Màng tế bào - Quá trình vận chuyển qua màng

L/O/G/O MÀNG TẾ BÀO - QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN QUA MÀNG www.themegallery.com PHẦN 1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA MÀNG TẾ BÀO www.themegallery.com NỘI DUNG LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 1 2 TÍNH ĐA DẠNG VÀ BẤT ĐỐI XỨNG 3 CHỨC NĂNG CHUNG CỦA MÀNG TẾ BÀO 4 CÁC THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA MÀNG 5 CÁC MÔ HÌNH CẤU TRÚC CỦA MÀNG www.themegallery.com LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU Robert Hooke 1655 1674 1880 Cuối XIX - Tế bào là những khoang nhỏ chứa đầy đủ bào quan đảm bảo cho sự sống. - Chế tạo ra kính hiển vi - Đưa ra khái niệm về đơn bào và đa bào - Tính thấm có chọn lọc - Màng sinh chất - Hàng rào vạn năng trừ nước, chất điện li, muối, chất khoáng được chọn lọc khó khăn Anthoni Van Leeuwenhoek Nageli Pfefer www.themegallery.com LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU Overton 1889 1935 1959 1972 - Chất không phân cực qua dễ, chất phân cực qua khó - Có bản chất là lipid - Màng cấu tạo bằng lớp lipid kép - Vài chục đến vài trăm nm - Mô hình “màng đơn vị” - Mô hình “màng khảm lỏng” - Kỹ thuật “Bẻ vỡ lạnh” của Branton - Brersher chứng minh có các protein xuyên màng Danielle và Davson Robertson Singer và Nicolson www.themegallery.com TÍNH ĐA DẠNG VÀ BẤT ĐỐI XỨNG Màng tế bào - Cấu trúc dạng bản - Dày khoảng 60 – 100nm - Hình thành ranh giới khép kín giữa các khoang - Chủ yếu là lipid và protein - Tỷ lệ khối lượng từ 1:4 – 4:1 - Chứa các hydratcarbon liên kết với các lipid và protein Đa dạng về thành phần cấu trúc, chức năng Phụ thuộc loại tế bào, sinh vật, kiểu bào quan www.themegallery.com TÍNH ĐA DẠNG VÀ BẤT ĐỐI XỨNG - Các lipid m{ng l{ những ph}n tử tương đối nhỏ, 1/2 ưa nước v{ 1/2 kỵ nước. - Những lipid n{y sẽ hình th{nh các tấm lipid kép trong môi trường nước, đ}y là h{ng r{o ngăn cản c|c ph}n tử ph}n cực vượt qua. - C|c protein đặc hiệu tạo nên c|c chức năng chuyên biệt của m{ng. Đóng vai trò l{ c|c bơm, kênh, thụ thể, c|c bộ m|y chuyển đổi năng lượng v{ c|c enzym. - Được gắn v{o lớp lipid kép, tạo ra môi trường hoạt động thích hợp - Th{nh phần protein v{ c|c ph}n tử lipid được néo v{o nhau bởi nhiều tương t|c không cộng ho| trị, chúng mang tính hợp t|c. - Đó l{ tương t|c kị nước, tương t|c ion, liên kết hyđro, lực Van de Waals. www.themegallery.com TÍNH ĐA DẠNG VÀ BẤT ĐỐI XỨNG - - Hầu hết c|c m{ng đều ph}n cực về điện - Điện thế m{ng đóng vai trò rất quan trọng trong việc vận chuyển, chuyển ho| năng lượng, v{ đặc tính dễ bị kích thích. - Màng không đối xứng, hai bề mặt của một m{ng sinh chất thường kh|c nhau về th{nh phần v{ tính chất của c|c ph}n tử lipid v{ protein. - M{ng l{ c|c cấu trúc lỏng. C|c ph}n tử lipid v{ c|c protein khuếch t|n nhanh chóng trong mặt phẳng của m{ng, trừ khi chúng bị neo bởi c|c tương t|c đặc hiệu, đôi khi chúng cũng có thể quay ngược lại qua m{ng. - M{ng được coi l{ dung dịch hai chiều của c|c protein v{ lipid có định hướng www.themegallery.com CHỨC NĂNG CHUNG CỦA MÀNG 1. Duy trì hình dạng tế bào, che chắn và bảo vệ tế bào. 2. Tham gia vào quá trình phân chia tế bào. 3. Tham gia vào phản ứng kết dính, màng tế bào có vai trò nhận biết và thực hiện chức năng tương tác giữa các tế bào. 4. Chức năng enzym: Các enzym trong hệ thống enzym gắn mỏ neo vào màng (màng ti thể, màng lục lạp) tạo ra các phản ứng năng lượng trên màng và truyền năng lượng. 5. Tham gia truyền tín hiệu quang hoá và tín hiệu điều hoà trao đổi chất www.themegallery.com CHỨC NĂNG CHUNG CỦA MÀNG 6. Giám sát đ|p ứng miễn dịch: Trên bề mặt màng có vô số thụ thể và các phân tử biệt hóa để nhận biết và kiểm soát miễn dịch. 7. Vận chuyển các phân tử nhỏ và phân tử lớn qua màng. - Vận chuyển đại phân tử bằng các cơ chế nuốt và nhập bào. - Vận chuyển các ion qua màng (K+, Na+, Ca2+) bằng cơ chế bơm ion. 8. Truyền tín hiệu giữa các tế bào và tương tác giữa các tế bào như tín hiệu đ|p ứng miễn dịch: Sự trình diện kháng nguyên, sự hoạt hoá và biệt hoá tế bào bằng các Cytokin v.v www.themegallery.com CÁC THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA MÀNG TẾ BÀO www.themegallery.com LIPID - PHOSPHOLIPID Phosphatidylcholine www.themegallery.com LIPID - PHOSPHOLIPID Từng phân tử phospholipid có thể quay xung quanh chính trục của mình và đổi chỗ cho các phân tử bên cạnh hoặc cùng một lớp phân tử theo chiều ngang Chúng còn đổi chỗ cho nhau tại 2 lớp phân tử đối diện nhau (cử động flip-flop hay cử động bập bênh) và rất hiếm xảy ra so với sự đổi chỗ theo chiều ngang. Khi đổi chỗ sang lớp màng đối diện, các phospholipid phải cho phần đầu ưa nước vượt qua lớp tiếp giáp kị nước giữa 2 lá màng, nên có sự can thiệp của một hoặc một số protein màng. www.themegallery.com LIPID - PHOSPHOLIPID Chính sự vận động đổi chỗ này đã tạo nên tính lỏng linh động của màng tế bào www.themegallery.com LIPID - CHOLESTEROL Cholesterol: là loại phân tử lipid nằm xen kẽ phospholipid và rải rác trong 2 lớp màng. - Chiếm từ 20 – 30 % thành phần lipid của màng và màng tế bào là loại màng sinh chất có tỉ lệ cholesterol cao nhất. Tỉ lệ cholesterol càng cao thì màng càng cứng và bớt tính lỏng linh động. Thành phần còn lại của lipid là glycolipid (khoảng 18%) và acid béo kỵ nước (khoảng 2%) www.themegallery.com PROTEIN Dạng hình cầu hấp thụ trên bề mặt ranh giới của 2 pha lipid và protein, hoạt tính enzym của màng phụ thuộc vào protein này. Dạng sợi cùng với phospholipid giữ vai trò chủ yếu cấu tạo nên màng, làm cho nó có tính đ{n hồi cao và mềm dẻo về mặt cơ học. www.themegallery.com GLUCID Polysaccharide có ở màng tế bào động vật, chúng có vai trò trong việc xác định tính kháng nguyên của bề mặt tế bào. www.themegallery.com GLUCID Oligosaccharide mọc trên các đảo protein, nó có nhiệm vụ giữ sự ổn định cấu trúc màng. Ngoài ra các glucid kết hợp với lipid và protein để tạo nên glycoprotein và glycolipid. www.themegallery.com CÁC CHẤT KHÁC + Dạng các ion liên kết cố định với cấu trúc màng, quan trọng nhất là Ca++, ngoài ra có Mg++, K+, Na+. + Dạng các ion tự do di chuyển qua màng, hoặc tham gia vào các quá trình trao đổi chất xảy ra trong thành phần cấu trúc màng. + Nước tồn tại 2 dạng: tự do và liên kết. Nước liên kết quan trong nhất là nước liên kết với lipoprotein, phần nước này không bị mất đi ngay khi ta sấy khô tế bào. www.themegallery.com MÔ HÌNH CẤU TRÖC CỦA DAVSON - DANIELLI - Năm 1935, Davson – Danielli xây dựng mô hình cấu trúc màng đầu tiên - Cơ sở cấu trúc màng bao gồm 2 lớp phân tử phospholipid - Có một lớp phân tử protein hình cầu - Các protein tương tác với môi trường nước xung quanh và phần hữu cực của lipid www.themegallery.com MÔ HÌNH CẤU TRÖC CỦA DAVSON - DANIELLI - Giải thích được tính đ{n hồi, tính bền vững, tính thấm có chọn lọc của màng đối với lipid và các chất hòa tan trong lipid, mối quan hệ của protein với các lỗ cực. - Hai ông cho rằng ở 2 phía của màng được bao bọc bởi protein, trong khi các lỗ mang điện tích bao bọc bởi protein sẽ cho phép các phân tử nhỏ và một số ion đi qua màng. www.themegallery.com MÔ HÌNH CẤU TRÖC CỦA SINGER - NICOLSON - Năm 1972, Singer – Nicolson đưa ra mô hình khảm lỏng - Chấp nhận quan điểm về lớp kép phospholipid định hướng nhưng sự sắp xếp protein hoàn toàn khác mô hình của Davson – Danielli Thay vì bao bọc lấy phía ngoài màng thì hàng loạt protein đặc hiệu thâm nhập sâu vào trong màng để làm cầu nối cho hàng loạt các chức năng cơ bản của màng. + Các protein nằm ở mặt ngoài (protein ngoại biên) thì khác với protein nằm ở mặt trong, một số màng hoàn toàn không có protein ngoại biên. www.themegallery.com MÔ HÌNH CẤU TRÖC CỦA SINGER - NICOLSON - Các protein định vị một phần hoặc hoàn toàn nằm trong lớp kép phospholipid (nội protein), có những vị trí như sau: + Một số nằm hoàn toàn trong lớp kép phospholipid. + Một số khác có một phần đi qua bề mặt màng. + Một số khác có một nửa nằm ngoài lớp kép phospholipid, nữa khác nằm ở nửa trong lớp kép phospholipid. Lớp kép phospholipid tạo nên phần chính của màng. Trong màng nguyên sinh chất ở các cơ thể bậc cao, ngoài phospholipid, còn có cholesterol. www.themegallery.com MÔ HÌNH CẤU TRÖC CỦA SINGER - NICOLSON www.themegallery.com - Cấu trúc của màng không có tính ổn định. - Các phân tử lipid có thể di chuyển dọc theo màng. - Tính linh hoạt lớn nhất của phospholipid là ở những màng có hàm lượng phospholipid không no cao và ở những màng không chứa cholesterol. Khi có cholesterol, nó sẽ gắn với phospholipid bên cạnh và liên kết chúng lại với nhau làm giảm tính linh hoạt của chúng. - Các protein cũng có thể chuyển động, nhưng chậm hơn nhiều so với phospholipid. Có một số loại protein của màng bị gắn chặt vào một chỗ, do đó sẽ làm hạn chế tính linh hoạt của màng MÔ HÌNH CẤU TRÖC CỦA SINGER - NICOLSON www.themegallery.com PHẦN 2 QÖA TRÌNH VẬN CHUYỂN QUA MÀNG TẾ BÀO www.themegallery.com Vận chuyển các chất qua màng Nhập bào Vận chuyển thụ động Vận chuyển tích cực Xuất bào www.themegallery.com VẬN CHUYỂN THỤ ĐỘNG - SỰ KHUẾCH TÁN Khái niệm: Khuyếch tán là sự chuyển động của các phân tử theo cách tự sinh, hay thụ động từ nơi có nồng độ cao về nơi có nồng độ thấp hơn và hướng tới các trạng thái cân bằng. www.themegallery.com VẬN CHUYỂN THỤ ĐỘNG - SỰ KHUẾCH TÁN Nguyên tắc: Một chất khuếch tán xuống khuynh độ nồng độ của nó cho tới khi đạt trạng thái cân bằng. - Hai hay nhiều chất khuếch tán theo cách độc lập nhau, mỗi chất khuếch tán xuống khuynh độ nồng độ riêng của nó. - Ở cân bằng, các phân tử tiếp tục cử động qua lại, nhưng không có sự thay đổi thực về nồng độ của một chất, ở một trong hai ngăn. www.themegallery.com VẬN CHUYỂN THỤ ĐỘNG - SỰ THẨM THẤU Khái niệm: là sự khuếch tán của các phân tử nước qua một màng có tính thấm chọn lọc. www.themegallery.com VẬN CHUYỂN THỤ ĐỘNG - SỰ THẨM THẤU Cmt > Ctb Cmt = Ctb Cmt < Ctb www.themegallery.com SỰ KHUẾCH TÁN DỄ Khái niệm: Là quá trình giúp một phân tử qua màng dễ hơn, xuống một khuynh độ nồng độ (cơ chế thụ động), nhờ một protein màng (chất vận chuyển hay kênh) Tính chất: - Chuyên biệt. - Tốc độ vận chuyển rất nhanh và có một mức bão hòa. - Chất hòa tan đi xuống không trực tiếp sử dụng năng lượng tế bào. www.themegallery.com KHUẾCH TÁN NHỜ CÁC THỂ VẬN CHUYỂN Khi nhận biết và cố định chất hòa tan, các protein chuyển các chất này qua màng bằng nhiều cách như biến đổi hình thể, quay hay con thoi. www.themegallery.com KHUẾCH TÁN NHỜ CÁC THỂ VẬN CHUYỂN Cơ chế chung - Protein ở trạng thái sẵn sàng. - Protein nhận phân tử chất hòa tan qua màng. - Protein đưa phân tử chất hòa tan qua màng. - Protein trở lại trạng thái ban đầu, bắt đầu chu trình vận chuyển mới www.themegallery.com KHUẾCH TÁN QUA KÊNH b. Khuếch tán qua kênh: - Các kênh ion phải đủ lớn để các phân tử chất tan đi qua. - Vận tốc cao (So với sự vận chuyển nhờ chất mang). - Các kênh có tính chuyên biệt cao, thường chỉ cho phép vận chuyển đơn hướng. www.themegallery.com VẬN CHUYỂN CHỦ ĐỘNG Định nghĩa: Sự vận chuyển cần năng lượng có nguồn gốc tế bào, để chuyển các phân tử hay các ion qua màng ngược với khuynh độ hóa học hay điện hóa. Tính chất: - Chất hòa tan đi ngược khuynh độ điện hóa. Cần năng lượng. - Có tính chuyên biệt. - Tốc độ vận chuyển rất nhanh và có mức bão hòa. www.themegallery.com TRƯỜNG HỢP 1 KIỂU CHẤT HÕA TAN Các protein vận chuyển trực tiếp nhờ thủy giải ATP chỉ cho 1 chất hòa tan đi qua màng theo 1 hướng xác định (bơm H+ ,bơm Ca2+) Cơ chế: - Chất tan liên kết với protein vận chuyển. - Phosphoryl hóa protein. - Thay đổi hình thể protein. - Phóng thích chất hòa tan và nhóm phosphat; Trở lại hình thể ban đầu www.themegallery.com TRƯỜNG HỢP 2 KIỂU CHẤT HÕA TAN Cơ chế: - Chất hòa tan 1 liên kết với protein. - Phosphoryl hóa protein. - Thay đổi hình thể protein. - Giải phóng chất hòa tan 1, protein biến đổi hình thể tiếp nhận chất hòa tan 2. - Loại bỏ nhóm phosphat và chất hòa tan 2 đi vào tế bào. - Protein trở lại hình thể ban đầu. www.themegallery.com VẬN CHUYỂN GIÁN TIẾP - ĐỒNG CHUYỂN - Trong tế bào luôn có sự phối hợp vận chuyển cùng một lúc 2 chất, quan trọng nhất là đưa glucose vào TB. - Nồng độ Na+ bên ngoài cao gấp 11 lần, tạo thuận lợi về áp suất để một số chất có thể đi vào bên trong, nhờ đó chúng kéo theo glucose cùng qua kênh để vào tế bào. Như vậy năng lượng tự do của Na+ được sử dụng để khắc phục nồng độ nhỏ bất lợi của glucose. - Tốc độ vận chuyển của Na+ và glucose quá lớn so với sự giải thích về chênh lệch nồng độ. www.themegallery.com VẬN CHUYỂN GIÁN TIẾP - ĐỐI CHUYỂN Cơ chế: - Protein quay ra ngoài và nhận H+. - Sự kết hợp với H+ làm protein thay đổi hình thể để nhận chất hòa tan S bên ngoài màng. - Sự kết hợp với S làm protein thay đổi hình thể và phóng thích H+ và S vào trong màng. - Protein trở lại hình dạng ban đầu và bắt đầu chu trình mới. www.themegallery.com www.themegallery.com HIỆN TƯỢNG THỰC BÀO - ẨM BÀO Quá trình thực bào được chia làm 2 giai đoạn: - Đầu tiên là tế bào hấp phụ hạt, giữ chặt hạt đó trên bề mặt tế bào. Giai đoạn này chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố lý hóa như điện tích bề mặt hoặc tương tác hóa học. - Giai đoạn 2: là đưa hạt đó vào trong nội bào, giai đoạn này được xem như là quá trình uốn bề mặt của màng tế bào vào trong để bao bọc lấy hạt cần đưa vào nội bào. www.themegallery.com HIỆN TƯỢNG THỰC BÀO - ẨM BÀO www.themegallery.com HIỆN TƯỢNG XUẤT BÀO Là hiện tượng tạo thành các bóng xuất bào trong tế bào chất từ mạng lưới nội sinh chất và phức hệ Golgi. Bóng xuất bào được bao bởi màng và chứa các chất tiết, hoặc các chất thừa mà tế bào không dùng đến cần bài xuất ra khỏi tế bào L/O/G/O www.themegallery.com Thank You!