Giáo trình Tế bào học: Phần 2 - PGS.TS Thái Duy Ninh

Chia sẻ: Sơn Tùng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:136

Thêm vào BST

Báo xấu

144
lượt xem 42
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nối tiếp nội dung phần 1 cuốn giáo trình "Tế bào học", phần 2 giới thiệu tới người học các nội dung: Tế bào nhân chuẩn, sự phân chia tế bào, phương pháp nghiên cứu tế bào. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Tế bào học: Phần 2 - PGS.TS Thái Duy Ninh

Chương 3 TẾ BÀO NHÂN CHUẨN I. ĐẠI CƯƠNG VỀ TỂ BÀO NHÂN CHUẨN Tế bào nhân sơ có hình dạng thuộc ba dạng phổ biến là hình que, hình phẩy hay xoắn và hình Cầuj còn các tế bào nhân chuẩn thì hình dáng đa dạng hơn. Tế bào biểu bì thực vật có hình dạng khôi vuông hay chữ nhật, vách phía tiếp xúc môi trường dày và hóa cutin ở lá, hoá bần ở thân rễ. Đặc biệt tế bào biểu bì rễ non còn có thể phình ra th àn h tế bào lông hút. Tê bào tầng phát sinh có hình khôi chữ nhật, thành mỏng, nhân lớn, tế bào chất nhiều. Tế bào mô thịt gần như quả trứng. Tê bào mô thịt lá chứa nhiều lục lạp và h ạ t tinh bột. Tế bào mach • • • X # • I dẫn có hình trụ rỗng dài, vạch hoá lignin, có tác dụng nâng đỡ cơ học và dẫn dắt thức ăn từ dưối lên và tế bào có lỗ rây thì dẫn chất hữu cơ tổng hợp đến các bộ phận khác của cây. Tế bào cánh hoa thì không bào lớn, chứa nhiều chất có màu sắc. Tế bào động vật cũng vô cùng đa dạng, phong phú. Tuỳ loại mô khác nhau mà tế bào có hình dạng khác nhau. Tế bào hồng cầu hình đĩa dẹp hai bên. Tế bào cơ thì dài và gần nhọn hai đầu. Tế bào thần kinh có hình dạng sao có hình tua dài,... Tế bào nhân chuẩn có hình dạng nói chung phức tạp, song cách cấu tạo rấ t gần giông nhau: chúng đểu có vỏ, màng sinh chất, nhân và tê bào chất. Trong tế bào chất thì có nhiều cơ quan tử xây dựng nên nhờ hệ thống màng bên trong tế bào (hình 3.1). Trong cơ thể động vật cũng như thực vật, các tế bào trên cơ sở 60
chức năng thông nhất hợp lại thành các mô. Nhiều mô hợp lại thành cơ quan. Nhiều cơ quan hợp lại thành cơ thê hoàn chỉnh. Hình 3.1. Sơ dổ cấu trúc chi tiết tế bào động vật (biểu bì lông ruột) Aer: lưới nội chất không có hạt; p: lỗ màng nhân; chr: thể nhiễm sắc; ri' riboxom; d: thể sợi desmosoma; c: trung tử; nu: nhân; clr: gốc lông; p v túi uống ■ger: mạng lưới nội chất có hạt; bm: bên ngoàii màng; cl: lông; g: bộ máy Golgi; mv: túi của màng; li: lyzoxôm; mf: rành sâu; pm: màng sinh chất; mi: ti thể; sv: túi tiết 61
Trưốc tiên chúng ta tìm hiểu màng sinh chất và chức năng của màng sinh chât. II. MÀNG SINH CHẤT VÀ CHỨC NĂNG Điếu trưốc tiên muôn nói là tế bào xuất hiện chỉ khi có màng hình thành. Tế bào có thành phần cấu tạo hết sức phức tạp. Các màng vạch rõ ra ranh giới bên ngoài và điều khiển dòng phân tử qua ranh giới đó. Màng chia không gian bên trong tế bào ra thành các bộ phận riêng biệt, các quá trình và thành phần riêng rẽ. Chúng tổ chức phản ứng phức tạp liên tục và chúng còn làm tru n g tâm của việc dự trữ năng lượng và thông tin qua lại từ tế bào đến tế bào. Các hoạt động~sinh học của các màng bắt nguồn từ các tính chất vật lí đặc biệt của chúng. Các màng bển vững nhưng linh hoạt, tự khép kín và thẩm thấu chon lọc đôi vối các chất tan có cực. Tính linh hoạt • • • của nó cho phép thay đổi có định hướng, đồng thời làm cho tê bào vừa lớn lên vừa chuyển động (như amip). Khả .năng đóng kín các chỗ vỡ tạm thời cho màng liền lại cho phép sự hợp nhất lại của hai màng như lúc thải ra khỏi tế bào hay cho phép phần màng đơn đóng sau khi phân chia, thu được hai ngărTđã kín, như ở trong thực bào, hay trong sự phân chia tế bào không sinh ra lỗ lớn thô thông qua bề mặt của tế bào. Vì màng có tính thẩm thâu chọn lọc: giữ lại các chất và các ion nhất định đối VỚI các tê bào và đôi với các phần của tê bào đặc trưng vầ ngăn chặn các thứ khác. Các màng không phải là các tấm chán thụ động. Chúng bao gồm một loạt protein đặc biệt kích thích hay xúc tác khác nhau của các phân tử. Các bơm vận chuyên các chất tan hữu cơ đặc biệt và các ion vô cơ qua màng ngược gradient nồng độ, biên đối năng lượng từ dạng này sang dạng khác. Chất nhận 62
(receptor) của màng sinh chất nhạy cảm với các dấu hiệu ngoài tê bào, làm biến đổi chúng thành phân tử thay đổi trong tê bào. Các màng gồm có hai lớp phân tử và do đó rất mỏng, chúng được coi như hai đơn vị cơ bản. Hầu hết các quá trình sinh lí tê bào là phôi hợp vối màng (thậm chí như sự tổng hợp các chất lipit và các chất protein và sự biến đổi năng lượng trong ti thê và lục lạp). Vì các va chạm giữa các phân tử ở trong không gian hai lớp khác nhiều so với ở trong không gian ba lớp nên hiệu quả của các con đường xúc tác enzym nhất định xảy ra trong hai lớp được tăng lên rấ t lớn. Protein rìa màng TỂ BÀO CHẤT Hình 3.2. Mô hình câu trúc màng sinh chất Trong phần này, trước hết chúng ta mô tả thành phần của màng tế bào và cấu tạo hoá học của chúng, cấu trúc lí học là nơi tao ra các màng chức năng sinh học. Sau đó chúng ta 63
nghiên cứu sự vận chuyển màng và sự vận chuyển qua màng có protein của các chất tan. Trong phần cuối chúng ta sè tìm hiểu vai trò của màng trong trao đổi n ă n g lương, tổng hdp mô, chuỵển.giao tín hiệur íổng hợp protein (hình 3.2). 1. Thành phần cấu tạo phân tử của màng sinh chất Để hiểu chức năng của màng, ta phải nghiên cứu xác định ' thành phần của màng; ví dụ, thành phần nào là phổ biến nhất trong màng, đơn vị nào duy nh ất để màng có các chức năng dặc trưng,... Hiểu biết thành phần cũng thay đổi trong các nghiên cứu của cấu trúc màng, như các mẫu đối với cấu trúc màng, cần thiết làm cho phù hợp và giải thích thành phần đã biết. Trưốc khi làm rõ cấu trúc và chức năng của màng, chúng ta nghiên cứu xem xét thành phần phân tử của màng. Bảng 3.1. Các thành phán chủ yếu của màng sinh chất của các loài khác nhau Protein Photpho sterol Các lipit khác Loai • sterol (%) lipit (%) (%) Gan 45 27 25 Cholesterol chuột V t Lá ngũ 47 26 Galactolipit 7 Sitosterol cốc t \ Men Triaxylglixerol 52 7 4 Ergosterol rượu Steryl este Trùng đế 56 40 — 4 Stigmasterol giày E. Coli 75 25 — 0 — Các protein và các lipit có cực được coi như cấu tử chiếm phần lớn khôi lượng của màng sinh chất. Trong đó một phần « 4
nhỏ là cacbohiđrat dạng glicoprotein. Tỉ lệ tương đôi giữa protein và lipit khác nhau trong các loại màng khác nhau (bảng 3.1), phản ánh tính phong phú về vai trò của màng, vỏ miêlin, đóng vai trò như chất cách điện bị động bọc xung quanh sỢi của các tê bào nơron, bao gồm một lớp lipit sơ cấp; nhưng màng của vi sinh vật, của lục lạp, của ti thể, trong đó có nhiêu quá trình trao đồi chất xúc tác bởi enzym xảy ra tại chỗ chứa protein hơn lipit. 2. Mỗi màng có thành phần lipit đặc trưng Đế nghiên cứu th àn h phần của màng, điều quan_£xạag dẩu tiên l ả tách dườc màng thích hdp. Khi các tế bào nhân thực là đôi tượng đê nghiên cứu cơ chế, các màng sinh chất của chúng được xé vụn ra và tách phân đoạn, tách các thành phần tế bào và các cơ quan tử gắn liền với màng như ti thể, lục lạp, lizôxôm, nhân và phần khác. Các phần cắt đoạn của màng sinh chất và các cơ quan tử đã cắt rời có thê được tách bằng kĩ th u ậ t li tâm. Phân tích hoá học của màng tách ròi từ các nguồn khác nhau dẫn đến một sô" tính chất chung. Thành phần lipit của màng là đặc trưng cho từng loại, từng loài, từng loại mô và từng loại cơ quan tử gắn liền với tế bào đã sử dụng (bảng 3.2). Các tế bào có cơ chế rõ ràng kiểm soát các loại và tổng số các lipit của màng đã tổng hợp và cung cấp các lipit đặc trưng cho các cơ quan tử cụ thể. Sự phôi hợp tuyệt vời này được xem là các tiến bộ đặc biệt chỉ một không hai đối với các tế bào và cơ thể trong quá trình tiến hoá; nhưng trong nhiều trương hợp, tầm quan trọng về chức năng của các hợp chất lipit đặc trưng này còn chưa được phát hiện. 5- TẾBÀOHỌC 65
Bảng 3.2. Thành phần lipit của màng cơ quan tử của tế bào gan chuột Choi PC PE PS Pl PG CL SM Màng sinh chất 30 18 11 9 4 0 0 14 Phức hê Golgi 8 40 15 4 6 0 0 10 Màng lưới nội chất trơn 16 50 21 0 7 0 2 12 Màng lưới nội chất có hạt 6 55 16 3 8 0 0 3 Màng nhân 10 55 20 3 7 0 0 3 Màng lizôxôm 14 25 13 0 7 0 5 24 Màng ti thể: trong 3 45 24 1 6 2 18 3 ngoài 5 45 23 2 13 3 4 5 Kí hiệu: Choi là cholesterol; PC là photphatidylcholin PE là photphatidyletanolamin; PS là photphatidylserin; PI là photphatidylinositol; PG là photphatidylglixerol; CL là cadiolipin; SM là sphingomyelin. 3. Các màng giữ chức năng khác nhau có protein khác nhau Hợp chất protein của các màng từ các nguồn khác nhau là khác nhau rất lớn so với hợp chất lipit của chúng, phản ánh sự đặc trưng về chức năng. Đoạn ngoài tê bào que của võng mạc mắt động vật có xương sông là có đặc trưng cao đổi VỐI sự tiếp nhận ánh sáng. Trôn 90% protein màng của nó là protein hấp thụ ánh sáng rhodopsin. Màng sinh chất không đặc trưng của hồng cầu có khoáng 20 loại thành phần protein đáng chú ý, một^âố lớn trong sô đó có sô lượng ít. Nhiều loại trong đó đóng vai trò như chất vận chuyển, mỗi loại chịu trách nhiệm vận chuyển một chất hqà 66
tan riêng đi qua màng. Màng trong của E. Coli chứa hàng trăm protein khác nhau, các nhân tô vận chuyến khác nhau cũng như các một sô enzym tham gia vào quá trình trao đổi, biên đôi năng lượng, tổng hợp lipit, xuất ngoại protein và phân chia tê bào. Màng ngoài của E. Coli có các protein có các chức năng khác nhau và kiểu protein khác nhau. Một sô loại protein màng có nhiêu cacbohiđrat liên kết cộng hoá trị. Các cacbohiđrat có thê chiếm từ 1 - 70% của tổng khôi lượng của các glicoprotein này. Trong rhodopsin của mắt động vật có xương sông một loại hèxasaccarit đơn chiếm 4% tổng sô". Trong glicophonn, một glicoprotem của màng sinh chất của hồng cầu, thì 60% của khôi lượng bao gồm các đơn vị polisaccarit phức tạp liên kết cộng hoá trị với các đuôi axit amin. Ba đuôi axit amin như serin, threonm (Thr) và asparagin (Asp) thường là các điểm tiếp xúc. Thông thường màng sinh chát chứa nhiều glicoprotein, nhưng các màng nội bào như màng lục lạp, màng ti thể thì chứa ít các cacbohiđrat liên kết cộng hoá trị. Các nửa của glicoprotein ỏ bề mặt ảnh hương tới sự gấp cuộn của protein, vận chuyển tối bê mặt của tê bào và các chức năng thu nhận (reception) của các glicoprotein này. Một sô" các protein này có liên kêt cộng hoá trị với một hoặc nhiều lipit. mà các lipit có thê giử vai trò như những cọc néo kị nước, giu chát protein vói m àng. Một nửa lipit trên một số protein màng là axit béo. gán với amit hay liên kết este. Các protein có chuỗi dài isoprenoit liên kêt cộng hoá trị, và những protein khác liên kết vối photphatidylinositol (hình 3.3) thông qua polisaccarit phức tạp (glican). 67
L ip it m o ie ty ữ ẽ m tié p x u c đuôi a n rin o ^ y Mynstoyl Panmtoyl Ser hoâc Thr ờ trang * Panm toyl C ysở trong Pamesyl Metyl este của đuôi cacboxyl Cys 14C _>____ ơ c^ycan ■ o— o in o á td Photphattiđylincstd - c^ycan arĩinoaxit đuôi cacbax^ Hình 3.3. Các lipit liên kết đống hoá trị néo các protein ria màng. Chuỗi duôi íarnesyl là một isoprenoit. 68
4. Câu trúc phân tử của màng Tất cả các màng sinh chất có các tính chất cơ bản. Chúng không có khả năng thấm đối với nhiều chất tan có cực hay tích điện nhưng có khả năng thấm đôi vối các hợp chất không có cực; màng dày 5 - 8 nm, có 3 lớp khi quan sát lớp cắt ngang nhờ kính^hiển vi điện tử mang lại. Thành phán hoả hoc và các, nghiên cứu vât lí của sự thẩm th ấu và sư chuyển dông của các phân tử lipit và pro^ i n r i p n g hiệt t r n n g m à n g phrì hợp v ó i mỏ_ hình khảm lỏng đối vối câu trúc màng_sinbJiQC (hình 3.4). CÁC Đ ẨU ĐUÔI AXYL C Ủ A MỠ ĐUÔI ẤM CACBONHĐRAT (C Ó C Ụ C ) P H O T P H O L IP IT (VÔ CỰC) CÙAGLICOPROTEIN Hinh 3.4. Máu kham long cua câu trúc màng Chuỗi axyl mỡ phía trong màng tạo thành vùng lỏng, kị nước, các protein xuyên màng bơi trên biển mõ, giữ lại nhờ tương tác kị nước vói chuỗi bẽn axit amin không phân cực. c ả protein và lipit tự do chuyển động bên trong mặt phẳng lóp kép, nhưng sự chuyển động của chất này từ mặt này của lớp kép đến mặt kia bị giởi hạn. Các nửa cacbohiđrat gắn với vài protein và lipit của màng sinh chất được xoay không cố định ra mặt ngoài của màng. I Photpholipit và sterol của “bọn lưỡng cư” hình thành lốp kép lipit có các vùng không phân cực của lipit trải lên nhau ở 69
phần lõi của lớp kép và cực của chúng hướng lên các nhóm trải ra phía ngoài. Trong những lớp kép lipit này, các protein hình cầu được ấn vào những khoảng cách không đều nhau, giừ lại bằng môi liên hệ không ưa nước giữa lipit của màng và các vùng kị nước trong các protein. Một số”protein lồi ra từ bể mặt này hay bổ mặt kia của màng; hầu hết mở bề ngang của nó rộng ra. Sự định hướng của các phân tử protein trong lớp kép là không đôi xứng, làm cho màng có bờ. Các vùng của protein chìa ra ngoài trên bể mặt phía này của lốp kép khác với phần chìa ra trên mặt phía kia, điều đó phản ánh sự không đốì xứng về chức năng. Các tiểu đơn vị của protein và lipit riêng trong màng tạo nôn thể khảm lỏng. Khái niệm đó không giông như thể khảm của ngói gổm và vữa, mà tự do biến đối một cách ổn định. Thô khảm màng là lỏng vì môi liên hệ qua lại giữa các lipit và giữa lipit vối protein là không đồng hoá trị, làm cho các phần tử lipit riêng và protein vận chuyển tự do phía bên kia trong sơ đồ của màng. Chúng ta sẽ nhìn thấy một sô" nét đặc trưng của mô hình thê khảm lỏng với nhiều chi tiết và xem xét bàng thực nghiệm hỗ trợ thêm cho quan điểm đó. 5. Lóp kép lipit là yếu tố cấu tạo cơ bản Chúng ta đã thây ràng lipit, khi lẫn vào nước thì tự động tạo thành câu trúc hai lốp; hai lớp đó ổn định nhờ mốì quan hệ của màng sinh học (5 - 6 nm đo bằng kính hiển vi điện tử) là bề dày đôi vối một lớp kép lipit dày 3 nm với các protein lồi ra trên từng phía. Sự nhiễu xạ tia X ở các màng giải thích tính chất phân bô mật độ electron đã làm cho có cấu trúc lớp kép. Các lizoxom (không bào mỡ) hình thành trong phòng thí nghiệm giải thích tính không thẩm thấu tương đối như thê đôi vối các chât tan có cực như đã thấy trong các màng sinh học 70
ỉ (dù mối đây coi chúng có thê thẩm thấu đôi với các chất tan, mà đôi với chúng có chất vận chuyển riêng). Tóm lại, tất cả ■chứng cố chỉ ra rằng các màng sinh học có cấu tạo lớp kép lipit. Những lipit này sắp xếp không đôi xứng với nhau ở hai phía của lớp kép. Dù không đổi xứng, nó cũng không giông vối protein của màng. Ví dụ, trong màng sinh chất, các lipit nhất định được phát hiện đầu tiên trên bề mặt ngoài của lớp kép, còn một sô lipit khác là trên bề mặt trong (tê bào chất) (hình 3.Õ). MẬT NGOÀI LỚP KÉP LAMIN LSERIN )YLĨ\OSITOL MẬT TRONG LỚP KÉP Hình 3.5. Sự tham gia % của các lipit màng hồng cầu giữa mặt trong và mặt ngoài của màng là không cân đối: Sphingomyelin - P h o t p h a t id y l c h o li n - Photphatidyletanolamin - Photphatidylserin - Photphatidylinositol. 71
6. Các lipit màng vận động liên tục Mặc dù cấu trúc hai lốp lipit tự nó là ổn định, các phân tủ photpholipit và sterol riêng của chúng tự do chuyển động trên mặt bằng của màng (hình 3.6). Các phân tử khuếch tán ra các bên nhanh đến nỗi một phân tử lipit riêng rẽ có thể đi vòng quanh một hồng cầu chỉ trong vài giây. Phía giữa của lớp kép cũng lỏng, chuỗi cacbohiđrat riêng của axit béo cũng ở trong tình trạng chuyển động không ngừng nhờ sự quay quanh của các liên kết cacbon - cacbon của các chuỗi axyl dài. Độ lỏng phụ thuộc vào thành phần lipit và nhiệt độ. ở nhiệt độ thâp, sự chuyển động của lipit tương đối ít xảy ra và lốp kép trong sáp xếp gần như tinh thể (paracrystallin). ở trên nhiệt độ đặc trưng cho mỗi màng, các lipit có thể chuyển động nhanh. Nhiệt độ để làm cho chúng chuyển động từ dạng tinh thể đặc tới lỏng phụ thuộc vào thành phần lipit của màng. Các axit béo no sắp xếp trong dạng tinh thể, nhưng các nút trong axit chưa no cản trở sự sắp xếp này, ngăn cản sự tạo ra trạng thái đặc paracrystallin. Ở nhiệt độ cao, màng chuyển từ đặc sang lỏng chứa tỉ lệ cao của các axit béo no bão hoà. Thành phần sterol của màng cũng là một nhân tô" quan trọng quyết định nhiệt độ chuyển động này. Cấu trúc planar (khung) cứng rắn của các nhân steroit cài vào giữa các chuỗi bên axyl mỡ có hai tác dụng đổi vối độ lỏng: dưới nhiệt độ biến đổi từ đặc đên lỏng thì sự chèn vào của sterol ngăn cản sự sắp xêp chặt của các chuỗi axyl mỡ. vì vậy hoà lỏng màng. Ở trên điểm nhiệt chuyển động, hệ thông vòng cứng rắn của sterol làm tính tự do của các chuỗi axyl mỡ nằm bên cạnh chuyển động nhờ sự quay của liên kêt cacbon - cacbon, vì vậy làm giảm sự hoá lỏng trong lõi của lớp kép. Do vậy các sterol hướng tối làm giảm nhẹ mức độ đặc và lỏng của các màng, nơi chứa các sterol. 72
Cả các tế bào vi khuẩn và các tế bào động vật nuôi cấy tự f,điều chỉnh thành phần lipit cho đạt tới độ lỏng bền vững dưới ị^các điều kiện sinh trưởng khác nhau. Ví dụ, khi nuôi ở nhiệt độ ị.thấp, vi sinh vật tổng hợp nhiều axit béo chưa no và một ít axit béo no hơn so vối khi nucleotit ỏ nhiệt độ cao hơn (bảng 3.3). Kêt fquả của sự điều chỉnh này trong thành phần lipit các màng của vi sinh vật nuôi ở nhiệt độ cao hay thấp có độ hoà tan như nhau. í Bảng 3.3. Thành phần axit béo của tê bào E. Coli nuôi cấy ở nhiệt độ khác nhau % tổng số các axit béo Axit béo 10 °c 20 °c 30°c 40°c Myristic (14 : 0) 4 4 4 8 Panmitic (14 : 0) 18 25 29 48 Panmitoleic (16 : 1) 26 24 23 9 Oleic (18 : 1) 38 34 30 12 Hiđroximiristic 13 10 10 8 ' Tỉ lệ giữa không bão hoà và bão hoà 2,9 2,2 1,6 0,38 ___________________ ___________________________________________ Dù sự di chuyển sang bên của các thành phần của màng và sự uốn cong của nhiệt của chuồi axyl xảy ra rõ, loại chuyển động thứ ba bị hạn chế: lớp kép vận chuyên hay sự khuếch tán “flip - flop”. sự vận chuyển của lipit từ mặt này của lốp kép đến măt kia của lớp kép (hình 3.6). Để cho sự chuvển động như th ế xảy ra. dấu của phân tử lipit. nơi có phân cực và có thể tích điện, cần phải ròi bỏ khỏi môi trường nước của nó và chuyển vào trong phần kị nước của lớp kép; quá trình có kèm sự thay đổi năng lượng tự do dương và lớn (endergonic cao). Ví dụ, trong khi tổng họp màng sinh chất của vi sinh, các photpholipit đã sản xuất trên mặt bên trong của màng nhất thiết phải trải qua thẩm thấu "Oip - flop” đi vào trong mặt ngoài của lớp kép. 73
Ớ đây các protein dễ dàng khuếch tán flip - flop, miễn là con đường vận chuyển đó có lợi nhiều về mặt năng lượng. t k a m ; T IIÃ I c iiá t TII \ \ ! 1 I I \ v BÉN CHI VIA \ w Min; ! ! l A DUOI \ x \ I DAC — 1. 0\N
7- Có protein màng xuyên qua và nối buộc lớp kép lipit Khi các phân tử protein riêng lẻ và các hỗn hợp phức tạp protein trong các màng sinh chất đã bị tách rời trong điều kiện nhiệt độ thâp nhờ kính hiển vi điện tử, một sô protein chỉ xuất hiện trên bê mặt của màng; một sô protein khác bác cầu qua qua độ dày lốn của lớp kép và kéo lồi ra cả bên trong và bên ngoài bể mặt của màng - đó là các protein điều khiển chất tan hoặc các tín hiệu đi qua màng. Sự định vị của protein màng cũng được nghiên cứu vối các chất, chúng phản ứng vối các chuỗi phụ protein, nhùng chúng không thể đi qua màng (hình 3.7). Hồng cầu của người là đôi tượng thuận lợi cho nghiên cứu, vì màng sinh chất của nó chỉ có một màng. NH C lh -C -O C H .C H , HA H-.N"f~Proieìn NH +CH t -C -O C H ; CH x 1EA (a) Hình 3.7. Các thí nghiệm xác dịnh trật tự của các protein màng trên màng a) Cả etylaxetim idat (EA) và iso-etionylaxetim idat (IEA) phản ứng vòi nhóm axit amin tự do trong các protein, nhưng chỉ dẫn xuất EA thẩm thấu tự do qua màng. Các thí nghiệm như đã để cập đến trong hình 3.7, giải thích ràng phân tử glicophorin xuyên qua màng hồng cầu. Phần amin cuối (mang cacbohiđrat) lồi ra mặt ngoài của màng. Phần amin cuối và cacboxyl cuôi chứa nhiều cực hoặc các phần phụ axit amin tích điện. Vì th ế chúng hoàn toàn ưa nước. Cho 75
nên các đoạn dài ở trung tâm của protein chứa chủ yếu các phần axit amin kị nước. Phát hiện này xác định sự sắp xếp chuyển vận màng của glucophorin đã giải thích ở hình vẽ. Màng hóng cầu gôm 3 protein IEAcóC Các vùng ngoại và nội bào của protein phóng xạ Chỉ miền ngoài của protein có IEA phóng xạ Màng tách rời, hòa tan trong SDS. điện di protein đã tách rời nhờ gel pdiacrilamit * IEA EA o Phát hiện protein phóng xạ nhờ phim chụp tia X b. So sánh mô hình đánh dấu nhờ hai chất biểu lộ protein đã cho chỉ nằm trên mặt ngoài hay c h ỉ nằm trên m ặt trong. Protein được đánh dấu nhờ hai chât phản ứng. Khi chất phản ứng thấm nhiều hơn là được cố định cả hai bẽn, và vì th ế mỏ rộng màng. 76
ĩ. Các protein sắp xếp không đối xứng Ịjị, Thêm một yếu tô" nữa có thể được suy ra từ các kết quả :ủa thí nghiệm nhờ glucophorin: đó là chúng không chuyển động từ m ặt này của lớp kép tới mặt kia; vị trí của nó trong màng là không đôi xứng. Những nghiên cứu tương tự của protein màng khác giải thích rằng mỗi loại có một định hưống riêng trong lớp kép. Và sự định hướng tại protein nhờ sự khuêch tán flip - flop xảy ra rấ t ít. Hơn nữa các glucoprotein của màng sinh chất được sắp xếp một cách cô định với các đuôi đường của chúng trên bề mặt của tê bào. Chúng ta sẽ thấy sự sắp xếp không đối xứng của các protein màng do không đôi xứng chức năng. Ví dụ, tấ t cả các phân tử của một cái bơm ion có định hướng giôVig nhau và do đó toàn bộ cả bơm đểu ở trong sự điều khiển giông nhau. 9. Các protein xuyên màng không tan trong nước Các protein của màng có thế phản chia ra hai nhỏm: nhóm cúrjrrntpin Yuypn m àn s. chúng_liêiT_kết chặt chẽ VỚI màng; và các nhóm protein nạoai biên (rìa), chúng liên kết ít chặt chẽ hơn, là liên kết thuận nghịch. Các protein rìa màng có thể bị tách rời khỏi màng bằng các xử lí nhẹ (hình 3.9), và lập tức tách khỏi màng, chúng hoà tan hoàn toàn trong nước. Ngược lại sự tách rời của các protein xuyên màng từ màng đòi hỏi các chất hoạt động (chất ức chế, chất dung môi hữu cơ, chất kết tủa). Chúng bị cản trở bởi tương tác kị nưốc. Thậm chí sau khi các protein xuyên màng bị hoà tan, sự chuyên động của chất ức chế có thể gảy ra kết tủa protein khi khôi kết tụ không hoà tan Sự không hoà tan của các protein màng do sự có mặt của phần lớn các axit amin giàu nhóm kị nước. Các tương tác kị # nước giữa protein và lipit của màng giải thích tính gắn bó chặt của protein. 77
D \ l AMINO NGOẢI TRONG ĐẨU CACBOXYL Hình 3.8. Sự sắp xếp lớp kép của glicophorin trong hồng cầu, một vùng ưa nước chứa tất cả các đuôi phụ đường, nằm ỏ bề mặt ngoài, còn vùng ưa nitic khác ấn sâu trong bề mặt trong. Các hình 6 cạnh chỉ ra tetrasaccarit (chứa ha Neu Nac, Gal và Gal NAc) - o - liên kết đến đuôi serin hoặc threonin, các hình 6 cạnh khác giới thiệu oligosaccarit chuỗi N - liên kết tới đuôi asparagin Đoạn của đuôi kị nước tạo ra xoắn - a đi qua lớp kép màng. gel NAc = N axetyl D galactosanin Neu NAc = N axetyl neuraminic axit 78
CHẤT TẨY RỬA PHOTPHOLIPAZA c VÀ D PKO I IIIN MỈ OAI IỈIKN C.ÁN I.IIMT I*un I U N - < ; n ( \ N I ' U ( ) I i : i \ N