Bài giảng PPT (Power Point) học phần Sinh học tế bào | SLIDE | Đại học Bách Khoa Hà Nội
Bộ slide bài giảng gồm 4 phần giúp sinh viên củng cố kiến thức và đạt điểm cao trong bài thi kết thúc học phần sinh học tế bào
Preview text:
Hieu M. Dang @HUST 10/13/20
CHƯƠNG I: CẤU TRÚC TẾ BÀO
1.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ TẾ BÀO
1.2. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA TẾ BÀO
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội - Bài giảng Sinh học tế bào – Đặng Minh Hiếu, Ph.D 1
Cain, M. L., et al. Discover Biology, 2nd
Edition. (March 2002), Sinauer Associates Publisher.
Lodish, H., et al. Molecular Cell Biology, 5th
Edition. (August 2003), W. H Freeman & Company. 2 Cel Biology 1 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20
Tế bào là đơn vị cơ sở, nhỏ nhất của sự sống. Cho dù là sự
sống dưới dạng đơn bào hay đa bào cũng đều được hình
thành và phụ thuộc vào các tế bào. Các tế bào làm mọi
thứ từ việc cung cấp cấu trúc, sự ổn định cho đến cung
cấp năng lượng và phương tiện sinh sản cho mỗi sinh vật.
Sinh học tế bào là môn học khám phá về thế giới của các
tế bào, là một cuộc hành trình vào tế bào để có hiểu biết
về rất nhiều loại tế bào, giải phẫu của tế bào và các quá trình của tế bào. 3
1.1.1. Lược sử nghiên cứu về tế bào
1.1.2. Thành phần hóa học của tế bào 4 Cel Biology 2 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20
1.1.1. Lược sử nghiên cứu về tế bào
Những sự kiện chính trong sinh học tế bào Robert Hooke quan Kock sử dụng thuốc
sát các tế bào của cây nhuộm aniline để xác bần qua kính hiển vi định vi khuẩn gây đơn giản bệnh lao và dịch tả Leewenhoek Ruska xây dựng Kol iker mô khám phá ra kính hiển vi điện Con cừu tả ti thể vi khuẩn tử truyền qua sinh sản vô trong cơ đầu tiên tính đầu tiên Leewenhoek Schleiden và Golgi nhuộm tế Kính hiển vi khám phá ra sinh Schwann trình bào với Nitrat điện tử quét vật đơn bào bày Học thuyết bạc, bộ máy thương mại tế bào Golgi được phát đầu tiên ra đời hiện
Học thuyết tế bào:
1. Tất cả các thể sống đều được làm từ một hay nhiều tế bào.
2. Các tế bào được hình thành từ những tế bào đang tồn tại.
3. Tế bào là hình thái nhỏ nhất của sự sống.
Source: http://www.biology.arizona.edu/cel _bio/tutorials/cel s/cel s3.html 5 Robert Hooke (1635 - 1703)
-Nhà khoa học thực nghiệm lớn của thế kỷ 17.
-Cha đẻ người Anh của kính hiển vi.
-Đóng góp trong nhiều lĩnh vực từ
Vật lý, thiên văn, hóa học, sinh
học, địa lý, kiến trúc và công nghệ hàng hải.
-Đóng góp cho sinh học chủ yếu
trong cuốn sách Micrographica xuất bản năm 1665.
Tế bào cây bần dưới kính hiển vi của Hooke 6 Cel Biology 3 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20
Anton van Leeuwenhook (1632 - 1723)
-Thương nhân và nhà khoa học lớn thế kỷ 17.
-Đóng góp quan trọng trong sự phát triển của kính hiển vi và vi sinh vật học.
-Được biết đến như nhà vi sinh vật học đầu tiên.
-Người đầu tiên quan sát được vi khuẩn, sợi cơ, tinh
trùng và tế bào máu trong mạch máu. 7
1.1.2. Thành phần hóa học của tế bào 8 Cel Biology 4 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20 Acid Nucleic Liên kết diestephotphat
Drawed by C. Glogowski @ Cape Brenton Univ., Canada
http://faculty.capebretonu.ca/cglogowski 9 Protein 10 Cel Biology 5 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20 Simple α(1,4)-glucosid starch Polysaccharides Cel ulose Glycogen β(1,4)-glucosid α(1,6)-glucosid α(1,4)-glucosid 11
Glucose + 2NAD + 2ADP +2Phosphate groups --> 2 pyruvic acid + 2NADH + 2ATP 12 Cel Biology 6 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20 Lipids 13 14 Cel Biology 7 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20
1.2.1. Cấu trúc tế bào không nhân (Prokaryote)
1.2.1. Cấu trúc tế bào có nhân điển hình (Eukaryote) 15 16 Cel Biology 8 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20 17
1.2.1. Cấu trúc tế bào không nhân (Prokayote) Thể vùi Vùng nhân (nucleoid) chứa ADN Vỏ Thành tế bào Màng sinh chất Roi Tua
Tế bào không nhân (Prokayote) là nhóm các sinh vật không có nhân hay các bào quan có
màng khác như ty thể, lục lạp, Golgi ... Tuy nhiên, một số chủng như chủng vi khuẩn
Planctomycetes trong nhóm tế bào không nhân cũng có một lớp màng đơn bao quanh DNA.
Hầu hết sinh vật không nhân là thể đơn bào trừ một vài trường hợp như Myxobacteria có
thể xuất hiện hình thái đa bào vào một thời điểm trong vòng đời của chúng. 18 Cel Biology 9 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20
1.2.2. Cấu trúc tế bào có nhân điển hình (Eukayote)
Source: http://www.cel diagram.net/
Tế bào có nhân điển hình là tế bào có chứa nhân là cấu trúc gồm vật liệu di truyền
được đóng gói bởi màng nhân và những cấu trúc được bao bọc bởi màng khác như ty
thể, bộ máy Golgi, lục lạp (trên tế bào thực vật)… 19
Màng tế bào (màng sinh chất )
ØBao bọc quanh tế bào, phân
cách phần bên trong của tế bào
với môi trường bên ngoài.
ØCấu trúc hai lớp, chứa chủ yếu là các protein và lipid.
Nguồn: http://www.cytochemistry.net/ ØProtein hoạt động như các kênh vận chuyển, khảm vào lớp lipid kép một cách linh động.
Ngoài ra còn một số các phân tử carbonhydrates và các cholesteron có chức năng tăng cường sự ổn định.
Nguồn: http://www.life-enhancement.com/ 20 Cel Biology 10 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20 Nhân
ØChứa thông tin di truyền của tế bào, là nơi
diễn ra quá trình nhân đôi DNA và tổng hợp RNA.
ØBao gồm sợi nhiễm sắc, nhiễm sắc thể, nhân con, màng nhân.
ØNhân con là nơi tổng hợp và chứa các rRNA
phục vụ cho các quá trình tổng hợp protein của tế bào.
Nguồn: http://micro.magnet.fsu.edu/cel s/
ØMàng nhân có cấu trúc hai lớp, có các lỗ
nhân. Màng nhân bảo vệ DNA khỏi các phân
tử có khả năng gây tổn thương đến cấu trúc
hay ảnh hưởng đến hoạt động của DNA, điều
hoà sự vẩn chuyển chất từ tế bào chất vào nhân và ngược lại.
Nguồn: http://www.frontiers-in-genetics.org 21 Ribosome ØCấu tạo từ các rRNA và các ribosomal protein, gồm hai tiểu phần kết hợp vừa vặn với nhau trong quá trình sinh tổng
hợp protein dựa trên các thông tin trên mRNA. ØRibosome có thể nằm
tự do trong tế bào chất hay gắn vào màng của lưới nội chất.
Nguồn: http://www.palaeos.com/ 22 Cel Biology 11 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20 Lưới nội chất (ER)
ØLà hệ thống các xoang, túi màng trong tế bào nhân thực.
ØCó chức năng biến đổi các protein, hình thành
các phân tử lipid và vận chuyển các chất bên trong tế bào.
ØCó hai loại lưới nội chất: lưới nội chất hạt và lưới nội chất trơn.
Nguồn: http://www.mcatzone.com/uploads
ØLưới nội chất hạt tạo ra và vận chuyển các
protein dành cho màng sinh chất và sụe tiết chế.
Vài phut sau khi được tổng hợp, hầu hết protein
được chuyển đến bộ máy Golgi trong các túi.
ØLưới nội chất hạt cũng có chức năng sửa chữa,
bao bọc và quyết định đặc tính các protein.
Nguồn: http://learn.hamamatsu.com/gal eries/
Nguồn: http://cel biology.med.unsw.edu.au/units/images 23 Bộ máy Golgi
ØTạo thành bởi các túi màng dẹt xếp trồng lên
nhau, sinh ra từ đoạn chuyển tiếp không hạt của lưới nội chất hạt.
ØChức năng chính là chế biến, bao gói các đại
phân tử cho tế bào như protein, lipid, là trung tâm
vận chuyển, phân phối các chất trong tế bào.
ØPhần lớn các bóng vận chuyển sau khi rời
khỏi lưới nội chất hạt được chuyển đến bộ
máy Golgi, noi chúng được tổng hợp, đóng
gói, vận chuyển tuỳ theo chức năng của chúng.
Nguồn: http://www.cancerquest.org/
Nguồn: http://www.zoology.ubc.ca/~berger/ 24 Cel Biology 12 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20 Lysosome
ØLà một bào quan của tế bào
nhân thực chứa các enzyme
thuỷ phân, được tạo ra bởi bộ máy Golgi. Màng đơn giúp
lysosome ổn định pH thấp (4.8)
nhờ hệ thống bơm proton (H+)
từ tương bào và bảo vệ tương
bảo khỏi tác động của các
Nguồn: http://images.protopage.com/ enzyme thuỷ phân.
ØĐược sử dụng để phân huỷ các đại phân tử trong quá trình thực bào, tiêu hoá các vi khuẩn
xâm nhập vào tế bào và sửa chữa các tổn thương của màng bào tương nhờ sử dụng các mảnh vá màng tế bào.
ØCác enzyme chính bao gồm: lipase, carbohydrase, protease, nuclease.
Nguồn: http://course1.winona.edu/sberg/ 25 Không bào
ØĐược bao bọc bởi một lớp màng,
bên trong chứa nước với các phân
tử vô cơ, hữu cơ và các enzyme dạng hoà tan.
ØChức năng chính bao gồm: ngăn
cách các chất có thể đe doạ hay
gây ảnh hưởng tới hoạt động của tế
bào, chứa các chất thải, ổn định
pH, ổn định ap suất bên trong tế
bào do đó hỗ trợ cấu trúc của tế
bào (lá, hoa), chứa các phân tử
nhỏ, thải các chất không cần thiết ra khỏi tế bào.
ØCó vai trò trong quá trình tự phân
giải của tế bào, phân giải các vi
khuẩn xâm nhập, các protein lỗi,
đào thải, tiêu huỷ các chất cặn bã trong tế bào, etc. 26 Cel Biology 13 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20 Ty thể
ØCó chiều dài từ 1- 4 µm, cấu trúc khác nhau tuỳ
thuộc loại tế bào, bao gồm: màng ngoài bao trùm
toàn bộ ty thể, màng trong tạo thành các nếp gấp
hay còn gọi là mào (cistae) hướng vào tâm. Mào
chứa các bộ phận có chức năng tổng hợp ATP.
ØTy thể chứa các ribosome và DNA, do vậy chứa
Nguồn: http://www.thesophiestory.co.uk/
vật chất di truyền riêng và có các nhà máy sản
xuất RNA và protein chính nó.
ØChức năng chính là chuyển hoá các chất hữu
cơ thành năng lượng cho tế bào dưới dạng ATP.
Ngoài ra đóng vai trò trong các quá trinh apotosis,
điều hoà trạng thái oxy hoá khử của tế bào, tăng
sinh tế bào, tạo nhiệt, tổng hợp nhân, tổng hợp
steroid, tổn thuơng tế bào thần kinh, etc.
Nguồn: http://www.cancerquest.org/
Nguồn: http://www.historyforkids.org/ 27 Lục lạp
Nguồn: http://www.wel esley.edu/
ØHình bầu dục, là một trong 3 dạng lạp thể (vô sắc lạp, lục lạp, sắc lạp)
chỉ có trong các tế bào có chức năng quang hợp ở thực vật, tạo ra năng
lượng cho tế bào thực vật.
ØĐược bao bọc bởi màng kép (hai màng), bên trong là khối cơ chất
không màu - gọi là chất nền (stroma) chứa prôtein ưa nước và các hạt nhỏ (grana).
ØLục lạp chứa DNA và ribosome nên có khả năng tổng hợp những protein
Nguồn: http://faculty.ksu.edu.sa/ cần thiết cho mình. 28 Cel Biology 14 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20 Ống vi thể
Nguồn: http://www.olympusmicro.com/
ØLà những ống rỗng hình trụ, đường kính ~ 25nm, được quấn
quanh bởi 13 sợi nguyên (là các chuỗi polypeptit hình cầu, là sản
phẩm nhị hợp của anpha và beta tubulin). Chúng có những biểu hiện
rất hoạt tính như gắn GPT cho quá trình polymer hoá. Chúng được
tổ chức bởi trung thể.
ØNhiệm vụ chính: Vận chuyển bên trong tế bào, sự vận động của
Nguồn: http://cel dynamics.org/
lông và roi, cấu tạo nên thoi vô sắc, tạo nên lớp màng bảo vệ ở tế bào thực vật. 29 Trung thể
ØLà trung tâm tổ chức các ống vi
thể, điều hoà tiến trình phân bào.
Ølà sự kết hợp của hai trung tử
nằm vuông góc nhưng không chạm
nhau và xung quanh có các chất vô
định hình (PMC). Mỗi trung tử gồm
9 mặt, mỗi mặt có 3 ống vi thể chạy
dọc giống như cấu trúc của guồng quay khung cửi.
Nguồn: http://www.nature.com/
Øthường kết hợp với nhân trong suốt gian kỳ của phân
bào. Khi đó, màng nhân tan đi và các ống vi thề của
trung thể có thể tương tác với chromosome để tạo thoi vô sắc.
ØNhân đôi một lần duy nhất trong gian kỳ. Trong suốt
pha trước của phân bào, các trung thể đi về hai cực
của tế bào va giữa chúng hình thanh thoi vô sắc.
Nguồn: http://manual.blueprint.org/ 30 Cel Biology 15 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20
Vi khuẩn, Borrelia burgdoferi, được biết đến như
là xoắn khuẩn vì các tế bào có hình dạng xoắn, gây
Vi khuẩn Chlamydia trachomatis gây hầu hết các
bệnh Lyme có thể lây truyền qua người qua các
bệnh qua đường tình dục vết cắn
Vi khuẩn cổ Methanospiril um
hungati cho thấy mặt cắt (hai
hình có hình tròn) và một tế bào
nằm ngang đang trong quá trình
sinh sản phân đôi thành 2 tế bào.
Vi khuẩn này là Escheichia coli, thường là vi khuẩn có
Vi khuẩn này là một phần
hại trong ruột người. Tuy nhiên, chủng độc tố có thể lây của chủng Streptomyces
nhiễm và sinh sôi trên thức ăn, chẳng hạn như sản sinh ra kháng sinh
hamburger sống, gây ốm hoặc chết đối với người ăn streptomycin, erythromycin chúng. và tetracyline 31 Sinh vật nguyên sinh tạo thành một nhóm các sinh
vật gồm cả đơn bào và đa
bào. Một số giống động vật,
một số giống thực vật và một số giống nấm. Tuy
nhiên điều nay không phải
Tảo biển, chẳng hạn rau diếp biển, trong số những
sinh vật nguyên sinh phổ biến, tảo xanh, tìm thấy dọc
luôn như vậy, rất nhiều bờ biển.
động vật nguyên sinh thể
hiện đặc tính của cả động
vật và thực vật. Mối liên quan tiến hóa giữa chúng
vẫn còn ít được biết đến.
Các tảo đơn bào dinoflagel ate, giống như trên
hình, có thể nhân lên rất nhanh chóng tạo
Sinh vật giống động vật như là Paramecium, ciliate,
có thể bơi sử dụng các lông mao.
thành những cơn thủy triều đỏ nguy hiểm.
Tảo cát là một nhà sản xuất
quan trọng trong nước và môi
trường nước. Lớp vỏ giống như
cỏ là những tác phẩm nghệ
thuật dưới kính hiển vi
Tập hợp của các apicomplexa, nhóm các
sinh vật nguyên sinh ký sinh. Trong hình
là chủng Pasmodium, gây bệnh sốt rét 32 Cel Biology 16 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20
Thực vật, những tiên phong của sự
sống trên trái đất, là những sinh vật
đa bào sống nhờ tổng hợp quang năng.
Dương xỉ và các họ hàng gần gũi tiến hóa
hệ thống mạch giúp chúng phát triển đến
độ cao lớn. Loài dương xỉ Ama’uma’u này
chỏ sinh trưởng ở Hawai .
Cây hạt trần phổ biến nhất là các cây có quả
hình nón. Rât nhiều cây có quả hinh nón
chẳng hạn cây củ tùng to lớn này là nguồn
sản xuất giấy và gô quan trọng.
Rêu và các họ gần gũi, nhóm thực vật cổ
điển nhất, không có hệ thống mạch và
không thể phát triển cao hơn vài inch.
Hoa lan, nhóm hạt kín có nhiều loài
nhất trên thế giới cũng cho ra đời
những loài hoa đẹp nhất trên thế giới.
Trên núi Sago ở Sumatra, cây hạt kín
Rafflesia arnoldi tạo ra loài hoa lớn
nhất thể giới với đường kính đo được lên tới 1 met. 33 Nấm gần gũi với đời sống nhất là các loài nấm mũ, tuy nhiên phần lớn cơ thể của chúng thường chìm
dưới đất. Một vài loài nấm có chức năng phân hủy, chúng phân
giải các sinh vật đã và đang chết. Một vài loài khác lại sống ký sinh
Các chủng basidiomycetes có mùi hôi, được biết trên hoặc trong cơ thể
đến như là nấm lõ chó, thu hút ruồi . Chúng
được bao phủ bởi các bào tử hôi và phân tán bào sinh vật khác, chúng có
tử của chúng khi ruồi bay đến những nơi khác. thể gây hại hoặc cộng sinh cùng có lợi với sinh vật chủ.
Pilobolus, một chủng zygomycetes sống trên phân thú vật,
có thể bắn các bào tử của chúng ở vân tốc tức thời 50 km/h
Chủng ascomycete, Penicil ium, sản
xuất các kháng sinh penicil in, loại
thuốc chống lại sự nhiễm vi khuẩn và
đã cứu hàng triệu người. 34 Cel Biology 17 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20
Động vật là các sinh vật đa bào
thường có khả năng di chuyển.
Động vật phân loại theo loài từ
loài nhỏ và đơn sơ như hải
miên (sinh vật xốp dưới biển)
cho đến những sinh vật to lớn
và phức tạp như voi, cho thấy
sự đa dạng lớn về hình thái và kích thước.
Cnudarians bao gồm sứa, giống trên hình,
cũng như cỏ chân ngỗng và san hô. Các thành
viên nhóm này là những sinh vật có mô thật
được dùng để bảo vệ và chống lại các kẻ săn mồi
Các động vật thân mềm bao gồm ốc sên,
sên, và bạch tuộc đến những con trai lớn
Hải miên (bọt biển) là động vật biển cổ.
ở những vỉa đá ngầm nhiệt đới. Thuộc họ
Các Flatworm, giống như các flatworm như thế này
Chúng tiến hóa một vài tế bào đặc biệt,
động vật thân mềm, phần thịt mềm của
dọc bờ biển nước Mỹ, trong nhóm những động vật nhưng không có mô thật
trai được bảo vệ bởi lớp vở cứng ngoài.
sớm nhất có cơ quan thật và hệ thống các cơ quan. 35
Đặc tính cơ bản của loài hoàn tiêt, còn đwược biết đến
như là sâu phân khúc, chính la sự phân khúc. Cơ thể của
Động vật chân đốt bao gồm loài giáp xác như tôm hùm
chúng là sự bố trí của nhiều phần lặp lại có thể thấy như là
Loài echinoderm, bao gồm sao biển
và cua, cũng như động vật nhiều chân, nhện và một
một chuỗi các khúc riêng biệt. Sự bố trí cơ thể như vậy có
và nhím biển, rất gần gũi với động
nhóm có nhiều loài nhất là côn trùng. Loài bướm
thể gặp ở động vật chân đốt và động vật có xương sống, vật có xương sống
Morpho, một cư dân của rừng nhiệt đới, là một trong
cho thấy sự tiến hóa của rất nhiều hình thái cơ thể.
những côn trùng đẹp đẽ nhất trên trái đất.
Động vật lưỡng cư, sinh vật đầy nhớt bao gồm
ếch, như loài ếch mũi tên độc từ Costa Rica
như hình vẽ, và kỳ nhông thường sống một
phần cuộc sống dưới nước, một phần trên cạn.
Động vật có xương sống là những động vật có khung xương
bao gồm cá, bò sát, lưỡng cư, chim và động vật có vú. Trên
hình là loài cá từ những rặng san hô ở Thái Lan. Cá là động
vật có xương sống sớm nhất trên trái đất.
Động vậ linh trưởng bào gồm khỉ, khỉ
hình người và con người. Trong nhóm
này chúng ta có thể tìm thấy loài gần
gũi với chúng ta nhất, loài vượn trên hình vẽ, và loài goril a.
Động vật có vú được phân biệt bởi con cái có tuyến sữa sản sinh
ra sữa, cũng như là con con khi sinh ra đã có thể sống (không phải
là trứng sau đó được ấp nở). Những con chuột túi trên hình là
động vật có vú, giống gấu, chó, sư tử và con người. 36 Cel Biology 18 Hieu M. Dang @HUST 10/13/20 Tế bào nhân sơ
Tế bào nhân chuẩn Kích thước nhỏ
Kích thước tương đối lớn
Không có màng bao quanh vật Vật chất di truyền được bao bọc chất di truyền bởi lớp màng
Chỉ có 1 nhiễm sắc thể
Có nhiều hơn 1 nhiễm sắc thể Không có nhân Có hạch nhân
Vắng các bào quan có màng bao Tồn tại các bào quan có màng bao
Source: http://www.tutorvista.com
Tế bào phân chia bằng cách tự Tế bào phân chia bằng hình
phân đôi hoặc nảy mầm (không thức nguyên phân hay giảm 37 có nguyên phân) phân. Cel Biology 19 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội - Bài giảng Sinh học tế bào – Đặng Minh Hiếu, Ph.D
CHƯƠNG II: MÀNG TẾ BÀO VÀ QUÁ TRÌNH
VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT THÔNG TIN
2.1. Lược sử nghiên cứu màng tế bào
2.2. Cấu trúc màng sinh chất
2.3. Màng tế bào và quá trình vận chuyển vật chất, thông tin 1 TÀI LIỆU THAM KHẢO
¢ Lodish, H., et al. Molecular Cell Biology, 5th
Edition. (August 2003), W. H Freeman & Company.
¢ Bernardi, G (General Editor). Biochemistry of
Lipids, Lipoproteins and Membranes, 4th Edition. (2002), Elservier.
¢ Krauss, G. Biochemistry of Signal
Transduction and Regulation, 3rd Edition. (2003), Wiley-VCH Verlag. 2
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 1 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 3
Dòng thời gian | Thế kỷ về lớp màng kép của tế bào Lord Rayleigh, Langmuir xuất bản Agnes Pockels mô hình làm thế Tính lưu động của màng Sau nhiều tranh Sự quan trọng của Chúng ta đang chờ đợi và nhiều nào các phân tử
chất béo được phát hiện cãi, giả thuyết các quá trình vận một mô hình mới là sự người khác dầu định hướng Danieli và bằng vài phương pháp. các chất béo chuyển qua màng
kết hợp các đặc tính của bắt đầu tai mặt phân cách Davson mô tả sự Sự khuyếch tán ngang và màng tế bào để đạt được trạng màng tế bào có nhân nghiên cứu về không khí/nước ảnh hưởng của xoay của các protein được xắp xếp thái cân bằng ổn
điển hình, điều mà đã trở sự dàn ra của dực trên sự phát mô hình màng màng bắt đầu được như một lớp kép định màng – sinh lên cấp bách kể từ khi dầu trên mặt triển của mô hình có gắn chất béo chứng minh bởi vài được đưa ra. chất bắt đầu được
chúng lần đầu tiên được nước Pockels và protein phòng thí nghiệm. quan tâm xác định. Overton mô tả hàng rào Gortel và Grendel Robertson tranh Các dữ liệu về thành Mô hình vùng Thực tế rằng các chất chất béo giữa nguyên sử dụng phương luận rằng các phần protein màng được đề xuất chỉ béo màng và các vùng sinh chất của tế bào pháp Langmuir để màng tế bào có và sự di động được ra rằng các màng
protein có rất nhiều chức nhân chuẩn và môi nghiên cứu lớp cấu trúc tương tự kết hợp vào mô hình có thể ở thể khảm năng thuộc tế bào bắt trường bên ngoài. Thí màng kép của tế thể khảm lưu động hơn là thể lưu
đầu được chấp nhận. nghiệm này cũng tập bào máu. của màng tế bào. động. trung sự chú ý vào lớp
màng bề mặt của tế bào
có thể dễ dàng sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm 4
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 2 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 (Những năm 1920 - 1930)
HÀNG RÀO CỦA TẾ BÀO VÀ TÍNH THẨM THẤU
qCác phân tử hòa tan trong chất béo thường dễ đi qua hàng rào
tế bào hơn là những phân tử hay ion hoa tan trong nước.
--> Hàng rào bề mặt tế bào được phỏng đoán là các lipid hay
chất tương tự chứa nhiều cholesterol và phospholipid.
qMàng tế bào có độ dày khoảng 4 nm (Fricke, 1925) và được
bao bọc bởi các protein (Harvey và Cole, 1935; Daniel i và Davson, 1935). 5 (Những năm 1920 - 1930)
MÀNG LIPID ĐƠN VÀ CẤU TRÚC MÀNG
q Năm 1917, Langmuir cải tiến phương pháp của Pockels đo sức căng của màng
phân tử khi được trải ra trên bề mặt nước và chỉ ra rằng các lipids tạo thành lớp
màng đơn trên bề mặt nước; và các chuỗi hydrocarbon linh hoat và bị bẻ cong
khi hướng ra khỏi bề mặt nước.
q Năm 1925, Sử dụng phương pháp
Langmuir xác định diện tích trải ra của
các phân tử lipid của tế bào máu, Gorter
và Grendel kết luận rằng “các tế bào máu
được bao bọc bởi lớp màng có độ dày 2 phân tử lipid”. 6
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 3 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
CÁC MÀNG CÓ TÍNH LỎNG (Những năm 1950 - 1980)
q Tất cả các màng bào quan của tế bào có cấu trúc
giống nhau (Robertson, 1959) .
qMàng lipid kép dịch chuyển theo nhiều khoảng
thời gian và khoảng cách khác nhau, linh hoạt và
phân tán trên bề mặt của màng. Nói cách khác,
màng lipid kép giống dung dịch hơn là thể rắn. (McConnel và Chapman).
qMột vài protein có thể dễ dàng khuyếch tán trong
lớp lipid kép (Cone, Poo, Frye và Edidin; những năm 1970s). 7
(Những năm 1950 - 1980) CÁC MÀNG CÓ THỂ KHẢM
q Thí nghiệm của Singer và Nicolson năm 1972
phân biệt các protein bề mặt và protein gắn trong
màng tế bào máu đã chỉ ra mô hình thể khảm lưu
động của màng tế bào. Các thể khảm là các protein gắn trên màng.
q Trên mô hình 1980s, các màng phần lớn có cấu
trúc lớp kép lipid với các protein được gắn trên đó.
Lớp màng kép có tính động học cao; các lipid,
protein có thể linh hoạt, quay và khuyếch tán bên trong lớp màng. 8
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 4 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
CÁC VÙNG CỦA MÀNG (Những năm 1990)
q Những năm 1990, các lipid được tin là
tạo thành các “vùng” trên màng tế bào.
q Mô hình “mảng lipid” giả thiết rằng
các lipid được phân loại sẽ phân biệt
thành mảng có chứa nhiều các cholesterol và sphingolipid. 9 10
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 5 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
Nguồn: http://www.life-enhancement.com/
ØBao bọc quanh tế bào, phân cách phần bên trong của tế bào với môi trường bên ngoài.
ØCấu trúc hai lớp, chứa chủ yếu là các protein và lipid.
ØProtein hoạt động như các kênh vận chuyển, khảm vào lớp lipid kép một cách linh
động. Ngoài ra còn một số các phân tử carbonhydrates và các cholesteron có chức năng
tăng cường sự ổn định. 11
Nguồn: http://www.nature.com/ 12
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 6 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
Phospholipid là lớp các lipid trong thành phần cơ bản của
màng tế bào. Các phân tử Phospholipid cấu tạo bởi một
gốc diglyceride, một nhóm phosphate và một phân tử hữu
cơ đơn giản như Choline. 13
Sphingolipid là lớp các lipid có nguồn gốc từ rượu béo
sphingosine amin, là chất đóng vai trò quan trọng trong
vận chuyển tín hiệu và nhận biết tế bào. 14
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 7 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Cholesterol 15 “Mảng lipid” (Lipid rafts) là khu vực giàu sphingolipid và cholesterol ở lớp ngoài của màng tế bào. 16
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 8 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
Glycoprotein là các protein chứa các
oligosaccharide liên kết cộng hóa trị với chuỗi
polypeptide. Các glycoprotein thường là các
protein liên kết màng quan trọng, đóng vai trò
trong tương tác tế bào với tế bào. 17
Các protein ngoại vi, protein gắn màng và các kênh vận chuyển 18
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 9 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
Thành tế bào là lớp màng cứng, linh hoạt nhưng đôi lúc
khá cứng nhắc, bao quanh một số loại tế bào. Thành tế
bào bao bọc bên ngoài lớp màng tế bào, hỗ trợ cấu trúc
và bảo vệ tế bào, đồng thời hoạt động như một lớp màng lọc. Cấu trúc: v Cel ulose (Thực vật) v Peptidoglycan (Vi khuẩn)
v Glycoprotein, seudopeptidoglycan
hay polysaccharide (vi khuẩn cổ) v Chitin (nấm)
v Glycoprotein và polysaccharide (tảo xanh) 19
Ø Vỏ tế bào là cấu trúc của những tế
bào không nhân như vi khuẩn. Vỏ tế bào
bao bọc bên ngoài thành tế bào va
thường cấu trúc bởi các polysaccharide,
nhưng đôi khi cũng có thể cấu trúc từ
vật liệu khác (vi dụ polypeptide trên B. anthracis).
ØVỏ tế bào thường được xem là tác nhân virut vì nó tăng cường khả năng gây
bệnh của vi khuẩn. Vỏ cũng chứa nước để bảo vệ vi khuẩn chống lại sự thiếu nước,
ngăn chặn các virus và các loại vật liệu độc kỵ nước như chất tẩy rửa. Có 14 loại vỏ
tế bào khác nhau, mỗi loại truyền đạt loại kháng nguyên cụ thể. Miễn dịch đối
với một loại kháng nguyên không co nghĩa miễn dịch đối với các loại khác. Vỏ tế
bào còn giúp các tế bào bám vào các bề mặt. 20
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 10 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
II.3.1. Động học của các quá trình vận chuyển
II.3.2. Vận chuyển thụ động
II.3.3. Vận chuyển chủ động 21 DG Thế điện hóa của ion A A æ [ ] A ö Dy D Điện thế màng G = RT ln A çç in Z F è [ ] + y D ÷÷ A ø A out
ZA Điện tích của ion A [ ] A Nồng độ của ion A
Vận chuyển không qua trung gian (non-mediated
transport) là quá trình khuyếch tán đơn giản, trong khi vận
chuyển qua trung gian (mediated transport ) là quá trình
có sự tham gia của các protein vận chuyển. 22
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 11 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
II.3.2 Vận chuyển thụ động
Ø Là quá trình vận chuyển mà trong đó các phân tử dịch
chuyển từ nơi có nồng độ cao tới nơi có nồng độ thấp.
Ø Các chất quá lớn hoặc quá phân cực để có thể tự
khuyếch tán qua lớp lipid kép có thể được vận
chuyển bởi các protein hoặc các phân tử vận chuyển. 23
Ionophores là các phân tử
hữu cơ rất đa dạng, thường
có nguồn gốc vi khuẩn, làm
tăng tính thẩm thấu của màng với các ion.
1. Carrier ionophores: làm tăng tính thẩm thấu của màng bằng cách gắn
với ion chọn lọc sau đó khuyếch tán qua màng và giải phóng ion ở một mặt khác của màng.
2. Channel forming ionophores: tạo thành các kênh hay lỗ, qua đó các ion
có thể khuyếch tán qua màng. 24
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 12 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 25
Ø Cấu tạo dạng thùng tạo
bởi các cấu trúc protein bậc
2 Beta với kênh lỏng ở trung
tâm. Thường được tìm thấy
trên lớp vỏ ngoài của tế bào
vi khuẩn gram âm và một số vi khuẩn gram dương, trên ty thể và luc lạp.
Ø Porin thường kiểm soát
việc vận chuyển các chất
như đường, ion và axit amin. 26
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 13 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
Tất cả các tế bào đều có những kênh ion đặc biệt cho
phép vận chuyển nhanh chóng các ion như Na+, K+, và
Cl-. Sự di chuyển của các ion này qua các kênh cùng với
sự vận chuyển chủ động, là cần thiết để đảm bảo sự cân
bằng thẩm thấu, sự vận chuyển tín hiệu, và những thay
đổi trong tiềm năng màng. 27
Cấu trúc X-ray của kênh K+ KcsA
Cấu trúc homotetramer, mỗi tiểu phần gồm hai
chuỗi xoắn. 4 chuỗi xoắn ở giữa tạo thành lỗ trung
tâm, trong khi 4 chuỗi xoắn ngoài đối diện lớp
màng lipid kép. Các ion K+ và các phân tử nước
chiếm khu vực trung tâm của lỗ. 28
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 14 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
Các ion K+ được bao bọc bởi một lớp vỏ hydrate. Lớp vở này sẽ được gỡ bỏ khi ion K+ di chuyển dọc kênh. Các nguyên tử O trong chuỗi acid amin của các
protein xắp xếp dọc kênh tạo thành các vòng có
kích thước chỉ phù hợp
với các ion K+ đã loại lớp vỏ hydrate mà không phải các ion Na+ có kích thước nhỏ hơn. Do vậy tính chọn lọc của kênh
đối với K+ cao hơn nhiều so với Na+. 29
Các kênh ion thường đóng và chỉ mở để thực hiện một vài nhiệm vụ đặc biệt của tế
bào. Quá trình đóng và mở của các kênh ion, được biết đến như là quá trình đóng mở
van, có thể xuất hiện để đáp ứng một trong các kích thích sau:
1. Kênh mechanosensitive (Mechanosensitive channels): mở để đáp ứng sự biến
dạng cục bộ trên lớp lipid kép, chẳng hạn đáp ứng các kích thichs vật lý như tiếp
xúc, tiếng động, và những thay đổi trong áp suất thẩm thấu.
2. Kênh van phối tử (ligand-gated channels): mở khi đáp ứng các kích thích hóa
học bên ngoài tế bào, chẳng hạn các dẫn chuyền thần kinh.
3. Kênh van tín hiệu (signal-gated channels): mở khi liên kết với ion Ca2+ trong tế
bào hoặc một vài phân tử tín hiệu khác.
4. Kênh van điện thế (voltage-gated channels): mở khi đáp ứng các thay đổi trong điện thế màng. 30
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 15 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
Xung thần kinh được truyền bởi các
điện thế hoạt động (action potentials)
Điện thế màng cục bộ tăng kích thích kênh van
điện thế Na+ bên cạnh mở. Quá trình khử phân
cực (depolarization) khiến kênh van điện thế
K+ gần đó mở, cho phép các ion K+ chảy ra khỏi
tế bào trong quá trình gọi là tái phân cực
(repolarization). Tuy nhiên ngay trước khi sự
phân bố ion Na+ và K+ qua màng tế bào đạt cân
bằng thì các kênh Na+ và K+ đồng loạt đóng.
Quá trình khử phân cực của một khu vực màng
kích thích mở kênh Na+ trên khu vực khác của
màng. Quá trình lan truyền thay đổi trong điện
thế màng (membrane potential) như vậy được
gọi là điện thế hoạt động (action potential). 31
Các tiểu phần của tất cả các kênh
van điện thế K+ bao gồm 220 gốc
acid đầu N trong tế bào chất.,
250 gốc vùng xuyên màng gồm 6
chuỗi xoắn từ S1 đến S6, và một
chuỗi 150 gốc đầu C trong tế bào
chất. Giữa tiểu phần S5 và S6 có
một vòng P có cấu trúc tương
Chuỗi xoắn S4, gồm 19 gốc, chứa xấp xỉ 5 điểm tích
đồng với kênh KcsA. Vùng T1
điện dương cách nhau mỗi 3 gốc trên chuỗi peptide
gồm 100 gốc không thay đổi
ky nước hoạt động như là cảm ứng điện thế. Khi
trong các kênh van điện thế K+
điện thế màng thay đổi, ít nhất 7 gốc tại đầu N của (Kv channels).
chuỗi S4 di chuyển ra bên ngoài màng. Hành động
này được xem như sự kích hoạt mở kênh ion. 32
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 16 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
Kênh van điện thế K+ có hai van nhạy
cảm điện thế, một van để mở kênh khi
điện thế màng tăng (Na+ chảy vào trong
tế bào) và một van để đóng kênh một thời gian ngắn sau đó.
Quá trình đóng kênh xảy ra khi cấu
trúc dạng cầu, gồm 20 gốc tại đầu
Mô hình van cho các kênh Kv
N, của Kv channel di chuyển và gắn
vào lỗ trung tâm trên kênh K+. 33
Các kênh Cl- khác các kênh cation Kênh Cl- xuất hiện trên tất cả các tế bào cho phép vận chuyển các ion
Cl- dọc gradien nồng độ. Trong động vật có vú,
nồng độ Cl- bên ngoài tế bào là ~120 mM và trong tế bào là ~4 mM.
Cấu trúc X-ray của kênh Cl- ClC của Salmonella typhimurium
Cấu trúc của kênh Cl- của vi khuẩn cho thấy kênh Cl- có cấu trúc homodimer (đồng
nhị hợp) với mỗi tiểu phần tạo thành một lỗ chọn lọc anion. Mỗi tiểu phần gồm 18
chuỗi xoắn xuyên màng có độ dài thay đổi. Trên hình, các tiểu phần có màu sắc khác
nhau, hình cầu màu xanh đại diện cho ion Cl- trong màng chon lọc. 34
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 17 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Cấu trúc X-ray của
Aquaporin AQP1 từ máu bò
Mô hình kênh vận chuyển nước của
Aquaporin AQP1 từ trong màng 35
1. Glucose liên kết với protein tại một mặt của màng.
2. Sự thay đổi về cấu tạo đóng vị trí liên
kết đầu tiên và mở vị trí liên kết tại mặt kia của màng.
3. Glucose tách khỏi protein.
4. Vòng vận chuyển được hoàn thành với
việc chuyển đổi của GLUT1 về hình dạng
cấu tạo ban đầu với sự vắng mặt của glucose.
Mô hình vận chuyển glucose bởi
GLUT1 (protein vận chuyển glucose trên tế bào máu ) 36
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 18 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
1. Uniport: Vận chuyển một phân
tử trong 1 lần. Ví dụ GLUT1 là một uniport.
2. Symport: Vận chuyển cùng
chiều cùng lúc hai phân tử khác nhau.
3. Antiport: Vận chuyển ngược
chiều cùng lúc hai phân tử khác nhau. 37
II.3.3 Vận chuyển chủ động
Ø Vận chuyển chủ động là quá trình thu nhiệt trong đó gắn
liền với hoạt động thủy phân ATP.
Ø Có hai loại vận chuyển chủ động
1. Vận chuyển chủ động chính: các cation được vận chuyển bởi các enzym ATPase gắn màng.
2. Vận chuyển chủ động phụ: vận chuyển bằng gradien điện từ tạo bởi
một cơ chế khác, chẳng hạn các bơm ion ATPase (sử dụng để vận
chuyển các phân tử trung tính ngược với gradien nồng độ của chúng) 38
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 19 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
3Na+(vào) + 2K+(ra) + ATP + H2O ⇋
3Na+(ra) + 2K+(vào) + ADP + Pi (Na+-K+)-ATPase
Sơ đồ vận chuyển chủ động ion Na+ và K+ bởi (Na+-K+)-ATPase 39
Sơ đồ vận chuyển chủ động ion Ca2+ bởi (Ca2+)-ATPase 40
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 20 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
Vận chuyển Glucose trong biểu mô ruột 41
Sơ đồ quá trình đồng vận chuyển proton H+ và lactose bởi
lactose permease trên E.coli 42
Cel Biology / Chap 2 - Cel membrane and Membrane transports 21 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
III. 1. Một số khái niệm về năng lượng và năng lượng sinh học
III. 2. Các dạng chuyển hóa năng lượng trong cơ thể sống
Đại học Bách Khoa Hà Nội - Bài giảng Sinh học tế bào – Đặng Minh Hiếu, Ph.D 1
1. Năng lượng và năng lượng tự do
2. Hai định luật của nhiệt động học
3. Nguồn gốc của năng lượng 4. Năng lượng sinh học 2
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 1 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
Ø Năng lượng, theo thuyết tương đối của Einstein , là một
thước đo khác của lượng vật chất được xác định theo công thức
E = mc2 . Hiểu theo nghĩa thông thường , năng lượng là khả
năng làm thay đổi trạng thái hay thực hiện công năng lên một hệ vật chất.
Ø Năng lượng tự do (hay còn gọi là năng lượng tự do Gibbs)
là năng lượng vốn có của một hệ thống, khi cần nó được dùng
để thực hiện công dưới các điều kiện và áp suất nhất định. 3
Ø Định luật thứ nhất: (bảo toàn năng lượng) tổng
năng lượng của một hệ kín là không đổi.
Ø Định luật thứ hai: (nhiệt động lực học) còn gọi
là nguyên lý entropy . Một hệ kín không trao đổi
năng lượng với bên ngòai sẽ có entropy luôn tăng
hoặc không đổi theo thời gian. 4
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 2 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 5 Phân tử ATP
Các tế bào sử dụng năng
lượng được giải phóng từ
việc thủy phân liên kết
“cao năng” của phân tử ATP để cung cấp cho rất nhiều quá trình có sử Nguồn: www.nature.com dụng năng lượng khác P 2- của tế bào. 1 + H+ + ADP3- à ATP4- + H2O 6
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 3 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 1. Quang hợp 2. Hô hấp tế bào 3. Sử dụng ATP sinh công 7
q Quang hợp là quá trình chuyển hóa năng
lượng từ quang năng sang năng lương hóa
năng trong liên kết phosphoanhydrite của
phân tử ATP và được giữ trong liên kết hóa
học của các phân tử carbonhydrate.
q Quang hợp xảy chỉ ra trong lục lạp trên
tế bào lá của thực vật và một vài dạng tế
bào đơn bào nhất định như tảo xanh đơn bào, vi khuẩn … Nguồn: www.nature.com 8
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 4 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Lớp màng trong có các protein vận chuyển
Màng Thylakoid: có các phân phosphat và tiền thân
tử Chlorophyll hấp thụ ánh sucrose
sáng, nơi tổng hợp ATP4-,
NADPH và vận chuyển điện tử Lớp màng ngoài cho phép
thẩm thấu các phân tử nhỏ Stroma: nơi có các enzymes xuc tác cho quá trình cố định CO2 và tổng hợp tinh bột Nguồn: www.nature.com 9
Nguồn: Zachary Hibberd, http://slideplayer.com/slide/2563936/ 10
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 5 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 11 Pha sáng Pha tối Nguồn: www.nature.com 12
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 6 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
2 H2O + 2 NADP+ + 3 ADP + 3 Pi + light → 2 NADPH + 2 H+ + 3 ATP + O2 13 14
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 7 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 15 Chu trình Calvin 16
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 8 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Tổng hợp Sucrose 17 18
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 9 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Nguồn: www.nature.com 19 20
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 10 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 21 22
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 11 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 23 24
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 12 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20
NADH + H+ + 1⁄2 O2 -> NAD+ + H2O
FADH2 + 1⁄2 O2 -> FAD + H2O 25 26
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 13 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 27 Nhóm heme Nhóm Iron-Sulfur (Sắt-Lưu huỳnh) Fe3+ + e- <-> Fe2+ 28
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 14 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 Coenzyme Q (Ubiquinone) – chất mang điện từ duy nhất trong chuỗi vận chuyển điện tử không phải là nhóm prosthetic gắn protein 29
Fo: a1b2c10 (ty thể tế bào động vật: a1b2c12; lục lạp: a1b2c14) F1: α3β3γδε 30
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 15 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 31 32
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 16 Hieu M.Dang @HUST 10/13/20 33
Cel Biology / Chap 3 - Cel metabolism and energy 17 11/24/20
TÍN HIỆU TẾ BÀO VÀ CÁC QUÁ
TRÌNH VẬN CHUYỂN TÍN HIỆU TẾ BÀO
BÀI GIẢNG SINH HỌC TẾ BÀO
ĐẶNG MINH HIẾU, PHD @ HUST 1 TÍN HIỆU TẾ BÀO LÀ GÌ?
• Tín hiệu tế bào (Cell signalling) là một phần của hệ thống liên lạc
phức tạp kiểm soát các hoạt động cơ bản và điều phối các hành động của tế bào.
• Tín hiệu tế bào có thể là các tín hiệu điện tử (electrical signal) diễn
ra rất nhanh cho phép thông tin được chuyển trực tiếp từ một tế bào
đến tế bào tiếp bên cạnh. Tuy nhiên hình thức tín hiệu tế bào chủ đạo
nhất giữa các tế bào vẫn là các tín hiệu hoá học (chemical signal). 2 1 11/24/20
CÁC DẠNG TÍN HIỆU TẾ BÀO
Có 4 dạng tín hiệu tế bào:
• Tín hiệu trực tiếp (direct signalling): xuất hiện khi có sự tiếp hợp giữa
các tế bào, thông qua các khe tiếp hợp (gap junction)
• Tín hiệu cận tiết (paracrine signalling): xuất hiện giữa các tế bào gần
nhau, đôi khi có thể là trực tiếp, đôi khi thông qua dịch ngoại bào
• Tín hiệu nội tiết (endocrine signalling): liên quan đến tín hiệu qua
khoảng cách lớn, thường các phân tử tín hiệu được vận chuyển thông qua hệ tuần hoàn.
• Tín hiệu tự tiết (autocrine signalling): là hình thức các tế bào đáp ứng
với các tín hiệu tạo ra bởi chính nó 3
PHỐI TỬ (LIGAND) VÀ THỤ THỂ (RECEPTOR)
• Phối tử (Ligand): là các phân tử tín hiệu
• Thụ thể (Receptor): Là các phân tử protein có thể gắn với các phân tử tín
hiệu và khởi động các cơ chế đáp ứng. Có rất nhiều loại thụ thể, tuy nhiên
nhìn chung chúng được chia làm hai loại:
ØThụ thể nội bào (Intracellular receptors): thường tìm thấy bên trong tế bào
(trong nguyên sinh chất hoặc trong nhân).
ØThụ thể bề mặt (Surface receptors): thường tìm thấy trên màng tế bào. 4 2 11/24/20 PHỐI TỬ
• Đi qua màng tế bào: thường là những phân
• Gắn bên ngoài tế bào: thường là các phân
tử kỵ nước có thể dễ dàng đi qua màng lipid
tử ưa nước, phân cực, hoặc tích điện hoặc
của tế bào (VD: steroid hormones, khí NO. )
có kích thước lớn mà không thể dễ dàng đi
qua màng tế bào (VD: các peptide
(protein), một số phân tử tín hiệu thần kinh …) 5 THỤ THỂ NỘI BÀO Là những thụ thể Steroid thường thấy ở bên hormone trong nguyên sinh chất hoặc trong Steroid hormone khuyếch tán qua nhân. màng tế bào Các phối tử để gắn
được với thụ thể nội Hormone gắn với thụ thể trong tế bào phải đi được bào chất, hình qua màng tế bào thành tổ hợp phối tử–thụ thể Tổ hợp phối tử–thụ thể đi vào trong nhân và kích hoạt qua trình sao mã mRNA được dịch mã tạo ra protein làm thay đổi hoạt động của tế bào
Nguồn: https://courses.lumenlearning.com 6 3 11/24/20
THỤ THỂ KÊNH ION CỔNG PHỐI TỬ (LIGAND-GATED ION CHANNELS)
• Là các kênh ion có thể mở
hoặc đóng trong đáp ứng
với phối tử. Gắn với phối
tử từ bên ngoài tế bào làm thay đổi hình dạng của protein và mở kênh, cho phép các ion (Na+, Cl-, Ca2+. ) đi qua. Dòng chảy
ion làm thay đổi nồng độ của chúng bên trong tế bào. Kênh đóng lại khi
phối tử tách khỏi thụ thể. 7
THỤ THỂ KẾT HỢP G-PROTEIN (G-PROTEIN COUPLED RECEPTOR)
• Thụ thể kết hợp G-protein là
một họ lớn các thụ thể bề
mặt tế bào cùng chung cấu trúc và phương pháp tín
hiệu. Các thành viên của họ
tất cả đều có 7 tiểu phần protein khác nhau xuyên qua màng, vận chuyển tín
hiệu trong tế bào qua một
loại protein gọi là protein G. 8 4 11/24/20
CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA THỤ THỂ KẾT HỢP G-PROTEIN Nguồn: www.nature.com 9
THỤ THỂ LIÊN KẾT ENZYME (ENZYME-LINKED RECEPTOR)
• Là một thụ thể xuyên
màng, cũng được biết đến
như là thụ thể xúc tác, vì
việc gắn với phối tử ngoại
bào sẽ tạo ra hoạt tính enzyme ở vùng nội bào.
Do vậy , loại thụ thể này
được xem như là một loại protein gắn màng thực
Cấu trúc thụ thể liên kết enzyme Thụ thể có chức năng
hiện cả hai chức năng xúc như là một protein tác enzyme và chức năng kinase thụ thể.
Nguồn: www.biology-forums.com 10 5 11/24/20 1. Hai tín hiệu ngoại
bào gắn vào hai thụ thể THỤ THỂ TYROSINE
của cặp thụ thể, hoạt hoá vùng protein KINASE kinase trên thụ thể
Là một nhóm các thu thể liên kết
enzyme phổ biến có thể tìm thấy 2. Vùng protein kinase
trên người và nhiều loài khác. tự phosphoryl hoá các
Chúng là những enzyme xúc tác gốc tyrosine trên thụ thể cho việc chuyển các nhóm
phosphate đặc biệt là tới các axit 3. Các protein chưa amin tyrosine. hoạt hoá gắn với thụ thể, và cũng được phosphoryl hoá, dẫn tới hoạt hoá chúng 4. Các protein đã được hoạt hoá sẽ kích hoạt
các đáp ứng tế bào đã xác định tương ứng 11
CÁC CON ĐƯỜNG TRUYỀN TÍN HIỆU NỘI BÀO
(INTRACELLULAR SIGNAL TRANSDUCTION PATHWAYS) Tiếp nhận Truyền Đáp ứng Thụ thể Phân tử tín hiệu Màng tế bào 12 6 11/24/20
CƠ CHẾ BẬT/TẮT (ON/OFF MECHANISM) Con đường Các bổ thể kích Các thụ thể kích Các protein gắn Các protein trong Các protein đích đang tắt hoạt các thụ thể hoạt protein gắn trên màng kích nguyên sinh chất cuối cùng gây ra trên màng hoạt các protein kích hoạt đích đáp ứng trong nguyên sinh cuối cùng của con chất (cảm biến – đường (quan tác sensor) động – effector) 13
QUÁ TRÌNH PHOSPHORYL HOÁ (PHOSPHORYLATION)
• Phosphoryl hoá là một trong
những cách thức phổ biến nhất để
làm thay đổi hoạt động của
protein (kích hoạt hoặc bất hoạt).
• Được thực hiện bằng cách bổ sung
một gốc phosphate vào một hoặc
nhiều vị trí trên protein, xúc tác
bởi một enzyme gọi là kinase.
• Việc gắn gốc phosphate thường
liên quan đến 1 trong 3 axit amin có nhóm hydroxyl (-OH) trong
chuỗi bên là tyrosine, threonine và serine. Source: www.khanacademy.org 14 7 11/24/20
ĐƯỜNG HƯỚNG MAPK (MITOGEN-ACTIVATED PROTEIN KINASE – MAPK CASCADE)
Phosphoryl hoá các phân tử
đích nội bào thúc đẩy sự phát
triển và phân chia của tế bào Phosphoryl hoá
Dịch mã của gen thúc đẩy tế các yếu tố dịch mã
bào phát triển và phân chia khác Source: www.khanacademy.org 15 ĐƯỜNG HƯỚNG cAMP (cyclic AMP) 16 8 11/24/20 ĐÁP ỨNG TẾ BÀO
• Các đường hướng tín hiệu cùng hướng tới một đích chung là tạo ra
một dạng đáp ứng tế bào nào đó. Các tế bào gửi tín hiệu giải phóng
các tín hiệu nhằm mục đích biến đổi tế bào nhận tín hiệu theo một
cách cụ thể, gọi là đáp ứng tế bào.
• Các đáp ứng tế bào có thể ở cấp độ phân tử (chẳng hạn thay đổi mức
độ biểu hiện gen hay hoạt tính enzyme, …) hay mức độ vĩ mô (có thể
nhìn thấy qua sự thay đổi về hành vi, hình thái của tế bào, …) 17 ĐƯỜNG HƯỚNG INSULIN- LIKE GROWTH FACTOR RECEPTOR-1R (IGF-1R PATHWAY) Source: Zha and Lackner, Clin Cancer Res; 16(9) May 1, 2010 18 9 11/24/20 TÍN HIỆU TRAO ĐỔI CHẤT CỦA TẾ BÀO (CELLULAR METABOLISM SIGNALLING) Source: www.khanacademy.org 19 10