhau tạo thành khoảng ngoài nhân hẹp nối tiếp với hệ lưới nội chất Hai màng này dung hợp tạo hệ thống lỗ màng nhân Màng nhân được

giữ ổn định bởi một hệ thống protein sợi trung gian gọi là lamin.

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.2 Nhân tế bào:

a/ Cấu trúc:

-Màng ngoài của nhân dày khoảng 6 nm, tiếp xúc trực tiếp với nguyên sinh chất và gắn với hệ thống lưới nội chất nhám Màng nhân trong cũng dày chừng 6 nm, tiếp xúc gián tiếp với chất nhân qua hệ thống protein lamina Các sợi lamina dày 80 - 300 nm, chứa lamin A, lamin

B và lamin C Những sợi protein filament trung gian này có vai trò quan trọng trong cấu trúc màng nhân và đặc biệt, rất cần thiết cho quá trình nguyên phân Trong nguyên phân, sự phosphoryl hoá

(phosphorylation) các sợi lamin sẽ dẫn đến hai động thái quan trọng :

sự tháo bỏ các cấu trúc màng nhân, và sự khử phosphoryl hoá

(dephosphorylation), sau đó chúng sẽ lại kết gắn với màng nhân mới

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.2 Nhân tế bào:

a/ Cấu trúc:

- Phức hợp lỗ nhân (nuclear pore complex - NPC) : màng nhân có vài

chục cho đến hàng ngàn phức hợp lỗ nhân Mỗi lỗ có đường kính

khoảng 80 nm, được viền bởi một tổ hợp gồm nhiều nhóm protein (30

ở nấm men và khoảng 50 ở động vật có xương sống) Toàn bộ phức hợp này có dạng một kênh dẫn nước, nối tế bào chất với khoảng trong nhân (nucleoplasm) Khi các nguyên liệu được vận chuyển qua lỗ, nó

mở ra tạo thành một kênh rộng khoảng 25 nm đủ lớn cho các phức

hơp phân tử lớn như các tiểu phần ribosome đi qua.

- Màng nhân có tính chọn lọc cao, cho phép sự vận chuyển qua lại các phân tử giữa nguyên sinh chất ngoài nhân và trong nhân Đây là vận

chuyển chủ động nên cần phải có năng lượng, rất nhiều phân tử mang khác nhau để vận chuyển những thứ hàng hoá chuyên biệt, các phân tử kiểm soát ở NPC

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.2 Nhân tế bào:

a/ Cấu trúc:

- Đi vào nhân Tất cả protein được tổng hợp ở tế bào chất nên những

protein cần thiết trong nhân phải di chuyển vào nhân qua các NPC Có

lẽ mỗi loại protein này có một trình tự amino acid chuyên biệt đánh dấu cho việc chúng đi vào nhân Nhóm protein này gồm có: các

histone, các protein ribosome, các nhân tố phiên mã, các nhân tố

splicing trong quá trình chuyển pre-mRNA thành mRNA trưởng

thành

-Đi ra khỏi nhân Những phân tử và phức hợp đại phân tử xuất ra khỏi

nhân gồm các tiểu phần ribosome chứa cả rRNA và protein, mRNA, tRNA, các yếu tố phiên mã quay trở lại tế bào chất để chờ tái sử dụng

Cả RNA và protein đều chứa tín hiệu giúp xuất khỏi nhân chuyên biệt, điều này cần thiết đế chúng chắc chắn sẽ được gắn vào đúng phân tử mang chúng ra ngoài tế bào chất

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.2 Nhân tế bào:

a/ Cấu trúc:

Cấu trúc màng nhân tế bào động vật

- Nhân con (nucleolus) còn gọi là hạch nhân, chúng có một hay nhiều hơn trong mỗi nhân, đây là một phần của NST, không có màng bao bọc Nhân con hiện diện trong các tế bào đang tổng hợp protein

Hạch nhân chứa protein và DNA, là nơi tổng hợp rRNA từ gen trên khuôn DNA Sau khi được tổng hợp, rRNA kết hợp với protein, rồi rời hạch nhân đi ra tế bào chất, tại đây chúng kết hợp lại tạo cấu trúc

ribosome Do vậy, khi tế bào ít tổng hợp protein, hạch nhân rất nhỏ, hay hầu như không quan sát được

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.2 Nhân tế bào:

a/ Cấu trúc:

- Nhân con (nucleolus) còn gọi là hạch nhân, chúng có một hay nhiều hơn trong mỗi nhân, đây là một phần của NST, không có màng bao bọc Nhân con hiện diện trong các tế bào đang tổng hợp protein

Hạch nhân chứa protein và DNA, là nơi tổng hợp rRNA từ gen trên khuôn DNA Sau khi được tổng hợp, rRNA kết hợp với protein, rồi rời hạch nhân đi ra tế bào chất, tại đây chúng kết hợp lại tạo cấu trúc

ribosome Do vậy, khi tế bào ít tổng hợp protein, hạch nhân rất nhỏ, hay hầu như không quan sát được

-CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.2 Nhân tế bào:

a/ Cấu trúc:

- Chất nhân: là phần sinh chất chứa bên trong màng nhân, bao gồm chất nền và một số tiểu phần Chất nền như là một cái giàn, tham gia vào sự tổ chức chất nhân, chúng được cấu thành bởi các yếu tố sợi, phức hợp lamin lỗ nhân, các hạch nhân cặn thừa (residual nucleoli), mạng lưới ribonucleoprotein (residual ribonucleoprotein - RNP) Các thành phần chức năng của chất nền liên quan đến quá trình phiên mã, chế biến của mRNA, rRNA, các vị trí gắn của receptor steroid, vị trí gắn carcinogen, protein shock nhiệt, các DNA virus, protein virus và nhiều chức năng khác có thể chưa biết rõ

Các tiểu phần trong chất nhân gồm các hạt liên chất nhiễm sắc

interchromatin granule), các hạt ngoại chất nhiễm sắc (perichromatin granule, các tiểu phần hnRNP, snRNP) Hầu hết những tiểu phần này đều tham gia vào nhiều chức năng khác nhau của tế bào, đặc biệt là quá trình hình thành các tiền mRNA

-CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.2 Nhân tế bào:

a/ Cấu trúc:

- Chất nhiễm sắc: chứa một phân tử DNA mạch kép kết hợp với

histone và protein acidic, chúng cư trú trong nhân dưới dạng dị nhiễm sắc (heterochromatin) và nguyên nhiễm sắc (euchromatin) Ở tế bào ác tính, tỉ lệ chất nguyên nhiễm sắc so với dị nhiễm sắc cao hơn tế bào bình thường Chất nhiễm sắc phản ánh sự tổng hợp RNA

- Các nhiễm sắc thể (chromosome) (NST): chỉ quan sát được trong

thời gian tế bào đang phân chia gồm DNA và một lượng cân bằng

protein, chúng lưu trữ toàn bộ vật chất di truyền của cá thể (bộ

gen-genome)

- G-banding là nơi các loop DNA gấp cuộn nhiều, được quan sát rõ

trên NST suốt quá trình nguyên phân, sau khi nhuộm Gieinsa

banding chuyên biệt cho những vùng giàu adenine và thymin

G-banding có tính chỉ thị loài, do vậy, chúng được sử dụng để xác định các bất thường về NST

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.2 Nhân tế bào:

a/ Cấu trúc:

- Kiểu nhân (karyotype) là thuật ngữ dùng để chỉ số lượng và hình

dạng của các NST chuyên biệt cho mỗi loài Thuật ngữ haploid dùng chỉ bộ NST của tế bào sinh dục, đơn bội (n) Diploid là bộ NST của tế bào sinh dưỡng, lưỡng bội (2n)

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.2 Nhân tế bào:

a/ Cấu trúc:

-Nucleosome: Lõi protein của một nucleosome gồm có 8 phân tử

protein histone thuộc bốn loại H2A, H2B, H3 và H4 (mỗi loại 2 phân tử) Chung quanh lõi proteịn này thường được quấn bởi khoảng 147 cặp base của DNA Độ dài của đoạn DNA nối giữa hai nucleosome là

10 - 90 bp Mỗi vùng nối này được chiếm đóng bởi một phân tử

histone Các histone gắn vào DNA không phụ thuộc vào trình tự

nucleotide của DNA mà phụ thuộc rất lớn vào trình tự amino acid của histone Histone là một trong các protein bảo tồn cao nhất trong quá trình tiến hoá Histone H4 ở bê khác H4 ở cây đậu Hà Lan chỉ có hai amino acid ở chuỗi 102

- Sự biến đổi histone: cấu trúc những phân tử histone riêng lẻ có thể

thay đổi do những biến đổi hoá học xảy ra ở các amino acid riêng biệt;như: thêm các gốc acetyl (CH3CO-) vào lysine, thêm các gốc

phosphate vào serine và threonine, gốc methyl vào lysine và arginine

CHƯƠNG 2: TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỘNG VẬT

2.1.2 Nhân tế bào:

a/ Cấu trúc:

- Sự biến đổi histone: 75 - 80% cấu hình của một phân tử histone được

kết hợp trong lõi, nhưng đầu tận cùng N của chúng lộ ra khỏi lõi như một cái “đuôi” Đây chính là vùng xảy ra các thay đổi hoá học, đặc biệt là ở H3 và H4 Những thay đổi này có tính thuận nghịch hay phục hồi Ví dụ: các nhóm acetyl được thêm vào bởi enzyme histone

acetyltransferase (HAT) và được loại ra bởi histone deacetylase

-Thông thường, sự acetyl hoá những đuôi histone xảy ra ở những vùng NST có hoạt động phiên mã gen Hay thêm những gốc phosphate vào histone làm cho NST trở nên chặt hơn khi chúng chuẩn bị đi vào

mitosis hay meiosis Nói chung, protein histone là một thành phần

năng động của NST chứ không phải chỉ đơn giản là một nguyên liệu trơ, chỉ dùng để đóng gói DNA