Vận chuyển qua màng tế bào

KYDHQG2012 VẬN CHUYỂN QUA MÀNG TẾ BÀO Sự khác biệt thành phần dịch nội bào dịch ngoại bào chế vận chuyển qua màng tế bào (TB) Những khác biệt bao gồm: - dịch ngoại bào có nồng độ natri cao nồng độ kali thấp Ngược lại dịch nội bào có nồng độ kali cao nồng độ natri thấp - dịch ngoại bào có nồng độ clo cao so với dịch nội bào - nồng độ phosphate protein dịch nội bào cao dịch ngoại bào Màng TB lớp đôi lipid với phân tử protein nằm xen kẽ Lớp đôi lipid hàng rào ngăn cản di chuyển phần lớn chất hòa tan nước Tuy nhiên chất tan lipid trực tiếp ngang qua lớp đôi lipid Các phân tử protein lớp đôi lipid cung cấp thêm đường vận chuyển khác - Protein kênh cung cấp đường vận chuyển chứa nước cho phân tử di chuyển qua màng TB - Protein mang gắn với phân tử chuyên biệt, sau thay đổi cấu hình để di chuyển phân tử qua màng TB Sự vận chuyển qua màng TB xảy theo chế khuếch tán hay vận chuyển tích cực Khuếch tán di chuyển ngẫu nhiên phân tử qua khoảng trống phân tử màng TB hay gắn với protein mang Năng lượng tạo khuếch tán lượng chuyển động bình thường vật chất Vận chuyển tích cực di chuyển chất qua màng TB tình trạng gắn với protein mang ngược với chiều sai biệt điện hóa học hai bên màng Quá trình đòi hỏi phải có nguồn lượng cộng thêm vào với lượng chuyển động Khuếch tán Khuếch tán di chuyển liên tục phân tử chất dịch hay chất khí Sự khuếch tán qua màng TB có hai loại: - Khuếch tán đơn thuần: phân tử di chuyển qua màng TB mà không gắn với protein mang Khuếch tán đơn xảy theo hai đường: (1) qua khoảng trống lớp đôi lipid (2) qua kênh nước protein mang - Khuếch tán tăng cường: cần protein mang Protein mang giúp vận chuyển phân tử qua màng cách gắn với phân tử vận chuyển chúng qua dạng  Tốc độ khuếch tán chất qua màng phụ thuộc độ hòa tan chất lipid Độ hòa tan oxy, CO2, nitrogen, rượu cao nên chúng hòa tan trực tiếp lớp đôi lipid khuếch tán dễ dàng qua màng TB  Nước chất không tan lipid khuếch tán qua kênh protein màng TB Nước qua màng TB dễ dàng kênh protein Những phân tử khác không tan lipid qua kênh protein giống phân tử nước có kích thước đủ nhỏ KYDHQG2012      Kênh protein có tính thấm chọn lọc hay nhiều phân tử chuyên biệt Tính thấm phụ thuộc đặc tính kênh, thí dụ đường kính, hình dạng, tính chất điện tích dọc theo mặt kênh Hiện tượng gác cổng kênh protein cách để kiểm soát tính thấm kênh Cổng xem phần kéo dài phân tử protein kênh, gây đóng lỗ kênh hay nhấc khỏi lỗ kênh thay đổi cấu hình phân tử protein Việc đóng mở cổng kiểm soát hai cách chính: - Gác cổng điện thế: trường hợp cấu hình cổng đáp ứng với điện màng TB Thí dụ điện tích bên màng TB âm nhiều làm cho cổng natri đóng chặt Khi bên màng tế bào không âm, cổng mở đột ngột, cho phép ion natri vào TB qua lỗ natri Việc mở cổng natri nguyên nhân gây điện động dây thần kinh - Gác cổng hóa học: số cổng kênh protein mở có phân tử gắn vào protein Điều làm thay dổi cấu hình phân tử protein, gây mở hay đóng cổng, gọi gác cổng hóa học Một thí dụ gác cổng hóa học tác dụng acetylcholine kênh acetycholine Khuếch tán tăng cường gọi khuếch tán qua trung gian chất mang Một chất vận chuyển cách thường không qua màng TB trợ giúp protein mang chuyên biệt - Khuếch tán tăng cường diễn theo hai giai đoạn: (1) chất vận chuyển vào kênh bị bịt đầu gắn vào thụ thể chuyên biệt; (2) protein mang thay đổi cấu hình, kênh mở phía đối diện màng - Khuếch tán tăng cường khác với khuếch tán đơn điểm quan trọng Trong khuếch tán đơn tốc độ khuếch tán tăng tỉ lệ với nồng độ chất khuếch tán Trong khuếch tán tăng cường tốc độ khuếch tán đạt đến gần mức tối đa nồng độ chất tăng lên đến mức đó; tốc độ khuếch tán tối đa định tốc độ thay đổi cấu hình phân tử protein - Trong chất quan trọng qua màng TB chế khuếch tán tăng cường có glucose phần lớn axít amin Các yếu tố ảnh hưởng lên khuếch tán tuyệt đối Các chất khuếch tán qua màng TB theo hai chiều Do quan trọng kết khuếch tán theo chiều mong muốn Kết định yếu tố sau: - Tính thấm Tính thấm màng TB chất diễn tả kết khuếch tán chất qua đơn vị diện tích màng sai biệt nồng độ hai bên màng (khi sai biệt áp suất hay điện học) - Sự sai biệt nồng độ Kết khuếch tán qua màng tỉ lệ với sai biệt nồng độ chất khuếch tán hai bên màng TB - Điện Nếu cho áp dụng điện vào màng, ion di chuyển qua màng chúng mang điện tích Khi có nhiều ion di chuyển qua màng sai biệt nồng độ ion xảy theo chiều ngược lại với sai biệt điện Khi sai biệt nồng độ tăng lên đủ cao, hai tác dụng cân lẫn Có thể tính sai biệt điện cân với sai biệt nồng độ phương trình Nernst Hiện tượng thẩm thấu qua màng TB có tính thấm chọn lọc – Sự khuếch tán nước KYDHQG2012 - Thẩm thấu trình di chuyển nước sai biệt nồng độ nước Nước chất khuếch tán qua màng nhiều Tuy nhiên điều kiện bình thường lượng nước khuếch tán theo chiều cân xác nên di chuyển tuyệt đối nước qua màng TB, thể tích TB giữ định Khi sai biệt nồng độ nước xảy ra, TB phình lên hay teo lại, tùy theo chiều di chuyển tuyệt đối Áp suât cần thiết để làm ngưng thẩm thấu gọi áp suất thẩm thấu - Áp suất thẩm thấu tạo phần tử dung dịch định số lượng phần tử đơn vị thể tích dung dịch, khối lượng phần tử Trung bình lượng chuyển động phân tử hay ion đụng vào màng nhau, không phụ thuộc vào kích thước phân tử Do yếu tố định áp suất thẩm thấu dung dịch nồng độ dung dịch diễn tả số lượng phần tử, khối lượng chất hòa tan - Osmole biểu diễn nồng độ số lượng phần tử osmole phân tử lượng chất hòa tan không phân ly Do 180 g glucose, phân tử lượng glucose, osmole glucose glucose không phân ly Một dung dịch có osmole chất hòa tan kg nước xem có nồng độ thẩm thấu osmole/kg dung dịch có 1/1000 osmole hòa tan kg có nồng độ thẩm thấu milliosmole/kg Nồng độ thẩm thấu dịch ngoại bào dịch nội bào khoảng 300 mosmoles/kg áp suất thẩm thấu dịch 5500 mmHg Vận chuyển tích cực chất ngang qua màng TB Sự vận chuyển tích cực di chuyển chất ngược với sai biệt điện hóa học Sự sai biệt điện hóa học tổng lực khuếch tán tác dụng lên màng TB - lực gây sai biệt nồng độ, sai biệt điện sai biệt áp suất Khi phân tử hay ion di chuyển qua màng TB ngược với chiều sai biệt nồng độ (hay sai biệt điện hay áp suất) trình gọi vận chuyển tích cực  Sự vận chuyển tích cực chia thành hai loại tùy theo nguồn lượng sử dụng cho vận chuyển Trong hai trường hợp, vận chuyển tùy thuộc protein mang, giống với khuếch tán tăng cường - Vận chuyển tích cực nguyên phát Năng lượng phát xuất trực tiếp từ thoái biến ATP hay phức hợp phosphat giàu lượng khác - Vận chuyển tích cực thứ phát Năng lượng phát xuất thứ phát từ lượng dự trữ dạng sai biệt nồng độ ion hai bên màng, tạo ban đầu vận chuyển tích cực nguyên phát  Vận chuyển tích cực nguyên phát ▪ Bơm natri-kali vận chuyển ion natri khỏi tế bào ion kali vào tế bào Bơm diện tất TB có vai trò trì sai biệt nồng độ natri kali ngang qua màng TB tạo điện âm bên TB Bơm hoạt động sau Ba ion natri gắn vào protein mang phía bên màng, ion kali gắn vào protein mang phía bên TB Protein mang có hoạt động ATPase việc gắn ion hoạt hóa chức ATPase protein Điều cắt phân tử ATP thành ADP phóng thích liên kết phosphat giàu lượng Năng lượng gây thay đổi cấu hình phân tử protein mang, đưa ion natri ion kali vào ▪ Bơm Na+-K+ kiểm soát thể tích TB Bơm Na+-K+ đưa ion Na+ TB đưa ion K+ vào Sự ion tuyệt đối có khuynh hướng kéo nước TB Thêm KYDHQG2012 TB bắt đầu phình lên bơm tự động hoạt động mạnh lên, bơm ion nhiều hơn, kéo theo nước Do bơm Na+-K+ giữ vai trò kiểm soát liên tục thể tích TB ▪ Vận chuyển tích cực bị bão hòa khuếch tán tăng cường Khi nồng độ chất vận chuyển thấp, tốc độ vận chuyển tăng gần tỉ lệ với nồng độ chất Ở nồng độ cao tốc độ vận chuyển bị giới hạn tốc độ phản ứng hóa học - gắn, nhả thay đổi cấu hình- protein mang ▪ Đồng vận chuyển vận chuyển ngược chiều hai dạng vận chuyển tích cực thứ phát Khi natri vận chuyển khỏi TB chế vận chuyển tích cực nguyên phát, có sai biệt lớn nồng độ natri xảy dự trữ lượng natri thặng dư bên TB có khuynh hướng vào - Đồng vận chuyển: lượng khuếch tán natri kéo theo số chất khác theo natri (cùng chiều) ngang qua màng TB nhờ protein mang - Vận chuyển ngược chiều: ion natri chất vận chuyển ngược chiều di chuyển hai phía đối diện màng, với natri luôn vào TB Cần protein mang ▪ Glucose axít amin vận chuyển vào phần lớn TB chế đồng vận chuyển với natri Protein mang có hai vị trí gắn phía TB, cho natri cho glucose hay axít amin Nồng độ natri cao bên thấp bên nên cung cấp lượng cho vận chuyển Một đặc tính đặc biệt protein mang thay đổi cấu hình để đưa natri vào bên xảy glucose hay axit amin gắn vào ▪ Canxi hydro vận chuyển khỏi TB chế vận chuyển ngược chiều với natri - Sự vận chuyển ngược chiều với natri canxi xảy hầu hết màng TB, với natri vào canxi ngoài, hai gắn với protein mang theo kiểu vận chuyển ngược chiều - Sự vận chuyển ngược chiều với natri hydro xảy đặc biệt ống thận, với natri từ lòng ống vào bên TB ống, hydro vận chuyển ngược chiều vào lòng ống  ... nhả thay đổi cấu hình- protein mang ▪ Đồng vận chuyển vận chuyển ngược chiều hai dạng vận chuyển tích cực thứ phát Khi natri vận chuyển khỏi TB chế vận chuyển tích cực nguyên phát, có sai biệt... độ thẩm thấu dịch ngoại bào dịch nội bào khoảng 300 mosmoles/kg áp suất thẩm thấu dịch 5500 mmHg Vận chuyển tích cực chất ngang qua màng TB Sự vận chuyển tích cực di chuyển chất ngược với sai... Đồng vận chuyển: lượng khuếch tán natri kéo theo số chất khác theo natri (cùng chiều) ngang qua màng TB nhờ protein mang - Vận chuyển ngược chiều: ion natri chất vận chuyển ngược chiều di chuyển