ii.vietnamdoc.net/data/file/2015/thang05/15/hoc-sinh-hoc... · web viewmột cấu trúc quan...
Post on 26-Dec-2019
4 Views
Preview:
TRANSCRIPT
MỞ ĐẦU
Sự sống vốn rất đa dạng và ẩn chứa nhiều điều kỳ diệu, nhưng “tất cả
cũng chỉ là những biến thiên vô cùng của bất cứ một hệ thống tổng hợp nào.”
Nghiên cứu tế bào đã được con người tiến hành từ xa xưa, cùng với thời
gian và sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các bí ẩn của sự sống
trong tế bào đó lần lượt được khám phá. Những cấu trúc hiển vi và siêu hiển
vi của tế bào đó được làm sáng tỏ. Một cấu trúc quan trọng đóng vai trò quyết
định cho mọi hoạt động sống và qua nó mọi hoạt động sống như trao đổi
chất, sinh trưởng phát triển, vận động, cảm ứng được xảy ra để duy trì sự
sống của tế bào đó là cấu trúc “màng tế bào”.
Màng tế bào đã được nghiên cứu từ thế kỷ XVIII nhưng đến đầu thế kỷ
XX, nhân loại đã khám phá khá đầy đủ và chi tiết cấu trúc và chức năng của
màng. Nhiều nhà khoa học sinh học đã cho rằng nghiên cứu tế bào chính là
nghiên cứu màng tế bào. Quả thật, màng tế bào đảm nhận các chức năng
quang trọng có tính quyết định sự tồn tại, sinh trưởng, phát triển của tế bào
như trao đổi chất qua màng, Ngăn cách khuếch tán thẩm thấu, Cảm ứng,
phân cắt và biệt hóa tế bào, thụ cảm, liên kết tế bào tạo mô, định hướng
chuyển động, bảo vệ tế bào,…
Một trong những chức năng quan trọng của màng tế
bào là thu nhận và truyền đạt thông tin nhờ các cơ chế rất tinh vi và chính xác vì “Các tế bào luôn tắm mình trong môi trường nhiều
thông tin và tín hiệu”. Để thực hiện chức năng thông tin này, nguyên lý cơ bản
của sự sống là tế bào phải có cấu trúc đặc biệt tương ứng thích nghi với cơ chế
mà nó đẩm nhận. Vậy cơ chế của quá trình này diễn ra như thế nào, đây hẳn là
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
1
vấn đề hết sức thú vị mà các nhà khoa học đã từng bước làm sáng tỏ. Để
trang bị cho mình một kiến thức nhất định về vấn đề này, được sự cho phép
của Thầy giáo giảng viên PGS. TS Lê Dụ tôi nghiên cứu đề tài “Hóa sinh học
chức năng thông tin” dưới hình thức một bài tập tiểu luận. Trong giới hạn
cho phép của một bài tập cùng với những hạn chế nhất định của bản thân và
điều kiện nghiên cứu, chắc hẳn bài tập còn nhiều nội dung chưa được làm
rõ…. Tôi thành thật kính mong sự góp ý và sửa sai của của Thầy giáo và các
bạn cùng học.
Quy Nhơn, 04 – 2010.
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
2
NỘI DUNG Để thực hiện chức năng thông tin này, màng tế bào có cấu trúc đặc biệt
tương ứng. Cấu trúc này thường nằm trên bề mặt tế bào. Cơ quan đảm nhận
chức năng này gọi là thụ thể màng hoặc thụ quan bề mặt. Các thụ thể màng có
cơ chế hoạt động cụ thể là tiếp xúc, cảm ứng, nhận biết, tiếp nhận liên kết và
chuyển tín hiệu đó vào trong hoặc ra ngoài.
Như ta đã biết đặc tính của màng là luôn luôn chứa đựng các phân tử
protein. Và các protein màng chịu trách nhiệm thực hiện hầu hết các quá trình
động học mà màng tế bào đảm nhiệm.
I. SƠ LƯỢC CẤU TRÚC MÀNG TẾ BÀO THÍCH NGHI VỚI CƠ CHẾ
TIẾP NHẬN VÀ TRUYỀN ĐẠT THÔNG TIN.
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
3
Hình 1
Như trên đã nêu hóa sinh học chức năng thông tin được thực hiện trên
cơ sở protein màng, bao gồm:
I.1. protein xuyên màng: protein xuyên màng là những protein liên kết với
màng lipid kép phần lớn bằng các liên kết không cộng hóa trị nên có thể rất
linh động có thể di chuyển theo chiều ngang của màng tế bào, và thực hiện
linh hoạt nhiều chức năng sống khi chúng có thể thay đổi cấu hình không gian
của phân tử.
I.1.1. Cấu trúc và sự liên kết của các protein xuyên màng
Giống như các loại protein thông thường khác, protein màng cũng có các bậc
cấu trúc: cấu trúc bậc một, bậc hai, bậc ba và bậc bốn. Protein màng có cả hai
loại hình cầu và hình sợi.
Các phân tử protein nhô ra phía ngoài màng thường liên kết với các
phân tử gluxit tạo thành các glycoprotein. Các glycoprotein này đóng vai trò
là các kênh truyền tín hiệu qua màng giữa tế bào này với tế bào khác hoặc
trong nội bộ tế bào.
Chúng xuyên qua lớp kép lipid của màng và liên kết rất chặt chẽ với lớp kép
lipid qua chuỗi acid béo và như vậy chỉ được lấy ra khi đã phá vỡ lớp kép
lipid.
Nhiều protein trong số chúng là các glycoprotein có chứa các gốc
đường nhô ra phía môi trường. Các protein này thường tạo thành các phức hệ
protein và có nhiều tiểu đơn vị. Chúng là các enzyme, các thụ thể, chất vận
chuyển, chất liên lạc và chất dính kết. Chúng có hai loại là protein xuyên
màng một lần hoặc nhiều lần.
Chúng có các phần nằm trong màng chứa các trình tự xoắn alpha gồm 20 đến
25 acid amin kỵ nước. Các đoạn trình tự bao gồm các acid amin ưa nước phân
tách các đoạn trình tự kỵ nước. Các trình tự ưa nước có xu hướng nhô ra hai
phía của màng, tiếp xúc với môi trường nước ở trong tế bào chất và môi
trường ngoài.
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
4
Protein xuyên màng được liên kết cộng hoá trị với các phân tử
phospholipid hay glycolipid của màng nên còn được gọi là các protein liên kết
với lipid màng. Chúng có diện tích tiếp xúc lớn với môi trường ở hai phía của
màng.
Có loại protein xuyên qua màng một lần, ví dụ như glycophorin (màng
hồng cầu) hoặc xuyên màng nhiều lần như bacterioRhodopsin (màng vi
khuẩn) xuyên qua màng bảy lần.
Hình 2: Cấu trúc protein xuyên màng
Phần protein nằm trong màng là kị nước và liên kết với đuôi kị nước
của lớp kép lipid. Các đầu của phân tử protein thò ra phía bề mặt ngoài và bề
mặt trong của màng là ưa nước và có thể là các tận cùng nhóm amin hoặc
cacboxyl. Các protein xuyên màng thường liên kết với hydratcacbon tạo nên
các glycoprotein nằm ở phía ngoài của màng.
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
5
Ví dụ: Glycophorin là protein xuyên màng một lần tìm thấy ở màng hồng cầu
có cấu tạo gồm 131 acid amin. Phần ưa nước là đầu tận cùng amin, nằm ở
phía ngoài màng và liên kết với gluxit (hydratcarbon) chứa đến mười sáu
mạch bên oligosacarid. Nhiều protein xuyên màng một lần đã được tách chiết
và nghiên cứu, một số lớn có vai trò thụ thể (protein kinase đặc trưng cho
tyrosin, thụ thể insulin, nhân tố sinh trưởng biểu bì...)
Protein “băng 3” tìm thấy trong màng hồng cầu là một protein xuyên màng
mười hai lần, các phần xuyên qua lớp kép lipid bằng các chuỗi xoắn anpha.
Protein này bao gồm 930 acid amin và có vai trò rất quan trọng trong chức
năng vận chuyển O2 và CO2 của hồng cầu.
I.1.2.Vai trò của protein xuyên màng:
Protein xuyên màng có các chức năng cơ bản sau:
- Chức năng vận chuyển: Các protein xuyên màng tồn tại dưới dạng các
bơm ion, bơm proton thực hiện chức năng trao đổi chất qua màng
- chức năng cấu trúc chống đỡ như các protein bộ khung tế bào,
- chức năng truyền tín hiệu thông tin trao đổi chất và chức năng bảo vệ
như các thụ thể màng (receptor)
- Chức năng xúc tác: thực hiện hàng loạt chức năng xúc tác cho các
phản ứng của quá trình phosphoryl hóa oxy hóa và quang hợp tạo năng lượng
cho cơ thể sống.
I.2. Các protein ngoại biên:
Các protein ngoại biên hình thành các liên kết ion với các cấu trúc
màng. Chúng có thể được tách ra khỏi màng dễ dàng bằng cách đưa về pH
thích hợp mà không phá vỡ tính nguyên vẹn của màng. Chúng nằm về cả hai
phía của màng và cũng thường liên kết với các phần không phải là cấu trúc
màng.
Các protein này thường liên kết với lớp lipid kép thông qua liên kết
cộng hoá trị với một phân tử photpholipid và nằm ở bề mặt ngoài màng sinh
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
6
chất hoặc bề mặt trong của màng (phía cytosol). Các protein bề mặt ngoài
màng thường liên kết với gluxit cộng hoá trị tạo nên các glycoprotein, còn
protein bề mặt trong màng phía tế bào chất thường liên kết với các protein tế
bào chất như ankyrin và qua ankyrin liên hệ với bộ khung tế bào
(Cytoskeleton) tạo ra hệ thống neo màng và điều chỉnh hình dạng tế bào.
Các protein xuyên màng tương tác chặt chẽ với các chuỗi lipid màng, và vì
vậy chúng chỉ có thể bị phân tách bởi các tác nhân phù hợp với các tương tác
không phân cực này.
Trái lại, các protein rìa màng liên kết với màng chủ yếu qua các liên
kết tĩnh điện và các liên kết hydro. Các tương tác phân cực này có thể vị phá
vỡ bởi dung dịch muối hay sự thay đổi pH. Nhiều protein bề mặt màng liên
kết với bề mặt của các protein xuyên màng, các protein khác neo vào lớp kép
lipid bởi một liên kết cộng hoá trị với chuỗi kị nước, như một acid béo chẳng
hạn.
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
7
Hình 3
I.3. Vai trò, tính chất của các protein màng
I.3.1.Vai trò của protein màng:
Protein trong màng sinh chất chiếm 25 - 75% (trung bình 50%) khối lượng
màng. Tuỳ thuộc vào dạng tế bào mà hàm lượng và bản chất các protein có
thể khác nhau và thực hiện các chức năng rất đa dạng và phong phú. Đó là các
chức năng: cấu trúc, enzym, vận chuyển chất qua màng, thụ thể màng, thu
nhận thông tin, ức chế tiếp xúc, miễn dịch,... Có thể nói phần lớn các chức
năng sinh học của màng được thực hiện bởi các protein màng. Ở đây, các
chức năng có liên quan đến cơ chế tiếp nhận, xử lý và dẫn truyền thông tin
bao gồm
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
8
- Thu nhận và truyền tín hiệu giữa các tế bào và trong nội bộ tế bào: Chức
năng này thường do các glicoprotein đảm nhiệm hoặc một số loại đặc biệt như
protein G, Rhodopsin của màng võng mạc.
− Chức năng miễn dịch: protein màng đóng vai trò là các kháng nguyên bề
mặt (CD) và thụ thể (receptor) tế bào, tham gia vào quá trình miễn dịch.
− Hình thành các phức hệ enzym tham gia vào các phản ứng hoá sinh của tế
bào (ví dụ: phức hệ Cytochrom oxidase trong chuỗi truyền điện tử hô hấp định
vị ở màng trong ti thể, phức hệ thu nhận ánh sáng định vị ở màng trong của
lục lạp có chức năng vận chuyển điện tử từ các phân tử chlorophyl tới các
trung tâm quang hoá).
Vì protein màng thực hiện phần lớn các hoạt động của màng cũng như
của tế bào nên từ lâu nó đã được coi là đích điều trị bệnh lý tưởng trong y
dược học. Bằng việc thay đổi hoạt tính của một protein màng, một tác nhân
dược học có thể ảnh hưởng tới sinh lý bên trong của tế bào mà không cần phải
được hấp thụ vào bên trong. Thực chất, tầm quan trọng của các protein màng
với vai trò là các đích tác dụng có thể được minh chứng bởi cơ chế tác dụng
của phần lớn các loại thuốc đang được sử dụng hiện nay.
I.3.2.Tính chất của protein màng:
Tính chất nổi bật của các protein màng là tính linh động. Các phân tử protein
có khả năng chuyển động quay xung quanh vị trí của nó và chuyển dịch trong
màng. Bình thường các phân tử protein phân bố ít nhiều đồng đều, nhưng khi
có sự thay đổi nào đó của môi trường (ví dụ: hạ thấp độ pH, sự kích thích của
các kháng thể, các tín hiệu của hormon hoặc các cấu tử gắn ligand v.v…) thì
các phân tử protein sẽ di chuyển tạo nên những tập hợp. Tuy nhiên điều đặc
biệt là các protein chỉ quay xung quanh vị trí của nó và không bao giờ quay từ
mặt này sang mặt kia của màng.
Tính linh động của các protein màng khác nhau một cách rõ rệt. Một số
protein linh động gần bằng lipid, trong khi một số khác hầu như không linh
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
9
động. Ví dụ: protein thụ cảm ánh sáng - Rhodopsin trên màng tế bào võng
mạc là một protein rất linh động. Hệ số khuếch tán của nó vào khoảng 0,4
micromet/s. Sự di chuyển nhanh chóng của Rhodopsin rất cần thiết để có
được những tín hiệu một cách kịp thời.
Các màng khác nhau có thành phần protein màng khác nhau:
Ví dụ: Màng myelin quanh các sợi thần kinh nhất định có hàm lượng protein
thấp (18%).
-Ngược lại, hầu hết màng sinh chất của các tế bào khác có hoạt tính hơn
nhiều. Chúng chứa nhiều bơm, cổng và các thụ thể cùng các enzyme. Thành
phần protein trong các màng này thường chiếm 50%.
- Các màng tham gia vào sự chuyển hoá năng lượng như là màng trong của ty
thể và lục lạp có tỷ lệ protein cao nhất, thường là 75%.
II. HÓA SINH HỌC CHỨC NĂNG THÔNG TIN:
II.1. Một số khái niệm và định nghĩa cơ bản liên quan vớichức
năng thông tin:II.1.1.Thông tin:
Tế bào phản ứng với ngoại cảnh bằng cách tái tổ chức các cấu trúc của nó,
điều tiết hoạt tính protein và thay đổi hình mẫu biểu hiện của gen. Các thông
tin kích thích cho những phản ứng trả lời như vậy gọi là tín hiệu. Các tín hiệu
đó có thể là các phần tử rất bé, các đại phân tử hay các tác nhân vật lí. Tín
hiệu tương tác với tế bào thông qua phân tử chất nhận.
Các tín hiệu có trong môi trường xung quanh tế bào bao gồm :
-Tín hiệu hóa học:
như các hoocmoon, các chất hóa học, các độc tố, các chất kháng sinh: Các tín
hiệu hóa học có thể thấm qua màng sinh chất và tương tác với các chất nhận
nội bào ví dụ steroit. Tuy nhiên phần lớn các tín hiệu này là các phân tử ưa
nước ở bên ngoài tế bào. Những tín hiệu này tương tác với chất nhận xuyên
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
10
màng hay các chất nhận liên kết với màng gây ra biến đổi cấu trúc chất nhận,
giúp chúng thấm được vào bên trong tế bào
-Tín hiệu vật lí: như ánh sáng, bóng tối, nhiệt độ, độ PH…: các tín hiệu
này có thể tương tác với chất nhận hay tác động trực tiếp ví dụ ánh sáng kích
thích ProteinGliên kết với chất nhân rhodopsin và opsin tế bào nón khi photon
(lượng tử) làm cho phân tử nhạy cảm với ánh sáng được tiếp hợp 11-cis
retinal biến đỏi tất cả cấu dạng trans. Trái lại phản ứng với sốc nhiệt và stress
tương tự được tác đọng trực tiếp như gia tăng protein biến tính trong tế bào.
-Tín hiệu sinh học: như vi khuẩn, vi rút các đại phân tử từ tế bào như
AND, ARN…
II.1.2. Thụ thể:
Là các phân tử protein hay lipo protein hay enzim đặc hiệu có khả năng tiếp
nhận thông tin. Thụ thể có thể được phân bố trên màng sinh chất, màng nhân,
màng các nội quan. Mỗi thụ thể có những đặc trưng về cấu tao riêng, có khả
năng thu nhận những tín hiệu phù hợp nhất.
Tùy theo vị trí phân bố có thể chia thụ thể thành hai nhóm: thụ thể màng và
thụ thể nội bào. Các thụ thể trên màng tế bào có thể chia thành các nhóm theo
cơ chế chuyển thông tin mà chúng sử dụng:
- Các thụ thể gắn với các kênh: là các kênh ion mà việc mở được điều
chỉnh bởi phân tử thông tin. Chúng được sử dụng trong chuyển xung thần
kinh giữa tế bào được kích thích điện. - Các thụ thể gắn với protein G: được
hoạt hóa hay bất hoạt hóa gián tiếp bởi một enzim liên kết với màng tế bào
hay một kênh ion. Các thụ thể, enzim hay kênh ion được gắn kết nhờ chất
trung gian là protein thứ ba, protein điều hòa gắn với GTP, còn được gọi là
protein G. Các thụ thể liên kết với protein G nói chung họat hóa một loạt
những sự kiện làm biến đổi một hay nhiều phân tử thông tin nhỏ giữa các tế
bào, thường gọi là những chất trung gian nội bào. Các chất này tiếp đó đến
lượt biến đổi cấu trúc những protein mục tiêu của tế bào. Hai chất trung gian
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
11
nội bào quan trọng nhất là cAMP vòng (cyclic AMP) và các ion Ca++.
II.1.3. Chức năng thông tin: Chức năng thông tin bao gồm tiếp xúc, cảm
ứng, tiếp nhận , liên kết, và chuyển tín hiệu đó qua màng dẫn đến làm biến
đổi bên trong hoặc bên ngoài màng tế bào, hay từ tế bào chất, hay từ không
bào tế bào chất. Như vậy phương thức về mối quan hệ giữa môi trường và
tế bào không kèm theo sự dẫn truyền vận chuyển qua màng mà chủ yếu là sự
tiếp nhận thông tin mà các tín hiệu từ môi trường.
II.1.4.Sự truyền tín hiệu: Sự truyền tín hiệu bao gồm các con đường hoạt hóa
theo trình tự các enzim và các chất điều biến ở mức độ các phân tử bé gọi là
tín hiệu thứ hai. Điều này cho phép khuếch đại tín hiệu gốc. Con đường truyền
tín hiệu trực tiếp có thể là hội tụ hay phân hướng, cho phép tăng kích thích
để tái sinh các phản ứng tương tự và các tín hiệu riêng biệt để tạo ra các phản
ứng trả lời khác nhau với thời gian và cường độ kích thích, và sự tổng hợp đặc
hiệu tế bào của các chất nhận khác nhau và các thành phần của tín hiệu. Các
con đường truyền tín hiệu là chức năng của mạng lưới điều tiết phức tạp, và
phản ứng trả lời phụ thuộc vào sự cân bằng của các lực đối kháng trong tế
bào.
II.1.5. Sự phân bố tín hiệu: Bao gồm sự hoạt hóa hay ức chế tác nhân phiên
mã, enzim và các thành phần cấu trúc tế bào, thường là sự biến đổi trạng thái
photphorin hóa của chúng.
II.2. Cơ sở hóa sinh học của chức năng thông tin: Phần lớn protein xuyên màng là các Pr vắt qua màng, trong đó phơi ra bề
mặt màng, là các protein có hình dạng khớp với những tín hiêụ đặc biệt của
những thông tin tương ứng. Đây là điểm cấu tạo của phân tử protein enzim,
với 2 kiểu khớp cơ bản:
- Khớp hình dạng theo kiểu ổ khóa chìa khóa: Là trường hợp enzim có
trung tâm hoạt đọng có cấu hình thương thích với cấu hình cơ chất
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
12
-Khớp cảm ứng: là trường hợp enzim không có sẳn cấu hình tương
thích hay nói khác là không khớp về hình dạng nhưng có khả năng tiếp nhận,
bản thân phân tử nhận có khả năng thay đổi cấu hình của mình đế nhận được
tín hiệu. Ví dụ: các phân tử hocmon hoặc phân tử các phân tử phi hocmon.
Khi hocmon hay vật chất nào đó phi hocmon tác động lên bề mặt tế bào thì
phân protein enzim trên bề mặt tế bào cảm ứng với hocmon đó hoặc vật chất
phi hocmon đó. Sau khi cảm ứng được rồi thì nó phát sinh ra ái lực để liên
kết với nó, liên kết giữa protein với phân tử phát ra tín hiệu là liên kết hóa
học phù hợp. Tín hiệu của đầu protein trên màng tế bào gọi là tín hiệu tế bào
phù hợp với tín hiệu thông tin của môi trường.
Phân tử protein có đầu phơi ra bề mặt màng thường là protein loại
glyco protein. Đầu phơi ra đó chính là đoạn polyglucid hoặc poliglucid liên
kết với protein ngoại vi. Thành phần này chính là thụ quan hay thụ thể màng.
Sau đó, thụ quan ấy liên kết với tín hiệu môi trường, tín hiệu đó làm
biến đổi đầu kia của phân tử protein . Sự biến đổi đầu kia của phântử protein
dẩn đến kết quả cuối cùng là thay đổi hoạt động tế bào ( Biến đổi này thường
là qua trình biến đổi oxi hóa khử sinh học xảy ra trong tế bào hay là sự biến
đổi các quá trình oxy hóa khử trong tế bào: hoặc tăng cường theo hưởng phân
giải hoặc tăng cường tổng hợp trên cơ sở nhu cầu sự sống của tế bào).
III.CƠ CHẾ HÓA SINH HỌC CHỨC NĂNG THÔNG TIN:
III.1. Sự truyền tín hiệu và các chất nhận ở sinh vật nhân sơ:III.1.1. Sự truyền tín hiệu: Sinh vật nhân sơ không thể tồn tại, sống sót nếu
khong có khả năng phát triển tuyệt vời khả năng cảm thụ môi trường. Chúng
có phản ứng với sự hiện các chất dinh dưỡng bằng cách tổng hợp ra các
protein liên quan đến sự hấp thụ và trao đỏi các chất dinh dữơng đó. Và vi
khuẩn cũng có khả năng phản ứng với tín hiệu không dinh dưỡng cả về tín
hiệu hóa học hay vật lí, chẳng hạn như vi khuẩn còn có khả năng hiệu chỉnh
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
13
sự vân động của nó tùy thuộc vào gradient đang tồn tại về phía ánh sáng, ôxy,
độ thẩm thấu, nhiệt độ và hóa chất độc trong môi trường.
III.1.2. Các cơ chế cơ bản: Các cơ chế cơ bản làm cho vi khuẩn cảm nhận và
trả lời đối với môi trương là chung cho tất cả các hệ thống thụ cảm của tế bào
bao gồm: phát hiện, khuếch đại tín hiệu các trả lời tín hiệu thích hợp. nhiều
con đường truyền tín hiệu ở vi khuẩn cho thấy sự tồn tại những đơn vị điều
biến gọi là chất truyền và chất nhận. Những chất điều biến ấy tạo nên cơ sở
của các hệ thống điều tiết hai thành phần. và vi khuẩn sử dụng hệ thống điều
tiết hai thành phần này để cảm nhận các tín hiệu ngoại bào. Vậy cơ chế quá
trình này như thế nào?
Vi khuẩn cảm nhận hóa chất có trong môi trường nhờ một họ nhỏ các
chất nhận bề mặt tế bào. Mỗi chất nhận liên quan với một phản ứng trả lời đối
với một nhóm cá hóa chất xác định (phối tử). Protein trong màng sinh chất
của vi khuẩn liên kết trực tiếp vào phối tử hay với protein hòa tan vốn đã gắn
vào phối tử trong không gian ngoại biên của tế bào chất và vách tế bào. Nhờ
vào sự liên kết, protein màng chịu sự biến đỏi cấu dạng để lan truyền qua
màng đến miền tế bào chất của protein chất nhận. Sự biến đổi cấu dạng như
vậy khởi đầu cho con đường truyền tín hiệu đẫn đến phản ứng trả lời.
Phổ lan truyền của các trả lời gồm sự điều tiết thẩm thấu, tính hướng
hóa và tạo bào tử đều do hệ thống hai thành phần điều tiết. Hệ thống hai thành
phần bao gồm protein cảm thụ và protein điều tiết trả lời.
Protein cảm thụ Protein điều tiết trả lời
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
14
Lối vào Chất nhận Lối ra Tín
hiệu vào
Tín hiệu
ra
Truyền
Sơ đồ hệ thống điều tiết hai thành phần
Protein cảm thụ tìm thấy kích thích ở miền tín hiệu vào và truyền tín hiệu cho
miền truyền bằng cách biến đổi cấu hình. Miền truyền của protein cảm thụ
sau đóliên kết với chất điều tiết trả lời bằng cách photpho rin hóa protein của
miền. Sự phôtphorin hóa miền chất nhận cảm ứng ra sự biến đổi cấu hình làm
hoạt hóa miền lối ra và đổi hướng phản ứng trả lời của tế bào.
III.1.3. Cơ chế truyền thông tin để phát hiện độ thẩm thấu trong môi
trường nhờ sử dụng hệ thồn hai thành phần:
Hệ thống hai thành phần tương đối đơn giản ở vi khuẩn E. Coli và vi khuẩn
gram- là hệ thống tín hiệu liên quan đén sự cảm thụ độ thẩm thấu. Các loài vi
khuẩn trên có hai màng tế bào: màng trong và màng ngoài tách biệt nhau bởi
vách tế bào. Màng trong là vật chắn thấm thứ nhất của tế bào. Màng ngoài
chứa những lỗ lớn. Lỗ này có được là do trên màng có các protein lỗ.
Protein lỗ có hai loại là:
- Omp F: tạo ra những lỗ lớn
- OmpC: tạo ra những lỗ nhỏ hơn.
Khi vi khuẩn E.Coli buộc phải chịu nhiệt độ cao trong môi trường nó tổng
hợp nhiều protein OmpC hơn protein OmpF làm xuất hiện những lỗ nhỏ trên
màng ngoài. Các lỗ nhỏ này lọc thải các chất tan từ vùng tế bào chất ngoại
biên có tác dụng bảo vệ màng trong khỏi tác động của nồng độ chất tan cao
trong môi trường bên ngoài. Khi vi kuẩn ở trong môi trường có độ thẩm thấu
thấp thì OmpF được tổng hợp nhiều hơn và kích thước trung bình của các lỗ
tăng lên.
Sự biểu hiện mã hóa hai protein lỗ được hệ thống hai thành phần điều
tiết
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
15
Hình 4: Cơ chế photphorin hóa tín hiệu của hệ thống 2 thành phần ở vi khuẩn
Protein cảm thụ EnvZ định cư trong màng trong. Protein có miền tín hiệu
vào N- đầu cuối cùng ở vùng sinh chất ngoại biên. Đó là protein phát hiện ra
sự thay đổi của độ thẩm thấu trong môi trường nằm giữa hai phân mãnh màng
bắc ngang qua và miền truyền tế bào chất C- đầu cuối cùng.
Khi độ thẩm thấu của môi trường cao, protein cảm thụ trên màng, EnvZ
(ở dạng nhị phân) tác động như là kinaza tự photphorin hóa histidin. EnvZ đã
được photphorin hóa sau đó photphorin hóa chất điều tiết trả lời ( OmpR) vốn
cod miền liên kết AND.
OmpR đã được photphorin hóa gắn vào gen khởi đầu của hai gen lỗ
OmpC và OmpF tăng cường sự biểu hiện của dạng biểu hiện chất ức chế về
sau.
Khi độ thẩm thấu của môi trường thấp, EnvZ hoạt động như là protein
photphataza thay vào kinaza và loại photpho của OmpR liên kết với gen khởi
đầucủa hai gen lỗ. Sự biểu hiện của OmpC bị ức chế, còn sự biểu hiện của
OmpF thì được kích thích.
-Khi độ thẩm thấu của môi trường tăng lên, miền tín hiệu vào chịu sự
biến đổi của cấu dạng và được truyền qua màng đến miền truyền. Sau đó miền
truyền tự photphorin hóa gốc histidin của nó. Gốc photphat đựơc nhanh chóng
dẫn đến gốc aspactat của miền nhận của chất điều tiết trả lời OmpR. N- đầu
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
16
cuối cùng của của OmpR chứa miền liên kết AND. Khi đã được hoạt hóa nhờ
photphorin hóa, miền này tương tác với ARN-polimeraza tại gen khởi đầu của
các gen lỗ làm tăng sự biểu hiện của gen OmpCvà ức chế biểu hiện của gen
OmpR, kích thích sự biểu hiện của OmpF và ức chế sự biểu hiện của OmpC.
Theo cách đó, kích thích thẩm thấu được truyền đến các gen.
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
17
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
18
Hình5: Hệ thống 2 thành phần của E.Coli phát hiện sự thay độ thẩm thấu
Ngoài ra ở sinh vật nhân sơ còn có cơ chế truyền thông tin có liên
quan đến tín hiệu thứ hai. Khi các tế bào trả lời đối với hàng loạt các tín
hiệu khác nhau và đòi hoải phải có số lượng khổng lồ các chất nhận. Tuy
nhiên vùng phân bố các phản ứng trả lời thì ít hơn nhiều. Nhiều tín hiệu
đạt đến bề mặt tế bào làm cho tế hoặc phân chia hoặc rời khỏi chu trình tế
bào. Những tín hiệu khác cảm ứng sự biểu hiện của các nhóm gen đặc
trưng vốn bảo vệ các tế bào khỏi sốc. Vì vậy, những con đường tín hiệu sớm
hội tụ vào một số các mạng các mạng tín hiệu nội bào và điều đó cho phếp
các tế bào chuyển đổi thông tin phức tạp đến được bề mặt tế bào thành các
tín hiệu hóa sinh đơn gian trong tế bào chất. Những phân tử liên quan đến
qúa trình đó gọi là các tín hiệu thứ hai.
Các tín hiệu thứ hai thường là các nucleotit mạch vòng như 3’,5’-
AMP vòng ký hiệu là 3’,5-cAMP, tương tự còn có 3’,5 cGMP, hoặc lipit
hoặc ion canxi…
III.2. Sự truyền tín hiệu ở sinh vật nhân thực:Việc điều phối sự phát triển và phản ứng trả lời đối với môi trường của
các sinh vật đa bào phức tạp đòi hỏi phải có nhiều cơ chế tín hiệu.
Ở động vật: Hai hệ thống tín hiệu chủ yếu là hệ thống thần kinh và hệ
nội tiết.
Ở thực vật: Thực vật không di chuyển, không có hệ thần kinh, nhưng lại
có các hoocmon như là các tín hiệu hóa học. Là cơ thể quang hợp, thực vật có
những cơ chế thích nghi với sự sinh trưởng và phát triển của chúng đối với
mặt định lượng hay định tính của ánh sáng.
III.2.1. Cơ chế hóa sinh học tổng quát của chức năng truyền thông tin:
- Sự biến đổi môi trường ngoài hoặc trong (thường là bên ngoài) tác động trực
tiếp đến hocmon.
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
19
- hocmon xem như nhân tố tiếp nhận (adrenalin, ínulin…) trung gian, hocmon
này về nguyên lí có cấu hình khớp với thụ thể màng.
- Màng sinh chất (màng tế bào) có các siêu đơn vị thu thể màng (thụ quan)
(1), (2)
- Bên trong là các siêu đơn vị đồng hành với thụ quan bề mặt (3)
- Siêu đơn vị phân giải (4) là yếu tố biến đổi đầu trong của Pr thụ quan nói
trên, sự biến đổi này đòi hỏi phải có năng lựợng tác động (ATPADP…
AMP). ADP, AMP được xem là chất trung gian thứ 2
- Tác động của chất trung gian thứ 2 làm biến đổi tế bào như hoạt hóa gen,
hoạt hóa E, thay đỏi tính thấm, thay đổi điện thế,…
- Qua trình này cần E Phôtphodiesteraga.
IV. MỘT SỐ CƠ CHẾ TRYỀN THÔNG TIN Ở SINH VẬT ĐA BÀO
IV. 1. Ở động vật:
IV.1.1. Hệ thống tín hiệu nội tiết:
Sự truyền tín hiệu nội tiết tác động xa do những tuyến chuyên biệt tiết
các hoocmon vào máu tác động đến các tế bào khác nhau phân tán trong cơ
thể.
Sự truyền tín hiệu nội tiết tác đông đến các tế bào kế cận (xung quanh khoảng
1mm) bằng các chất hóa học trung gian cục bộ.
Trong mỗi trường hợp, tế bào tiêu điểm đáp lại các tín hiệu ngoại bào
đặc hiệu nhờ những protein chuyên biệt gọi là các thụ thể gắn với phân tử
thông tin và có phản ứng đáp lại. Nhiều tín hiệu hóa học tác động với những
nồng độ rất thấp (< 10-8M) và các thụ thể đặc hiệu của chúng gắn với các
phân tử thông tin với ái lực cao.
Những tế bào khác nhau có những phản ứng không giống nhau đáp lại
cùng một tín hiệu thông tin. Ví dụ: acetylcholine kích thích sự co cơ xương,
nhưng nó làm giảm nhịp và lực co cơ tim.
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
20
Các phân tử thông tin có thể phân loại theo khả năng tan trong nước hoặc
không tan trong nước.
- Các phân tử thông tin tan trong nước: (chiếm đại đa số) Chúng gắn
với những thụ thể trên bề mặt tế bào.
- Những phân tử thông tin kỵ nước như các hoocmon tuyến giáp và
steriod không tan trong nước, nhưng nhờ gắn với các protein tải đặc hiệu
chúng tan trong máu và được chuyển đi xa. Các hoocmon này tan trong lipit,
khi được các protein tải phóng thích, chúng dễ dàng ngấm qua màng tế bào
tiêu điểm.
Có sự khác nhau về thời gian tồn tại của các phân tử thông tin tan trong nước
và tan trong lipit. Các phân tử thông tin không tan trong nước khi được phóng
thích vào máu chỉ tồn tại trong vài phút, số khác vài giây hay miligiây ngay
khi xâm nhập vào khoảng giữa màng tế bào. Các hoocmonsteriod tồn tại trong
nhiều giờ, còn hoocmon tuyến giáp thì tồn tại trong nhiều ngày. Tương ứng,
các phân tử thông tin tan trong nước gây phản ứng ngắn hạn, còn các phân tử
thông tin trong lipit có phản ứng lâu dài hơn.
IV.1.1.1. Các hoocmôn steroit (estradiol, progesterol...):
Vai trò của hoocmon steroit: steroit ảnh hưởng trước hết đến quá
trình phiên mã, trung tâm chịu tác dụng là nhân tế bào. Hiệu quả sinh học của
chúng phụ thuộc vào quá trình sinh tổng hợp protein mới. Do đó thời gian cần
thiết để thể hiện kết quả tác dụng tương đối lâu, phải hàng giờ.
Cơ chế tiép nhận thông tin: Các hoocmon steroit và các hoocmon
cùng họ tác động bằng cách kết hợp với các protein thụ quan đặc hiệu trong
bào tương. Tiếp theo, phức hợp hoocmon – thụ quan đi vào nhân tương tác
với trung tâm ADN đặc hiệu gọi là các yếu tố đáp lại hoocmon. Sự kết hợp
này ảnh hưởng đến sự phiên mã của các gen bên cạnh. Do trung tâm tác dụng
của chúng (là nhân tế bào), các thành viên của mọi protein này cũng gọi là
thành viên nhân(nuclear receptors). Hàm lượng thụ quan nhân rất thấp chỉ
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
21
khoảng104 phân tử trong 1 tế bào. Mỗi protein thụ quan có đomen khoảng 80
gốc tham gia trong việc kết hợp với ADN. Đầu N của đomen này là vùng
quan trọng đối với việc khởi động quá trình sao chép. Đômen ở vùng C tham
gia liên kết hoocmon và khởi động sao chép.
Tất cả các thụ quan của họ này đã được biết đều chứa Zn. Zn có vai trò
chủ yếu kết hợp với ADN
Ví dụ: Tác dụng của 17-β-estradiol, trước hết nó kết hợp chặt với thụ thụ quan
đặc hiệu có trong tế bào chất của các tế bào dạ con. Phức hoocmon – thụ quan
này đi vào nhân tế bào. Sau khi kết hợp với estradiol, ái lực giữa thụ quan và
ADN tăng lên đáng kể. Tương tác giữa phức estradiol – thụ quan với ADN có
tính đặc hiệu cao. Tính đặc hiệu còn thể hiện ở chỗ estron có thể kết hợp với
thụ quan nhưng phức này không kết hợp với ADN do đó estron không có tác
dụng kích thích tăng trưởng dạ con.
IV.1.1.2 Các hoocmon amin và các hoocmon peptit: (ví dụ như epinephrin,
norepinephrin, coocticotropin, glucagon...)
Các hoocmon này tác dụng theo cơ chế thông qua chất trung gian AMP vòng
(AMPv). Do đó AMPv đươc xem là chất truyền tin thứ hai trong tế bào.
Hoocmon là chất truyền tin thứ nhất. Theo cơ chế này, tác dụng của các
hoocmon đến tế bào đích được thực hiện như sau:
- Trong màng nguyên sinh của tế bào chịu sự tác dụng có chứa thụ quan
hoocmon , sẽ kết hợp đặc hiệu với hoocmon.
- Sự kết hợp giữa hoocmon và chất nhận làm tăng hoocmonạt độ của
ađenilatxiclaz, một enzim gắn trong màng nguyên sinh.
- Ađenilatxiclaz xúc tiến cho phản ứng chuyển hóa ATP thành AMPv. Do đó,
khi hoocmonạt độ của nó tăng, làm tăng lượng AMPv
- AMPv có tác dụng làm thay đổi tốc đọ của một hay nhiều quá trình.
Như vậy các hoocmon tác đọng theo kiểu này không cần thiết phải đi vào tế
bào. Tác dụng sinh học của chúng đối với các quá trình trong tế bào được thực
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
22
hiện thông qua AMPv. (Đến nay đã xác định có 13 hoocmon tác dụng theo
kiểu này.) Chi tiết một số giai đoạn đã nêu:
Sự hoạt hóa ađenilatxiclaz bởi phức hoocmon – chất nhận:
- Sự hoạt hóa này được thực hiện thông qua chất trung gian là protein G.
(gọi là protein G vì protein này kết hợp với guanilnucleotit), nó có thể kết hợp
với GDP hoặc GTP. Dạng protein G-GTP có tác dụng hoat hóa
ađenilatxiclaz. Còn protein G- GDP không có tác dụng này. Như vậy muốn
chuyển sang dạng hoạt động GDP trong phức protein G- GDP phải được thay
thế bằng GTP. Quá trình thay thế này do phức hoocmon – chất nhận xú tác
(chất nhận ở dạng tự do, không kết hợp với hoocmon, không có tác dụng xúc
tác)
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
23
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
24
Hình 6: Sơ đồ hai kiểu chất nhận bảy cầu theo Alberts và CS-1994
Như vậy, dòng thông tin đi từ chất nhận hoocmon đến protein G rồi đến
ađenilatxiclaz.
Protein G không chỉ có vai trò trung gian mang thông tin từ chất nhận
hoocmon đến ađenilatxiclaz mà còn có hoạt tính GTP-az (phân giải GTP). Do
đó nó xúc tác cho quá trình chuyển phức protein G- GTP hoocmonạt động
thành dạng không hoocmonạt động (protein G- GDP), bằng cách này làm
ngừng quá trình hoocmonạt hóa ađenilatxiclaz
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
25
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
26
Hình7 : Sơ đồ minh họa vai trò trung gian của protein G trong quá trình truyền thông tin từ phức hoocmon – thụ quan đến ađenilatxiclaz
Do đó protein G có vai trồ quan trọng trong cả 2 quá trình hoạt hóa và
phản hoạt hóa ađenilatxiclaz . Khi lượng hoocmon giảm ađenilatxiclaz trỏ
về trạng thái không hoạt động.
Protein G là loại protein liên kết với màng, có vai trò truyền tín hiệu
nhận được từ các thụ quan trên bề mặt tế bào. Hai loại protein được biết rõ
nhâta là Gs và Gi. Các protein Gs tham gia quá trình hoạt hóa ađenilatxiclaz
còn Gi kim hãm enzim này. Các protein G cũng tương tác với các thụ quan
khác và các protein đích khác ngoài ađenilatxiclaz .
Hình 8 : Sơ đồ cấu trúc protein G
Các protein Gs, Gi và các Protein G khác đều gồm 3 tiểu đơn vị α,β,γ
khối lương tương ứng của 3 tiểu đơn vị này là 39- 46 kDa, 37 kDa và 8 kDa.
Vai trò của các tiểu đơn vị này khác nhau:
γ: giúp protein gắn vào màng và hổ trợ cho tương tác protein – protein
α : Có trung tâm liên kết guanin nucleotit, hoạt tính GTP- az xảy ra ở
tiểu đơn vị này. Tín hiệu từ hoocmon dẫn đến sự thay thế GDP của Gs bằng
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
27
GTP và phân li protein G, phức α – GTP di chuyển dọc theo màng cho đến
khi nó bắt gặp phân tử ađenilatxiclaz hoocmonặc 1 protein đích khác. GTP
trong phức α- GTP sễ chuyển từ từ thành GDP ( do hoạt tính GTP-az của
tiểu đơn vị này) và tạo thành α- GDP, phức hợp này kết hợp lại với β,γ và
mất khả năng hoocmonạt hóa ađenilatxiclaz. Quá trình này cần một protein
hoạt hóa GTP-az.
Các protein G khác nhau có thể tác dụng đến các protein đích theo các
cách khác nhau.
Các protein G (tiểu phần α) cũng tham gia vào nhiều quá trình truyền
các tín hiệu khác, ví dụ truyền tín hiệu từ ánh sáng trong quá trình thấy, nhận
mùi (odor) hoặc tương tác với các kênh ion (ion channels), tương tác với
photpholipaz.
Bộ gen của người có chứa hơn 15 gen mã hóa tiểu phần α, 5 gen mã hóa cho
các tiểu phần β và 10 gen mã hóa cho các tiểu phần γ, như vậy về lí thuyết có
thể tạo thành rất nhiều protein G, tuy nhiên chưa rõ có bao nhiêu protein G
hiện diện trong thực tế.
Như trên đã nói, hiện đã biết có khoảng 15 hoocmon khác nhau đều tác
dụng theo cơ chế thông qua vai trò trung giancủa AMPv, điều đó chứng tỏ
AMPv phải có tác dụng đến nhiều qua trình khác nhau.Bằng cách nào AMPv
có thể ảnh hưởng đến nhiều qua trình như vậy? Có thể nói tóm tắt đó là do
AMPv có tác dụng hoạt hóa bproteinkinaz, một enzim xúc tác cho quá trình
photphoril hóa nhiều protein, enzim khác nhau. Dạng photphoril hóa và
dephotphorit hóa của các protein, enzim này thường có hoocmonạt tính sinh
học rất khác nhau, dạng này có hoạt tính sinh học thì dạng kia mất hoạt tính
sinh học.
Các hoocmon tác dụng theo cơ chế đã nêu (Sử dụng AMPv làm chất trung
gian), tín hiệu của chúng được khuếch đại lên nhiều lần. Nồng độ của
hoocmon trong máu chỉ vào khoảng10-10M, nhưng chỉ cần hoạt hóa 1 phân
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
28
tử Ađeniltxíclz đã có tạo thành nhiều phân tử AMPv lại làm cho tín hiệu
được khuếch đại tiếp tục vì nhiều phân tử protein, enzim sẽ được photphoril
hóa nhờ enzim này.
Chẳng hạn như các hoocmon glucagon, epinephrin và norepinephrin,
mặc dù chúng khác nhau về mặt hóa học, cả 3 hoocmon này đều có tác dụng
làm tăng lượng clucoz trong máu (khi lượng clucoz bị giảm), cả 3 đều tác
dụng theo cơ chế sử dụng AMPv làm chất truyền tin thứ 2, glucagon tác dụng
chủ yếu lên mô gancòn hai chất kia chủ yếu tác dụng lên mô cơ.
Ví dụ: tác dụng của epinerphin đối với quá trình trao đổi glicogen ở
mô cơ được thực hiện như sau:
- Epinephrin kết hợp với màng nguyên sinhchất của tế bào cơ, ađenilatxiclaz
được hoạt hóa.
- Ađenilatxiclaz trong màng nguyên sinh xúc tác cho quá trình chhuyển hóa
ATP thành AMPv
- Hàm lượng AMPv trong tế bào tăng lên, hoạt hóa proteinkinaz.
- Sau khi được hoạt hóa proteinkinaz xúc tác cho phản ứng photphoril hóa 2
enzim quan trọng của quá trình trao đổi glicogen là: glicogen photphorilaz và
glicozen xintetaz. Kết quả không hoạt động của quá trình photphoril hóa,
photphorilaz trở nên hoạt động còn glocogen xintetazc huyển thành dạng
không hoạt động. Kết quả làm tăng quá trình phân giải glicogen động thời
giảm quá trình sử dụng glucoz để tổng hợp glicogen do đó lượng đường trong
máu được tăng lên.
Norepinephrin và glucagon cũng tác dụng theo cách tương tự. Ngoài ra,
epinephrin còn kích thích quá trình tiết glucagon và ức chế sự tiết insulin.
Glucagon: Là hoocmon polipeptit có khối lượng phân tử 3,5 kDa, bao gồm
29 gốc axit amin, trình của tự sắp xếp các axit amin của glucagon đã được
xác định. Glucagon được tiết từ tế bào tụy khi lượng glucoz trong máu thấp.
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
29
Hoocmon này làm tăng lượng glucoz trong máu bằng cách kìm hãm quá trình
phân giải glicogen ở gan.
Glucagon cũng kìm hãm quá trình sinh tổng hợp axits béo bằng cách làm
giảm sự tạo thành axit piruvic và giảm hoạt độ của Axetil-Coa-ccacboxilaz.
Hơn nữa, glucagon cung làm tăng lượng AMPv trong tế bào mô mỡ, kích
thích quá trình phân giải triaxilglixerol.
IV.1.1.3.Thụ thể insulin:
Khái niệm về thụ thể insulin
Receptor dành cho insulin chính là một protein kinase chuyển nhóm phosphat
từ ATP đến cho nhóm hydroxyl của gốc tyrosine (không phải cho Ser hoặc
Thr).
Cấu trúc thụ thể insulin: Thụ thể Insulin có khối phân tử 5800, là một
enzym kinase xuyên màng bao gồm hai chuỗi α bộc lộ phía ngoài màng liên
kết với hai chuỗi β cắm xuyên qua màng có hoạt tính kinase ở vùng tế bào
chất.
Chuỗi α có 21 gốc và chuỗi β có 30 gốc. Hai chuỗi này gắn với nhau qua các
cầu đisunfua. Các chuỗi α của thụ thể tiếp nhận insulin truyền tín hiệu gây ra
hoạt tính kinase cho các chuỗi β.
Tiền chất của insulin là preproinsulin, proinsulin, cả hai chất này đều
không có hoạt tính hoocmon. Dưới tác dụng của các proteinaz tương tự
tripsin, một số liên kết peptit bị thủy phân, cắt bỏ hai đoạn polipeptit, tạo
thành insulin hoạt động. Có thể minh họa quá trình chuyển họa preproinsulin
thành insulin theo mô hình sau
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
30
Hình 9: Sơ đồ quá trình chuyển họa preproinsulin thành insulin
Proteineproinsulin là tiền chất đầu tiên của insulin. Phân tử của nó là một
chuỗi polipeptit, đầu –N là một vùng kị nước bao gồm 16 axit amin, có vai
trònhư peptit tín hiệu để đưa phân tử qua màng lưới nội tiết, ngay sau đó nó
sẽ bị bỏ khỏi phân tử, tạo thành proinsulin, được chuyển đến thể gongi. Khác
với insulin, proinsulin vẫn là một cuỗi polipeptit, có chứa thêm một đoạn gồm
30 gốc axit amin (đoạn C) gọi là đoạn peptiti nối. Đoạn này nối liền đầu –C
của chuỗi B với đầu –N của chuỗi A (trong phân tử insulin). Tuy nhiên trong
phân tử proinsulin đã có cầu đisunfua đúng như ở phân tử insulin.
Vai trò của thụ thể insulin:
Thụ thể insulin có vai trò điều hòa nồng độ glucose của máu khi nồng độ
glucose vượtquá ngưỡng cho phép từ 0,12% (khoảng 6,0mM) bằng các tác
dụng là kích thích tế bào cơ xương, tế bào thận hấp thụ glucose từ máu để
chuyển thành glycogen, ức chế quá trình phân giải glycogen và kích thích việc
hấp thụ glucose để tổng hợp các chất béo.Bên cạnh đó quá trình điều hòa tổng
hợp glycogen thông qua con đường dephosphoryl hóa glycogen synthase b
dạng bất hoạt thành dạng glycogen synthase (dạng hoạt động) dohệ thống
enzym phosphoprotein phosphatase kiểm soát. Hoạt tính của enzym này chịu
ảnhhưởng của insulin.
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
31
Ngược với tác dụng của glucagon, epinephrin và norepinephrin, insulin
làm giảm lượng glucoz trong máu. Do đó dưới tác dụng của tất cả các
hoocmon kể trên, lượng glucoz trong máu tương đối ít thay đổi, lượng glucoz
trong máu của ngưới bình thường, hàng ngày thay đổi từ 80 mg/100 mg
(trước bữa ăn) đến 120 mg/100 mg (sau bữa ăn)
Insulin được tiết từ tế bào bêta của tụy khi lượng đường trong máu cao.
Nói chung, Insulin kích thích quá trình tổng hợp, kìm hãm các quá trình phân
giải ở mô cơ, gan, mô mỡ. Insulin làm tăng vận tốc tổng hợp glicogen, axit
béo, protein, kích thích quá trình phân giải glucoz. Tác dụng cuối cùng này là
do insulin hoạt hóaglucozkinaz, một enzim xúc tác cho phản ứng photphoril
hóa glucoz tạo thành glucoz6-photphat. Các sản phẩm trung gian của quá
trình phân giải glucoz là nguyên liệu cho quá trình tổng hợp đã nêu (hình 66).
Cơ chế tác động của insulin điều hòa gluco máu:
Trước tiên enzym phosphoryl hoá các gốc tyrosine của chính bản thân chuỗi β
và sự tự phosphoryl hoá này tạo cho enzym tiếp tục phosphoryl hoá các
protein khác của màng hoặc của tế bào chất (cytosol). Mặc dù trình tự chi tiết
của các sự kiện cho phép hiểu biết sâu sắc sự kích thích của insulin đối với
quá trình hoạt hoá chưa được đầy đủ nhưng dường như sự liên kết của insulin
với thụ thể của nó sẽ khởi đầu một dòng thác (cascade) phosphoryl hoá, trong
đó thụ thể hoạt hoá protein kinase thứ hai, tiếp theo protein lại hoạt hoá
protein thứ ba hoặc serine kinase hoặc threonine kinase. Cuối cùng sự
phosphoryl hoá các gốc Ser hoặc Thr làm biến đổi hoạt tính của một hoặc
nhiều enzym quan trọng đối với chức năng của tế bào. Như vậy, insulin đã tác
động trúng đích của nó.
Các bệnh nhân bị bệnh tiểu đường typ II đối kháng insulin vẫn tiết insulin
bình thường
nhưng các mô của chúng không trả lời đối với insulin của bản thân hoặc đối
với insulin được tiêm vào cơ thể. Ở những người mắc bệnh này vùng hoạt tính
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
32
tyrosine kinase của thụ thể insulin đã bị đột biến. Insulin vẫn liên kết bình
thường với thụ thể đã đột biến nhưng vùng tyrosine kinase của thụ thể bị bất
hoạt và hậu quả liên kết của insulin không xảy ra theo hướng bình thường.
Cơ thể hấp thụ glucose theo 2 con đường: trực tiếp từ thức ăn và gián
tiếp từ các acid amin và lactate thông qua quá trình tân tạo glucose. Glucose
cung cấp năng lượng có thể oxy hoá cho các mô để duy trì sự sống. Lượng
glucose được tiêu thụ hàng ngày chủ yếu là do các hoạt động của bộ não
(75%) thông qua con đường hiếu khí. Còn lại là do hồng cầu, cơ xương và cơ
tim tiêu thụ. Lượng glucose bình thường trong cơ thể là 12 mg/l (khoảng 6
mM). Khi lượng glucose trong máu tăng lên thì nó được tích luỹ dưới dạng
glycogen, nằm chủ yếu trong gan, cơ vàmột phần trong thận và ruột.
Glycogen ở cơ gấp 2 lần ở thận. Glycogen ở cơ không thể có sẵn
IV.1.4. Hệ thống truyền tín hiệu ánh sáng và màu sắc
Các tế bào que và nón đều có chứa các sắc tố. Trong các tế bào que có
sắc tố rhodopsin. Chúng gồm một protein là opsin liên kết với một nhóm phụ
là retinal (dẫn xuất của vitamin A). Trong tối, khi retinal ở dạng không hoạt
động (dạng cis), kênh mở ra, màng tế bào bị khử phân cực và phóng thích
chất dẫn truyền thần kinh vào khe synapse gây ức chế các tế bào thần kinh của
võng mạc, ngăn cản chúng phát sinh điện thế động.
Khi phân tử rhodopsin bị một photon ánh sáng chạm vào, retinal sẽ biến đổi
thành một dạng đồng phân khác (dạng trans). Sự đồng phân hóa retinal làm
thay đổi hình thái của opsin, từ đó làm đóng các kênh gây ra sự tăng phân
cực. Như vậy sự tăng phân cực làm chậm quá trình phóng thích các chất dẫn
truyền ức chế và sự biến đổi của năng lượng ánh sáng thành xung điện tạo ra
một sự giảm sút trong tín hiệu hóa học đi đến tế bào và sự giảm này là thông
tin mà tế bào que đã bị kích thích bởi ánh sáng
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
33
Hình10 . Công thức cấu tạo của Retinal
Cơ chế nhận cảm của tế bào nón phức tạp hơn nhiều. Cảm giác về màu
sắc có được nhờ ba loại tế bào nón, mỗi loại có một loại protein opsin riêng,
kết hợp với retinal tạo thành sắc tố gọi chung là photopsin. Ba loại tế bào nón
này là tế bào đỏ, lục và lam (tương ứng với các màu mà photosin của chúng
hấp thu nhiều nhất). Phổ hấp thu của những sắc tố này chồng lên nhau và cảm
giác của não phụ thuộc vào sự kích thích khác nhau của hai hay nhiều loại tế
bào nón. Thí dụ: khi tế bào đỏ và lục bị kích thích chúng ta có thể thấy màu
vàng hoặc cam tùy thuộc số lượng tế bào nào bị kích thích nhiều. Bệnh mù
màu có quan hệ đến sự thiếu hoặc không có một hay nhiều loại tế bào nón.
IV.1.5. Sự truyền tin giữa kháng thể và kháng nguyên:
Kháng thể và kháng nguyên có quan hệ rất chặt chẻ. Trong mối quan hệ này
tế bào tạo ra kháng thể, còn thụ quan kháng nguyên.
Màng tế bào bạch cầu là thụ thể màng, là các phân tử Pr miễn dịch có
tên gọi chung là globulin miễn dịch, globulin có 5 loại, có khối lượng phân tử
150-900000Da tùy loại, thành phần hóa học của chúng là glicoprotein, thò
ra trên bề mặt mànglà đầu có liên kết.
Kháng nguyên là những chất lạ từ bên ngoài vào, kháng nguyên có
nhiều loại: axít nucleic. lipit phức tạp, hooc môn, các chất thuốc, một số
polysaccarit… là những thông tin phát ra tín hiệu cảm ứng các thành phần
trong tế bào, nếu khớp sẽ liên kết.
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
34
Bạch cầu phá vỡ cấu trúc kháng nguyên và phá vỡ liên kết kháng nguyên
bằng cách làm cho cho kháng nguyên kết tủa, kết tủa đóng gói bằng màng
nguyên sinh chất để đưa ra ngoài hoặc làm kết dính lại với nhau trên bề mặt
màng sinh chất, làm cho kháng nguyên bị phân hủy. Đó là những biến đổi
cuối cùng của tế bào đối với vật là hay còn gọi là phản ứng của tế bào đối với
vật chất lạ khi nó xâm nhiễm vào cơ thể.
Các globulin của màng rất nhạy bén so với những thụ thể của màng khác. Tuy
nhiên cũng có những thụ thể globulin đóng vai trò như chất tiếp nhận hay phát
hiện các yếu tố gây ung thư vú. Vì vậy nếu khoa học khẳng định ung thư vú
được phát hiện sớm thì hoàn toàn chữa được.
Ngoài ra trong mối quan hệ giữa kháng thể và kháng nguyên có những loại
protein globulin CI4 có tên gọi là Chemokine, một loại protein đặc hiệu là
ngăn cản hay tạo ra bức tường không cho chất ngoại lai xâm nhập vào, đã phát
hiện với vi rút HIV. Hay là những hiện tượng như sự chống đối giữa các
nhóm máu không tương xứng. Bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm là do loại
HbS hình thành, bắt đầu do gen α trên nhiễm sắc thể 16 và gen β trên nhiễm
sắc thể 11 (trội) sinh ra, làm cho HbAHbS. Tuy cơ thể khó nhiễm bệnh
nay song cần phải đề phòng khả năng cơ thể đáp ứng lại.
IV.1.6. Tín hiệu nhận dạng tế bào lạ:
- Nhận dạng tế bào là một tế bào có thể nhận biết một tế bào khác đang xâm
nhập vào chính mình là một tế bào lạ.
- Hiện tượng nhận dạng tế bào được thực hiện bởi nhóm tế bào chuyên hóa
cao của mô. Nhóm tế bào chuyên nhận dạng tế bào lạ gọi là nhóm tế bào
chuyên hóa cao.( ví dụ: nhận dạng tế bào ở mô máu là nhóm tế bào chuyên
hóa cao( ví dụ bạch cầu) Nhóm tế bào chuyên hóa cao có chức năng đặc biệt
là chỉ nhận dạng
Cơ chế nhận dạng là :
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
35
- Những tế bào thuộc nhóm chuyên hóa cao thuộc một loại mô nào đó có một
hệ thống miễn dịch kiểm tra nhận biết, truy tìm , tế bào bão. Thụ thể màng (Pr
bề mặt) có khả năng miễn dịch để kiểm tra, cảm ứng, nhận biết.
Ví dụ: Ở Tế bào bị nhiễm vi rút , tế bào bị nhiễm vi rút là do vi rút xâm
nhậpvào tế bào đó và liên kết được với một số các thành phần cấu trúc bên
trong. Việc báo hiệu cho các tế bào còn lại của mô chưa bị nhiễm biết để cùng
nhau nhận biết và khi đã nhận biết truy tìm chúng nhận diện ra tế bào lạ này.
Quá trình trên được thực hiện bởi bộ protein nằm trên bề mặt của nhóm tế bào
chuyên hóa cao thuộc mô đó. Những loại Pr nhận diện này thường có một đầu
néo vào màng sinh chất nhờ đó đầu kia nhận diện sẽ biến đổi, ở đầu néo vào
màng sinh chất và màng sinh chất biến đổi đáp ứng. Với các tế bào cùng mô
có cùng chất nhận diện đặc trưng gọi là phức hệ protein tương hợp
Ngoài ra một số chất glycolipit cũng có thể phân biệt được các bào
quan các mô khác nhau trong cùng một cơ thể. Ví dụ glyco lipit có thể nhận
biết bên ngoài của nó là lục lạp hay ti thể
Những biến đổi cụ thể trong tế bào khi đã xác định được tế bào lạ là thực
khuẩn, thực bào, uống bào là những biến đổi hóa sinh học trong tế bào theo cơ
chế ôxi hóa khử
IV.1.2 . Sự truyền tín hiệu thần kinh:
Đối với các tín hiệu thần kinh thì nguyên tắc chung cũng xảy ra tương tự
Ví dụ: Epinephrine (adrenalin) là hormon tuyến thượng thận có tác
dụng trả lời lại các tín hiệu thần kinh, cần cho việc tăng cường sử dụng
glucose của cơ.
Khi ormon này liên kết với các thụ thể trên bề mặt tế bào cơ gây ra quá trình
phân huỷ glycogen tương tự, nhưng đồng thời cũng gây ra sự bất hoạt enzym
tổng hợp glycogen là glycogen sythase bằng một cơ chế phosphoryl hoá
enzym này. Sự điều hoà hoạt tính PK (kinase của phosphorylase) còn chịu ảnh
hưởng của hai cơ chế khác nhau, liên quan đến ion Ca++. Một là thông qua
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
36
hoạt động chức năng của một tiểu tiểu đơn vị của PK là Calmodulin mà Ca++
có thể điều hoà được enzyme này. Khi calmodulin liên kết với Ca++, nó có
tác dụng làm tăng hoạt tính xúc tác của PK đối với cơ chất của nó
(phosphorylase b). Do sự phân giải glycogen trong các tế bào cơ được tăng
cường khi có sự kích thích co cơ nhờ acetylcholine. Khi acetylcholine được
giải phóng từ các synap cơ thần kinh, nó sẽ khử cực tế bào cơ, dẫn tới việc
tăng cường phóng thích Ca++ của tế bào cơ, qua đó hoạt hoá PK. Vì vậy, khi
Ca++ nội bào tăng lên sẽ làm tăng tỷ lệ co cơ, tăng sự phân giải glycogen, giải
phóng ATP. Con đường thứ hai là con đường trung gian thông qua sự hoạt
hoácủa adrenalin đối với các thụ thể α-adrenergic
IV.2. Ở Thực vật:
Hiện tượng cảm quang là một chức năng của tế bào.
Ánh sáng tác động vào tế bào bằng lượng tử ánh sáng (hγ) có số đo cụ thể
(Nếu số đo lớn phát nhiiẹt nên nóng hơn). Tác động vào các sắc tố nằm ở đầu
của thụ thể màng lypoPr là những phần lồi ra trên bề mặt màng (đó chính là
DL) quang tử HHiện tượng cảm quan là một chức năng của tế bào.
Ánh sáng tác động vào tế bào bằng lượng tử ánh sáng (hγ) có ssố đo cụ thể
(Nếu số đo lớn phát nhiiẹt nên nóng hơn). Tác động vào các sắc tố nằm ở đầu
của thụ thể màng lypo protein là những phần lồi ra trên bề mặt màng (đó
chính là DL) quang tử hγ tác động vào nối đôi của phân tử sắc tố là các chất
thụ quang. Thụ quang này có thể nhận năng lượng từ các sắc tố khác chuyển
tới.
Dưới tác động của hγ thông qua nối đôi của diệp lục làm cho diệp lục
trở thành diệp lục ở trạng thái kích động điện từ (DL*) bởi photon ánh sáng.
Sau đó biến đổi bằng cách sắp xếp lại hệ thống siêu đơn vị 1,2,3,4,… lận lượt
biến đổi cấu hình, không vận chuyển qua màng mà chỉ chuyển đổi năng
lượng từ mức độ thấp sang mức độ cao. (Hệ thống các siêu đơn vị 1,2,3,…
chính là dây chuyền vận chuyển điện tử Siêu đơn vị 4 trên màng tilacoic là
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
37
protein enzim ngoại vi cấu trúc bậc 4 với 4 Mn-Cl, Cuối cùng là biến đổi tế
bào Sự biến đổi này chính là quá trình quang phân li nước:
H2O H+ + e + [OH].
Và NADP+ + H+ NADPH2
Còn trên màng răng lược thì biến đổi tế bào là hoocmonạt hóa ôxy tự do
O2 2O2-
2O2- + H+ H2O
Và ADP + PO4 + e ATP.
KẾT LUẬNThông tin là một trong những chưc năng quan trọng của tế bào, nhờ đó
mà tế bào có thể tiếp nhận mọi thông tin, mọi dạng kích thích khác nhau từ
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
38
môi trường trong và ngoài tế bào đồng thời có những phản ứng trả lời thích
nghi. Điều này bảo đảm cho tính toàn vẹn thống nhất của tế bào và cơ thể hay
cơ thể và môi trường, đảm bảo sự cân bằng để các hệ thống sống có thể tồn
tại và phát triển.
Trong chức năng thông tin thụ quan là bộ phận đầu tiên của cả một quá
trình phức tạp. Xét ở khía cạnh hóa sinh học màng thì thụ quan là các phân tử
protein chuyên hóa với chức năng tiếp nhận xử lý và dẫn truyền các thông tin
tín hiệu của tế bào.
Tế bào luôn chìm đắm trong bể thông tin tín hiệu. Do vậy tiếp nhận xử lý
truyền đạt thông tin và biến đổi tế bào thực hiện phản ứng trả lời là một hoạt
động thường xuyên và liên tục bảo đảm cho tế bào tồn tại sinh trưởng và phát
triển trong mọi điều kiện môi trương khác nhau. Quá trình này được thực hiên
nhờ thành phần protein ở màng tế bào. Protein màng có cấu trúc hết sức tinh
vi và phức tạp, hoạt động của nó cũng rất đa dạng và phong phú bảo đảm cho
“nhà máy sống” an toàn và hoạt động hiệu quả .
TÀI LIỆU THAM KHẢO:1. Trinh Hữu Hằng- Sinh học cá thể động vật- NXB Đại học quốc gia Hà Nội
2. Nguyễn Như Khanh – Sinh học phát triển thực vật. NXB Giáo dục.
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
39
3. Lê Duy Thành – Cơ sở sinh học phân tử - NXB Giáo dục.
4. Phạm thị Trân Châu, Trần Thị Áng – Hóa sinh học.NXB Giáo dục.
5. PGS.TS. Trinh Lê Hùng- Cơ sở hóa sinh-NXB Giáo dục.
6. Các nguyên lý và quá trình sinh học- Nhà Xuất bản Khoa học kỹ thuật.
7. GS. TS. Đỗ Ngọc Liên. Sinh học phân tử tập 1- Nhà xuất bản Đại học Quốc
gia – 2007.
8. GS. TS. Đỗ Ngọc Liên. Sinh học phân tử tập 2 - Nhà xuất bản Đại học
Quốc gia – 2007.
9.Trần Thị Loan - Sinh lý học động vật – Nhà xuất bản Đại học sư phạm.
10. Trịnh Hữu Hằng – Đỗ Công Huỳnh- Sinh lý học động vật- NXB KHKT-
HÀ NỘI 2001
11.PGS.TS. Lê Dụ. Bài giảng về chuyên đề hóa sinh học màng
12. Một số trang web ( internet )
TL: Hóa sinh học chức năng thông tin Võ Thị Minh Tâm – CH Sinh-K11
40
top related