Tìm hiểu cơ chế tiếp nhận và xử lý thông tin của tế bào

Tìm hiểu cơ chế tiếp nhận và xử lý thông tin của tế bào

Tên đề tài: Tìm hiểu cơ chế tiếp

nhận và xử lý thông tin của tế bào

Lời mở đầu

Tại sao bạn lại biết nóng biết lạnh? Tại sao khi ngã bạn biết

bạn bị đau? Tại sao các tế bào ung thư lại phát triển một

cách “vô tổ chức”

Đó là nhờ cơ thể bạn nói chung và các tế bào trong cơ thể

bạn nói riêng đã tiếp nhận và xử lý các thông tin nhận từ

bên ngoài cơ thể/ các tế bào của bạn

Vậy cơ chế đó là gì?

Sau đây, chúng ta sẽ tìm hiểu một cách tổng quát nhất về

cơ chế tiếp nhận và xử lý thông tin của tế bào

Những vấn đề chính:

1.Tín hiệu tế bào

1.1.Các loại tín hiệu tế bào

1.2 Mối liê Mối liên hệ và kết nối giữa các tế bào

2.Cơ chế tiếp nhận và xử lý thông tin

2.1 Tiếp nhận thông tin

2.2 Truyền và Khuyếch đại tín hiệu

2.3 Trả lời tín hiệu

3 Quá trình truyền và xử lý tín hiệu trong điều hòa cương

cứng dương vật

1.Tín hiệu tế bào

1.1 Các loại tín hiệu tế bào

Tín hiệu điện học: các tín hiệu điện hóa, chênh lêch

điện thế trong và ngoài màng, tín hiệu dẫn truyền ở

các sợi trục nơ-ron thần kinh

Tín hiệu vật lý: nhiệt độ, ánh sáng tác động do tiếp

xúc trực tiếp giữa hai tế bào

Tín hiệu hóa học:các hóc-môn, các sản phẩm tuyến

tiết, tín hiệu nội tiết (endocrine), ngoại tiết (paracrine),

tự tiết (autocrine)

Tín hiệu tổng hợp: Những tín hiệu hình thành trong

giấc mơ, sự tưởng tượng…

Ngoài ra, người ta chia các tín hiệu tế bào thành hai

nhóm :

 Tín hiệu sơ cấp: là các phân tử protein hooc-mon, các

chất hóa học, các chất khí… có thể được nhân biết và

gắn với các thụ thể

Tín hiệu thứ cấp là các phân tử đặc hiệu có kích thước

nhỏ cAMP, Ca++ …

Trong tế bào còn có nhiều loại phân tử tín hiệu khác :

 Nhóm các tín hiệu là peptid, hormon: insulin,

glucagon, prolactic, FSH

 Nhóm các phân tử neurohormon: oxytocin,

endorphin

 Nhóm các phân tử có bản chất là hormon, các

nhân tố sinh trưởng, các chất điều hòa các hoạt động của

tế bào: EGF, FGF, IL-2, erythropoietin

 Nhóm các phân tử tín hiệu có bản chất lipid như

các steroid: testosteron, estradiol, cortisol

 Nhóm các phân tử tín hiệu thần kinh:

acetylcholin, serotonin, dopamin

 Nhóm các phân tử tín hiệu là các nucleotid,

vitamin A, acid béo

1.2 Mối liên hệ và kết nối giữa các tế bào

1.2.1 Liên kết giữa hai tế bào:

Kết nối chặt: thường gặp ở các tế bào biểu mô Kết nối

chặt làm cố định vị trí 2 tế bào kề nhau bằng protein đặc

hiệu

Kết nối giữa hai tế bào bằng rãnh thông: gặp ở 1 số tế

bào động vật và thực vật Các rãnh thông cấu tạo từ một

vài phân tử protein đặc hiệu, nối từ lưới nội chất của tế

bào này với lưới nội chất tế bào khác Ở tế bào thực vật

thì rãnh thông là một cầu nguyên sinh giữa các tế bào

Kết nối dạng neo: là kiểu kết nối phổ biến giữa các tế

bào Nhờ các phân tử protein kết nối (cadherin, integrin,

selectin ), làm cho các tế bào có sự liên kết chặt chẽ với

nhau

Hình 2

1.2.2 Liên kết với chất nền ngoại bào

Nhờ các phân tử protein neo dính nối các thành phần của

chết nền ngoại bào với các proteinn của khung xương tế

bào

2.Cơ chế tiếp nhận và xử lý thông tin

Hình 4

2.1 Tiếp nhận thông tin

Thông qua 2 loại thụ thể: thụ thể màng và thụ thể nội bào

Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển tín hiệu

thu được cho tế bào xử lý

Chúng sẽ thay đổi cấu trúc và tính chất ,đảm bảo quá

trình tiếp nhận tín hiệu có hiệu quả

2.1.1 Thụ thể màng:

Thụ thể kênh vận chuyển ion ( ion-channel-link receptor)

Thụ thể G-protein (G-protein-linked receptor)

Thụ thể enzyme (enzyme-linked receptors)

2.1.2 Thụ thể nội bào

Thụ thể nội bào cấu tạo từ những thụ thể nằm trong tế bào

chất, trong nhân hoặc trong các bào quan của tế bào

Chúng cấu tạo từ các phân tử protein, lipoprotein, enzym

Thụ thể nội bào tiếp nhận các tín hiệu khác nhau như các

steroid, các loại cortinoid, tetosterol, progesterol

Hình 6

Mỗi loại thụ thể nội bào khác nhau có thể tiếp nhận những

loại tín hiệu nhất định Ví dụ, thụ thể Acetylcholin tiếp

nhận tín hiệu là các phân tử acetylcholin, thụ thể IP3 tiếp

nhận các ion Ca2+, thụ thể PPAR tiếp nhận các chất tăng

sinh peroxiom, tham gia điều hòa quá trình phiên mã của tế

bào

2.2 Truyền tín hiệu

Thực chất quá trình truyền tín hiệu là một chuỗi các phản

ứng sinh hóa trong tế bào, điều hòa mọi hoạt động sống

của tế bào và cơ thể

2.2.1 Các kiểu truyền tín hiệu:

Truyền tín hiệu do tiếp xúc trực tiếp giữa 2 tế bào:

+Truyền tín hiệu trực tiếp qua rãnh thông +Truyền tín hiệu trực tiếp qua thụ thể màng:

 giữa 2 tế bào tiếp xúc nhau

 thông qua gian bào +Truyền tín hiệu trực tiếp qua thụ thể nội bào

Truyền tín hiệu từ các tuyến tiết: nội tiết ,ngoại tiết, tự

tiết

Truyền tín hiệu qua synap thần kinh

Hình 7

Hình 8

2.2.2 Bản chất quá trình truyền tín hiệu

 Bản chất quá trình truyền tín hiệu là sự phosphoryl

hóa các “protein mang”

 Phosphoryl hóa có 2 loại :

 phosphoryl hóa trực tiếp: nhờ các enzyme kinase

hoặc các chất khác gắn trực tiếp gốc phosphat vào protein

Phosphoryl hóa gián tiếp: nhờ thay thế phân tử GTP

bằng phân tử GDP

 Phần lớn các loại tín hiệu sơ cấp được tiếp nhận ở các

thụ thể, được chuyển hóa thành các tín hiệu thứ cấp vàđuợc khuếch đại sơ bộ sau đó được chuyển tới các

protein truyền.Nhờ các quá trình phosphoryl hóa làm cho tín hiệu được tiếp tục khuếch đại và truyền đến các bộ phận, các bào quan của tế bào, hoặc truyền từ

tế bào này sang tế bào khác

Hình 9

2.2.3 Khuếch đại tín hiệu

Các phân tử tín hiệu sơ cấp sau khi được tiếp nhận ở các thụ thể

được khuếch đại sơ bộ nhờ vai trò của các enzym Sau đó tín

hiệu sơ cấp được chuyển hóa thành tín hiệu thứ cấp và được

khuếch đại lên nhiều lần qua nhiều bước trung gian Khuếch đại

tín hiệu thực chất là quá trình phosphoryl hóa nhờ sự tham gia

của các protein kinase, và các enzym đặc hiệu khác

Hình 10

Nhờ quá trình khuếch đại mà một tín hiệu yếu có thể trờ thành

mạnh Sau khi được khuếch đại, tín hiệu được tiếp tục truyền

đến các bộ phận cần thiết trong tế bào hoặc tế bào đích khác

2.2.4 Quá trình truyền tín hiệu: Gồm 2 giai đoạn:

• Tín hiệu sơ cấp được thụ thể tiếp nhận, sau đó nhờ các

protein truyền được khuếch đại( phosphoryl hóa) thành

tín hiệu thứ cấp

• Tín hiệu thứ cấp tiếp tục được khuếch đại nhờ sự

phosphoryl hóa các protein mang trước khi đưa tới tế bào

trả lời

Truyền tín hiệu là một quá trình phức tạp gồm hàng loạt

các phản ứng kế tiếp nhau, phối hợp chặt chẽ với nhau

Hình 11

2.2.5 Các con đường dẫn truyền tín hiệu

2.2.5.1 Con đường cAMP

Tín hiệu sơ cấp được thụ thể G-protein tiếp nhận, hoạt hóa tiểu phần

anpha của protein-G Nhờ tiểu phần anpha được hoạt hóa, enzym

adenynyl cyclase từ vô hoạt trở nên có hoạt tính, xúc tác cho quá

trình từ ATP tạo thành cAMP (tín hiệu thứ cấp).Các phân tử cAMP

khuếch tán trong tế bào, xúc tác các protein serin/thểonin kinase

thành dạng hoạt tính (gọi là protein kinase A) Protein kinase A xúc

ác quá trình phosphoryl hóa các phân tử protein khác

Hình 12

2.2.5.2 Kênh Ca2+

Hình 13

Thụ thể G-protein tiếp nhận tín hiệu sơ cấp, các phân tử hoạt

hóa được kích thích enzym phospholipase C Enzym này xúc tác

quá trình phản ứng phân cắt PIP2 tạo thành DAG và IP3

IP3 là nộ tín hiệu thứ cấpm tác động vào thụ thể ion Ca2+trên

màng của lưới nội chất, giải phóng các ion Ca2+ ra tế bào

2.2.5.3 Con đường Ras => MAP kinase

Hình 14

Sau khi tín hiệu được thụ thể RTK tiếp nhận, tín hiệu được

truyền đến phân tử protein Ras hoạt tính Qua một số giai đoạn

trung gian, tín hiệu được khuếch đại và chuyển đến protein

MAP kinase (MAPK) Nhờ ATP của tế bào làm cho MAP

kinase có hoạt tính MAPK được đưa vào nhân kích hoạt các

nhân tố phiên mã

 Kích thích hoặc ức chế hoạt động 1 gen….

2.3.1 Các kiểu trả lời tín hiệu

Hình 15

a) Mỗi loại thụ thể tiếp nhận loại tín hiệu tương ứng

Các loại tế bào khác nhau có các protein thụ thể khác

nhau, protein tế bào chất khác nhau trả lời khác nhau

b) Một thụ thể có thể tiếp nhận các tín hiệu khác nhau

d)Một loại tế bào nhận tín hiệu tác động khác nhau trả lời

khác nhau

Ví dụ ở các giai đoạn khác nhau, các tín hiệu khác

nhau tác động dẫn đến phản ứng trả lời khác nhau: sinh

trưởng, phân chia, biệt hóa, chết…

e) Các tế bào khác nhau trả lời cùng 1 tín hiệu khác nhau

(f)

f) Nhiều loại tín hiệu cùng tác động đến phản ứng trả của tế

bào

2.3.2 Tốc độ trả lời tín hiệu

Tùy theo loại tín hiệu tác động, loại tế bào nhận và các thụ

thể khác nhau, tốc độ trả lời tín hiệu khác nhau Quá trình trả

lời tín hiệu chia làm 2 nhóm: trả lời nhanh và trả lời chậm

- Tín hiệu từ thụ thể màng đưa đến protein truyền trong tế

bào chất, tiếp đến bộ phận trả lời: rất nhanh (1 giây đến vài

phút)

- Tín hiệu từ thụ thể màng truyền vào nhân, chỉ huy tông

3 Quá trình truyền và xử lý tín hiệu trong điều hòa cương

cứng dương vật

Hình 16

Dương vật cương cứng là do sự giãn cơ ở các tế bào cơ

trơn( trong thể hang), làm cho máu lưu thông tới đây

nhiều hơn,chèn ép gần hết các tĩnh mạch khiến máu tập

trung lượng lớn ở dương vật Khiến dương vật cương

cứng

3.1 Cơ chế truyền tín hiệu

Hình 17

Khi “hưng phấn”, não kích thích tạo ra NO, hoạt hóa

Guanylate cyclase xúc tác quá trình tạo cGMP là tác nhân

gây cương cứng

Nhờ có chất PDE-5 sẽ bất hoạt các cGMP thành GMP và

được phosphoryl hóa thành GTP dự trữ năng lượng.Do vậy,

hiện tượng cương dương sẽ bị loại bỏ

Chính nhờ cơ chế trên, các nhà khoa học đã chế tạo ra

những loại thuốc “cương cứng” Và trôi nổi nhất trên thị

trường hiện giờ là Viagra

3.2 Cơ chế của Viagra:

3.3 Ảnh hưởng của Ca2+ :

3.3.1 Cấu tạo của cơ trơn:

Gồm có myosin, actin với Ca2+ Các hạt Actin được gắn với

đầu của myosin, kết hợp cùng với Ca2+ tạo nên cấu trúc cơ

trơn

Hình 19

3.3.2 Ảnh hưởng của Ca2+ tới sự dãn cơ trơn trong thể xoang

Hình 20

Khi NO được tạo ra, được đưa vào trong tế bào cơ trơn NO

hoạt hóa enzym guanynyl cylcase xúc tác quá trình chuyển

hóa GTP thành cGMP , kích thích quá trình Ca2+ di chuyển

vào trong màng lưới nội chất qua kênh Ca2+ Nồng độ Ca2+

trong tế bào cơ trơn giảm khiến cho phần đầu của myosin tách

khỏi actin, gây hiện tượng dãn cơ

Kết luận

Việc tìm hiểu, nghiên cứu cơ chế tiếp nhận và xử lý thông tin

tế bào là cần thiết để đem lại hiểu biết và phương hướng ứn

dụng đa dạng của nó trong công nghệ sinh học Khi chúng ta

nắm rõ bản chất cơ cấu hoạt động trao đổi thông tin của tế

bào, thật là hữu ích khi chúng ta muốn can thiệp vào hoạt

động sống của các chủng hoặc mô hoạt động theo ý muốn của

chúng ta Chúng thúc đẩy sự phát triển của ngành sinh học

phân tử, đặc biệt trong việc tìm kiếm những phương pháp

chữa trị bệnh tật và củng cố sức khỏe cho con người Thế kỷ

21, thế kỷ của công nghệ sinh học, để làm chủ kiến thức liên

quan đến sự sống này thì những hiểu biết về trao đổi thông tin

của tế bào là không thể thiếu

Tài liệu tham khảo

1.Giáo trình sinh học tế bào –PGS.TS Khuất Hữu Thanh

2.http://www.google.com.vn

3.http://www.sciencedirect.com

4 Discover Biology Michael L Cain (Author), Hans

Damman (Author), Robert Lue (Author), Carol Kaesuk Yoon

(Author), Richard Morel (Contributor)

5 http://en.wikipedia.org

6 Molecular Cell Biology 5th ed - Lodish et al

Lời mở đầu

1.Tín hiệu tế bào

1.1 Các loại tín hiệu tế bào

1.2 Mối liên hệ và kết nối giữa các tế bào

1.2.1 Liên kết giữa hai tế bào

1.2.2 Liên kết với chất nền ngoại bào

2.Cơ chế tiếp nhận và xử lý thông tin

2.1 Tiếp nhận thông tin

2.1.1 Thụ thể màng

2.1.2 Thụ thể nội bào

2.2 Truyền tín hiệu

2.2.1 Các kiểu truyền tín hiệu

2.2.2 Bản chất quá trình truyền tín hiệu

2.2.3 Khuếch đại tín hiệu

2.2.4.Quá trình truyền tín hiệu

2.2.5 Các con đường dẫn truyền tín hiệu

2.2.5.1 Con đường cAMP

3 Quá trình truyền và xử lý tín hiệu trong điều

hòa cương cứng dương vật

3.1 Cơ chế truyền tín hiệu

3.2 Cơ chế của Viagra

3.3 Ảnh hưởng của Ca 2+

3.3.1 Cấu tạo của cơ trơn

3.3.2 Ảnh hưởng của Ca 2+ tới sự dãn cơ trơn

trong thể xoang

Kết luận

1 2 2 3 3 4 5 6 6 7 8 8 9 11 12 13 13 14 15 16 16 18 19

19 19 23 23 24 25