Chuyên đề: TRUYỀN TIN GIỮA CÁC TẾ BÀO A MỞ ĐẦU I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Liên lạc tế bào hoạt động thiếu thể đa bào Hàng tỷ tế bào thể đa bào phải liên lạc với để điều phối hoạt động chung Thông tin tế bào có vai trò quan trọng nhiều sinh vật đơn bào Tuy nhiên, trình giảng dạy, đặc biệt ôn luyện học sinh giỏi, nhận thấy truyền thông tin tế bào nội dung kiến thức khó học khó nhớ em học sinh, kiến thức truyền tin nằm rải rác nhiều nội dung từ cấp tế bào đến cấp thể, yêu cầu học sinh phải có khả khái quát tốt hiểu cách đầy đủ, xác Vì vậy, mạnh dạn xây dựng khái quát lại nội dung “Truyền tin tế bào” dựa kiến thức tài liệu Campbell số tài liệu khác, với hi vọng giúp ích cho em học sinh trình học tập ôn luyện thi học sinh giỏi cấp II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Đề tài tập trung vào việc hệ thống kiến thức truyền tin tế bào, liên kết kiến thức phần riêng lẻ để trả lời câu hỏi vận dụng tổng hợp liên quan đến truyền tin B NỘI DUNG I Khái quát truyền tin tế bào Các tín hiệu ngoại bào chuyến hóa thành đáp ứng bên tế bào, kích hoạt trình sống tế bào, như: sống sót, phân bào, biệt hóa, chết theo chương trình Quá trình truyền tín hiệu tế bào gồm giai đoạn: tiếp nhận, truyền tin, đáp ứng Hình 1: Ba giai đoạn trình truyền tin II Các thành phần tham gia vào truyền tin Các loại tín hiệu tế bào * Dựa vào tính chất, người ta phân loại tín hiệu tế bào thành: - Tín hiệu vật lý: nhiệt độ, ánh sáng… - Tín hiệu hóa học: hormon, sản phẩm tuyến tiết, tín hiệu nội tiết, tự tiết, ngoại tiết - Tín hiệu điện học: chênh lệch điện màng, tín hiệu dẫn truyền sợi trục nơron thần kinh * Dựa vào giai đoạn tham gia vào truyền tin, người ta chia tín hiệu thành: - Tín hiệu sơ cấp: phân tử hormon, chất hóa học, chất khí…có thể nhận biết gắn với thụ thể - Tín hiệu thứ cấp: phân tử đặc hiệu có kích thước nhỏ như: Ca2+, cAMP… Các loại thụ thể tiếp nhận truyền tín hiệu - Thụ thể phận quan trọng để phân tử tín hiệu gắn vào Phân tử tín hiệu có hình dạng khớp với vị trí đặc hiệu thụ thể kết dính vào đó, từ làm thay đổi hình dạng thụ thể, hoạt hóa thụ thể giúp tương tác với phân tử khác tế bào - Vị trí thụ thể truyền tín hiệu: + Thụ thể màng sinh chất + Thụ thể bên tế bào 2.1 Các thụ thể màng sinh chất Thụ thể màng sinh chất chất protein xuyên màng có khả liên kết với phân tử tín hiệu vị trí đặc hiệu phía tế bào Dựa vào cấu trúc chế hoạt động thụ thể mà chia thành nhiều kiểu Trong đó, có kiểu nghiên cứu nhiều nhất: thụ thể kết cặp G – protein, thụ thể kinaza - tyrosine, thụ thể kênh ion Thụ thể kết cặp Thụ thể kinaza – Thụ thể kênh ion G-protein tyrosine Hình vẽ Cấu trúc Thụ thể kết cặp G-protein phân tử protein, gồm chuỗi có cấu trúc bậc dạng xoắn α xuyên qua màng sinh chất, thụ thể hoạt động nhờ hỗ trợ G – protein (1 loại protein liên kết với GTP) thụ thể kinaza tyrosine chuỗi polypeptit riêng rẽ, chuỗi có vị trí liên kết với phân tử truyền tin phần ngoại bào, có chuỗi xoắn α xuyên màng đuôi phần nội bào chứa nhiều axit amin tyrosine Tín hiệu Là yếu tố giao phối Là cytokin, yếu Thụ thể kênh ion loại thụ thể màng có vùng hoạt động cổng thụ thể thay đổi hình dạng Là chất hóa học, tiếp nấm men, epinephrine, nhận hormone khác, chất dẫn truyền thần kinh tố tăng trưởng biểu mô, thay đổi điện yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi, yếu tố tăng trưởng tiểu cầu, … Cơ chế - Khi phân tử tín hiệu tác động thích hợp đính kết vào phần ngoại bào thụ thể, thụ thể thay đổi hình dạng hoạt hóa Phần tế bào chất liên kết với G – protein bất hoạt, làm cho GTP thay GDP, hoạt hóa G – protein - G – protein hoạt hóa tách khỏi thụ thể, khuếch tán dọc màng sinh chất sau đính với enzim (ví dụ: adenylyl cyclase, phospholipase C, …), hoạt hóa enzim - Enzim hoạt hóa kích hoạt bước đường truyền tín hiệu - Khi không phân tử tín hiệu, G-protein thủy phân GTP gắn với thành GDP trở trạng thái không hoạt động - Khi phân tử tín hiệu liên kết vào thụ thể, làm chuỗi polipeptit thụ thể kết hợp với thành phức kép - Sự hình thành phức kép hoạt hóa vùng kinaza tyrosine chuỗi polypeptit - Mỗi protein thụ thể sau hoạt hóa đầy đủ protein truyền tín hiệu bên nhận Các protein liên kết vào tyrosine đặc thù photphoril hóa Mỗi protein hoạt hóa kích hoạt đường truyền tín hiệu - Các thụ thể enzim tyrosine kinaza bất thường hoạt động thiếu phân tử tín hiệu, tác nhân tham gia vào trình phát sinh ung thư Từ đó, mở hướng nghiên cứu sâu ung thư - Khi phân tử tín hiệu liên kết, cổng ion đóng mở, ngăn cản cho phép ion đặc hiệu qua - Sự hoạt động thụ thể kênh ion có vai trò quan trọng chức hệ thần kinh - Hình minh họa chế hoạt động thụ thể : Hình 2: Cơ chế hoạt động thụ thể kết cặp G – protein Hình 3: Cơ chế hoạt động thụ thể kinaza – tyrosine Hình 4: Cơ chế hoạt động thụ thể kênh ion 2.2 Các thụ thể bên tế bào - Các thụ thể bên tế bào nằm phần tế bào chất nhân tế bào đích - Đặc điểm phân tử tín hiệu: có tính kị nước kích thước đủ nhỏ để vượt qua lớp photpholipit màng tế bào, ví dụ: hormon steroid (như testosteron, estradiol ), Các hormon tan lipit, vitamin D, phân tử khí (như NO)… - Cơ chế hoạt động: + Các phân tử tín hiệu qua màng sinh chất vào tế bào chất liên kết vào protein thụ thể đặc hiệu hoạt hóa Sau tổ hợp phân tử tín hiệu - thụ thể vào nhân Phần thụ thể phức hợp tương tác với ADN với protein gắn với ADN, kích hoạt phiên mã gen đặc hiệu Ví dụ: Chim mái: hormon estradiol tương tác với thụ thể nội bào tế bào gan, kích hoạt phiên mã gen sản sinh vitellogenin, vitellogenin sau chế tiết vận chuyển theo dòng máu tới hệ sinh sinh sản, sử dụng để sản sinh lòng đỏ trứng Hình 5: Hormon steroit tương tác với thụ thể nội bào Như vậy: Các thụ thể nội bào thường thực toàn việc truyền tín hiệu tế bào đích Các phân tử khác đường truyền tin Các phân tử thuộc đường truyền tín hiệu gọi phân tử truyền tin Ngoài phân tử tín hiệu, protein thụ thể, có tham gia nhiều phân tử khác, như: G – Protein, protein kinaza, chất truyền tin thứ hai: cAMP, Ca2+, IP3, DAG… III Các giai đoạn trình truyền tin tế bào Quá trình truyền tin tế bào chia làm giai đoạn: Tiếp nhận, truyền tin, đáp ứng Tiếp nhận: Phân tử tín hiệu liên kết với protein thụ thể bề mặt tế bào tế bào Truyền tin: Sau liên kết, phân tử tín hiệu làm thay đổi protein thụ thể theo số cách, khởi động trình truyền tin - Giai đoạn truyền tin cần bước nhất, song thông thường cần đường truyền tín hiệu gồm nhiều bước, phân tử tham gia truyền tín hiệu đường gọi phân tử truyền tin - Trong truyền tin qua nhiều bước, bước thường kèm với hoạt hóa protein nhờ photphoril hóa khử photphoril hóa protein, giải phóng phân tử nhỏ khác, giải phóng số ion với vai trò chất truyền tin - Các đường truyền tín hiệu: + Truyền tín hiệu nhờ tượng photphoril hóa khử photphoril hóa + Truyền tín hiệu chất truyền tin thứ hai a Truyền tín hiệu nhờ tượng photphoril hóa khử photphoril hóa Hình 6: Truyền tín hiệu nhờ tượng photphoril hóa - Phân tử tín hiệu liên kết vào thụ thể, hoạt hóa thụ thể, kích hoạt đường truyền tín hiệu Tín hiệu truyền qua chuỗi bước photphoril hóa protein (tức phân tử protein kinaza chuyển nhóm photphat vào phân tử kinaza chuỗi), bước dẫn đến thay đổi hình dạng, việc bổ sung thêm nhóm photphat thường làm protein từ dạng không hoạt động sang dạng hoạt động - Việc khử photphoril hóa (nhờ enzim photphataza) phục hồi chúng trở dạng bất hoạt, tắt đường truyền tín hiệu Các kinaza sử dụng lại tế bào đáp ứng lặp lại với tín hiệu ngoại bào tương tự b Truyền tín hiệu nhờ chất truyền tin thứ hai - Chất truyền tin thứ hai số ion phân tử nhỏ, tan nước, chất protein - Chất truyền tin thứ hai phổ biến là: cAMP, Ca2+ - Các chất truyền tin thứ hai tham gia vào đường khởi động đồng thời thụ thể kết cặp G – protein thụ thể kinaza – tyrosine b.1 Truyền tin nhờ cAMP Hình 7: Truyền tín hiệu nhờ chất truyền tin thứ hai cAMP - Phân tử tín hiệu hoạt hóa thụ thể kết cặp G-protein  hoạt hóa G-protein  hoạt hóa enzim adenylyl cyclaza  xúc tác chuyển ATP thành cAMP  cAMP hoạt hóa protein khác (thường protein kinaza A)  protein kinaza A tiếp tục photphoril hóa số protein khác  đáp ứng tế bào - Nhiều nghiên cứu rằng: Adrenalin hormon kích hoạt hình thành cAMP - Triển vọng nghiên cứu: Từ hiểu biết đường truyền tín hiệu liên quan đến cAMP chất truyền tin khác cho phép phát triển cách điều trị nhiều chứng bệnh định người + Truyền tin nhờ cGMP: đáp ứng dãn trơn thành động mạch Do sản xuất thuốc chứa phân tử có tác dụng ức chế thủy phân cGMP thành GMP có tác dụng kéo dài tín hiệu Trước đây, người ta dùng điều trị chứng đau thắt ngực làm tăng dòng máu tới tim Ngày dùng rộng rãi để điều trị chứng rối loạn cương dương nam giới (thuốc Viagra) Viagra làm dãn thành mạch máu, giúp tăng lượng máu tới dương vật, tạo điều kiện sinh lý tối ưu cho cương cứng dương vật b.2 Truyền tin nhờ Ca2+ IP3 (inositol triphotphat) - Mặc dù tế bào có Ca2+ song ion hoạt động chất truyền tin thứ hai nồng độ Ca2+ bào tương thường thấp so với nồng độ Ca 2+bên tế bào thấp nhiều so với mạng lưới nội chất Khi nồng độ Ca 2+ bào tương tăng kích hoạt trình truyền tin + Trong đường truyền tin nhờ Ca2+ có tham gia chất truyền tin thứ hai khác IP3 (inositol triphotphat) DAG (diacyiglycerol) Hình 8: Truyền tín hiệu nhờ chất truyền tin thứ hai Ca2+ Đáp ứng: Tín hiệu sau truyền tin, cuối kích hoạt đáp ứng đặc hiệu tế bào (điều khiển phiên mã điều hòa hoạt động tế bào chất) - Nhiều đường truyền tín hiệu cuối điều khiển sinh tổng hợp protein thông qua việc “bật” “tắt” hoạt động gen - Một số đường truyền tín hiệu điều hòa hoạt tính protein Ví dụ: đáp ứng tế bào gan với tín hiệu Adrenalin hoạt hóa enzim xúc tác cho phản ứng phân giải glicogen - Ở số tế bào, kiện truyền tín hiệu ảnh hưởng đến thuộc tính khác tế bào Ví dụ: Các tín hiệu điều khiển sinh trưởng có hướng tế bào nấm men + Khi tế bào nấm men liên kết với phân tử yếu tố giao phối bắt nguồn từ tế bào có kiểu giao phối đối lập, đường truyền tín hiệu điều khiển sinh trưởng hướng tế bào có tiềm kết cặp giao phối với Trong đường truyền tín hiệu, có hoạt hóa enzim kinaza Fus3, tiếp Fus3 photphoril hóa Formin, Formin sau hoạt hóa khởi đầu tăng trưởng vi sợi dẫn đến kiểu hình sinh trưởng nhô (shmoo) tế bào, giúp chúng sinh trưởng hướng vào nhau, kết dung hợp diễn hai tế bào khác giới tính Hình 9: Con đường truyền tín hiệu đáp ứng với yếu tố giao phối tế nấm men Hình 10: kiểu sinh trưởng shmoo Hình 11: Giao tiếp tế bào nấm men Sự kết thúc truyền tin Để tế bào thu nhận liên tục tín hiệu điều hòa hoạt động tế bào phải có khả phục hồi thay đổi mà tín hiệu tạo trước - Khi phân tử tín hiệu rời khỏi thụ thể, thụ thể trở trạng thái bất hoạt sau đó, phân tử truyền tin trở trạng thái bất hoạt: + Hoạt tính GTPaza G-pr thủy phân GTP -> GDP -> G-protein bất hoạt + enzim photphodiesteraza chuyển hóa cAMP thành AMP -> dừng truyền tin + Pr photphataza làm bất hoạt enzim kinaza pr khác photphoril hóa * Kết quả: Tế bào trở trạng thái ban đầu đáp ứng với tín hiệu IV Ưu điểm truyền tin qua nhiều bước Khuếch đại tín hiệu - Tại bước xúc tác, số lượng sản phẩm hoạt hóa thường lớn nhiều so với bước trước - Nguyên nhân: Do protein bước trì trạng thái hoạt hóa đủ lâu để biến đổi phân tử chất trước chúng trở trạng thái bất hoạt Ví dụ: Đáp ứng tế bào gan số phân tử Adrenalin (epinephrin) dẫn đến việc giải phóng hàng trăm triệu phân tử gluco từ glicogen Hình 12: Đáp ứng tế bào chất tín hiệu Điều chỉnh đáp ứng tế bào điểm khác - Các loại tế bào khác có tập hợp protein khác Đáp ứng tế bào định tín hiệu phụ thuộc vào tập hợp đặc thù protein thụ thể, protein truyền tin protein thực đáp ứng Hình 13:Tính đặc hiệu trình truyền tín hiệu tế bào + Tế bào A, B, C: dùng chung protein thụ thể, khác protein khác nên đáp ứng khác + Tế bào D: dùng thụ thể khác tiếp nhận phân tử tín hiệu tế bào A, B, C dẫn đến đáp ứng khác 10 + Tế bào B: tín hiệu gây đáp ứng khác IV Các phương thức truyền tin a Truyền tin qua tiếp xúc trực tiếp a.1 Truyền tin thông qua cầu nối tế bào Cả tế bào động vật tế bào thực vật có cầu nối tế bào, có cầu nối tế bào chất tế bào lân cận nối thông sang nhau, chất truyền tín hiệu hòa tan phần bào tương tự qua lại tế bào liền kề Hình 14: Truyền tin qua mối nối tế bào a.2 Truyền tin nhờ nhận biết qua bề mặt tế bào Các tế bào động vật thông tin với qua tiết xúc trực tiếp phân tử bề mặt tế bào liên kết với màng sinh chất Kiểu truyền tín hiệu có vai trò quan trọng đáp ứng miễn dịch, trình phát triển phôi Hình 15: Truyền tin nhờ tiếp xúc trực tiếp phân tử bề mặt với màng b Truyền tin cục qua khoảng cách xa Các phân tử truyền tin tiết từ tế bào truyền tin Tùy loại phân tử truyền tin tác động chúng mà chúng di chuyển khoảng cách ngắn tác động lên tế bào gần di chuyển xa tác động lên tế bào đích phần khác thể b.1 Truyền tin cục qua khoảng cách xa động vật * Truyền tín hiệu cận tiết: Các phân tử truyền tin khuếch tán chỗ tác động lên tế bào lân cận 11 * Truyền tín hiệu tự tiết: Các phân tử truyền tin tiết khuếch tán chỗ, tác động lên tế bào tiết chúng * Truyền tín hiệu qua synap: Tế bào thần kinh giải phóng chất dẫn truyền thần kinh qua synap, tác động lên tế bào đích * Truyền tín hiệu nội tiết (truyền tin qua khoảng cách xa): Các tế bào nội tiết chuyên hóa tiết hormon vào dịch thể, thường mạch máu Hormon tác động lên tế bào đích khắp nơi thể b.1 Truyền tin cục qua khoảng cách xa thực vật * Truyền tin cục bộ: chưa biết đầy đủ * Truyền tin qua khoảng cách xa: hormon thực vật di chuyển theo mạch dẫn khuếch tán dạng khí V Câu hỏi vận dụng Câu 1: Bằng cách đáp ứng tế bào đích hoocmon khuếch đại hàng triệu lần? Gợi ý trả lời: - Tại bước xúc tác, số lượng sản phẩm hoạt hóa thường lớn nhiều so với bước trước - Nguyên nhân: Do protein bước đường truyền tín hiệu trì trạng thái hoạt hóa đủ lâu để biến đổi phân tử chất trước chúng trở trạng thái bất hoạt Câu 2: Loại protein hỏng dẫn đến tượng tế bào chết theo chương trình xảy không lúc? Ngược lại, loại protein hỏng dẫn đến tượng tế bào không chết theo chương trình đáng phải xảy Gợi ý trả lời: - Các protein thụ thể phân tử gây chết bị hỏng dẫn đến hoạt hóa tính hiệu gây chết chết theo chương trình tế bào diễn không bình thương 12 - Những sai hỏng tương tự protein đường truyền tin vốn gây hoạt hóa protein đáp ứng hay protein truyên tin bước sau đó, tương tác với protein bước trước chất truyền tin thứ hai gây nên hiệu ứng tương tự - Ngược lại protein đường truyền tin bị khả đáp ứng, chúng tương tác với protein bước trước hay phân tử ion tín hiệu trình chết theo chương trình bình thường tế bào xảy Ví dụ: protein thụ thể tín hiệu gây chết tế bào khả hoạt hóa phân tử tín hiệu đính kết vào thụ thể tín hiệu gây chết không truyền vào tế bào Câu 3: a Ađrênalin loại hoocmôn gây đáp ứng tế bào gan phản ứng phân giải glicôgen thành glucôzơ, hoocmôn testôsterôn hoạt hóa gen quy định tổng hợp enzim gây phát triển tính trạng sinh dục thứ cấp nam giới Cơ chế thu nhận truyền đạt thông tin qua màng tế bào đích hai hoocmôn có khác nhau? b Mục đích tạo thành chất trung gian (chất truyền tin thứ hai) chế truyền tin qua màng gì? Gợi ý trả lời: a - Đối với hoocmôn ađrênalin: + Không trực tiếp qua màng, tế bào đích thu nhận nhờ thụ quan đặc trưng định vị màng tế bào -> phức hệ ađrênalin – thụ quan + Phức hệ ađrênalin – thụ quan hoạt hóa prôtêin Gs màng -> hoạt hóa enzim ađêninxiclaza Enzim xúc tác chuyển hóa ATP -> cAMP cAMP kích hoạt enzim phân giải glicôgen thành glucôzơ - Đối với hoocmôn testôsterôn: + Thuộc loại hoocmôn sterôit, vận chuyển qua màng vào TBC tế bào, liên kết với prôtêin thụ quan nội bào -> phức hệ testôsterôn – thụ quan + Phức hệ testôsterôn – thụ quan vào nhân tế bào có tác động hoạt hóa gen quy định tổng hợp enzim prôtêin gây phát triển tính trạng sinh dục thứ cấp nam giới b - Mục đích: Khuếch đại lượng thông tin làm tăng phản ứng chức lên làm nhiều lần - VD: phân tử ađrênalin kích thích sản sinh 10 phân tử cAMP, qua sản sinh 108 phân tử glucôzơ Câu 4: Chất adrênalin gây đáp ứng tế bào gan phản ứng phân giải glicôgen thành glucôzơ, tiêm adrênalin vào tế bào gan không gây đáp ứng a Tại có tượng trên? b Trong đường truyền tín hiệu từ adrênalin đến phản ứng phân giải glicôgen, chất AMP vòng (cAMP) có vai trò gì? c Vẽ sơ đồ đường truyền tín hiệu từ adrênalin đến phản ứng phân giải glicôgen Gợi ý trả lời: 13 a Adrênalin (epinephrin) tác động lên tế bào gan cách liên kết đặc thù với thụ thể màng, phức hệ [adrênalin/thụ thể] hoạt hóa prôtêin G, prôtêin G hoạt hóa enzym adênylat – cyclaza, enzym phân giải ATP → AMP vòng (cAMP), cAMP hoạt hóa enzym kinaza, enzym chuyển nhóm phosphat hoạt hoá enzym glicôgen phosphorylaza enzym xúc tác phân giải glicôgen thành glucôzơ Tiêm adrênalin trực tiếp vào tế bào không gây đáp ứng thiếu thụ thể màng b cAMP có vai trò chất thông tin thứ hai có chức hoạt hóa enzym photphorilaza phân giải glycogen → glucôzơ, đồng thời có vai trò khuếch đại thông tin: phân tử adrênalin → 104 phân tử cAMP → 108 phân tử glucôzơ c Adrênalin → thụ thể màng → Prôtêin G → enzym adênylat cyclaza → cAMP → kinaza → glicôgen phosphorylaza → (glicôgen → glucôzơ) Câu 5: Giải thích nói: tế bào thần kinh ví dụ đồng thời truyền tin cục truyền tin xa Gợi ý trả lời: Việc tiết phân tử dẫn truyền thần kinh, xinap ví dụ truyền tin cục bộ, tín hiệu điện di chuyển, dọc tế bào thần kinh truyền tới tế bào thần kinh ví dụ truyền tin qua khoảng cách xa (tuy vậy, cần lưu ý tín hiệu cục xinap hai tế bào thiếu để tín hiệu truyền qua khoảng cách xa từ tế bào sang tế bào khác) Câu 6: Yếu tố sinh trưởng thần kinh (NGF) phân tử tín hiệu tan nước Thụ thể NGF mong đợi có mặt bên tế bào hay màng sinh chất? Tại sao? Gợi ý trả lời: Không giống hoocmon steroid phân tử tan nước NGF không vượt qua màng lipid để tương tác với thụ thể nội bào Do vậy, dự đoán NGF màng sinh chất; thực tế điều Câu 7: Điều xảy tế bào tạo protein kinase –tyroxin-thụ thể bị khả tạo thành phức kép (gồm chuỗi polypeptide)? Gợi ý trả lời: Tế bào mang thụ thể sai hỏng đáp ứng với phân tử tín hiệu chúng xuất điều dẫn đến hậu nghiêm trọng tế bào, điều hòa tế bào thụ thể không diễn Câu 8: Protein kinase vai trò trình truyền tín hiệu nào? Gợi ý trả lời: Protein kinaza enzim chuyển nhóm phôtphat từ ATP sang phân tử khác thường làm hoạt hóa protein này, (thường protein kinaza thứ hai) Nhiều đường truyền tin tập chuỗi tương tác mà protein kinaza photphoryl hóa đến lượt photphoryl hóa protein kinaza tiếp 14 theo chuỗi Chuỗi phản ứng photphoryl hóa vậy, truyền tín hiệu từ bên tế bào, tới ( các) protein tế bào gây đáp ứng tế bào Câu 9: Tại ấp trứng vịt thụ tinh lại nở thành vịt con? Gợi ý trả lời: Trứng vịt thụ tinh chứa phôi chưa biệt hóa Vịt phôi biệt hóa => trình sinh học xảy ra: truyền tin biệt hóa tế bào - Ấp trứng trình tăng nhiệt độ làm hoạt hóa số gen hệ gen tế bào tổng hợp phân tử prôtêin tín hiệu, prôtêin thụ thể, gen lại bất hoạt Các phân tử tín hiệu tế bào tiết chuyển đến tế bào lận cận phải di chuyển đến tế bào vị trí xa nơi sản xuất, thụ thể khác màng nhận truyền tin vào tế bào chất sau vào nhân hoạt hóa gen định yếu tố phiên mã dịch mã prôtêin khác Kết quả: tế bào phôi dần phân hóa cấu tạo chức Câu 10: Trong trình phát triển phôi động vật có vú, nhiều loại tế bào phôi phải di chuyển từ nơi đến nơi khác có hình dạng chức đặc trưng tế bào biệt hoá thể trưởng thành Hãy giải thích tế bào phải di chuyển đến vị trí định có hình dạng chức đặc trưng? Gợi ý trả lời: - Hình dạng chức đặc trưng tế bào có số gen định hệ gen tế bào hoạt hoá gen lại bị đóng - Việc hoạt hoá gen phần phụ thuộc vào tín hiệu đến từ bên (các tín hiệu tiết từ tế bào lân cận - Khi đến nơi mới, tế bào phôi nhận tín hiệu hoạt hoá gen tiết từ tế bào nơi định cư hoạt hoá gen thích hợp đặc trưng cho loại tế bào mô - Các tín hiệu từ bên hoạt hoá gen theo cách: Tín hiệu liên kết với thụ thể màng tế bào truyền thông tin vào tế bào chất sau vào nhân hoạt hoá gen định yếu tố phiên mã - Hoặc tín hiệu trực tiếp qua màng sinh chất liên kết với thụ thể tế bào chất Phức hợp sau vào nhân liên kết với promoter yếu tố phiên mã làm hoạt hoá gen Câu 11: a Tại nói AMP vòng chất truyền tin thứ hai? Chất hoạt động theo chế nào? b Epinephrin kích thích phân giải glycogen cách hoạt hóa enzim glycogen phosphorylaza bào tương Nếu epinephrin trộn với glycogen phosphorylaz glycogen ống nghiệm glucozo-1-phosphat có tạo không? Tại sao? Gợi ý trả lời: 15 a AMP vòng (cAMP) chất truyền tin thứ hai chất khuếch đại thông tin chất truyền tin thứ - Cơ chế hoạt động: + Chất truyền tin thứ (hoocmon) kết hợp với thụ thể đặc hiệu màng sinh chất tế bào đích gây kích thích hoạt hóa enzim adenilyl cyclaza + Enzim adenilyl cyclaza chuyển hóa ATP thành cAMP cAMP làm thay đổi hay nhiều trình phosphoryl hóa (hay hoạt hóa chuỗi enim) Nhờ làm tín hiệu ban đầu khuếch đại lên nhiều lần b Glucozo-1-phosphat không tạo hoạt hóa enzim cần tế bào nguyên vẹn với thụ thể nguyên vẹn màng tế bào đường truyền tin nguyên vẹn tế bào Sự tương tác với phân tử tín hiệu ống nghiệm không đủ trực tiếp hoạt hóa enzim Câu 12: a Một chất truyền tin thứ hai dùng phổ biến tế bào gây nên đáp ứng co cơ, dẫn truyền thần kinh, phân chia tế bào… Hãy cho biết chất nào? Cho biết giai đoạn trình truyền tin theo cách này? b Hãy thiết kế thí nghiệm để kiểm chứng nhận định bạn chất truyền tin đó? Gợi ý trả lời: a Chất truyền tin thứ ion Ca2+ * Các giai đoạn trình truyền tin: - Phân tử tín hiệu liên kết vào thụ thể kết cặp G- protein làm hoạt hóa Gprotein Gprtein hoạt hóa liên kết với photpholipaza C - Photpholipaza C hoạt hóa cắt PIP2 thành: + DAG hoạt động chất truyền tin thứ đường khác + IP3 đến liên kết kết với kênh ion Ca2+ dẫn đến mở kênh - Ion Ca2+ từ luới nội chất theo gradient vào bào tương hoạt hóa protein từ gây đáp ứng tế bào b.Thiết kế thí nghiệm: - Tách mô đùi ếch để dung dịch sinh lí - Bổ sung vào mô phân tử tín hiệu đáp ứng co bổ sung thêm chất ức chế hoạt tính enzim photpholipaza C mô - Sau thấy kết + Mô 1: đáp ứng co nồng độ ion Ca 2+ bào tương không thay đổi + Mô 2: đáp ứng co nồng độ ion Ca bào tương tăng Câu 13: Cơ chế gây đáp ứng với hoocmon hòa tan nước hòa tan lipit khác tế bào đích? Trả lời: - Các hoocmon tan nước xâm nhập qua màng tế bào mà gắn với thụ thể bề mặt tế bào Sự tương tác kích hoạt đường 16 truyền tín hiệu nội bào làm thay đổi hoạt động protein bào tương (hoạt hóa enzim thay đổi hấp thụ chế tiết phân tử đặc hiệu xếp lại khung xương tế bào) làm cho protein bào tương dịch chuyển vào nhân làm thay đổi phiên mã gen đặc hiệu - Các hoocmon tan lipit qua màng tế bào vào nội bào, chúng gắn với thụ thể nằm bào tương (hoocmon steroid) thụ thể nằm nhân (thyroid, vitamin D hoocmon hòa tan lipit steroid) Phức hợp thụ thể - hoocmon sau hoạt động trực tiếp yếu tố phiên mã gắn với ADN với protein gắn với ADN gây kích hoạt ức chế phiên mã gen đặc hiệu Câu 14: a Trong tế bào động vật, ion Ca2+ sử dụng nhiều cAMP vai trò hệ thống tín hiệu thứ hai Con đường truyền tín hiệu có tham gia phân tử quan trọng inositol triphosphates (IP3) diacylglycerol (DAG) Chỉ vị trí tế bào chất mà trì nồng độ cao ion Ca2+? b Khi xung tín hiệu truyền dọc sợi trục tế bào thần kinh đến chùy synapse, tín hiệu tác động đến thụ thể bắt cặp G-protein, mô tả Gợi ý trả lời: a Con đường khiến Ca2+ bể chứa giải phóng tế bào chất để xung thần kinh truyền liên tục? Trả lời: a - Hai vị trí tế bào chất trì nồng độ Ca 2+ cao bao gồm: Lưới nội chất trơn ty thể - Các giai đoạn chính: + Khi tín hiệu tác động đến thụ thể bắt cặp G-protein, G-protein bị phosphoryl hóa hoạt hóa phospholipase C + Enzyme phospholipase C thủy phân phospholipid màng tạo DAG IP3 chất truyền tin thứ + IP3 gắn vào kênh Ca2+ màng lưới nội chất hoạt hóa kênh, Ca 2+ chuyển từ xoang lưới nội chất vào tế bào chất kích hoạt đường truyền tín hiệu thần kinh Câu 15: a Thế chất truyền tin thứ chất truyền tin thứ hai? Cho ví dụ b Vì loại tín hiệu gây đáp ứng khác loại tế bào khác nhau? Cho ví dụ? Gợi ý trả lời: a - Chất truyền tin thứ (còn gọi chất gắn, phân tử tín hiệu): Các phân tử truyền tin ngoại bào liên kết với thụ thể màng sinh chất thụ thể bên tế bào - Ví dụ: Hormone, chất dẫn truyền thần kinh 17 - Chất truyền tin thứ hai: Các ion phân tử hữu nhỏ, tan nước, tham gia vào đường truyền tin tế bào - Ví dụ: Ca+ , cAMP b Một phân tử tín hiệu gây đáp ứng khác loại tế bào khác do: - Các đường truyền tin có prôtêin khác - Thụ thể nhận tín hiệu loại tế bào khác khác - Liên lạc với đường truyền tin khác Ví dụ: Adrenalin gây đáp ứng khác loại tế bào: - Ở tế bào gan: Glycôgen → glucôzơ - Ở tế bào tim: Co - Ở mạch máu ruột: Co mạch - Ở mạch máu vân: Giãn mạch Câu 16: a Tại tế bào có khả thu nhận thông tin lí hóa học từ bên để đưa đáp ứng thích hợp tế bào thể nhận biết hay nhận biết tế bào lạ? b Căn vào vai trò chất thông tin thứ trình truyền đạt thông tin qua màng, giải thích người bị nhiễm vi khuẩn tả thường bị tiêu chảy cấp? Gợi ý trả lời: a Giải thích: - Do màng sinh chất có protein thụ thể thu nhận thông tin cho tế bào từ đó, tế bào tiếp nhận thông tin lí hóa học từ bên đưa đáp ứng thích hợp - Do màng sinh chất có “dấu chuẩn” glicoprotein đặc trưng cho loại tế bào Nhờ vậy, tế bào thể nhận biết nhận biết tế bào lạ b - Vi khuẩn tả khư trú niêm mạc ruột non sản sinh chất độc Đây enzim có chức biến đổi hoá học loại protein G liên quan đến điều hoà tiết muối nước - Khi protein G bị biến đổi không thuỷ phân GTP thành GDP nên tồn trạng thái hoạt động, kích thích sản xuất AMP vòng (chất thông tin thứ hai) làm tế bào ruột tiết lượng lớn muối nước nên dẫn đến tiêu chảy cấp Câu 17: Hãy nêu chế giải thích cho việc từ tế bào gốc toàn ban đầu phát triển thành dạng tế bào chuyên biệt khác Gợi ý trả lời: - Con đường quan trọng : gradient nồng độ Từ tế bào gốc ban đầu tiết Hoocmon điều hoà khác nhau, tế bào xa nguồn tiếp xúc với nồng độ thấp Mỗi gen tế bào lại có ngưỡng hoạt hoá định, tuỳ 18 thuộc vào nồng độ Hoocmon mà gen hoạt hoá, gen khác lại không, từ phát triển thành tế bào khác - Vị trí tế bào quy định việc môt tế bào trở thành dạng tế bào vị trí khác phôi tiếp xúc với tổ hợp Hoocmon khác từ tế bào lân cận dẫn đến phát triển thành tế bào khác - Mỗi tế bào khác bộc lộ thụ thể khác nhau, phản ứng với chất điều hoà định Câu 18: a Epinephrine khởi đầu đường truyền tín hiệu liên quan đến sản sinh cAMP dẫn đến phân giải glycogen thành glucose, nguồn lượng tế bào Giả sử caffein ức chế hoạt động enzyme cAMP phosphodiesterase, giải thích chế việc dùng caffein làm đầu óc trở nên tỉnh táo ngủ b Có phân tử tín hiệu hormone estrogen, testosterone, insulin, adrenaline Mỗi phân tử tín hiệu phù hợp với loại thụ thể nào? Vì sao? Gợi ý trả lời: - Epinephrine bên tế bào liên kết với thụ thể kết cặp G-protein để hoạt hóa protein Gs màng, protein Gs hoạt hóa adenylyl cylase nhằm xúc tác cho phản ứng tổng hợp phân tử cAMP dẫn đến phân giải glycogen thành glucose cung cấp lượng cho tế bào hoạt động - Sau phân tử cAMP phát tín hiệu để tế bào chất tiến hành phân giải glycogen chúng enzym cAMP phosphodiesterase biến đổi thành AMP - Caffein ức chế hoạt động enzyme cAMP phosphodiesterase ngăn cản trình chuyển hóa cAMP thành AMP - cAMP không phân giải khiến trình phân giải glycogen thành glucose tiếp tục diễn cung cấp lượng cho tế bào hoạt động Các tế bào đặc biệt tế bào thần kinh trì cường độ hoạt động cao làm đầu óc trở nên tỉnh táo ngủ b - Hoocmon estrogen, testosterone hormone steroid, tan lipid nên qua lớp kép phospholipid phù hợp với protein thụ quan nội bào - Insulin, adrenaline protein có kích thước lớn, không qua màng phù hợp với protein thụ quan màng Câu 19: Giải thích sao, người bị nhiễm khuẩn Vibrio cholerae nhanh chóng bị mắc tiêu chảy cấp không điều trị cách dẫn đến tử vong muối nước? Biết rằng, độc tố tiêu chảy thực chất enzim làm biến đổi hóa học G-protein liên quan đến điều tiết lượng muối nước Gợi ý trả lời: - Khi bị nhiễm khuẩn tả, vi khuẩn khu trú lớp lót ruột non sản sinh độc tố Độc tố enzim làm biến đổi hóa học G-protein liên quan đến điều tiết lượng muối nước 19 - Do G-protein bị biến đổi không khả thủy phân GTP thành GDP, nên bị tồn trạng thái hoạt động liên tục kích thích Adenylat cyclaza sản sinh cAMP (chất thông tin thứ 2) - Nồng độ cAMP cao ống tiêu hóa làm tế bào ruột tiết lượng lớn muối nước vào ống tiêu hóa theo nguyên tắc thẩm thấu người mắc bệnh tiêu chảy cấp nhiều muối nước C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Với mong muốn hoàn thiện nội dung truyền tin tế bào để phục vụ cho giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi, hệ thống lại vấn đề quan trọng, bật như: Các thành phần tham gia vào truyền tin, giai đoạn trình truyền tin, ưu điểm truyền tin qua nhiều bước, phương thức truyền tin, đồng thời đưa số câu hỏi củng cố kiến thức phần Chuyên đề giúp cho học sinh khái quát nội dung truyền tin, chủ động vận dụng kiến thức giải tình khác đề thi thực tế Kiến nghị Chuyên đề chắn không tránh khỏi nhiều hạn chế Kính mong thầy cô giáo em học sinh góp ý kiến cho chuyên đề có hiệu dạy học thầy trò Tôi xin trân trọng cảm ơn 20 ... khác IV Các phương thức truyền tin a Truyền tin qua tiếp xúc trực tiếp a.1 Truyền tin thông qua cầu nối tế bào Cả tế bào động vật tế bào thực vật có cầu nối tế bào, có cầu nối tế bào chất tế bào. .. nối thông sang nhau, chất truyền tín hiệu hòa tan phần bào tương tự qua lại tế bào liền kề Hình 14: Truyền tin qua mối nối tế bào a.2 Truyền tin nhờ nhận biết qua bề mặt tế bào Các tế bào động... màng b Truyền tin cục qua khoảng cách xa Các phân tử truyền tin tiết từ tế bào truyền tin Tùy loại phân tử truyền tin tác động chúng mà chúng di chuyển khoảng cách ngắn tác động lên tế bào gần