-
Thông tin
-
Hỏi đáp
Đề cương chi tiết vận chuyển chất qua màng tế bào | Trường Đại học Y Dược , Đại học Quốc gia Hà Nội
Các phân tử và ion trong cơ thể.Phân tử, ion và dung dịch trong cơ thể.Các hiện tượng vận chuyển vật chất cơ bản trong cơ thể sinh vật.Các cơ chế vận chuyển cơ bản của vật chất trong cơ thể.Cơ chế thẩm thấu.Hiện tượng lọc - siêu lọc . Tài liệu giúp bạn tham khảo,ôn tập và đạt kết quả cao.Mời bạn đọc đón xem!
Sinh học phân tử ( ĐHQGHN) 5 tài liệu
Trường Đại học Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội 152 tài liệu
Đề cương chi tiết vận chuyển chất qua màng tế bào | Trường Đại học Y Dược , Đại học Quốc gia Hà Nội
Các phân tử và ion trong cơ thể.Phân tử, ion và dung dịch trong cơ thể.Các hiện tượng vận chuyển vật chất cơ bản trong cơ thể sinh vật.Các cơ chế vận chuyển cơ bản của vật chất trong cơ thể.Cơ chế thẩm thấu.Hiện tượng lọc - siêu lọc . Tài liệu giúp bạn tham khảo,ôn tập và đạt kết quả cao.Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Sinh học phân tử ( ĐHQGHN) 5 tài liệu
Trường: Trường Đại học Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội 152 tài liệu
Thông tin:
Tác giả:
Preview text:
lO M oARcPSD| 47669111
Bài 3: VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT QUA MÀNG TẾ BÀO Số tiết: 2
Mục tiêu học tập 1.
Trình bày được các đặc trưng chính của vật chất và môi trường vật
chấtvới sự điện li của vật chất. (CĐR 2.1 ). 2.
Giải thích được một số hình thức vận chuyển các chất qua màng tế bào(CĐR 2.1).
* Năng lực tự chủ và trách nhiệm
3. Thể hiện được tính tích cực trong học tập, tự học, tìm kiếm thông tin, tổng hợp
kiến thức nhằm phát triển năng lực cho bản thân (CĐR 9.2). NỘI DUNG
1. Phân tử, ion và dung dịch trong cơ thể.
1.1. Các phân tử và ion trong cơ thể
Trong mô và tế bào sống của bất kỳ cơ thể nào (thực vật, động vật hay vi khuẩn) đều
chứa các đại phân tử sắp xếp rất có trật tự. Trái lại trong môi trường bao quanh tế
bào đều có các phân tử, ion bình thường, không đặc trưng và phân bố một cách ngẫu
nhiên. Như vậy mọi cơ thể sống đều được cấu tạo bởi vô số các phân tử và ion. Các
phân tử và ion này được cấu tạo từ rất nhiều nguyên tố thường gặp trong tự nhiên.
Dù số lượng chúng có thể nhiều như Carbon, Hydro, Nitơ, lưu huỳnh, Phospho, Clo,
Canxi, Kali, Natri và có thể ít như Flo, Iod, Sắt, Ðồng, Chì, Nhôm... thì chúng đều
giữ vai trò rất quan trọng trong việc hình thành và hoạt động của cơ thể sống. Mỗi
phân tử, ion tồn tại trong cơ thể sống đều luôn hoạt động và biến đổi. Nghiên cứu về
các phân tử và ion trong cơ thể sống ta nhận thấy chúng có một số đặc điểm sau:
- Chúng có hình dạng kích thước, khối lượng rất khác nhau. Bảng (3.1) cho ta một
số ví dụ về các loại phân tử khác nhau: Hydro 0 ,1 2 Nước 0 ,2 18 Benzen 0 ,3 78 Loại phân tử
Hình dạng Kích thước (nm) Phân tử lượng (g/mol) Hemoglobin người elip 5,5 ¸ 6,5 67000 lO M oARcPSD| 47669111
Anbumin huyết tương người elip 4 ¸ 15 69000 Fibrinogen bò gậy 4 ¸ 70 580000
Chỉ xét riêng với phân tử protein ta thấy: phân tử lượng của chúng thay đổi
từ hàng trăm đến hàng triệu; hình dạng của chúng có hai loại: Protein sợi có dạng
hình trụ và rất dài (chiều dài lớn hơn đường kính hàng trăm lần) và protein cầu
dẹt (chiều dài lớn hơn đường kính 3-10 lần).
Tùy theo khả năng hoạt động, nhiệm vụ của các ion và phân tử trong cơ thể mà chúng
có thể đứng yên một cách tương đối hoặc chuyển động hỗn loạn hay chuyển động thành dòng.
Thông thường các đại phân tử thường ít vận động. Các ion thì trái lại, vận động khá
linh động như các ion K+, Na+, Cl-...
Một dạng khác của ion là các phân tử bị ion hóa. Các ion này vẫn có cấu
trúc phức tạp của các phân tử ban đầu thông thường chúng đứng yên tương đối trong tế bào.
- Các ion này có cấu trúc rất phức tạp vì giữa các nguyên tử tạo nên phân
tử lệch nhau những góc xác định trong không gian.
Trên hình 3.1 cho ta hình ảnh góc tạo bởi các phân tử trong một chuỗi peptid.
Hình 3.1 Những góc khác nhau tạo bởi đường nối tâm các nguyên tử trong phân
tử làm cho mạng nguyên tử trong phân tử có cấu trúc phức tạp. lO M oARcPSD| 47669111
+ Các đại phân tử trong cơ thể có cấu trúc rất phức tạp, chúng tạo thành những
thể hình học xác định và bắt đầu có tính chất như một vật rắn. Ðặc biệt với phân
tử protein được phân ra làm bốn cấu trúc.
1.2. Dung dịch trong cơ thể
Các dung dịch trong cơ thể sinh vật đóng vai trò rất quan trọng.
· Chúng vận chuyển vật chất từ nơi này đến nơi khác của cơ thể.
· Chúng là môi trường để thực hiện hàng loạt các phản ứng hóa sinh.
· Chúng bao bọc và bảo vệ các tổ chức, thực hiện các quá trình trao đổi chất.
· Chúng dẫn truyền các xung điện sinh vật.
Trong cơ thể có hai loại dung môi chính là nước và lipid vì thế, có 4 loại dung dịch:
· Dung dịch không điện ly. · Dung dịch điện ly. · Dung dịch keo.
· Dung dịch đại phân tử.
Dung dịch hòa tan không điện ly: là một hệ đồng nhất gồm 2 hay nhiều chất và các
chất này không có khả năng phân ly thành ion. Khi nghiên cứu loại dung dịch này ta
quan tâm đến tỷ lệ chất tan trong dung dịch (nồng độ), đây là yếu tố quyết định mọi
tính chất của dung dịch. Dung dịch hòa tan có tính chất điện ly: là các chất hòa tan
có khả năng phân ly thành các ion dương và âm. Ðể đặc trưng cho loại dung dịch
này người ta đưa ra khái niệm độ điện ly
với có giá trị từ 0 đến 1. Ðối với chất không điện ly = 0 còn với chất điện ly hoàn toàn = 1 ( =100%)
Ðộ điện ly phụ thuộc dung môi, nhiệt độ, nồng độ chất điện ly. Dưới đây là bảng
3.2, cho biết giá trị độ điện ly của một số chất trong dung dịch nước ở 18oC, nồng độ 0,1 . lO M oARcPSD| 47669111 Bảng 3.2. Tên Công thức a Acid clohydric HCl 0 ,92 Kali clorua KCl 0 ,82 Natri clorua NaCl 0 ,84 Acid carbonic H 2 CO 3 0 ,0014
Dung dịch không điện ly và dung dịch điện ly được gọi chung là dung dịch thực.
Dung dịch keo là một hệ phân tán dị thể, chúng bao gồm: · Một pha liên tục.
· Môi trường phân tán và các phân tử chia nhỏ với kích thước và hình dáng có thể khác nhau.
· Một pha phân tán ở trong môi trường này.
Các phân tử chia nhỏ trong dung dịch keo hay còn gọi là tiểu phân keo (hạt
keo) có kích thước từ 1-100 nm. Khi môi trường phân tán là chất lỏng thì dung
dịch keo được gọi là sol lỏng. Nếu môi trường phân tán là nước thì gọi là sol
nước, nếu là chất lỏng hữu cơ gọi là sol hữu cơ. Ðối với cơ thể ta quan tâm chủ
yếu đến sol lỏng. Sol lỏng được chia làm hai loại: keo thân dịch và keo sơ dịch.
Các tiểu phân keo thân dịch liên kết chặt chẽ với môi trường phân tán nhờ lớp vỏ
solvat. Khi làm đông vón, ta thu được một khối đặc gọi là gen. Các protein, gôm.. thuộc loại này.
Các keo sơ dịch không thể tự tạo được lớp vỏ solvát nên không gắn chặt được
với môi trường phân tán. Khi làm đông vón keo sơ dịch kết tủa tách khỏi môi trường lO M oARcPSD| 47669111
phân tán dưới dạng bột. Thuộc loại này có các keo vô cơ như một số oxyd kim loại,
sunfua kim loại được điều chế dưới dạng keo.
Dung dịch đại phân tử : Các đại phân tử có phân tử lượng lớn (cỡ hàng
chục nghìn đến hàng triệu dalton) như protein, polymer cao phân tử có kích thước
của hạt keo và các phân tử này có thể được phân tán vào trong môi trường nước hoặc
lipid trong cơ thể, do vậy, dung dịch đại phân tử cũng là một đang của dung dịch keo
nói chung. Như vậy nó cũng có các tính chất chung như dung dịch keo.
Sau đây là một số tính chất của dung dịch keo và dung dịch đại phân tử.
· Không thể tách các hạt keo và đại phân tử bằng lọc sứ nhưng có thể tách chúng
bằng siêu ly tâm, màng động thực vật, màng col odion.
· Dung dịch keo khuếch tán chậm hơn dung dịch thực rất nhiều và đây chính là
dấu hiệu để phân biệt dung dịch keo và dung dịch thực.
· Hạt keo và đại phân tử có khối lượng lớn hơn phân tử và ion rất nhiều nên
dưới tác dụng của trọng lực chúng bị kéo xuống. Ðó là sự sa lắng tự do. Tốc độ sa
lắng phụ thuộc kích thước khối lượng riêng của hạt, khối lượng riêng và độ nhớt của môi trường.
· Các hạt keo và đại phân tử trong dung dịch gây ra tán xạ ánh sáng (hiệu ứng
Tinđal), cường độ ánh sáng tán xạ phụ thuộc vào thể tích hạt keo và đại phân tử.
· Các dung dịch keo và đại phân tử rất nhạy với các tác nhân hóa học (các ion
H+ OH-, các thuốc thử màu...) vì diện tích bề mặt tổng cộng của chúng rất lớn.
· Các hạt keo và đại phân tử có thể tích điện. Ðối với keo thân dịch, sự tích điện
này phụ thuộc nghiêm ngặt vào độ pH của môi trường. Thí dụ với keo protein, để
đơn giản, lấy một acid amin, ta thấy khi môi trường có pH= 5,97 thì nó trung hòa
về điện. nếu pH< 5,97 nó tích điện âm còn pH> 5.97 nó tích điện dương.
· Trong dung dịch keo và đại phân tử luôn diễn ra những quá trình kết hợp của
các phân tử lại với nhau thành những phân tử lớn hơn, dẫn đến cuối cùng, dung dịch
keo tách thành hai lớp: chất phân tán kết tủa lắng xuống và môi trường phân tán. Ðó
là hiện tượng đông tụ keo.
· Có thể làm đông tụ keo bằng chất điện ly, bằng cách trộn lẫn hai dung dịch
keo tích điện trái dấu nhau hoặc bằng cách đun nóng.
Ðể chống sự đông tụ keo người ta dùng một số chất bảo vệ gelatin, casein,
hemoglobin, albumin. Hiện tượng dung dịch keo được bảo vệ giữ một vai trò quan
trọng trong các quá trình sinh lý trong cơ thể sống.
Riêng về dung dịch đại phân tử ta thấy cần quan tâm đến các dung dịch tạo từ: lO M oARcPSD| 47669111
· Protein, tạo thành từ các mạch peptid của các acid min.
· Polysacarid (amidon, glycogen, cel ulose) là các polymer của glycopyranose-
D. (dung dịch keo của hydracel ulose là visco).
· Các acid nucleic là các polymer của nucleotid.
2. Các hiện tượng vận chuyển vật chất cơ bản trong cơ thể sinh vật:
2.1. Các hiện tượng vận chuyển vật chất cơ bản trong cơ thể sinh vật:
Mọi cơ thể sinh vật đều chứa trong nó một số vô cùng lớn các phân tử và ion
và dung dịch Để đảm bảo cho một cơ thể hoạt động và phát triển thì trong nó không
ngừng diễn ra các quá trình vận chuyển của vật chất. Các quá trình này dù đựơc diễn
ra ở dạng vi mô (như vận chuyển qua màng) hay vĩ mô (vận chuyển của máu, của
khí...) thì nhiệm vụ của chúng cũng là tạo năng lượng, tạo ra và mang các chất cần
thiết tới các cơ quan, các bộ phận, các mô và tế bào cũng như đào thải các chất thải,
chất có hại cho sự sống.
Quá trình vận chuyển vật chất là một quá trình phức tạp xảy ra theo nhiều cơ
chế và phụ thuộc nhiều yếu tố: - Bản chất của phần tử vận chuyển: Kích thước, điện
tích, độ hoà tan... - Hoạt động của cơ thể. Tuy nhiên tất cả các quá trình vận chuyển
này đều xảy ra theo những cơ chế vật lí và có thể giải thích được bằng những quy
luật vật lý và được quy về 3 dạng vận chuyển cơ bản:
Khuyếch tán, thẩm thấu, lọc – siêu lọc 1. Các phân tử, ion và dung dịch trong
cơ thể sinh vật. 1.1 Các phân tử và ion trong cơ thể.
- Được cấu tạo từ rất nhiều các nguyên tố thường gặp trong tự
nhiên - Đượcphân bố và sắp xếp một cách có trật tự cao
- Số lượng cụ thể nhiều như: Carbon, Hydro, Nitơ, Lưu huỳnh,
Photspho, Clo,Kali, Canxi, Natri và cũng có thể ớt như: Flo, Iot, Sắt,
Đồng, Chì, Nhôm …- Đúng vai trò rất quan trọng trong hoạt động của cỏc cơ thể sống.
- Vai trò của các phân tử và ion:
+ Chúng là những yếu tố cấu trúc của cơ thể.
+ Dự trữ, vận chuyển và giải phóng năng lượng.
+ Chứa đựng toàn bộ thông tin cần thiết cho sự thực hiện chương trình tổ chức
cơ thể sống (thông tin di truyền).
+ Tạo nên các điện thế nghỉ, điện thế hoạt động trong các tế bào, mô.
- Cơ thể sinh vật cũng chứa đựng nhiều loại dung dịch khác nhau
(nước,lipít, protein, axit nucleic…). lO M oARcPSD| 47669111 - Vai trò:
+ Vận chuyển vật chất từ nơi này đến nơi khác của cơ thể.
+ Môi trường để thực hiện các phản ứng hoá sinh. +
Bao bọc và bảo vệ các tế bào, các tổ chức sống.
+ Yếu tố cần thiết để trao đổi vật chất qua màng,
+ Yếu tố dẫn điện trong các quá trình lan truyền của điện thế sinh vật.
+ Điều hoà thân nhiệt .
2.2. Các cơ chế vận chuyển cơ bản của vật chất trong cơ thể
2.2.1. Cơ chế khuếch tán : *
Hiện tượng khuyếch tán phân tử: Là hiện tượng các
phân tử luôn luônchuyển động hỗn loạn, ngẫu nhiên, xuyên lẫn vào nhau. Ví dụ: -
Cho giọt mực vào cốc nước. -
Sự khuyếch tán của nước hoa trong không khí.. -
Thanh sắt và đồng để cạnh nhau.
Bản chất: là dòng các chất hoà tan thấp (cùng chiều với Cơ chế : có hướng
từ nơi có nồng độ cao grad nồng độ). Động lực:
Grad nồng độ (không cần có tác dụng của ngoại lực, không cần tiêu tốn năng lượng). Vai trò : -
Trong cơ thể sinh vật, khuếch tán là một trong những hiện tượng
vậnchuyển vật chất quan trọng nhất. Ứng dụng:
+ Trao đổi khí xảy ra ở phổi, ở các tế bào, các tổ chức sống.
+ Hình thành nên điện thế sinh vật: các ion Na+, Ca++, K+,... khuếch tán qua lại hai phía của màng.
+ Điều trị các bệnh liên quan đến rối loạn điện giải
2.2.2. Cơ chế thẩm thấu. lO M oARcPSD| 47669111 *
Định nghĩa: Thẩm thấu là quá trình vận chuyển chất
dung môi qua mộtmàng ngăn hai dung dịch có thành phần khác nhau.
Quá trình vận chuyển đó không có sự tham gia của các lực bên ngoài (như
trọng lực, lực điện từ, lực đẩy ép của thành mạch).
Ví dụ: sự vận chuyển của dung dịch các chất dinh dưỡng, nước từ gốc, rễ lên
thân, lá, ngọn... trong cây xanh. *
Màng bán thấm : Là màng chỉ cho một số loại phân
tử đi qua và ngăn lạimột số loại phân tử khác được gọi là màng bán thẩm thấu.
- Trong cơ thể: màng tế bào, mao mạch, thành ruột ...
- Màng bán thẩm thấu nhân tạo (xelêfan, feroxyanua đồng ... ). *
Bản chất : Là dòng dung môi *
Cơ chế: Dòng vật chất chuyển động từ phía dung dịch có nồng cao hơn
(ngược chiều Grad nồng độ).độ thấp hơn *
Động lực : Áp suất thẩm thấu ( Ko cần tiêu tốn W) *
Vai trò : Vận chuyển của nước, dưỡng chất trong
thực vật, Trao đổi chấtgiữa các tổ chức sống, giữa trong và ngoài màng TB… * Ứng dụng:
- Độ Trương của dung dịch và ứng dụng trong điều trị
- Giải thích hiện tượng tự nhiên: Nhựa cây chảy ngược, cỏ nước mặn… -
Điều trị bệnh phù, …
2.2.3. Hiện tượng lọc - siêu lọc *
Định nghĩa : Lọc là hiện tượng dung dịch chuyển
thành dòng qua các lỗcủa màng ngăn cách dưới tác dụng của lực
đặt lên dung dịch như trọng lực, lực thủy tĩnh, lực ép của thành
mạch ... còn Siêu lọc là hiện tượng lọc qua màng ngăn với các điều kiện sau :
- Màng lọc ngăn lại các đại phân tử (protein, polime cao phân tử...) - Có thêm
tác dụng của áp suất thủy tĩnh. *
Bản chất : dòng vật chất là dòng dung dịch . lO M oARcPSD| 47669111 *
Cơ chế : Dòng vật chất có thể vận chuyển ngược
hoặc cùng chiều cácgradien. Chiều vận chuyển của dòng vật chất
trong trường hợp này là chiều của tổng hợp các lực tác dụng lên dung dịch. *
Động lực : Tiêu tốn năng lượng (ví dụ: duy trì lực
đẩy của tim, sự co giãncủa thành mạch ...). Năng lượng này do các ATP cung cấp.
*Vai trò: - Sự VC của nước qua thành mao mạch: huyết áp dồn nước trong
máu ra gian bào, Ptt keo lại dồn nước từ gian bào qua thành mao mạch vào máu. -
Trong các động mạch huyết áp lớn hơn Ptt thì nước từ máu thoát
ra maomạch, còn trong các tĩnh mạch Ptt lớn hơn huyết áp thì nước từ gian
bào qua thành mạch vào máu. -
Ứng dụng: Hiện tượng siêu lọc ở cầu thận, thận nhân tạo, …