Thành phần cấu tạo và cấu trúc màng sinh học

THÀNH PHẦN CẤU TẠO VÀ CẤU TRÚC CỦA MÀNG SINH HỌC
The biological membrane
TS. ĐỖ HIẾU LIÊM
CHƯƠNG. I
1.1. ĐẠI CƯƠNG
1.2. LỚP LIPID ĐÔI
1.2.1. Thành phần phospholipid
1.2.2. Cấu trúc khảm lỏng
1.2.3. Các mảng lipid
1.3. PROTEIN MÀNG
1.3.1.Sự liên kết giữa protein với lớp lipid đôi
1.3.2.Phân loại
1.3.3.Vai trò sinh học của một số protein màng
1.3.4.Protein xuyên màng
2
3
Hình 1.1.Tế bào động vật
4
(2).Chức năng sinh học
a.Bảo vệ tính toàn vẹn của tế bào và các tiểu thể tế bào
b.Hấp thu chọn lọc chất dinh dưỡng và bài thải chất cặn bã của quá trình biến dưỡng
c.Thực hiện các chức năng chuyên biệt
Phân tiết và tiếp nhận các tín hiệu hoá học
Vận chuyển cặp đương lượng khử (H+ và e-)
Dẫn truyền các xung động thần kinh (điện thế màng, synap...)
Kháng nguyên bề mặt (nhóm máu, MHC…)
1.1. ĐẠI CƯƠNG
(1).Màng tế bào (cell membrane), màng tương (plasma membrane), màng sinh học (biological membrane)
là lớp bao bọc tế bào và các bào quan trong tế bào chất,
có tính bán thấm liên quan sự vận chuyển các chất qua màng.
5
Hình 1.2. Màng sinh học
6
(5).Cấu tạo hóa học: Lipid + protein = lipoprotein
7
Bảng 1.1. Tỷ lệ các thành phần lipid màng (%)
1.2. LỚP LIPID ĐÔI (LIPID BILAYER)
8
Hình 1.3. Cấu tạo hóa học và cấu trúc của màng sinh học
Outer monolayer
Extracellular monolayer
Inner monolayer
Cytosolic monolayer
9
10
1.2.2.Cấu trúc khảm lỏng (dung dịch 2 chiều)
. Đơn vị phospho lipid có tính lưỡng cực (amphiphilic) với
- Đầu ưa nước (head hydrophilic) - nhóm N, OH, COOH
- Đuôi kị nước (tails hydrophobic) - 2 đuôi do chuỗi hydrocarbon của acid béo (14-24 C), trong đó 1 đuôi là SFA và 1 đuôi là UFA dạng cis.
. Mỗi lớp gồm các đơn vị phospholipid sắp xếp kề cận nhau và khi hình thành lớp đôi với đầu ưa nước hướng ra ngoài (liên kết hydrogen) và đuôi kị nước hướng vào trong (lực val der Waals) theo kiểu sandwich. Đây là cấu trúc khảm lỏng.
1.2.1.Thành phần phospholipid
Phosphoglyceride, sphingolipid và sterol, chiếm 50%, khoảng 5x106 phân tử lipid trong đơn vị 1μm2 lớp màng đôi hay 109 phân tử lipid trong lớp màng tương.
11
Hình 1.4. Cấu tạo nhóm phospholipid
12
Hình thái, độ dày và cách sắp xếp các đơn vị của lớp lipid đôi phụ thuộc vào nhóm phospholipid, sphingolipid và cholesterol
PC - Phosphatidyl Choline
PE - Phosphatidyl Ethanolamine
SM - Sphingomyelin
Hình 1.5. Sự liên kết các đơn vị phospholipid
13
Cấu trúc khảm lỏng của màng được biểu thị qua tính chất dung dịch 2 chiều-2 trạng thái (gel và lỏng) do:
(1).Đầu ưa nước là những nhóm mang điện tích, tương tác với các phân tử nước định cực (liên kết hydrogen). Ngược lại, phần đuôi kị nước do nhóm không mang điện tích, không tương tác với nước.
Hình 1.6. Cấu trúc khảm lỏng của lớp lipid đôi
14
(2).Tương tác giữa 2 đuôi hydrocarbon của acid béo + sự co dãn của liên kết đôi dạng cis trong phân tử UFA + lực Val der Waals
Hình 1.7. Tương tác giữa 2 đuôi hydrocarbon
15
(3).Tính bất đối giữa nhóm phospholipid và glycolipid
Glycolipid
Phospholipid
Hình 1.8. Tính bất đối giữa nhóm phospholipid và glycolipid
Phospholipid
Xác định tế bào sống hay chết (trong quá trình apoptosis, thành phần phosphatidyl serine ở lớp đơn trong chuyển dịch vị trí sang lớp đơn ngoài với mục tiêu trưng bày như tín hiệu thông tin cho các tế bào lân cận (macrophage).
16
Các mảng (bè) lipid là những cấu trúc vi thể đặc hiệu (special microdomain) trên lớp lipid đôi, cấu tạo gồm cholesterol, sphingolipid và receptor protein.
1.2.3. Các mảng lipid (Lipid rafts)
Microdomains có vai trò quan trọng đến hiện tượng nội bào (endocytosis: phagocytosis-pinocytosis) ở các tế bào thực bào hoặc quá trình thông tin sinh học.
GM1-Glycosphingolipid
PLAP-Placental alkaline
phosphatase
TfR-transferrin receptor
Raft:GM1+PLAP
Hình 1.9. Lipid raft trong phản ứng miễn dịch
17
Hình 1.10. Lipid raft (phosphatidyl inositol) trong thông tin sinh học
Lipid raft
Lipid raft
Phosphatidyl inositol thuộc nhóm phospholipid màng
Hình 1.11. Lipid raft (caevolae- little cavities) - nang chứa chất “uống” ở tế bào biểu mô
18
Sự liên kết giữa protein màng với lipid đôi rất phức tạp (liên quan đến chức năng sinh học của từng loại màng).
Phân tử protein màng ở cấu trúc bậc 2, dạng α helix, một vài trường hợp ở dạng β sheet
Trên phân tử protein có những khu vực ưa nước và kị nước (do gốc R-amino acid tự do). Khu vực kị nước xuyên qua lớp lipid đôi và tương tác với đuôi kị nước của phospholipid, trong khi khu vực ưa nước được phô bày trong tế bào chất
1.3.1. Sự liên kết giữa protein với lớp lipid đôi
(1).Protein chiếm < 25%, tỉ lệ 1/50 so lipid màng
(2).Quyết định tính chất sinh học đặc hiệu cho mỗi loại màng
1.3. PROTEIN MÀNG
19
1+2+3. Dạng cuộn tròn β sheet liên kết với thành phần acid béo của lớp lipid đơn trong (liên kết bền)
4+5.Chuỗi α helix đơn, lưỡng tính liên kết móc neo với lớp lipid đơn trong và phô diễn trong tế bào chất (liên kết bền)
6.Protein màng phô diễn ngoài màng và móc neo với thành phần oligosaccharide đặc hiệu từ phosphatidyl inositol (GPI-Glycosyl phosphatidyl inositol anchro) (liên kết bền).
7+8.Protein liên kết với lớp lipid đôi thông qua thành phần protein khác của màng (liên kết không bền)
Hình 1.12. Các kiểu liên kết giữa protein màng với lớp lipid đôi
20
Hình 1.13. Các kiểu protein màng móc neo với lipid
1.3.2.Phân loại protein màng
Dựa vào sự phân bố
Protein xuyên màng (integral membrane protein - transmembrane protein)
Protein móc neo với lipid (lipid-anchored protein)
-Protein ngoài màng (peripheral membrane protein)
21
Hình 1.14. Các loại protein màng
Dựa vào chức năng sinh học
-Enzyme Oxidoreductase -Receptors
-Cell adhesion molecules -Gated ion transport protein
-Cytoskeleton protein -Ionic pumps
- Major Histocompatibility Complex -Messenger
-“motor” protein ...
Hình 6. Các loại protein receptor
(1). Receptor protein
22
Hình 1.15. Các nhóm protein receptor (Thông tin sinh học)
1.3.3.Vai trò sinh học của một số loại protein màng
Hình 1.16.Thành phần oxidoreductase ở màng trong ty thể
(2). Enzyme Oxidoreductase
23
24
25
(3). Ion pump
Hình 1.17. H+-ATPase pump (ATP synthetase)
26
27
(4). Messenger (Protein G)
Hình 5. Protein G kích hoạt kênh Calcium
Hình 1.18. Protein G
(5). gated-ion transport protein
Voltage-gated calcium ion channel và ligand-gated
sodium ion channel ở đầu mút thần kinh
28
(6). CAMs (Cell adhesion molecules)
Hình 11. Protein motor ở cilia và flagella
29
Hình 1.19. Adhesional protein
Protein adhesion: Cell-cell adhesion, Cell-matrix adhesion
Gap junction (Mối nối hở) với các khe (connexon)-khoảng gian bào
Tight junction (Mối nối kín)-truyền đạt thông tin giữa các tế bào
30
(7). Protein “motor”
Hình 1.20. “motor” protein
Protein motor ở cilia và flagella
31
(8). Cytoskeleton protein
Hình 1.21. Protein bộ xương tế bào
32
33
Protein MHC class I
(9). MHC (Major Histocompatibility Complex)
34
Protein MHC class II
35
Thành phần lipid cơ bản của màng sinh học: Phosphoglyceride, sphingolipid và cholesterol.
1
2
Phospholipid là đơn vị cấu trúc cơ bản của màng sinh học, tổ chức thành 2 phiến.
3
Lớp lipid đôi là dung dịch 2 chiều (thể gel và lỏng) với bề mặt ưa nước hướng ra và phần cốt lõi kị nước giấu vào trong. Chính cách tổ chức này không cho phép các phân tử tan trong nước và các ion thấm nhập qua màng. Quá trình này phụ thuộc vào thành phần protein màng.
TÓM TẮT
36
Sự khác biệt giữa các màng sinh học dựa vào thành phần phospholipid và sphingolipid. Chúng có tính chất bất đối khi phân bố trên 2 lớp màng cùng với cholesterol, ảnh hưởng đến bề dày của màng.
4
Các bè lipid là các microdomain (sphingolipid, cholesterol và protein), định vị trên lớp lipid đôi. đây là vị trí quan trọng giúp cho các tín hiệu thông tin đi qua, endocytosis...
5