Giáo trình sinh hóa động vật phần 4

Chia sẻ: Than Con | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

98
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Enzyme này xúc tác phản ứng biến đổi Glucose và ATP thành Glucose –6-phosphate và ADP. Nó tấn công nguyên tử P cuối cùng của ATP nhờ nhóm điện (-) có mặt trong trung tâm hoạt động (B). Ngoài ra bản thân nhóm P cuối của ATP luôn có xu hướng tách khỏi ATP. Điều này cũng làm cho quá trình xúc tác dễ dàng xảy ra hơn

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình sinh hóa động vật phần 4

9.2. Hexokinase xúc tác phản ứng với 2 cơ chất: Hình 3.18. Phản ứng xúc tác bởi Hexokinase Enzyme này xúc tác phản ứng biến đổi Glucose và ATP thành Glucose –6-phosphate và ADP. Nó tấn công nguyên tử P cuối cùng của ATP nhờ nhóm điện (-) có mặt trong trung tâm hoạt động (B). Ngoài ra bản thân nhóm P cuối của ATP luôn có xu hướng tách khỏi ATP. Điều này cũng làm cho quá trình xúc tác dễ dàng xảy ra hơn (hình 3.18) 10. Enzyme điều hoà. Enzyme điều hoà thuộc nhóm Enzyme đặc biệt có cơ chế hoạt động khác với đa số các Enzyme bình thường khác. Trong quá trình trao đổi chất, các chuỗi phản ứng hoá học được xúc tác bởi các Enzyme qua từng giai đoạn theo thứ tự nhất định gọi là chu trình. Trong mỗi chu trình phải có ít nhất 1 Enzyme điều chỉnh tốc độ phản ứng của toàn bộ chu trình. Enzyme này gọi là Enzyme điều hoà. Thường trong các chu trình chuyển hoá phản ứng đầu tiên được xúc tác bởi Enzyme điều hoà. Sở dĩ Enzyme điều hoà có khả năng trên vì hoạt tính của nó được điều chỉnh bởi nhóm các chất điều hoà có khối lượng phân tử nhỏ (thường là bản thân các chất trao đổi hoặc các cofactor). Ta hãy xem xét một số cơ chế hoạt động của Enzyme điều hoà. 10.1. Enzyme dị lập thể (Allosteric Enzyme). Enzyme này thay đổi hoạt tính xúc tác thông qua thay đổi cấu hình không gian khi gắn với các chất điều hoà đặc hiệu của nó. Có một kiểu điều hoà rất phổ biến đối với Enzyme dị lập thể là điều hoà ức chế ngược (Feedback inhibidion). Bản chất của nó là Enzyme dị lập thể xúc tác phản ứng đầu tiên của chuỗi phản ứng chuyển hoá thường bị ức chế ngược bởi chính sản phẩm của chuỗi phản ứng. Enzyme dị lập thể thường có nhiều tâm điều hoà. Do vậy, nó khác với Enzyme bình thường ở chỗ: Enzyme dị lập thể ngoài tâm hoạt động để gắn cơ chất còn có một hoặc nhiều tâm điều hoà để gắn các yếu tố điều hoà và cofactor. Các tâm gắn này nằm ở các vị trí và thậm chí ở các tiểu đơn vị khác nhau của Enzyme, do vậy Enzyme dị lập thể thường có kích thước lớn hơn và cấu trúc không gian phức tạp hơn. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 97 http://www.ebook.edu.vn
10.2. Enzyme điều hoà cải biến nhờ tạo liên kết hoá trị thuận nghịch. Trong cơ chế điều hoà này, hoạt động Enzyme được điều chỉnh nhờ sự cải biến liên kết hoá trị của phân tử Enzyme. Điển hình nhất là phản ứng gắn nhóm phosphate, nhóm Adenyl, nhóm Uridyl, ADP – Ribosyl và nhóm Methyl. 10.3. Các cơ chế khác điều hoà hoạt tính xúc tác Enzyme. Ngoài 2 cơ chế điều hoà xúc tác rất phổ biến trên, còn có ít nhất 2 cơ chế khác: Một số Enzyme được điều hoà nhờ gắn hoặc tách những phân tử protein đặc hiệu hoặc được hoạt hoá từ phân tử Enzyme tiền chất nhờ cắt bớt một hay một số đoạn peptide. Trong thực tiễn, rất nhiều Enzyme protease được hoạt hoá từ tiền chất của chúng là Zymogen. Điển hình là sự hoạt hoá Trypsin và Chymotrypsin, hoạt hoá hormone peptide và quá trình Protease tham gia xúc tác quá trình đông máu. YÊU CẦU CẦN NẮM CHƯƠNG III : ENZYME Khái niệm , bản chất của enzyme. Trung tâm hoạt động của enzyme. Đặc điểm hoạt tính của enzyme. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzym. Cơ chế xúc tác của enzyme. CHƯƠNG III: EN ZYME Câu 1: Trung tâm hoạt động của enzym? Những yếu tố ảnh hưởng đến trung tâm này? Câu 2: Cơ chế ảnh hưởng đến hoạt tính của enzym bởi nhiệt độ và độ pH? Câu 3: Cơ chế xúc tác theo thuyết hợp chất trung gian của enzym? Câu 4: Cơ chế xúc tác theo thuyết hấp phụ của enzym? Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 98 http://www.ebook.edu.vn
CHƯƠNG IV HOÁ SINH HORMONE 1. Đại cương về Hormone 1.1. Định nghĩa. Hormone: Danh từ này lần đầu tiên được đưa ra năm 1904 bởi Wiliam Bayliss và Ernest Starling để mô tả tác dụng của Secretin – một chất được sản xuất bởi tá tràng, có tác dụng kích thích sự bài tiết của tuỵ (tiếng Hylạp, Harman có nghĩa là kích thích). Ở Việt Nam gọi là Nội tiết tố - chỉ nguồn gốc tiết của hormone (các chất do tuyến nội tiết tiết ra) hay còn gọi là Kích thích tố- chỉ chức năng kích thích của hormone. *Về mặt hoá học: hormone là một nhóm các hợp chất hữu cơ có bản chất rất đa dạng: có thể là protein như Somatotropin thuỳ trước tuyến yên có 200 gốc acid amin; là polipeptide như Insuline của tuyến tuỵ có 51 acid amin; oligopeptide như Oxitosine của thuỳ sau tuyến yên có 8 acid amin; là dẫn xuất của acid amin như Adrenalin - hormone của miền tuỷ thượng thận là dẫn xuất của Tyrosine; là dẫn xuất của nhóm Steroid như Corticco Steroid - hormone miền vỏ thượng thận hay các hormone sinh dục v.v. và có thể là dẫn xuất của các acid béo như Prostaglandin của tuyến tiền liệt có bản chất là dẫn xuất của acid béo không no (bảng 4.1). *Về mặt sinh học: Hormone là những hợp chất hữu cơ được sản xuất với một lượng rất nhỏ bởi những tế bào đặc biệt chủ yếu ở các tuyến nội tiết, giữ nhiệm vụ điều chỉnh các quá trình trao đổi chất, làm cho các quá trình đó tiến hành với một cường độ và một chiều hướng thích hợp với nhu cầu sống của cơ thể trong từng giai đoạn, từng thời điểm nhất định. 1.2. Các cách truyền thông tin của tế bào. Cần phân biệt những tế bào nội tiết với những tế bào khác và những chất bài tiết của những tế bào này 1.2.1. Tế bào nội tiết: Đó là những tế bào sản xuất và bài tiết trực tiếp vào máu những chất có hoạt tính sinh học được gọi là Hormone. Ví dụ tế bào β của tuyến tụy tiết ra Insuline. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 99 http://www.ebook.edu.vn
Hình 4.1. Sơ đồ các tế bào nội tiết, cận tiết và tự tiết Bảng 4.1: Một số hormone và chức phận của nó Hình 4.1. Sơ đồ các tế bào nội tiết, cận tiết và tự tiết Nguồn gốc Chức phận Hormone Tái hấp thu nước Vasopressin Yên sau Vỏ thượng thận Lọc cầu thận Cortison Giáp trạng ức chế sự huy động Ca2+ từ xương Calcidonin Cận giáp Huy động Ca2+ từ xương, bài xuất PO4 PTH Hạ đường huyết Tuyến tuỵ (Tế bào β) Insuline Tuỷ thượng thận Tăng đường huyết Adrenalin Tăng đường huyết Tuyến tuỵ (tế bào α) Glucagon Vỏ thượng thận(bó) Tăng đường huyết Cortisol Tuyến yên trước Tăng đường huyết, phát triển xương STH Tuyến giáp trạng Kích thích chuyển hoá T4, T3 Tuyến yên trước Phát triển tuyến sinh dục FSH Tuyến yên trước Bài xuất của tuyên sinh dục LH Buồng trứng Cơ quan sinh dục nữ Estradiol Buồng trứng Làm ổ Progesteron Cơ quan sinh dục nam Testosteron Tinh hoàn Tuyến yên trước Tạo sữa Prolactin Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 100 http://www.ebook.edu.vn
Trong hầu hết các mô Nhiều tác dụng Prostaglandin Tăng co bóp cơ trơn của tử cung và tuyến Oxidoxin Yên sau vú. 1.2.2. Tế bào thần kinh: Tiết những hormone thần kinh (Neurohorrmone). Ví dụ Vasopressin được tiết ra bởi các tế bào thần kinh vùng dưới đồi đổ trực tiếp vào máu nhờ hệ thống thần kinh – tuyến yên. 1.2.3. Tế bào cận tiết-bàng tiết (paracrine): Tiết những chất có tác dụng trực tiếp đến những tế bào gần kề hoặc khu trú ngay trong cơ quan nội tiết, không cần vận chuyển bằng máu. Đó là những hormone tại chỗ, ví dụ Somatostatin của tuyến tuỵ (Hình 4.1). Cũng cần lưu ý rằng những chất dẫn truyền thần kinh không thuộc nhóm hormone theo đúng định nghĩa cổ điển. Những chất kể trên gồm hormone, hormone thần kinh, hormone tại chỗ và chất dẫn truyền thần kinh được gọi là những chất truyền tin thứ nhất hay chất truyền tin ngoài tế bào (để phân biệt với những chất truyền tin thứ hai hay chất truyền tin trong tế bào). Hormone được đưa vào máu, nhanh chóng tới các cơ quan tiếp nhận. Hormone có thể di chuyển xa với khoảng cách hàng mét hoặc nhiều hơn trước khi tiếp cận tế bào nhận. Còn các chất dẫn truyền thần kinh chỉ di chuyển một khoảng cách ngắn chừng vài micromet qua synap đến tế bào thần kinh liền kề hoặc tế bào nhận. Dù khác nhau về phương diện giải phẫu, chất dẫn truyền thần kinh và hormone rất giống nhau về cơ chế tác dụng sinh học, nó đã tạo nên một hệ thống Thần kinh – nội tiết. 1.3. Nguồn gốc của hormone Hormone có nhiều nguồn gốc khác nhau: Do các tuyến nội tiết (không có ống tiết) sản phẩm thấm qua mao quản vào máu được vận chuyển đến một bộ phận khác trong cơ thể (thường gọi là mô bào đích, tế bào đích) để phát huy tác dụng. Trong cơ thể động vật đại đa số các hormone là do các tuyến nội tiết tiết ra. Ngoại tiết: (chất tiết không được đưa vào máu) ví dụ gastrin do vùng hạ vị của dạ dày tiết ra được đổ vào dạ dày nhào trộn trong khối thức ăn lên vùng thân vị kích thích vùng thân vị tiết dịch vị. Nguồn gốc từ thực vật: ở thực vật có rất nhiều chất kích thích tố như các kích tố sinh trưởng thúc đẩy qúa trình sinh trưởng của cây: ví dụ như Ausin; Indolaxetic, Giberein v.v. Ở một số hạt, cỏ và cây còn có các kích tố sinh dục có phát huy tác dụng đối với cơ thể động vật, chúng thường xuất hiện vào mùa xuân gây kích thích sinh đẻ theo mùa cho động vật ăn cỏ và chim muông. 1.4. Vai trò sinh học của hormone và mối liên hệ giữa thần kinh và thể dịch Cơ thể và ngoại cảnh là một khối thống nhất mà ngoại cảnh luôn luôn thay đổi như thời tiết thức ăn, ánh sáng v.v. để thích ứng được với những biến đổi đó cơ thể phải điều chỉnh bằng cách: Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 101 http://www.ebook.edu.vn
Tiết dịch (hệ đơn giản) Thần kinh (hệ phức tạp) Hormone (thể dịch) cùng với hệ thần kinh tham gia điều chỉnh các quá trình trao đổi vật chất của cơ thể. Trao đổi vật chất của cơ thể cũng như của tế bào là một quá trình phức tạp gồm rất nhiều phản ứng liên quan chặt chẽ với nhau. Bình thường trong một tế bào trong một thời điểm có hàng trăm phản ứng xảy ra. Những phản ứng đó do enzyme xúc tác, nhưng enzyme chỉ giúp cho phản ứng tiến hành nhanh và có trình tự. Xét về mặt tổng quát enzyme không có tác dụng điều chỉnh. Tác dụng điều chỉnh này là do hệ thống chuyên hoá giúp cho những loạt phản ứng do enzyme xúc tác được tiến hành đúng lúc, đúng phương hướng, đúng cường độ mà mô bào cần thiết. Hệ thống chuyên hoá đó là hormone. Ở động vật đơn bào chưa có hệ thần kinh thì sự điều tiết chủ yếu là thể dịch vì hoạt động của cơ thể chúng còn đơn giản. Qua quá trình tiến hoá, cơ thể động vật đã xuất hiện hệ thần kinh để đáp ứng những hoạt động phức tạp hơn của cơ thể. Nhưng trong quá trình tiến hoá động vật vẫn giữ cả hai hệ thống và hai hệ thống này hoạt động phối hợp nhau, sự liên hệ đó Hình 4.2. Sơ đồ về mối liên hệ giữa thần kinh và thể dịch Tín hiệu ở bên ngoài hoặc bên trong ↓ Thần kinh trung ương ↓ Vùng dưới đồi ↓ Hormon giải phóng(ng) ↓ Tuyến yên ↓ Chu trình kiểm soát Hormon của tuyến yên ngược ngắn (μg) ↓ Tuyến đích Chu trình kiểm soát Chu trình kiểm ↓ ngược ngắn soát ngược dài Hormon cuối cùng ↓ Mô bào đích Hình 4.3. Sơ đồ tổng quan về mối liên hệ giữa hormone giải phóng vùng dưới đồi, tuyến yên với các tuyến đích Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 102 http://www.ebook.edu.vn
Thần kinh trung ương ↓ Vùng dưới đồi ↓ Các hormone giải phóng GH TRH CRH Dopamin PRF gnRH GIH PIF gnRIF Tuyến yên β-LTH GH TSH ACTH PRL TSH LH Phát triển xương Vỏ thượng β-Endorbin Tuyến vú B. trứng B.trứng Gan T. giáp chuyển hoá T.hoàn T.hoàn Glucid, protein T3, T4 ThÝch nghi Gi¶m ®au T¹o s÷a Ph¸t triÓn Rông trøng Tăng đường với stress Thể vàng nang Huyết Kích thích Tạo tinh Progesteron tạo testotteron trùng thông qua bộ phận dưới đồi (hypothalamus). Các tuyến nội tiết có mối liên hệ chặt chẽ với nhau qua sự điều tiết chung của tuyến yên, tuyến yên lại chịu sự điều tiết của thần kinh trung ương qua bộ phận dưới đồi, hình thành nên hệ thống hypothalamo - hypophysealis (thần kinh- thể dịch). So với hệ thần kinh thì hormone được hình thành sớm hơn, nó hoạt động chậm hơn nhưng nó bao quát đến tất cả các tế bào. Có thể coi hormone là những tín hiệu hoá học được đưa tới tế bào để hướng hoạt động của enzyme trong tế bào theo chiều hướng đúng với nhu cầu sống của cơ thể. Còn hệ thần kinh được hình thành sau hơn nó hoạt động nhanh, chính xác hơn nhưng nó không bao quát đến tất cả các tế bào. Sự tổng hợp hay giải phóng một hormone nào đó đều được kiểm soát một cách chặt chẽ bao gồm ba giai đoạn của sự tương tác như sau: Hypothalamus giữ vai trò chủ đạo điều hoà hoạt động của các tuyến nội tiết trước hết hypothalamus tiết ra các tác nhân có tác động kích thích gọi là yếu tố giải phóng RF (Releasing factor) hoặc là các tác nhân có tác dụng ức chế IF (inhiliding factor). Các tác nhân này tác động đến thuỳ trước của tuyến yên để kích thích tiết hormone cấp I. Sau đó hormone cấp I này sẽ tác động đến các tuyến nội tiết khác, điều khiển chúng tiết ra hormone cấp II. Các hormone cấp II có nhiệm vụ đáp ứng lại những đòi hỏi của cơ thể, đồng thời chúng có thể ngăn chặn sự tiết RF, IF của hypothalamus hay ngăn chặn sự tiết hormone cấp I theo cơ chế điều hoà ngược (Megative feedback ) (hình 4.2, 4.3). Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 103 http://www.ebook.edu.vn
2. Phân loại hormone Căn cứ để phân loại hormone dựa vào bản chất hoá học của hormone. Bản chất hoá học của hormone cũng quyết định tính chất và cơ chế tác dụng của hormone như tính hoà tan trong nước, tác dụng lên màng, lên gen... Căn cứ vào đó hormone có thể được phân thành bốn nhóm chính sau. 2.1. Hormone peptide Đây là những hormone có từ 3 acid amin trở lên, gồm những hormone của các tuyến vùng dưới đồi, tuyến yên, tuyến tuỵ... Sự tổng hợp các hormone peptide thường xảy ra ở lưới nội chất, khi tổng hợp thường ở dưới dạng pro-hormone, ví dụ pro-Insuline ở dạng này nó chưa có hoạt tính. pro-Insuline gồm ba chuỗi: chuỗi A gồm 21 acid amin, chuỗi B gồm 30 acid amin. Hai chuỗi này được nối với nhau bởi 2 cầu nối dissulfid và giữa chúng là chuỗi C có 30 acid amin. Khi có nhu cầu về Insuline nó được enzyme peptidase cắt bỏ chuỗi C tạo thành Insuline có hoạt tính. Chuỗi B Phe Val Asp Gly His Leu Cys Gly Ser His Leu Val Glu Ala Leu Tyr Leu Val Cys Gly Glu ARG S S Gly Phe S S Phe Tyr Chuỗi A Thr Ile Val Glu Gln Cys Cys Ala Ser Val Cys Ser Leu Tyr Gln Leu Glu Asn Tyr Cys Asn Pro S S Hình 4.4. Cấu trúc của Insuline Các hormone peptide tan trong nước và được lưu thông trong máu dưới dạng tự do, thời gian đáp ứng ngắn (vài giây cho tác dụng với sự tăng đường huyết của glucagon hoặc chống lợi niệu của vasopressin). Hormone peptide không thâm nhập vào trong tế bào đích mà tác dụng lên bề mặt tế bào đích thông qua chất cảm thụ đặc hiệu của chúng ở trên màng tế bào. 2.2. Hormone là dẫn xuất của các acid amin Những hormone thuộc nhóm này có khối lượng phân tử thấp và thường là những dẫn xuất của Tyrosine, gồm những hormone của miền tuỷ thượng thận như Adrenalin, Nor adrenalin đây là những hormone tan trong nước và những hormone của tuyến giáp trạng như Triiodotyronin T3, Tetraiodtyronin T4 (Thyroxin), chúng ít tan trong nước. Sự tổng hợp các hormone này thường đơn giản và nhanh hơn so với những hormone peptide. Các hormone này được lưu thông trong máu dưới dạng tự do như Adrenalin, Nor adrenalin hoặc được vận chuyển dưới dạng kết hợp với protein như hormone tuyến giáp có chất vận chuyển là TBG (Thyroxin binding globulin) vận chuyển Thyroxin T3, T4. Thời gian đáp ứng của các hormone này rất ngắn thường vài giây như Adrenalin, Nor adrenalin Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 104 http://www.ebook.edu.vn
Các hormone này cũng không thâm nhập vào trong tế bào đích mà tác dụng lên bề mặt tế bào đích thông qua chất cảm thụ đặc hiệu của chúng ở trên màng tế bào. 2.3. Hormone Steroid Các hormone Steroid bao gồm những hormone của miền vỏ thượng thận, của tuyến sinh dục. Các hormone Steroid được tổng hợp từ cholesterol. Chúng có đặc tính không tan trong nước, chỉ hoà tan trong lipid, chúng được lưu thông trong máu thường nhờ các yếu tố vận chuyển đặc hiệu, ví dụ: CBG (Corticosteroid binding globulin) vận chuyển cortisol, corticosteron, progesteron. SBG (Sex hormone binding globulin) vận chuyển đối với các hormone sinh dục estradiol và testosteron. Một lượng nhỏ hormone thuộc nhóm này lưu trong trong máu dưới dạng tự do. Khi đến tế bào đích hormone được tách khỏi protein vận chuyển sang dạng tự do. Nó xâm nhập vào trong tế bào đích và kết hợp với chất cảm thụ đặc hiệu của nó tạo thành hợp chất trung gian đến tác dụng lên DNA nhân của tế bào. Thời gian đáp ứng của hormone Steroid khá lâu so với các hormone peptide và hormone là dẫn xuất của acid amin. 2.4. Hormone là dẫn xuất của các acid béo Các hormone thuộc nhóm này thường phát huy tác dụng tại chỗ (ít vận chuyển xa từ nơi chúng được tiết ra mà có tác dụng với những tế bào gần nơi nó được tiết). Đại diện như hormone prostaglandin (hình 4.5). O || ⎯ COO- OH Hình 4.5. Cấu tạo của prostaglandin 3. Cơ chế tác dụng của hormone 3.1. Hai nguyên lý cơ bản về tác dụng của hormone: Nguyên lý thứ nhất: Hormone di chuyển trong máu đến mọi cơ quan, nhưng mỗi loại hormone chỉ tác động lên một số cơ quan (hay tế bào) chuyên biệt nhất định. Sở dĩ như vậy vì mỗi hormone khi đến tế bào đích sẽ được phân biệt bởi chất tiếp nhận hay chất cảm thụ (Receptor) đặc trưng riêng của mình. Chất tiếp nhận hormone ở tế bào đích có bản chất là những prrotein. Chúng khu trú ở ngay trên màng tế bào hoặc được phân bố ở trong tế bào chất. Những hormone tan trong nước như các hormone có bản chất là protein, oligopeptide, dẫn xuất của acid amin như Insuline, glucagon, Adrenalin v.v. thì các Receptor của chúng định vị ngay trên màng tế bào. Đối với các hormone có bản chất Steroid hay các hormone hoà tan trong lipid thì các Receptor của chúng phân bố ở trong tế bào chất. Khi các hormone này xâm nhập vào trong tế bào chúng thường kết hợp với chất tiếp nhận (Receptor) tạo thành phức hợp trung gian hormone-Receptor, từ các phức hợp này sẽ gây ra nhiều tác động khác nhau. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 105 http://www.ebook.edu.vn
Nguyên lý thứ hai: Việc gắn hormone vào chất tiếp nhận đặc hiệu của nó tạo nên phân tử thông tin nội bào mà sau đó nó làm kích thích hoặc giảm nhẹ hoạt tính hoá sinh đặc trưng của mô bào đích. Đối với các hormone hoà tan trong nước, thông tin nội bào thường là 3/, 5/ - AMP vòng hoặc là 3/, 5/ - GMP vòng (thông tin thứ 2). Còn đối với các hormone hoà tan trong lipid các phức hợp hormone-Receptor là các thông nội bào. 3.2. Cơ chế tác dụng của hormone Trong nghiên cứu về cơ chế tác dụng của hormone thì Adrenalin là chất đầu tiên được nghiên cứu có kết quả về cơ chế tác dụng lên tế bào gan ở mức độ phân tử, xuất phát từ công trình của E.W. Sutherland và cộng tác năm 1950. Sutherland được giải Nobel Y học năm 1971 về phát minh ra AMP vòng. Đặc tính tác dụng của hormone là với nồng độ rất thấp picomol (10-12mol), micromol (10 mol) nhưng sự phát huy tác dụng lại rất lớn. -6 Khái niệm về hệ thống thông tin thứ hai . Các hormone từ các tuyến nội tiết được tiết vào máu, từ máu được đưa tới tế bào đích, chúng phải chọn các tế bào “đích” để tác động. Điều kiện của một tế bào đích là phải có các Receptor cho hormone (ở màng tế bào hay ở bào tương hoặc nhân tế bào). Đối với các hormone hoà tan trong nước ( peptide và các dẫn xuất acid amin ) không đi qua màng tế bào mà lại gắn với các Receptor ở màng tế bào và tạo ra một dòng thác các phản ứng Enzyme. Dòng thác Adenylate dẫn đến sự tăng AMP vòng (AMPc) và sự hoạt hoá hệ thống protein Kinase. Đó là con đường chính thông tin (hormone) từ ngoài tế bào vào trong tế bào đích . Sự kết hợp giữa những thông tin thứ nhất (hormone) với các Receptor sẽ tạo ra những tín hiệu hoá học khác nhau trong tế bào. Những tín hiệu này gọi là thông tin thứ hai. Ngoài AMP vòng còn có một số chất thuộc thông tin thứ hai khác như GMPvòng (GMPc), Inosidol Triphosphate (IP3), Diacylglycerol hay diglycerid (DG) và Ion Ca2+ . Đối với các hormone không hoà tan trong nước (Hormone Steroid, hormone sinh dục...) chúng có thể đi qua màng tế bào để gắn với các Receptor của chúng ở trong tế bào chất hoặc trong nhân tế bào tạo thành phức hợp hormone-Receptor, thì thông tin thứ hai (thông tin nội bào) là phức hợp hormone-Receptor. Có hai cơ chế tác dụng cơ bản của hormone là: Tác dụng lên màng Tác dụng lên gen 3.2.1. Cơ chế tác dụng lên màng: Sự tiến hoá của sinh vật có một bước quan trọng là việc hình thành lên màng, một sự chuyển biến về chất lượng: Từ chất không sống sang chất sống. Bản thân màng là một cấu tạo chức năng hoàn chỉnh của tế bào, nên các tác dụng điều chỉnh của hormone phần lớn là tác động thông qua màng, trên màng có các cấu tạo cảm thụ (Receptor), các cấu tạo này rất đa dạng, chức năng phong phú nhưng nhìn chung là chúng có cấu trúc đặc thù ứng với chức năng, tính đặc thù của nó hết sức cao. Hormone là những yếu tố đi tới tác động lên các điểm cảm thụ đặc thù của mình. Cấu trúc hoá học của hormone thường phù hợp tương ứng với cấu trúc của các điểm cảm thụ. Khi tín hiệu (các phân tử hormone) đến, điểm cảm thụ tiếp nhận thì quá trình tiếp theo trong tế bào là: đa số chúng tác động lên Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 106 http://www.ebook.edu.vn
hệ thống enzyme Adenylatcyclase biến hệ thống enzyme này từ trạng thái không hoạt động sang trạng thái hoạt động hoặc ngược lại, ví dụ như tác động của Adrenalin như sau: Adrenalin Adenylatcyclase ----------------------> Adenylatcyclase (không hoạt động) (hoạt động) Dưới tác dụng của Adenylatcyclase nó chuyển hoá ATP →3/, 5/ - AMP vòng + PiPi 3/, 5/ - AMPvòng ATP Một số hormone như atrial natriuretic factor (ANF), hay nội độc tố vi khuẩn của E.coli... khi đến điểm cảm thụ của mình thì nó lại tác động lên hệ thống enzyme Guanylat- cyclase (GC) để chuyển GTP thành 3/, 5/ - GMP vòng. ANF còn gọi là atriopeptin hay yếu tố bài xuất Na+. ANF được bài tiết bởi tế bào tâm nhĩ của tim khi có thể tích máu tăng. ANF được máu đưa tới thận, hoạt hoá GC ở tế bào ống thu của thận, GMP vòng tăng gây kích thích sự bài xuất Na+ bởi thận kèm theo bài xuất nước. Sự mất nước làm giảm thể tích máu và hạ áp lực của máu. Cơ trơn của mạch máu cũng chứa chất thụ thể của ANF. ANF sau khi kết hợp với chất thụ thể của nó ở đây sẽ làm giãn mạch và hạ huyết áp. Một thụ thể GC tương tự cũng có ở màng tế bào biểu mô của ruột. Thụ thể này được hoạt hoá bởi nội độc tố của vi khuẩn E.coli. Sự tăng GMP vòng gây giảm tái hấp thu nước ở biểu mô ruột, dẫn đến ỉa chảy đặc hiệu do độc tố. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 107 http://www.ebook.edu.vn
Hình 4.6. Sự hình thành các thông tin nội bào AMPvòng, GMPvòng và tác dụng truyền tin qua trung gian là các protein kinase tương ứng ( A hoặc G) Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 108 http://www.ebook.edu.vn
Hình 4.7. Sự khuếch đại của thông tin khi hormone kết hợp với Receptor của màng tế bào Như vậy là các thông tin thứ hai (thông tin nội bào đã được hình thành) (Hình 4.6). Từ các thông tin nội bào này sẽ tác động lên hệ thống enzyme protein-kinase, rồi từ đó tác động lên hệ thống enzyme cần tác động cuối cùng. Đáng chú ý là quá trình tác động này thực hiện theo phản ứng dây chuyền và có sự khuyếch đại. Từ một phân tử hormone có thể tạo ra hàng trăm phân tử 3/, 5/ - AMP vòng và tạo thành hàng nghìn phân tử protein-kinase hoạt động v.v.(Hình 4.7). Nghiên cứu quá trình điều chỉnh hàm lượng đường trong máu ta sẽ thấy về cơ chế tác dụng lên màng của hormone. Hàm lượng glucose trong máu của động vật có vú là ổn định, nó giao động trong một phạm vi nhất định gọi là hằng số hoá sinh đặc thù. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 109 http://www.ebook.edu.vn
Ở người là: 80 - 120 mg%, ở lợn: 80 - 120 mg%, ở trâu bò: 40 -70 mg%, ở gia cầm: 150 - 300 mg%... Điều hoà sự ổn định này là do một số hormone như Insuline có tác dụng làm giảm hàm lượng đường trong máu khi hàm lượng đường tăng, Adrenalin và glucagon làm tăng hàm lượng đường trong máu khi hàm lượng đường này giảm. Ví dụ khi hàm lượng đường trong máu giảm thì Adrenalin được tiết ra chúng đến tác động vào tế bào cơ và tế bào gan. Ở tế bào gan quá trình diễn ra như sau: Khi đến tế bào gan chúng tác động lên điểm cảm thụ của nó, điểm cảm thụ này sau khi tiếp nhận Adrenalin sẽ tác động lên Adenylatcyclase chuyển enzyme này từ trạng thái không hoạt động sang trạng thái hoạt động, khi hoạt động đã chuyển hoá ATP thành 3/, 5/ - AMP vòng, 3/, 5/ - AMP vòng tác động lên hệ thống enzyme protein- kinase biến nó thành hoạt động, hệ thống này lại tác động lên enzyme phosphorylase chuyển chúng từ trạng thái “b” không hoạt động sang trạng thái “a” hoạt động, enzyme này sẽ chuyển hoá Glycogen thành Glucose 1-p. Glucose 1-p được enzyme isomerase chuyển thành Glucose 6-p. Glucose 6-p được enzyme phosphatase cắt gốc phosphate thành Glucose đưa vào máu (Hình 4.8). 3/, 5/ - AMP vòng ngoài tác động lên hệ thống enzyme phosphorylase qua hệ thống protein-kinase I, nó còn tác động lên hệ thống protein-kinase II. Hệ thống enzyme này hoạt động sẽ tác động lên hệ thống enzyme glycogen syntetase, chuyển chúng từ trạng thái hoạt động sang trạng thái không hoạt động làm ngừng quá trình sinh tổng hợp glycogen từ glucose. Như vậy protein-kinase là một enzyme chìa khoá trong liên hệ giữa AMPvòng với hệ thống enzyme phosphorylase và glycogen syntetase. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 110 http://www.ebook.edu.vn
Enzyme protein-kinase là một phức hợp CR gồm bốn tiểu phần, hai tiểu phần xúc tác C Hình 4.8. Sơ và hai tiểụng của iadrrenalin trong việc làmng ng hàm lưt động của nó, bốn tiểu (catalytique) đồ tác d u phần đ ều hoà R (regulatrice). Dạ tă không hoạợng glucose trong máu ởnàybliêngant với nhau, tiểu phần điều hoà ức chế tiểu phần xúc tác. Sự điều hoà hoạt phần tế ào kế động của nó là 3/, 5/ - AMP vòng. 3/, 5/ - AMP vòng gắn vào tiểu phần điều hoà làm cho phức hợp CR tách rời nhau. Tiểu phần C được giải phóng và phát huy tác dụng xúc tác (Hình 4.9). Dưới tác dụng của tiểu phần C, hệ thống enzyme phosphorylase sẽ được chuyển từ dạng dime (dạng b) không hoạt động sang dạng tetrame (dạng a) hoạt động. Enzyme này hoạt động nó sẽ xúc tiến quá trình phân giải glycogen thành glucose đưa vào máu. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 111 http://www.ebook.edu.vn
Tiểu đơn vị xúc tác Tiểu đơn vị điều hoà Tiểu đơn vị xúc tác (C) Phức hợp AMPc và hoạt động tiểu đơn vị điều hoà (R) Hình 4.9. Sự hoạt hoá protein kinase của AMP vòng Khi hoạt động xong 3/, 5/ - AMP vòng bị phân huỷ bởi enzyme phosphodiesterase theo phản ứng thuỷ phân: phosphodiesterase 3/, 5/ - AMP vòng + H2O ---------------------------------> Adenozin 5/ phosphate. Hoạt tính của phosphodiesterase phụ thuộc vào Mg+2 phản ứng này xảy ra ở tế bào chất. Một số chất như cafein của cà phê, chè; nicotin của thuốc lá... có tính chất ức chế enzyme phosphodiesterase, dẫn đến kéo dài sự tồn tại của 3/, 5/ - AMP vòng làm tăng quá trình trao đổi chất của tế bào gây nên sự tỉnh táo. 3/,5/ - AMP vòng bị phân huỷ thì các tiểu phần của protein kinase lại kết hợp với nhau thành phức hợp ban đầu CR không có hoạt tính xúc tác. Bằng con đường này các hệ thống enzyme do chúng điều khiển lại trở lại trạng thái nghỉ bình thường. Một số lớn hormone đã làm tăng nồng độ của 3/,5/ - AMP vòng trong các mô bào đích, vì chúng có thể kết hợp với các Receptor của nó trên bề mặt của tế bào đích và kích thích Adenylatcyclase gắn trên màng. Đó là các hormone của thùy trước tuyến yên như ACTH, LH, FSH, TSH, các hormone cận giáp trạng và calcidonin, hormone của thuỳ sau tuyến yên như Vazopresin làm tăng 3/,5/ - AMP vòng trong thận. Mặc dù nhiều hormone có sự kích thích tạo 3/,5/ - AMP vòng nhưng mỗi hormone lại có dòng đặc hiệu bởi vì nó kích thích tạo 3/,5/ - AMP vòng chỉ trong những tế bào có chứa các Receptor bề mặt đặc hiệu cho hormone đó. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 112 http://www.ebook.edu.vn
Mặt khác 3/,5/ - AMP vòng cũng chỉ tồn tại trong những tế bào đã được kích thích và không đưa vào máu để gây nên sự kích thích chung cho tất cả các tế bào. Song một quá trình phản ứng lại có thể được nhiều hormone kích thích. Ví dụ đối với lipase ở mô mỡ có thể do các hormone Adrenalin, Glucagon, ACTH, TSH v.v.. các hormone này đều làm tăng sự hình thành 3/,5/ - AMP vòng trong mô mỡ và kích thích Lipase. 3/,5/ - AMP vòng còn là một chất trao đổi trung gian (mediator) đặc hiệu hoặc một thông tin viên (messenger), một dạng khác của hệ thống điều hoà trong các tế bào. Nó tác dụng trung gian vào việc làm cảm ứng sự tổng hợp Enzyme, tham gia vào sự dẫn chuyền synap trong hệ thần kinh, giữ chức năng điều hoà trong sự phân chia tế bào; là một chất trung gian (mediator) trong phản ứng miễn dịch và chống nhiễm trùng của các mô bào kể cả phản ứng dị ứng. Độc tố Cholera gây sự ỉa chảy ồ ạt và làm mất dịch trong ống tiêu hoá là do độc tố này gắn vào các Receptor đặc hiệu trong tế bào đường tiêu hoá tạo ra 3/,5/ - AMP vòng ở nồng độ cao. 3/,5/ - AMP vòng này đã làm tăng quá trình bệnh lý do ảnh hưởng tới quá trình vận chuyển tích cực trong các tế bào đường tiêu hoá. Chức năng của 3/,5/ - AMP vòng trong các tế bào khác nhau có thể bị ảnh hưởng bởi hai yếu tố đó là Ca2+ tự do và Prostaglandin. Trong một số trường hợp Ca2+ làm tăng cường sự tác động của 3/,5/ - AMP vòng, trong một số trường hợp khác nó lại đóng vai trò ức chế. Prostaglandin A1 được coi là thông tin viên trung gian giữa Receptor-hormone bề mặt tế bào và Adenylatcyclase. Mặt khác nó lại ức chế Adenylatcyclase của tế bào đường tiêu hoá do nó gắn vào vị trí đặc hiệu trên enzyme này. Về Receptor màng: đây là Receptor được phân bố trên màng tế bào, đối tượng tiếp nhận của nó có bản chất là protein và những hợp chất khác hoà tan trong nước. Chúng tiếp nhận các hormone này ngay trên màng tế bào rồi chuyền thông tin vào trong tế bào qua sự tác động lên các hệ thống enzyme tạo nên các nucleotide vòng và thường thông qua hệ thống protein G. Protein G bao gồm một họ G protein gồm nhiều tiểu đơn vị như α, β và γ. Cấu tạo tổng quát của nó như hình 4.10. Vai trò của protein G có tác dụng điều hoà sự hoạt động giữa hormone với enzyme tạo nên các nucleotide vòng thông qua sự kết hợp của GTP hay GDP. Khi có mặt của hormone thì GTP kết hợp với tiểu đơn vị α làm tiểu phần này tách khỏi phức hợp α, β và γ và trở thành hoạt động, nó sẽ hoạt hoá Adenylatcyclase để biến ATP thành 3/,5/ - AMP vòng. Khi không có mặt hormone, GDP sẽ kết hợp với tiểu đơn vị α qua phản ứng thuỷ phân GTP thành GDP và các tiểu đơn vị α, β và γ của protein G lại kết hợp với nhau trở thành không hoạt động (hình 4.11). Như vậy sự truyền thông tin từ tín hiệu hormone qua enzyme Adenylatcyclase gồm 2 bước Bước 1: Một phân tử hormone kết hợp với một Receptor xúc tác hoạt hoá nhiều phân tử Gs. Bước 2: Một phân tử Gsα hoạt hoá Adenylatcyclase xúc tác sự tổng hợp nhiều phân tử AMP vòng. Hiệu quả của dòng thác phản ứng liên tiếp là sự khuyếch đại rất có ý nghĩa của tín hiệu hormone . AMP vòng là một truyền tin nội bào thứ hai trong hệ thống truyền tin, nó có đời sống ngắn và nhanh chóng bị phân huỷ bởi phosphodiesterase thành 5’ –AMP, chất này không có Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 113 http://www.ebook.edu.vn
tác dụng của chất truyền tin thứ hai, vì tín hiệu nội bào chỉ tồn tại khi Receptor còn được liên kết với Adrenalin. Nồng độ AMP vòng tăng hay giảm là phụ thuộc vào nồng độ hormone và tác dụng của hormone cũng thay đổi tuỳ thuộc từng mô: Glucagon gây tăng cao nồng độ AMP vòng ở gan nhưng ít gây thay đổi nồng độ AMP vòng ở cơ. Hình 4.10. Cấu tạo của hệ thống Receptor và protein G AMPc sẽ tác dụng trực tiếp trên protein kinase phụ thuộc AMPv, còn gọi là protein kinase A. Protein kinase A này hoạt hoá bởi AMPc xúc tác sự phosphoryl hoá phosphorylase. Cũng cần lưu ý rằng một số hormone lại ức chế Adenylatcyclase làm giảm nồng độ AMPc và làm giảm quá trình phosphoryl hoá protein. Chẳng hạn như Somatostatin khi kết hợp với Receptor đặc hiệu thì protein G ức chế (Gi) được hoạt hoá làm ức chế Adenylatcyclase. Như vậy Somatostatin làm đối trọng với tác dụng của Glucagon. Các tín hiệu ngoài tế bào (tín hiệu thứ nhất ) – hormone có thể có tác dụng hoàn toàn khác nhau ở những tế bào hoặc mô khác nhau, tuỳ thuộc vào loại Receptor, loại protein G –Gs hoặc Gi -được gắn với Receptor và một loạt các enzyme có thể được phoshoryl hoá bởi protein kinase phụ thuộc AMP vòng ở mỗi loại tế bào hoặc mô đó. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 114 http://www.ebook.edu.vn
Hình 4.11. Sơ đồ hoạt động điều hoà của protein G 1. Gs kết hợp với GDP “bị ngắt”, không hoạt động . 2. Gs tiếp xúc với phức hợp Hormone –Receptor, thay thế liên kết với GDP bằng GTP . 3. Tiểu phần α - GTP được tách ra và hoạt hoá Adenylatcyclase . 4. GTP bị phân huỷ bởi GTPase thành GDP trong Gs. Gs(α) “tự ngắt”, tiểu đơn vị α không hoạt động kết hợp lại với tiểu đơn vị β và γ . 3.2.2. Cơ chế tác động lên gen. Từ lâu người ta đã nghiên cứu về sự biến thái của côn trùng. Điều gì đã gây ra sự biến thái này, đó là do hormone Ecdizon có nguồn gốc từ Steroid. Thực tế hormone này đã đánh thức gen tổng hợp những protein cần thiết và ức chế các gen không cần thiết khác trong quá trình biến thái của côn trùng. Những công trình nghiên cứu gần đây đã cho những hiểu biết sâu sắc về cơ chế hoá sinh của các hormone Steroid cũng như các hormone hoà tan trong lipid khác. Các hormone Steroid bao gồm Estrogen hay là hormone nữ tính trong đó quan trọng nhất là Estradiol và Estron, Androgen hay hormone nam tính như Testosterone, Dihydrotestosterone; hormone thai nghén Progesteron; hormone Steroid của vỏ thượng thận như Cortiol, Corticosterone (hình 4.12). Các hormone giới tính tác động rộng trên các cơ quan giới tính, các hormone của vỏ thượng thận thường có tác dụng sâu lên sự trao đổi chất của nhiều mô bào, nhất là sự trao đổi protein. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 115 http://www.ebook.edu.vn
Hình 4.12. Công thức của một số hormone Steroid Người ta đã chứng minh rằng các hormone Steroid gắn với chất tiếp nhận đặc hiệu của nó trong tế bào chất tạo thành phức hợp trung gian Receptor-hormone rồi xâm nhập vào nhân tế bào. Phức hợp trung gian Receptor-hormone sẽ đóng vai trò giải ức chế gen đồng thời làm tăng hoạt tính của m-RNA polimelase. Gen được giải phóng sẽ tham gia vào quá trình sao chép tạo ra các m-RNA, từ các m-RNA này thông qua quá trình phiên dịch để tạo ra các enzyme hoặc protein chức năng tương ứng. Chính những chất này sẽ xúc tiến các quá trình điều chỉnh trong tế bào (hình 4.13). E.V. Jensen và cộng sự đã nghiên cứu ở Estrogen, ông nghiên cứu số phận của Estradiol phóng xạ được tiêm vào động vật cái chưa trưởng thành với một liều lượng nhỏ, những hormone đánh dấu này được định vị vào tử cung và âm đạo, đó là các đích tác động của Esterogen. Esterogen đánh dấu không những tìm thấy ở tế bào chất mà còn tìm thấy ở nhân tế bào nó được định vị ở chromatin. Các nghiên cứu của J.Gorski đã chứng minh protein tiếp nhận Esterogen có mặt ở tế bào chất ở dạng dime có độ lắng 4S khi gắn với Esterogen nó chuyển sang dạng có độ lắng 5S. Phức hợp Receptor- Estrogen 5S được tìm thấy ở nhân tế bào nó được định vị ở choromatin. Thông qua các quan điểm tương tự người ta đã tìm ra các protein chất tiếp nhận của các hormone Steroid khác như Receptor cho Androgen trong tiền liệt tuyến, các Receptor hormone vỏ thượng thận, của progesteron v.v.. O Mallay và cộng sự đã thực hiện các nghiên cứu để tìm hiểu sự tác động của nó tiếp theo quá trình gắn của progesteron là sự di chuyển của phức hợp progesteron - Receptor từ tế bào chất vào nhân tế bào, phức hợp này gắn với chromatin gây sự tăng hoạt tính của m-RNA polimerase và tăng quá trình hình thành m-RNA cho một vài protein để tạo nên một lượng lớn protein ở vòi trứng như albumin trứng. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 116 http://www.ebook.edu.vn