màng và sự vận chuyển các chất qua màng

• Sự đa dạng trong kích thước và mức độ không bão hòa của acid béo trong phospholipid ảnh hưởng đến trạng thái lỏng của màng sinh học- acid béo không bão hòa mạch ngắn làm giảm điểm đông

CHƯƠNG III MÀNG VÀ SỰ VẬN CHUYỂN

CÁC CHẤT QUA MÀNG

NỘI DUNG

• I ĐẠI CƯƠNG VỀ MÀNG SINH HỌC

– 1.1 Khái niệm

– 1.2 Chức năng

• II THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA MÀNG

• III SỰ VẬN CHUYỂN CÁC CHẤT QUA MÀNG

– 3.1 Nhiệt động học của quá trình vận chuyển qua màng

– 3.2 Sự vận chuyển thụ động

– 3.3 Sự vận chuyển tích cực

I ĐẠI CƯƠNG VỀ MÀNG SINH HỌC

1.2 Chức năng

– Ngăn cách môi trường trong và ngoài tế bào

– Điều hòa sự trao đổi các chất

– Tiếp nhận các tín hiệu hóa học từ các tế bào khác: Hormone, các yếu tố sinh trưởng…

– Bảo vệ tế bào, …

II THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA MÀNG

Lipid màng

Protein màng

Carbohydrate màng

3.1 LIPID MÀNG

• Lipid là hợp chất không tan trong nước Do đó có khả năng làm hàng rào ngăn cách môi trường nước với cấu trúc tế bào

• Các acid béo trong các loại màng của tế bào có nhân có 16,

18 đến 20 C Hầu hết các acid béo này là không bão hòa

(50%) Liên kết đôi thường ở đồng phân dạng cis

• Sự đa dạng trong kích thước và mức độ không bão hòa của acid béo trong phospholipid ảnh hưởng đến trạng thái lỏng của màng sinh học- acid béo không bão hòa mạch ngắn làm giảm điểm đông của phospholipid vì thế làm cho màng ở

trạng thái lỏng hơn ở nhiệt độ cơ thể.

• Các lipid thường gặp ở màng sinh học gồm nhóm

glycerophospholipid, sphingolipid, cholesterol và dẫn xuất của nó

• Glycerophospholipids được cấu tạo gồm một

phân tử alcol là L-glycerol liên kết với các acid béo

ở vị trí C- 1 và C-2 bằng liên kết ester Các acid

béo bão hòa thường gắn ở vị trí C-1 còn các acid béo không bão hòa gắn ở vị trí C-2 (đầu kị nước)

• Acid phosphoric tạo liên kết ester ở vị trí C-3 vàđầu còn lại liên kết với các gốc hóa học khác nhau(đầu ưa nước)

• Glycerophospholipids có tính chất lưỡng tính

GLYCEROPHOSPHOLIPID

Micelle và liposome

• Cholesterol chiếm khoảng 20% tổng lipid

màng của các màng tế bào động vật Tuy

nhiên, cholesterol không có trong màng vi

khuẩn và màng ty thể.

• Cholesterol điều hòa tính mềm dẻo của màng, còn các thành phần lipid màng khác đòng vai trò quan trọng trong việc ổn định và truyền tín hiệu của tế bào.

3.2 PROTEIN MÀNG

• Protein nội màng (intrinsic protein): là những

protein đặc trưng cho cấu tạo màng Thường gắnkhá chặt với lipid màng bằng các liên kết kỵ nước

• Protein ngoại vi (peripheral protein): thường

bám ở mặt ngoài của lớp màng kép, hoặc bề mặtphía bào tương Loại protein ngoại vi thường

bám vào phần nổi trên bề mặt của những protein nội màng thông qua các liên kết yếu

• Trên mặt ngoài của màng còn có thể có những

protein gắn với màng thông qua liên kết đồng hoátrị với một acid béo hoặc với một phospholipid

Vai trò của protein màng

3.3 CARBOHYDRATE MÀNG

• Carbohydrate màng thường là các hexose,

hexosamine hoặc dẫn xuất của chúng Các chấtnày thường ở dưới dạng chuỗi oligosacaride gắntrực tiếp lên protein (glycoprotein)

• Sự thay đổi cách sắp xếp hoặc loại phân tử

hexose trong chuỗi carbohydrate thường tạo ratính đa dạng của các mô-tip chỉ định tính khángnguyên

– VD: glycoprotein nhóm máu trên mặt hồng cầu

3.4 MÔ HÌNH CẤU TRÚC CỦA MÀNG

“Mô hình khảm lỏng" (fluid mosaic model) - Singer và Nicholson

• Các protein sẽ tuz tính chất, chức năng sinh học

mà được phân bố khác nhau trên nền lipid kép

• Trong thành phần phospholipid, các phân tử lipid sắp xếp phần đuôi gần như song song nhau và cóthể chuyển dịch theo hai chiều của mặt phẳng

màng

Chuyển động của phospholipid

Thí nghiệm chứng minh sự chuyển động của

protein màng bằng sự hòa hợp tế bào

IV SỰ VẬN CHUYỂN CÁC CHẤT QUA MÀNG

• 4.1 Nhiệt động học của quá trình vận chuyển qua màng

• Khi một chất X đi qua màng mà không mang điện tích, cũng không thay đổi trạng thái hoá học ở hai phía của màng, thì biến đổi năng lượng tư do của

sự dịch chuyển qua màng được tính theo công

C

C RT

G 



4.1 Nhiệt động học của quá trình vận

chuyển qua màng

• Khi chất được vận chuyển qua màng mang

điện tích, sẽ có hai yếu tố chi phối:

– 1) sự chênh lệch khối lượng (mass gradient)

– 2) sự chênh lệch điện tích hoặc thế hiệu (potential gradient)

– Cả hai phối hợp lại được gọi là chênh lệch điện

hoá (electrochemical gradient)

4.1 Nhiệt động học của quá trình vận

C RT

G

4.3 Sự khuếch tán đơn giản qua màng

• Trong quá trình vận chuyển này, lực hướng dẫn dòng di chuyển của chất A nào đó chính là sự chênh lệch điện

hoá của A, và được qui định bởi định luật Fick thứ nhất:

• Định luật 1 của Fick : "Một chất sẽ khuếch tán theo hướng làm triệt tiêu chênh lệch nồng độ, d[A]/dx, với tốc độ tỷ lệ thuận với đại lượng của chênh lệch ấy".

 

dx

A

d D

J A   A

4.3 Khuếch tán đơn giản qua màng

• Khuếch tán đơn giản

– Nồng độ chất khuếch tán không bị bão hòa.

• Khuếch tán tăng cường

– Bị giới hạn bởi số lượng protein chức năng của màng và có thể bị bão hòa.

Một số phân tử đi qua màng bằng sự

khuếch tán

Mỗi một màng chỉ vận chuyển một số phân tử nhất định

Có 3 lớp protein vận chuyển màng

4.4.1 Vận chuyển thụ động

• Vận chuyển thụ động glucose vào tế bào niêm mạc ruột bằng protein mang (GLUT2): glucose vận chuyển theo hướng triệt tiêu gradient nồng độ

4.4.2 Vận chuyển tích cực

3

2

(coupling) với một quá trình khác có -G, nghĩa là

nó cung cấp năng lượng cần thiết để các ion nóitrên đi "ngược dốc" []

4.4.2 Vận chuyển tích cực

ATP trực tiếp dùng cho

vc chất X

Chất X đồng vc với chất S, sau đó được đẩy ra ngoài nhờ ATP

4.4.2 Vận chuyển tích cực

• Dựa vào tương quan số lượng chất vận

chuyển, sự vận chuyển tích cực được chia

Cơ chế hấp thu glucose từ TB niêm mạc

ruột vào máu

Cơ chế hấp thu glucose

• Đường thường được đồng vận chuyển với Na+

vào tế bào niêm mạc ruột động vật (vận

chuyển tích cực thứ cấp) Năng lượng được

lấy từ tổ hợp Na+, K+-ATPase bơm Na+ từ tế

bào vào máu, duy trì  Na+ thấp trong tế bào.

• Từ tế bào chất, glucose qua màng đáy của tế bào niêm mạc ruột ra mạch quản theo cơ chế

- Khuếch tán tăng cường và xuôi nồng độ

4.5 Nhập bào và xuất bào

• Đối với các phân tử lớn (các thể rắn hoặc lỏng)

không lọt qua các lỗ màng được thì tế bào sử

dụng hình thức xuất bào hoặc nhập bào để

chuyển tải chúng ra hoặc vào tế bào

• Nhập bào là phương thức đưa các chất vào bên trong tế bào bằng cách biến dạng màng sinh chất.

– Các phần tử rắn (ví dụ vi khuẩn) hoặc lỏng (ví dụ giọt thức ăn) khi tiếp xúc với màng thì màng sẽ biến đổi

và tạo nên bóng nhập bào bao lấy vi khuẩn hay giọt lỏng, các bóng này sẽ được tế bào tiêu hoá trong

lysozome

Nhập bào và xuất bào

4.5 Nhập bào và xuất bào

• Nhập bào gồm 2 dạng:

– Thực bào: chất vận chuyển ở dạng rắn

– Ẩm bào: chất vận chuyển ở dạng lỏng.

• Xuất bào là phương thức đưa các chất ra ngoài

tế bào bằng cách biến dạng màng sinh chất

– Trong hiện tượng xuất bào, tế bào bài xuất ra ngoài các chất hoặc phần tử bằng cách hình thành các bóng xuất bào (chứa các chất hoặc phần tử đó),

các bóng này liên kết với màng, màng sẽ biến đổi

và bài xuất các chất hoặc phần tử ra ngoài

5 Một số hệ thống vận chuyển quan trọng

Các bơm ATPase

• Bơm ATPase sử dụng năng lượng từ ATP vận chuyển

các ion ngược dốc gradient nồng độ.

• ATP ase gồm các loại sau:

– Loại “P” – là những ATP-ase mà trong quá trình vận chuyển ion qua màng có một bước được gắn một nhóm

phosphate (phosphoryl hoá).

– Loại “V” – là những ATPase phân bố ở màng các bọc nội

bào (vesicle) như lysozôm, endoxom, các bọc của máy

Golgi, vv …

– Loại “F”- là loại ATPase ở màng ty lạp thể, lục lạp thể và

một số vi khuẩn, có cấu tạo hai phần ghép nhau”F0-F1”

5.1 Các bơm ATPase

Na + /K + - ATPase

• Ở tế bào động vật, hệ thống này đóng vai trò quyết định duy trì [K+] cao và [Na+]thấp trong bào tương.

• 3Na+ (trong) + 2K+ (ngoài) + ATP + H2O  3

Na+ (ngoài) + 2K+ (trong) + ADP + Pi

Na+/K+ - ATPase

Ngoài Tế bào Trong Tế bào

Từ phía trong, 3Na + được gắn

P P

Sự phosphoryl hoá, hình thành P-Enz II

3Na + được nhả ra ngoài, 2K + từ ngoài được gắn vào

Sự khử phosphoryl, hình thành Enz I

2K + được nhả vào trong

Ca2+- ATPase

Ca2+- ATPase

• Canxi là yếu tố khởi động cho nhiều quá trình sinh lý, nên nồng độ canxi nội bào được điều tiết rất chặt chẽ

• Hiện tượng co duỗi cơ, giải phóng gian chất thần kinh

ở vùng synap, tăng glucose tự do từ glycogen, … đều bắt đầu từ sự tăng (hoặc giảm) nồng độ canxi.

• Bình thường canxi bào tương dao động xung quanh 0,1 M, còn ở dịch ngoại bào 1-1,5mM.

• Để giữ vững được sự ổn định nồng độ nội bào, có

nhiều bơm canxi hoạt động vận chuyển tích cực ion canxi ra ngoài tế bào, hoặc bơm hút vào túi dự trữ là các xoang của hệ thống lưới cơ tương (sarcoplasmic reticulum) ở bắp thịt, hoặc thu vào ty lạp thể.

H+/K+-ATPase của niêm mạc dạ dày

H+/K+-ATPase của niêm mạc dạ dày

• Các tế bào biên của phần niêm mạc vùng thân

dạ dày động vật tiết acid chlorhydric với nồng

độ 0,15M, tức là tương ứng với độ pH khoảng 0,8-1,0, trong khi đó pH bào tương chỉ là 7,4.

• Hệ thống vận chuyển proton qua màng ở đây

là H+-K+-ATPase thực hiện sự chuyển đổi H+ ra ngoài, K+ vào trong tế bào.

• Nhờ sự nghịch chuyển này mà thế hiệu màng không bị thay đổi.