I.ĐẠI CƯƠNG.
– Màng tế bào là một loại màng bán thấm sinh học. Không chỉ phân cách tế bào thành một tổ chức sống độc lập, màng tế bào còn giúp tế bào trao đổi vật chất với môi trường xung quanh. Đây là một quá trình vận chuyển có chọn lọc theo nhu cầu của tế bào đồng thời cũng để điều hòa hằng tính nội môi.
– Thành phần cơ bản của màng tế bào là lớp phospholipid kép được khảm bởi các phân tử protein và bao bọc bên ngoài là lớp áo glycocalyx.
* Có hai dạng vận chuyển vật chất qua màng:
– Vận chuyển qua các phân tử cấu tạo lên màng:
+ Vận chuyển thụ động: qua lớp phospholipid kép, qua các kênh protein xuyên màng (khuếch tán đơn giản) hoặc qua các protein xuyên màng không có tính enzyme (khuếch tán được gia tốc).
+ Vận chuyển chủ động: qua các protein xuyên màng có tính chất enzyme (chủ động sơ cấp), hoặc kết hợp protein xuyên màng không có tính enzym và protein mang xuyên màng có tính enzyme (chủ động thứ cấp).
– Vận chuyển qua một đoạn màng: vận chuyển bằng cơ chế hòa màng theo kiểu nhập và xuất bào.
II. VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT QUA CÁC PHÂN TỬ CẤU TẠO MÀNG TẾ BÀO.
Quá trình vận chuyển có chọn lọc các chất và phụ thuộc vào đặc tính của các phân tử cấu tạo lên màng tế bào.
1. Vận chuyển thụ động.
- Khái niệm.
– Theo hướng gradient từ nơi nồng độ cao đến nơi nồng độ thấp.
– Theo thể thức bậc thang.
– Không cần năng lượng (E tích tụ trong gradient)
– Hầu hết không cần chất chuyên chở.
– Hướng tới làm thăng bằng bậc thang.
– Gồm 4 hình thức: khuếch tán, thẩm thấu, điện thẩm và siêu lọc
*1.1. Khuếch tán.
– Chất khuếch tán đi từ nơi nồng độ cao đến nơi nồng độ thấp nhờ năng lượng chuyển động nhiệt.
– Tốc độ khuếch tán qua màng phụ thuộc vào:
- Bản chất của chất khuếch tán.
. Tỉ lệ thuận với độ hòa tan trong lipid.
. Tỉ lệ nghịch với trọng lượng phân tử
- Nhiệt độ: tỉ lệ thuận
- Trạng thái của màng:
. Tỉ lệ nghịch với độ dày của màng.
. Số kênh trên đơn vị diện tích màng.
– Sự khuếch tán của 1 chất khác xảy ra đồng thời.
* Các dạng khuếch tán.
- Khuếch tán đơn giản.
+Trong khuếch tán đơn thuần, mức độ khuếch tán được xác định bởi:
- Số lượng chất được vận chuyển
- Tốc độ chuyển động nhiệt
- Số lượng các kênh protein trong màng tb
* Các yếu tố ảnh hưởng đến sự khuếch tán đơn giản:
– Ảnh hưởng của tính thấm màng: tốc độ khuếch tán qua màng phụ thuộc vào:
+ Bản chất của chất khuếch tán: tỉ lệ thuận với độ hòa tan trong dầu, tỉ lệ nghịch với trọng lượng phân tử.
+ Nhiệt độ: tỉ lệ thuận với nhiệt độ.
+ Trạng thái của màng: tỉ lệ nghịch với độ dày của màng và tỉ lệ thuận với số kênh trên một đơn vị diện tích màng.
+ Sự khuếch tán của 1 chất khác xảy ra đồng thời.
– Ảnh hưởng của sự chênh lệch nồng độ các chất ở hai bên màng: chênh lệch nồng độ càng lớn tốc độ khuếch tán càng tăng tuyến tính.
– Ảnh hưởng của sự chênh lệch điện thế tạo nên hiện tượng điện thẩm: khi có sự chênh lệch về điện thế giữa hai bên màng thì sẽ có sự chuyển động của các ion: ion (+) di chuyển về phía bên màng tích điện (-), ion (-) di chuyển về phía bên màng tích điện (+).
– Ảnh hưởng của chênh lệch các áp suất dung dịch tạo nên hiện tượng siêu lọc: một dung dịch gồm hai thành phần là dung môi (dung môi của dịch cơ thể là nước) và các chất hòa tan, mỗi thành phần sẽ tạo ra một loại áp suất có tác dụng khác nhau.
+ Ảnh hưởng của chênh lệch của áp suất thủy tĩnh:
- Áp suất thủy tĩnh là áp suất của dung môi (nước).
- Áp suất thủy tĩnh có tác dụng đẩy nước và các chất hòa tan trong nước đi từ nơi có áp suất thủy tĩnh cao sang nơi có áp suất thủy tĩnh thấp.
(Ví dụ ở màng mao mạch phía tiểu động mạch, áp suất thủy tĩnh trong mao mạch lớn hơn áp suất thủy tĩnh ngoài mao mạch nên nước và các chất hòa tan trong nước sẽ khuếch tán ra ngoài mao mạch.)
+ Ảnh hưởng của chênh lệch áp suất thẩm thấu:
- Áp suất thẩm thấu là áp suất của các chất hòa tan như muối NaCl và protein (áp suất keo).
- Áp suất thẩm thấu có tác dụng giữ nước ở lại (ngăn cản không cho nước di chuyển sang phía bên đối diện), đồng thời lại có tác dụng hấp dẫn (kéo) nước từ nơi có áp suất thẩm thấu thấp đến nơi có áp suất thẩm thấu cao gọi là hiện tượng thẩm thấu.
- Như vậy, sự thẩm thấu thực chất là một quá trình khuếch tán của các phân tử dung môi (nước).
Công thức tính áp suất thẩm thấu của một dung dịch theo luật Van’t Hoff:
P = RTC
Trong đó: R là hằng số khí lý tưởng
T là nhiệt độ tuyệt đối
C là nồng độ thẩm thấu.
*Nồng độ thẩm thấu: là nồng độ mol của của chất hòa tan và phụ thuộc vào số hạt chất tan trong 1 đơn vị thể tích
Mỗi hạt thẩm thấu là 1 phân tử của chất không phân ly hoặc 1 ion của phân tử phân li thành ion.
Đơn vị nồng độ thẩm thấu là osmol (1osmol=1000 mosmol)
Có hai loại: osmolality (mosm/Kg dung dịch) và osmolality (mosm/lít dung dịch). Trong thực hành y khoa, thường dùng osmolarity.
– Khuếch tán qua lớp lipid kép: là khuếch tán qua khoảng kẽ giữa các phân tử của lớp lipid kép.
+Chất được vận chuyển là các chất hòa tan trong dầu như O2, CO2, nitơ, acid béo, vitamin tan trong dầu A, D, E, K, rượu …
+Mặc dù nước không hòa tan trong dầu nhưng một phần nước vẫn có thể khuếch tán qua lớp lipid kép vì kích thước của chúng nhỏ nhưng động năng của chúng lại rất lớn nên chúng có thể xuyên qua lớp lipid kép như những “viên đạn” (bullets).
+Các ion không thể thấm qua lớp lipid kép.
– Khuếch tán qua các kênh protein:là khuếch tán qua phân tử protein xuyên màng dạng kênh.
+Chất được vận chuyển là nước và các chất hòa tan trong nước như các ion. Các kênh protein này chọn lọc chất khuếch tán do đặc điểm về đường kính, hình dạng, điện tích.
+Các kênh còn được đóng mở bằng cổng theo điện thế hoặc hóa học. Các kênh quan trọng như kênh Na+ cho Na+ đi từ ngoài vào trong tế bào; kênh K + cho K + đi từ trong ra ngoài tế bào; kênh Cl – cho Cl – đi từ ngoài vào trong tế bào; kênh Ca 2+ cho Ca 2+ và cả Na + đi từ ngoài vào trong tế bào.
- Nước và các chất hòa tan trong nước.
- Các kênh protein này chọn lọc chất khuếch tán do đặc điểm về đường kính, hình dạng và điện tích của kênh.
– Khuếch tán được gia tốc.
Là sự khuếch tán nhờ vai trò của chất mang, còn gọi là khuếch tán qua chất mang.
Chất mang này chính là protein xuyên màng không có tính chất enzyme.
+ Chất khuếch tán:
- Là chất hữu cơ không tan trong lipid và có kích thước phân tử lớn, đặc biệt là Glucose, acid amin.
- Insulin kích thích tốc độ khuếch tán gấp 10 – 20 lần.
- Có thể vận chuyển các monosaccharide khác như Galactose, mantoze, xylose, arabinose.
+ Cơ chế khuếch tán được gia tốc:
- Chất được vận chuyển gắn vào protein mang làm cho protein mang thay đổi cấu hình và mở ra ở phía bên kia của màng.
- Chuyển động nhiệt của phân tử chất khuếch tán sẽ tách nó ra khỏi điểm gắn và di chuyển về bên kia màng.
+ Tốc độ khuếch tán:
phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó có số lượng protein mang trên một đơn vị diện tích màng. Do đó, tốc độ khuếch tán có giá trị tối đa (Vmax) chứ không phải tuyến tính như khuếch tán đơn giản.
* Thẩm thấu:
* Điện thẩm.
* Siêu lọc
2. Vận chuyển chủ động.
- Khái niệm.
Vận chuyển chủ động có đặc điểm:
– Cần tiêu thụ năng lượng ATP.
– Cần chất chuyên chở (chất mang có tính enzym hay còn gọi là bơm).
– Diễn ra theo hướng ngược gradient từ nơi có nồng độ thấp đến nơi có nồng độ cao tiến tới làm bậc thang nồng độ ngày càng rộng hơn.
- Các dạng vận chuyển chủ động.
- Vận chuyển chủ động sơ cấp.
* Đặc điểm.
– Nguồn gốc năng lượng: thủy phân ATP hoặc một vài hợp chất Phosphate cao năng khác.
– Chất được vận chuyển: ion Na+, K+, Ca2+, H+, Cl-
– Bao gồm:
- Bơm Na+ -K+ -ATPase
- Bơm Ca2+
- Vận chuyển chủ động sơ cấp ion H+
– 1.1 Bơm Na+, K+, ATPase
- Hoạt động: 3 Na+ vô, 2 K+ ra.
=> Do năng lượng cung cấp từ ATP làm thay đổi cấu hình chất mang.
- Chức năng: do bơm có vai trò duy trì nồng độ Na+ và K+ khác nhau 2 bên màng.
[Na0+]>[Nai] , [Ki+]>[K0+].
Do đó giúp: (1) Điều hòa thể tích tế bào ( quan trọng nhất); (2) tác nhân tạo ra điện thế màng.
Câu hỏi:
– Bơm Ca2+: hiện diện ở hầu hết tế bào trong cơ thể, khi bơm hoạt động sẽ bơm Ca 2 + từ trong bào tương ra ngoài tế bào hoặc vào các bào quan trong tế bào duy trì nồng độ Ca 2 + thấp trong bào tương tế bào.
– Bơm proton H+: vận chuyển chủ động sơ cấp ion H+ ở một số nơi trong cơ thể như:
+ Tế bào thành của dạ dày: bài tiết H+ để tạo HCl trong dịch vị.
+ Ông thận (đoạn cuối ống lượn xa, ống góp): bài tiết H+ để điều hòa nồng độ H+ trong máu.
- Vận chuyển chủ động thứ cấp.
* Khái niệm.
– Năng lượng cung cấp cho vận chuyển gián tiếp từ sự thủy phân ATP.
– Chất được vận chuyển: chất hữu cơ như glucose, acid amin, các ion.
– Tính chất của sự phối hợp các protein mang: protein mang thứ nhất có tính chất enzym (bơm) hoạt động theo cơ chế vận chuyển chủ động sơ cấp tạo ra một bậc thang nồng độ của ion. Năng lượng được giải phóng từ bậc thang nồng độ ion cho phép protein mang thứ hai không có tính chất enzym vận chuyển ion theo bậc thang nồng độ và chất cùng vận chuyển khác ngược bậc thang nồng độ.
*Hai loại vận chuyển chủ động thứ cấp:
*Đồng vận chuyển thuận (Co-transport):
các chất được vận chuyển đi cùng một hướng.
Ví Dụ: đồng vận chuyển thuận Na + (ngoài vào trong )và glucose/acid amin ở tế bào biểu mô ống tiêu hóa và ống thận để hấp thu các chất này vào máu.
*Đồng vận chuyển nghịch (Counter – transport):
các chất được vận chuyển đi ngược hướng nhau.
Ví dụ: đồng vận chuyển nghịch của K + hoặc H + với Na + ở tế bào biểu mô ống lượn xa và ống góp để bài tiết K + hoặc H + và tái hấp thu Na + trao đổi.
Câu hỏi: Những cách mà Na+ đi qua được màng tế bào
3. Vận chuyển vật chất bằng một đoạn màng tế bào. ( vận chuyển tích cực qua kẽ tế bào )
-Vận chuyển vật chất bằng một đoạn màng được thực hiện thông qua cơ chế hòa màng.
-Hòa màng là khả năng màng tế bào có thể cắt một đoạn màng tạo thành túi hoặc ngược lại bổ sung màng túi vào màng tế bào.
– Xảy ra tại biểu mô ruột, biểu mô ống thận, biểu mô các tuyến ngoại tiết đám rối mạch mạc ở não
| EMF = +- 61 log Ci/Co (mV)
Na+ = -61 log 0,1 = 61mV ( Bên ngoài màng: 40, bên trong 140 ) Cl-= -61( log 103/4) = – 86mV ( ngoài màng 103, bên trong 4) K+ = -94mV Nếu như trong thời điểm xét, chỉ cho Na+ là 61mV |
|---|
- Hiện tượng nhập bào.
+Nhập bào là hiện tượng tế bào nuốt các chất bên ngoài tế bào.
-Có hai hình thức:
+ Thực bào (phagocytosis): là hiện tượng tế bào nuốt vi khuẩn, mô chết, bụi…
Chỉ một số tế bào có khả năng này đó là các đại thực bào ở mô hình thành từ các bạch cầu mono trong máu, bạch cầu hạt trung tính (tiểu thực bào) và bạch cầu ưa acid.
+ Ẩm bào (pinocytosis): là hiện tượng tế bào nuốt các dịch lỏng và các hòa chất tan có kích thước nhỏ…
Âm bào xảy ra liên tục ở hầu hết các tế bào.
– Cơ chế nhập bào: màng bào tương tế bào kết dính với chất được nhập bào.
Phía trong màng bào tương tế bào sát với những chỗ kết dính này là một mạng lưới các sợi protein có cấu tạo bởi các sợi actin và myosin.
Các sợi này sẽ co rút với năng lượng từ ATP làm cho màng bào tương lõm vào trong và dần dần hình thành túi nhập bào tách khỏi màng bào tương đi vào bên trong tế bào.
Phần màng bào tương còn lại sẽ hợp nhất với nhau bằng cơ chế hòa màng.
– Chức năng: hiện tượng nhập bào tạo hai chức năng:
+ Khởi đầu quá trình tiêu hóa của tế bào: khi nuốt các chất, màng tế bào đóng gói lại thành túi không bào đưa vào bào tương tế bào. Tại đây, túi này sẽ hòa màng với lysosome (tiêu thể) thành túi tiêu hóa, các enzyme thủy phân trong lysosome sẽ phân cắt các chất được hấp thu thành nhiều thành phần. Các thành phần dinh dưỡng sẽ được đưa vào bào tương tế bào, các cấu trúc kháng nguyên sẽ được ra
- Hiện tượng xuất bào.
– Xuất bào là hiện tượng tế bào bài tiết các chất được tổng hợp trong tế bào như hormon, chất truyền đạt thần kinh hoặc các chất cặn bã (residual body) sau quá trình tiêu hóa tế bào.
– Cơ chế xuất bào: các chất bài tiết được đóng gói trong các túi và được vận chuyển đến màng bào tương tế bào nhờ năng lượng ATP. Tại đây, bằng cơ chế hòa màng các túi này mở thông ra bên ngoài giải phóng các chất bài tiết và trở thành một phần của màng bào tương tế bào.
