Mang te bao
Chia sẻ bởi Đào Ngọc Anh |
Ngày 10/05/2019 |
64
Chia sẻ tài liệu: mang te bao thuộc Sinh học 10
Nội dung tài liệu:
MÀNG TẾ BÀO
Khái quát chung
Tất cả các tế bào đều được bao quanh bởi màng. Ngoài ra, trong tế bào, trước hết là trong các tế bào nhân thực, còn có một mạng lưới các hệ thống màng, chúng chia tế bào ra thành các khoang hay ngăn, phân cách với các phần còn lại của tế bào. Màng cho nước, một số ion và các của cơ chất cần thiết đi vào trong tế bào và thải các sản phẩm bài tiết ra ngoài tế bào. Màng có chức năng bảo vệ tế bào và làm cho môi trường bên trong ổn định.
Thuật ngữ “màng” lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1855 để chỉ ranh giới (biên giới) của tế bào; một mặt là hàng rào ngăn cách tế bào và môi trường bao quanh; mặt khác, đây là màng bán thấm, qua nó nước và một số chất hòa tan trong nước có thể đi qua. Chức năng đầu tiên của màng là: nó là hàng rào cơ học (hiện nay chức năng này được gán cho các cấu trúc ngoài màng). Mặt khác, đã thiết lập được rằng màng là khung cấu trúc của tế bào. Và là mẫu số chung trong kiến trúc của tế bào.
Các dấu hiệu chính của màng
Có 2 dấu hiệu chính cho phép phân biệt màng với tất cả các cấu trúc hình thái khác của tế bào:
1. Tồn tại các cấu trúc 3 lớp trên các ảnh chụp dưới kính hiển vi điện tử các chế phẩm tương phản âm bản của màng.
2. Lượng chứa cao của các lipid (đặc biệt là các phospholipid), tồn tại một lượng protein nhất định, và chỉ ít khi là một lượng không đáng kể các chất khác. (chẳng hạn như các polysaccharide và, trong một số trường hợp đặc biệt, cả acid nucleic).
Phân loại màng
Các màng phân chia tế bào ra thành một loạt các khoang kín, mỗi khoang các chức năng đặc trưng trong tế bào.
Theo nguồn gốc, cấu trúc và chức năng, các màng được chia thành những loại sau:
Màng sinh chất (plasmalemma); 2) Màng nhân;
3) Các màng của vỏ mielin; 4) Màng virus;
5) Màng vi khuẩn; 6) Lưới nội chất (ER);
7) Bộ máy Golgi; 8) Màng kích thích;
9) Màng ti thể; 10) Màng lạp thể.
Độ di động của lipid
Trong mặt phẳng của màng các phân tử lipid luôn ở trạng thái di động: trong 1 phút mỗi phân tử lipid tiếp xúc với 106 phân tử lipid khác.
Sự di chuyển chỉ xảy ra trong phạm vi 1 lớp (di chuyển ngang), còn di chuyển từ lớp này sang lớp khác (còn gọi là sự di chuyển flip-flop) là rất hạn chế: chỉ xảy ra 1 lần trong 14 ngày.
Tính thấm của màng
Tính thấm và tính đàn hồi của màng phụ thuộc vào cấu trúc của các acid béo trong thành phần màng.
Các acid béo no có thể tạo thành các cấu trúc đồng đều (đồng nhất) hơn so với các acid béo không no, bởi vì ở các acid béo no có trạng thái trật tự cao nhất trong xắp xếp các mạch carbon (do số lượng nhiều nhất các tương tác van der Vaals).
Hơn nữa, mạch carbon càng dài thì cấu trúc càng bền. Mức độ trật tự của các acid béo không no không cao lắm. Khi lượng chứa các acid béo không no lớn thì sự khuyếch tán qua màng có thể tiến triển nhanh hơn tới 20 lần so với những màng chỉ chứa các acid béo no.
Như vậy, nhiều chức năng của màng ở một mức độ đáng kể phụ thuộc vào độ di động của các phân tử màng
Trạng thái của màng
Trạng thái của màng phụ thuộc vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ sinh lí (37oC) màng nằm trong trạng thái tinh thể lỏng, giữ được tính trật tự chung của cấu trúc, mặc dù các thành phần của nó vẫn có một sự tự do di chuyển. Khi giảm nhiệt độ thì độ di động của các phân tử trong mặt phẳng màng bị giảm và màng chuyển sang trạng thái “gel tinh thể”.
Sự chuyển (trạng thái) này phụ thuộc vào thành phần hóa học. Trong trường hợp này các thông số sau có ý nghĩa quan trọng:
1. Độ dài mạch acid béo: acid béo có mac dài có độ di động cao hơn acid béo có mạch acid béo ngắn. Mạch càng dài thì độ di động càng lớn.
2. Mức độ bão hòa của các acid béo.
3. Sự có mặt và phân bố của cholesterin trong màng. Cholesterin thuộc nhóm lipid đơn giản, có bản chất steroid, là thành phần phân biệt bổ sung của nhiều màng.
Màng ti thể nằm ở trạng thái tinh thể lỏng vì nó chứa nhiều acid béo không no, còn màng myelin nằm trong trạng thái này là do chứa nhiều cholesterin (tới 25%). Một số nhóm cơ thể như vi khuẩn, cá đã làm thích nghi được thành phần màng của chúng với nhiệt độ môi trường.
Tính phổ biến của các nhóm lipid khác nhau trong tự nhiên
Từ bảng số liệu trên cho thấy có sự khác nhau rất lớn giữa các tế bào prokaryote (vi khuẩn) và eukaryote (tất cả các cơ thể khác), mà rõ nét nhất là trong so sánh thành phần sterin và sphingomyelin
Tính phổ biến của các nhóm lipid khác nhau thay đổi từ cơ quan đến cơ quan, nhưng thực tế lại không bị thay đổi đối với màng một loại cụ thể nào đó, và hầu như là không phụ thuộc vào vị trí phân loại của cơ thể.
Ngoại lệ của quy tắc này là màng hồng cầu có thành phần lipid rất biến đổi ở các cơ thể khác nhau.
Một số nhận xét
Từ một số lượng lớn các kết quả nghiên cứu đã rút ra được một số quy luật sau:
1) Sterin chính của màng tế bào động vật là cholesterin, của màng tế bào thực vật là -cytosterin, còn của màng tế bào nấm và nấm men là ergosterin và zimosterin.
2) Trong ti thể nói chung không phát hiện thấy các glycolipid, có lẽ chúng chỉ có mặt trong màng sinh chất.
3) Kardiolipin ở các loại lớn chỉ có trong ti thể.
4) Thành phần phospholipid màng tế bào vi khuẩn ở một mức độ nhất định là đặc hiệu. Thành phần chính của chúng là phosphatidylglycerin và các dẫn suất amino acid của nó. Đôi khi trong các màng này phát hiện thấy phosphatidylethanolamine và phosphatidylserine và rất ít khi thấy có các sphingolipid và phosphatidylcholine. Các glycolipid khác nhau có phân bào rất rộng rãi trong màng vi khuẩn, ví dụ như mono- và diglucosyldiglyceride
5) Các tế bào Acholeplasma được đặc trưng bởi lượng chứa rất cao cholesterin (10-30%), mặc dù cơ thể này là đại diện của giới prokaryote và chứa một lượng lớn phosphatidylglycerin (36%) và glucosyldiglyceride (46%)
Nếu phân chia lipid ra thành các nhóm khác nhau tùy theo tính chất cấu trúc của chúng –các lipid trung tính (triglyceride và cholesterin…), svitterion (phosphatidylethanol-amine, phosphatidylcholine), lipid là các acid yếu (các acid carbonic và phosphatidylserine) và các lipid là những acid mạnh (các acid phosphatidylic), khi đó có thể rút ra nhận xét như sau: các lipid trung tính chiếm chủ yếu trong vỏ myelin, hồng cầu và mô thực vật, còn các svitterion và các lipid là các acid yếu – trong màng ti thể.
Unit Membrane
Fluid mosaic model of a biological membrane
Mô hình khảm cấu trúc màng sinh học
Mô hình màng tế bào E. coli
The Outer Membrane of Gram-negative Bacteria
Structure of the Gram-positive bacterial cell wall
Structure of the Gram-negative cell wall
Tính chất của màng
Về tổ chức và thành phần, tất cả các màng có một số tính chất chung sau:
1.Độ dày trung bình của chúng là 70-80 Å.
2. Chúng được xây dựng chủ yếu từ protein và lipid. Tỉ lệ khối lượng của 2 thành phần này là protein/lipid giao động trong phạm vi từ ¼ đến 4/1.
3. Chúng là các màng thấm.
Ngoài các tính chất chung trên, các màng còn có những khác biệt nhất định. Lipid và protein là 2 thành phần rất không đồng nhất. Ngoài 2 thành phần này ra, trong nhiều loại tế bào còn có một lượng đáng kể các saccharide. Các protein tạo nên tính đặc trưng của màng, về phần mình tính đặc trưng lại là dấu hiệu khác biệt của các màng loại này hay loại khác.
Chức năng của màng
Về mặt chức năng, một trong các tính chất chung của màng là khả năng của nó điều hòa sự thâm nhập (đi qua) của các ion vào trong tế bào và sự đi ra của chúng vào vùng giữa các tế bào bằng cách biến đổi độ thấm của nó.
Trên nền tảng của khả năng này, trong các tế bào được chuyên môn hóa phát triển các quá trình phức tạp như sinh ra và chuyền impul thần kinh và chuyển tín hiệu này từ một tế bào thần kinh tới một tế bào thần kinh khác hoặc từ tế bào thần kinh tới các tế bào và sợi cơ.
Tuy nhiên vấn đề về bản chất (hay cơ chế làm thay đổi tính thấm của màng cho đến nay vẫn chưa được làm sáng tỏ, mặc dù được chuyên gia của nhiều lĩnh vực nghiên cứu đã từ lâu. Hiện nay mới chỉ biết rằng trong màng có các kênh dẫn cho các ion với tính đặc hiệu rất cao.
Hàm lượng tương đối (%) của protein và lipid trong các chế phẩm màng khác nhau
THÀNH PHẦN LIPID
Lượng phospholipid trong màng tế bào của các cơ quan khác nhau ở chuột
Thành phần (%) lipid của màng hồng cầu của các động vật khác nhau
Hàm lượng (%) các acid béo trong các phospholipid khác nhau của hồng cầu người
Hàm lượng (%) các acid béo trong lipid tổng số từ hồng cầu động vật
Hàm lượng các acid béo khác nhau (%) trong vỏ tế bào hay màng ngoài một số thực vật và vi sinh vật
THÀNH PHẦN PROTEIN
Các loại protein màng và tính phổ biến của chúng
Khác với các lipid với chức năng chính là duy trì tính ổn đinh cơ học của màng và mang lại cho màng các tính chất ưa mỡ, mặt khác lipid còn là thành phần rất dễ chiết rút khỏi màng, các protein màng rất khó tách khỏi màng cho nên nghiên cứu cấu trúc và chức năng của chúng khó khăn hơn nhiều.
Mặc dù thành phần protein chiếm tới hơn một nửa khối lượng khô của màng, nhưng cho đến nay vẫn chưa phát hiện thấy một protein cấu trúc vạn năng nào, hay dù chỉ là các tiểu đơn vị protein vạn năng cũng chưa tìm thấy. các màng với hàm lượng protein tương đối cao (như màng trong ti thể và màng tế bào chất của vi khuẩn) tham gia thực hiện các quá trình enzyme rất khác nhau, và do vậy mà các protein màng của chúng hầu như đều là các enzyme.
Mặc dù điều này không phải luôn luôn đúng, nhưng thực tế đa số các protein màng dù ít hay nhiều đều đóng một vai trò đặc hiệu; chúng là các chất xúc tác của các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào, là các receptor cho các hormone hay các tín hiệu antigen, thực hiện chức năng nhận biết các nhân tố trong vận chuyển màng, ẩm (thực) bào và tính hướng hóa chất, là các chất vận chuyển xuyên màng của các chất có khối lượng phân tử thấp… Ngoài ra, còn nhiều protein màng khác còn chưa biết rõ chức năng sinh lí của chúng.
Các phương pháp thô chiết rút và phân tách các protein màng thường không cho phép xác định toàn bộ phổ các protein màng. Số protein nhiều nhất có thể nhận được từ một loại màng nào đó thường không quá 30 protein.
Các protein đặc hiệu liên kết với màng, chủ yếu là các enzyme. Mr của các polypeptit tách chiết từ màng giao động trong khoảng từ 10000 dến 240000.
Hồng cầu: Có tới 200 protein khác nhau.
Ti thể: Ngoài các enzyme, màng ti thể còn chứa protein cấu trúc với khối lượng phân tử Mr = 23000, có ái lực với phospholipid và ATP. Protein tương tự tìm thấy trong các microsome từ gan, hồng cầu bó và protoplast (thể nguyên sinh) rau chân vịt. màng trong và màng ngoài ti thể khác biệt nhau rất nhiều về hàm lượng và thành phần protein.
Vi khuẩn: Ở E.coli vỏ ngoài chứa 6 polypeptit, trong khi màng sinh chất chứa 27 polypeptit chính và rất nhiều polypeptit phụ và không một protein chứa trong cả 2 lớp màng của vi khuẩn này ơ một lượng đáng kể. Nhiều protein mới được phát hiện trong thời gian gần đây bằng phương pháp điện di 2 chều.
Thành phần amino acid của protein màng
Theo thành phần amino acid, các protein màng không khác biệt với các enzyme hòa tan, chúng chứa ~30% các amino acid kị nước, ~20% amino acid acid và ~12% các amino acid kiềm. Điểm khác biệt duy nhất của các protein màng so với các protein tế bào khác là chúng chứa ít hơn Cys, do đó trong các protein màng không có các cầu nối S – S.. Mặc dù về tổng thể thì các protein màng có tính kị nước cao hơn các protein hòa tan, nhưng các protein bên trong (màng) và bên ngoài (màng) về mặt này là khác nhau rất nhiều. Nếu chia các amino acid ra thành 3 nhóm:
- Nhóm amino acid phân cực, có phân cực bằng 1, gồm: Asp, Asn, Glu, Gln, Arg, Lys;
- Nhóm amino acid không phân cực, có độ phân cực bằng 0, gồm: Ala, Val, Leu, Ile, Cys, Met, Pro, Phe, Trp; và
- Nhóm amino acid trung gian, có độ phân cực bằng ½, gồm: Ser, Thr, Tyr, His, Gly.
Độ phân cực
Khi biểu diễn độ phân cực của protein bằng % mol, sẽ nhận được sự phân bố các protein theo thông số này:
- Độ phân cực của 206 protein không phải là protein màng là 46 6%
- Các protein trong màng có độ phân cực là 30 - 40% (khu trú bên trong màng)
- Các protein ngoài màng có độ phân cực là 53% (khu trú trên bề mặt màng).
THÀNH PHẦN OLIGOSACCHARIDE
Oligosaccharide
Màng sinh chất của các tế bào nhân thực chứa trung bình 2-10% saccharide ở dạng glycoprotein và glycolipid, còn saccharide ở dạng tự dó trong màng hầu như không có, hoặc có rất ít. Ngược lại, các thành phần cấu trúc chính của thành tế bào thực vật và nấm lại là các saccharide – cellulose, glucan, mannan, chitin và chitosan.
Ngày nay chúng ta biết rằng cấu trúc của màng không đối xứng. tính chất này liên quan đáng kể đến khu trú của thành phần saccharide trong màng: Các oligosaccharide nằm gần như tuyệt đối ở bề mặt ngoài của tế bào. Các thành phần oligosaccharide này ít khi chứa nhiều hơn 15gốc monosaccharide trên một mạch. Ngược lại với các mạch polypeptit, chúng thường phân nhánh. Các gốc saccharide nối với nhau không chỉ bằng các liên kết glycoside (16), mà cả bằng các liên kết (14) và (13).
Về mặt lí thuyết một mạch oligosaccharide có thành phần hóa học như vậy thì có tới 1020 tổ hợp (trình tự)khác nhau. Tuy nhiên, trên thực tế số mạch oligosaccharide trên bề mặt tế bào không nhiều đến như vậy, chúng đóng vai trò đáng kể trong tương tác tế bào-tế bào, chúng có chức năng là receptor cho các steroid, hormon và virus; ngoài ra, các tính chất kháng nguyên và tính tan trong nước của tế bào ở một mức độ đáng kể phụ thuộc vào sự có mặt của các oligosaccharide trên bề mặt tế bào.
Mặc dù các oligosaccharide trên bề mặt tế bào là rất đa dạng, nhưng cho đến nay có 1 vấn đề vẫn chưa có lời giải đáp là: Tại sao không hiện thực hóa được tất cả những tổ hợp (trình tự) có thể của các oligosaccharide?
Có lẽ vấn đề là ở chỗ: Các mạch polypeptit được tổng hợp trên ribosome, theo một mệnh lệnh được chuyển bởi thông tin di truyền, nhờ đó mà mỗi mạch polypeptit có một độ dài (số gốc amino acid) nhất định và một trình tự bậc I đặc trưng. Chương trình di truyền này không tồn tại đối với các oligosaccharide. Các mạch oligosaccharide được tạo thành nhờ tác động của một số enzyme xúc tác các phản ứng liên kết các gốc monosaccharide lại với nhau theo một trình tự nhất định. Mặt khác, các enzyme cần thiết cho sự liên kết này lại được chương trình hóa về mặt di truyền, và bộ các enzyme này có thể thay đổi từ tế bào tới tế bào hay từ mô tới mô.
Tính đặc hiệu và một số lượng tương đối nhỏ các enzyme cần thiết này là nguyên nhân gây nên chỉ có một số ít các tổ hợp có thể được hiện thực hóa. Các sản phẩm được xác định cũng không đồng nhất, bởi vì sự lựa chọn cơ chất và nhiều các yếu tố khác cũng ảnh hưởng lên hoạt tính các enzyme.
Các oligosaccharide trên bề mặt tế bào nhân thực thường chỉ chứa 9 trong số hơn 100 monosaccharide được biết cho đến nay.
Monosaccharide thường gặp nhất lại hầu như không có mặt trong các oligosaccharide này, mà chỉ thường gặp 2 stereoisomer của nó là galactose và mannose, tiếp theo là fucose (chỉ khác galactose ở một điểm nhỏ là một nhóm OH của galactose bị thay bằng nguyên tử H), N-acetylglucosamine và N-acetylgalactosa-mine, và cả acid neuramic (acid sialic)
Các mạch oligosaccharide liên kết với protein theo các mạch bên của các amino acid Asn,Thr, Ser, Lys-OH và Pro-OH, cụ thể là chúng liên kết bằng liên kết O-glycoside với các nhóm OH của Ser, Thr, Lys-OH và Pro-OH hay liên kết N-glycoside với Asn. Chỉ các amino acid này mới được nhận biết bởi các enzyme tham gia tổng hợp các mạch oligosaccharide, và các gốc monosaccharide đã hoạt hóa (ở dạng UDP-ester) mới được chuyển đến các gốc amino acid này.
Tuy nhiên không phải một gốc monosaccharide bất kì nào trong số các monosaccharide này đều là cầu nối giữa mạch oligosaccharide và protein (hay polypeptit), mà chỉ có một số tổ hợp nhất định được hiện thực hóa, đó là các tổ hợp:
N-acetylglucosylasparagine
N-acetylgalactosylthreonine
Galactosylhydroxylysine
Xylosylserine
Arabinosylhydroxyproline
Các tổ hợp này đóng vai trò mồi (primer) cho polymer hóa các gốc monosaccharide khác, trong đó fucose và acid sialic luôn nằm ở cuối mạch.
Cho đến nay đã tách chiết được và nghiên cứu một số lượng lớn các mạch oligosaccharide. Nhiều tổ hợp từ lâu đã được biết đến là các antigen (kháng nguyên), ví dụ các antigen nhóm máu của hệ ABO, các antigen đặc hiệu mô và các antigen bề mặt vi khuẩn O, K và H.
Nhóm máu ở người
Sự tồn tại các nhóm máu (hệ ABO) ở người và phân tích di truyền của chúng chứng tỏ rằng sự tạo thành các oligosaccharide được kiểm duyệt bởi một gen đặc hiệu.
Ở người có nhóm máu O chỉ tạo thành cấu trúc chính (antigen H). Antigen của nhóm A được gắn thêm ở cuối mạch (của cấu trúc chính này) 1 gốc N-acetylgalactosamine, còn antigen của nhóm máu B – gắn thêm gốc galactose. Những người mang các nhóm máu này sẽ có transferase cuối là N-acetylgalactosaminetransferase hay galactosetransferase, tương ứng.
Ở những người mang nhóm máu AB có cả 2 enzyme này. Còn những người với nhóm máu O tổng hợp ra transferase cuối là một protein không có hoạt tính xúc tác (do bị đột biến điểm). 3 enzyme này thực chất là sản phẩm của một gen duy nhất, về bản chất chúng là là các allozyme, rtwcs là do các allel khác nhau của một gen mã hóa.
Các Glycolipid
Các glycolipid chứa các thành phần mono- hay oligosaccharide thay cho nhóm phosphate thông thường trong nhiều lipid. Các gốc saccharide được liên kết với sphingosin – một aminoalcol với mạch carbon dài không no.
Thường phân biệt 2 nhóm glycerineglycolipid và glycosphingolipid. Glycerine-glycolipid có cấu trúc đơn giản: nhóm 3-OH của glycerine liên kết với mono- hay oligosaccharide bằng liên kết glycoside. Chúng được tìm thấy chủ yếu ở vi khuẩn và ở một lượng không đáng kể trong màng của động vật có vú.
Các glycosphingolipid cấu tạo phức tạp hơn nhiều. Phân biệt các glycosphingolipid trung tính, các sulfatide hay serebroside, phụ thuộc vào thành phần saccharide của glycosphingolipid. Serebroside đơn giản nhất chỉ chứa một gốc monosaccharide. Với các serebroside tách từ não, monosaccharide này chủ yếu là galactose, còn trong các serebroside tách chiết từ các cơ quan khác, ví dụ như từ gan và lách, gốc monosaccharide này là glucose. Các sulfatide là ester của acid sulfuric với các glycosphingolipid trung tính, trong đó có phân bố rộng rãi nhất là sulfate galactoserebroside (gốc sulfate nằm ở vị trí C3 của galactose).
Các ganglyoside chứa trong phân tử một hay nhiều gốc acid sialic và từ 2 đến 4 gốc saccharide trung tính (glucose, galactose và N-acetylgalactosamine). Chúng có mặt ở một lượng lớn trong chất xám của não, và cả ở một lượng không đáng kể trên bề mặt ngoài của các tế bào những nguồn gốc khác.
CÁC LOẠI MÀNG
Sự phân hóa màng
Trong tế bào eukaryote có nhiều loại màng khác nhau có cấu trúc và chức năng cũng rất khác nhau. Như vậy là có sự phân hóa màng theo cấu trúc và chức năng. Song tất cả các màng sinh học đều có các chức năng chung là hàng rào ngăn cách và là khung cơ học nâng đỡ, đồng thời đều thực hiện các chức năng vận chuyển các qua màng.
Sau đây là liệt kê các màng sinh học khác nhau với những chức năng đặc trưng của từng loại màng trong tế bào.
Màng sinh chất (hay màng tế bào)
Các tính chất chức năng
Màng sinh chất rất đa dạng về cấu trúc và chức năng. Ngoài chức năng vận chuyển, màng sinh chất còn nhiều chức năng khác (xem trong bảng sau).
a) Các tính chất antigen
Trên bề mặt ngoài màng sinh chất của nhiều tế bào có các nhóm định kháng nguyên khu trú, chúng được tạo thành bởi các glycolipid và các glycoprotein. Những thành phần này cũng đóng vai trò chính trong nhận biết của các tế bào, trong các quá trình ức chế tiếp xúc và vận chuyển của các thành phần màng.
Các chức năng của các màng sinh chất từ những tế bào khác nhau
Enzyme của màng sinh chất
b) các enzyme khu trú trong màng
Các màng sinh chất chứa một lượng lớn các enzyme, thêm nữa, các màng có nguồn gốc khác nhau khác biệt nhau nhiều về mặt này. Bộ enzyme của màng sinh chất tế bào gan rất đa dạng, điều này không thể thấy ở màng hồng cầu. bộ enzyme của màng nấm men rất hạn chế, trong khi trên màng vi khuẩn có hầu như tất cả các enzyme của ti thể, ngoài ra còn có nhiều enzyme khác nữa.
Các màng sinh chất cũng rất không đối xứng trong phân bố các enzyme. Ví dụ, ở mặt ngoài màng hồng cầu có acetylcholineesterase và NAD+ nucleotidase, còn trên mặt trong của màng lại có các enzyme lipoamide DH, protein kinase và ATPase.
Các enzyme quan trọng nhất tìm thấy trong các màng sinh chất khác nhau
Màng hồng cầu
- Nhận chế phẩm màng hồng cầu (xác hồng cầu) bằng phương pháp li tâm. Mõi xác hay vỏ hồng cầu nặng (11-12)10-13 g và có điện tích bề mặt ~ 140 m2, độ dày đạt 75 Å.
- M hồng cầu cấu tạo từ 50% protein, 40% lipid và ~10% saccharide.
Dùng SDS tách protein khỏi màng và điện di thông thường sẽ phát hiện được ~15 vạch chính (chiếm ~80% protein chung) và một số vạch (protein) phụ.
Trong bảng dưới đây không liệt kê các protein cóa mặt ở một lượng ít trong màng, trong số đó có Na+/K+-ATPase (~100 phân tử/tế bào hồng cầu) và một số enzyme khác. Khi thay điện di thông thường bằng điện di 2 chiều đã phát hiện tới > 200 polypeptit khác nhau.
Cấu trúc màng hồng cầu
Các protein chính của vỏ hồng cầu người
Saccharide chủ yếu liên kết với protein, chỉ một phần nhỏ (~7%) liên kết với các glycoprotein và thành phần “a” (một protein khác) khu trú ở mặt ngoài. Các thành phần saccharide khu trú hầu hết ở mặt ngoài màng, cguwngs tỏ tính cấu trúc không đối xứng của màng. Trong số các protein hồng cầu thì glycophorin được nghiên cứu tốt nhất. Polypeptit này chứa 3 vùng chức năng khác nhau: các vùng đầ N và đầu C có các tính chất ưa nước, còn vùng giữa có tính ưa béo. Vùng đầu cuối N khu trú ở phái ngoài màng, chứa 20-30 phân tử oligosaccharide, cấu tạo từ 4 hay 8-9 gốc monosaccharide, liên kết với Asn, Thr hay Ser. Các mạch oligosaccharide cấu tạo chủ yếu từ GalNAc, Galactose, và (chủ yếu) là acid sialic (tới 50%). Acid sialic thường nằm ở đầu cuối mạch và tạo ra điện tích âm trên bề mặt hồng cầu, do đó ngăn cản sự ngưng kết của chúng. Khi bị mất các gốc ấl hồng cầu sẽ bị loại khỏi dòng máu và chấm dứt hoạt động.
Protein màng hồng cầu “lớn” thứ 2 là thành phần “a”, đây là một protein xuyên màng, chứa tương đối ít saccharide. Giả định rằng protein này tạo thành kênh dẫn cho các anion (là protein tunnel).
Protein có phân bố rộng rãi nhất của hồng cầu là spectrin hay tectin A. Protein này nằm ở mặt tế bào chất của màng, là một protein dạng sợi, cấu tạo từ 2 mạch polypeptit khác nhau và liên kết với một protein giống actin. Cả 2 mạch (protein) này đều dễ dàng chiết rút được bằng nước cất, chúng là các protein màng ngoại biên . Giả định rằng spectrin giống myosin. Rõ rằng rằng spectrin là một protein cấu trúc, được sử dụng để tạo dạng cầu của hồng cầu và ổn định cấu trúc này.
Màng ti thể và màng lục lạp
Ti thể và lục lạp là những bào quan của tế bào eukaryote.
Chúng có 2 màng – màng trong và màng ngoài. Màng trong ngăn cách các bào quan này khỏi phần còn lại của tế bào chất (cytozol), chứa ~50% lipid và 50% protein, có độ thấm cao đối với các ion, các metabolite và thậm chí đối với cả các phân tử protein.
Trong màng trong của ti thể xảy ra quá trình phosphoryl hóa oxy hóa. Theo cấu trúc và chức năng, màng này là loại màng phức tạp hơn cả.
Trong lục lạp chứa các túi màng dẹt (thylakoid) được xếp thành chồng gọi là grana. Trong các màng này xảy ra các phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng của quá trình quang hợp. Ở dạng đã được phân hóa hoàn toàn các thylakoid khác một mối tiếp xúc nàu với các màng của vỏ lục lạp.
Màng ti thể
Ti thể có 2 lớp màng. Ti thể về nhiều khía cạnh giống vi khuẩn: chjwas ADN vòng, các ribosome nhỏ, tổng hợp protein mẫn cảm với chloramfenicol, ti thể phân chia độc lập…
Màng ngoài giống ER, đều chứa cytochrom b5 và cytochrom c oxydase không mẫn cảm với rotenon. Ngoài ra còn quan sát thấy trao đổi các phospholipid giữa màng ngoài ti thể và ER. Màng trong ti thể giống màng tế bào chất của vi khuẩn về chức năng (thực hiện phosphoryl hóa oxy hóa và vận chuyển electron)
Một số đặc điểm của các màng ti thể
Màng lục lạp
Trong màng lục lạp có 2 hệ quang hóa PSI và PS II, chúng khu trú cách biệt nhau. Sự tồn tại của các hệ quang hóa được phát hiện vào năm 1956.
Hệ PS I làm việc khi được chiếu sáng với bước sóng 700 nm, trong khi hệ PS II – làm việc ở khu được chiếu sáng với các bước sóng < 682 nm. Trong cả 2 trường hợp các phân tử chịu trách nhiệm hấp thụ ánh sáng là các phân tử chlorophill a.
Tuy nhiên, trong quang hợp có thể sử dụng ánh sáng với bước sóng bất kì. Điều này được nguyên nhân bởi: ngoài chlorophill trong lục lạp còn có nhiều pigment khác hấp thụ ánh sáng, các photon do các pigment này hấp thụ được chuyển sang chlorophill. Sau khi hấp phụ Các photon được chuyển từ phân tử này sang phân tử khác cho đến khi đạt tới các pigment P700 hay P682, nơi xảy ra phản ứng sáng sơ cấp của quá trình quang hợp.
Độ di động của protein và saccharide trong mặt phẳng của màng
Tuy màng có cấu trúc tinh thể lỏng, nhưng các protein không tự do di chuyển trong màng, mà phân bố có quy luật (nghiên cứu nhờ kính hiển vi điện tử), bởi vì các protein còn tương tác với nhau, tạo thành các cấu trúc oligomer và cấu trúc bậc IV, và tương tác với cả các protein cấu trúc dưới màng bên trong tế bào.Các antigen bề mặt thực hiện các chức năng khác. Chúng tốc độ như các receptor, phục vụ trao đổi thông tin giữa các tế bào, xác định tính đồng nhất của tế bào. Tính chất phân bố của chúng luôn đặc trưng cho từng loại tế bào, cơ quan, mô và giai đoạn phát triển.
Bề mặt hồng cầu chứa một loạt các antigen, trong đó có các A-, B- và O-alloantigen, các yếu tố Rh và một loạt các receptor cho lectin. Kết quả nghiên cứu cho thấy các A-, B- và O-alloantigen phân bố đồng đều trên bề mặt hồng cầu, và các Rho (D-alloantigen luôn nằm trong những vùng hạn chế nhất định.
Có 3 cách tiếp cận thực nghiệm để chứng minh tính cấu trúc lỏng khảm (cấu trúc tinh thể lỏng) của màng: 1) các màng dính với nhau và hòa nhập làm một; 2) đo trực tiếp sự khuyêchs tán của các phân tử trong mặt phẳng của màng; 3) hiệu ứng capping
Kết quả đo khuyếch tán: hệ số khuyêch tán của các phân tử lipid là ~910-9 cm2/s, và của protein là ~210-10 cm2/s. Tuy nhiên protein màng có độ di động thấp hơn nhiều, do chúng còn liên kết với protein của khung xương tế bào.
Màng tế bào vi khuẩn
Màng tế bào chất (màng sinh chất hay màng trong) ở cả 2 loại vi khuẩn (gram dương và gram âm) đều phức tạp; về mặt cấu trúc nó giống với màng trong của ti thể và lục lạp; về chức năng, màng này còn đảm nhận các chức năng mà ở tế bào eukaryote được phân bổ cho các màng sinh chất, ER và màng của các bào quan. Màng trong là nơi khu trú của các enzyme của mạch hô hấp, phosphoryl hóa oxy hóa, vận chuyển tích cực…, và cả các enzyme của nhiều đường sinh tổng hợp cần thiết cho tạo thành các thành phần của màng (phospholipid, glycolipid, và các polysaccharide túi [capsul]). Thành phần của màng này phụ thuộc vào 2 điểm: 1) vi khuẩn là cơ thể ưa khí hay kị khí, và 2) oxy hay nitrate là chất nhận electron cuối cùng của vi khuẩn này. Đa số các protein vận chuyển là những protein cảm ứng, vì vậy lượng của chúng tại những thời điểm nhất định có thể tăng mạnh và chiếm tới 1% tổng protein của màng.
Tính biến dị cao của thành phần phản ánh các nhu cầu của tế bào trong môi trường tương ứng. Các protein trong màng vi khuẩn tồn tại ở trạng thái bao gói chặt chẽ nhất. Nưếu như tại mỗi thời điểm gắn vào màng tất cả các protein được mã hóa bởi genom vi khuẩn thì sẽ không có đủ chỗ. Do đó để lựa chọn những protein cần thiết, tế bào cần có những cơ chế kiểm duyệt phân biệt một cách tinh vi có khả năng điều hòa thành phần màng trong mối phụ thuộc vào các các nhu cầu luôn biến đổi của tế bào và sự lựa chọn các metabolite trong môi trường.
Màng ngoài chứa ít phospholipid và protein hơn màng trong, cho nên dẽ dàng tách khỏi màng trong bằng phương pháp li tâm trong gradient mật độ
Vi khuẩn + lysozyme + EDTA loại bỏ thành tế bào nhận được cấu trúc dạng khối cầu gọi là spheroplast.
Tuy nhiên, nếu chỉ loại bỏ lớp vỏ murein mà giữ lại màng ngoài thì các tế bào không biến thành spheroplast khi nằm trong dung dịch nhược trương, mà vẫn có dạng hình que ban đầu. Điều này chứng tỏ màng ngoài xác định hình dạng của các tế bào gram âm.
Sự khác biệt trong thành phần lipid của 2 loại màng là rất đáng kể. Màng ngoài đảm bảo tính trọn vẹn cấu trúc của tế bào, ở một mức độ đáng kể bảo vệ tế bào khỏi hoạt tính hydrolytic bên ngoài tế bào, và là hàng rào ngăn cách đối với một loạt chất, như các kháng sinh. Nó chứa các receptor cho các thể thực khuẩn (bacteriophage) và colicin, tham gia vào quá trình chia tế bào và tiếp hợp của vi khuẩn. Nó chứa mjnhth liên kết ion Fe, các vitamin, saccharide và các protein tạo lỗ (các porin) cho nhiều chất có phân tử lượng thấp. Các lỗ được mở ra hay đóng lại là phụ thuộc vào phân bố điện tích trên bề mặt màng.
Màng ngoài
Màng ngoài chứa 5 protein chính là PG-1, 2 và 3, HM-1 và HM-2 và lipoprotein (các kí hiệu: PG – peptidoglycan, HM – heat modifiable protein, hay protein không bền nhiệt) và 10-20 protein phụ (có ở một lượng ít). Hầu hết các protein phụ là những protein cảm ứng. Các protein này cí nhiều chức năng khác nhau, ví dụ protein G với Mr 15000 tham gia vào nhân đôi ADN và phân chia tế bào. Các protein PG-và 3 chứa nhiều cấu trúc , trong màng chúng được bao gói chặt chẽ, tạo thành cấu trúc 6 mặt với chu kí là 7,5 nm. Mỗi đơn vị cấu trúc natf chứa 3 phân tử protein, che phủ tới 60% diên tích bề mặt tế bào.Protein PG-2 và các protein còn lại là những receptor cho các phage. Trong các tế bào không có khả năng tiếp hợp (các tế bào F) không có protein này.
Lipoprotein là một protein không lớn, nhưng là protein có phân biệt rộng rãi nhất ở E. coli. Đầu C của nó liên kết (cộng hóa trị) với lớp vỏ murein, đầu N – mang lipid. Ngoài lipoprotein liên kết trong màng, còn có 1 lipoprotein chỉ có khu trú trong màng ngoài.
Lipopolysaccharide
. Trên 1 m2 màng ngoài có 105 phân tử lipopolysaccharide, 105 phân tử protein, 106 phân tử phospholipid. Lipopolysaccharide che phủ 30-40% bề mặt màng. Lipopolysaccharide thay thế một phần đáng kể các phospholipid trong màng ngoài. Các lipopolysaccharide có thể di chuyển từ lớp ngoài vào lớp trong màng ngoài, nhưng trong tế bào sống sự di chuyển này rất hạn chế, vì không có khoảng trống trong màng. Di chuyển ngang của các lipopolysaccharide trong mặt phẳng màng cũng rất hạn chế, thấp hơn 105 lần so với tính di động của các phân tử phospholipid.
Màng ngoài xác định hình dạng tế bào
. Các thành phần của lớp vỏ murein không phải là các sản phẩm gen sơ cấp và lớp vỏ murein không phải là một hệ thống tự tập hợp. Dạng của tế bào vi khuẩn vẫn còn gữ lại được ngay cả sau khi phân hủy lớp murwein (trong dung dịch nhược trương). Làm tan bào các tế bào không còn chứa murein, cho phép nhận các “xác” tế bào (hay còn gọi là gilza) vẫn giữ được dạng của tế bào. Các xác tế bào rỗng này chứa 70% protein và 30% lipid. Sau khi loại bỏ lipid bằng dung môi hữu cơ, dạng của tế bào vẫn không bị phá vỡ (các gilza đã bị loại mỡ chứa 80-90% protein). Kết quả này cho thấy các protein màng đóng vai trò quyết định xác định dạng của tế bào.
Trong đa số các màng, protein chỉ đóng vai trò thứ yếu trong tạo thành cấu trúc, bởi vì giữa các phân tử protein không có các tương tác tốc độ xa (trên một khoảng cách). Nhưng trong trường hợp màng ngoài vi khuẩn vấn đề lại hoàn toàn khác: protein là các nhân tố cấu trúc thực sự, chúng nằm trong màng ở dạng một cấu trúc được lặp lại có tính chu kì.
Nhờ sử dụng các chất nối ngang, đã tạo được các cầu nối cộng hóa trị giữa các phân tử phân tử trong các xác tế bào. Cấu trúc của các xác tế bào vẫn giữ được trong trường hợp này khi đun chúng trong dung dịch SDS 1%. Gilza rỗng sau khi tạo thành các liên kết ngang thực tế là một phân tử thống nhất, trong đó tất cả các protein chứa trong các tỉ lệ như chong các chế phẩm màng không bị xử lí. Bằng phương pháp cầu nối ngang đã xác định được khoảng cách trung bình giữa các phân tử protein trong gilza là 0,3 nm. Như vậy, các protein trong gilza được bao gói rất chặt chẽ, ở mức mà sự di chuyển ngang của chúng là tối thiểu, nếu không nói là hoàn toàn không có. Nói một cách khác, màng ngoài của vi khuẩn giữ được cấu trúc của nó nhờ các tương tác protein-protein. Chính các tương tác này xác định hình dạng của vi khuẩn.
Tiếp nhận thông tin
RECEPTOR
Bề mặt tế bào chứa các phân tử hay complex phân tử có khả năng nhận biết các ligand đặc hiệu hay các tế bào khác, liên kết chúng và sau khi liên kết đưa tín hiệu vào trong tế bào, dẫn tới một loạt các sự kiện tiếp theo. Sự truyền tín hiệu (chuyển thông tin) có thể dựa trên quá trình đẩy ion (giống như dạng co bóp mạch). Tuy nhiên, nó có thể xảy ra mà không cần có sự mang thêm (vào hệ thống) vật chất – bằng cách biến đổi cấu hình của các protein màng.
Khái niệm receptor không chỉ bị hạn chế bởi các phân tử liên kết với màng. Một số receptor của hormon, ví dụ các receptor của hormon steroid nàm trong tế bào chất, hơn nữa, đối với các nhà sinh lí học thì cả những tế bào (mẫn cảm) cũng được coi là receptor. Đa số các phân tử receptor trên bề mặt tế bào là các glycoprotein (có cấu trúc oligomer) hay ganglyoside.
Các tiêu chí của một phân tử receptor
1) Receptor cần phải thể hiện tính chọn lọc và tính đặc hiệu cao đối với ligand và phải phân biệt được nó theo cấu trúc.
2) Động học liên kết ligand phải được mô tả bằng một đường cong bão hòa – điều kiện chứng tỏ rằng số các phân tử receptor (trong màng) là hạn chế;
3) Cần phải tồn tại tính đặc hiệu mô.
4) Các thông số ái lặc phải tương ứng với nồng độ sinh lí của các ligand;
5) Sự liên kết (các) ligand phải là một quá trình thuận nghịch; hiệu ứng sinh lí phải bị mất đi sau khi loại bỏ ligand.
Tương tác với ligand
Tương tác của ligand phải được mô tả bằng một quá trình 2 giai đoạn:
1) Liên kết ligand;
2) Khởi xướng (hay châm ngòi) tín hiệu (tác động của phân tử hay chất thừa hành - effector).
Sự hiện thực hóa giai đoạn 2 có thể được thực hiện bởi 2 cách khác nhau:
a) Xảy ra hoạt hóa adenylatecyclase xúc tác phản ứng tạo thành cAMP trên bề mặt bên trong của màng; về phần mình cAMP gây ra một thác các phản ứng.
Ưu thế của quá trình này thể hiện ở hiệu quả khuyếch đại tín hiệu (kích thích), hạn chế là tốc độ tương đối nhỏ của phản ứng (khoảng từ vài phần cho đến vài giây).
b) Receptor tác động như là một ionophor. Sự liên kết ligand được chuyển thành tín hiệu thông báo rằng cần phải chuyển gấp các ion vào trong tế bào; về phía mình, các ion này sẽ điều hòa các quá trình bên trong tế bào. Thời gian kéo dài của các tín hiệu (impul) này là khoảng và phần nghìn giây.
Các chức năng tiếp nhận và thừa hành được thực hiện bởi cùng một phân tử
Không thể trả lời một cách nhất quán câu hỏi này.
Adenylatecyclase được kích thích bởi nhiều ligand, bao gồm các hormon và các neuromediator; đối với mỗi ligand tồn tại ít nhất một loại receptor.
Ví dụ, có 8 receptor khác nhau (glucagon, secretin, AKTG, LH, prostaglandin, adrenalin, insulin…) có thể tác động lên màng các tế bào mỡ, tín hiệu của các receptor này nhờ adenylatecyclase được truyền vào trong tế bào.
Khi có nhiều loại receptor, nhưng chỉ có 1 effector (enzyme adenylatecyclase), tức là số phân tử receptor ít hơn số phân tử effector, thì sự di chuyển ngang của effector trong màng đảm bảo tương tác qua lại giữa chúng.
Một số loại receptor
Các receptor của insulin
Khi tách màng từ các tế bào có receptor của insulin, sẽ nhận được các túi màng lộn ngược và các túi màng này hoàn toàn không liên kết insulin. Điều này có nghĩa là receptor insulin chỉ khu trú trên bề mặt ngoài của màng.
Khả năng liên kết của các receptor không bị giảm khi xử lí bằng phospholipase A. Ngược lại, số chỗ liên kết được tăng lên. Từ đó có thể kết luận rẳng có những vùng liên kết được ngụy trang (ẩn), chúng bị phong tỏa bởi các đầu của những phân tử lipid.
Tác động kéo dài của insulin phá hủy khả năng liên kết, xử lí tiếp thao bằng phospholipase A phục hồi khả năng này. Tuy nhiên, đây không phải là sự phục hồi hoạt tính ban đầu, mà là giải phóng các vùng liên kết mới. Nếu bây giờ cho thêm trypsin, thì hoạt tính sẽ bị mất đi không thuận nghịch. Số vùng liên kết được ngụy trang nhiều gấp khoảng 3 lần số vùng liên kết được phô ra ngoài.
Vai trò của phần saccharide trong phân tử receptor
Loại bỏ gốc acid sialic bằng enzyme neuraminidase cản trở chuiyển tín hiệu vào trong tế bào, tuy nhiêu không ảnh hưởng lên liên kết của insulin. Như vậy, acid sialic đóng vai trò quyết định trong vai trò chất trung gian. Các dẫn liệu này cho thấy liên kết insulin và hoạt hóa các quá trình trong tế bào là 2 quá trình không phụ thuộc vào nhau. Nếu xử lí tế bào cùng một lúc với neuraminidase và -galactosidase, thì khả năng liên kết insulin bị mất đi. Như vậy, galactose là thành phần cần thiết của chỗ vùng kết. Chỉirieeng -galactosidase không gây ra tác động như vậy, từ đó suy ra: acid sialic bảo vệ các gốc galactose.
Hiệu ứng giống insulin có thể được gây ra trong các tế bào mỡ bởi các lectin ConA và WGA (agglutinin mầm lúa mì). Chúng được liên kết chủ yếu bởi các gốc galactose. Ở nồng độ cao chúng ức chế cạnh tranh liên kết insulin.
Tác động của insulin
Receptor insulin có Mr = 30000 Da, Trên bề mặt tế bào mỡ có khoảng 10000 phân tử receptor insulin, chúng phân bố đều trên bề mặt tế bào.
- Khi liên kết với receptor, insulin gây ức chế adenylatecyclase và đồng thời hoạt hóa guanylatecyclase, kích thích tổng hợp cGMP.
Số lượng receptor insulin phụ thuộc vào tác động của môi tròng bên ngoài. Trong các tế bào phôi và đang lớn số receptor không đáng kể, trong các tế bào đã phân hóa – nhiều. Trong các tế bào nuôi cấy sự ức chế tiếp xúc và thiếu huyết thanh trong môi trường dẫn tới tăng số lượng receptor. Khi thên huyết thanh mới vào thì số lượng receptor giảm. Insulin không gây ảnh hưởng nào lê
Khái quát chung
Tất cả các tế bào đều được bao quanh bởi màng. Ngoài ra, trong tế bào, trước hết là trong các tế bào nhân thực, còn có một mạng lưới các hệ thống màng, chúng chia tế bào ra thành các khoang hay ngăn, phân cách với các phần còn lại của tế bào. Màng cho nước, một số ion và các của cơ chất cần thiết đi vào trong tế bào và thải các sản phẩm bài tiết ra ngoài tế bào. Màng có chức năng bảo vệ tế bào và làm cho môi trường bên trong ổn định.
Thuật ngữ “màng” lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1855 để chỉ ranh giới (biên giới) của tế bào; một mặt là hàng rào ngăn cách tế bào và môi trường bao quanh; mặt khác, đây là màng bán thấm, qua nó nước và một số chất hòa tan trong nước có thể đi qua. Chức năng đầu tiên của màng là: nó là hàng rào cơ học (hiện nay chức năng này được gán cho các cấu trúc ngoài màng). Mặt khác, đã thiết lập được rằng màng là khung cấu trúc của tế bào. Và là mẫu số chung trong kiến trúc của tế bào.
Các dấu hiệu chính của màng
Có 2 dấu hiệu chính cho phép phân biệt màng với tất cả các cấu trúc hình thái khác của tế bào:
1. Tồn tại các cấu trúc 3 lớp trên các ảnh chụp dưới kính hiển vi điện tử các chế phẩm tương phản âm bản của màng.
2. Lượng chứa cao của các lipid (đặc biệt là các phospholipid), tồn tại một lượng protein nhất định, và chỉ ít khi là một lượng không đáng kể các chất khác. (chẳng hạn như các polysaccharide và, trong một số trường hợp đặc biệt, cả acid nucleic).
Phân loại màng
Các màng phân chia tế bào ra thành một loạt các khoang kín, mỗi khoang các chức năng đặc trưng trong tế bào.
Theo nguồn gốc, cấu trúc và chức năng, các màng được chia thành những loại sau:
Màng sinh chất (plasmalemma); 2) Màng nhân;
3) Các màng của vỏ mielin; 4) Màng virus;
5) Màng vi khuẩn; 6) Lưới nội chất (ER);
7) Bộ máy Golgi; 8) Màng kích thích;
9) Màng ti thể; 10) Màng lạp thể.
Độ di động của lipid
Trong mặt phẳng của màng các phân tử lipid luôn ở trạng thái di động: trong 1 phút mỗi phân tử lipid tiếp xúc với 106 phân tử lipid khác.
Sự di chuyển chỉ xảy ra trong phạm vi 1 lớp (di chuyển ngang), còn di chuyển từ lớp này sang lớp khác (còn gọi là sự di chuyển flip-flop) là rất hạn chế: chỉ xảy ra 1 lần trong 14 ngày.
Tính thấm của màng
Tính thấm và tính đàn hồi của màng phụ thuộc vào cấu trúc của các acid béo trong thành phần màng.
Các acid béo no có thể tạo thành các cấu trúc đồng đều (đồng nhất) hơn so với các acid béo không no, bởi vì ở các acid béo no có trạng thái trật tự cao nhất trong xắp xếp các mạch carbon (do số lượng nhiều nhất các tương tác van der Vaals).
Hơn nữa, mạch carbon càng dài thì cấu trúc càng bền. Mức độ trật tự của các acid béo không no không cao lắm. Khi lượng chứa các acid béo không no lớn thì sự khuyếch tán qua màng có thể tiến triển nhanh hơn tới 20 lần so với những màng chỉ chứa các acid béo no.
Như vậy, nhiều chức năng của màng ở một mức độ đáng kể phụ thuộc vào độ di động của các phân tử màng
Trạng thái của màng
Trạng thái của màng phụ thuộc vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ sinh lí (37oC) màng nằm trong trạng thái tinh thể lỏng, giữ được tính trật tự chung của cấu trúc, mặc dù các thành phần của nó vẫn có một sự tự do di chuyển. Khi giảm nhiệt độ thì độ di động của các phân tử trong mặt phẳng màng bị giảm và màng chuyển sang trạng thái “gel tinh thể”.
Sự chuyển (trạng thái) này phụ thuộc vào thành phần hóa học. Trong trường hợp này các thông số sau có ý nghĩa quan trọng:
1. Độ dài mạch acid béo: acid béo có mac dài có độ di động cao hơn acid béo có mạch acid béo ngắn. Mạch càng dài thì độ di động càng lớn.
2. Mức độ bão hòa của các acid béo.
3. Sự có mặt và phân bố của cholesterin trong màng. Cholesterin thuộc nhóm lipid đơn giản, có bản chất steroid, là thành phần phân biệt bổ sung của nhiều màng.
Màng ti thể nằm ở trạng thái tinh thể lỏng vì nó chứa nhiều acid béo không no, còn màng myelin nằm trong trạng thái này là do chứa nhiều cholesterin (tới 25%). Một số nhóm cơ thể như vi khuẩn, cá đã làm thích nghi được thành phần màng của chúng với nhiệt độ môi trường.
Tính phổ biến của các nhóm lipid khác nhau trong tự nhiên
Từ bảng số liệu trên cho thấy có sự khác nhau rất lớn giữa các tế bào prokaryote (vi khuẩn) và eukaryote (tất cả các cơ thể khác), mà rõ nét nhất là trong so sánh thành phần sterin và sphingomyelin
Tính phổ biến của các nhóm lipid khác nhau thay đổi từ cơ quan đến cơ quan, nhưng thực tế lại không bị thay đổi đối với màng một loại cụ thể nào đó, và hầu như là không phụ thuộc vào vị trí phân loại của cơ thể.
Ngoại lệ của quy tắc này là màng hồng cầu có thành phần lipid rất biến đổi ở các cơ thể khác nhau.
Một số nhận xét
Từ một số lượng lớn các kết quả nghiên cứu đã rút ra được một số quy luật sau:
1) Sterin chính của màng tế bào động vật là cholesterin, của màng tế bào thực vật là -cytosterin, còn của màng tế bào nấm và nấm men là ergosterin và zimosterin.
2) Trong ti thể nói chung không phát hiện thấy các glycolipid, có lẽ chúng chỉ có mặt trong màng sinh chất.
3) Kardiolipin ở các loại lớn chỉ có trong ti thể.
4) Thành phần phospholipid màng tế bào vi khuẩn ở một mức độ nhất định là đặc hiệu. Thành phần chính của chúng là phosphatidylglycerin và các dẫn suất amino acid của nó. Đôi khi trong các màng này phát hiện thấy phosphatidylethanolamine và phosphatidylserine và rất ít khi thấy có các sphingolipid và phosphatidylcholine. Các glycolipid khác nhau có phân bào rất rộng rãi trong màng vi khuẩn, ví dụ như mono- và diglucosyldiglyceride
5) Các tế bào Acholeplasma được đặc trưng bởi lượng chứa rất cao cholesterin (10-30%), mặc dù cơ thể này là đại diện của giới prokaryote và chứa một lượng lớn phosphatidylglycerin (36%) và glucosyldiglyceride (46%)
Nếu phân chia lipid ra thành các nhóm khác nhau tùy theo tính chất cấu trúc của chúng –các lipid trung tính (triglyceride và cholesterin…), svitterion (phosphatidylethanol-amine, phosphatidylcholine), lipid là các acid yếu (các acid carbonic và phosphatidylserine) và các lipid là những acid mạnh (các acid phosphatidylic), khi đó có thể rút ra nhận xét như sau: các lipid trung tính chiếm chủ yếu trong vỏ myelin, hồng cầu và mô thực vật, còn các svitterion và các lipid là các acid yếu – trong màng ti thể.
Unit Membrane
Fluid mosaic model of a biological membrane
Mô hình khảm cấu trúc màng sinh học
Mô hình màng tế bào E. coli
The Outer Membrane of Gram-negative Bacteria
Structure of the Gram-positive bacterial cell wall
Structure of the Gram-negative cell wall
Tính chất của màng
Về tổ chức và thành phần, tất cả các màng có một số tính chất chung sau:
1.Độ dày trung bình của chúng là 70-80 Å.
2. Chúng được xây dựng chủ yếu từ protein và lipid. Tỉ lệ khối lượng của 2 thành phần này là protein/lipid giao động trong phạm vi từ ¼ đến 4/1.
3. Chúng là các màng thấm.
Ngoài các tính chất chung trên, các màng còn có những khác biệt nhất định. Lipid và protein là 2 thành phần rất không đồng nhất. Ngoài 2 thành phần này ra, trong nhiều loại tế bào còn có một lượng đáng kể các saccharide. Các protein tạo nên tính đặc trưng của màng, về phần mình tính đặc trưng lại là dấu hiệu khác biệt của các màng loại này hay loại khác.
Chức năng của màng
Về mặt chức năng, một trong các tính chất chung của màng là khả năng của nó điều hòa sự thâm nhập (đi qua) của các ion vào trong tế bào và sự đi ra của chúng vào vùng giữa các tế bào bằng cách biến đổi độ thấm của nó.
Trên nền tảng của khả năng này, trong các tế bào được chuyên môn hóa phát triển các quá trình phức tạp như sinh ra và chuyền impul thần kinh và chuyển tín hiệu này từ một tế bào thần kinh tới một tế bào thần kinh khác hoặc từ tế bào thần kinh tới các tế bào và sợi cơ.
Tuy nhiên vấn đề về bản chất (hay cơ chế làm thay đổi tính thấm của màng cho đến nay vẫn chưa được làm sáng tỏ, mặc dù được chuyên gia của nhiều lĩnh vực nghiên cứu đã từ lâu. Hiện nay mới chỉ biết rằng trong màng có các kênh dẫn cho các ion với tính đặc hiệu rất cao.
Hàm lượng tương đối (%) của protein và lipid trong các chế phẩm màng khác nhau
THÀNH PHẦN LIPID
Lượng phospholipid trong màng tế bào của các cơ quan khác nhau ở chuột
Thành phần (%) lipid của màng hồng cầu của các động vật khác nhau
Hàm lượng (%) các acid béo trong các phospholipid khác nhau của hồng cầu người
Hàm lượng (%) các acid béo trong lipid tổng số từ hồng cầu động vật
Hàm lượng các acid béo khác nhau (%) trong vỏ tế bào hay màng ngoài một số thực vật và vi sinh vật
THÀNH PHẦN PROTEIN
Các loại protein màng và tính phổ biến của chúng
Khác với các lipid với chức năng chính là duy trì tính ổn đinh cơ học của màng và mang lại cho màng các tính chất ưa mỡ, mặt khác lipid còn là thành phần rất dễ chiết rút khỏi màng, các protein màng rất khó tách khỏi màng cho nên nghiên cứu cấu trúc và chức năng của chúng khó khăn hơn nhiều.
Mặc dù thành phần protein chiếm tới hơn một nửa khối lượng khô của màng, nhưng cho đến nay vẫn chưa phát hiện thấy một protein cấu trúc vạn năng nào, hay dù chỉ là các tiểu đơn vị protein vạn năng cũng chưa tìm thấy. các màng với hàm lượng protein tương đối cao (như màng trong ti thể và màng tế bào chất của vi khuẩn) tham gia thực hiện các quá trình enzyme rất khác nhau, và do vậy mà các protein màng của chúng hầu như đều là các enzyme.
Mặc dù điều này không phải luôn luôn đúng, nhưng thực tế đa số các protein màng dù ít hay nhiều đều đóng một vai trò đặc hiệu; chúng là các chất xúc tác của các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào, là các receptor cho các hormone hay các tín hiệu antigen, thực hiện chức năng nhận biết các nhân tố trong vận chuyển màng, ẩm (thực) bào và tính hướng hóa chất, là các chất vận chuyển xuyên màng của các chất có khối lượng phân tử thấp… Ngoài ra, còn nhiều protein màng khác còn chưa biết rõ chức năng sinh lí của chúng.
Các phương pháp thô chiết rút và phân tách các protein màng thường không cho phép xác định toàn bộ phổ các protein màng. Số protein nhiều nhất có thể nhận được từ một loại màng nào đó thường không quá 30 protein.
Các protein đặc hiệu liên kết với màng, chủ yếu là các enzyme. Mr của các polypeptit tách chiết từ màng giao động trong khoảng từ 10000 dến 240000.
Hồng cầu: Có tới 200 protein khác nhau.
Ti thể: Ngoài các enzyme, màng ti thể còn chứa protein cấu trúc với khối lượng phân tử Mr = 23000, có ái lực với phospholipid và ATP. Protein tương tự tìm thấy trong các microsome từ gan, hồng cầu bó và protoplast (thể nguyên sinh) rau chân vịt. màng trong và màng ngoài ti thể khác biệt nhau rất nhiều về hàm lượng và thành phần protein.
Vi khuẩn: Ở E.coli vỏ ngoài chứa 6 polypeptit, trong khi màng sinh chất chứa 27 polypeptit chính và rất nhiều polypeptit phụ và không một protein chứa trong cả 2 lớp màng của vi khuẩn này ơ một lượng đáng kể. Nhiều protein mới được phát hiện trong thời gian gần đây bằng phương pháp điện di 2 chều.
Thành phần amino acid của protein màng
Theo thành phần amino acid, các protein màng không khác biệt với các enzyme hòa tan, chúng chứa ~30% các amino acid kị nước, ~20% amino acid acid và ~12% các amino acid kiềm. Điểm khác biệt duy nhất của các protein màng so với các protein tế bào khác là chúng chứa ít hơn Cys, do đó trong các protein màng không có các cầu nối S – S.. Mặc dù về tổng thể thì các protein màng có tính kị nước cao hơn các protein hòa tan, nhưng các protein bên trong (màng) và bên ngoài (màng) về mặt này là khác nhau rất nhiều. Nếu chia các amino acid ra thành 3 nhóm:
- Nhóm amino acid phân cực, có phân cực bằng 1, gồm: Asp, Asn, Glu, Gln, Arg, Lys;
- Nhóm amino acid không phân cực, có độ phân cực bằng 0, gồm: Ala, Val, Leu, Ile, Cys, Met, Pro, Phe, Trp; và
- Nhóm amino acid trung gian, có độ phân cực bằng ½, gồm: Ser, Thr, Tyr, His, Gly.
Độ phân cực
Khi biểu diễn độ phân cực của protein bằng % mol, sẽ nhận được sự phân bố các protein theo thông số này:
- Độ phân cực của 206 protein không phải là protein màng là 46 6%
- Các protein trong màng có độ phân cực là 30 - 40% (khu trú bên trong màng)
- Các protein ngoài màng có độ phân cực là 53% (khu trú trên bề mặt màng).
THÀNH PHẦN OLIGOSACCHARIDE
Oligosaccharide
Màng sinh chất của các tế bào nhân thực chứa trung bình 2-10% saccharide ở dạng glycoprotein và glycolipid, còn saccharide ở dạng tự dó trong màng hầu như không có, hoặc có rất ít. Ngược lại, các thành phần cấu trúc chính của thành tế bào thực vật và nấm lại là các saccharide – cellulose, glucan, mannan, chitin và chitosan.
Ngày nay chúng ta biết rằng cấu trúc của màng không đối xứng. tính chất này liên quan đáng kể đến khu trú của thành phần saccharide trong màng: Các oligosaccharide nằm gần như tuyệt đối ở bề mặt ngoài của tế bào. Các thành phần oligosaccharide này ít khi chứa nhiều hơn 15gốc monosaccharide trên một mạch. Ngược lại với các mạch polypeptit, chúng thường phân nhánh. Các gốc saccharide nối với nhau không chỉ bằng các liên kết glycoside (16), mà cả bằng các liên kết (14) và (13).
Về mặt lí thuyết một mạch oligosaccharide có thành phần hóa học như vậy thì có tới 1020 tổ hợp (trình tự)khác nhau. Tuy nhiên, trên thực tế số mạch oligosaccharide trên bề mặt tế bào không nhiều đến như vậy, chúng đóng vai trò đáng kể trong tương tác tế bào-tế bào, chúng có chức năng là receptor cho các steroid, hormon và virus; ngoài ra, các tính chất kháng nguyên và tính tan trong nước của tế bào ở một mức độ đáng kể phụ thuộc vào sự có mặt của các oligosaccharide trên bề mặt tế bào.
Mặc dù các oligosaccharide trên bề mặt tế bào là rất đa dạng, nhưng cho đến nay có 1 vấn đề vẫn chưa có lời giải đáp là: Tại sao không hiện thực hóa được tất cả những tổ hợp (trình tự) có thể của các oligosaccharide?
Có lẽ vấn đề là ở chỗ: Các mạch polypeptit được tổng hợp trên ribosome, theo một mệnh lệnh được chuyển bởi thông tin di truyền, nhờ đó mà mỗi mạch polypeptit có một độ dài (số gốc amino acid) nhất định và một trình tự bậc I đặc trưng. Chương trình di truyền này không tồn tại đối với các oligosaccharide. Các mạch oligosaccharide được tạo thành nhờ tác động của một số enzyme xúc tác các phản ứng liên kết các gốc monosaccharide lại với nhau theo một trình tự nhất định. Mặt khác, các enzyme cần thiết cho sự liên kết này lại được chương trình hóa về mặt di truyền, và bộ các enzyme này có thể thay đổi từ tế bào tới tế bào hay từ mô tới mô.
Tính đặc hiệu và một số lượng tương đối nhỏ các enzyme cần thiết này là nguyên nhân gây nên chỉ có một số ít các tổ hợp có thể được hiện thực hóa. Các sản phẩm được xác định cũng không đồng nhất, bởi vì sự lựa chọn cơ chất và nhiều các yếu tố khác cũng ảnh hưởng lên hoạt tính các enzyme.
Các oligosaccharide trên bề mặt tế bào nhân thực thường chỉ chứa 9 trong số hơn 100 monosaccharide được biết cho đến nay.
Monosaccharide thường gặp nhất lại hầu như không có mặt trong các oligosaccharide này, mà chỉ thường gặp 2 stereoisomer của nó là galactose và mannose, tiếp theo là fucose (chỉ khác galactose ở một điểm nhỏ là một nhóm OH của galactose bị thay bằng nguyên tử H), N-acetylglucosamine và N-acetylgalactosa-mine, và cả acid neuramic (acid sialic)
Các mạch oligosaccharide liên kết với protein theo các mạch bên của các amino acid Asn,Thr, Ser, Lys-OH và Pro-OH, cụ thể là chúng liên kết bằng liên kết O-glycoside với các nhóm OH của Ser, Thr, Lys-OH và Pro-OH hay liên kết N-glycoside với Asn. Chỉ các amino acid này mới được nhận biết bởi các enzyme tham gia tổng hợp các mạch oligosaccharide, và các gốc monosaccharide đã hoạt hóa (ở dạng UDP-ester) mới được chuyển đến các gốc amino acid này.
Tuy nhiên không phải một gốc monosaccharide bất kì nào trong số các monosaccharide này đều là cầu nối giữa mạch oligosaccharide và protein (hay polypeptit), mà chỉ có một số tổ hợp nhất định được hiện thực hóa, đó là các tổ hợp:
N-acetylglucosylasparagine
N-acetylgalactosylthreonine
Galactosylhydroxylysine
Xylosylserine
Arabinosylhydroxyproline
Các tổ hợp này đóng vai trò mồi (primer) cho polymer hóa các gốc monosaccharide khác, trong đó fucose và acid sialic luôn nằm ở cuối mạch.
Cho đến nay đã tách chiết được và nghiên cứu một số lượng lớn các mạch oligosaccharide. Nhiều tổ hợp từ lâu đã được biết đến là các antigen (kháng nguyên), ví dụ các antigen nhóm máu của hệ ABO, các antigen đặc hiệu mô và các antigen bề mặt vi khuẩn O, K và H.
Nhóm máu ở người
Sự tồn tại các nhóm máu (hệ ABO) ở người và phân tích di truyền của chúng chứng tỏ rằng sự tạo thành các oligosaccharide được kiểm duyệt bởi một gen đặc hiệu.
Ở người có nhóm máu O chỉ tạo thành cấu trúc chính (antigen H). Antigen của nhóm A được gắn thêm ở cuối mạch (của cấu trúc chính này) 1 gốc N-acetylgalactosamine, còn antigen của nhóm máu B – gắn thêm gốc galactose. Những người mang các nhóm máu này sẽ có transferase cuối là N-acetylgalactosaminetransferase hay galactosetransferase, tương ứng.
Ở những người mang nhóm máu AB có cả 2 enzyme này. Còn những người với nhóm máu O tổng hợp ra transferase cuối là một protein không có hoạt tính xúc tác (do bị đột biến điểm). 3 enzyme này thực chất là sản phẩm của một gen duy nhất, về bản chất chúng là là các allozyme, rtwcs là do các allel khác nhau của một gen mã hóa.
Các Glycolipid
Các glycolipid chứa các thành phần mono- hay oligosaccharide thay cho nhóm phosphate thông thường trong nhiều lipid. Các gốc saccharide được liên kết với sphingosin – một aminoalcol với mạch carbon dài không no.
Thường phân biệt 2 nhóm glycerineglycolipid và glycosphingolipid. Glycerine-glycolipid có cấu trúc đơn giản: nhóm 3-OH của glycerine liên kết với mono- hay oligosaccharide bằng liên kết glycoside. Chúng được tìm thấy chủ yếu ở vi khuẩn và ở một lượng không đáng kể trong màng của động vật có vú.
Các glycosphingolipid cấu tạo phức tạp hơn nhiều. Phân biệt các glycosphingolipid trung tính, các sulfatide hay serebroside, phụ thuộc vào thành phần saccharide của glycosphingolipid. Serebroside đơn giản nhất chỉ chứa một gốc monosaccharide. Với các serebroside tách từ não, monosaccharide này chủ yếu là galactose, còn trong các serebroside tách chiết từ các cơ quan khác, ví dụ như từ gan và lách, gốc monosaccharide này là glucose. Các sulfatide là ester của acid sulfuric với các glycosphingolipid trung tính, trong đó có phân bố rộng rãi nhất là sulfate galactoserebroside (gốc sulfate nằm ở vị trí C3 của galactose).
Các ganglyoside chứa trong phân tử một hay nhiều gốc acid sialic và từ 2 đến 4 gốc saccharide trung tính (glucose, galactose và N-acetylgalactosamine). Chúng có mặt ở một lượng lớn trong chất xám của não, và cả ở một lượng không đáng kể trên bề mặt ngoài của các tế bào những nguồn gốc khác.
CÁC LOẠI MÀNG
Sự phân hóa màng
Trong tế bào eukaryote có nhiều loại màng khác nhau có cấu trúc và chức năng cũng rất khác nhau. Như vậy là có sự phân hóa màng theo cấu trúc và chức năng. Song tất cả các màng sinh học đều có các chức năng chung là hàng rào ngăn cách và là khung cơ học nâng đỡ, đồng thời đều thực hiện các chức năng vận chuyển các qua màng.
Sau đây là liệt kê các màng sinh học khác nhau với những chức năng đặc trưng của từng loại màng trong tế bào.
Màng sinh chất (hay màng tế bào)
Các tính chất chức năng
Màng sinh chất rất đa dạng về cấu trúc và chức năng. Ngoài chức năng vận chuyển, màng sinh chất còn nhiều chức năng khác (xem trong bảng sau).
a) Các tính chất antigen
Trên bề mặt ngoài màng sinh chất của nhiều tế bào có các nhóm định kháng nguyên khu trú, chúng được tạo thành bởi các glycolipid và các glycoprotein. Những thành phần này cũng đóng vai trò chính trong nhận biết của các tế bào, trong các quá trình ức chế tiếp xúc và vận chuyển của các thành phần màng.
Các chức năng của các màng sinh chất từ những tế bào khác nhau
Enzyme của màng sinh chất
b) các enzyme khu trú trong màng
Các màng sinh chất chứa một lượng lớn các enzyme, thêm nữa, các màng có nguồn gốc khác nhau khác biệt nhau nhiều về mặt này. Bộ enzyme của màng sinh chất tế bào gan rất đa dạng, điều này không thể thấy ở màng hồng cầu. bộ enzyme của màng nấm men rất hạn chế, trong khi trên màng vi khuẩn có hầu như tất cả các enzyme của ti thể, ngoài ra còn có nhiều enzyme khác nữa.
Các màng sinh chất cũng rất không đối xứng trong phân bố các enzyme. Ví dụ, ở mặt ngoài màng hồng cầu có acetylcholineesterase và NAD+ nucleotidase, còn trên mặt trong của màng lại có các enzyme lipoamide DH, protein kinase và ATPase.
Các enzyme quan trọng nhất tìm thấy trong các màng sinh chất khác nhau
Màng hồng cầu
- Nhận chế phẩm màng hồng cầu (xác hồng cầu) bằng phương pháp li tâm. Mõi xác hay vỏ hồng cầu nặng (11-12)10-13 g và có điện tích bề mặt ~ 140 m2, độ dày đạt 75 Å.
- M hồng cầu cấu tạo từ 50% protein, 40% lipid và ~10% saccharide.
Dùng SDS tách protein khỏi màng và điện di thông thường sẽ phát hiện được ~15 vạch chính (chiếm ~80% protein chung) và một số vạch (protein) phụ.
Trong bảng dưới đây không liệt kê các protein cóa mặt ở một lượng ít trong màng, trong số đó có Na+/K+-ATPase (~100 phân tử/tế bào hồng cầu) và một số enzyme khác. Khi thay điện di thông thường bằng điện di 2 chiều đã phát hiện tới > 200 polypeptit khác nhau.
Cấu trúc màng hồng cầu
Các protein chính của vỏ hồng cầu người
Saccharide chủ yếu liên kết với protein, chỉ một phần nhỏ (~7%) liên kết với các glycoprotein và thành phần “a” (một protein khác) khu trú ở mặt ngoài. Các thành phần saccharide khu trú hầu hết ở mặt ngoài màng, cguwngs tỏ tính cấu trúc không đối xứng của màng. Trong số các protein hồng cầu thì glycophorin được nghiên cứu tốt nhất. Polypeptit này chứa 3 vùng chức năng khác nhau: các vùng đầ N và đầu C có các tính chất ưa nước, còn vùng giữa có tính ưa béo. Vùng đầu cuối N khu trú ở phái ngoài màng, chứa 20-30 phân tử oligosaccharide, cấu tạo từ 4 hay 8-9 gốc monosaccharide, liên kết với Asn, Thr hay Ser. Các mạch oligosaccharide cấu tạo chủ yếu từ GalNAc, Galactose, và (chủ yếu) là acid sialic (tới 50%). Acid sialic thường nằm ở đầu cuối mạch và tạo ra điện tích âm trên bề mặt hồng cầu, do đó ngăn cản sự ngưng kết của chúng. Khi bị mất các gốc ấl hồng cầu sẽ bị loại khỏi dòng máu và chấm dứt hoạt động.
Protein màng hồng cầu “lớn” thứ 2 là thành phần “a”, đây là một protein xuyên màng, chứa tương đối ít saccharide. Giả định rằng protein này tạo thành kênh dẫn cho các anion (là protein tunnel).
Protein có phân bố rộng rãi nhất của hồng cầu là spectrin hay tectin A. Protein này nằm ở mặt tế bào chất của màng, là một protein dạng sợi, cấu tạo từ 2 mạch polypeptit khác nhau và liên kết với một protein giống actin. Cả 2 mạch (protein) này đều dễ dàng chiết rút được bằng nước cất, chúng là các protein màng ngoại biên . Giả định rằng spectrin giống myosin. Rõ rằng rằng spectrin là một protein cấu trúc, được sử dụng để tạo dạng cầu của hồng cầu và ổn định cấu trúc này.
Màng ti thể và màng lục lạp
Ti thể và lục lạp là những bào quan của tế bào eukaryote.
Chúng có 2 màng – màng trong và màng ngoài. Màng trong ngăn cách các bào quan này khỏi phần còn lại của tế bào chất (cytozol), chứa ~50% lipid và 50% protein, có độ thấm cao đối với các ion, các metabolite và thậm chí đối với cả các phân tử protein.
Trong màng trong của ti thể xảy ra quá trình phosphoryl hóa oxy hóa. Theo cấu trúc và chức năng, màng này là loại màng phức tạp hơn cả.
Trong lục lạp chứa các túi màng dẹt (thylakoid) được xếp thành chồng gọi là grana. Trong các màng này xảy ra các phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng của quá trình quang hợp. Ở dạng đã được phân hóa hoàn toàn các thylakoid khác một mối tiếp xúc nàu với các màng của vỏ lục lạp.
Màng ti thể
Ti thể có 2 lớp màng. Ti thể về nhiều khía cạnh giống vi khuẩn: chjwas ADN vòng, các ribosome nhỏ, tổng hợp protein mẫn cảm với chloramfenicol, ti thể phân chia độc lập…
Màng ngoài giống ER, đều chứa cytochrom b5 và cytochrom c oxydase không mẫn cảm với rotenon. Ngoài ra còn quan sát thấy trao đổi các phospholipid giữa màng ngoài ti thể và ER. Màng trong ti thể giống màng tế bào chất của vi khuẩn về chức năng (thực hiện phosphoryl hóa oxy hóa và vận chuyển electron)
Một số đặc điểm của các màng ti thể
Màng lục lạp
Trong màng lục lạp có 2 hệ quang hóa PSI và PS II, chúng khu trú cách biệt nhau. Sự tồn tại của các hệ quang hóa được phát hiện vào năm 1956.
Hệ PS I làm việc khi được chiếu sáng với bước sóng 700 nm, trong khi hệ PS II – làm việc ở khu được chiếu sáng với các bước sóng < 682 nm. Trong cả 2 trường hợp các phân tử chịu trách nhiệm hấp thụ ánh sáng là các phân tử chlorophill a.
Tuy nhiên, trong quang hợp có thể sử dụng ánh sáng với bước sóng bất kì. Điều này được nguyên nhân bởi: ngoài chlorophill trong lục lạp còn có nhiều pigment khác hấp thụ ánh sáng, các photon do các pigment này hấp thụ được chuyển sang chlorophill. Sau khi hấp phụ Các photon được chuyển từ phân tử này sang phân tử khác cho đến khi đạt tới các pigment P700 hay P682, nơi xảy ra phản ứng sáng sơ cấp của quá trình quang hợp.
Độ di động của protein và saccharide trong mặt phẳng của màng
Tuy màng có cấu trúc tinh thể lỏng, nhưng các protein không tự do di chuyển trong màng, mà phân bố có quy luật (nghiên cứu nhờ kính hiển vi điện tử), bởi vì các protein còn tương tác với nhau, tạo thành các cấu trúc oligomer và cấu trúc bậc IV, và tương tác với cả các protein cấu trúc dưới màng bên trong tế bào.Các antigen bề mặt thực hiện các chức năng khác. Chúng tốc độ như các receptor, phục vụ trao đổi thông tin giữa các tế bào, xác định tính đồng nhất của tế bào. Tính chất phân bố của chúng luôn đặc trưng cho từng loại tế bào, cơ quan, mô và giai đoạn phát triển.
Bề mặt hồng cầu chứa một loạt các antigen, trong đó có các A-, B- và O-alloantigen, các yếu tố Rh và một loạt các receptor cho lectin. Kết quả nghiên cứu cho thấy các A-, B- và O-alloantigen phân bố đồng đều trên bề mặt hồng cầu, và các Rho (D-alloantigen luôn nằm trong những vùng hạn chế nhất định.
Có 3 cách tiếp cận thực nghiệm để chứng minh tính cấu trúc lỏng khảm (cấu trúc tinh thể lỏng) của màng: 1) các màng dính với nhau và hòa nhập làm một; 2) đo trực tiếp sự khuyêchs tán của các phân tử trong mặt phẳng của màng; 3) hiệu ứng capping
Kết quả đo khuyếch tán: hệ số khuyêch tán của các phân tử lipid là ~910-9 cm2/s, và của protein là ~210-10 cm2/s. Tuy nhiên protein màng có độ di động thấp hơn nhiều, do chúng còn liên kết với protein của khung xương tế bào.
Màng tế bào vi khuẩn
Màng tế bào chất (màng sinh chất hay màng trong) ở cả 2 loại vi khuẩn (gram dương và gram âm) đều phức tạp; về mặt cấu trúc nó giống với màng trong của ti thể và lục lạp; về chức năng, màng này còn đảm nhận các chức năng mà ở tế bào eukaryote được phân bổ cho các màng sinh chất, ER và màng của các bào quan. Màng trong là nơi khu trú của các enzyme của mạch hô hấp, phosphoryl hóa oxy hóa, vận chuyển tích cực…, và cả các enzyme của nhiều đường sinh tổng hợp cần thiết cho tạo thành các thành phần của màng (phospholipid, glycolipid, và các polysaccharide túi [capsul]). Thành phần của màng này phụ thuộc vào 2 điểm: 1) vi khuẩn là cơ thể ưa khí hay kị khí, và 2) oxy hay nitrate là chất nhận electron cuối cùng của vi khuẩn này. Đa số các protein vận chuyển là những protein cảm ứng, vì vậy lượng của chúng tại những thời điểm nhất định có thể tăng mạnh và chiếm tới 1% tổng protein của màng.
Tính biến dị cao của thành phần phản ánh các nhu cầu của tế bào trong môi trường tương ứng. Các protein trong màng vi khuẩn tồn tại ở trạng thái bao gói chặt chẽ nhất. Nưếu như tại mỗi thời điểm gắn vào màng tất cả các protein được mã hóa bởi genom vi khuẩn thì sẽ không có đủ chỗ. Do đó để lựa chọn những protein cần thiết, tế bào cần có những cơ chế kiểm duyệt phân biệt một cách tinh vi có khả năng điều hòa thành phần màng trong mối phụ thuộc vào các các nhu cầu luôn biến đổi của tế bào và sự lựa chọn các metabolite trong môi trường.
Màng ngoài chứa ít phospholipid và protein hơn màng trong, cho nên dẽ dàng tách khỏi màng trong bằng phương pháp li tâm trong gradient mật độ
Vi khuẩn + lysozyme + EDTA loại bỏ thành tế bào nhận được cấu trúc dạng khối cầu gọi là spheroplast.
Tuy nhiên, nếu chỉ loại bỏ lớp vỏ murein mà giữ lại màng ngoài thì các tế bào không biến thành spheroplast khi nằm trong dung dịch nhược trương, mà vẫn có dạng hình que ban đầu. Điều này chứng tỏ màng ngoài xác định hình dạng của các tế bào gram âm.
Sự khác biệt trong thành phần lipid của 2 loại màng là rất đáng kể. Màng ngoài đảm bảo tính trọn vẹn cấu trúc của tế bào, ở một mức độ đáng kể bảo vệ tế bào khỏi hoạt tính hydrolytic bên ngoài tế bào, và là hàng rào ngăn cách đối với một loạt chất, như các kháng sinh. Nó chứa các receptor cho các thể thực khuẩn (bacteriophage) và colicin, tham gia vào quá trình chia tế bào và tiếp hợp của vi khuẩn. Nó chứa mjnhth liên kết ion Fe, các vitamin, saccharide và các protein tạo lỗ (các porin) cho nhiều chất có phân tử lượng thấp. Các lỗ được mở ra hay đóng lại là phụ thuộc vào phân bố điện tích trên bề mặt màng.
Màng ngoài
Màng ngoài chứa 5 protein chính là PG-1, 2 và 3, HM-1 và HM-2 và lipoprotein (các kí hiệu: PG – peptidoglycan, HM – heat modifiable protein, hay protein không bền nhiệt) và 10-20 protein phụ (có ở một lượng ít). Hầu hết các protein phụ là những protein cảm ứng. Các protein này cí nhiều chức năng khác nhau, ví dụ protein G với Mr 15000 tham gia vào nhân đôi ADN và phân chia tế bào. Các protein PG-và 3 chứa nhiều cấu trúc , trong màng chúng được bao gói chặt chẽ, tạo thành cấu trúc 6 mặt với chu kí là 7,5 nm. Mỗi đơn vị cấu trúc natf chứa 3 phân tử protein, che phủ tới 60% diên tích bề mặt tế bào.Protein PG-2 và các protein còn lại là những receptor cho các phage. Trong các tế bào không có khả năng tiếp hợp (các tế bào F) không có protein này.
Lipoprotein là một protein không lớn, nhưng là protein có phân biệt rộng rãi nhất ở E. coli. Đầu C của nó liên kết (cộng hóa trị) với lớp vỏ murein, đầu N – mang lipid. Ngoài lipoprotein liên kết trong màng, còn có 1 lipoprotein chỉ có khu trú trong màng ngoài.
Lipopolysaccharide
. Trên 1 m2 màng ngoài có 105 phân tử lipopolysaccharide, 105 phân tử protein, 106 phân tử phospholipid. Lipopolysaccharide che phủ 30-40% bề mặt màng. Lipopolysaccharide thay thế một phần đáng kể các phospholipid trong màng ngoài. Các lipopolysaccharide có thể di chuyển từ lớp ngoài vào lớp trong màng ngoài, nhưng trong tế bào sống sự di chuyển này rất hạn chế, vì không có khoảng trống trong màng. Di chuyển ngang của các lipopolysaccharide trong mặt phẳng màng cũng rất hạn chế, thấp hơn 105 lần so với tính di động của các phân tử phospholipid.
Màng ngoài xác định hình dạng tế bào
. Các thành phần của lớp vỏ murein không phải là các sản phẩm gen sơ cấp và lớp vỏ murein không phải là một hệ thống tự tập hợp. Dạng của tế bào vi khuẩn vẫn còn gữ lại được ngay cả sau khi phân hủy lớp murwein (trong dung dịch nhược trương). Làm tan bào các tế bào không còn chứa murein, cho phép nhận các “xác” tế bào (hay còn gọi là gilza) vẫn giữ được dạng của tế bào. Các xác tế bào rỗng này chứa 70% protein và 30% lipid. Sau khi loại bỏ lipid bằng dung môi hữu cơ, dạng của tế bào vẫn không bị phá vỡ (các gilza đã bị loại mỡ chứa 80-90% protein). Kết quả này cho thấy các protein màng đóng vai trò quyết định xác định dạng của tế bào.
Trong đa số các màng, protein chỉ đóng vai trò thứ yếu trong tạo thành cấu trúc, bởi vì giữa các phân tử protein không có các tương tác tốc độ xa (trên một khoảng cách). Nhưng trong trường hợp màng ngoài vi khuẩn vấn đề lại hoàn toàn khác: protein là các nhân tố cấu trúc thực sự, chúng nằm trong màng ở dạng một cấu trúc được lặp lại có tính chu kì.
Nhờ sử dụng các chất nối ngang, đã tạo được các cầu nối cộng hóa trị giữa các phân tử phân tử trong các xác tế bào. Cấu trúc của các xác tế bào vẫn giữ được trong trường hợp này khi đun chúng trong dung dịch SDS 1%. Gilza rỗng sau khi tạo thành các liên kết ngang thực tế là một phân tử thống nhất, trong đó tất cả các protein chứa trong các tỉ lệ như chong các chế phẩm màng không bị xử lí. Bằng phương pháp cầu nối ngang đã xác định được khoảng cách trung bình giữa các phân tử protein trong gilza là 0,3 nm. Như vậy, các protein trong gilza được bao gói rất chặt chẽ, ở mức mà sự di chuyển ngang của chúng là tối thiểu, nếu không nói là hoàn toàn không có. Nói một cách khác, màng ngoài của vi khuẩn giữ được cấu trúc của nó nhờ các tương tác protein-protein. Chính các tương tác này xác định hình dạng của vi khuẩn.
Tiếp nhận thông tin
RECEPTOR
Bề mặt tế bào chứa các phân tử hay complex phân tử có khả năng nhận biết các ligand đặc hiệu hay các tế bào khác, liên kết chúng và sau khi liên kết đưa tín hiệu vào trong tế bào, dẫn tới một loạt các sự kiện tiếp theo. Sự truyền tín hiệu (chuyển thông tin) có thể dựa trên quá trình đẩy ion (giống như dạng co bóp mạch). Tuy nhiên, nó có thể xảy ra mà không cần có sự mang thêm (vào hệ thống) vật chất – bằng cách biến đổi cấu hình của các protein màng.
Khái niệm receptor không chỉ bị hạn chế bởi các phân tử liên kết với màng. Một số receptor của hormon, ví dụ các receptor của hormon steroid nàm trong tế bào chất, hơn nữa, đối với các nhà sinh lí học thì cả những tế bào (mẫn cảm) cũng được coi là receptor. Đa số các phân tử receptor trên bề mặt tế bào là các glycoprotein (có cấu trúc oligomer) hay ganglyoside.
Các tiêu chí của một phân tử receptor
1) Receptor cần phải thể hiện tính chọn lọc và tính đặc hiệu cao đối với ligand và phải phân biệt được nó theo cấu trúc.
2) Động học liên kết ligand phải được mô tả bằng một đường cong bão hòa – điều kiện chứng tỏ rằng số các phân tử receptor (trong màng) là hạn chế;
3) Cần phải tồn tại tính đặc hiệu mô.
4) Các thông số ái lặc phải tương ứng với nồng độ sinh lí của các ligand;
5) Sự liên kết (các) ligand phải là một quá trình thuận nghịch; hiệu ứng sinh lí phải bị mất đi sau khi loại bỏ ligand.
Tương tác với ligand
Tương tác của ligand phải được mô tả bằng một quá trình 2 giai đoạn:
1) Liên kết ligand;
2) Khởi xướng (hay châm ngòi) tín hiệu (tác động của phân tử hay chất thừa hành - effector).
Sự hiện thực hóa giai đoạn 2 có thể được thực hiện bởi 2 cách khác nhau:
a) Xảy ra hoạt hóa adenylatecyclase xúc tác phản ứng tạo thành cAMP trên bề mặt bên trong của màng; về phần mình cAMP gây ra một thác các phản ứng.
Ưu thế của quá trình này thể hiện ở hiệu quả khuyếch đại tín hiệu (kích thích), hạn chế là tốc độ tương đối nhỏ của phản ứng (khoảng từ vài phần cho đến vài giây).
b) Receptor tác động như là một ionophor. Sự liên kết ligand được chuyển thành tín hiệu thông báo rằng cần phải chuyển gấp các ion vào trong tế bào; về phía mình, các ion này sẽ điều hòa các quá trình bên trong tế bào. Thời gian kéo dài của các tín hiệu (impul) này là khoảng và phần nghìn giây.
Các chức năng tiếp nhận và thừa hành được thực hiện bởi cùng một phân tử
Không thể trả lời một cách nhất quán câu hỏi này.
Adenylatecyclase được kích thích bởi nhiều ligand, bao gồm các hormon và các neuromediator; đối với mỗi ligand tồn tại ít nhất một loại receptor.
Ví dụ, có 8 receptor khác nhau (glucagon, secretin, AKTG, LH, prostaglandin, adrenalin, insulin…) có thể tác động lên màng các tế bào mỡ, tín hiệu của các receptor này nhờ adenylatecyclase được truyền vào trong tế bào.
Khi có nhiều loại receptor, nhưng chỉ có 1 effector (enzyme adenylatecyclase), tức là số phân tử receptor ít hơn số phân tử effector, thì sự di chuyển ngang của effector trong màng đảm bảo tương tác qua lại giữa chúng.
Một số loại receptor
Các receptor của insulin
Khi tách màng từ các tế bào có receptor của insulin, sẽ nhận được các túi màng lộn ngược và các túi màng này hoàn toàn không liên kết insulin. Điều này có nghĩa là receptor insulin chỉ khu trú trên bề mặt ngoài của màng.
Khả năng liên kết của các receptor không bị giảm khi xử lí bằng phospholipase A. Ngược lại, số chỗ liên kết được tăng lên. Từ đó có thể kết luận rẳng có những vùng liên kết được ngụy trang (ẩn), chúng bị phong tỏa bởi các đầu của những phân tử lipid.
Tác động kéo dài của insulin phá hủy khả năng liên kết, xử lí tiếp thao bằng phospholipase A phục hồi khả năng này. Tuy nhiên, đây không phải là sự phục hồi hoạt tính ban đầu, mà là giải phóng các vùng liên kết mới. Nếu bây giờ cho thêm trypsin, thì hoạt tính sẽ bị mất đi không thuận nghịch. Số vùng liên kết được ngụy trang nhiều gấp khoảng 3 lần số vùng liên kết được phô ra ngoài.
Vai trò của phần saccharide trong phân tử receptor
Loại bỏ gốc acid sialic bằng enzyme neuraminidase cản trở chuiyển tín hiệu vào trong tế bào, tuy nhiêu không ảnh hưởng lên liên kết của insulin. Như vậy, acid sialic đóng vai trò quyết định trong vai trò chất trung gian. Các dẫn liệu này cho thấy liên kết insulin và hoạt hóa các quá trình trong tế bào là 2 quá trình không phụ thuộc vào nhau. Nếu xử lí tế bào cùng một lúc với neuraminidase và -galactosidase, thì khả năng liên kết insulin bị mất đi. Như vậy, galactose là thành phần cần thiết của chỗ vùng kết. Chỉirieeng -galactosidase không gây ra tác động như vậy, từ đó suy ra: acid sialic bảo vệ các gốc galactose.
Hiệu ứng giống insulin có thể được gây ra trong các tế bào mỡ bởi các lectin ConA và WGA (agglutinin mầm lúa mì). Chúng được liên kết chủ yếu bởi các gốc galactose. Ở nồng độ cao chúng ức chế cạnh tranh liên kết insulin.
Tác động của insulin
Receptor insulin có Mr = 30000 Da, Trên bề mặt tế bào mỡ có khoảng 10000 phân tử receptor insulin, chúng phân bố đều trên bề mặt tế bào.
- Khi liên kết với receptor, insulin gây ức chế adenylatecyclase và đồng thời hoạt hóa guanylatecyclase, kích thích tổng hợp cGMP.
Số lượng receptor insulin phụ thuộc vào tác động của môi tròng bên ngoài. Trong các tế bào phôi và đang lớn số receptor không đáng kể, trong các tế bào đã phân hóa – nhiều. Trong các tế bào nuôi cấy sự ức chế tiếp xúc và thiếu huyết thanh trong môi trường dẫn tới tăng số lượng receptor. Khi thên huyết thanh mới vào thì số lượng receptor giảm. Insulin không gây ảnh hưởng nào lê
* Một số tài liệu cũ có thể bị lỗi font khi hiển thị do dùng bộ mã không phải Unikey ...
Người chia sẻ: Đào Ngọc Anh
Dung lượng: |
Lượt tài: 0
Loại file:
Nguồn : Chưa rõ
(Tài liệu chưa được thẩm định)