intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Sinh học tế bào: Chương 2 - Đặng Minh Hiếu

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST
Báo xấu
20
lượt xem 5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Sinh học tế bào: Chương 2 - Màng tế bào và quá trình vận chuyển vật chất thông tin" trình bày các nội dung chính sau đây: Lược sử nghiên cứu màng tế bào; Cấu trúc màng sinh chất; Màng tế bào và quá trình vận chuyển vật chất, thông tin. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài giảng!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Sinh học tế bào: Chương 2 - Đặng Minh Hiếu

  1. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội - Bài giảng Sinh học tế bào – Đặng Minh Hiếu, Ph.D CHƯƠNG II: MÀNG TẾ BÀO VÀ QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT THÔNG TIN 2.1. Lược sử nghiên cứu màng tế bào 2.2. Cấu trúc màng sinh chất 2.3. Màng tế bào và quá trình vận chuyển vật chất, thông tin 1 TÀI LIỆU THAM KHẢO ¢ Lodish, H., et al. Molecular Cell Biology, 5th Edition. (August 2003), W. H Freeman & Company. ¢ Bernardi, G (General Editor). Biochemistry of Lipids, Lipoproteins and Membranes, 4th Edition. (2002), Elservier. ¢ Krauss, G. Biochemistry of Signal Transduction and Regulation, 3rd Edition. (2003), Wiley-VCH Verlag. 2 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 1
  2. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 3 Dòng thời gian | Thế kỷ về lớp màng kép của tế bào Lord Rayleigh, Langmuir xuất bản Agnes Pockels mô hình làm thế Tính lưu động của màng Sau nhiều tranh Sự quan trọng của Chúng ta đang chờ đợi và nhiều nào các phân tử chất béo được phát hiện cãi, giả thuyết các quá trình vận một mô hình mới là sự người khác dầu định hướng Danieli và bằng vài phương pháp. các chất béo chuyển qua màng kết hợp các đặc tính của bắt đầu tai mặt phân cách Davson mô tả sự Sự khuyếch tán ngang và màng tế bào để đạt được trạng màng tế bào có nhân nghiên cứu về không khí/nước ảnh hưởng của xoay của các protein được xắp xếp thái cân bằng ổn điển hình, điều mà đã trở sự dàn ra của dực trên sự phát mô hình màng màng bắt đầu được như một lớp kép định màng – sinh lên cấp bách kể từ khi dầu trên mặt triển của mô hình có gắn chất béo chứng minh bởi vài được đưa ra. chất bắt đầu được chúng lần đầu tiên được nước Pockels và protein phòng thí nghiệm. quan tâm xác định. Overton mô tả hàng rào Gortel và Grendel Robertson tranh Các dữ liệu về thành Mô hình vùng Thực tế rằng các chất chất béo giữa nguyên sử dụng phương luận rằng các phần protein màng được đề xuất chỉ béo màng và các vùng sinh chất của tế bào pháp Langmuir để màng tế bào có và sự di động được ra rằng các màng protein có rất nhiều chức nhân chuẩn và môi nghiên cứu lớp cấu trúc tương tự kết hợp vào mô hình có thể ở thể khảm năng thuộc tế bào bắt trường bên ngoài. Thí màng kép của tế thể khảm lưu động hơn là thể lưu đầu được chấp nhận. nghiệm này cũng tập bào máu. của màng tế bào. động. trung sự chú ý vào lớp màng bề mặt của tế bào có thể dễ dàng sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm 4 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 2
  3. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 (Những năm 1920 - 1930) HÀNG RÀO CỦA TẾ BÀO VÀ TÍNH THẨM THẤU qCác phân tử hòa tan trong chất béo thường dễ đi qua hàng rào tế bào hơn là những phân tử hay ion hoa tan trong nước. --> Hàng rào bề mặt tế bào được phỏng đoán là các lipid hay chất tương tự chứa nhiều cholesterol và phospholipid. qMàng tế bào có độ dày khoảng 4 nm (Fricke, 1925) và được bao bọc bởi các protein (Harvey và Cole, 1935; Danielli và Davson, 1935). 5 (Những năm 1920 - 1930) MÀNG LIPID ĐƠN VÀ CẤU TRÚC MÀNG q Năm 1917, Langmuir cải tiến phương pháp của Pockels đo sức căng của màng phân tử khi được trải ra trên bề mặt nước và chỉ ra rằng các lipids tạo thành lớp màng đơn trên bề mặt nước; và các chuỗi hydrocarbon linh hoat và bị bẻ cong khi hướng ra khỏi bề mặt nước. q Năm 1925, Sử dụng phương pháp Langmuir xác định diện tích trải ra của các phân tử lipid của tế bào máu, Gorter và Grendel kết luận rằng “các tế bào máu được bao bọc bởi lớp màng có độ dày 2 phân tử lipid”. 6 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 3
  4. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 CÁC MÀNG CÓ TÍNH LỎNG (Những năm 1950 - 1980) q Tất cả các màng bào quan của tế bào có cấu trúc giống nhau (Robertson, 1959) . qMàng lipid kép dịch chuyển theo nhiều khoảng thời gian và khoảng cách khác nhau, linh hoạt và phân tán trên bề mặt của màng. Nói cách khác, màng lipid kép giống dung dịch hơn là thể rắn. (McConnell và Chapman). qMột vài protein có thể dễ dàng khuyếch tán trong lớp lipid kép (Cone, Poo, Frye và Edidin; những năm 1970s). 7 (Những năm 1950 - 1980) CÁC MÀNG CÓ THỂ KHẢM q Thí nghiệm của Singer và Nicolson năm 1972 phân biệt các protein bề mặt và protein gắn trong màng tế bào máu đã chỉ ra mô hình thể khảm lưu động của màng tế bào. Các thể khảm là các protein gắn trên màng. q Trên mô hình 1980s, các màng phần lớn có cấu trúc lớp kép lipid với các protein được gắn trên đó. Lớp màng kép có tính động học cao; các lipid, protein có thể linh hoạt, quay và khuyếch tán bên trong lớp màng. 8 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 4
  5. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 CÁC VÙNG CỦA MÀNG (Những năm 1990) q Những năm 1990, các lipid được tin là tạo thành các “vùng” trên màng tế bào. q Mô hình “mảng lipid” giả thiết rằng các lipid được phân loại sẽ phân biệt thành mảng có chứa nhiều các cholesterol và sphingolipid. 9 10 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 5
  6. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Nguồn: http://www.life-enhancement.com/ ØBao bọc quanh tế bào, phân cách phần bên trong của tế bào với môi trường bên ngoài. ØCấu trúc hai lớp, chứa chủ yếu là các protein và lipid. ØProtein hoạt động như các kênh vận chuyển, khảm vào lớp lipid kép một cách linh động. Ngoài ra còn một số các phân tử carbonhydrates và các cholesteron có chức năng tăng cường sự ổn định. 11 Nguồn: http://www.nature.com/ 12 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 6
  7. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Phospholipid là lớp các lipid trong thành phần cơ bản của màng tế bào. Các phân tử Phospholipid cấu tạo bởi một gốc diglyceride, một nhóm phosphate và một phân tử hữu cơ đơn giản như Choline. 13 Sphingolipid là lớp các lipid có nguồn gốc từ rượu béo sphingosine amin, là chất đóng vai trò quan trọng trong vận chuyển tín hiệu và nhận biết tế bào. 14 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 7
  8. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Cholesterol 15 “Mảng lipid” (Lipid rafts) là khu vực giàu sphingolipid và cholesterol ở lớp ngoài của màng tế bào. 16 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 8
  9. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Glycoprotein là các protein chứa các oligosaccharide liên kết cộng hóa trị với chuỗi polypeptide. Các glycoprotein thường là các protein liên kết màng quan trọng, đóng vai trò trong tương tác tế bào với tế bào. 17 Các protein ngoại vi, protein gắn màng và các kênh vận chuyển 18 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 9
  10. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Thành tế bào là lớp màng cứng, linh hoạt nhưng đôi lúc khá cứng nhắc, bao quanh một số loại tế bào. Thành tế bào bao bọc bên ngoài lớp màng tế bào, hỗ trợ cấu trúc và bảo vệ tế bào, đồng thời hoạt động như một lớp màng lọc. Cấu trúc: v Cellulose (Thực vật) v Peptidoglycan (Vi khuẩn) v Glycoprotein, seudopeptidoglycan hay polysaccharide (vi khuẩn cổ) v Chitin (nấm) v Glycoprotein và polysaccharide (tảo xanh) 19 Ø Vỏ tế bào là cấu trúc của những tế bào không nhân như vi khuẩn. Vỏ tế bào bao bọc bên ngoài thành tế bào va thường cấu trúc bởi các polysaccharide, nhưng đôi khi cũng có thể cấu trúc từ vật liệu khác (vi dụ polypeptide trên B. anthracis). ØVỏ tế bào thường được xem là tác nhân virut vì nó tăng cường khả năng gây bệnh của vi khuẩn. Vỏ cũng chứa nước để bảo vệ vi khuẩn chống lại sự thiếu nước, ngăn chặn các virus và các loại vật liệu độc kỵ nước như chất tẩy rửa. Có 14 loại vỏ tế bào khác nhau, mỗi loại truyền đạt loại kháng nguyên cụ thể. Miễn dịch đối với một loại kháng nguyên không co nghĩa miễn dịch đối với các loại khác. Vỏ tế bào còn giúp các tế bào bám vào các bề mặt. 20 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 10
  11. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 II.3.1. Động học của các quá trình vận chuyển II.3.2. Vận chuyển thụ động II.3.3. Vận chuyển chủ động 21 DG A Thế điện hóa của ion A æ [A]in ö Dy Điện thế màng DGA = RT lnç ç [A] ÷ ÷ + Z A FDy è out ø ZA Điện tích của ion A [A] Nồng độ của ion A Vận chuyển không qua trung gian (non-mediated transport) là quá trình khuyếch tán đơn giản, trong khi vận chuyển qua trung gian (mediated transport ) là quá trình có sự tham gia của các protein vận chuyển. 22 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 11
  12. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 II.3.2 Vận chuyển thụ động Ø Là quá trình vận chuyển mà trong đó các phân tử dịch chuyển từ nơi có nồng độ cao tới nơi có nồng độ thấp. Ø Các chất quá lớn hoặc quá phân cực để có thể tự khuyếch tán qua lớp lipid kép có thể được vận chuyển bởi các protein hoặc các phân tử vận chuyển. 23 Ionophores là các phân tử hữu cơ rất đa dạng, thường có nguồn gốc vi khuẩn, làm tăng tính thẩm thấu của màng với các ion. 1. Carrier ionophores: làm tăng tính thẩm thấu của màng bằng cách gắn với ion chọn lọc sau đó khuyếch tán qua màng và giải phóng ion ở một mặt khác của màng. 2. Channel forming ionophores: tạo thành các kênh hay lỗ, qua đó các ion có thể khuyếch tán qua màng. 24 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 12
  13. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 25 Ø Cấu tạo dạng thùng tạo bởi các cấu trúc protein bậc 2 Beta với kênh lỏng ở trung tâm. Thường được tìm thấy trên lớp vỏ ngoài của tế bào vi khuẩn gram âm và một số vi khuẩn gram dương, trên ty thể và luc lạp. Ø Porin thường kiểm soát việc vận chuyển các chất như đường, ion và axit amin. 26 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 13
  14. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Tất cả các tế bào đều có những kênh ion đặc biệt cho phép vận chuyển nhanh chóng các ion như Na+, K+, và Cl-. Sự di chuyển của các ion này qua các kênh cùng với sự vận chuyển chủ động, là cần thiết để đảm bảo sự cân bằng thẩm thấu, sự vận chuyển tín hiệu, và những thay đổi trong tiềm năng màng. 27 Cấu trúc X-ray của kênh K+ KcsA Cấu trúc homotetramer, mỗi tiểu phần gồm hai chuỗi xoắn. 4 chuỗi xoắn ở giữa tạo thành lỗ trung tâm, trong khi 4 chuỗi xoắn ngoài đối diện lớp màng lipid kép. Các ion K+ và các phân tử nước chiếm khu vực trung tâm của lỗ. 28 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 14
  15. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Các ion K+ được bao bọc bởi một lớp vỏ hydrate. Lớp vở này sẽ được gỡ bỏ khi ion K+ di chuyển dọc kênh. Các nguyên tử O trong chuỗi acid amin của các protein xắp xếp dọc kênh tạo thành các vòng có kích thước chỉ phù hợp với các ion K+ đã loại lớp vỏ hydrate mà không phải các ion Na+ có kích thước nhỏ hơn. Do vậy tính chọn lọc của kênh đối với K+ cao hơn nhiều so với Na+. 29 Các kênh ion thường đóng và chỉ mở để thực hiện một vài nhiệm vụ đặc biệt của tế bào. Quá trình đóng và mở của các kênh ion, được biết đến như là quá trình đóng mở van, có thể xuất hiện để đáp ứng một trong các kích thích sau: 1. Kênh mechanosensitive (Mechanosensitive channels): mở để đáp ứng sự biến dạng cục bộ trên lớp lipid kép, chẳng hạn đáp ứng các kích thichs vật lý như tiếp xúc, tiếng động, và những thay đổi trong áp suất thẩm thấu. 2. Kênh van phối tử (ligand-gated channels): mở khi đáp ứng các kích thích hóa học bên ngoài tế bào, chẳng hạn các dẫn chuyền thần kinh. 3. Kênh van tín hiệu (signal-gated channels): mở khi liên kết với ion Ca2+ trong tế bào hoặc một vài phân tử tín hiệu khác. 4. Kênh van điện thế (voltage-gated channels): mở khi đáp ứng các thay đổi trong điện thế màng. 30 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 15
  16. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Xung thần kinh được truyền bởi các điện thế hoạt động (action potentials) Điện thế màng cục bộ tăng kích thích kênh van điện thế Na+ bên cạnh mở. Quá trình khử phân cực (depolarization) khiến kênh van điện thế K+ gần đó mở, cho phép các ion K+ chảy ra khỏi tế bào trong quá trình gọi là tái phân cực (repolarization). Tuy nhiên ngay trước khi sự phân bố ion Na+ và K+ qua màng tế bào đạt cân bằng thì các kênh Na+ và K+ đồng loạt đóng. Quá trình khử phân cực của một khu vực màng kích thích mở kênh Na+ trên khu vực khác của màng. Quá trình lan truyền thay đổi trong điện thế màng (membrane potential) như vậy được gọi là điện thế hoạt động (action potential). 31 Các tiểu phần của tất cả các kênh van điện thế K+ bao gồm 220 gốc acid đầu N trong tế bào chất., 250 gốc vùng xuyên màng gồm 6 chuỗi xoắn từ S1 đến S6, và một chuỗi 150 gốc đầu C trong tế bào chất. Giữa tiểu phần S5 và S6 có một vòng P có cấu trúc tương Chuỗi xoắn S4, gồm 19 gốc, chứa xấp xỉ 5 điểm tích đồng với kênh KcsA. Vùng T1 điện dương cách nhau mỗi 3 gốc trên chuỗi peptide gồm 100 gốc không thay đổi ky nước hoạt động như là cảm ứng điện thế. Khi trong các kênh van điện thế K+ điện thế màng thay đổi, ít nhất 7 gốc tại đầu N của (Kv channels). chuỗi S4 di chuyển ra bên ngoài màng. Hành động này được xem như sự kích hoạt mở kênh ion. 32 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 16
  17. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Kênh van điện thế K+ có hai van nhạy cảm điện thế, một van để mở kênh khi điện thế màng tăng (Na+ chảy vào trong tế bào) và một van để đóng kênh một thời gian ngắn sau đó. Quá trình đóng kênh xảy ra khi cấu trúc dạng cầu, gồm 20 gốc tại đầu Mô hình van cho các kênh Kv N, của Kv channel di chuyển và gắn vào lỗ trung tâm trên kênh K+. 33 Các kênh Cl- khác các kênh cation Kênh Cl- xuất hiện trên tất cả các tế bào cho phép vận chuyển các ion Cl- dọc gradien nồng độ. Trong động vật có vú, nồng độ Cl- bên ngoài tế bào là ~120 mM và trong tế bào là ~4 mM. Cấu trúc X-ray của kênh Cl- ClC của Salmonella typhimurium Cấu trúc của kênh Cl- của vi khuẩn cho thấy kênh Cl- có cấu trúc homodimer (đồng nhị hợp) với mỗi tiểu phần tạo thành một lỗ chọn lọc anion. Mỗi tiểu phần gồm 18 chuỗi xoắn xuyên màng có độ dài thay đổi. Trên hình, các tiểu phần có màu sắc khác nhau, hình cầu màu xanh đại diện cho ion Cl- trong màng chon lọc. 34 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 17
  18. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Cấu trúc X-ray của Aquaporin AQP1 từ máu bò Mô hình kênh vận chuyển nước của Aquaporin AQP1 từ trong màng 35 1. Glucose liên kết với protein tại một mặt của màng. 2. Sự thay đổi về cấu tạo đóng vị trí liên kết đầu tiên và mở vị trí liên kết tại mặt kia của màng. 3. Glucose tách khỏi protein. 4. Vòng vận chuyển được hoàn thành với việc chuyển đổi của GLUT1 về hình dạng cấu tạo ban đầu với sự vắng mặt của glucose. Mô hình vận chuyển glucose bởi GLUT1 (protein vận chuyển glucose trên tế bào máu ) 36 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 18
  19. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 1. Uniport: Vận chuyển một phân tử trong 1 lần. Ví dụ GLUT1 là một uniport. 2. Symport: Vận chuyển cùng chiều cùng lúc hai phân tử khác nhau. 3. Antiport: Vận chuyển ngược chiều cùng lúc hai phân tử khác nhau. 37 II.3.3 Vận chuyển chủ động Ø Vận chuyển chủ động là quá trình thu nhiệt trong đó gắn liền với hoạt động thủy phân ATP. Ø Có hai loại vận chuyển chủ động 1. Vận chuyển chủ động chính: các cation được vận chuyển bởi các enzym ATPase gắn màng. 2. Vận chuyển chủ động phụ: vận chuyển bằng gradien điện từ tạo bởi một cơ chế khác, chẳng hạn các bơm ion ATPase (sử dụng để vận chuyển các phân tử trung tính ngược với gradien nồng độ của chúng) 38 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 19
  20. Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 3Na+(vào) + 2K+(ra) + ATP + H2O ⇋ 3Na+(ra) + 2K+(vào) + ADP + Pi (Na+-K+)-ATPase Sơ đồ vận chuyển chủ động ion Na+ và K+ bởi (Na+-K+)-ATPase 39 Sơ đồ vận chuyển chủ động ion Ca2+ bởi (Ca2+)-ATPase 40 Cell Biology / Chap 2 - Cell membrane and Membrane transports 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
4=>1