HÓA SINH MÀNG TẾ BÀO. TS.BS. Trần Thị Chi Mai. Bộ môn Hóa sinh lâm sàng Khoa KTYH- Đại học Y Hà Nội

Trình bày được sự vận chuyển các chất qua màng bào tương tế bào... • Các phân tử của màng được liên kết với nhau bởi các tương tác kỵ nước yếu.. Khi nhiệt độ thấp đi, màng chuyển từ trạ

MỤC TIÊU HỌC TẬP

1 Trình bày được cấu trúc màng tế bào: thành phần

hoá học, mô hình cấu trúc

2 Trình bày được sự vận chuyển các chất qua màng

bào tương tế bào

lipid kép với các protein

hình cầu gắn vào lớp lipid

kép

• Trên bề mặt màng, các

nhóm carbohydrat gắn

với lipid tạo glycolipid,

gắn với protein tạo

(Fluid Mosaic Model)

• Năm 1972, S Singer và G Nicolson đề xuất mô hình

cấu trúc màng tế bào là mô hình khảm lỏng

Extracellular fluid

Transmembrane proteins Glycoprotein

Peripheral

protein

Cholesterol

Filaments of cytoskeleton Cytoplasm

Phospholipid

gắn với các nhóm phân cực khác

(đầu phân cực) trong khi chuỗi hydrocarbon của 2 acid béo kỵ

nước (hydrophobic) (đuôi không phân cực)

Structural formula Space-filling model Phospholipid symbol

Hydrophilic head Hydrophobic tails

Fatty acids

Choline

Phosphate

Glycerol

Lớp Phospholipid kép

• Gồm 2 lớp phospholipid; đuôi không phân cực hướng

vào trong, đầu phân cực ở bề mặt.

• Tế bào động vật chứa cholesterol.

• Dạng lỏng, cho phép các protein di chuyển trong lớp kép

(bilayer).

Polar hydro-philic heads

Nonpolar hydro-phobic tails

Polar hydro-philic heads

• Các phân tử của màng được liên kết với nhau bởi các tương tác kỵ nước

yếu.

• Phần lớn lipid và một số protein di chuyển sang bên cạnh trong mặt phẳng

của màng, nhưng hiếm khi di chuyển từ lớp phospholipid này sang lớp kia

(flip-flop).

• Tính lỏng của màng chịu ảnh hưởng của nhiệt độ Khi nhiệt độ thấp đi,

màng chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn do các phân tử

phospholipid xếp chặt lại hơn.

• Tính lỏng của màng chịu ảnh hưởng của thành phần cấu tạo Màng giàu

acid béo không no lỏng hơn màng chủ yếu là acid béo no vì liên kết đôi của

acid béo không no ngăn cản sự gắn chặt.

Lateral movement (~10 7 times per second)

Flip-flop (~ once per month)

• Cholesterol

chặt

chống lại sự thay đổi tính lỏng của màng khi nhiệt độ thay đổi

Cholesterol

• Protein ngoại vi (Peripheral proteins) gắn lỏng lẻo với bề mặt màng

• Protein xuyên màng (Integral proteins) nằm trong lớp lipid kép

• Nhiều protein trải từ mặt này sang mặt kia của màng (transmembrane

EXTRACELLULAR SIDE

11

6 Chức năng chính của Protein màng tế bào

1 Vận chuyển (trái) Protein xuyên màng có thể tạo kênh

ưa nước cho phép các chất tan đi qua (Phải) Cac

protein vận chuyển chất từ phia này sang phía kia bằng

thay đổi hình dạng Một số protein này thuỷ phân ATP

cung cấp năng lượng bơm các chất qua màng

2 Hoạt tính enzym Protein màng có thể là enzym với

trung tâm hoạt động ở phía dung dịch bên cạnh Một số

trường hợp, một số enzym được sắp xếp thành nhóm

xúc tác nhiều bước liên tiếp của con đường chuyển

hoá.

3. Truyền tín hiệu (Signal transduction) Protein màng có

vị trí gắn có hình dáng cụ thể vừa khít với các tín hiệu

hoá học như hormone Chất truyền tin bên ngoài (tín

hiệu) có thể gây ra thay đổi cấu hình của protein

(receptor) làm khởi phát truyền tin trong tế bào

ATP Enzymes

Signal

Receptor

Nhận biết tế bào- tế bào Một số glyco-protein được dùng

như các vị trí gắn với các tế bào và được nhận biết đặc hiệu

bởi các tế bào khác

Nối các tế bào Protein màng của các tế bào kề cận có thể

móc với nhau theo nhiều cách tiêp nối:

gap junctions hoặc tight junctions

Gắn với bộ khung tế bào và matrix ngoài tế bào.

Các vi sợi (microfilaments) hoặc các yếu tố khác của

bộ khung tế bào có thể gắn với protein màng, giúp duy trì

hình dáng tế bào và ổn định vị trí của protein màng.

Các protein gắn với matrix ngoài tế bào, có thể phối hợp

các thay đổi trong và ngoài tế bào.

4.

5

6.

protein

Glyco-6 Chức năng chính của Protein màng tế bào

Cell surface identity

marker

Attachment to the cytoskeleton Cell adhesion

Functions of Plasma Membrane Proteins

Vận chuyển qua màng

• Màng bào tương phân cách tế bào sống với môi

trường bên ngoài

• Để duy trì sự sống, tế bào phải trao đổi vật chất

với môi trường bên ngoài, quá trình kiểm soát

bởi màng bào tương

• Vật chất đi vào và đi ra khỏi tế bào qua màng.

• Cấu trúc màng làm nó có tính thấm chọn lọc,

cho phép một số chất đi qua dễ dàng hơn chất

khác

Vận chuyển qua màng

Vận chuyển thụ động (Passive Transport)

một chất qua màng tế bào mà không cần

Dung dịch và vận chuyển

hoặc nhiều thành phần

• Dung môi – môi trường hoà tan

• Chất tan – các thành phần chiếm lượng nhỏ

hơn trong dung dịch

Khuyếch tán

độ thấp hơn – làm giảm gradient nồng độ

nồng độ

Lump

of sugar

No net movement at equilibrium

Random movement leads to net movement down a

concentration gradient

Water

Khuyếch tán qua màng

lỗ, từ phía có nồng độ cao sang phía có nồng độ thấp hơn

Net diffusion Net diffusion Equilibrium

• Sự có mặt của các kênh và các chất vận chuyển

• Các phân tử kỵ nước tan trong lipid và có thể

qua màng nhanh chóng

• Các phân tử phân cực không qua màng được

nhanh chóng

• Các protein vận chuyển cho phép các chất ưa

nước qua màng tế bào

chất đòi hỏi protein vận

chuyển để vận chuyển qua

đơn giản của nước

nghĩa osmosis là sự khuyếch tán

của nước qua màng bán thấm.

mem-brane: sugar

mole-cules cannot pass

through pores, but

water molecules can

More free water

molecules (higher

concentration)

Water molecules cluster around sugar molecules

Fewer free water molecules (lower concentration)

Water moves from an area of higher free water concentration to an area

of lower free water concentration



Osmosis

Osmosis

lực cần thiết để giữ cân bằng với nước

cao

dịch làm cho tế bào lấy hoặc mất

nước-dựa trên nồng độ của chất tan.

Trương lực

• Nếu hai dung dịch có cùng nồng độ chất tan, chúng

được gọi là đẳng trương (isotonic).

• Nếu một dung dịch có nồng độ chất tan cao hơn gọi là

ưu trương (hypertonic).

• Nếu dung dịch có nồng độ chất tan thấp hơn gọi là

nhược trương (hypotonic).

Hypotonic solution Isotonic solution Hypertonic solution

Khuyếch tán tăng cường

protein vận chuyển Thường là các phân tử lớn phân cực và các ion

• Hai loại protein vận chuyển là:

Khuyếch tán tăng cường

chuyển chỉ vận chuyển một số ion hoặc

ngược gradient nồng độ

chuyển được sử dụng, tốc độ khuếch tán

Vận chuyển tích cực

chuyển một chất chống lại gradient nồng

độ.

• Bơm màng tế bào (protein-mediated active

transport)- vận chuyển tích cực tiên phát

• Đồng vận chuyển (cotransport)- vận chuyển

tích cực thứ phát

Bơm vận chuyển

ATP để chuyển một chất qua màng ngược

gradient nồng độ :

sites are receptive again;

the cycle repeats.

3 Phosphorylation causes the protein to change its conformation, expelling Na + to the outside.

4 Extracellular K + binds to the protein, triggering release of the Phosphate group.

5 Loss of the phosphate

restores the protein’s

original conformation.

P

EXTRACELLULAR FLUID

Na +

CYTOPLASM

[Na + ] low [K + ] high

P i

P i

Vận chuyển tích cực thứ phát

(đồng vận chuyển)

• 2 giai đoạn:

gradient nồng độ và năng lượng dự trữ dùng chuyển một chất

Tóm tắt: Vận chuyển tích cực và thụ động

Passive transport Substances diffuse spontaneously

down their concentration gradients, crossing a

membrane with no expenditure of energy by the cell

The rate of diffusion can be greatly increased by transport

proteins in the membrane.

Active transport Some transport proteins act

as pumps, moving substances across a membrane against their concentration gradients Energy for this work is usually supplied by ATP.

Diffusion Hydrophobic

molecules and (at a slow

rate) very small uncharged

polar molecules can diffuse

through the lipid bilayer.

Facilitated diffusion Many

hydrophilic substances diffuse through membranes with the assistance of transport proteins, either channel or carrier proteins.

ATP

Vận chuyển các chất kích thước lớn

Endocytosis

hoặc dịch, tạo túi đi vào trong tế bào:

• Phagocytosis

• Pinocytosis

• Receptor-Mediated Endocytosis

EXTRACELLULAR FLUID

Pseudopodium

CYTOPLASM

“Food” or other particle

Food vacuole

1 µm

Pseudopodium

of amoeba

Bacterium Food vacuole

An amoeba engulfing a bacterium via phagocytosis (TEM).

PINOCYTOSIS

Pinocytosis vesicles forming (arrows) in

a cell lining a small blood vessel (TEM).

0.5 µm

In pinocytosis, the cell

“gulps” droplets of

extracellular fluid into tiny

vesicles It is not the fluid

itself that is needed by the

cell, but the molecules

dissolved in the droplet

Because any and all

included solutes are taken

into the cell, pinocytosis

is nonspecific in the

substances it transports.

Plasma membrane

particle is digested after

the vacuole fuses with a

lysosome containing

hydrolytic enzymes

PHAGOCYTOSIS

Process of Phagocytosis

Coated vesicle Receptor

A coated pit and a coated vesicle formed during

mediated endocytosis (TEMs).

receptor-Plasma membrane

Coat protein

Receptor-mediated endocytosis

enables the cell to acquire bulk quantities

of specific substances, even though those

substances may not be very concentrated

in the extracellular fluid Embedded in the

membrane are proteins with specific

receptor sites exposed to the extracellular

fluid The receptor proteins are usually

already clustered in regions of the

membrane called coated pits, which are

lined on their cytoplasmic side by a fuzzy

layer of coat proteins

Extracellular substances (ligands) bind

to these receptors When binding occurs,

the coated pit forms a vesicle containing

the ligand molecules Notice that there are

relatively more bound molecules (purple)

inside the vesicle, other molecules

(green) are also present After this

ingested material is liberated from the

vesicle, the receptors are recycled to the

plasma membrane by the same vesicle.

Receptor-mediated Endocytosis

Exocytosis

• Ngược với endocytosis

• Màng của túi hoà với màng tế bào và giải phóng

ra bên ngoài