ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG TÍNH THẤM CỦA TẾ BÀO

Sự hiểu biết về tiến trình thẩm thấu ngày một nhiều Thêm vào đó sự hiểu biết và thành công của kỹ nghệ chế tạo màng lọc phân tử cũng đã làm cho công nghệ này có thêm những ứng dụng mới..

z



TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHƯƠNG ĐÔNG KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG

TIỂU LUẬN

LÝ SINH HỌC

ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG TÍNH THẤM CỦA TẾ BÀO NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN :

1.TRẦN THỊ VÂN ANH ( 508301001 )

2 TRƯƠNG THỊ HẢI ( 508301026 )

3 TRẦN TRUNG HIẾU ( 508301036 ) ( Leader )

4 NGUYỄN QUANG HUY ( 508301042 )

Hà Nội – 2010

GIỚI THIỆU CHUNG

Nhiều năm qua với sự phát triển công nghệ, các nhà khoa học trên toàn thế giới đã nhận ra nhiều điều mới Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện tại nhiều nước trên thế giới để hiểu thêm tính chất của hiện tượng và ứng dụng của tính thấm

Tác dụng của các loại chất tan, phân tử khối chất tan, nồng độ, nhiệt độ,

sự tương tác của các chất tan, áp suất, điện trường, và các loại cấu trúc của nguyên liệu thực phẩm được nghiên cứu trên sự thấm, độ sâu thấm, phân bố chất tan nồng độ theo không và thời gian v v Sự hiểu biết về tiến trình thẩm thấu ngày một nhiều

Thêm vào đó sự hiểu biết và thành công của kỹ nghệ chế tạo màng lọc phân tử cũng đã làm cho công nghệ này có thêm những ứng dụng mới

Nhờ hiểu biết khoa học, tiến bộ kỹ thuật, sự tiến bộ trong giải thuật các phương trình truyền rất phức tạp nhờ máy vi tính v v giúp người ta có thể hiểu, giải các bài toán chính xác và mô phỏng tiến trình, tiến đến điều khiển được tiến trình tách nước và thấm như mong muốn

BỐ CỤC BÀI LUẬN

1 Tế bào là gì?

2 Màng tế bào

3 Các con đuờng thâm nhập của vật chất vào trong tế bào

4 Các quy luật chung của sự thâm nhập vật chất vào trong tế bào

5 Sự thâm nhập của nuớc vào tế bào

1 Thẩm phân máu

2 Khả năng hút nước của rễ vào cây

3 Một số ứng dụng khác

III Kết luận

Cơ thể sống có thể sinh trưởng, phát triển được một phần là do chúng có thể trao đổi chất với môi trường Là một cơ thể đơn bào hay đa bào, việc có thể trao đổi chất với môi trường được là do tế bào là một hệ thống mở (hở) Ở tế bào luôn luôn xảy ra sự trao đổi chất với môi trường ngoài Quá trình này chỉ xảy ra nhờ khả năng cho thâm nhập hoặc giải phóng khí, nước các chất khác của tế bào Tính chất đặc biệt đó gọi là tính thấm Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, tính thấm của tế bào đã được ứng dụngrất nhiều trong cuộc sống đặc biệt là trong y học

I Đại cương về tế bào

1 Tế bào là gì?

Tế bào là đơn vị cấu tạo cơ bản của sự sống Cơ thể người gồm hàng nghìn tỉ

tế bào Chúng cung cấp cơ quan cho cơ thể, tạo nên chất dinh dưỡng từ thức ăn, chuyển hóa chất dinh dưỡng thành năng lượng, và mang lại những chức năng đặc bệt Tế bào còn chứa nguyên liệu di truyền và tế bào có thể tự tạo nên nhiều bản sao từ chính chúng

Tế bào gồm nhiều phần, mỗi phần có chức năng khác nhau Một số phần, gọi

là bào quan, là những cấu trúc chuyên dụng thực hiện những nhiệm vụ nhất định bên trong tế bào.Về cấu trúc tế bào đuợc tạo ra từ: màng tế bào, tế bào chất, nhân tế bào Về phuơng diện vật lý tế bào là một hệ thống hở, luôn luôn trao đổi năng luợng và vật chất với môi trường xung quanh

2.

Màng tế bào.

a Cấu trúc của màng tế bào:

Năm 1972, hai nhà khoa học là Singer và Nicolson đã đưa ra mô hình cấu trúc màng sinh chất gọi là mô hình khảm - động Theo mô hình này, màng sinh chất có lớp kép phôtpholipit Liên kết phân tử prôtêin và lipit còn có thêm nhiều phân tử cacbohidrat Ngoài ra, màng sinh chất ở tế bào động vật còn có thêm nhiều phân tử côlestêrôn có tác dụng tăng cường sự ổn định Màng sinh chất là

ranh giới bên ngoài và là bộ phận chọn lọc các chất từ môi trường đi vào tế bào

và ngược lại

b Tính linh hoạt của màng tế bào.

Màng tế bào không phải là màng cứng, tuy nó có tính ổn định để ngăn cách

tế bào với môi trường nhưng nó có đặc tính linh hoạt và là một hệ thống gần như “lỏng” Đặc tính này do tính chất của lớp kép lipit, các protein và các glicolipit cũng như glycoprotein cấu tạo nên

− Tính linh động của lớp lipit kép: thể hiện ở trạng thái lỏng hoặc nhớt của lớp

do sự phân bố các photpholipit ở trạng thái no- màng trở nên nhớt và khi photpholipit ở trạng thái chưa no (trạng thái ở nhiệt độ sinh lý) màng ở trang thái lỏng Tính linh hoạt của lớp kép lipit còn thể hiện ở sự chuyển động của các phân tử lipit: chuyển động dịch chỗ và chuyển động co dãn

− Tính linh hoạt của các protein màng: các phân tử protein co khả năng chuyển động quay và chuyển dịch trong màng Bình thuờng các phân tử protein phân bố

ít nhiều đồng đều, nhưng trong điều kiện khi có sự thay đổi nào đấy của môi truờng ví dụ sự hạ thấp độ pH, sự kích thích của các kháng thể thì các phân tử protein di chuyển tạo nên những tập hợp

c Tính chất và chức năng của màng tế bào:

Màng tế bào đóng vai trò:

− Ngăn cách tế bào và môi trường xung quanh, làm cho tế bào thành một thể toàn vẹn, khác với môi trường

− Bảo vệ các thành phần của tế bào trước các tác động của môi truờng

− Tiếp nhận các thông tin từ môi trường tới và góp phần quan trọng vào xử lí, khai thác thông tin

− Thực hiện quá trình trao đổi chất và năng lượng với môi trường, góp phần thực hiện các chức năng sống của tế bào trên cơ sở điều hòa các phản ứng lên men trong tế bào, sử dụng hữu hiệu các dạng năng luợng (cơ, thẩm thấu, điện hóa…) có ở tế bào

Cấu trúc của màng phải đáp ứng đuợc vai trò của màng Màng tế bào của các mô khác nhau có tính chất hóa lý và cấu trúc khác nhau nhưng đều có tính chất chung:

− Lưỡng chiết quang

− Sức căng mặt ngoài nhỏ

− Điện trở lớn

− Cấu trúc không đồng nhất

3 Các con đuờng thâm nhập của vật chất vào trong tế bào.

Vật chất thâm nhập vào trong tế bào theo hai con đuờng chính: các chất hòa tan trong nuớc và các ion thâm nhập vào tế bào qua siêu lỗ, còn các chất hữu cơ hòa tan tốt trong lipit thì thâm nhập vào tế bào bằng con đuờng hòa tan trong lipit

4 Các quy luật chung của sự thâm nhập vật chất vào trong tế bào.

Sự vận chuyển của vật chất vào tế bào có thể thực hiện bằng nhiều cách Tùy theo nguồn năng lượng đuợc sử dụng vật chất sẽ chuyển vận vào tế bào qua

cơ chế chuyển vận thụ động, chuyển vận tích cực hoặc thực bào và uống bào

a Sự vận chuyển thụ động

Các quá trình chuyển vận của vật chất vào trong tế bào theo tổng gradien không hao tốn năng lượng của quá trình trao đổi chất được gọi là sự vận chuyển thụ động

* Giữa tế bào và môi truờng tồn tại các loại gradien:

− Gradien nồng độ

− Gradien điện hoá

− Gradien thẩm thấu

Các gradien kể trên phụ thuộc vào trạng thái tế bào và chúng liên quan mật thiết với nhau Mối liên quan này có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc điều khiển tốc độ vận chuyển thụ động các chất vào tế bào và tính thấm chọn lọc của

tế bào

Cơ chế vận chuyển vật chất chủ yếu của các chất hòa tan trong nuớc qua màng là quá trình khuếch tán

a Sự vận chuyển tích cực.

Một trong những đặc điểm đặc trưng của hệ thống sống là sự phân bố không đồng đều của các chất giữa môi truờng và nội bào Màng tế bào có tính thấm chọn lọc, các tế bào có khả năng hấp thụ và tích lũy những chất cần thiết cho sự sống của chúng

Sự thâm nhập của các chất vào tế bào nguợc tổng gradient tất nhiên phải hao tốn năng luợng Như vậy tế bào phải thực hiện công và hao tốn năng lựợng tự

do Quá trình này gọi là quá trình vận chuyển tích cực

b Thực bào và uống bào.

Hoạt động của màng tế bào liên quan mật thiết tới quá trình vận chuyển vật chất khác của tế bào là thực bào và uống bào Quá trình vận chuyển theo kiểu này có ý nghĩa rất quan trọng Những chất hòa tan trong nuớc, các loại protein

và ngay cả các hạt bao gồm số phân tử khá lớn cũng có thể thâm nhập đuợc vào

tế bào do chức năng tích cực của màng tế bào và không phải qua siêu lỗ Loại vận chuyển này ít xảy ra hơn so với kiểu vận chuyển thụ động và tích cực

thuờng chỉ gặp ở một số loại tế bào, mà cũng chỉ ở một số giai đoạn hoạt động nhất định của chúng Vì trong tế bào các lizôxom như loại hạt nhỏ có chức năng giống như chức năng tiêu hóa Các loại enzim chứa trong những hạt có khả năng hòa tan các chất được tế bào hấp thụ

− Thực bào: Tế bào có khả năng tiêu thụ các hạt rắn có kích thước lớn

− Uống bào: Ngoài các hạt rắn tế bào có khả năng hút các giọt dung dịch Hiện tuợng này do Luis phát hiện thấy đầu tiên ở các tế bào nuôi cấy

5.Sự thâm nhập của nuớc vào tế bào.

Nước có vai trò quan trọng trong hoạt động sống của tế bào Nước có thể xâm nhập vào tế bào bằng cách thẩm thấu hoặc siêu lọc

a Sự thẩm thấu.

Màng tế bào có tính chất bán thấm, chỉ cho một số chất chứ không phải cho tất cả các chất đi qua Nước xâm nhập vào tế bào chủ yếu bằng thẩm thấu Thẩm thấu là sự vận chuyển của các phân tử nước qua màng bán thấm theo hứơng từ nơi có nồng độ chất tan thấp hơn tới nơi có nồng độ chất tan cao hơn Áp suất

thẩm thấu gây ra sự chuyển động này.Thẩm thấu thực chất là một quá trình khuếch tán các phân tử dung môi

b Siêu lọc.

Ngoài cách thẩm thấu, nước có thể được vận chuyển bằng cách siêu lọc nhờ

sự chênh lêch áp suất thủy tĩnh Siêu lọc là sự chuyển động chất lỏng qua siêu lỗ của màng ngăn dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh

Hiện tượng siêu lọc và thẩm thấu có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong quá trình trao đổi nuớc giữa máu và mô

II Ứng dụng tính thấm của tế bào và mô.

1 Thẩm phân máu.

Thận chịu trách nhiệm lọc những chất cặn ra khỏi máu Thẩm phân là một thủ thuật dùng để làm thay một số chức năng bình thường của thận Thận là 2 cơ quan nằm ở 2 bên ở mặt sau của ổ bụng Thẩm phân giúp cho một người có thể sống một cuộc sống có ích ngay cả khi hai quả thận của họ không còn làm việc một cách hiệu quả nữa Tại Hoa Kỳ, có trên 200.000 người đang phải trải qua thủ thuật này

Thẩm phân hỗ trợ cơ thể bằng cách thực hiện những chức năng bình thường của thận để thay thế hai quả thận thật sự đã bị suy Thận đóng nhiều vai trò khác nhau Công việc cơ bản của thận là điều hòa mức cân bằng dịch của cơ thể bằng cách điều chỉnh lượng nước tiểu bài tiết ra ngoài mỗi ngày Khi thời tiết nóng nực, cơ thể sẽ đổ mồ hôi nhiều hơn, do đó thận sẽ chỉ cần bài tiết nước ít hơn Vào những ngày lạnh, cơ thể đổ mồ hôi ít hơn, do đó lượng nước tiểu thải ra cần phải nhiều hơn để bảo đảm sự cân bằng cần thiết trong cơ thể Đó chính là công việc của thận để điều hòa mức cân bằng dịch cơ thể bằng cách điều chỉnh lượng nước tiểu

Một chức năng quan trọng khác của thận là loại bỏ những chất cặn mà cơ thể

đã sản xuất ra trong ngày Khi thực hiện những chức năng của cơ thể, các tế bào cần phải có năng lượng Quá trình hoạt động của các tế bào tạo ra những sản phẩm cặn cần phải được loại bỏ ra khỏi cơ thể Nếu không được loại bỏ đi một

cách hiệu quả, chúng sẽ tích tụ lại trong cơ thể Sự gia tăng lượng chất cặn trong

cơ thể được đo trong máu được gọi là "chứng tăng ure huyết"

Bệnh nhân thường cần phải thẩm phân khi những chất cặn tích tụ trong cơ thể quá nhiều đến mức có thể gây bệnh Mức độ tích tụ của chúng thường tăng chậm Bác sĩ sẽ cần phải đo một số chỉ số hóa sinh của máu để có thể quyết định được là có nên thẩm phân hay không Có hai chỉ số hóa sinh máu cần được đo là creatinine máu và BUN (blood urea nitrogen) Nếu 2 chỉ số này tăng, đó chính

là dấu hiệu của sự giảm khả năng làm sạch những chất cặn ra khỏi cơ thể của thận Có 2 loại thẩm phân chính là chạy thận nhân tạo (thẩm phân qua máy) và thẩm phân phúc mạc

a Thẩm phân phúc mạc cấp( lọc màng bụng cấp)

− Lọc màng bụng là một kỹ thuật được tiến hành bằng cách đưa vào khoang phúc mạc 1-3 lít dịch thẩm phân thành phần có đường, muối và một số chất khác, các chất độc, sản phẩm của quá trình chuyển hoá trong cơ thể và nước sẽ được loại bỏ từ máu và các tổ chức trong khoang phúc mạc vào khoang dịch lọc dựa trên cơ chế khuếch tán và siêu lọc

− Nước và các chất hoà tan được loại bỏ bằng cơ chế khuyếch tán và siêu lọc dựa vào sự chênh lệch nồng độ các chất hoà tan, áp lực thẩm thấu giữa khoang dịch thẩm phân và khoang máu trong mao mạch phúc mạc cũng như hệ bạch mạch trong phúc mạc

+)Cơ chế khuếch tán: Cơ chế chính trong lọc màng bụng là khuếch tán nhờ vào

sự chênh lệch nồng độ của các chất hoà tan giữa khoang dịch thẩm phân và khoang máu trong mao mạch phúc mạc cũng như hệ bạch mạch trong phúc mạc

− Ure, creatinin, kali, B12… sẽ khuếch tán từ bên có nồng độ cao sang bên có nồng độ thấp Dịch lọc không có các chất hoà tan: ure, creatinin, kali Các chất hoà tan này sẽ khuếch tán từ khoang máu sang khoang dịch lọc màng bụng, theo chu trình lọc 1-2 giờ/1 lần tháo bỏ dịch cũ và thay dịch lọc mới

− Khuyếch tán ở đây chính là một quá trình trao đổi chất giữa hai khoang mao mạch máu phúc mạc và khoang dịch lọc qua một màng bán thấm là màng bụng

Các yếu tố ảnh hướng đến tốc độ khuyếch tán:

− Chênh lệch nồng độ giữa hai khoang: quá trình khuyếch tán sẽ giảm dần và đạt đến độ bão hoà khi nồng độ các chất hoà tan giữa hai khoang bằng nhau, như vậy khả năng đào thải của một chất từ các mao mạch máu vào khoang dịch lọc ổ bụng sẽ giảm dần theo thời gian lưu dịch lọc trong ổ bụng

− Tốc độ máu tại mao mạch màng bụng: ở người có huyết áp bình thường, tốc

độ máu ở mạch phúc mạc 70-100 ml/phút Tốc độ máu càng cao quá trình khuyếch tán càng lớn Người có huyết áp thấp, lưu lượng máu qua phúc mạc giảm, quá trình khuyếch tán cũng giảm

− Trọng lượng phân tử các chất hoà tan càng nhỏ, khả năng vận chuyển khuyếch tán càng lớn và ngược lại

− Sức kháng của màng bán thấm: màng bụng dày, xơ (do quá trình thẩm phân phúc mạc đã lâu năm) khả năng khuyếch tán sẽ giảm

+) Cơ chế siêu lọc: Sự chênh lệch áp lực thẩm thấu giữa dịch lọc màng bụng và mạch máu phúc mạc là cơ chế siêu lọc chính trong việc lấy bỏ nước từ mạch máu màng bụng ra ngoài khoang phúc mạc, nước sẽ thẩm thấu từ khoang máu vào khoang phúc mạc, đây cũng là cơ chế nhằm loại bỏ nước của kỹ thuật này

− Nồng độ glucose trong dịch lọc màng bụng cho áp lực thẩm thấu dịch lọc khác nhau và quyết định thể tích dịch được siêu lọc khác nhau

b Lọc máu với thận nhân tạo.

Phương pháp lọc máu với thận nhân tạo được áp dụng khi khả năng loại

bỏ chất phế thải và nước dư trong máu của thận chỉ còn khoảng từ 5 tới 10% so với mức độ bình thường

Suy thận cấp tính không đáp ứng với điều trị thì lọc máu có thể được áp dụng trong một thời gian ngắn cho tới khi thận hoạt động trở lại Suy thận kinh niên thì phải lọc máu suốt đời, nếu không được thay ghép thận

Nguyên tắc của sự lọc máu: Máu từ cơ thể được dẫn vào một hệ thống lọc đặc biệt gọi là dialyser hoặc “thận nhân tạo”, kết cấu bởi các màng dạng sợi

Tác dụng của màng là bán thấm, cho phép nước và các phân tử nhỏ như các dịch sinh phẩm ure, creatinine v.v đi qua Bên ngoài bộ lọc là dịch rửa máu (dialysate) được cho lưu hành xung quanh, hút nước và các chất cần lọc trong máu

Máu sạch chứa tế bào máu, chất dinh dưỡng được đưa trở lại cơ thể

2 Khả năng lấy nước của rễ vào cây

− Nhờ hiện tượng thẩm thấu rễ cây có thể hút nước vào

− Nước từ đất vào lông hút rồi vào mạch gỗ của rễ theo cơ chế thẩm thấu, tức là

từ nơi có áp suất thẩm thấu thấp đến nơi có áp suất thẩm thấu cao

− Cây hấp thụ nước qua hệ thống rễ nhờ sự chênh lệch áp suất thẩm thấu (tăng dần từ đất đến mạch gỗ) Nước bị đẩy từ rễ lên thân do một lực đẩy gọi là áp suất rễ

− Cây lấy được nước và chất khoáng từ đất khi nồng độ muối tan trong đất nhỏ hơn nồng độ dịch bào của rễ, tức áp suất thẩm thấu và sức hút nước của rễ cây phải lớn hơn áp suất thẩm thấu và sức hút nước của đất Nếu độ mặn của đất tăng cao đến mức sức hút nước của đất vượt quá sức hút nước của rễ thì chẳng những cây không lấy được nước trong đất mà còn mất nước vào đất

− Việc tăng áp suất thẩm thấu trong đất mặn quá mức là nguyên nhân quan trọng nhất gây hại cho cây trồng trên đất mặn

3 Một số ứng dụng khác

Ứng dụng vào tiến trình thấm chất tan và tách nước thẩm thấu

Do phần lớn các tiến trình chế biến thực phẩm hầu như có thấm, thoát các chất tan (muối, đường) chất thêm (polyphosphate, sulfite, chất bảo quản …), các gia vị và tách nước Có rất nhiều nghiên cứu tiến trình thẩm thấu để chế biến và bảo quản thực phẩm với mục đích kéo dài thời gian bảo quản, bảo vệ những chất có giá trị, cải thiện tích chất của sản phẩm