Căn cứ vào tính cách liên kết với màng lipit, người ta chia protein màng ra làm hai loại: protein xuyên màng và prote1n ngoại vi * Protein xuyén mang Gọi là protein xuyên màng vi phân tử
Trang 1PHAN 1 MO DAU
Moi co thé sống đều có cấu tạo tế bào, tế bào là đơn vị tô chức cơ bản của mọi sinh vật sống cả về câu tạo, chức năng sinh lý và di truyền Chỉ ở giai đoạn
xuất hiện tế bao thi sự sống mới biểu hiện đầy đủ các đặc tính như trao đổi chất,
sinh trưởng phát triển, sinh sản, cảm ứng và thích nghi với môi trường sống Tất
cả mọi hoạt động sông đều diễn ra trong tế bào đù là cơ thể đơn bào hay đa bào
Trong hệ thống màng sinh học thì màng sinh chất là loại màng xuất hiện đầu tiên, trong quá trình tiến hoá, từ loại màng này sẽ phân hoá vào khối tế bào chất để tạo nên hệ thông màng nội bào phức tạp trong đó có cả màng nhân
Màng sinh chất không phải là một hàng rào thụ động trong trao đổi chất giữa tế bào với môi trường mà nó có tính chọn lọc Trong tế bào màng sinh chất
giúp cho việc tổ chức và điều hòa quá trình sinh học ở các xoang riêng biệt như
màng nhân, màng ty thể, màng lạp thê vv Có thê khắng định màng tế bào có cầu trúc rất tinh vi, phù hợp với chức năng của nó
Mặt khác những rối loạn các thành phần của màng tế bào cũng gây nên những bệnh nguy hiểm cho con người như: xơ vữa động mạch, nhồi máu cơ tim,
suy gan, viêm tuy v.v có thê dẫn đến tàn tật hoặc thậm chí tử vong
Mặc dù có nhiều chức năng quan trọng và khả năng gây ra nhiều bệnh nguy hiém như vậy nhưng hiện nay vẫn chưa có nhiều nghiên cứu sâu về tế bào nói chung, đặc biệt là màng tế bào nói riêng Do đó đang đặt ra cần phải có những nghiên cứu sâu hơn nữa về màng tế bào
Ngoài ra, khi nghiên cứu về tế bào thì chu kỳ tế bào, các hình thức phân chia tế bào nhân thực, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân chia cũng như khả năng ứng dụng sự phân chia tế bào trong công nghệ sinh học cũng là một van dé dang dugc cac nha té bao hoc quan tam
Xuất phát từ những lý do trên, em tiễn hành nghiên cứu tiểu luận: “Cấu
trúc và vai trò của màng tế bào Chu kỳ tẾ bào, các hình thức phân chia tế bào
nhân thực, ý nghĩa sinh học và khả năng ứng dụng sự phân chia tế bào trong công nghệ sinh học”
Trang 2Tiểu luận chuyên để Sinh học tế bào
PHAN 2 NOI DUNG
A MANG TE BAO, SU PHAN HOA DA DANG CUA HE THONG MANG
TE BAO, NHUNG DAC TINH VA VAI TRO CUA MANG TRONG DOI SONG TE BAO NHUNG THANH TUU NGHIEN CUU BENH LY TE BAO
1 Mang té bao (Cell membrane)
Gồm có 2 thành phần là màng bảo vệ (vỏ, vách tế bào) và mang sinh chat (màng plasma)
Hình 1.1 Màng tẾ bào dưới kính hiển vì điện tử
1.1 Màng bảo vệ (có thê có hoặc không có đối với mỗi tế bào)
1.1.1 Màng bảo vệ của tế bào
của tế bào, thường là các chất
nhây hoặc các kitin co thâm
có vỏ hoặc tế bào vỏ của tiết túc Hình 1.2 Vỏ tế bào động vật
Trang 31.1.2 Màng bảo vệ của tẾ bào thực vật (cell wall):
Tế bào thực vật ngoài lớp màng sinh chất còn có thêm màng bảo vệ làm bằng các chất khác nhau chủ yếu là cenlulose, hemicenlulose và các pectin Các loại tế bào chuyên hoá đặc biệt có màmg bảo vệ chứa thêm lignin, các chất sap,
và các chất khoáng có gốc canxi cacbonat hay silic màng này phát triên mạnh ở các mô nâng đỡ và yếu ở các mô phân sinh
1.1.3 Màng bảo vệ của tẾ bào vi khuẩn:
Tế bào vi khuẩn được bao bọc xung quanh bởi nhiều lớp màng Ngoài cùng là lớp vỏ nhầy (capsule) hoặc lớp dịch nhày, dưới lớp này là thành tế bào
(cell wall) và bên trong thành tế bào là màng tế bào chất (cytoplasmic
membrane) hay gọi là màng nguyén sinh chat (protoplasmic membrane)
Thành tế bào vi khuẩn có kích thước khác nhau tuỳ loại Nói chung vi
khuan Gram dương có thành tế bào dày hơn, khoảng 14-18nm, có khả năng giữ thuốc nhuộm, trọng lượng thành tế bào có thể chiếm tới 10-20% trọng lượng khô của tế bào Vi khuẩn Gram âm có thành tế bào mỏng hơn nhưng phức tạp hơn, khoảng 10nm, không có khả năng giữ thuốc nhuộm Thành phần hoá học của thành tế bào vi khuẩn gồm có các glycopeptit như: mucopeptit, peptidoglycan, glycozaminopeptit, murein và polysaccarid, một số là amino acid như gÌixin, axit D-asparaginic, D-serin
Trang 4Tiểu luận chuyên để Sinh học tế bào
Hình 1.3 Màng tế bào của vi khuẩn Gram dương và Gram âm
1.2 Màng sinh chất (plasma membrane)
Là màng có ở mọi tế bào Màng tế bào còn gọi là màng plasma, màng lipoprotein hay màng sinh chất
Hình hiển vi điện tử cho thấy màng tế bào là một màng mỏng, khoảng 100
A” gồm hai lớp xẫm song song kẹp ở giữa là một lớp nhạt Mỗi lớp dày khoảng
từ 25 A” đến 30 A” Lớp nhạt là lớp phân tử kép lipit còn hai lớp xẫm là do đầu
của các phân tử protein lỗi ra khỏi lớp phân tử kép lipit tạo nên
Trang 5Hình 1.4 Sơ đồ một mảnh màng lipoprotein của tế bào
1.2.1 Thanh phan sinh hoá
a Lipit
Hàm lượng lipit trong câu trúc màng chiếm khoảng 50%
Có 10 loại lipit chủ yếu trong màng tế bào là: cholesterol, glycolipid, sphingomyelin, photphatidylcholine, photphatidylethanolamine, photphatidylinositol, photphatidylserine, photphatidylglycerol, diphotphatiylglycerol, photphattidic acid
Mỗi loại bào quan có tỷ lệ lipit đặc trưng riêng
b Phospholipid
Là loại protein chủ yếu cấu trúc nên màng, chiếm khoảng 55 - 57%
Phospholipid là những phân tử lipid mà trong phân tử có một nhóm axit béo được thay bằng axit phosphoric
Là một loại lipid quan trọng | c-90 C=-0
Trang 6Tiêu luận chuyên đề Sinh học tế bào
- Phân tử cholesterol xếp xen kẽ vào giữa các phân tử phospholipid Nhân steroid xếp xen kẽ vào các mạch ky nước của phân tử phospholipid
- Ở màng sinh chất của
Eukaryota thường có tỉ lệ
phospholipid và cholesterol xấp xỉ
nhau Nếu có sự thay đổi tỷ lệ này
trong màng sẽ làm thay đổi tính
linh động của màng
- Cholesterol có vai trò cỗ
định cơ học cho màng, gây bất
động cho các mạch cacbon của lớp
phân tử phospholipid Cholesterol
Pa
Ws Us J
Hinh 1.7: Cholesterol trong lop lipid kép
ngăn không cho các hydratcacbon liên kết chặt lại với nhau và là thành phần của
nhiêu loại hormon
- Cholestero] chiếm từ 25 đến 30% thành phân lipid màng tế bào và màng
tế bào là loại màng sinh chất có tỉ lệ cholesterol cao nhất, màng tế bào gan có tỉ 1é cholesterol con cao hon: 40% lipit toàn phần Thành phân còn lại của lipit
Trang 7màng là glycolipid (khoảng 18%) và axit béo ky nước (khoảng 2%) [1], [4], [7] [8]
d Protein
Mang lipit dam nhiệm phần cấu trúc cơ bản còn các chức năng đặc hiệu của màng thì phần lớn do các phân tử protein màng đảm nhiệm Cho đến nay người ta đã phát hiện trên 50 loại protein màng (cùng có trên một màng plasma duy nhất) Tỷ lệ P/L (protein/lipit) xấp xi bằng 1 ở màng tế bào hồng cầu Một
số tế bào đặc biệt thì tỉ lệ này cao hơn như P/L của màng tế bào gan =1,4; P/L
cua mang tế bào ruột = 4,6
Căn cứ vào tính cách liên kết với màng lipit, người ta chia protein màng
ra làm hai loại: protein xuyên màng và prote1n ngoại vi
* Protein xuyén mang
Gọi là protein xuyên màng vi phân tử protein có một phần nằm xuyên suốt màng lipit và hai đầu của protein thò ra hai phía của màng
Protein xuyên màng có các loại sau:
- Giycophorin: một loại protein xuyên màng một lần trong màng hồng cầu, có 131 acid amin, có phần ky nước xuyên màng ngắn, chuỗi polypeptit ưa nước thò ra ngoài màng có mang những nhánh oligosaccharide và cả những nhanh polysaccharide giau acid sialic Glycophorin chiém phan lớn các protein xuyên màng và là thành phần chính mang các nhánh olygosaccharide Các oligosaccarit này tạo thành phần lớn các cacbohydrat của bê mặt tế bào [1], [4],
[8]
- Protein Band3 xuyén mang:
Loại này được nghiên cứu đầu tiên ở màng hồng cầu Đó là một phân tử protéin dai, phan ky nước xuyên trong màng tất dài, lộn vào lộn ra tới 6 lần Phan thò ra trên bề mặt ngoài màng tế bào cũng liên kết với các oligosaccarit Phần xuyên màng phụ trách vận chuyên một số anion qua màng Phần thò vào bào tương gồm hai vùng: vùng gắn với Ankyrin - một trong các loại protein thành viên của hệ lưới protein lát trong màng, và vùng gắn với các enzyme phan
Trang 8Tiểu luận chuyên để Sinh học tế bào
ly glucoza và gắn với hemoglobin Với vai trò vận chuyên anion, Band3 như là một phân tử độc lập Khi gắn với Ankyrin để níu hệ lưới protein vào màng lipit thì Band3 như là có đuôi [8]
Hình 1.8: Một số loại prôtêin xuyên màng
1 Protein xuyên màng một lân (helix) với 2 đầu ở hai phía của màng (bitopic)
2 Protein xuyén mang nhiéu lan (helical) với 2 đâu ở hai phía của màng (polytopic)
3 Protein xuyên màng nhiễu lân với 2 đầu ở một phía của màng (barrel)
* Profein ngoại vỉ
Loại này chiếm khoảng 30% thành phần protein màng Gặp ở mặt ngoài hoặc mặt trong tế bào Chúng liên kết với đầu thò ra hai bên màng của các protein xuyên màng Kiêu liên kết được gọi là hấp phụ, không phải là liên kết đồng hoá trị mà bằng lực tĩnh điện hay bằng các liên kết ky nước
Protein rìa màng ngoài thường liên kết với gluxit tạo thành glicoprotein Proftein rìa màng trong thường liên kết với các protein tế bào chất như ankyrin
và qua ankyrin liên hệ với hệ vi ông, vi sợi tạo thành hệ thông neo màng và điều
Trang 9Như trên đã nói, fibronectin là một protein ngoại vi bám ở mặt ngoài màng tế bào, protein này gặp hầu hết ở tế bào động vật từ san hô cho đến người,
ở các tế bào sợi, tế bào cơ trơn, tế bào nội mô
Nhờ fibronectin mà tế bào bám dính dễ dàng với cơ chất của nó [1]
e Cacbonhydrat mang té bao:
Cacbonhydrat có mặt ở màng tế bào dưới dang các oligosaccarit Các oligosaccarit gắn vào hầu hết các đầu ưa nước của các protein màng thò ra bên ngoài màng tế bào Đâu ưa nước của khoảng 1/10 các phân tử lipit màng (lớp phân tử ngoài) cũng liên kết với các oligosaccarrit Sự liên kết với các oligosaccarrit được gọi là sự glycosyl hoá biến protein thành glycoprotein, lipit thành glycolipIt
Các chuỗi carbohydrat thường rất quan trọng đôi với sự gấp protein để tạo thành câu trúc bậc ba và do đó làm cho protein được bên và có vị trí chính xác trong tế bào
Nói chung, chúng không có vai trò trong chức năng xúc tác của protein Khi liên kết với mặt ngoài màng tế bào tại phần axit sialic của protein- phần axit này tích điện làm cho bề mặt glycoprotein của tế bào mang điện âm Các phan
tử glycoprotein đều mang điện âm nên đây nhau làm cho chúng không bị hoà nhập với nhau
Glycolipid cũng vậy, có phần carbohydrat quay ra phía ngoài tế bào cũng liên kết với một acid gọi là ganliosit cũng mang điện âm và góp phần cùng với các glycoprotein làm cho mặt ngoài của hầu hết tế bào động vật có điện tích âm
[1], [8]
1.2.2 Mô hình phân tử và tinh linh déng cua mang [3] [5] [7] [ 9]
Mang sinh chất là một loại màng mỏng, khoảng 7,5 — 10 nm, bao quanh tế bào chất, gồm hai lớp x4m màu song song kẹp giữa một lớp nhạt Lớp nhạt là lớp phân tử kép lipit còn hai lớp xẫm là đầu của các phân tử protein lồi ra khỏi lớp kép lip1t tạo thành
Trang 10Tiểu luận chuyên để Sinh học tế bào
ine vot: Protein
Hinh 1.9 M6 hinh “khám động” của một mảnh màng
Sự sắp sếp của các phân tử lipit:
Các phân tử lipit xếp thành hai lớp ép sát nhau nên được gọi là lớp phân
tử kép lipit với đầu ky nước quay ra ngoài, quay ra phía ngoài hoặc vào trong tế bào và đầu ky nước quay vào giữa, nơi tiếp giáp của hai lớp phân tử lipit Tính
chất ky nước này làm cho các phân tử lipit luôn có xu hướng kết dính lại với
nhau dé đầu ky nước khỏi tiêp xúc với nước, nhờ có tính chất này mà màng có khả năng tự động khép kín và tái hợp nhanh
Các loại photpholipit xếp xen kẽ nhau, từng phân tử có thê tự quay quanh
trục của mình và đôi chỗ cho các phân tử trong cùng lớp, sự đối chỗ giữa các
phân tử của hai lớp rất hiễm xảy ra
Sự vận động đổi chỗ thường xuyên của các phân tử photpholipit đã tạo
nên tính lỏng linh động của màng
Trong khung lipit của màng tế bào Eukaryota còn có các phân tử cholesterol sắp xếp xen kẽ giữa các phân tử photpholipit tạo thêm tính ôn định của khung, tỷ lệ photpholipit/cholesterol càng cao thì tính linh động của màng càng giảm [2| [3 | [7]
Sự sắp xếp của các phần tử protein màng:
Lớp kép lipit là phần cơ bản của màng sinh chất, tạo thành giá đỡ cho các phân tử protein xuyên màng, các phân tử loại này có phân ky nước nắm xuyên
10
Trang 11suốt màng, dấu trong lớp kép lipit còn hai đầu ưa nước của phân tử thì thò về hai phía bề mặt của màng, nhiều loại protein có đầu thò vào phía bào tương mang nhóm cacboxyl (COO-) tích điện âm khiến chúng đây nhau nhờ đó mà các protein xuyên màng phân bố đồng đều trong màng sinh chất Có loại protein chỉ xuyên qua màng một lần, có loại xuyên qua nhiều lần, có khi tới 6 — 7 lần
Protein xuyên màng có khả năng chuyển động quay và di động kiểu tịnh tiễn trong khung lipit, do đó nó cũng ghóp phần tạo nên tính linh hoạt của màng Các phân tử protein ngoại vi gặp ở mặt ngoài hoặc mặt trong tế bào, chúng liên kết với các đầu thò ra hai bên màng của protein xuyên màng băng lực hút tĩnh điện hoặc bằng các liên kết ky nước
Sự sắp xếp của carbohydrat màng tế bào:
Các oligosaccarit gặp ở mặt ngoài của màng sinh chất, chúng gắn vào đầu
ưa nước của các protein xuyên màng, đầu ưa nước của khoảng 1/10 các phân tử lipit lớp ngoài cũng liên kết với các oligosaccari Sự liên kết với các oligosaccarit gọi là sự glycosyl hóa, biến protein thành glycoprotein, lipit thành glycolipit Glycoprotein va glycolipit tích điện âm làm cho toàn bộ bề mặt tế bào của đa số động vật tích điện âm
1.2.3 Một số tính chất của màng sinh chất:
a Tinh linh động:
Tính linh động hay trạng thái sol và gel do các cầu trúc màng tạo nên như:
- Tính linh động của lớp kép lipid
- Tính linh hoạt của protein màng
- Sự kiểm soát tính linh hoạt của màng
Bản chất và kiêu phân bố của các photpholipit trong lớp kép lipid tạo nên trạng thái lỏng hay nhớt của màng
Tính linh hoạt của màng, đặc biệt đối với các protein màng được kiểm soát bởi các tác nhân bên trong và bên ngoài tê bào
11