ii.vndoc.com/data/file/2015/thang05/15/hoc-sinh-hoc-chuc... · web viewnhững cấu trúc hiển...

MỞ ĐẦU

Sự sống vốn rất đa dạng và ẩn chứa nhiều điều kỳ diệu, nhưng “tất cả

cũng chỉ là những biến thiên vô cùng của bất cứ một hệ thống tổng hợp nào.”

Nghiên cứu tế bào đã được con người tiến hành từ xa xưa, cùng với thời

gian và sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các bí ẩn của sự sống

trong tế bào đó lần lượt được khám phá. Những cấu trúc hiển vi và siêu hiển

vi của tế bào đó được làm sáng tỏ. Một cấu trúc quan trọng đóng vai trò quyết

định cho mọi hoạt động sống và qua nó mọi hoạt động sống như trao đổi

chất, sinh trưởng phát triển, vận động, cảm ứng được xảy ra để duy trì sự

sống của tế bào đó là cấu trúc “màng tế bào”.

Màng tế bào đã được nghiên cứu từ thế kỷ XVIII nhưng đến đầu thế kỷ

XX, nhân loại đã khám phá khá đầy đủ và chi tiết cấu trúc và chức năng của

màng. Nhiều nhà khoa học sinh học đã cho rằng nghiên cứu tế bào chính là

nghiên cứu màng tế bào. Quả thật, màng tế bào đảm nhận các chức năng

quang trọng có tính quyết định sự tồn tại, sinh trưởng, phát triển của tế bào

như trao đổi chất qua màng, Ngăn cách khuếch tán thẩm thấu, Cảm ứng,

phân cắt và biệt hóa tế bào, thụ cảm, liên kết tế bào tạo mô, định hướng

chuyển động, bảo vệ tế bào,…

Một trong những chức năng quan trọng của màng tế

bào là thu nhận và truyền đạt thông tin nhờ các cơ chế rất tinh vi và chính xác vì “Các tế bào luôn tắm mình trong môi trường nhiều

thông tin và tín hiệu”. Để thực hiện chức năng thông tin này, nguyên lý cơ bản

của sự sống là tế bào phải có cấu trúc đặc biệt tương ứng thích nghi với cơ chế

mà nó đẩm nhận. Vậy cơ chế của quá trình này diễn ra như thế nào, đây hẳn là

TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11

1

vấn đề hết sức thú vị mà các nhà khoa học đã từng bước làm sáng tỏ. Để

trang bị cho mình một kiến thức nhất định về vấn đề này, được sự cho phép

của Thầy giáo giảng viên PGS. TS Lê Dụ tôi nghiên cứu đề tài “Hóa sinh học

chức năng thông tin” dưới hình thức một bài tập tiểu luận. Trong giới hạn

cho phép của một bài tập cùng với những hạn chế nhất định của bản thân và

điều kiện nghiên cứu, chắc hẳn bài tập còn nhiều nội dung chưa được làm

rõ…. Tôi thành thật kính mong sự góp ý và sửa sai của của Thầy giáo và các

bạn cùng học.

Quy Nhơn, 04 – 2010.


2

NỘI DUNG Để thực hiện chức năng thông tin này, màng tế bào có cấu trúc đặc biệt

tương ứng. Cấu trúc này thường nằm trên bề mặt tế bào. Cơ quan đảm nhận

chức năng này gọi là thụ thể màng hoặc thụ quan bề mặt. Các thụ thể màng có

cơ chế hoạt động cụ thể là tiếp xúc, cảm ứng, nhận biết, tiếp nhận liên kết và

chuyển tín hiệu đó vào trong hoặc ra ngoài.

Như ta đã biết đặc tính của màng là luôn luôn chứa đựng các phân tử

protein. Và các protein màng chịu trách nhiệm thực hiện hầu hết các quá trình

động học mà màng tế bào đảm nhiệm.

I. SƠ LƯỢC CẤU TRÚC MÀNG TẾ BÀO THÍCH NGHI VỚI CƠ CHẾ

TIẾP NHẬN VÀ TRUYỀN ĐẠT THÔNG TIN.


3

Hình 1

Như trên đã nêu hóa sinh học chức năng thông tin được thực hiện trên

cơ sở protein màng, bao gồm:

I.1. protein xuyên màng: protein xuyên màng là những protein liên kết với

màng lipid kép phần lớn bằng các liên kết không cộng hóa trị nên có thể rất

linh động có thể di chuyển theo chiều ngang của màng tế bào, và thực hiện

linh hoạt nhiều chức năng sống khi chúng có thể thay đổi cấu hình không gian

của phân tử.

I.1.1. Cấu trúc và sự liên kết của các protein xuyên màng

Giống như các loại protein thông thường khác, protein màng cũng có các bậc

cấu trúc: cấu trúc bậc một, bậc hai, bậc ba và bậc bốn. Protein màng có cả hai

loại hình cầu và hình sợi.

Các phân tử protein nhô ra phía ngoài màng thường liên kết với các

phân tử gluxit tạo thành các glycoprotein. Các glycoprotein này đóng vai trò

là các kênh truyền tín hiệu qua màng giữa tế bào này với tế bào khác hoặc

trong nội bộ tế bào.

Chúng xuyên qua lớp kép lipid của màng và liên kết rất chặt chẽ với lớp kép

lipid qua chuỗi acid béo và như vậy chỉ được lấy ra khi đã phá vỡ lớp kép

lipid.

Nhiều protein trong số chúng là các glycoprotein có chứa các gốc

đường nhô ra phía môi trường. Các protein này thường tạo thành các phức hệ

protein và có nhiều tiểu đơn vị. Chúng là các enzyme, các thụ thể, chất vận

chuyển, chất liên lạc và chất dính kết. Chúng có hai loại là protein xuyên

màng một lần hoặc nhiều lần.

Chúng có các phần nằm trong màng chứa các trình tự xoắn alpha gồm 20 đến

25 acid amin kỵ nước. Các đoạn trình tự bao gồm các acid amin ưa nước phân

tách các đoạn trình tự kỵ nước. Các trình tự ưa nước có xu hướng nhô ra hai

phía của màng, tiếp xúc với môi trường nước ở trong tế bào chất và môi

trường ngoài.


4

Protein xuyên màng được liên kết cộng hoá trị với các phân tử

phospholipid hay glycolipid của màng nên còn được gọi là các protein liên kết

với lipid màng. Chúng có diện tích tiếp xúc lớn với môi trường ở hai phía của

màng.

Có loại protein xuyên qua màng một lần, ví dụ như glycophorin (màng

hồng cầu) hoặc xuyên màng nhiều lần như bacterioRhodopsin (màng vi

khuẩn) xuyên qua màng bảy lần.

Hình 2: Cấu trúc protein xuyên màng

Phần protein nằm trong màng là kị nước và liên kết với đuôi kị nước

của lớp kép lipid. Các đầu của phân tử protein thò ra phía bề mặt ngoài và bề

mặt trong của màng là ưa nước và có thể là các tận cùng nhóm amin hoặc

cacboxyl. Các protein xuyên màng thường liên kết với hydratcacbon tạo nên

các glycoprotein nằm ở phía ngoài của màng.


5

Ví dụ: Glycophorin là protein xuyên màng một lần tìm thấy ở màng hồng cầu

có cấu tạo gồm 131 acid amin. Phần ưa nước là đầu tận cùng amin, nằm ở

phía ngoài màng và liên kết với gluxit (hydratcarbon) chứa đến mười sáu

mạch bên oligosacarid. Nhiều protein xuyên màng một lần đã được tách chiết

và nghiên cứu, một số lớn có vai trò thụ thể (protein kinase đặc trưng cho

tyrosin, thụ thể insulin, nhân tố sinh trưởng biểu bì...)

Protein “băng 3” tìm thấy trong màng hồng cầu là một protein xuyên màng

mười hai lần, các phần xuyên qua lớp kép lipid bằng các chuỗi xoắn anpha.

Protein này bao gồm 930 acid amin và có vai trò rất quan trọng trong chức

năng vận chuyển O2 và CO2 của hồng cầu.

I.1.2.Vai trò của protein xuyên màng:

Protein xuyên màng có các chức năng cơ bản sau:

- Chức năng vận chuyển: Các protein xuyên màng tồn tại dưới dạng các

bơm ion, bơm proton thực hiện chức năng trao đổi chất qua màng

- chức năng cấu trúc chống đỡ như các protein bộ khung tế bào,

- chức năng truyền tín hiệu thông tin trao đổi chất và chức năng bảo vệ

như các thụ thể màng (receptor)

- Chức năng xúc tác: thực hiện hàng loạt chức năng xúc tác cho các

phản ứng của quá trình phosphoryl hóa oxy hóa và quang hợp tạo năng lượng

cho cơ thể sống.

I.2. Các protein ngoại biên:

Các protein ngoại biên hình thành các liên kết ion với các cấu trúc

màng. Chúng có thể được tách ra khỏi màng dễ dàng bằng cách đưa về pH

thích hợp mà không phá vỡ tính nguyên vẹn của màng. Chúng nằm về cả hai

phía của màng và cũng thường liên kết với các phần không phải là cấu trúc

màng.

Các protein này thường liên kết với lớp lipid kép thông qua liên kết

cộng hoá trị với một phân tử photpholipid và nằm ở bề mặt ngoài màng sinh


6

chất hoặc bề mặt trong của màng (phía cytosol). Các protein bề mặt ngoài

màng thường liên kết với gluxit cộng hoá trị tạo nên các glycoprotein, còn

protein bề mặt trong màng phía tế bào chất thường liên kết với các protein tế

bào chất như ankyrin và qua ankyrin liên hệ với bộ khung tế bào

(Cytoskeleton) tạo ra hệ thống neo màng và điều chỉnh hình dạng tế bào.

Các protein xuyên màng tương tác chặt chẽ với các chuỗi lipid màng, và vì

vậy chúng chỉ có thể bị phân tách bởi các tác nhân phù hợp với các tương tác

không phân cực này.

Trái lại, các protein rìa màng liên kết với màng chủ yếu qua các liên

kết tĩnh điện và các liên kết hydro. Các tương tác phân cực này có thể vị phá

vỡ bởi dung dịch muối hay sự thay đổi pH. Nhiều protein bề mặt màng liên

kết với bề mặt của các protein xuyên màng, các protein khác neo vào lớp kép

lipid bởi một liên kết cộng hoá trị với chuỗi kị nước, như một acid béo chẳng

hạn.


7

Hình 3

I.3. Vai trò, tính chất của các protein màng

I.3.1.Vai trò của protein màng:

Protein trong màng sinh chất chiếm 25 - 75% (trung bình 50%) khối lượng

màng. Tuỳ thuộc vào dạng tế bào mà hàm lượng và bản chất các protein có

thể khác nhau và thực hiện các chức năng rất đa dạng và phong phú. Đó là các

chức năng: cấu trúc, enzym, vận chuyển chất qua màng, thụ thể màng, thu

nhận thông tin, ức chế tiếp xúc, miễn dịch,... Có thể nói phần lớn các chức

năng sinh học của màng được thực hiện bởi các protein màng. Ở đây, các

chức năng có liên quan đến cơ chế tiếp nhận, xử lý và dẫn truyền thông tin

bao gồm


8

- Thu nhận và truyền tín hiệu giữa các tế bào và trong nội bộ tế bào: Chức

năng này thường do các glicoprotein đảm nhiệm hoặc một số loại đặc biệt như

protein G, Rhodopsin của màng võng mạc.

− Chức năng miễn dịch: protein màng đóng vai trò là các kháng nguyên bề

mặt (CD) và thụ thể (receptor) tế bào, tham gia vào quá trình miễn dịch.

− Hình thành các phức hệ enzym tham gia vào các phản ứng hoá sinh của tế

bào (ví dụ: phức hệ Cytochrom oxidase trong chuỗi truyền điện tử hô hấp định

vị ở màng trong ti thể, phức hệ thu nhận ánh sáng định vị ở màng trong của

lục lạp có chức năng vận chuyển điện tử từ các phân tử chlorophyl tới các

trung tâm quang hoá).

Vì protein màng thực hiện phần lớn các hoạt động của màng cũng như

của tế bào nên từ lâu nó đã được coi là đích điều trị bệnh lý tưởng trong y

dược học. Bằng việc thay đổi hoạt tính của một protein màng, một tác nhân

dược học có thể ảnh hưởng tới sinh lý bên trong của tế bào mà không cần phải

được hấp thụ vào bên trong. Thực chất, tầm quan trọng của các protein màng

với vai trò là các đích tác dụng có thể được minh chứng bởi cơ chế tác dụng

của phần lớn các loại thuốc đang được sử dụng hiện nay.

I.3.2.Tính chất của protein màng:

Tính chất nổi bật của các protein màng là tính linh động. Các phân tử protein

có khả năng chuyển động quay xung quanh vị trí của nó và chuyển dịch trong

màng. Bình thường các phân tử protein phân bố ít nhiều đồng đều, nhưng khi

có sự thay đổi nào đó của môi trường (ví dụ: hạ thấp độ pH, sự kích thích của

các kháng thể, các tín hiệu của hormon hoặc các cấu tử gắn ligand v.v…) thì

các phân tử protein sẽ di chuyển tạo nên những tập hợp. Tuy nhiên điều đặc

biệt là các protein chỉ quay xung quanh vị trí của nó và không bao giờ quay từ

mặt này sang mặt kia của màng.

Tính linh động của các protein màng khác nhau một cách rõ rệt. Một số

protein linh động gần bằng lipid, trong khi một số khác hầu như không linh


9

động. Ví dụ: protein thụ cảm ánh sáng - Rhodopsin trên màng tế bào võng

mạc là một protein rất linh động. Hệ số khuếch tán của nó vào khoảng 0,4

micromet/s. Sự di chuyển nhanh chóng của Rhodopsin rất cần thiết để có

được những tín hiệu một cách kịp thời.

Các màng khác nhau có thành phần protein màng khác nhau:

Ví dụ: Màng myelin quanh các sợi thần kinh nhất định có hàm lượng protein

thấp (18%).

-Ngược lại, hầu hết màng sinh chất của các tế bào khác có hoạt tính hơn

nhiều. Chúng chứa nhiều bơm, cổng và các thụ thể cùng các enzyme. Thành

phần protein trong các màng này thường chiếm 50%.

- Các màng tham gia vào sự chuyển hoá năng lượng như là màng trong của ty

thể và lục lạp có tỷ lệ protein cao nhất, thường là 75%.

II. HÓA SINH HỌC CHỨC NĂNG THÔNG TIN:

II.1. Một số khái niệm và định nghĩa cơ bản liên quan vớichức

năng thông tin:II.1.1.Thông tin:

Tế bào phản ứng với ngoại cảnh bằng cách tái tổ chức các cấu trúc của nó,

điều tiết hoạt tính protein và thay đổi hình mẫu biểu hiện của gen. Các thông

tin kích thích cho những phản ứng trả lời như vậy gọi là tín hiệu. Các tín hiệu

đó có thể là các phần tử rất bé, các đại phân tử hay các tác nhân vật lí. Tín

hiệu tương tác với tế bào thông qua phân tử chất nhận.

Các tín hiệu có trong môi trường xung quanh tế bào bao gồm :

-Tín hiệu hóa học:

như các hoocmoon, các chất hóa học, các độc tố, các chất kháng sinh: Các tín

hiệu hóa học có thể thấm qua màng sinh chất và tương tác với các chất nhận

nội bào ví dụ steroit. Tuy nhiên phần lớn các tín hiệu này là các phân tử ưa

nước ở bên ngoài tế bào. Những tín hiệu này tương tác với chất nhận xuyên


10

màng hay các chất nhận liên kết với màng gây ra biến đổi cấu trúc chất nhận,

giúp chúng thấm được vào bên trong tế bào

-Tín hiệu vật lí: như ánh sáng, bóng tối, nhiệt độ, độ PH…: các tín hiệu

này có thể tương tác với chất nhận hay tác động trực tiếp ví dụ ánh sáng kích

thích ProteinGliên kết với chất nhân rhodopsin và opsin tế bào nón khi photon

(lượng tử) làm cho phân tử nhạy cảm với ánh sáng được tiếp hợp 11-cis

retinal biến đỏi tất cả cấu dạng trans. Trái lại phản ứng với sốc nhiệt và stress

tương tự được tác đọng trực tiếp như gia tăng protein biến tính trong tế bào.

-Tín hiệu sinh học: như vi khuẩn, vi rút các đại phân tử từ tế bào như

AND, ARN…

II.1.2. Thụ thể:

Là các phân tử protein hay lipo protein hay enzim đặc hiệu có khả năng tiếp

nhận thông tin. Thụ thể có thể được phân bố trên màng sinh chất, màng nhân,

màng các nội quan. Mỗi thụ thể có những đặc trưng về cấu tao riêng, có khả

năng thu nhận những tín hiệu phù hợp nhất.

Tùy theo vị trí phân bố có thể chia thụ thể thành hai nhóm: thụ thể màng và

thụ thể nội bào. Các thụ thể trên màng tế bào có thể chia thành các nhóm theo

cơ chế chuyển thông tin mà chúng sử dụng:

- Các thụ thể gắn với các kênh: là các kênh ion mà việc mở được điều

chỉnh bởi phân tử thông tin. Chúng được sử dụng trong chuyển xung thần

kinh giữa tế bào được kích thích điện. - Các thụ thể gắn với protein G: được

hoạt hóa hay bất hoạt hóa gián tiếp bởi một enzim liên kết với màng tế bào

hay một kênh ion. Các thụ thể, enzim hay kênh ion được gắn kết nhờ chất

trung gian là protein thứ ba, protein điều hòa gắn với GTP, còn được gọi là

protein G. Các thụ thể liên kết với protein G nói chung họat hóa một loạt

những sự kiện làm biến đổi một hay nhiều phân tử thông tin nhỏ giữa các tế

bào, thường gọi là những chất trung gian nội bào. Các chất này tiếp đó đến

lượt biến đổi cấu trúc những protein mục tiêu của tế bào. Hai chất trung gian


11

nội bào quan trọng nhất là cAMP vòng (cyclic AMP) và các ion Ca++.

II.1.3. Chức năng thông tin: Chức năng thông tin bao gồm tiếp xúc, cảm

ứng, tiếp nhận , liên kết, và chuyển tín hiệu đó qua màng dẫn đến làm biến

đổi bên trong hoặc bên ngoài màng tế bào, hay từ tế bào chất, hay từ không

bào tế bào chất. Như vậy phương thức về mối quan hệ giữa môi trường và

tế bào không kèm theo sự dẫn truyền vận chuyển qua màng mà chủ yếu là sự

tiếp nhận thông tin mà các tín hiệu từ môi trường.

II.1.4.Sự truyền tín hiệu: Sự truyền tín hiệu bao gồm các con đường hoạt hóa

theo trình tự các enzim và các chất điều biến ở mức độ các phân tử bé gọi là

tín hiệu thứ hai. Điều này cho phép khuếch đại tín hiệu gốc. Con đường truyền

tín hiệu trực tiếp có thể là hội tụ hay phân hướng, cho phép tăng kích thích

để tái sinh các phản ứng tương tự và các tín hiệu riêng biệt để tạo ra các phản

ứng trả lời khác nhau với thời gian và cường độ kích thích, và sự tổng hợp đặc

hiệu tế bào của các chất nhận khác nhau và các thành phần của tín hiệu. Các

con đường truyền tín hiệu là chức năng của mạng lưới điều tiết phức tạp, và

phản ứng trả lời phụ thuộc vào sự cân bằng của các lực đối kháng trong tế

bào.

II.1.5. Sự phân bố tín hiệu: Bao gồm sự hoạt hóa hay ức chế tác nhân phiên

mã, enzim và các thành phần cấu trúc tế bào, thường là sự biến đổi trạng thái

photphorin hóa của chúng.

II.2. Cơ sở hóa sinh học của chức năng thông tin: Phần lớn protein xuyên màng là các Pr vắt qua màng, trong đó phơi ra bề

mặt màng, là các protein có hình dạng khớp với những tín hiêụ đặc biệt của

những thông tin tương ứng. Đây là điểm cấu tạo của phân tử protein enzim,

với 2 kiểu khớp cơ bản:

- Khớp hình dạng theo kiểu ổ khóa chìa khóa: Là trường hợp enzim có

trung tâm hoạt đọng có cấu hình thương thích với cấu hình cơ chất


12

-Khớp cảm ứng: là trường hợp enzim không có sẳn cấu hình tương

thích hay nói khác là không khớp về hình dạng nhưng có khả năng tiếp nhận,

bản thân phân tử nhận có khả năng thay đổi cấu hình của mình đế nhận được

tín hiệu. Ví dụ: các phân tử hocmon hoặc phân tử các phân tử phi hocmon.

Khi hocmon hay vật chất nào đó phi hocmon tác động lên bề mặt tế bào thì

phân protein enzim trên bề mặt tế bào cảm ứng với hocmon đó hoặc vật chất

phi hocmon đó. Sau khi cảm ứng được rồi thì nó phát sinh ra ái lực để liên

kết với nó, liên kết giữa protein với phân tử phát ra tín hiệu là liên kết hóa

học phù hợp. Tín hiệu của đầu protein trên màng tế bào gọi là tín hiệu tế bào

phù hợp với tín hiệu thông tin của môi trường.

Phân tử protein có đầu phơi ra bề mặt màng thường là protein loại

glyco protein. Đầu phơi ra đó chính là đoạn polyglucid hoặc poliglucid liên

kết với protein ngoại vi. Thành phần này chính là thụ quan hay thụ thể màng.

Sau đó, thụ quan ấy liên kết với tín hiệu môi trường, tín hiệu đó làm

biến đổi đầu kia của phân tử protein . Sự biến đổi đầu kia của phântử protein

dẩn đến kết quả cuối cùng là thay đổi hoạt động tế bào ( Biến đổi này thường

là qua trình biến đổi oxi hóa khử sinh học xảy ra trong tế bào hay là sự biến

đổi các quá trình oxy hóa khử trong tế bào: hoặc tăng cường theo hưởng phân

giải hoặc tăng cường tổng hợp trên cơ sở nhu cầu sự sống của tế bào).

III.CƠ CHẾ HÓA SINH HỌC CHỨC NĂNG THÔNG TIN:

III.1. Sự truyền tín hiệu và các chất nhận ở sinh vật nhân sơ:III.1.1. Sự truyền tín hiệu: Sinh vật nhân sơ không thể tồn tại, sống sót nếu

khong có khả năng phát triển tuyệt vời khả năng cảm thụ môi trường. Chúng

có phản ứng với sự hiện các chất dinh dưỡng bằng cách tổng hợp ra các

protein liên quan đến sự hấp thụ và trao đỏi các chất dinh dữơng đó. Và vi

khuẩn cũng có khả năng phản ứng với tín hiệu không dinh dưỡng cả về tín

hiệu hóa học hay vật lí, chẳng hạn như vi khuẩn còn có khả năng hiệu chỉnh


13

sự vân động của nó tùy thuộc vào gradient đang tồn tại về phía ánh sáng, ôxy,

độ thẩm thấu, nhiệt độ và hóa chất độc trong môi trường.

III.1.2. Các cơ chế cơ bản: Các cơ chế cơ bản làm cho vi khuẩn cảm nhận và

trả lời đối với môi trương là chung cho tất cả các hệ thống thụ cảm của tế bào

bao gồm: phát hiện, khuếch đại tín hiệu các trả lời tín hiệu thích hợp. nhiều

con đường truyền tín hiệu ở vi khuẩn cho thấy sự tồn tại những đơn vị điều

biến gọi là chất truyền và chất nhận. Những chất điều biến ấy tạo nên cơ sở

của các hệ thống điều tiết hai thành phần. và vi khuẩn sử dụng hệ thống điều

tiết hai thành phần này để cảm nhận các tín hiệu ngoại bào. Vậy cơ chế quá

trình này như thế nào?

Vi khuẩn cảm nhận hóa chất có trong môi trường nhờ một họ nhỏ các

chất nhận bề mặt tế bào. Mỗi chất nhận liên quan với một phản ứng trả lời đối

với một nhóm cá hóa chất xác định (phối tử). Protein trong màng sinh chất

của vi khuẩn liên kết trực tiếp vào phối tử hay với protein hòa tan vốn đã gắn

vào phối tử trong không gian ngoại biên của tế bào chất và vách tế bào. Nhờ

vào sự liên kết, protein màng chịu sự biến đỏi cấu dạng để lan truyền qua

màng đến miền tế bào chất của protein chất nhận. Sự biến đổi cấu dạng như

vậy khởi đầu cho con đường truyền tín hiệu đẫn đến phản ứng trả lời.

Phổ lan truyền của các trả lời gồm sự điều tiết thẩm thấu, tính hướng

hóa và tạo bào tử đều do hệ thống hai thành phần điều tiết. Hệ thống hai thành

phần bao gồm protein cảm thụ và protein điều tiết trả lời.

Protein cảm thụ Protein điều tiết trả lời


14

Lối vào Chất nhận Lối ra Tín

hiệu vào

Tín hiệu

ra

Truyền

Sơ đồ hệ thống điều tiết hai thành phần

Protein cảm thụ tìm thấy kích thích ở miền tín hiệu vào và truyền tín hiệu cho

miền truyền bằng cách biến đổi cấu hình. Miền truyền của protein cảm thụ

sau đóliên kết với chất điều tiết trả lời bằng cách photpho rin hóa protein của

miền. Sự phôtphorin hóa miền chất nhận cảm ứng ra sự biến đổi cấu hình làm

hoạt hóa miền lối ra và đổi hướng phản ứng trả lời của tế bào.

III.1.3. Cơ chế truyền thông tin để phát hiện độ thẩm thấu trong môi

trường nhờ sử dụng hệ thồn hai thành phần:

Hệ thống hai thành phần tương đối đơn giản ở vi khuẩn E. Coli và vi khuẩn

gram- là hệ thống tín hiệu liên quan đén sự cảm thụ độ thẩm thấu. Các loài vi

khuẩn trên có hai màng tế bào: màng trong và màng ngoài tách biệt nhau bởi

vách tế bào. Màng trong là vật chắn thấm thứ nhất của tế bào. Màng ngoài

chứa những lỗ lớn. Lỗ này có được là do trên màng có các protein lỗ.

Protein lỗ có hai loại là:

- Omp F: tạo ra những lỗ lớn

- OmpC: tạo ra những lỗ nhỏ hơn.

Khi vi khuẩn E.Coli buộc phải chịu nhiệt độ cao trong môi trường nó tổng

hợp nhiều protein OmpC hơn protein OmpF làm xuất hiện những lỗ nhỏ trên

màng ngoài. Các lỗ nhỏ này lọc thải các chất tan từ vùng tế bào chất ngoại

biên có tác dụng bảo vệ màng trong khỏi tác động của nồng độ chất tan cao

trong môi trường bên ngoài. Khi vi kuẩn ở trong môi trường có độ thẩm thấu

thấp thì OmpF được tổng hợp nhiều hơn và kích thước trung bình của các lỗ

tăng lên.

Sự biểu hiện mã hóa hai protein lỗ được hệ thống hai thành phần điều

tiết


15

Hình 4: Cơ chế photphorin hóa tín hiệu của hệ thống 2 thành phần ở vi khuẩn

Protein cảm thụ EnvZ định cư trong màng trong. Protein có miền tín hiệu

vào N- đầu cuối cùng ở vùng sinh chất ngoại biên. Đó là protein phát hiện ra

sự thay đổi của độ thẩm thấu trong môi trường nằm giữa hai phân mãnh màng

bắc ngang qua và miền truyền tế bào chất C- đầu cuối cùng.

Khi độ thẩm thấu của môi trường cao, protein cảm thụ trên màng, EnvZ

(ở dạng nhị phân) tác động như là kinaza tự photphorin hóa histidin. EnvZ đã

được photphorin hóa sau đó photphorin hóa chất điều tiết trả lời ( OmpR) vốn

cod miền liên kết AND.

OmpR đã được photphorin hóa gắn vào gen khởi đầu của hai gen lỗ

OmpC và OmpF tăng cường sự biểu hiện của dạng biểu hiện chất ức chế về

sau.

Khi độ thẩm thấu của môi trường thấp, EnvZ hoạt động như là protein

photphataza thay vào kinaza và loại photpho của OmpR liên kết với gen khởi

đầucủa hai gen lỗ. Sự biểu hiện của OmpC bị ức chế, còn sự biểu hiện của

OmpF thì được kích thích.

-Khi độ thẩm thấu của môi trường tăng lên, miền tín hiệu vào chịu sự

biến đổi của cấu dạng và được truyền qua màng đến miền truyền. Sau đó miền

truyền tự photphorin hóa gốc histidin của nó. Gốc photphat đựơc nhanh chóng

dẫn đến gốc aspactat của miền nhận của chất điều tiết trả lời OmpR. N- đầu


16

cuối cùng của của OmpR chứa miền liên kết AND. Khi đã được hoạt hóa nhờ

photphorin hóa, miền này tương tác với ARN-polimeraza tại gen khởi đầu của

các gen lỗ làm tăng sự biểu hiện của gen OmpCvà ức chế biểu hiện của gen

OmpR, kích thích sự biểu hiện của OmpF và ức chế sự biểu hiện của OmpC.

Theo cách đó, kích thích thẩm thấu được truyền đến các gen.


17


18

Hình5: Hệ thống 2 thành phần của E.Coli phát hiện sự thay độ thẩm thấu

Ngoài ra ở sinh vật nhân sơ còn có cơ chế truyền thông tin có liên

quan đến tín hiệu thứ hai. Khi các tế bào trả lời đối với hàng loạt các tín

hiệu khác nhau và đòi hoải phải có số lượng khổng lồ các chất nhận. Tuy

nhiên vùng phân bố các phản ứng trả lời thì ít hơn nhiều. Nhiều tín hiệu

đạt đến bề mặt tế bào làm cho tế hoặc phân chia hoặc rời khỏi chu trình tế

bào. Những tín hiệu khác cảm ứng sự biểu hiện của các nhóm gen đặc

trưng vốn bảo vệ các tế bào khỏi sốc. Vì vậy, những con đường tín hiệu sớm

hội tụ vào một số các mạng các mạng tín hiệu nội bào và điều đó cho phếp

các tế bào chuyển đổi thông tin phức tạp đến được bề mặt tế bào thành các

tín hiệu hóa sinh đơn gian trong tế bào chất. Những phân tử liên quan đến

qúa trình đó gọi là các tín hiệu thứ hai.

Các tín hiệu thứ hai thường là các nucleotit mạch vòng như 3’,5’-

AMP vòng ký hiệu là 3’,5-cAMP, tương tự còn có 3’,5 cGMP, hoặc lipit

hoặc ion canxi…

III.2. Sự truyền tín hiệu ở sinh vật nhân thực:Việc điều phối sự phát triển và phản ứng trả lời đối với môi trường của

các sinh vật đa bào phức tạp đòi hỏi phải có nhiều cơ chế tín hiệu.

Ở động vật: Hai hệ thống tín hiệu chủ yếu là hệ thống thần kinh và hệ

nội tiết.

Ở thực vật: Thực vật không di chuyển, không có hệ thần kinh, nhưng lại

có các hoocmon như là các tín hiệu hóa học. Là cơ thể quang hợp, thực vật có

những cơ chế thích nghi với sự sinh trưởng và phát triển của chúng đối với

mặt định lượng hay định tính của ánh sáng.

III.2.1. Cơ chế hóa sinh học tổng quát của chức năng truyền thông tin:

- Sự biến đổi môi trường ngoài hoặc trong (thường là bên ngoài) tác động trực

tiếp đến hocmon.


19

- hocmon xem như nhân tố tiếp nhận (adrenalin, ínulin…) trung gian, hocmon

này về nguyên lí có cấu hình khớp với thụ thể màng.

- Màng sinh chất (màng tế bào) có các siêu đơn vị thu thể màng (thụ quan)

(1), (2)

- Bên trong là các siêu đơn vị đồng hành với thụ quan bề mặt (3)

- Siêu đơn vị phân giải (4) là yếu tố biến đổi đầu trong của Pr thụ quan nói

trên, sự biến đổi này đòi hỏi phải có năng lựợng tác động (ATPADP…

AMP). ADP, AMP được xem là chất trung gian thứ 2

- Tác động của chất trung gian thứ 2 làm biến đổi tế bào như hoạt hóa gen,

hoạt hóa E, thay đỏi tính thấm, thay đổi điện thế,…

- Qua trình này cần E Phôtphodiesteraga.

IV. MỘT SỐ CƠ CHẾ TRYỀN THÔNG TIN Ở SINH VẬT ĐA BÀO

IV. 1. Ở động vật:

IV.1.1. Hệ thống tín hiệu nội tiết:

Sự truyền tín hiệu nội tiết tác động xa do những tuyến chuyên biệt tiết

các hoocmon vào máu tác động đến các tế bào khác nhau phân tán trong cơ

thể.

Sự truyền tín hiệu nội tiết tác đông đến các tế bào kế cận (xung quanh khoảng

1mm) bằng các chất hóa học trung gian cục bộ.

Trong mỗi trường hợp, tế bào tiêu điểm đáp lại các tín hiệu ngoại bào

đặc hiệu nhờ những protein chuyên biệt gọi là các thụ thể gắn với phân tử

thông tin và có phản ứng đáp lại. Nhiều tín hiệu hóa học tác động với những

nồng độ rất thấp (< 10-8M) và các thụ thể đặc hiệu của chúng gắn với các

phân tử thông tin với ái lực cao.

Những tế bào khác nhau có những phản ứng không giống nhau đáp lại

cùng một tín hiệu thông tin. Ví dụ: acetylcholine kích thích sự co cơ xương,

nhưng nó làm giảm nhịp và lực co cơ tim.


20

Các phân tử thông tin có thể phân loại theo khả năng tan trong nước hoặc

không tan trong nước.

- Các phân tử thông tin tan trong nước: (chiếm đại đa số) Chúng gắn

với những thụ thể trên bề mặt tế bào.

- Những phân tử thông tin kỵ nước như các hoocmon tuyến giáp và

steriod không tan trong nước, nhưng nhờ gắn với các protein tải đặc hiệu

chúng tan trong máu và được chuyển đi xa. Các hoocmon này tan trong lipit,

khi được các protein tải phóng thích, chúng dễ dàng ngấm qua màng tế bào

tiêu điểm.

Có sự khác nhau về thời gian tồn tại của các phân tử thông tin tan trong nước

và tan trong lipit. Các phân tử thông tin không tan trong nước khi được phóng

thích vào máu chỉ tồn tại trong vài phút, số khác vài giây hay miligiây ngay

khi xâm nhập vào khoảng giữa màng tế bào. Các hoocmonsteriod tồn tại trong

nhiều giờ, còn hoocmon tuyến giáp thì tồn tại trong nhiều ngày. Tương ứng,

các phân tử thông tin tan trong nước gây phản ứng ngắn hạn, còn các phân tử

thông tin trong lipit có phản ứng lâu dài hơn.

IV.1.1.1. Các hoocmôn steroit (estradiol, progesterol...):

Vai trò của hoocmon steroit: steroit ảnh hưởng trước hết đến quá

trình phiên mã, trung tâm chịu tác dụng là nhân tế bào. Hiệu quả sinh học của

chúng phụ thuộc vào quá trình sinh tổng hợp protein mới. Do đó thời gian cần

thiết để thể hiện kết quả tác dụng tương đối lâu, phải hàng giờ.

Cơ chế tiép nhận thông tin: Các hoocmon steroit và các hoocmon

cùng họ tác động bằng cách kết hợp với các protein thụ quan đặc hiệu trong

bào tương. Tiếp theo, phức hợp hoocmon – thụ quan đi vào nhân tương tác

với trung tâm ADN đặc hiệu gọi là các yếu tố đáp lại hoocmon. Sự kết hợp

này ảnh hưởng đến sự phiên mã của các gen bên cạnh. Do trung tâm tác dụng

của chúng (là nhân tế bào), các thành viên của mọi protein này cũng gọi là

thành viên nhân(nuclear receptors). Hàm lượng thụ quan nhân rất thấp chỉ


21

khoảng104 phân tử trong 1 tế bào. Mỗi protein thụ quan có đomen khoảng 80

gốc tham gia trong việc kết hợp với ADN. Đầu N của đomen này là vùng

quan trọng đối với việc khởi động quá trình sao chép. Đômen ở vùng C tham

gia liên kết hoocmon và khởi động sao chép.

Tất cả các thụ quan của họ này đã được biết đều chứa Zn. Zn có vai trò

chủ yếu kết hợp với ADN

Ví dụ: Tác dụng của 17-β-estradiol, trước hết nó kết hợp chặt với thụ thụ quan

đặc hiệu có trong tế bào chất của các tế bào dạ con. Phức hoocmon – thụ quan

này đi vào nhân tế bào. Sau khi kết hợp với estradiol, ái lực giữa thụ quan và

ADN tăng lên đáng kể. Tương tác giữa phức estradiol – thụ quan với ADN có

tính đặc hiệu cao. Tính đặc hiệu còn thể hiện ở chỗ estron có thể kết hợp với

thụ quan nhưng phức này không kết hợp với ADN do đó estron không có tác

dụng kích thích tăng trưởng dạ con.

IV.1.1.2 Các hoocmon amin và các hoocmon peptit: (ví dụ như epinephrin,

norepinephrin, coocticotropin, glucagon...)

Các hoocmon này tác dụng theo cơ chế thông qua chất trung gian AMP vòng

(AMPv). Do đó AMPv đươc xem là chất truyền tin thứ hai trong tế bào.

Hoocmon là chất truyền tin thứ nhất. Theo cơ chế này, tác dụng của các

hoocmon đến tế bào đích được thực hiện như sau:

- Trong màng nguyên sinh của tế bào chịu sự tác dụng có chứa thụ quan

hoocmon , sẽ kết hợp đặc hiệu với hoocmon.

- Sự kết hợp giữa hoocmon và chất nhận làm tăng hoocmonạt độ của

ađenilatxiclaz, một enzim gắn trong màng nguyên sinh.

- Ađenilatxiclaz xúc tiến cho phản ứng chuyển hóa ATP thành AMPv. Do đó,

khi hoocmonạt độ của nó tăng, làm tăng lượng AMPv

- AMPv có tác dụng làm thay đổi tốc đọ của một hay nhiều quá trình.

Như vậy các hoocmon tác đọng theo kiểu này không cần thiết phải đi vào tế

bào. Tác dụng sinh học của chúng đối với các quá trình trong tế bào được thực


22

hiện thông qua AMPv. (Đến nay đã xác định có 13 hoocmon tác dụng theo

kiểu này.) Chi tiết một số giai đoạn đã nêu:

Sự hoạt hóa ađenilatxiclaz bởi phức hoocmon – chất nhận:

- Sự hoạt hóa này được thực hiện thông qua chất trung gian là protein G.

(gọi là protein G vì protein này kết hợp với guanilnucleotit), nó có thể kết hợp

với GDP hoặc GTP. Dạng protein G-GTP có tác dụng hoat hóa

ađenilatxiclaz. Còn protein G- GDP không có tác dụng này. Như vậy muốn

chuyển sang dạng hoạt động GDP trong phức protein G- GDP phải được thay

thế bằng GTP. Quá trình thay thế này do phức hoocmon – chất nhận xú tác

(chất nhận ở dạng tự do, không kết hợp với hoocmon, không có tác dụng xúc

tác)


23


24

Hình 6: Sơ đồ hai kiểu chất nhận bảy cầu theo Alberts và CS-1994

Như vậy, dòng thông tin đi từ chất nhận hoocmon đến protein G rồi đến

ađenilatxiclaz.

Protein G không chỉ có vai trò trung gian mang thông tin từ chất nhận

hoocmon đến ađenilatxiclaz mà còn có hoạt tính GTP-az (phân giải GTP). Do

đó nó xúc tác cho quá trình chuyển phức protein G- GTP hoocmonạt động

thành dạng không hoocmonạt động (protein G- GDP), bằng cách này làm

ngừng quá trình hoocmonạt hóa ađenilatxiclaz


25


26

Hình7 : Sơ đồ minh họa vai trò trung gian của protein G trong quá trình truyền thông tin từ phức hoocmon – thụ quan đến ađenilatxiclaz

Do đó protein G có vai trồ quan trọng trong cả 2 quá trình hoạt hóa và

phản hoạt hóa ađenilatxiclaz . Khi lượng hoocmon giảm ađenilatxiclaz trỏ

về trạng thái không hoạt động.

Protein G là loại protein liên kết với màng, có vai trò truyền tín hiệu

nhận được từ các thụ quan trên bề mặt tế bào. Hai loại protein được biết rõ

nhâta là Gs và Gi. Các protein Gs tham gia quá trình hoạt hóa ađenilatxiclaz

còn Gi kim hãm enzim này. Các protein G cũng tương tác với các thụ quan

khác và các protein đích khác ngoài ađenilatxiclaz .

Hình 8 : Sơ đồ cấu trúc protein G

Các protein Gs, Gi và các Protein G khác đều gồm 3 tiểu đơn vị α,β,γ

khối lương tương ứng của 3 tiểu đơn vị này là 39- 46 kDa, 37 kDa và 8 kDa.

Vai trò của các tiểu đơn vị này khác nhau:

γ: giúp protein gắn vào màng và hổ trợ cho tương tác protein – protein

α : Có trung tâm liên kết guanin nucleotit, hoạt tính GTP- az xảy ra ở

tiểu đơn vị này. Tín hiệu từ hoocmon dẫn đến sự thay thế GDP của Gs bằng


27

GTP và phân li protein G, phức α – GTP di chuyển dọc theo màng cho đến

khi nó bắt gặp phân tử ađenilatxiclaz hoocmonặc 1 protein đích khác. GTP

trong phức α- GTP sễ chuyển từ từ thành GDP ( do hoạt tính GTP-az của

tiểu đơn vị này) và tạo thành α- GDP, phức hợp này kết hợp lại với β,γ và

mất khả năng hoocmonạt hóa ađenilatxiclaz. Quá trình này cần một protein

hoạt hóa GTP-az.

Các protein G khác nhau có thể tác dụng đến các protein đích theo các

cách khác nhau.

Các protein G (tiểu phần α) cũng tham gia vào nhiều quá trình truyền

các tín hiệu khác, ví dụ truyền tín hiệu từ ánh sáng trong quá trình thấy, nhận

mùi (odor) hoặc tương tác với các kênh ion (ion channels), tương tác với

photpholipaz.

Bộ gen của người có chứa hơn 15 gen mã hóa tiểu phần α, 5 gen mã hóa cho

các tiểu phần β và 10 gen mã hóa cho các tiểu phần γ, như vậy về lí thuyết có

thể tạo thành rất nhiều protein G, tuy nhiên chưa rõ có bao nhiêu protein G

hiện diện trong thực tế.

Như trên đã nói, hiện đã biết có khoảng 15 hoocmon khác nhau đều tác

dụng theo cơ chế thông qua vai trò trung giancủa AMPv, điều đó chứng tỏ

AMPv phải có tác dụng đến nhiều qua trình khác nhau.Bằng cách nào AMPv

có thể ảnh hưởng đến nhiều qua trình như vậy? Có thể nói tóm tắt đó là do

AMPv có tác dụng hoạt hóa bproteinkinaz, một enzim xúc tác cho quá trình

photphoril hóa nhiều protein, enzim khác nhau. Dạng photphoril hóa và

dephotphorit hóa của các protein, enzim này thường có hoocmonạt tính sinh

học rất khác nhau, dạng này có hoạt tính sinh học thì dạng kia mất hoạt tính

sinh học.

Các hoocmon tác dụng theo cơ chế đã nêu (Sử dụng AMPv làm chất trung

gian), tín hiệu của chúng được khuếch đại lên nhiều lần. Nồng độ của

hoocmon trong máu chỉ vào khoảng10-10M, nhưng chỉ cần hoạt hóa 1 phân


28

tử Ađeniltxíclz đã có tạo thành nhiều phân tử AMPv lại làm cho tín hiệu

được khuếch đại tiếp tục vì nhiều phân tử protein, enzim sẽ được photphoril

hóa nhờ enzim này.

Chẳng hạn như các hoocmon glucagon, epinephrin và norepinephrin,

mặc dù chúng khác nhau về mặt hóa học, cả 3 hoocmon này đều có tác dụng

làm tăng lượng clucoz trong máu (khi lượng clucoz bị giảm), cả 3 đều tác

dụng theo cơ chế sử dụng AMPv làm chất truyền tin thứ 2, glucagon tác dụng

chủ yếu lên mô gancòn hai chất kia chủ yếu tác dụng lên mô cơ.

Ví dụ: tác dụng của epinerphin đối với quá trình trao đổi glicogen ở

mô cơ được thực hiện như sau:

- Epinephrin kết hợp với màng nguyên sinhchất của tế bào cơ, ađenilatxiclaz

được hoạt hóa.

- Ađenilatxiclaz trong màng nguyên sinh xúc tác cho quá trình chhuyển hóa

ATP thành AMPv

- Hàm lượng AMPv trong tế bào tăng lên, hoạt hóa proteinkinaz.

- Sau khi được hoạt hóa proteinkinaz xúc tác cho phản ứng photphoril hóa 2

enzim quan trọng của quá trình trao đổi glicogen là: glicogen photphorilaz và

glicozen xintetaz. Kết quả không hoạt động của quá trình photphoril hóa,

photphorilaz trở nên hoạt động còn glocogen xintetazc huyển thành dạng

không hoạt động. Kết quả làm tăng quá trình phân giải glicogen động thời

giảm quá trình sử dụng glucoz để tổng hợp glicogen do đó lượng đường trong

máu được tăng lên.

Norepinephrin và glucagon cũng tác dụng theo cách tương tự. Ngoài ra,

epinephrin còn kích thích quá trình tiết glucagon và ức chế sự tiết insulin.

Glucagon: Là hoocmon polipeptit có khối lượng phân tử 3,5 kDa, bao gồm

29 gốc axit amin, trình của tự sắp xếp các axit amin của glucagon đã được

xác định. Glucagon được tiết từ tế bào tụy khi lượng glucoz trong máu thấp.


29

Hoocmon này làm tăng lượng glucoz trong máu bằng cách kìm hãm quá trình

phân giải glicogen ở gan.

Glucagon cũng kìm hãm quá trình sinh tổng hợp axits béo bằng cách làm

giảm sự tạo thành axit piruvic và giảm hoạt độ của Axetil-Coa-ccacboxilaz.

Hơn nữa, glucagon cung làm tăng lượng AMPv trong tế bào mô mỡ, kích

thích quá trình phân giải triaxilglixerol.

IV.1.1.3.Thụ thể insulin:

Khái niệm về thụ thể insulin

Receptor dành cho insulin chính là một protein kinase chuyển nhóm phosphat

từ ATP đến cho nhóm hydroxyl của gốc tyrosine (không phải cho Ser hoặc

Thr).

Cấu trúc thụ thể insulin: Thụ thể Insulin có khối phân tử 5800, là một

enzym kinase xuyên màng bao gồm hai chuỗi α bộc lộ phía ngoài màng liên

kết với hai chuỗi β cắm xuyên qua màng có hoạt tính kinase ở vùng tế bào

chất.

Chuỗi α có 21 gốc và chuỗi β có 30 gốc. Hai chuỗi này gắn với nhau qua các

cầu đisunfua. Các chuỗi α của thụ thể tiếp nhận insulin truyền tín hiệu gây ra

hoạt tính kinase cho các chuỗi β.

Tiền chất của insulin là preproinsulin, proinsulin, cả hai chất này đều

không có hoạt tính hoocmon. Dưới tác dụng của các proteinaz tương tự

tripsin, một số liên kết peptit bị thủy phân, cắt bỏ hai đoạn polipeptit, tạo

thành insulin hoạt động. Có thể minh họa quá trình chuyển họa preproinsulin

thành insulin theo mô hình sau


30

Hình 9: Sơ đồ quá trình chuyển họa preproinsulin thành insulin

Proteineproinsulin là tiền chất đầu tiên của insulin. Phân tử của nó là một

chuỗi polipeptit, đầu –N là một vùng kị nước bao gồm 16 axit amin, có vai

trònhư peptit tín hiệu để đưa phân tử qua màng lưới nội tiết, ngay sau đó nó

sẽ bị bỏ khỏi phân tử, tạo thành proinsulin, được chuyển đến thể gongi. Khác

với insulin, proinsulin vẫn là một cuỗi polipeptit, có chứa thêm một đoạn gồm

30 gốc axit amin (đoạn C) gọi là đoạn peptiti nối. Đoạn này nối liền đầu –C

của chuỗi B với đầu –N của chuỗi A (trong phân tử insulin). Tuy nhiên trong

phân tử proinsulin đã có cầu đisunfua đúng như ở phân tử insulin.

Vai trò của thụ thể insulin:

Thụ thể insulin có vai trò điều hòa nồng độ glucose của máu khi nồng độ

glucose vượtquá ngưỡng cho phép từ 0,12% (khoảng 6,0mM) bằng các tác

dụng là kích thích tế bào cơ xương, tế bào thận hấp thụ glucose từ máu để

chuyển thành glycogen, ức chế quá trình phân giải glycogen và kích thích việc

hấp thụ glucose để tổng hợp các chất béo.Bên cạnh đó quá trình điều hòa tổng

hợp glycogen thông qua con đường dephosphoryl hóa glycogen synthase b

dạng bất hoạt thành dạng glycogen synthase (dạng hoạt động) dohệ thống

enzym phosphoprotein phosphatase kiểm soát. Hoạt tính của enzym này chịu

ảnhhưởng của insulin.


31

Ngược với tác dụng của glucagon, epinephrin và norepinephrin, insulin

làm giảm lượng glucoz trong máu. Do đó dưới tác dụng của tất cả các

hoocmon kể trên, lượng glucoz trong máu tương đối ít thay đổi, lượng glucoz

trong máu của ngưới bình thường, hàng ngày thay đổi từ 80 mg/100 mg

(trước bữa ăn) đến 120 mg/100 mg (sau bữa ăn)

Insulin được tiết từ tế bào bêta của tụy khi lượng đường trong máu cao.

Nói chung, Insulin kích thích quá trình tổng hợp, kìm hãm các quá trình phân

giải ở mô cơ, gan, mô mỡ. Insulin làm tăng vận tốc tổng hợp glicogen, axit

béo, protein, kích thích quá trình phân giải glucoz. Tác dụng cuối cùng này là

do insulin hoạt hóaglucozkinaz, một enzim xúc tác cho phản ứng photphoril

hóa glucoz tạo thành glucoz6-photphat. Các sản phẩm trung gian của quá

trình phân giải glucoz là nguyên liệu cho quá trình tổng hợp đã nêu (hình 66).

Cơ chế tác động của insulin điều hòa gluco máu:

Trước tiên enzym phosphoryl hoá các gốc tyrosine của chính bản thân chuỗi β

và sự tự phosphoryl hoá này tạo cho enzym tiếp tục phosphoryl hoá các

protein khác của màng hoặc của tế bào chất (cytosol). Mặc dù trình tự chi tiết

của các sự kiện cho phép hiểu biết sâu sắc sự kích thích của insulin đối với

quá trình hoạt hoá chưa được đầy đủ nhưng dường như sự liên kết của insulin

với thụ thể của nó sẽ khởi đầu một dòng thác (cascade) phosphoryl hoá, trong

đó thụ thể hoạt hoá protein kinase thứ hai, tiếp theo protein lại hoạt hoá

protein thứ ba hoặc serine kinase hoặc threonine kinase. Cuối cùng sự

phosphoryl hoá các gốc Ser hoặc Thr làm biến đổi hoạt tính của một hoặc

nhiều enzym quan trọng đối với chức năng của tế bào. Như vậy, insulin đã tác

động trúng đích của nó.

Các bệnh nhân bị bệnh tiểu đường typ II đối kháng insulin vẫn tiết insulin

bình thường

nhưng các mô của chúng không trả lời đối với insulin của bản thân hoặc đối

với insulin được tiêm vào cơ thể. Ở những người mắc bệnh này vùng hoạt tính


32

tyrosine kinase của thụ thể insulin đã bị đột biến. Insulin vẫn liên kết bình

thường với thụ thể đã đột biến nhưng vùng tyrosine kinase của thụ thể bị bất

hoạt và hậu quả liên kết của insulin không xảy ra theo hướng bình thường.

Cơ thể hấp thụ glucose theo 2 con đường: trực tiếp từ thức ăn và gián

tiếp từ các acid amin và lactate thông qua quá trình tân tạo glucose. Glucose

cung cấp năng lượng có thể oxy hoá cho các mô để duy trì sự sống. Lượng

glucose được tiêu thụ hàng ngày chủ yếu là do các hoạt động của bộ não

(75%) thông qua con đường hiếu khí. Còn lại là do hồng cầu, cơ xương và cơ

tim tiêu thụ. Lượng glucose bình thường trong cơ thể là 12 mg/l (khoảng 6

mM). Khi lượng glucose trong máu tăng lên thì nó được tích luỹ dưới dạng

glycogen, nằm chủ yếu trong gan, cơ vàmột phần trong thận và ruột.

Glycogen ở cơ gấp 2 lần ở thận. Glycogen ở cơ không thể có sẵn

IV.1.4. Hệ thống truyền tín hiệu ánh sáng và màu sắc

Các tế bào que và nón đều có chứa các sắc tố. Trong các tế bào que có

sắc tố rhodopsin. Chúng gồm một protein là opsin liên kết với một nhóm phụ

là retinal (dẫn xuất của vitamin A). Trong tối, khi retinal ở dạng không hoạt

động (dạng cis), kênh mở ra, màng tế bào bị khử phân cực và phóng thích

chất dẫn truyền thần kinh vào khe synapse gây ức chế các tế bào thần kinh của

võng mạc, ngăn cản chúng phát sinh điện thế động.

Khi phân tử rhodopsin bị một photon ánh sáng chạm vào, retinal sẽ biến đổi

thành một dạng đồng phân khác (dạng trans). Sự đồng phân hóa retinal làm

thay đổi hình thái của opsin, từ đó làm đóng các kênh gây ra sự tăng phân

cực. Như vậy sự tăng phân cực làm chậm quá trình phóng thích các chất dẫn

truyền ức chế và sự biến đổi của năng lượng ánh sáng thành xung điện tạo ra

một sự giảm sút trong tín hiệu hóa học đi đến tế bào và sự giảm này là thông

tin mà tế bào que đã bị kích thích bởi ánh sáng


33

Hình10 . Công thức cấu tạo của Retinal

Cơ chế nhận cảm của tế bào nón phức tạp hơn nhiều. Cảm giác về màu

sắc có được nhờ ba loại tế bào nón, mỗi loại có một loại protein opsin riêng,

kết hợp với retinal tạo thành sắc tố gọi chung là photopsin. Ba loại tế bào nón

này là tế bào đỏ, lục và lam (tương ứng với các màu mà photosin của chúng

hấp thu nhiều nhất). Phổ hấp thu của những sắc tố này chồng lên nhau và cảm

giác của não phụ thuộc vào sự kích thích khác nhau của hai hay nhiều loại tế

bào nón. Thí dụ: khi tế bào đỏ và lục bị kích thích chúng ta có thể thấy màu

vàng hoặc cam tùy thuộc số lượng tế bào nào bị kích thích nhiều. Bệnh mù

màu có quan hệ đến sự thiếu hoặc không có một hay nhiều loại tế bào nón.

IV.1.5. Sự truyền tin giữa kháng thể và kháng nguyên:

Kháng thể và kháng nguyên có quan hệ rất chặt chẻ. Trong mối quan hệ này

tế bào tạo ra kháng thể, còn thụ quan kháng nguyên.

Màng tế bào bạch cầu là thụ thể màng, là các phân tử Pr miễn dịch có

tên gọi chung là globulin miễn dịch, globulin có 5 loại, có khối lượng phân tử

150-900000Da tùy loại, thành phần hóa học của chúng là glicoprotein, thò

ra trên bề mặt mànglà đầu có liên kết.

Kháng nguyên là những chất lạ từ bên ngoài vào, kháng nguyên có

nhiều loại: axít nucleic. lipit phức tạp, hooc môn, các chất thuốc, một số

polysaccarit… là những thông tin phát ra tín hiệu cảm ứng các thành phần

trong tế bào, nếu khớp sẽ liên kết.


34

Bạch cầu phá vỡ cấu trúc kháng nguyên và phá vỡ liên kết kháng nguyên

bằng cách làm cho cho kháng nguyên kết tủa, kết tủa đóng gói bằng màng

nguyên sinh chất để đưa ra ngoài hoặc làm kết dính lại với nhau trên bề mặt

màng sinh chất, làm cho kháng nguyên bị phân hủy. Đó là những biến đổi

cuối cùng của tế bào đối với vật là hay còn gọi là phản ứng của tế bào đối với

vật chất lạ khi nó xâm nhiễm vào cơ thể.

Các globulin của màng rất nhạy bén so với những thụ thể của màng khác. Tuy

nhiên cũng có những thụ thể globulin đóng vai trò như chất tiếp nhận hay phát

hiện các yếu tố gây ung thư vú. Vì vậy nếu khoa học khẳng định ung thư vú

được phát hiện sớm thì hoàn toàn chữa được.

Ngoài ra trong mối quan hệ giữa kháng thể và kháng nguyên có những loại

protein globulin CI4 có tên gọi là Chemokine, một loại protein đặc hiệu là

ngăn cản hay tạo ra bức tường không cho chất ngoại lai xâm nhập vào, đã phát

hiện với vi rút HIV. Hay là những hiện tượng như sự chống đối giữa các

nhóm máu không tương xứng. Bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm là do loại

HbS hình thành, bắt đầu do gen α trên nhiễm sắc thể 16 và gen β trên nhiễm

sắc thể 11 (trội) sinh ra, làm cho HbAHbS. Tuy cơ thể khó nhiễm bệnh

nay song cần phải đề phòng khả năng cơ thể đáp ứng lại.

IV.1.6. Tín hiệu nhận dạng tế bào lạ:

- Nhận dạng tế bào là một tế bào có thể nhận biết một tế bào khác đang xâm

nhập vào chính mình là một tế bào lạ.

- Hiện tượng nhận dạng tế bào được thực hiện bởi nhóm tế bào chuyên hóa

cao của mô. Nhóm tế bào chuyên nhận dạng tế bào lạ gọi là nhóm tế bào

chuyên hóa cao.( ví dụ: nhận dạng tế bào ở mô máu là nhóm tế bào chuyên

hóa cao( ví dụ bạch cầu) Nhóm tế bào chuyên hóa cao có chức năng đặc biệt

là chỉ nhận dạng

Cơ chế nhận dạng là :


35

- Những tế bào thuộc nhóm chuyên hóa cao thuộc một loại mô nào đó có một

hệ thống miễn dịch kiểm tra nhận biết, truy tìm , tế bào bão. Thụ thể màng (Pr

bề mặt) có khả năng miễn dịch để kiểm tra, cảm ứng, nhận biết.

Ví dụ: Ở Tế bào bị nhiễm vi rút , tế bào bị nhiễm vi rút là do vi rút xâm

nhậpvào tế bào đó và liên kết được với một số các thành phần cấu trúc bên

trong. Việc báo hiệu cho các tế bào còn lại của mô chưa bị nhiễm biết để cùng

nhau nhận biết và khi đã nhận biết truy tìm chúng nhận diện ra tế bào lạ này.

Quá trình trên được thực hiện bởi bộ protein nằm trên bề mặt của nhóm tế bào

chuyên hóa cao thuộc mô đó. Những loại Pr nhận diện này thường có một đầu

néo vào màng sinh chất nhờ đó đầu kia nhận diện sẽ biến đổi, ở đầu néo vào

màng sinh chất và màng sinh chất biến đổi đáp ứng. Với các tế bào cùng mô

có cùng chất nhận diện đặc trưng gọi là phức hệ protein tương hợp

Ngoài ra một số chất glycolipit cũng có thể phân biệt được các bào

quan các mô khác nhau trong cùng một cơ thể. Ví dụ glyco lipit có thể nhận

biết bên ngoài của nó là lục lạp hay ti thể

Những biến đổi cụ thể trong tế bào khi đã xác định được tế bào lạ là thực

khuẩn, thực bào, uống bào là những biến đổi hóa sinh học trong tế bào theo cơ

chế ôxi hóa khử

IV.1.2 . Sự truyền tín hiệu thần kinh:

Đối với các tín hiệu thần kinh thì nguyên tắc chung cũng xảy ra tương tự

Ví dụ: Epinephrine (adrenalin) là hormon tuyến thượng thận có tác

dụng trả lời lại các tín hiệu thần kinh, cần cho việc tăng cường sử dụng

glucose của cơ.

Khi ormon này liên kết với các thụ thể trên bề mặt tế bào cơ gây ra quá trình

phân huỷ glycogen tương tự, nhưng đồng thời cũng gây ra sự bất hoạt enzym

tổng hợp glycogen là glycogen sythase bằng một cơ chế phosphoryl hoá

enzym này. Sự điều hoà hoạt tính PK (kinase của phosphorylase) còn chịu ảnh

hưởng của hai cơ chế khác nhau, liên quan đến ion Ca++. Một là thông qua


36

hoạt động chức năng của một tiểu tiểu đơn vị của PK là Calmodulin mà Ca++

có thể điều hoà được enzyme này. Khi calmodulin liên kết với Ca++, nó có

tác dụng làm tăng hoạt tính xúc tác của PK đối với cơ chất của nó

(phosphorylase b). Do sự phân giải glycogen trong các tế bào cơ được tăng

cường khi có sự kích thích co cơ nhờ acetylcholine. Khi acetylcholine được

giải phóng từ các synap cơ thần kinh, nó sẽ khử cực tế bào cơ, dẫn tới việc

tăng cường phóng thích Ca++ của tế bào cơ, qua đó hoạt hoá PK. Vì vậy, khi

Ca++ nội bào tăng lên sẽ làm tăng tỷ lệ co cơ, tăng sự phân giải glycogen, giải

phóng ATP. Con đường thứ hai là con đường trung gian thông qua sự hoạt

hoácủa adrenalin đối với các thụ thể α-adrenergic

IV.2. Ở Thực vật:

Hiện tượng cảm quang là một chức năng của tế bào.

Ánh sáng tác động vào tế bào bằng lượng tử ánh sáng (hγ) có số đo cụ thể

(Nếu số đo lớn phát nhiiẹt nên nóng hơn). Tác động vào các sắc tố nằm ở đầu

của thụ thể màng lypoPr là những phần lồi ra trên bề mặt màng (đó chính là

DL) quang tử HHiện tượng cảm quan là một chức năng của tế bào.

Ánh sáng tác động vào tế bào bằng lượng tử ánh sáng (hγ) có ssố đo cụ thể

(Nếu số đo lớn phát nhiiẹt nên nóng hơn). Tác động vào các sắc tố nằm ở đầu

của thụ thể màng lypo protein là những phần lồi ra trên bề mặt màng (đó

chính là DL) quang tử hγ tác động vào nối đôi của phân tử sắc tố là các chất

thụ quang. Thụ quang này có thể nhận năng lượng từ các sắc tố khác chuyển

tới.

Dưới tác động của hγ thông qua nối đôi của diệp lục làm cho diệp lục

trở thành diệp lục ở trạng thái kích động điện từ (DL*) bởi photon ánh sáng.

Sau đó biến đổi bằng cách sắp xếp lại hệ thống siêu đơn vị 1,2,3,4,… lận lượt

biến đổi cấu hình, không vận chuyển qua màng mà chỉ chuyển đổi năng

lượng từ mức độ thấp sang mức độ cao. (Hệ thống các siêu đơn vị 1,2,3,…

chính là dây chuyền vận chuyển điện tử Siêu đơn vị 4 trên màng tilacoic là


37

protein enzim ngoại vi cấu trúc bậc 4 với 4 Mn-Cl, Cuối cùng là biến đổi tế

bào Sự biến đổi này chính là quá trình quang phân li nước:

H2O H+ + e + [OH].

Và NADP+ + H+ NADPH2

Còn trên màng răng lược thì biến đổi tế bào là hoocmonạt hóa ôxy tự do

O2 2O2-

2O2- + H+ H2O

Và ADP + PO4 + e ATP.

KẾT LUẬNThông tin là một trong những chưc năng quan trọng của tế bào, nhờ đó

mà tế bào có thể tiếp nhận mọi thông tin, mọi dạng kích thích khác nhau từ


38

môi trường trong và ngoài tế bào đồng thời có những phản ứng trả lời thích

nghi. Điều này bảo đảm cho tính toàn vẹn thống nhất của tế bào và cơ thể hay

cơ thể và môi trường, đảm bảo sự cân bằng để các hệ thống sống có thể tồn

tại và phát triển.

Trong chức năng thông tin thụ quan là bộ phận đầu tiên của cả một quá

trình phức tạp. Xét ở khía cạnh hóa sinh học màng thì thụ quan là các phân tử

protein chuyên hóa với chức năng tiếp nhận xử lý và dẫn truyền các thông tin

tín hiệu của tế bào.

Tế bào luôn chìm đắm trong bể thông tin tín hiệu. Do vậy tiếp nhận xử lý

truyền đạt thông tin và biến đổi tế bào thực hiện phản ứng trả lời là một hoạt

động thường xuyên và liên tục bảo đảm cho tế bào tồn tại sinh trưởng và phát

triển trong mọi điều kiện môi trương khác nhau. Quá trình này được thực hiên

nhờ thành phần protein ở màng tế bào. Protein màng có cấu trúc hết sức tinh

vi và phức tạp, hoạt động của nó cũng rất đa dạng và phong phú bảo đảm cho

“nhà máy sống” an toàn và hoạt động hiệu quả .

TÀI LIỆU THAM KHẢO:1. Trinh Hữu Hằng- Sinh học cá thể động vật- NXB Đại học quốc gia Hà Nội

2. Nguyễn Như Khanh – Sinh học phát triển thực vật. NXB Giáo dục.


39

3. Lê Duy Thành – Cơ sở sinh học phân tử - NXB Giáo dục.

4. Phạm thị Trân Châu, Trần Thị Áng – Hóa sinh học.NXB Giáo dục.

5. PGS.TS. Trinh Lê Hùng- Cơ sở hóa sinh-NXB Giáo dục.

6. Các nguyên lý và quá trình sinh học- Nhà Xuất bản Khoa học kỹ thuật.

7. GS. TS. Đỗ Ngọc Liên. Sinh học phân tử tập 1- Nhà xuất bản Đại học Quốc

gia – 2007.

8. GS. TS. Đỗ Ngọc Liên. Sinh học phân tử tập 2 - Nhà xuất bản Đại học

Quốc gia – 2007.

9.Trần Thị Loan - Sinh lý học động vật – Nhà xuất bản Đại học sư phạm.

10. Trịnh Hữu Hằng – Đỗ Công Huỳnh- Sinh lý học động vật- NXB KHKT-

HÀ NỘI 2001

11.PGS.TS. Lê Dụ. Bài giảng về chuyên đề hóa sinh học màng

12. Một số trang web ( internet )


40

ii.vndoc.com/data/file/2015/thang05/15/hoc-sinh-hoc-chuc... · web viewnhững cấu trúc hiển...

Documents