Truyền tin tế bào (2)

Thụ thể: Là các Protein liên kết với màng sinh chất hoặc nằm bên trong tế bào có vị trí gắn với các các phân tử tín hiệu.. + G-protein bất hoạt liên kết lỏng lẻo với màng sinh chất => K

MỞ ĐẤU MÃ: SI16

Tổ chức sống là một hệ thống mở, thống nhất và toàn vẹn về cấu trúc và chức năng Các đơn vị cấu thành các tổ chức sống có mối liên hệ nào để đảm bảo các tổ chức sống toàn vẹn thống nhất về cấu trúc và hoạt động chức năng? Các tế bào có mối liên hệ nào để để đảm bảo thông tin được truyền trong tế bào

và giữa các tế bào với nhau? Nghiên cứu truyền tin tế bào hé mở của vai trò của dòng tín hiệu tế bào trong quá trình tiến hóa của sự sống trên Trái Đất Phục vụ cho công tác dạy đội tuyển tôi viết chuyên đề ”Truyền tin tế bào” kính mong được sự góp ý chân thành từ các thầy cô, bạn đồng nghiệp để công tác dạy đội tuyển thu được nhiều thành công

NỘI DUNG

I CÁC VẤN ĐỀ VỀ TRUYỀN TIN

1 Bộ phận cấu tạo của tế bào thực hiện chức năng truyền tin

1 Các thụ quan màng

a Khái niệm: Là những Protein hoặc glicoprotein đặc trưng được khu trú trong

màng, có khả năng thay đổi thù hình không gian và liên kết đặc trưng với các chất mang tín hiệu thông tin

b Đặc điểm: Có tính đặc trưng với các chất gắn, khi phức hệ thụ quan – chất

gắn được hình thành => Phát động tín hiệu sinh lí (Mở kênh ion để vận chuyển ion, kích hoặc enzyme, hoạt hóa protein, hoạt hóa gen)

c Phân loại: Gồm 3 loại :

+ Thụ quan liên kết với protein G

+ Thụ quan Tirozinkinaza

+ Thụ quan kênh ion

2 Chất truyền tin

- Khái niệm: Là các phân tử điều chỉnh trung gian làm nhiệm vụ truyền thông tin trong tế bào

- Đặc điểm: Gồm 2 loại chất

+ Các chất hòa tan trong nước không trực tiếp qua màng (hoocmon, chất trung gian thần kinh) => Truyền thông tin nhờ gắn với thụ quan trên màng tế bào (3 loại thụ quan màng)

+ Các chất truyền tin trực tiếp qua màng nhờ trực tiếp đi qua màng tế bào (hoocmon steroit, vitamin D, retinoit, ) => Truyền thông tin nhờ gắn với thụ quan trong tế bào chất hoặc nhân tế bào

2 Các dạng truyền tin

a Truyền tin khoảng các gần (truyền tin cục bộ)

- Các phân tử truyền tin được tiết ra ở các tế bào truyền tin Một số phân tử này chỉ di chuyển trong 1 khoảng cách ngắn tác động lên các tế bào ở gần

- Ví dụ: Các yếu tố sinh trưởng có vai trò thúc đẩy các tế bào liền kề tăng trưởng

và phân chia Nhiều tế bào có thể đồng thời tiếp nhận và đáp ứng với nhiều phân

tử yếu tố sinh trưởng được tạo ra từ 1 tế bào duy nhất ở gần chúng Kiểu truyền

tín hiệu này ở động vật gọi là truyền tín hiệu cận tiết

- Ví dụ: Truyền tin qua xinap là 1 kiểu truyền tín hiệu cục bộ, tín hiệu điện dọc

theo tế bào thần kinh kích hoạt tế bào tiết ra 1 tín hiệu hoạt hóa được vận chuyển bởi các phân tử dẫn truyền thần kinh Các phân tử này khuếch tán qua xinap (khoảng cách gần) Chất dẫn truyền sẽ kích thích tế bào đích

b Truyền tin khoảng cách xa (truyền tin nội tiết)

- Các tế bào chuyên hóa tiết ra các phân tử hormon di chuyển theo hệ tuần hoàn tới các tế bào đích ở các phần khác nhau của cơ thể

- Ví dụ: Truyền tin qua hệ thần kinh, tín hiệu điện dọc tế bào thần kinh sau đó được chuyển thành tín hiệu hóa học, khi phân tử này được tiết ra và vượt qua xinap tới tế bào thần kinh khác ở đây nó lại được chuyển thành tín hiệu điện Theo cách đó, 1 tín hiệu thần kinh có thể di chuyển dọc 1 chuỗi các tế bào thần kinh và lan nhanh trong 1 khoảng cách xa

II Cơ chế truyền tin: Gồm 3 giai đoạn

1 Tiếp nhận: Là giai đoạn phân tử tín hiệu liên kết với Protein thụ thể => Xuất

hiện tín hiệu => Tế bào đích phát hiện tín hiệu từ bên ngoài

1.1 Phân tử tín hiệu: Là phân tử có hình dạng khớp với một vị trí đặc hiệu trên

thụ thể và đính kết ở đó theo kiểu “chìa khóa - ổ khóa”, phân tử tín hiệu hoạt động như một chất gắn Khi liên kết với thụ thể chất gắn làm cho Pr thụ thể thay đổi hình dạng => Hoạt hóa thụ thể => Tương tác với phân tử khác trong tế bào

1.2 Thụ thể: Là các Protein liên kết với màng sinh chất hoặc nằm bên trong tế

bào có vị trí gắn với các các phân tử tín hiệu

a Thụ thể trên màng sinh chất: Là các thụ thể nằm trên màng sinh chất gồm 3

loại :

- Thụ thể kết cặp G-protein

- Thụ thể kiểu kinaza-tyroxin –thụ thể

- Thụ thể trao đổi ion

b Thụ thể bên trong TB: Là các thụ thể nằm trong tế bào chất hoặc nhân tế

bào đích => Chất truyền tin phải qua màng sinh chất tế bào đích => Chất truyền tin có kích thước nhỏ hoặc có tính kị nước (hoocmon steroit (testosterol), hoocmon thyroid, axit nitric oxide (NO))

* Thụ thể kết cặp với G-protein:

- Khái niệm: Là một thụ thể liên kết trong

màng sinh chất và hoạt động nhờ sự hỗ trợ

của G-protein, năng lượng cung cấp bởi

GTP Nhiều phân tử tín hiệu khác nhau như

yếu tố giao phối ở nấm men, epinephrine và

các hoocmon khác, chất dẫn truyền thần

kinh Gồm 7 chuỗi polipeptit bậc 2 xoắn

anpha xếp xuyên qua màng sinh chất

+ G-protein (bất hoạt) liên kết lỏng lẻo với màng sinh chất => Khi phân tử tín hiệu đính kết vào thụ thể => Thụ thể được hoạt hóa và thay đổi hình dạng => Phần thụ thể trong tế bào chất liên kết với G-protein => G-protein hoạt hóa tách khỏi thụ thể => Đính với Enzyme làm thay đổi hình dạng và hoạt tính enzyme

=> Đáp ứng trong tế bào

* Thụ thể kiểu kinaza-tyroxin –thụ thể:

- Khái niệm: Là thụ thể trên màng sinh chất có chức năng gắn nhóm photphat

vào amino amino axit tyroxin Thụ thể tồn tại như những chuỗi polipeptit đơn

lẻ, mỗi chuỗi có một vị trí liên kết chất gắn ở phần ngoại bào, một chuỗi xoắn anpha xuyên màng và một đuôi ở phần nội bào chứa nhiều amino axit tyroxin

- Cơ chế hoạt động:

+ Thụ thể tồn tại như những chuỗi polipeptit đơn lẻ chưa có phân tử tín hiệu đính kết => Phân tử tín hiệu liên kết với thụ thể => Hai chuỗi polipeptit của thụ thể kết hợp với nhau hình thành phức kép => Hoạt hóa vùng kinaza – tyroxin => Mỗi kinaza – tyroxin bổ sung một nhóm photphat từ ATP vào một tyroxin thuộc phần đuôi của một chuỗi polipeptit => Pr thụ thể được hoạt hóa đầy đủ và được Pr tín hiệu đặc thù trong tế bào nhận ra => Mỗi Protein liên kết với một amino axit tyroxin => Mỗi Protein được hoạt hóa sẽ kích hoạt một con đường truyền tín hiệu => Đáp ứng của tế bào

* Thụ thể trao đổi ion:

- Khái niệm: Là thụ thể hoạt động như

một cái cổng đóng – mở cho phép hoặc

ngăn cản các ion vào tế bào

- Cơ chế hoạt động: Chất gắn liên kết

vào thụ thể => Cổng mở, các ion đặc hiệu

đi qua dòng qua kênh nhan chóng biến

đổi nồng độ ion trong tế bào => Ảnh

hưởng đến hoạt tính của tế bào => Khi

chất gắn tách khỏi thụ thể => Cổng đóng

lại, các ion không vào được tế bào

2 Truyền tin: Tín hiệu được chuyển thành một dạng có thể tạo ra đáp ứng đặc

hiệu của tế bào diễn ra gồm một chuỗi các thay đổi theo trật tự của nhiều phân

tử khác nhau Phân tử trong con đường này gọi là phân tử truyền tin

a Hiện tượng photphoryl hóa và khử photphoryl hóa Protein

- Khái niệm: Là quá trình truyền tin có sự tham gia của nhóm enzyme chuyển

nhóm photphat từ ATP sang Protein kinaza, tín hiệu được truyền qua một chuỗi các bước photphoryl hóa Protein, mỗi bước kèm theo sự thay đổi dạng của Protein chuyển Protein từ dạng chưa hoạt động thành Protein hoạt động

- Hệ thống phophoryl hóa /khử phophoryl hóa hoạt động như một công tắc phân

tử trong tế bào giúp mở - tắt các hoạt động theo yêu cầu

* Hoạt tính bất thường của pr kinaza => Ung thư

- Cơ chế: Phân tử tín hiệu gắn vào thụ thể => Phân tử truyền tín hiệu được hoạt

hóa => Protein kinaza 1 bất hoạt chuyển thành trạng thái hoạt động => Chuyển nhóm photphat từ ATP sang Protein kinaza 2 bất hoạt => Protein kinaza 2 bất hoạt chuyển thành dạng Protein kinaza 2 hoạt hóa => Xúc tác phản ứng photphoryl hóa Protein kinaza 3 => Pr kinaza 3 bất hoạt chuyển thành Protein

kinaza 3 hoạt hóa => Protein kinaza 3 photphoryl hóa “Protein đích” khác trong tế bào => Đáp ứng tế bào

b Các phân tử nhỏ và ion là các chất truyền tin thứ hai

- Khái niệm: Là quá trình truyền tin liên quan đến các ion hoặc các phân tử nhỏ,

tan trong nước, không có bản chất Protein (chất truyền tin thứ 2)

- Chất truyền tin thứ 2 phổ biến nhất là cAMP và Ca2+

* Lưu ý: Câu hỏi điều gì xảy ra nếu đưa phân tử gây bất hoạt enzim

Photphodiesteaza vào tế bào?

+ Adenylyl cyclaza xúc tác chuyển ATP => cAMP

+ Photphodiesteaza xúc tác chuyển cAMP => AMP

- Cơ chế:

* Truyền tin nhờ AMP vòng:

- Chất truyền tin thứ nhất (epinnephrine) hoạt hóa thụ thể kết cặp với G-Protein

=> Hoạt hóa G-Protein đặc thù => G-Protein hoạt hóa Adenylyl cyclaza => ATP chuyển hóa thành cAMP => cAMP (chất truyền tin thứ 2) hoạt hóa Protein khác (Protein kinaza A) => Đáp ứng tế bào

- Điều hòa bằng cách G-Protein ức chế sẽ ức chế Adenylyl cyclaza thông qua một thụ thể khác

* Giải thích cơ chế gây bệnh tiêu

chảy:

- Uống phải nước nhiễm bẩn => Vi

khuẩn khu trú ở lớp lót ruột non =>

Tạo độc tố ( enzyme biến đổi

G-Protein liên quan đến điều tiết lượng

muối và nước ) => GTP không biến

đổi thành GDP => G-Protein liên tục

ở trạng thái hoạt động => Kích thích

Adenylyl cyclase sản sinh liên tục

cAMP => Ống tiêu hóa tiết lượng

muối lớn => Mất muối và nước

* Truyền tin nhờ GMP vòng: Gây hiệu ứng dãn cơ trơn thành động mạch =>

Phân tử ức chế thủy phân cGMP thành GMP => Kéo dài tín hiệu => Điều trị chứng đau thắt ngực do tăng lượng máu tới tim

* Truyền tin nhờ ion Canxi và inositol

triphotphat (IP 3 ): Phân tử tín hiệu gắn vào

thụ thể kết cặp G-Protein => Hoạt hóa

photpholipaza C => Photpholipaza C cắt

phopholipit trên màng sinh chất (PIP2) thành

DAG và IP3 => IP3 khuyếch tán khắp bào

tương làm mở kênh Canxi trên lưới nội chất

=> Ion Ca2+ ra ngoài lưới nội chất vào bào

tương => Nồng độ Ca2+

trong bào tương tăng

=> Ca2+ hoạt hóa Protein tiếp theo.( Ca2+ đóng

vai trò là chất truyền tin thứ 3)

3 Đáp ứng: Tín hiệu sau khi đã được truyền tin => Kích hoạt một đáp ứng đặc

hiệu của tế bào

a Đáp ứng trong nhân tế bào: Tín hiệu cuối cùng sẽ được đáp ứng diễn ra

trong nhân hay trong tế bào chất Tín hiệu điều hòa hoạt động tổng hợp Protein thông qua đóng – mở gen trong nhân

b Tinh chỉnh các đáp ứng TB: Quá trình truyền tin diễn ra theo nhiều bước =>

Sự tinh chỉnh các đáp ứng tế bào ở những điểm khác nhau => Cho phép điều phối truyền tin và xác định tính đặc thù của các đáp ứng tế bào

c Khuyếch đại tín hiệu: Các chuỗi emzim phức tạp tác dụng khuyếch đại đáp

ứng tế bào với một tín hiệu => Chỉ cần số ít phân tử tín hiệu liên kết vào thụ thể

có thể tạo ra đáp ứng lớn

d Kết thúc truyền tin

- Khi các phân tử tín hiệu rời khỏi thụ thể, thụ thể sẽ trở về trạng thái bất hoạt

sau đó, các phân tử truyền tin cũng sẽ trở về trạng thái bất hoạt:

+ Hoạt tính GTPaza của G-pr sẽ thủy phân GTP -> GDP -> G-protein bất hoạt + enzim photphodiesteraza chuyển hóa cAMP thành AMP -> dừng truyền tin + Pr photphataza làm bất hoạt enzim kinaza và các pr khác được photphoril hóa

* Kết quả: Tế bào trở về trạng thái ban đầu có thể đáp ứng với 1 tín hiệu mới

III MỘT SỐ CÂU HỎI VẬN DỤNG

Câu 1 Khi nghiên cứu về truyền tin trong tế bào Sutherland đã phát hiện ra

epinephrine kích thích phân giải glycogen trong tế bào nguyên vẹn bằng cách hoạt hóa enzim glycogen phosphorylase theo một cách nào đó Hãy vẽ sơ đồ con đường truyền tín hiệu từ epinephrine đến phản ứng phân giải glicogen trong tế bào?

Epinephrine => Thụ thể màng => Protêin G => adenylatcyclaza (ATP =>

AMPv); AMP v => A-kinaza => Glicogenphostphorylaza

Câu 2:

a Tại sao nói AMP vòng là chất truyền tin thứ hai? Chất này hoạt động theo cơ chế như thế nào?

b Epinephrin kích thích phân giải glycogen bằng cách hoạt hóa enzim glycogen phosphorylaza trong bào tương Nếu epinephrin được trộn với glycogen phosphorylaz và glycogen trong ống nghiệm thì glucozo-1-phosphat cso được tạo ra không? Tại sao?

Trả lời:

a AMP vòng (cAMP) là chất truyền tin thứ hai vì nó là chất khuếch đại thông tin của chất truyền tin thứ nhất

- Cơ chế hoạt động:

+ Chất truyền tin thứ nhất (hoocmon) kết hợp với thụ thể đặc hiệu trên màng sinh chất của tế bào đích gây kích thích hoạt hóa enzim adenilyl cyclaza

b Glucozo-1-phosphat không được tạo ra vì sự hoạt hóa enzim cần tế bào nguyên vẹn với một thụ thể nguyên vẹn trên màng tế bào và một con đường truyền tin nguyên vẹn trong tế bào Sự tương tác với phân tử tín hiệu trong ống nghiệm không đủ trực tiếp hoạt hóa enzim

+ Enzim adenilyl cyclaza chuyển hóa ATP thành cAMP cAMP làm thay đổi một hay nhiều quá trình phosphoryl hóa (hay hoạt hóa chuỗi enim) Nhờ vậy làm tín hiệu ban đầu được khuếch đại lên nhiều lần

Câu 3:

a Một chất truyền tin thứ hai dùng phổ biến trong tế bào gây nên các đáp ứng như co cơ, dẫn truyền thần kinh, phân chia tế bào… Hãy cho biết đó là chất nào? Cho biết các giai đoạn của quá trình truyền tin theo cách này?

b Hãy thiết kế thí nghiệm để kiểm chứng nhận định của bạn về chất truyền tin đó?

Trả lời:

a Chất truyền tin thứ 2 đó là ion Ca2+

………

* Các giai đoạn của quá trình truyền tin:

- Phân tử tín hiệu liên kết vào thụ thể kết cặp G- protein làm hoạt hóa G- protein G-prtein được hoạt hóa liên kết với photpholipaza C………

- Photpholipaza C được hoạt hóa cắt PIP2 thành:

+ DAG hoạt động như chất truyền tin thứ 2 ở con đường khác

+ IP3 đi đến liên kết kết với kênh ion Ca2+

dẫn đến mở kênh………

- Ion Ca2+ từ luới nội chất theo gradient đi vào bào tương hoạt hóa protein tiếp theo từ đó gây các đáp ứng của tế bào ……… b.Thiết kế thí nghiệm:

- Tách 2 mô cơ đùi ếch để trong dung dịch sinh lí

- Bổ sung vào 2 mô cơ phân tử tín hiệu đáp ứng co cơ và bổ sung thêm chất ức chế hoạt tính enzim photpholipaza C ở mô cơ 1………

- Sau đó thấy kết quả

+ Mô cơ 1: không có đáp ứng co cơ và nồng độ ion Ca2+

bào tương không thay đổi ……… + Mô cơ 2: đáp ứng co cơ và nồng độ ion Ca bào tương tăng ………

Câu 4: Trong tế bào động vật, ion Ca2+ được sử dụng nhiều hơn cả cAMP trong vai trò của hệ thống tín hiệu thứ hai Con đường truyền tín hiệu này có sự tham gia của các phân tử quan trọng như inositol triphosphates (IP3) và diacylglycerol (DAG) Chỉ ra 2 vị trí trong tế bào chất mà ở đó duy trì nồng độ cao của ion

Ca2+?

con đường khiến Ca2

trong các bể chứa được giải phóng ra ngoài tế bào chất để xung thần kinh được truyền liên tục?

Trả lời:

- Hai vị trí trong tế bào chất duy trì nồng độ Ca2+ cao bao gồm: Lưới nội chất trơn (SER) và ty thể

- Các giai đoạn chính:

+ Khi tín hiệu tác động đến thụ thể bắt cặp G-protein, G-protein bị phosphoryl hóa và hoạt hóa phospholipase C

+ Enzyme phospholipase C thủy phân phospholipid trên màng tạo ra DAG và IP3 là chất truyền tin thứ 2

+ IP3 gắn vào kênh Ca2+

trên màng RER và hoạt hóa kênh, Ca2+ sẽ chuyển từ xoang RER vào tế bào chất và kích hoạt các con đường truyền tín hiệu thần kinh tiếp theo

Câu 5: Các sinh vật đa bào có những chiến lược truyền thông tin cơ bản nào? Trả lời:

Gồm 3 loại chủ yếu theo khoảng cách tác động:

- - Sự truyền tín hiệu nội tiết: Do chất nội tiết tác động từ những tuyến chuyên biệt tiết ra như hoocmon vào dòng máu hoặc dịch ngoại bào tác động đến các tế bào đích khác nhau phân tán trong cơ thể

- - Sự truyền cận tiết: Do chất cận tiết tác động đến các tế bào kế cận bằng các chất hóa học cục bộ Sự vận chuyển chất dẫn truyền thần kinh từ nơron tới nơron, từ nơron đến tế bào cơ xảy ra qua tín hiệu cận tiết

- Sự truyền tín hiệu tự tiết: Tế bào đáp ứng với chất do chúng tiết ra gọi là chất

tự tiết Một số yếu tố tăng trưởng tác động theo kiểu này và các tế bào nuôi cấy thường tiết ra các yếu tố tăng trưởng để kích thích sự tăng sinh và phát triển chúng