LUẬN VĂN: CÁC PHẢN ỨNG CỦA MÀNG TẾ BÀO ĐỐI VỚI TÁC DỤNG CỦA CÁC XUNG ĐIỆN

Chia sẻ: Lotus_123 Lotus_123 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

92
lượt xem 19
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Màng tế bào là ranh giới ngăn cách tế bào sống với môi trường chung quanh nó. Màng tế bào kiểm soát sự vào ra của vật chất xuyên qua màng. Giống như các màng sinh học khác chúng là màng thấm chọn lọc (selective permeability) cho phép một số chất đi qua dễ dàng hơn những chất khác. Muốn giải thích được tính thấm chọn lọc của màng tế bào cần hiểu rõ cấu trúc của màng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: LUẬN VĂN: CÁC PHẢN ỨNG CỦA MÀNG TẾ BÀO ĐỐI VỚI TÁC DỤNG CỦA CÁC XUNG ĐIỆN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THÙY NHUNG CÁC PHẢN ỨNG CỦA MÀNG TẾ BÀO ĐỐI VỚI TÁC DỤNG CỦA CÁC XUNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2010
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ THÙY NHUNG CÁC PHẢN ỨNG CỦA MÀNG TẾ BÀO ĐỐI VỚI TÁC DỤNG CỦA CÁC XUNG ĐIỆN Ngành : Vât lý Chuyên ngành : Vật lý lý thuyết và vật lý toán. Mã số : 60. 44. 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : GS. TSKH. Nguyễn Ái Việt Hà Nội – 2010
M cl c L i c m ơn 3 M đu 5 1 T ng quan v màng t bào 8 1.1 Khái ni m màng t bào . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2 Thành ph n c u t o c a màng t bào . . . . . . . . . . . . 10 1.3 S v n chuy n ch t hoà tan qua màng . . . . . . . . . . . 12 2 Thuy t electroporation 18 2.1 Tr ng thái không thu n ngh ch c a hi n tư ng electroporation 21 2.2 Tr ng thái kh ngh ch c a hi n tư ng electroporation . . 22 2.3 Nh ng nh hư ng c a đi n th chuy n màng . . . . . . . . 23 3 Phương pháp k t h p 26 3.1 Mô hình Kotnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2 Mô hình x p x Wanda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.3 Các bư c ti n hành và k t qu . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.3.1 Các xung dài và xung c c ng n . . . . . . . . . . . 38 3.3.2 T bào thư ng và t bào ung thư . . . . . . . . . . 42 3.3.3 Mitochondria_ mô hình t bào ba l p màng . . . . 46 4 K t lu n 49 1
Danh sách hình v 1 Màng t bào plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1 C u trúc hai l p c a màng sinh h c . . . . . . . . . . . . . 10 1.2 Thí nghi m phát hi n vai trò c a các kênh ion . . . . . . . 17 1.3 Sơ đ dòng ion đi qua m t kênh theo th i gian . . . . . . . 17 3.1 Mô hình màng t bào . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.2 màng trong (gián đo n) và màng ngoài (liên t c) Vm đ i v i trư ng h p xung dài. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.3 màng trong (gián đo n) và màng ngoài (liên t c) Vm đ i v i trư ng h p xung ng n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.4 Đi n th màng đ i v i các xung dài. . . . . . . . . . . . . . 39 3.5 Đi n th màng đ i v i các xung ng n hơn . . . . . . . . . 39 3.6 Đi n th c m ng bi n đ i theo th i gian do kích thích c a trư ng đi n m t chi u. Đư ng g ch: k t qu c a Kotnik [1], đư ng li n: nh ng tính toán c a chúng tôi. . . . . . . . . . 40 3.7 Đi n th c m ng bi n đ i theo th i gian do kích thích c a trư ng đi n m t chi u. Đư ng g ch: k t qu c a Kotnik [1], đư ng li n: nh ng tính toán c a chúng tôi. . . . . . . . . . 40 3.8 Đi n th c m ng thay đ i theo th i gian khi ch u kích thích c a xung đi n hình thang. Đư ng g ch: k t qu c a Kotnik [1], đư ng li n: nh ng tính toán c a chúng tôi. . . . . . . . 40 3.9 Đi n th c m ng thay đ i theo th i gian khi ch u kích thích c a xung đi n hình thang. Đư ng g ch: k t qu c a Kotnik [1], đư ng li n: nh ng tính toán c a chúng tôi. . . . . . . . 40 2
3.10 M t đ dòng qua l (Đư ng g ch) và qua t (Đư ng li n) trong trư ng h p xung dài . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.11 M t đ l theo th i gian đ i v i tác d ng c a các xung dài 41 3.12 M t đ dòng qua l (Đư ng g ch) và qua t (Đư ng li n) trong trư ng h p xung ng n . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.13 M t đ l theo th i gian đ i v i tác d ng c a các xung ng n 41 3.14 Đi n th c a màng TB (Đư ng li n) và c a màng bào quan (Đư ng g ch) c a TB B thư ng . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.15 Đi n th c a màng TB (Đư ng li n) và c a màng bào quan (Đư ng g ch) c a TB B ung thư. . . . . . . . . . . . . . . 43 3.16 Đi n th c a màng TB (Đư ng li n) và c a màng bào quan (Đư ng g ch) c a TB B thư ng, s d ng các thông s m i. 44 3.17 Đi n th c a màng t bào (Đư ng li n) và c a màng bào quan (Đư ng g ch) c a TB B ung thư, s d ng các thông s m i. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.18 S phân b năng lư ng c a TB B thư ng theo t n s , (Đư ng đ m: màng trong, đư ng li n nh t: màng ngoài, đư ng g ch: môi trư ng ngoài). . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.19 S phân b năng lư ng c a TB B ung thư theo t n s , (Đư ng đ m: màng trong, đư ng li n nh t: màng ngoài, đư ng g ch: môi trư ng ngoài). . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.20 Năng lư ng tiêu th đ i v i trư ng h p xung, (Đư ng li n: TB B ung thư, đư ng g ch: TB B thư ng). . . . . . . . . . 46 3.21 S ph thu c c a các đi n th vào t n s . Đư ng đ m: TB, đư ng g ch: mito. trong, đư ng ch m: mito. ngoài, đư ng li n: màng trong k t h p. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.22 T l đi n th . đư ng li n: |∆Ψoutermito |/|∆Ψcell |, đư ng g ch: |∆Ψinnermito |/|∆Ψcell | . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3
L i c m ơn V i lòng kính tr ng và bi t ơn sâu s c, tôi xin g i l i c m ơn t i GS. TSKH. Nguy n Ái Vi t, Vi n v t lý Hà n i đã t n tình hư ng d n và giúp đ tôi trong su t quá trình tôi làm lu n văn. Tôi cũng xin đư c g i l i c m ơn đ n các th y cô trong khoa v t lý, Đ i h c khoa h c t nhiên, Đ i h c Qu c Gia Hà N i đã đ ng viên, giúp đ và ch d y cho tôi nh ng ki n th c quý báu trong su t th i gian h c t p c a tôi t i trư ng. C m ơn b n Lê Thanh Tùng, ngư i đã giúp tôi r t nhi u trong h c t p và trong quá trình tính toán các k t qu c a lu n văn. Sau cùng, tôi xin đư c g i l i c m ơn t i b n bè và gia đình đã đ ng viên, ng h tôi trong quá trình làm lu n văn. Hà N i, ngày 30 tháng 12 năm 2009. 4
M đu S k t h p gi a v t lý và sinh h c đã thúc đ y các nghiên c u v màng m ng trong su t vài th p k qua bao g m các nghiên c u có tính ch t c th (thu c v sinh h c) và các nghiên c u có tính ch t t ng quát hơn (thu c v v t lý). Các nhà v t lý luôn b cu n hút b i s đa d ng trong các c u trúc và s v n đ ng c a màng t bào. Hình 1: Màng t bào plasma Các quá trình v n đ ng c a màng t bào đư c nghiên c u và tìm hi u sâu hơn cùng v i s phát tri n c a k thu t th c nghi m. T bào là thành ph n không th thi u đư c trong m i cơ th s ng. M i t bào đư c b o v b i màng t bào. L p màng đôi lipid là m t trong nh ng 5
viên g ch c u trúc quan tr ng b c nh t trong t bào . M t l p màng bao g m m t rào th linh đ ng ngăn cách ph n bên trong và bên ngoài c a t bào, b o v các bào quan (nhân và các v t li u di truy n), có vai trò như là m t trung tâm ch c năng hoá cho vi c s n sinh các protein. Màng sinh h c có nhi u hình d ng khác nhau ph thu c vào c u trúc, ch c năng, như hình ph ng (màng plasma), hình c u, hình tr ho c có d ng ph c t p hơn (Endoplasmic Recticulum, ER và b máy Golgi). B m t c a màng lipid có h các đi n tích linh đ ng bao quanh, tính ch t tương t như các h đi n t trên b m t hêli l ng. B m t c a màng t bào trong các môi trư ng dung d ch có th tích đi n âm. Các l p đi n tích khuy ch tán t dung d ch r t linh đ ng. Chúng s ch n m t màng và hình thành các l p đi n tích dương hai chi u tích t sát m t trong và m t ngoài c a màng t bào. Thêm vào đó, do các ion khác lo i c a các kênh ion trên màng có kh năng th m th u khác nhau nên ph n trong c a màng luôn đư c duy trì m c đi n th âm hơn so v i phía bên ngoài môi trư ng. Các cơ ch c ng c a các kênh ion trên màng t bào đư c cho là có th m ra vi c s d ng các c ng c m nh n đi n th và đang là m t v n đ m trong lý sinh h c. Hi n nay, m t hư ng nghiên c u m i v các ph n ng c a màng t bào ch ng l i tác d ng c a các xung đi n là có xem xét đ n hi n tư ng electroporation. Electroporation, hay electropermeabilization, là s tăng đáng k v đ d n đi n và đ t th m c a màng plasma t bào. Đi u này xu t hi n là do tác d ng c a m t trư ng đi n ngoài. Electroporation đư c s d ng trong sinh h c phân t đ đưa m t s ch t vào trong t bào. Nh ng ch t kích thích này có th làm thay đ i ch c năng c a t bào, ho c m t đo n mã DNA. Electroporation là m t hi n tư ng đ ng l c ph thu c vào đi n th c a n i màng. Th c nghi m ch ng t r ng, đ i v i m i xung có hình d ng và đ dài xác đ nh, s t n t i m t ngư ng th đ c trưng cho hi n tư ng electroporation (t 0.5V đ n 1V). Đi u này d n đ n s đ nh rõ cư ng đ ngư ng cho hi n tư ng Electroporation Engng . Ch khi các t bào 6
trong kho ng E < Engng thì m i xu t hi n hi n tư ng m l trên màng t bào. N u cư ng đ đi n trư ng b ng ho c vư t qua ngư ng, hi n tư ng electroporation s gây t n h i đ n s t n t i c a t bào. Trong sinh h c phân t , quá trình electroporation thư ng đư c s d ng cho s chuy n hoá c a vi khu n, n m và các t bào tr n. Ngoài các màng lipid, vi khu n cũng có các thành t bào. Các thành này khác v i các màng lipid, đư c t o thành b i peptidoglycan và các d n xu t c a nó. Các thành có l ho t đ ng như các v c ng đơn b o v vi khu n kh i m t vài tác đ ng c a môi trư ng. N u các vi khu n và plasmid đư c tr n v i nhau, plasmid có th đư c đưa vào t bào sau quá trình electroporation. Các t bào ph i đư c b o v vô cùng c n th n cho đ n khi chúng có cơ h i đ phân chia thành các t bào m i có ch a các plasmid tái sinh. Quá trình này có hi u qu g p kho ng 10 l n so v i quá trình chuy n hoá hoá h c. Trong lu n văn này, chúng tôi xét mô hình màng t bào đư c kích thích b i các xung đi n c c m nh. Khi ch u tác d ng này, trên màng t bào s xu t hi n đi n th c m ng, d n đ n hi n tư ng electroporation. Kotnik (2006) [?] đã nghiên c u v đi n th chuy n màng nhưng không tính đ n hi n tư ng electroporation. đây, chúng tôi đã đưa ra m t phương pháp m i, phương pháp K-Wand đ tính đi n th c m ng trên màng t bào và ch ng minh s t n t i c a hi n tư ng electroporation. Phương pháp c a chúng tôi không ch áp d ng cho màng lipid kép mà còn có th dùng cho t bào 3 l p màng, mitochodria và xác đ nh các t bào ung thư qua vi c xác đ nh năng lư ng làm nóng chúng. Ngoài ph n m đ u và k t lu n, lu n văn đư c chia thành 3 chương: Chương I, chúng tôi trình bày t ng quan v màng t bào. Sơ lư c v lý thuy t electroporation đư c trình bày trong chương II. Cu i cùng, chương III là phương pháp và các k t qu đ t đư c c a chúng tôi khi nghiên c u v các ph n ng c a màng t bào đ i v i kích thích c a các xung đi n m nh c c ng n. 7
Chương 1 T ng quan v màng t bào Cu i th k 19, các nhà sinh h c b t đ u nghi ng r ng l p v bao quanh t bào có ch a thành ph n lipid t công trình nghiên c u c a Ernst Overton (1899). Ông đã ch ra r ng m t vài lo i phân t nhu m không tích đi n, v m t hoá h c g n gi ng v i lipid, có th xâm nh p vào trong t bào d dàng hơn các phân t c u t o không gi ng lipid. Nh có công trình c a Chevural đ u th k XVIII, tính ch t v t lý và hoá h c c a axit béo đã đư c hi u m t cách đ y đ . S d ng bazơ và triglixerit m nh là ch t th , ông đã tìm ra các tính ch t c a các phân t có liên quan đ n vi c d tr năng lư ng và s n xu t màng t bào này. Sau đó, vào năm 1925, m t thí nghi m đánh d u m t bư c ngo t l n trong ngành t bào h c đư c th c hi n b i E. Gorter và F. Grendel, liên quan đ n vi c l y các t bào máu hoà tan các màng t bào trong các dung môi h u cơ. V m t hoá h c, vì các lipid gi ng các dung môi h u cơ hơn là nư c nên chúng có th đư c sàng l c kh i ph n còn l i c a t bào theo cách này. Khi có các thành ph n lipid tinh khi t c a màng t bào, h đ t chúng lên m t nư c. Như đã đư c tiên đoán, đ u c c c a các ph n lipid tương đ i nh liên k t đ c bi t v i b m t nư c trong khi các thành ph n không c c dài hơn đư c g n lên trên m t ph ng trong không khí. Gorter and Grendel đã có th khi n b m t c a màng lipid t nhân đôi và hình thành màng hai l p gi ng như nh ng gì chúng ta đã bi t v b n ch t th c s c a các màng t bào. Đây là thí nghi m đ u tiên kh ng đ nh s t n t i 8
c a l p lipid kép trong màng t bào. 1.1 Khái ni m màng t bào T bào có c u t o ph c t p. Màng t bào hay màng sinh ch t là m t b ph n c a t bào bao quanh l p sinh ch t. Các màng t bào v ch rõ ranh gi i gi a t bào và môi trư ng bên ngoài, đ ng th i đi u khi n dòng phân t đi qua ranh gi i đó. Màng chia không gian trong t bào thành các b ph n riêng bi t, các thành ph n riêng r . Chúng t ch c ph n ng liên t c và là trung tâm c a vi c d tr năng lư ng, thông tin qua l i t t bào này sang t bào khác. M i ho t đ ng sinh h c c a màng b t ngu n t tính ch t v t lý đ c bi t c a chúng. Các màng b n v ng nhưng linh ho t, t khép kín, th m th u có ch n l c đ i v i các ch t tan có c c. Tính linh ho t làm cho nó thay đ i có đ nh hư ng, đ ng th i làm cho nó v a l n lên, v a di chuy n. Tính khép kín giúp nó v a t li n các ch v t m th i c a hai màng lúc đưa ch t th i ra ngoài t bào hay trong quá trình phân chia t bào v a không gây ra các l l n trên m t màng. Tính th m th u có ch n l c c a màng giúp t bào gi l i các ch t và các ion nh t đ nh đ c trưng, đ ng th i ngăn ch n nh ng v t ch t có th gây nh hư ng x u đ n ho t đ ng c a t bào đi vào trong t bào. Màng t bào không ph i là t m ch n th đ ng. Chúng bao g m các lo i protein đ c bi t kích thích hay xúc tác khác nhau. Các bơm v n chuy n các ch t tan h u cơ đ c bi t và các ion vô cơ qua màng ngư c v i gradient n ng đ , bi n đ i năng lư ng t d ng này sang d ng khác. Màng đư c chia thành ba mi n: mi n ngoài, mi n trong và mi n gi a. Phân tích hoá h c cho th y màng ch y u đư c c u t o t các l p kép photpho-lipid đư c bao ph b i các ion t do, l p này thư ng tích đi n âm v i n ng đ r t cao t c là tr ng thái plasma. Vì v y, màng sinh ch t còn đư c g i là màng ki u plasma. Plasma t bào đóng vai trò quan tr ng trong vi c trao đ i ch t và trao đ i thông tin qua l i gi a t bào và môi 9
trư ng. 1.2 Thành ph n c u t o c a màng t bào Đ hi u đư c ch c năng c a màng t bào, ta ph i xác đ nh rõ các thành ph n c u t o c a chúng. C u t chính c a màng sinh ch t là các protein và lipid có c c. T l gi a protein và lipid khác nhau các lo i màng khác nhau. Các lipid trong màng t bào ch y u là photpho-lipid, ngoài ra còn có các lipid khác như galactolipit, triaxylixerol Hình 1.1: C u trúc hai l p c a màng sinh h c T t c các màng sinh ch t đ u có tính ch t cơ b n: Chúng không có kh năng th m th u đ i v i nhi u ch t tan có c c hay tích đi n nhưng có kh năng th m th u đ i v i các h p ch t không c c. Khi quan sát l p c t ngang nh kính hi n vi đi n t , màng dày t 5-8 nm. Màng có c u trúc kh m l ng. Đ l ng c a l p kép photpho-lipid ph thu c vào nhi t đ . C th , nhi t đ có th làm cho chúng chuy n t d ng tinh th đ c t i l ng hơn. Thành ph n và k t c u c a lipid H p ch t phospholipids trong t bào t đ ng t o nên các l p màng đôi phospholipids d ng t m m ng, v i đ dày kho ng hai l n kích thư c phân 10
t . Các chu i hydrocarbon trong m i l p t o nên nhân k nư c dày kho ng 3-4 nm trong h u h t m i màng sinh h c. Ti t di n c t ngang c a t t c các màng đôi trông gi ng như m t "đư ng ray": Hai đư ng t i, m ng là các nhóm đ u và kho ng sáng dày 2 nm là ph n đuôi k nư c.[6] Các lo i màng trong t nhiên có nhi u hình d ng khác nhau tuỳ theo ch c năng c a t bào. B m t trơn nh n c a màng plasma c a t bào h ng c u cho phép lo i t bào này có th lu n lách qua các mao m ch r t h p. M t vài lo i màng t bào khác l i có các ph n m r ng m ng dài d ng lông mao. Chuy n đ ng c a các lông mao này gây ra dòng ch t l ng ch y d c trên b m t c a các bi u mô hay giúp cho m t vài lo i t bào (như tinh trùng...) bơi đư c trong môi trư ng. Thân c a các t bào th n kinh l i đư c b c b i nhi u l p màng plasma t o thành màng b c myelin. M c dù có nhi u hình d ng và ch c năng khác nhau, t t c các màng sinh h c đ u có c u trúc hai l p ph bi n. M i màng có thành ph n lipid đ c trưng. T ng lo i mô và t ng cơ quan g n v i t bào l i có thành ph n lipid khác nhau. Các t bào có cơ ch ki m soát các lo i và t ng s lipid đã t ng h p c a màng. M t màng sinh h c đi n hình đư c c u t o t ba lo i lipids: phospho- glycerides, sphingolipids và steroids. C ba lo i lipid này đ u có tính ch t v a ưa nư c, v a k nư c (amphipathic) vì có m t nhóm đ u c c ưa nư c và đuôi k nư c. Hi u ng k nư c là tương tác Val-der- Waals làm cho các nhóm t k t h p vào m t l p màng đôi v i các nhóm đ u c c đư c đ nh hư ng v phía môi trư ng ngoài. M c dù các lo i lipid trên màng ph bi n đ u có tính ch t amphipathic nhưng chúng khác nhau trong c u trúc hoá h c và ch c năng sinh h c. Các lipid màng v n đ ng liên t c, chuy n đ ng t do trên m t màng. M c dù màng có c u trúc hai l p lipid r t n đ nh, nh ng phân t photpho- lipid và sterol riêng c a chúng t do chuy n đ ng trên m t màng. Các phân t khuy ch tán ra các bên v i t c đ r t nhanh. 11
Protein Màng sinh ch t khác nhau có protein khác nhau. Nhi u lo i protein đóng vai trò như ch t v n chuy n, m i lo i ph trách v n chuy n m t ch t hoà tan riêng đi qua màng. M t s protein có liên k t c ng hoá tr v i m t ho c nhi u lipid. Protein s p x p không đ i x ng do khác nhau v ch c năng. Ta có th chia protein màng thành hai lo i: Protein xuyên màng và protein rìa màng. Protein xuyên màng liên k t ch t ch v i màng còn protein rìa màng thì liên k t y u hơn. Protein xuyên màng không tan trong nư c. S không tan c a chúng là do s có m t c a ph n l n các axit amin giàu nhóm k nư c. Còn các protein rìa màng d dàng hoà tan trong nư c. [6] Protein rìa màng liên k t thu n ngh ch v i màng. R t nhi u protein rìa màng đư c g n ch c v i màng nh tương tác tĩnh đi n và liên k t hy- dro v i vùng ưa nư c c a protein xuyên màng và các nhóm đ u phân c c c a các lipid màng. Protein rìa màng đóng vai trò như các ch t đi u hoà các enzym liên k t màng hay gi i h n s chuy n đ ng c a m t s protein màng. Khi nghiên c u c u trúc màng sinh ch t, ngư i ta đ c bi t chú ý đ n các protein xuyên màng. Protein xuyên màng có tác d ng n i bu c l p kép lipid, đi u khi n ch t tan ho c các tín hi u đi qua màng. Chúng b c qua b dày c a l p kép và kéo l i ra c bên trong và bên ngoài b m t màng. 1.3 S v n chuy n ch t hoà tan qua màng M i t bào s ng l y xung quanh các nguyên li u thô đ t ng h p s n xu t năng lư ng và th i ra môi trư ng nh ng ch t không c n thi t. Màng sinh ch t ch a các protein đ c bi t giúp mang vào t bào các ch t c n thi t như đư ng, các axit amin, các ion vô cơ... Trong nhi u trư ng h p, các thành ph n này chuy n vào trong t bào ngư c v i gradien n ng đ . M t s lo i khác đư c bơm ra đ duy trì n ng đ th p hơn môi trư ng xung quanh. S di chuy n c a các phân t nh đi qua màng sinh ch t nh 12
các quá trình trung gian c a protein, thông qua các kênh v n chuy n màng ho c qua ch t mang hay còn g i là bơm. V n chuy n b đ ng Khi màng t bào đư c đ t trong trư ng ch t nguyên sinh và môi trư ng ngoài có ch a n ng đ ch t tan ho c ion không cân b ng nhau, ch t tan chuy n đ ng t vùng có n ng đ cao, qua màng, t i vùng có n ng đ th p hơn, đ n khi hai bên có n ng đ ch t tan b ng nhau. Tuy nhiên, s th m th u đơn gi n này h n ch b i tính th m th u ch n l c. Đ vư t qua l p kép, ch t tan có c c hay tích đi n ph i t b m i quan h c a chúng v i phân t nư c c a v hydrad c a chúng. S đi qua màng c a các ch t tan có c c ho c ion có th th c hi n đư c nh protein màng h th p năng lư ng ho t hoá cho s v n chuy n b ng cách cung c p con đư ng xen k đ i v i các ch t tan đ c bi t thông qua l p kép lipid. Protein màng làm tăng t c đ chuy n đ ng c a dung d ch qua màng nh s th m th u đư c g i là ch t v n chuy n hay enzym th m l c. V n chuy n ch đ ng S v n chuy n ch đ ng gây ra s chuy n đ ng ch t tan ngư c v i gradien n ng đ do đó không x y ra s tích t chúng. V n chuy n này d n t i tích lu ch t tan trong m t phía c a màng. Ngư i ta chia thành hai lo i v n chuy n ch đ ng: sơ c p và th c p. Trong v n chuy n ch đ ng sơ c p, s tích lu ch t tan g n li n tr c ti p v i ph n ng to nhi t. S v n chuy n ch đ ng th c p di n ra khi v n chuy n thu nhi t c a m t ch t tan đư c g n li n v i dòng to nhi t c a ch t tan khác đã đư c bơm lên nguyên v n nh s v n chuy n ch đ ng sơ c p. Lo i v n chuy n này đư c tăng cư ng và đi u khi n nh enzym ATP. Thông thư ng, v n chuy n ch đ ng tiêu t n nhi u năng lư ng. Nhi u t bào đ ng v t duy trì n ng đ N a+ th p 13
Lo i ion Trong t bào (mM) Ngoài t bào (mM) K+ 139 4 N a+ 12 145 Cl− 4 116 − HCO3 12 29 X− 138 9 M g2+ 0.8 1.5 Ca2 +
KCl 150 mM. M t volt k đư c n i v i hai ngăn đ đo hi u đi n th gi a hai ngăn. N u màng t bào không có các kênh ion, không có dòng ion nào đư c khu ch tán qua màng và gi a hai ngăn không có s chênh l ch đi n th . Trên th c t , màng t bào có nhi u protein xuyên màng đóng vai trò các kênh v n chuy n ion như kênh N a+ , K + ,...Kênh K + cho phép ion K + đi qua nhưng ngăn ch n các lo i ion khác như Cl− , s v n chuy n này là do cơ ch khuy ch tán gây ra b i gradient n ng đ . Dòng ion dương khu ch tán có xu hư ng t p trung ngăn ph i hình 1.2c gây ra m t s tích đi n dương ngăn ph i và âm ngăn trái. S dư th a các ion này ch xu t hi n khu v c g n màng b i các đi n tích trái d u hút nhau. K t qu là, m t đi n trư ng trên màng đư c sinh ra kèm theo s chênh l ch đi n th gi a ngăn ph i và ngăn trái, ngăn trái có đi n th âm so v i ngăn ph i. Tr ng thái cân b ng đư c thi t l p nhanh chóng ng v i đ chênh th xác đ nh khi các y u t gây ra dòng khu ch tán cân b ng nhau: đó là gradient n ng đ và đi n th trên màng. Đây là lo i màng bán th m, v ch c năng thì gi ng v i m t t đi n g m ph n đi n môi (lõi ưa nư c) và ph n b n t (các nhóm đ u c c phospholipid và các ion trong dung d ch). tr ng thái cân b ng, hi u đi n th cân b ng liên h v i n ng đ kh i cation c a hai [K ]l RT ngăn b i phương trình Nernst [6]: VK = ZF ln [K ]r v i R là h ng s khí, F là h ng s Faraday, T là nhi t đ tuy t đ i, Z là s đi n tích ion (ZK = +1) và [I] là n ng đ mol c a ion trong dung d ch. V i các n ng đ như b ng 1.1, đi n th xuyên màng c −30 → −70mV . Đi n th trên b m t c a đa s các t bào đ ng v t là không thay đ i theo th i gian. Ch riêng v i các t bào th n kinh và t bào cơ là các lo i t bào s d ng xung đi n lan truy n đi trong vi c đi u khi n ho t đ ng d a trên s thay đ i đ t ng t c a đi n th xuyên màng. Quá trình đóng, m c a các kênh ion là quá trình b t phát x y ra trong th i gian ng n c ms. B ng k thu t k p m u (patch clamping), ngư i ta có th nghiên c u ho t đ ng c a t ng kênh ion đơn l . K thu t này cho phép ta xác đ nh lư ng ion ra vào m t kênh m và th i gian đóng m c a kênh. 15
Ví d như đ i v i kênh Na, kênh này dư i tác d ng c a xung đi n có th m ra trong vài ms và trong m i ms, kho ng 9900 ion N a+ tràn qua kênh này (hình 1.3 là sơ đ mô t dòng ion qua các kênh. Ch hõm sâu ng v i s m kênh. Nh ng s dao đ ng nh khác là do nhi u n n.) 16
Hình 1.2: Thí nghi m phát hi n vai trò c a các kênh ion Hình 1.3: Sơ đ dòng ion đi qua m t kênh theo th i gian 17
Chương 2 Thuy t electroporation Electroporation [7] là hi n tư ng màng sinh h c liên quan đ n nh ng bi u hi n cơ b n c a t bào và các màng gi hai l p. Hi n tư ng này thu hút s quan tâm đ c bi t c a các nhà khoa h c không ch vì nh ng nh hư ng sâu s c c a nó lên nh ng bi u hi n c a màng mà còn vì các ng d ng đi n th quan tr ng trong sinh h c, công ngh sinh h c và y h c. Vì th , nh ng hi u bi t cơ b n v cơ ch c a hi n tư ng electroporation là r t quan tr ng. Trong ph n này, chúng tôi s trình bày v nh ng mô hình lý thuy t đã đư c đ xu t, nh ng gi thi t, s thành công cũng như nh ng th t b i c a các mô hình này. Chúng tôi đ c bi t quan tâm đ n các mô hình l t m th i do nư c t o thành, mà có th gi i thích cho : (1) nh ng đ c trưng đi n hình c a s b t đ nh cơ h c (h qu b t kh ngh ch c a electroporation) trong hai l p lipid ph ng t i nh ng hi u đi n th cao. (2) Nh ng bi u hi n đi n kh ngh ch đi n hình c a các màng ph ng nói chung và c a các màng c a t bào và (3) M t vài đ c trưng c a s v n chuy n phân t . Hi n tư ng đi n t th m hoá (electropermeabilization hay electropora- tion) c a t bào đã đư c bi t đ n t vài th p k và g n đây đã nh n đư c s quan tâm c a nh ng nghiên c u v t bào và các mô. R t nhi u quan sát ban đ u đã đ xu t r ng m t vài lo i "phá v do đi n " có th xu t hi n trong các màng đư c kích thích đi n. G n mư i năm sau đó, các báo cáo đã đưa v s vi c các xung đi n có th gi t ch t các vi sinh v t và không 18