BIOMEMBRANE msh Hóa sinh động vật 1Thầy Đặng Thái Hải

2 MÀNG SINH HỌC VÀ SỰ VẬN CHUYỂN QUA MÀNG ĐẠI CƯƠNG VỀ MÀNG SINH HỌC • TB đơn vị sống có kh/năng tự chuyển hoá, tự s/sản, tự th/nghi, tự đ/hoà từ chúng mô, quan thể sống hình thành, trì ph/triển • Trong TB, màng chiếm khoảng 80% khối lượng TB chúng xây dựng nên bào quan TB Ribosome Peroxisome Xương tế bào (Cytoskeleton) Lysosome Máy Golgi Lưới nội chất nhẵn Nhân (Nucleus) Màng nhân (ngăn cách chromatin với sinh chất) Nhân (Nucleonus) Ty thể Lưới nội chất nhám Màng sinh chất (ngăn cách tế bào với môi trường xung quanh, điều khiển vận chuyển chất ra, vào tế bào) • Khái niệm: Màng sinh học (biomembrane) = lớp cấu trúc bao bọc bên TB SV khí quan nội bào (nhân, TLT, LLT, lysosome) tạo thành hệ thống khí quan (lưới nội chất, máy Golgi, vv ) • Chức màng: - Ngăn cách hai môi trường TB nước bào tương với khu vực bên khí quan nội bào khác - Là phận chức TB: Tiếp nhận chất dinh dưỡng, thông tin từ môi trường Đưa TB chất tiết (chất thải, tín hiệu h/học) Nhiều qt bản, tảng sống thực màng (sự v/c e- H+ qt ÔXHKSH màng TLT; qt quang hợp màng thylacoid lục lạp thể; truyền dẫn x/động hệ TK, cơ) NC màng có ý nghĩa gì? Từ nhiều k/quả nc màng sinh chất, gi/thích được: - chế nhiều trạng thái bệnh lý - chế t/dụng thuốc đ/trị bệnh (Các TB ung thư để thoát hầu hết chức phận kiểm tra, → phân chia cực nhanh vô tận, xâm lấn mô x/quanh, di chuyển xa, … Những đặc tính liên quan tới b/đổi màng sinh chất; → ung thư bệnh màng Nc kh/năng nhận diện màng TB virus, vi khuẩn KST → giải thích bệnh sinh bệnh thuộc lĩnh vực Nc chất nhận diện thuốc màng sinh chất v/c thuốc qua màng → chế t/dụng nhiều loại thuốc Nc màng bề mặt TB cấy ghép quan) → hiểu biết định dung hợp 2.2 THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA MÀNG • Các màng có nguồn gốc khác chứa đựng hai thành phần lipid protein • Glucid tham gia cấu tạo màng với số lượng thành phần glycoprotein glycolipid màng • Tỷ lệ lipid protein thay đổi khác màng khác nhau, phản ánh tính đa dạng chức màng 2.2.1 Lipid màng - Đặc tính bật: không hoà tan nước → có kh/năng làm hàng rào ngăn cách mt nước với cấu trúc TB - Thành phần lipid thay đổi khác loại màng - Các lipid thường gặp màng sinh học: • Glycerophospholipid • Sphingolipid • Cholesterol Công thức cấu tạo tổng quát phospholipid Tên phospholipid X-OH (PA) (PE) (PC) (PS) (PG) (PI) (DPG) X Dựa vào tương quan số lượng chất v/c: a Vận chuyển đơn (uniport): chất v/c b Đồng chuyển (symport, cotransport): lúc, chất v/c c Nghịch chuyển (antiport): lúc, chất chuyển ngược hướng qua màng α Na+,K+- ATPase: Một dimer; monomer gồm chuỗi α β Carbohydrate K+ Mặt β α Mặt β α 3Na+ Chỗ gắn ATP α : 110 kD, hoạt tính enzyme, đoạn xoắn xuyên màng β: Glycoprotein, 57 kD Những phát mấu chốt: - Bị phosphoryl hoá có mặt Na+ (phosphate gắn vào gốc Asp) - Phosphate bị thuỷ phân có mặt K+ → Tổ hợp enzyme có hai trạng thái cấu trúc EnzI EnzII, khác ctb3, hoạt tính xúc tác tính đặc hiệu với ligand: EnzI có lực cao với Na+, gắn với Na+, phản ứng với ATP tạo EnzI~P EnzII~P có chỗ gắn K+ bị thuỷ phân thành Pi EnzII Từ phía trong, 3Na+ gắn Sự phosphoryl hoá, hình thành P-EnzII P P 3Na+ nhả ngoài, 2K+ từ gắn vào Sự khử phosphoryl, hình thành EnzI 2K+ nhả vào Trong Tế bào Ngoài Tế bào Chi tiết hoạt động loại bơm Na+, K+-ATPase: ATP ADP EI~P.3Na+ EI 3Na+ EI ATP 3Na+ Gắn ATP Tạo h/chất cao Asp~P 3Na+(trong) Mặt 2K+ (vào trong) Chuyển K+ gắn Na+ Chuyển Na+ Mặt 5.Thuỷ phân Pi EII.2K+ 3Na+ (ra ngoài) Gắn K+ EII-P.2K+ Pi H2O EII~P 2K+ (ngoài) Digitalin (từ địa hoàng), oubain (từ Ouabio Đông Phi) làm phong bế đặc hiệu hđ Na+, K+-ATPase → dùng y học làm thuốc trợ tim có hiệu Khi chúng gắn vào mặt tiểu đơn vị α, tiếp nhận 2K+ bị ngăn lại enzyme không hđ Ion Na+ ứ đọng [Na+] tăng lên bào tương H/thống bơm trao đổi Na+/Ca2+ màng TB tim h/hoá, đẩy natri kéo canxi vào [Ca2+] bào tương tăng lên, k/thích gi/ phóng thêm canxi từ xoang lưới tương, kq: lực tăng lên Cơ tim co với cường độ cao, máu tuần hoàn tốt hơn, làm tan đau thắt bệnh nhân yếu tim Vận chuyển tích cực thứ phát: Sự v/c tích cực sơ cấp H+ v/c tích cực thứ cấp lactose Gradient ion hình thành từ v/cTCSC Na+ hay H+ thực nhờ h/thu á/sáng, thuỷ phân ATP c/cấp NL cho đồng v/c chất tan khác enzyme lactose transporter (permease) giúp E coli tích lũy lactose nhiều gấp 100 lần so với mt nuôi cấy Qt v/cTCSC H+ TB nhờ NL OXH chất TB tạo Gradient [H+] màng bào tương Các proton có xu hướng tự phát tạo dòng v/c trở lại vào TB để giảm gradient [H+] Lớp lipid kép màng không cho H+ qua, lactose transporter màng tạo kênh cho proton trở lại TB lactose đồng v/c vào Khi NL sinh từ p.ứ bị khoá CN-, lactose không tích luỹ Trong TB niêm mạc ruột, glucose aa tích luỹ nhờ v/c chiều với Na+, gradient Na+ thiết lập nhờ Na+, K+-ATPase Glucose v/c cặp đôi cưỡng Na+ Na+ + Glu Na+ + Glu Vì [Na+] (lòng ruột) >>>> [Na+] TB → hướng p.ư diễn theo chiều sang phải, [Glucose] TB >trong lòng ruột TB sử dụng gradient [Na+] sản sinh nhờ Na+, K+-ATPase để chuyển Glucose ngược gradient [ ] H/thống đồng v/c chiều aa Na+ tương tự, sử dụng gradient [Na+] để đưa aa vào TB H+,K+-ATPase niêm mạc dày: Các TB biên phần niêm mạc vùng thân dày đ/vật tiết HCl với [ ] 0,15M (t/ứng với độ pH khoảng 0,8-1,0), pH bào tương 7,4 (khác biệt tới đơn vị [proton] H+ hình thành từ CO2 t/dụng carboanhydrase: CO2 + H2O ↔ HCO3- + H+ H/thống v/c H+ qua màng H+-K+-ATPase, thực chuyển đổi H+ ngoài, K+ vào TB Nhờ nghịch chuyển này, hiệu màng không bị thay đổi Trong qt h/động v/c, protein vật mang trải qua bước phosphoryl hoá (như hai dạng vật mang xét phần trước) Các ion K+ sau lại đồng chuyển ion Cl- từ Cl- gắn với H+ để tạo HCl s/phẩm cuối v/c ion qua màng dày H+,K+-ATPase màng TB niêm mạc dày h/hoá thông qua receptor màng có histamin Trường hợp bơm h/động mạnh, [HCl] cao dịch vị gây hậu bệnh lý nguy hiểm Để khống chế h/tính H+,K+-ATPase, dùng chất gần giống với histamin cimetidin Chất gắn cạnh tranh vào receptor màng, gây phong toả → không tác dụng gắn histamin để hoạt hoá H+,K+-ATPase → lượng H+ bơm giảm làm giảm lượng HCl dịch dạy dày Tên th/phẩm cimetidin: “Tagamet” (một loại thuốc trị bệnh dày quen thuộc) Cơ chế nhập bào (endocytosis), xuất bào (exocytosis) Một vùng màng sau tiếp giáp với vật chất cần đưa vào đưa ra, bị lõm thành túi bao bọc lấy đối tượng v/c Túi dần đứt chân, rời khỏi màng mang vật cần xuất bào nhập bào Thực bào (phagocytosis, phago tiếng Hy Lạp = ăn): trường hợp nhập bào, đối tượng trạng thái rắn đặc (vi khuẩn, hạt bụi, …) Ẩm bào (Pinocytosis, pino = uống): trường hợp nhập bào đối tượng trạng thái lỏng (protein chẳng hạn) Hình ảnh kính hiển vi điện tử trình nhập bào Nhập bào bắt đầu đại phân tử gắn với màng sinh chất tế bào Sau đó, màng lõm vào, tạo thành bọng bao quanh đại phân tử [...]... • Steroid • Có hai đầu kỵ nước và ưa nước • Tế bào động vật • Đệm cho tính lỏng của màng (Membrane fluidity “buffer”) • Sự phân bố của các nhóm lipid trong màng không đồng đều, mà rất khác nhau • Tỷ lệ lipid và protein thay đổi tuỳ theo hoạt tính sinh học của màng: chức năng sinh học càng phức tạp, đa dạng thì hàm lượng protein càng cao Điển hình cho mối t/quan... phospholipid chính ở màng TB vật, PE là lipid chính ở màng VSV; Cholesterol, SM và PC không có ở màng VSV Giữa hai lá của cấu trúc lớp kép màng sinh học cũng không đồng đều về thành phần phospholipid Ở màng hồng cầu: lá ngoài chứa chủ yếu PC và SM, lá trong chứa PE và PS; nhóm PI phân bố nhiều ở lá trong Glycolipid thường luôn gắn ở mặt ngoài của màng để thuận tiện cho ch/năng sinh học của chúng (VD với... ) hoặc STH axit béo, phospholipid, peptidoglycan thường gắn trên bề mặt màng E coli, phần lớn bộ enzyme t/hợp các thành phần vách TB đều phân bố trên màng sinh chất Ở g Ở VSV, nhiều protein gắn trên màng đóng vai trò là động cơ hoặc khí cụ vận động h Các protein tạo ống nối giữa các TB: Những ống nối giữa hai TB sát cạnh nhau (gap junctions) được tạo nên từ protein có tên là conexin Sáu conexin kết... các túi bọc màng kép (c) - Sự hình thành mixen hoặc bọc màng kép (vesicle) diễn ra tự phát - Có thể coi màng sinh chất của TB là một bọc màng kép kích thước lớn, chứa mt nước đặc biệt bên trong, với hình dáng không hoàn toàn dạng cầu vì còn chịu sự chi phối của nhiều nhân tố khác (trong đó phải kể đến khung tế bào: cytoskeleton) - Lớp màng kép phospholipid kỵ nước nên không cho các hợp chất ưa nước... loài SV: có vú, ở Trypanosoma, Plasmodium, vv Những protein khác lại tạo lk ester, thioester hoặc lk amid trực tiếp với axit béo của màng → bám được vào cấu trúc màng khá chắc (nhưng vẫn giữ được tr /thái cơ động nhờ chuyển dịch theo lipid): Liên kết thioester Liên kết amid (peptid) CẤU TRÚC VÀ HÌNH DẠNG CỦA CÁC PROTEIN MÀNG Chức năng của protein màng: a) Protein vận chuyển: chuyển các chất không có k/n... qt hô hấp mô bào và tạo sinh ATP nên chứa nhiều enzyme ÔXHK, các protein v/c e-, các ATP-synthetase, vv Màng myelin - giữ vai trò như màng cách điện bao quanh các neuron TK (chủ yếu giữ n/vụ cách ly để sự dẫn truyền xung TK được thuận lợi) → không cần nhiều protein (18%), mà lượng lipid rất cao (79%) Sự sắp xếp các nhóm lipid có sự khác biệt giữa các loại màng với chức năng sinh học khác nhau (bảng... glycoprotein nhóm máu trên mặt hồng cầu 2.2.4 MÔ HÌNH CẤU TRÚC MÀNG SINH HỌC • Gorter và Grendel (1925) đề ra ý kiến về c/tạo hai lớp (bilayer) của màng TB: Đo đo d/tích hồng cầu, rồi s/sánh với d/tích tối đa mà các lipid ch/xuất từ màng h/cầu trải rộng trên mặt d/dịch nước → kết luận: để xếp hết số lipid này vào d/tích nguyên vẹn của HC thì màng HC phải có hai lớp xếp vào nhau • Sau đó Danielli và Dawson (1935),... dung dịch nước; hoặc nếu có nồng độ cao hơn, tạo thành các hạt mixen hay các bọc có màng hai lớp (vesicle) Yếu tố chi phối quá trình này là nồng độ tối thiểu tạo mixen - Phân bố của lipid trong các trạng thái kết tụ ở môi trường nước: đầu phân cực hướng về phía nước; đuôi không phân cực (kỵ nước) hướng lên phía không khí (nếu là màng đơn phân cực trên mặt dung dịch) hoặc hướng vào bên trong hạt mixen,... đòi hỏi NL, là sự v/c tích cực b) Các bơm ion: Th/gia v/c các ion (K+, Na+, Ca2+) qua màng Các qt này thường l/quan tr/tiếp (hoặc gi/tiếp) đến sự trao đổi NL Ví dụ: ATP-ase ph/thuộc vào Na+/K+ ở màng sinh chất đ/chỉnh n/độ hai ion này của mt nội bào, ATP-ase phụ thuộc Ca2+ trên màng nội cơ đ/hoà n/độ canxi trong cơ chế co cơ, ATP-ase phụ thuộc H+ (bơm proton) ở màng TLT,vv c Các enzyme: th/hiện qt... yếu của các lipid là tạo một lớp ngăn chia mt TB với mt nước bao quanh, nhưng tại sao lại cần đến nhiều loại khác nhau như vậy? Chức năng cụ thể của từng loại phospholipid, sphingolipid màng vv còn phải được nghiên cứu, tìm hiểu thêm Tại sao các lipid dễ tạo thành màng? - Các ph/tử lipid lưỡng tính: có phần “đầu” phân cực, mang đ/tích âm (từ gốc phosphate) hoặc dương (từ nhóm amin) và phần “đuôi”