H. 2-54: Synap hoâ học.
Thế năng hoat động chạm đến điểm cuối của tế băo thần kinh. Nó kích thích đuôi năy giải phóng chất dẫn truyền thần kinh. Chất năy đợc chứa văo trong túi synap vă đợc giải phóng ra ngoăi tế băo khi túi năy bung ra cùng măng nguyín sinh của tận cùng thần kinh. Chất dẫn truyền đợc giải phóng sẽ liín kết với kính ion đóng mở bằng chất dẫn truyền vă mở nó ra, câc kính năy tập trung trong măng nguyín sinh của tế băo đích ở synap, vì thế có sự vận chuyển tín hiệu từ câc tế băo thần kinh bị kích thích.
Câc tín hiệu hoâ học đợc vận chuyển từ tế băo đến tế băo, ở những vị trí tiếp xúc đê đợc biệt hoâ nh ta đê biết lă synap. Cơ chế vận chuyển thông thờng lă trực tiếp. Câc tế băo đợc tâch biệt về điện tích với tế băo khâc. Tế băo trớc synap
(presynaptic cell) thì đợc tâch khỏi tế băo sau synap (postsynaptic cell) bằng một vòm hẹp (synaptis cleft). Một sự thay đổi thế năng trong tế băo trớc synap lăm kích thích để giải phóng một phđn tử tín hiệu nhỏ lă chất vận chuyển thần kinh ( neurotransmitter). Chúng đợc giữ trong câc bọc synap đơc giới hạn trong măng vă đợc giải phóng ra ngoăi tế băo. Chất vận chuyển thần kinh nhanh chóng khuyếch tân qua khoảng trống giữa 2 tế băo synap trớc vă sau, vă gđy ra một sự thay đổi điện tích trong tế băo synap trớc bởi sự liín kết văo kính ion đóng mở bằng chất vận chuyển thần kinh (H. 2-54). Sau khi chất vận chuyển thần kinh đê đợc tiết ra, nó nhanh chóng đợc di chuyển nhanh hoặc lă bởi một enzyme đặc biệt trong khoảng trống hoặc lă bởi một ống tâi lập – hoặc lă bởi đuôi tận cùng tế băo thần kinh giải phóng nó hoặc bởi tế băo mô đệm bao quanh.
Sự vận chuyển nhanh đảm bảo an toăn cả sự chính xâc không gian vă thời gian của tín hiệu ở synap: nó ngăn cản chất vận chuyển khỏi ảnh hởng câc tế băo bạn vă lăm sạch khoảng trống synap ( synapic cleft) trớc một kích hoạt tiếp theo của một chất vận chuyển thần kinh đợc giải phóng, nh thế thời gian nhắc lại câc sự kiện tín hiệu nhanh có thể đợc thông bâo một câch chính xâc đến tế băo sau synap. Nh chúng ta sẽ thấy, câc tín hiệu chuyển qua synap hoâ học thì đa dạng vă dễ thích ứng hơn so với sự nối điện trực tiếp qua chỗ nối kín ở synap điện, chúng cũng đợc sử dụng bởi câc neuron nhng ở phạm vi hẹp hơn.
Kính ion đóng mở bằng chất dẫn truyền thần kinh (transmitter gated ion channel) đê đợc biệt hoâ để chuyển nhanh câc tín hiệu hoâ học ngoăi tế băo thănh những tín hiệu điện ở synap hoâ học. Câc kính đợc tập trung ở măng nguyín sinh của tế băo synap sau ở vùng synap vă mở một câch tức thời để liín kết với câc phđn tử chất dẫn truyền thần kinh, vì thế lăm thay đổi tính thấm trong măng. Không giống nh câc kính đóng mở bằng điện thế liín quan đến thế năng hoạt động của măng, câc kính đóng mở nhờ chất dẫn truyền thần kinh thì tơng đối nhạy cảm với thế năng măng vă vì thế không thể tự nó sinh ra một kích thích đợc tự nó khuyếch đại. Thay vì chúng lăm thay đổi tính thấm tại chỗ, vì thế sự thay đổi thế năng măng đợc phđn cấp theo điều lă bao nhiíu chất dẫn truyền thần kinh đợc giải phóng ở synap vă duy trì bao lđu ở đó.
Thế năng hoạt động của măng có thể đợc kích hoạt từ vị trí năy nếu thế năng măng tại đó tăng đủ để mở một số lợng câc kính cation đóng mở bằng thế năng măng gần cạnh chúng, đang có mặt trong măng tế băo đích tơng tự.
Phần III:Tín hiệu sinh học.(Biosignaling)
1.Cơ chế phđn tử của sự truyền tín hiệu sinh học.
Sự truyền tín hiệu sinh học có tính đặc hiệu đâng chú ý vă nhạy cảm tuyệt vời.Tính đặc hiệu (specificity)đợc thực hiện nhờ sự kết hợp tinh vi giữa phđn tử giữa tín hiệu vă phđn tử chất nhận (H.3-1a), đợc liín kết với nhau nhờ một loại nhờ câc lực yếu giống nhau (không phải liín kết đồng hóa trị), lực năy lă lực t- ơng tâc enzyme - cơ chất vă khâng nguyín – khâng thể. Câc cơ thể đa băo có sự đặc hiệu cao hơn, vì rằng câc receptor của một phđn tử tín hiệu đê cho hoặc câc đích trong tế băo của một con đờng tín hiệu đê cho thì có mặt chỉ trong câc loại tế băo nhất định. Hormone giải phóng thyrotropin khởi động sự đâp ứng của tế băo thùy trớc tuyến yín, nhng không phải tế băo gan, nó thiếu receptor cho loại tế băo năy. Epinephrine lăm thay đổi sự chuyển hóa glycogen trong tế băo gan nhng không phải trong hồng cầu; trong trờng hợp năy, cả hai loại tế băo có receptor cho hormone năy nhng ngợc lại trong khi tế băo gan chứa glycogen vă enzyme chuyển hóa glycogen chịu sự kích thích bởi epinephrine thi hồng cầu lại không chứa cả hai.
Có 3 yếu tố tính đến cho sự nhạy cảm tuyệt vời của chất vận chuyển tín hiệu: âi lực cao của receptor đối với phđn tử tín hiệu, sự hợp tâc trong tơng tâc ligand – receptor vă sự khuếch đại tín hiệu nhờ thâc enzyme. Âi lực (affinity) giữa tín hiệu vă receptor có thể biểu diễn nh lă hằng số phđn ly (Kd thờng lă 10- 10M hoặc nhỏ hơn- có nghĩa lă receptor xâc định câc nồng độ picomolar của phđn tử tín hiệu. Tơng tâc Receptor-ligand đợc đânh giâ định lợng nhờ phđn tích Scatchard, chúng thu đợc số đo định lợng của âi lực (Kd) vă số vị trí liín kết ligand trong mẫu receptor.
Sự hợp đồng (cooperativity) trong tơng tâc receptor-ligand tạo ra một sự thay đổi lớn trong hoạt động receptor với một thay đổi nhỏ nồng độ ligand. Sự khuếch đại nhờ thâc enzyme (amplification by enzyme cascades) xẩy ra khi một enzyme kết hợp với một signal receptor đợc hoạt hóa vă lần lợt xúc tâc nhiều phđn tử enzyme thứ 2, mỗi enzyme năy lại xúc tâc nhiều phđn tử enzyme thứ ba vă tiếp tục nh vậy (H.3-1b). Dòng thâc nh vậy có thể khuyếch đại nhiều bậc trong milli giđy.
Độ nhạy của hệ thống receptor lă đối tợng của sự thay đổi. Khi một tín hiệu có mặt liín tục, sự mất nhạy cảm (desensitization) xẩy ra (H. 3-1c); khi sự kích thích giảm đến một ngỡng nhất định, hệ thống lại một lần nữa nhạy cảm. Cảm giâc năo xẩy ra đối với hệ thống truyền dẫn sự nhìn thấy của bạn khi bạn đi từ phòng sâng chói văo phòng tối vă ngợc lại.
Hình ảnh cuối cùng của hệ thống truyền dẫn tín hiệu lă sự tích hợp, hòa nhập (integration) (H.3-1d), khả năng của hệ thống nhận câc tín hiệu đa dạng vă tạo ra sự đâp ứng thống nhất gần câc yíu cầu của tế băo hoặc cơ thể. Những con đờng tín hiệu khâc nhau ngợc nhau ở văi mức độ lăm dồi dăo thím sự tơng tâc duy trì homeostasis trong tế băo vă cơ thể.
H.3-1. Bốn sơ đồ cho sự vận chuyển tín hiệu.
Chúng ta xem xĩt ở đđy văi hệ thống vận chuyển tín hiệu lăm đại diện. Sự khởi đầu cho mỗi hệ thống thì khâc nhau, nhng sơ đồ chung cho câc vận chuyển tín hiệu thì chung cho tất cả: một tín hiệu tâc động với một receptor; receptor đê đợc hoạt hóa tâc động với bộ mây tế băo, sinh ra một tín hiệu thứ 2 hoặc một sự thay đổi trong hoạt động protein tế băo; hoạt động chuyển hóa của tế băo đích trải qua một sự thay đổi; cuối cùng sự vận chuyển kết thúc vă tế băo quay lại trạng thâi prestimulus, chúng tôi cung cấp câc ví dụ cho từng cơ chế trín (H.3- 1).
1/ Kính ion đóng mở của măng, chúng sẽ đóng hay mở để đâp ứng lại sự liín kết câc ligand hóa học hay điện thế măng. acetylcholine lă ví dụ cho cơ chế năy.
2/ Receptor enzyme, câc receptor măng nguyín sinh cũng lă câc enzyme. Khi một trong câc receptor đó đợc hoạt hóa nhờ câc ligand ngoăi tế băo, nó xúc tâc việc sản xuất thông tin thứ 2 trong tế băo. Ví dụ minh họa cho vấn đề năy lă insulin receptor.
3/Receptor protein (serpentine receptor), chúng hoạt hóa giân tiếp (qua sự liín kết GTP hoặc G protein) enzyme, câc enzyme năy sinh ra câc thông tin thứ 2 trong tế băo. Điều năy đợc giải thích nhờ hệ thống β-adrenergic receptor, nó phât hiện epinephrine (adrenaline).
4/Nuclear receptor (steroid receptor), chúng khi liín kết với câc ligand đặc hiệu của nó (nh lă hormone estrogen) lăm thay đổi tốc độ gen đặc hiệu sao chĩp vă giải mê thănh protein tế băo.
5/Câc receptor thiếu hoạt tính enzyme nhng thu hút vă hoạt hóa câc enzyme trong tế băo, câc enzyme năy hoạt động trín câc protein (downstream protein) hoặc chuyển nó trực tiếp thănh câc protein điều chỉnh gene hoặc bằng câch hoạt hóa một thâc câc enzyme, enzyme năy cuối cùng hoạt hóa một gene điều hòa. JAK-STAT system minh họa cơ chế đầu vă hệ thống tín hiệu TLR4 trong ngời lă minh họa thứ 2.
6/Câc receptor (adhesion receptor) tơng tâc với câc phđn tử lớn của matrix ngoăi tế băo(nh collagen) vă vận chuyển hệ thống cấu trúc khung tế băo trín tế băo di chuyển hay dính văo matrix. Câc integrin giải thích cơ chế chung của cơ chế chuyển năy.