Đang tải... (xem toàn văn)
cấu trúc và chức năng màng tế bàocấu trúc và chức năng màng tế bàocấu trúc và chức năng màng tế bàocấu trúc và chức năng màng tế bàocấu trúc và chức năng màng tế bàocấu trúc và chức năng màng tế bàocấu trúc và chức năng màng tế bàocấu trúc và chức năng màng tế bàocấu trúc và chức năng màng tế bàocấu trúc và chức năng màng tế bàocấu trúc và chức năng màng tế bàocấu trúc và chức năng màng tế bàocấu trúc và chức năng màng tế bàocấu trúc và chức năng màng tế bào
Chương 2 Cấu trúc & chức năng của màng tế bào Bài giảng PowerPoint® Sinh học đại cương A1 Tổng quan • Màng tế bào là ranh giới phân chia giữa bên trong tế bào với môi trường ngoài • Màng tế bào có tính thấm chọn lọc, cho phép một số chất đi qua dễ dàng hơn các chất khác 1. Thành phần hóa học của màng 1.1. Lipid • Màng tế bào được cấu tạo phần lớn từ phospholipid, chúng tạo thành một lớp kép • Mỗi phân tử phospholipid có một đầu ưa nước quay ra ngoài và một đuôi kỵ nước hướng vào trong màng • Cholesterol: làm cho màng linh động Đầu ưa nước NƯỚC Đuôi kỵ nước NƯỚC • Khi nhiệt độ giảm xuống, màng tế bào có thể chuyển từ trạng thái lỏng (fluid) sang trang thái đặc (solid). • Mức nhiệt độ màng tế bào có thể hóa đặc tùy thuộc vào loại lipid. • Màng có nhiều acid béo chưa no thường lỏng hơn nhiều so với màng có nhiều acid béo no. Lỏng Đuôi hydrocarbon chưa no (b) Tính lỏng của màng Sền sệt Đuôi hydrocarbon no • Các cholesterol (lipid có bản chất steroid) có ảnh hưởng khác nhau đến tính lỏng của màng ở những nhiệt độ khác nhau. • Ở 370C: cholesterol cản trở sự dịch chuyển của các phospholipid. • Ở nhiệt độ lạnh: cholesterol duy trì độ lỏng của màng bằng cách ngăn cản không cho các phospholipid kết chặt với nhau. Cholesterol (c) Cholesterol trong màng tế bào động vật 1.2. Protein • Các phân tử protein vùi rãi rác bên trong lớp phospholipid kép, gồm 2 loại: • Protein ngoại vi: gắn vào đầu ưa nước của phân tử phospholipid. • Protein hội nhập: gắn với vùng kỵ nước của phân tử phospholipid hoặc gắn xuyên qua màng (protein xuyên màng). Các protein màng và vai trò của chúng • Các protein ngoại vi bao phủ bề mặt của màng. • Các protein hội nhập vùi bên trong vùng kỵ nước của lớp phospholipid. • Những protein hội nhập xuyên qua màng ở cả hai phía của màng được gọi là protein xuyên màng. • Vùng kỵ nước của một protein hội nhập có một hoặc nhiều chuỗi acid amin không phân cực, thường xoắn . Đầu amin Đầu carboxyl PHÍA NGOÀI PHÍA TRONG xoắn • Sáu chức năng chính của các protein màng: – Vận chuyển – Xúc tác (enzyme) – Dẫn truyền tín hiệu – Nhận dạng tế bào – tế bào – Cầu nối giữa các tế bào – Gắn với khung xương tế bào và với dịch ngoại bào Phân tử tín hiệu Enzymes ATP (a) Vận chuyển Thụ thể Dẫn truyền tín hiệu (b) Xúc tác (c) Truyền tín hiệu Glycoprotein (d) Nhận dạng tế bào (e) Cầu nối tế bào (f) Gắn với khung xương tế bào và với dịch ngoại bào 1.3. Carbohydrate • Các carbohydrate gắn vào các protein ngoại vi tạo thành glycoprotein. • Các carbohydrate gắn vào các phospholipid ngoại vi tạo thành glycolipid. • Chiếm 2 – 10% thành phần cấu tạo của màng. • Làm cho màng tế bào có tính bất xứng. Fig. 7-7 Các sợi của dịch ngoại bào (ECM) Glycoprotein Carbohydrate Glycolipid Cholesterol Các vi sợi Các protein ngoại vi Protein hội nhập Vai trò của các carbohydrate trên màng • Các tế bào nhận diện nhau bằng cách gắn vào các phân tử trên bề mặt màng, thường là các carbohydrate • Các carbohydrate trên màng có thể liên kết với các lipid tạo thành glycolipid hoặc với các protein tạo thành glycoprotein • Các carbohydrate trên mặt ngoài của màng khác nhau giữa các loài, giữa các cá thể, thậm chí giữa các tế bào trong cùng một cơ thể II. Mô hình cấu trúc dòng khảm Các mô hình cấu trúc màng • 1915: phân tích màng tế bào hồng cầu: lipid & protein. • 1925: E. Gorter và F. Grendel đề xuất màng gồm 2 lớp phospholipid, vị trí protein trên màng? • 1935: Hugh Davson và James Danielli đề xuất mô hình “sandwich” trong đó lớp phospholipid kép nằm giữa hai lớp protein. Các mô hình cấu trúc màng • Mô hình này có một số điểm chưa thỏa: - tất cả màng đều như nhau??? màng tế bào chất: cấu trúc 3 lớp, màng ty thể: một chuỗi các hạt. - vị trí protein màng: các protein không tan hoàn toàn trong nước (phần ưa nước & kỵ nước) thì vùng kỵ nước của protein cũng tiếp xúc với nước??? • Năm 1972, J. Singer và G. Nicolson đề xuất mô hình thể khảm lỏng của màng tế bào. Tính khảm của màng Do các phân tử protein phân bố rãi rác trong lớp phospholipid kép, chỉ có các vùng ưa nước lộ ra ngoài. Phospholipid kép Vùng kỵ nước của protein Vùng ưa nước của protein Tính lỏng của màng • Do các phân tử lipid qui định. • Trong màng tế bào, các phân tử lipid có khả năng chuyển động bên trong lớp phospholipid kép. • Phần lớn các lipid và một số protein có thể dịch chuyển qua lại. • Một số ít phân tử có thể dịch chuyển lên xuống. Dịch chuyển qua lại (107 lần/giây) Lên – xuống ( 1 lần/tháng) (a) Chuyển động của phospholipids Thí nghiệm chứng minh tính lỏng của màng THÍ NGHIỆM KẾT QUẢ Các proteins màng Sau 1 giờ Tế bào chuột Tế bào người Tế bào lai Kênh trên màng tế bào 1. Các kiểu kênh • Kênh khuếch tán: cho các chất đi qua từ nơi có nồng độ cao → thấp. VD: ion K+ • Kênh ion phối hợp: cho 2 chất đi qua cùng chiều. VD: ion Na+ và glucose • Kênh có cổng: khi được phân tử tín hiệu gắn vào, cổng kênh mở ra, Na+, Ca2+ đi vào trong tế bào. • Protein tải cơ động: hoạt động như chất tải cơ động vận chuyển ion ra/vào tế bào 2. Sự đồng vận chuyển và đối vận chuyển • Sự đồng vận chuyển: 2 chất được tải qua kênh theo cùng một hướng. VD: sự vận chuyển Na+ và glucose • Sự đối vận chuyển: vận chuyển 2 ion mang điện tích giống nhau qua kênh theo 2 hướng khác nhau giúp duy trì sự cân bằng điện tích. VD: sự trao đổi Cl- với HCO3-. Bơm 1. Bơm Na+ - K+ Bơm sử dụng năng lượng của tế bào để vận chuyển các chất đi ngược chiều khuynh độ nồng độ của chất đó. VD: 3 ion Na+ được đổi với 2 ion K+. 2. Khuynh độ hóa điện Khuynh độ nồng độ thẩm thấu + khuynh độ lực tĩnh điện Sự trao đổi vật chất qua màng tế bào • Màng tế bào có tính thấm chọn lọc • Các phân tử kỵ nước (hydrocarbon) hòa tan trong lớp lipid và đi qua màng • Các phân tử ưa nước (đường) khó đi qua màng hơn • Các phân tử ưa nước đi qua màng nhờ các protein chuyên chở: - protein kênh: cho một số phân tử và ion đi qua màng - protein tải: thay đổi hình dạng để đưa các chất đi qua màng Các khái niệm Sự khuếch tán Phân tử phẩm màu Màng NƯỚC Khuếch tán Khuếch tán Cân bằng (a) Khuếch tán của 1 chất tan Khuếch tán Khuếch tán Khuếch tán Khuếch tán (b) Khuếch tán của 2 chất tan Cân bằng Cân bằng Sự khuếch tán • Sự khuếch tán là xu hướng các phân tử phân bố cách đều nhau trong một khoảng không gian xác định • Mặc dù mỗi phân tử di chuyển một cách ngẫu nhiên, sự khuếch tán của một tập hợp phân tử được biểu hiện bằng sự dịch chuyển theo một hướng • Ở trạng thái cân bằng động, sự di chuyển của các phân tử theo hướng này bằng với sự di chuyển của các phân tử theo hướng ngược lại • Trong môi trường có nhiệt độ và áp suất không đổi, các chất khuếch tán theo chiều gradient nồng độ, tức là di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn • Tốc độ khuếch tán tùy thuộc vào bản chất của chất khuếch tán: chất khí chất lỏng chất rắn Sự thẩm thấu và sự thẩm tách • Sự thẩm thấu là sự khuếch tán của nước qua một màng thấm chọn lọc Nước khuếch tán qua màng từ vùng có nồng độ chất tan thấp (lượng nước nhiều) đến vùng có nồng độ chất tan cao hơn (lượng nước ít) • Sự thẩm tách là sự khuếch tán của các phân tử chất tan qua màng thấm chọn lọc. Các chất tan khuếch tán từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn Nồng độ dung dịch đường thấp hơn Nồng độ dung dịch đường cao hơn H2O Màng thấm chọn lọc Thẩm thấu Nồng độ dung dịch đường bằng nhau Áp suất thẩm thấu • Áp suất thẩm thấu của một dung dịch biểu hiện lực hút nước của dung dịch đó. • Dung dịch có nồng độ càng cao thì áp suất thẩm thấu càng lớn và ngược lại. - Hai dung dịch đẳng trương có áp suất thẩm thấu bằng nhau. - Áp suất thẩm thấu của dung dịch nhược trương < áp suất thẩm thấu của dung dịch ưu trương. Dung dịch nhược trương Dung dịch đẳng trương H 2O Tiêu bào H 2O H 2O Bình thường Dung dịch ưu trương H 2O Teo bào (a) Tế bào động vật Dung dịch nhược trương H2O Trương nước (b) Tế bào thực vật Dung dịch đẳng trương H2O H2O Bình thường Dung dịch ưu trương H2O Co nguyên sinh Cân bằng nước • Tính trương là khả năng một dung dịch làm cho tế bào hút nước hoặc mất nước. • Dung dịch đẳng trương: nồng độ dung dịch bên ngoài bằng với nồng độ dịch bào; lượng nước đi vào và đi ra khỏi tế bào bằng nhau. • Dung dịch ưu trương: nồng độ dung dịch bên ngoài lớn hơn bên trong tế bào; tế bào mất nước. • Dung dịch nhược trương: nồng độ dung dịch bên ngoài nhỏ hơn bên trong tế bào; tế bào hút nước. Sự vận chuyển thụ động Khuếch tán đơn giản - chất khuếch tán đi từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn - không cần năng lượng do tế bào cung cấp - VD: H2O, O2, N2, glycerol, các chất tan trong lipid Khuếch tán có trợ lực • Có sự tham gia của các protein vận chuyển các chất qua màng tế bào. • Các protein kênh: - Aquaporins: trợ giúp cho sự khuếch tán của nước - Kênh ion (kênh có cổng): đóng hoặc mở khi đáp ứng một kích thích • Các protein tải • Không cần năng lượng do tế bào cung cấp DỊCH NGOẠI BÀO Protein kênh Chất tan DỊCH BÀO Một protein kênh Protein tải Một protein tải Chất tan Sự vận chuyển tích cực • Một số protein chuyên chở có thể vận chuyển các chất đi ngược chiều nồng độ. • Sự vận chuyển tích cực cần tế bào cung cấp năng lượng, thường là ATP. • Sự vận chuyển tích cực được tiến hành nhờ các protein đặc hiệu trong màng tế bào. • Vận chuyển tích cực cho phép tế bào duy trì sự khác biệt về gradient nồng độ với môi trường xung quanh. Bơm Na+ - K+ • là một loại trong hệ thống vận chuyển tích cực. • sử dụng năng lượng từ ATP để vận chuyển Na+ và K+ ngược chiều nồng độ của chúng: 3 Na+ được đổi với 2 K+. Bơm sinh điện • Một bơm sinh điện là một protein chuyên chở tạo ra hiệu điện thế qua màng • Bơm Na – K là bơm sinh điện chính của tế bào động vật • Bơm sinh điện chính của tế bào thực vật, nấm, và vi khuẩn là bơm proton – ATP DỊCH NGOẠI BÀO + – + H+ H+ Bơm proton H+ – DỊCH BÀO – – + H+ H+ + + H+ Sự đồng vận chuyển • Sự đồng vận chuyển xảy ra khi sự vận chuyển tích cực một chất gián tiếp dẫn đến sự vận chuyển của một chất khác • Thực vật thường dùng gradient của ion H+ được tạo ra bởi bơm proton để vận chuyển tích cực các chất dinh dưỡng vào trong tế bào – – ATP Bơm proton H+ H+ – – + + H+ H+ H+ + + Sucrose-H+ đồng vận chuyển H+ H+ Khuếch tán của H+ H+ Sucrose – – + + Sucrose Xuất bào và nhập bào • Nước và các phân tử nhỏ di chuyển qua màng tế bào thông qua lớp phospholipid hoặc nhờ các protein chuyên chở. • Các đại phân tử như polysaccharide và protein, đi qua màng nhờ các túi chuyên chở. • Cần được cung cấp năng lượng. Xuất bào • Các túi chuyên chở di chuyển về phía màng, hợp nhất với màng và phóng thích các chất bên trong ra ngoài • Nhiều loại tế bào tiết dùng hình thức xuất bào để phóng thích các sản phẩm Sự xuất bào Nhập bào • Tế bào thu nhận các đại phân tử bằng cách thành lập các túi chuyên chở từ màng tế bào. • Có ba kiểu nhập bào: – Thực bào – Ẩm bào – Nhập bào qua trung gian thụ thể THỰC BÀO DỊCH NGOẠI BÀO 1 µm DỊCH BÀO Giả túc Giả túc của amoeba Thức ăn Túi chuyên chở Vi khuẩn ẨM BÀO 0.5 µm Màng Túi chuyên chở NHẬP BÀO QUA TRUNG GIAN THỤ THỂ Thụ thể Ligand 0.25 µm [...]...• Sáu chức năng chính của các protein màng: – Vận chuyển – Xúc tác (enzyme) – Dẫn truyền tín hiệu – Nhận dạng tế bào – tế bào – Cầu nối giữa các tế bào – Gắn với khung xương tế bào và với dịch ngoại bào Phân tử tín hiệu Enzymes ATP (a) Vận chuyển Thụ thể Dẫn truyền tín hiệu (b) Xúc tác (c) Truyền tín hiệu Glycoprotein (d) Nhận dạng tế bào (e) Cầu nối tế bào (f) Gắn với khung xương tế bào và với dịch... hình cấu trúc màng • 1915: phân tích màng tế bào hồng cầu: lipid & protein • 1925: E Gorter và F Grendel đề xuất màng gồm 2 lớp phospholipid, vị trí protein trên màng? • 1935: Hugh Davson và James Danielli đề xuất mô hình “sandwich” trong đó lớp phospholipid kép nằm giữa hai lớp protein Các mô hình cấu trúc màng • Mô hình này có một số điểm chưa thỏa: - tất cả màng đều như nhau??? màng tế bào chất: cấu. .. THÍ NGHIỆM KẾT QUẢ Các proteins màng Sau 1 giờ Tế bào chuột Tế bào người Tế bào lai Kênh trên màng tế bào 1 Các kiểu kênh • Kênh khuếch tán: cho các chất đi qua từ nơi có nồng độ cao → thấp VD: ion K+ • Kênh ion phối hợp: cho 2 chất đi qua cùng chiều VD: ion Na+ và glucose • Kênh có cổng: khi được phân tử tín hiệu gắn vào, cổng kênh mở ra, Na+, Ca2+ đi vào trong tế bào • Protein tải cơ động: hoạt động... bào; lượng nước đi vào và đi ra khỏi tế bào bằng nhau • Dung dịch ưu trương: nồng độ dung dịch bên ngoài lớn hơn bên trong tế bào; tế bào mất nước • Dung dịch nhược trương: nồng độ dung dịch bên ngoài nhỏ hơn bên trong tế bào; tế bào hút nước Sự vận chuyển thụ động Khuếch tán đơn giản - chất khuếch tán đi từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn - không cần năng lượng do tế bào cung cấp - VD:... qua màng tế bào • Màng tế bào có tính thấm chọn lọc • Các phân tử kỵ nước (hydrocarbon) hòa tan trong lớp lipid và đi qua màng • Các phân tử ưa nước (đường) khó đi qua màng hơn • Các phân tử ưa nước đi qua màng nhờ các protein chuyên chở: - protein kênh: cho một số phân tử và ion đi qua màng - protein tải: thay đổi hình dạng để đưa các chất đi qua màng Các khái niệm Sự khuếch tán Phân tử phẩm màu Màng. .. carbohydrate trên màng • Các tế bào nhận diện nhau bằng cách gắn vào các phân tử trên bề mặt màng, thường là các carbohydrate • Các carbohydrate trên màng có thể liên kết với các lipid tạo thành glycolipid hoặc với các protein tạo thành glycoprotein • Các carbohydrate trên mặt ngoài của màng khác nhau giữa các loài, giữa các cá thể, thậm chí giữa các tế bào trong cùng một cơ thể II Mô hình cấu trúc dòng khảm... 2O Tiêu bào H 2O H 2O Bình thường Dung dịch ưu trương H 2O Teo bào (a) Tế bào động vật Dung dịch nhược trương H2O Trương nước (b) Tế bào thực vật Dung dịch đẳng trương H2O H2O Bình thường Dung dịch ưu trương H2O Co nguyên sinh Cân bằng nước • Tính trương là khả năng một dung dịch làm cho tế bào hút nước hoặc mất nước • Dung dịch đẳng trương: nồng độ dung dịch bên ngoài bằng với nồng độ dịch bào; lượng... nối tế bào (f) Gắn với khung xương tế bào và với dịch ngoại bào 1.3 Carbohydrate • Các carbohydrate gắn vào các protein ngoại vi tạo thành glycoprotein • Các carbohydrate gắn vào các phospholipid ngoại vi tạo thành glycolipid • Chiếm 2 – 10% thành phần cấu tạo của màng • Làm cho màng tế bào có tính bất xứng Fig 7-7 Các sợi của dịch ngoại bào (ECM) Glycoprotein Carbohydrate Glycolipid Cholesterol Các... động vận chuyển ion ra/vào tế bào 2 Sự đồng vận chuyển và đối vận chuyển • Sự đồng vận chuyển: 2 chất được tải qua kênh theo cùng một hướng VD: sự vận chuyển Na+ và glucose • Sự đối vận chuyển: vận chuyển 2 ion mang điện tích giống nhau qua kênh theo 2 hướng khác nhau giúp duy trì sự cân bằng điện tích VD: sự trao đổi Cl- với HCO3- Bơm 1 Bơm Na+ - K+ Bơm sử dụng năng lượng của tế bào để vận chuyển các... thỏa: - tất cả màng đều như nhau??? màng tế bào chất: cấu trúc 3 lớp, màng ty thể: một chuỗi các hạt - vị trí protein màng: các protein không tan hoàn toàn trong nước (phần ưa nước & kỵ nước) thì vùng kỵ nước của protein cũng tiếp xúc với nước??? • Năm 1972, J Singer và G Nicolson đề xuất mô hình thể khảm lỏng của màng tế bào Tính khảm của màng Do các phân tử protein phân bố rãi rác trong lớp phospholipid ... quan • Màng tế bào ranh giới phân chia bên tế bào với môi trường • Màng tế bào có tính thấm chọn lọc, cho phép số chất qua dễ dàng chất khác Thành phần hóa học màng 1.1 Lipid • Màng tế bào cấu tạo... xuất bào Nhập bào • Tế bào thu nhận đại phân tử cách thành lập túi chuyên chở từ màng tế bào • Có ba kiểu nhập bào: – Thực bào – Ẩm bào – Nhập bào qua trung gian thụ thể THỰC BÀO DỊCH NGOẠI BÀO... mặt màng khác loài, cá thể, chí tế bào thể II Mô hình cấu trúc dòng khảm Các mô hình cấu trúc màng • 1915: phân tích màng tế bào hồng cầu: lipid & protein • 1925: E Gorter F Grendel đề xuất màng