Tất cả các màng của tế bào (màng sinh chất, màng các bào quan) tạo nên hệ thống màng sinh học. Các loại màng sinh học có cùng một cấu trúc cơ bản là có lớp phospholipid kép (unit membrane) + Màng sinh chất (Plasma membrane) bao quanh tế bào chất có chứa các phân tử hữu cơ là màng sinh học xuất hiện đầu tiên + Trong quá trình tiến hóa, màng sinh chất phân hóa vào khối tế bào chất tạo ra hệ thống màng nội bào: màng mạng lưới nội chất, màng ti thể, màng nhân, …có cấu trúc đặc thù đảm bảo các chức năng riêng biệt của chúng. + Đối với các dạng tế bào khác nhau, cấu trúc màng có thể khác nhau về hàm lượng các chất, kiểu khu trú của các phân tử trong màng, hoặc có thể biến đổi về siêu cấu trúc để thực hiện chức năng đặc biệt.
Chương II Hệ thống màng sinh học NỘI DUNG Khái niệm, lịch nghiên cứu cấu trúc màng sinh học Mơ hình cấu trúc màng: thực nghiệm nghiên cứu Thành phần hóa học màng Các tính chất đặc trưng màng sinh học Các chức màng sinh học Khái niệm màng sinh học + Tất màng tế bào (màng sinh chất, màng bào quan) tạo nên hệ thống màng sinh học Các loại màng sinh học có cấu trúc có lớp phospholipid kép (unit membrane) + Màng sinh chất (Plasma membrane) bao quanh tế bào chất có chứa phân tử hữu màng sinh học xuất + Trong q trình tiến hóa, màng sinh chất phân hóa vào khối tế bào chất tạo hệ thống màng nội bào: màng mạng lưới nội chất, màng ti thể, màng nhân, …có cấu trúc đặc thù đảm bảo chức riêng biệt chúng + Đối với dạng tế bào khác nhau, cấu trúc màng khác hàm lượng chất, kiểu khu trú phân tử màng, biến đổi siêu cấu trúc để thực chức đặc biệt Các loại màng sinh học tế bào eukaryote Hai mặt màng: – Internal face (cytosolic face): and External face (exoplasmic face): Cơ quan tử có cấu trúc màng đơi ? – Nucleus – mitrochon drion – chloropla st History of the Plasma Membrane 1665: Robert Hooke 1895: Charles Overton - composed of lipids 1900-1920’s: must be a phospholipid 1925: E Gorter and G Grendel - phospholipid bilayer 1935: J.R Danielli and H Davson – proteins also part, proposed the Sandwich Model 1950’s: J.D Robertson – proposed the Unit Membrane Model 1972: S.J Singer and G.L Nicolson – proposed Fluid Mosaic Model Mơ hình cấu trúc khảm lỏng màng sinh học - Theo Singer-Nicolson (1972) protein đị nh khu phân tán màng t ạo nên c ấu trúc khảm (Mơ hình khảm lỏng màng sinh ch ất) + Các phân tử lipit phân cực xếp thành lớp lipit kép + Các phân tử cholesterol xếp xen kẻ vào phân t photpholipit + Protein màng xếp rải rác vào lớp photpholipit (sắp x ếp kh ảm) Mơ hình đúng? Kỹ thuật hiển vi khắc lạnh (Freeze-fracture electron microscopy) + miếng mô nhỏ làm lạnh đột ngột Nitơ lỏng (-180oC) tách đôi chân không dao cắt tiêu hiển vi + Một màng cực mỏng Cacbon Platin cho lắng đọng bề mặt mô + Cuối mô cho tiêu hết enzym để lại âm (bản khắc) Cacbon-Platin phản ánh cấu trúc bề mặt màng bị tách +Kết nghiên cứu hiển vi điện tử khắc màng cho thấy rõ ràng có mặt protein nằm xuyên qua cấu trúc kép lipid (tạo thành "mấu lồi" khắc lạnh) Fluid-Mosaic Model Thành phần cấu trúc màng sinh học Đặc điểm cấu tạo chung màng sinh học: - Là lớp màng mỏng (lipoprotein) có độ dày từ 7-10 nm - Thành phần hóa học gồm: + Lipit (25-75%): + Protein (25-75%); + Glucid (5-10%) Thành phần, tổ chức cấu trúc chức Lipit màng - Phospholipids: + Các phosphoglycerid: gồm khung glycerol, hai chuỗi acid béo nhóm rượu phosphoryl hố (hình ) + Sphingomyelin: có khung Sphingosine (khơng có glycerol) liên kết với phosphocholine cầu nối phosphoeste - Glycolipids: Gồm đường kết hợp với axit béo (lipit), khơng có glycerol gốc phosphate - Sterols: Cholesterol (ở động vật); Ergosterol (ở nấm); Stigmasterol (ở thực vật) P.ethanolamine P.choline P.serine P.linositol Thực nghiệm chứng minh tính di động protein màng Figure Kỹ thuật tạo tế bào lai chuột người The mouse and human proteins are initially confined to their own halves of the newly formed heterocaryon plasma membrane, but they intermix with time + The two antibodies used to visualize the proteins can be distinguished in a fluorescence microscope because fluorescein is green whereas rhodamine is red (Based on observations of L.D Frye and M Edidin, J Cell Sci 7:319-335) + Thực nghiệm FRAP chứng minh di chuyển Protein lipid bên màng kỹ thuật thu hồi huỳnh quang sau phá hủy ánh sáng (FRAP: Fluorescence Recovery After Photobleaching): + Lipid màng đượ c gắn nhãn chất nhuộm huỳnh quang protein màng gắn với kháng thể đặc hiệu phát huỳnh quang + Sau ngườ i ta dùng ánh sáng laser mạnh để phá huỷ huỳnh quang chất đánh dấu diện tích nhỏ quan sát thấy chỗ đượ c loại bỏ huỳnh quang nhanh chóng phục hồi khuếch tán phân tử chưa bị loại huỳnh quang di chuyển vào Phương pháp tách protein màng sử dụng chấy tẩy rửa Thuộc tính Detergents – A amphipathic molecules: phân tử có chứa hai vùng cực (ưa nước) không phân cực (ki nước) Detergents : – Các chất tẩy rửa có khả xuyên vào bên lớp phosphlipid kép màng hòa tan lipid protein Figure A detergent micelle in water, shown in cross-section Because they have both polar and nonpolar ends, detergent molecules are amphipathic Các loại chất tẩy rửa Hydrophilic Hydrophobic Charged group Các loại chất tẩy rửa Ionic detergents – Bám vào vùng kị nước protein màng lõi kỵ nước protein hòa tan nước – Sự tích điện chúng tác động đến liên kết ion hyhro – eg SDS (có nhóm phân cực ) • sodium dodecylsulfate làm biến tính protein cách bám vào chuỗi phụ Phương pháp tách protein màng ngoại vi – Dùng dung dịch có lực ion cao (high salt concentrations) • Tác động vào liên kết ion vào hóa chất bám vào cation hóa trị Mg2+ • Hầu hết protein ngoại vi hòa tan dung dịch critical micelle concentration (CMC) Chất tẩy rửa khơng có chất ion – Ở nồng độ cao (trên nồng độ tới hạn hình thành thể micelle): thành thể micelle hỗn hỗn hợp detergent, phospholipid, and integral • Hình membrane proteins – Ở nồng độ thấp (dưới CMC): bám vào vùng kị nước protein xuyên màng , làm cho chúng trở có • trạng thái hòa tan dung dịch eg Triton X-100, octyglucoside NOTE: Nonionic detergents thường khơng biến tính protein hữu ích việc chiết tách protein Nonionic Detergents for Solubilization of Integral Membrane Protein CMC: Critical micelle concentration Thực nghiệm tái tạo cấu trúc protein xuyên màng vào liosomes Gluxit màng Chiếm khỏang 2-10%, oligosaccarit polisaccarit - Chỉ liên kết với protein lipit mặt tế bào tạo thành glycoptotein, glycolipit, 9/10 glycoprotein - Glucid quan trọng acid nitơ acetyl neuraminic, gọi acid sialic Nó liên quan với số kháng nguyên, kháng thể đặc điểm miễn dịch, dị ứng tế bào - Acid sialic hợp thành từ acid pyruvic nitơ acetyl manosamin nitơ acetyl galactosamin - Chức Gluxit màng - Các chuỗi cacbonhydrat thường quan trọng gấp protein để tạo thành cấu trúc bậc ba chúng làm cho protein bền có vị trí xác tế bào - Các phần tử glycoprotein mang điện âm nên đẩy làm cho chúng khơng bị hòa nhập với - Glycolipit có phần cacbonhydrat quay phía ngồi tế bào liên kết với acid gọi gangliosit mang điện âm góp phần với glycoprotein làm cho hầu hết mặt hầu hết tế bào mang điện tích âm - Cùng với lipit màng, protein xuyên màng protein ngoại vi tạo nên lớp bao phủ tế bào gọi áo tế bào (cell coat), giữ chức bảo vệ màng, kháng nguyên bề mặt, liên kết tế bào cạnh,… Tóm lượ c chức màng sinh học ... màng sinh học Mơ hình cấu trúc màng: thực nghiệm nghiên cứu Thành phần hóa học màng Các tính chất đặc trưng màng sinh học Các chức màng sinh học Khái niệm màng sinh học + Tất màng tế bào (màng sinh. .. hệ thống màng sinh học Các loại màng sinh học có cấu trúc có lớp phospholipid kép (unit membrane) + Màng sinh chất (Plasma membrane) bao quanh tế bào chất có chứa phân tử hữu màng sinh học xuất... đầu phân cực (cholin mang điện tích dương, phosphat mang điện tích âm glycerol khơng phân cực) nối với hai sợi acid béo kỵ nước, nếp gấp đuôi bên phải tạo nối đơi (Hình 2.1 ); chưa bảo hòa, phospholipid