Chuyên đề: TRUYỀN TIN GIỮA CÁC TẾ BÀO
A. MỞ ĐẦU
I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Liên lạc giữa các tế bào là một hoạt động không thể thiếu đối với các cơ thể đa
bào. Hàng tỷ tế bào trong một cơ thể đa bào phải liên lạc với nhau để điều phối hoạt
động chung. Thông tin giữa các tế bào cũng có vai trò quan trọng đối với nhiều sinh
vật đơn bào. Tuy nhiên, trong quá trình giảng dạy, đặc biệt trong ôn luyện học sinh
giỏi, tôi nhận thấy sự truyền thông tin giữa các tế bào là một nội dung kiến thức khó
học và khó nhớ đối với các em học sinh, hơn thế nữa kiến thức về truyền tin nằm rải
rác trong nhiều nội dung từ cấp tế bào đến cấp cơ thể, yêu cầu học sinh phải có khả
năng khái quát tốt mới có thể hiểu một cách đầy đủ, chính xác. Vì vậy, tôi mạnh dạn
xây dựng và khái quát lại nội dung “Truyền tin giữa các tế bào” dựa trên kiến thức
trong tài liệu Campbell và một số tài liệu khác, với hi vọng giúp ích cho các em học
sinh trong quá trình học tập và ôn luyện thi học sinh giỏi các cấp.
II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài tập trung vào việc hệ thống kiến thức về truyền tin giữa các tế bào, liên
kết kiến thức các phần riêng lẻ để trả lời các câu hỏi vận dụng tổng hợp liên quan đến
truyền tin.
B. NỘI DUNG
I. Khái quát về truyền tin giữa các tế bào
Các tín hiệu ngoại bào được chuyến hóa thành các đáp ứng bên trong tế bào, kích
hoạt các quá trình sống cơ bản ở tế bào, như: sự sống sót, phân bào, biệt hóa, chết
theo chương trình...
Quá trình truyền tín hiệu tế bào gồm 3 giai đoạn: tiếp nhận, truyền tin, đáp ứng.
Hình 1: Ba giai đoạn của quá trình truyền tin
II. Các thành phần tham gia vào truyền tin
1. 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: các hormon, các sản phẩm tuyến tiết, tín hiệu nội tiết, tự tiết,
ngoại tiết.
1
- Tín hiệu điện học: chênh lệch điện thế trong và ngoài màng, tín hiệu dẫn truyền ở
các sợi trục nơron thần kinh.
* Dựa vào giai đoạn tham gia vào truyền tin, người ta chia tín hiệu thành:
- Tín hiệu sơ cấp: là các phân tử hormon, các chất hóa học, các chất khí…có thể được
nhận biết và gắn với thụ thể.
- Tín hiệu thứ cấp: là các phân tử đặc hiệu có kích thước nhỏ như: Ca2+, cAMP…
2. Các loại thụ thể tiếp nhận và truyền tín hiệu
- Thụ thể là một bộ phận quan trọng để các phân tử tín hiệu gắn vào. Phân tử tín hiệu
có hình dạng khớp với một vị trí đặc hiệu trên thụ thể và kết dính vào đó, từ đó làm
thay đổi hình dạng thụ thể, hoạt hóa thụ thể giúp nó có thể tương tác với các phân tử
khác trong tế bào.
- Vị trí của thụ thể truyền tín hiệu:
+ Thụ thể trong màng sinh chất.
+ Thụ thể bên trong tế bào.
2.1. Các thụ thể trong màng sinh chất
Thụ thể trong màng sinh chất bản chất là protein xuyên màng có khả năng liên kết với
một phân tử tín hiệu tại một vị trí đặc hiệu ở phía ngoài tế bào. Dựa vào cấu trúc và cơ chế hoạt
động của thụ thể mà chia thành nhiều kiểu. Trong đó, có 3 kiểu được nghiên cứu nhiều nhất: thụ thể
kết cặp G – protein, thụ thể kinaza - tyrosine, thụ thể kênh ion.
Thụ thể
G-protein
kết
cặp
Thụ thể
tyrosine
kinaza
– Thụ thể kênh ion
Hình vẽ
Cấu trúc
Thụ thể kết cặp
G-protein là phân tử
protein, gồm 7 chuỗi có
cấu trúc bậc 2 dạng xoắn
α xuyên qua màng sinh
chất, thụ thể này hoạt
động nhờ sự hỗ trợ của G
– protein (1 loại protein
liên kết với GTP)
thụ thể kinaza tyrosine
là
những
chuỗi
polypeptit riêng rẽ, mỗi
chuỗi có một vị trí liên
kết với phân tử truyền
tin ở phần ngoại bào,
có một chuỗi xoắn α
xuyên màng và một
đuôi ở phần nội bào
chứa nhiều axit amin
tyrosine.
Tín hiệu Là các yếu tố giao phối ở Là các cytokin, các yếu
được tiếp nấm men, epinephrine, tố tăng trưởng biểu mô,
nhận
các hormone khác, các yếu tố tăng trưởng
2
Thụ thể kênh ion là
một loại thụ thể màng
có vùng hoạt động
như một cái cổng mỗi
khi thụ thể thay đổi
hình dạng.
Là các chất hóa học,
sự thay đổi điện thế...
chất dẫn
kinh...
truyền
thần 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 của thụ
thể, thụ thể thay đổi hình
dạng và được hoạt hóa.
Phần tế bào chất của nó
liên kết với một G –
protein đang bất hoạt, làm
cho GTP thay thế GDP,
hoạt hóa G – protein.
- G – protein hoạt hóa
tách khỏi thụ thể, khuếch
tán dọc màng sinh chất
sau đó đính với một enzim
(ví dụ: adenylyl cyclase,
phospholipase C, …), hoạt
hóa enzim.
- Enzim được hoạt hóa sẽ
kích hoạt bước tiếp theo
trong con đường truyền
tín hiệu.
- Khi không còn phân tử
tín hiệu, G-protein thủy
phân GTP gắn với nó
thành GDP và trở về trạng
thái không hoạt động.
- Khi một phân tử tín
hiệu liên kết vào thụ
thể, sẽ làm 2 chuỗi
polipeptit của thụ thể
kết hợp với nhau thành
phức kép.
- Sự hình thành phức
kép hoạt hóa vùng
kinaza tyrosine của mỗi
chuỗi polypeptit.
- Mỗi protein thụ thể
sau khi được hoạt hóa
đầy đủ sẽ được các
protein truyền tín hiệu
bên trong nhận ra. Các
protein đó sẽ liên kết
vào một tyrosine đặc
thù đã được photphoril
hóa. Mỗi protein được
hoạt hóa sẽ kích hoạt
một con đường truyền
tín hiệu.
- Các thụ thể enzim
tyrosine kinaza bất
thường có thể hoạt
động ngay cả khi thiếu
các phân tử tín hiệu,
đây rất có thể là một
tác nhân tham gia vào
quá trình phát sinh ung
thư. Từ đó, mở ra
những hướng nghiên
cứu sâu hơn về ung
thư.
- Hình minh họa cơ chế hoạt động của các thụ thể :
3
- Khi một phân tử tín
hiệu liên kết, cổng ion
sẽ đóng hoặc mở,
ngăn cản hoặc cho
phép các ion đặc hiệu
đi qua
- Sự hoạt động của các
thụ thể kênh ion có vai
trò quan trọng trong
chức năng của hệ thần
kinh.
Hình 2: Cơ chế hoạt động của thụ thể kết cặp G – protein
Hình 3: Cơ chế hoạt động của thụ thể kinaza – tyrosine
Hình 4: Cơ chế hoạt động của thụ thể kênh ion
2.2. Các thụ thể bên trong tế bào.
- Các thụ thể bên trong tế bào nằm ở phần tế bào chất hoặc trong nhân của tế bào
đích.
- Đặc điểm của các phân tử tín hiệu: có tính kị nước hoặc kích thước đủ nhỏ để vượt
qua lớp photpholipit của màng tế bào, ví dụ: các hormon steroid (như testosteron,
estradiol...), Các hormon tan trong lipit, vitamin D, các phân tử khí (như NO)….
- Cơ chế hoạt động:
+ Các phân tử tín hiệu đi qua màng sinh chất vào tế bào chất liên kết vào các protein
thụ thể đặc hiệu và hoạt hóa nó. Sau đó tổ hợp phân tử tín hiệu - thụ thể đi vào nhân.
Phần thụ thể của phức hợp tương tác với ADN hoặc với một protein gắn với ADN,
kích hoạt sự phiên mã của các gen đặc hiệu.
Ví dụ: ở Chim mái: hormon estradiol tương tác với thụ thể nội bào trong tế bào gan,
kích hoạt sự phiên mã của gen sản sinh vitellogenin, vitellogenin sau đó được chế tiết
và vận chuyển theo dòng máu tới hệ sinh sinh sản, ở đó nó được sử dụng để sản sinh
ra lòng đỏ trứng.
4
Hình 5: Hormon steroit tương tác với một thụ thể nội bào
Như vậy: Các thụ thể nội bào thường thực hiện toàn bộ việc truyền tín hiệu trong một
tế bào đích.
3. Các phân tử khác trong con đường truyền tin
Các phân tử thuộc các con đường truyền tín hiệu gọi là các phân tử truyền tin. Ngoài
phân tử tín hiệu, protein thụ thể, còn có sự tham gia của nhiều phân tử khác, như: G –
Protein, các protein kinaza, các chất truyền tin thứ hai: cAMP, Ca2+, IP3, DAG…
III. Các giai đoạn của quá trình truyền tin giữa các tế bào
Quá trình truyền tin giữa các tế bào được chia làm 3 giai đoạn: Tiếp nhận, truyền tin,
đáp ứng.
1. Tiếp nhận: Phân tử tín hiệu liên kết với protein thụ thể ở trên bề mặt tế bào hoặc
trong tế bào.
2. Truyền tin: Sau khi liên kết, phân tử tín hiệu làm thay đổi protein thụ thể theo một
số cách, khởi động quá trình truyền tin.
- Giai đoạn truyền tin có thể chỉ cần một bước duy nhất, song thông thường nó cần
một con đường truyền tín hiệu gồm nhiều bước, các phân tử tham gia truyền tín hiệu
trong con đường này gọi là các phân tử truyền tin.
- Trong truyền tin qua nhiều bước, các bước thường đi kèm với sự hoạt hóa các
protein nhờ photphoril hóa hoặc khử photphoril hóa protein, hoặc giải phóng các
phân tử nhỏ khác, giải phóng một số ion với vai trò như chất truyền tin.
- Các con đường truyền tín hiệu:
+ Truyền tín hiệu nhờ hiện tượng photphoril hóa và khử photphoril hóa.
+ Truyền tín hiệu chất truyền tin thứ hai.
a. Truyền tín hiệu nhờ hiện tượng photphoril hóa và khử photphoril hóa.
5
Hình 6: Truyền tín hiệu nhờ hiện tượng photphoril hóa
- Phân tử tín hiệu liên kết vào thụ thể, hoạt hóa thụ thể, kích hoạt con đường truyền
tín hiệu. Tín hiệu được truyền qua một chuỗi các bước photphoril hóa protein (tức là
mỗi phân tử protein kinaza chuyển một nhóm photphat vào phân tử kinaza tiếp theo
của chuỗi), mỗi bước dẫn đến sự 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 các enzim photphataza) phục hồi chúng trở về dạng
bất hoạt, tắt con đường truyền tín hiệu. Các kinaza có thể sử dụng lại mỗi khi tế bào
đáp ứng lặp lại với tín hiệu ngoại bào tương tự.
b. Truyền tín hiệu nhờ các chất truyền tin thứ hai
- Chất truyền tin thứ hai là một số ion hoặc các phân tử nhỏ, tan trong nước, không có
bản chất là protein.
- Chất truyền tin thứ hai phổ biến là: cAMP, Ca2+
- Các chất truyền tin thứ hai tham gia vào các con đường được khởi động đồng thời
bởi các thụ thể kết cặp G – protein và các thụ thể kinaza – tyrosine.
b.1. Truyền tin nhờ cAMP
6
Hình 7: Truyền tín hiệu nhờ chất truyền tin thứ hai cAMP
- Phân tử tín hiệu hoạt hóa một 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 là protein kinaza A) protein kinaza A tiếp tục photphoril
hóa một số protein khác đáp ứng tế bào.
- Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng: Adrenalin là hormon duy nhất kích hoạt hình thành
cAMP.
- Triển vọng nghiên cứu: Từ những hiểu biết về các con đường truyền tín hiệu liên
quan đến cAMP hoặc những chất truyền tin khác đã cho phép phát triển được cách
điều trị nhiều chứng bệnh nhất định ở người.
+ Truyền tin nhờ cGMP: đáp ứng là dãn cơ trơn thành động mạch. Do đó nếu sản
xuất thuốc chứa phân tử có tác dụng ức chế thủy phân cGMP thành GMP sẽ có tác
dụng kéo dài tín hiệu. Trước đây, người ta đã dùng trong điều trị chứng đau thắt ngực
do làm tăng dòng máu tới cơ tim. Ngày nay được dùng rộng rãi để điều trị các chứng
rối loạn cương dương ở 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 sự cương cứng
của dương vật.
b.2. Truyền tin nhờ Ca2+ và IP3 (inositol triphotphat)
- Mặc dù các tế bào luôn có Ca 2+ song ion này có thể hoạt động như một chất truyền
tin thứ hai bởi nồng độ Ca2+ trong bào tương thường thấp hơn so với nồng độ Ca 2+bên
ngoài tế bào và thấp hơn rất nhiều so với trong mạng lưới nội chất. Khi nồng độ Ca 2+
trong bào tương tăng sẽ kích hoạt một quá trình truyền tin.
+ Trong các con đường truyền tin nhờ Ca 2+ còn có sự tham gia của các chất truyền tin
thứ hai khác là IP3 (inositol triphotphat) và DAG (diacyiglycerol).
7
Hình 8: Truyền tín hiệu nhờ chất truyền tin thứ hai Ca2+
3. Đáp ứng: Tín hiệu sau khi được truyền tin, cuối cùng sẽ kích hoạt một đáp ứng
đặc hiệu của tế bào (điều khiển phiên mã hoặc điều hòa hoạt động tế bào chất)
- Nhiều con đường truyền tín hiệu cuối cùng sẽ điều khiển sinh tổng hợp protein
thông qua việc “bật” hoặc “tắt” hoạt động của gen.
- Một số con đường truyền tín hiệu có thể điều hòa hoạt tính của protein. Ví dụ: đáp
ứng của tế bào gan với tín hiệu của Adrenalin là hoạt hóa enzim xúc tác cho phản ứng
phân giải glicogen.
- Ở một số tế bào, các sự kiện truyền tín hiệu có thể ảnh hưởng đến các thuộc tính
khác của tế bào. Ví dụ: Các tín hiệu điều khiển sự sinh trưởng có hướng ở tế bào nấm
men.
+ Khi một tế bào nấm men liên kết với các phân tử yếu tố giao phối bắt nguồn từ một
tế bào có kiểu giao phối đối lập, thì một con đường truyền tín hiệu sẽ điều khiển nó
sinh trưởng hướng về tế bào có tiềm năng kết cặp giao phối với nó. Trong con đường
truyền tín hiệu, có sự hoạt hóa của một trong các enzim kinaza Fus3, tiếp đó Fus3
photphoril hóa Formin, Formin sau khi được hoạt hóa sẽ khởi đầu sự tăng trưởng của
vi sợi dẫn đến kiểu hình sinh trưởng nhô ra (shmoo) của tế bào, giúp chúng sinh
trưởng hướng vào nhau, kết quả là dung hợp diễn ra giữa hai tế bào khác giới tính.
8
Hình 9: Con đường truyền tín hiệu đáp ứng giữa các với
yếu tố giao phối ở tế nấm men
Hình 10: kiểu sinh trưởng shmoo
Hình 11: Giao tiếp giữa các tế bào nấm men
4. Sự kết thúc truyền tin
Để một tế bào có thể thu nhận liên tục các tín hiệu điều hòa hoạt động của nó thì tế
bào phải có khả năng phục hồi các thay đổi mà tín hiệu đã tạo ra trước đó.
- Khi các phân tử tín hiệu rời khỏi thụ thể, thụ thể sẽ trở về trạng thái bất hoạt.
sau đó, các phân tử truyền tin cũng sẽ trở về trạng thái bất hoạt:
+ Hoạt tính GTPaza của G-pr sẽ 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 và các pr khác được photphoril hóa.
* Kết quả: Tế bào trở về trạng thái ban đầu có thể đáp ứng với một tín hiệu mới.
IV. Ưu điểm của truyền tin qua nhiều bước
1. Khuếch đại tín hiệu
- Tại mỗi bước xúc tác, số lượng sản phẩm được hoạt hóa thường lớn hơn nhiều so
với bước trước đó.
- Nguyên nhân: Do các protein ở mỗi bước duy trì được trạng thái hoạt hóa đủ lâu để
có thể biến đổi các phân tử cơ chất trước khi chúng trở về trạng thái bất hoạt.
Ví dụ: Đáp ứng của tế bào gan đối với một số ít các phân tử Adrenalin (epinephrin) là
dẫn đến việc giải phóng hàng trăm triệu các phân tử gluco từ glicogen.
9
Hình 12: Đáp ứng của tế bào chất đối với tín hiệu
2. Điều chỉnh các đáp ứng tế bào ở những điểm khác nhau.
- Các loại tế bào khác nhau có các tập hợp protein khác nhau. Đáp ứng của một tế bào
nhất định đối với một tín hiệu phụ thuộc vào sự tập hợp đặc thù của các protein thụ
thể, của các protein truyền tin và của các protein thực hiện đáp ứng.
Hình 13:Tính đặc hiệu của quá trình truyền tín hiệu giữa các tế bào
+ Tế bào A, B, C: dùng chung protein thụ thể, nhưng khác nhau về các protein khác
nên đáp ứng khác nhau.
+ Tế bào D: dùng thụ thể khác tiếp nhận phân tử tín hiệu như tế bào A, B, C dẫn đến
đáp ứng khác.
10
+ Tế bào B: cùng một tín hiệu có thể gây các đáp ứng khác nhau.
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 và tế bào thực vật đều có các cầu nối tế bào, mỗi khi có các cầu
nối này thì tế bào chất của các tế bào lân cận sẽ được nối thông sang nhau, các chất
truyền tín hiệu hòa tan trong phần bào tương có thể tự do qua lại giữa các tế bào liền
kề.
Hình 14: Truyền tin qua mối nối giữa các tế bào
a.2. Truyền tin nhờ nhận biết qua bề mặt tế bào
Các tế bào động vật có thể thông tin với nhau qua tiết xúc trực tiếp giữa các phân tử
bề mặt tế bào liên kết với màng sinh chất.
Kiểu truyền tín hiệu này có vai trò quan trọng trong đáp ứng miễn dịch, trong quá
trình phát triển phôi.
Hình 15: Truyền tin nhờ tiếp xúc trực tiếp giữa các phân tử bề mặt với màng
b. Truyền tin cục bộ và qua khoảng cách xa
Các phân tử truyền tin được tiết ra từ các tế bào truyền tin. Tùy loại phân tử truyền
tin và tác động của chúng mà chúng chỉ di chuyển trong một khoảng cách ngắn tác
động lên các tế bào ở gần hoặc có thể di chuyển rất xa tác động lên các tế bào đích ở
các phần khác nhau của cơ thể.
b.1. Truyền tin cục bộ và qua khoảng cách xa ở động vật
* Truyền tín hiệu cận tiết: Các phân tử truyền tin khuếch tán tại chỗ và tác động lên tế
bào lân cận.
11
* Truyền tín hiệu tự tiết: Các phân tử truyền tin được tiết ra và khuếch tán tại chỗ, tác
động lên chính các tế bào đã tiết ra 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 cơ thể, thường là mạch máu. Hormon tác động lên các tế
bào đích ở khắp nơi trong cơ thể.
b.1. Truyền tin cục bộ và qua khoảng cách xa ở thực vật
* Truyền tin cục bộ: chưa được biết đầy đủ.
* Truyền tin qua khoảng cách xa: các hormon thực vật có thể di chuyển theo các
mạch dẫn hoặc khuếch tán ở dạng khí.
V. Câu hỏi vận dụng.
Câu 1:
Bằng cách nào đáp ứng của một tế bào đích đối với hoocmon có thể được khuếch đại
hàng triệu lần?
Gợi ý trả lời:
- Tại mỗi bước xúc tác, số lượng sản phẩm được hoạt hóa thường lớn hơn nhiều so
với bước trước đó.
- Nguyên nhân: Do các protein ở mỗi bước trong con đường truyền tín hiệu duy trì
được trạng thái hoạt hóa đủ lâu để có thể biến đổi các phân tử cơ chất trước khi
chúng trở về trạng thái bất hoạt.
Câu 2:
Loại protein nào nếu hỏng sẽ dẫn đến hiện tượng tế bào chết theo chương trình xảy ra
không đúng lúc? Ngược lại, loại protein nào nếu hỏng sẽ dẫn đến hiện tượng tế bào
không chết theo chương trình như nó đáng phải xảy ra.
Gợi ý trả lời:
- Các protein thụ thể của một phân tử gây chết bị hỏng dẫn đến nó được hoạt hóa
ngay cả khi không có tính hiệu gây chết thì sự chết theo chương trình của tế bào diễn
ra không bình thương.
12
- Những sai hỏng tương tự như trên ở bất cứ một protein nào trên con đường truyền
tin vốn gây hoạt hóa các protein đáp ứng hay các protein truyên tin ở các bước sau
đó, ngay cả khi nó không có tương tác với protein ở bước trước và các chất truyền tin
thứ hai đều có thể gây nên các hiệu ứng tương tự.
- Ngược lại các protein trong con đường truyền tin bị mất khả năng đáp ứng, ngay cả
khi chúng đã tương tác với các protein ở bước trước hay một phân tử hoặc một ion
tín hiệu thì quá trình chết theo chương trình bình thường của tế bào cũng không thể
xảy ra. Ví dụ: protein thụ thể đối với tín hiệu gây chết của tế bào mất khả năng hoạt
hóa thì ngay cả khi phân tử tín hiệu đã đính kết vào thụ thể thì tín hiệu gây chết đó sẽ
không được truyền vào tế bào.
Câu 3:
a. Ađrênalin là một loại hoocmôn gây đáp ứng ở tế bào gan bằng phản ứng phân giải
glicôgen thành glucôzơ, còn hoocmôn testôsterôn hoạt hóa các gen quy định tổng hợp
enzim gây phát triển các tính trạng sinh dục thứ cấp ở nam giới. Cơ chế thu nhận và
truyền đạt thông tin qua màng tế bào đích đối với hai hoocmôn này có gì khác nhau?
b. Mục đích của sự tạo thành các chất trung gian (chất truyền tin thứ hai) trong cơ chế
truyền tin qua màng là gì?
Gợi ý trả lời:
a. - Đối với hoocmôn ađrênalin:
+ Không trực tiếp qua màng, được tế bào đích thu nhận nhờ các thụ quan đặc trưng
định vị trên màng tế bào -> phức hệ ađrênalin – thụ quan
+ Phức hệ ađrênalin – thụ quan hoạt hóa prôtêin Gs màng -> hoạt hóa enzim
ađêninxiclaza. Enzim này xúc tác chuyển hóa ATP -> cAMP. cAMP kích hoạt các
enzim phân giải glicôgen thành glucôzơ.
- Đối với hoocmôn testôsterôn:
+ Thuộc loại hoocmôn sterôit, được vận chuyển qua màng vào trong TBC của tế bào,
liên kết với các prôtêin thụ quan nội bào -> phức hệ testôsterôn – thụ quan.
+ Phức hệ testôsterôn – thụ quan đi vào nhân tế bào và có tác động hoạt hóa các gen
quy định tổng hợp các enzim và prôtêin gây phát triển các tính trạng sinh dục thứ cấp
ở nam giới
b. - Mục đích: Khuếch đại lượng thông tin làm tăng các phản ứng chức năng lên làm
nhiều lần.
- VD: 1 phân tử ađrênalin sẽ kích thích sản sinh 10 4 phân tử cAMP, qua đó sản sinh
108 phân tử glucôzơ
Câu 4:
Chất adrênalin gây đáp ứng ở tế bào gan bằng phản ứng phân giải glicôgen thành
glucôzơ, nhưng khi tiêm adrênalin vào tế bào gan thì không gây được đáp ứng đó.
a. Tại sao có hiện tượng trên?
b. Trong con đường truyền tín hiệu từ adrênalin đến phản ứng phân giải glicôgen,
chất AMP vòng (cAMP) có vai trò gì?
c. Vẽ sơ đồ con 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 bằng 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 này phân giải ATP → AMP vòng (cAMP), cAMP hoạt hóa
các enzym kinaza, các enzym này chuyển nhóm phosphat và hoạt hoá enzym
glicôgen phosphorylaza là enzym xúc tác phân giải glicôgen thành glucôzơ. Tiêm
adrênalin trực tiếp vào trong tế bào không gây đáp ứng do thiếu thụ thể màng.
b. cAMP có vai trò là chất thông tin thứ hai có chức năng hoạt hóa enzym
photphorilaza phân giải glycogen → glucôzơ, đồng thời có vai trò khuếch đại thông
tin: 1 phân tử adrênalin → 104 phân tử cAMP → 108 phân tử glucôzơ.
c. Adrênalin → thụ thể màng → Prôtêin G → enzym adênylat cyclaza → cAMP →
các kinaza → glicôgen phosphorylaza → (glicôgen → glucôzơ).
Câu 5:
Giải thích tại sao nói: các tế bào thần kinh là ví dụ đồng thời về truyền tin cục bộ và
truyền tin xa.
Gợi ý trả lời:
Việc tiết ra các phân tử dẫn truyền thần kinh, tại xinap là ví dụ về truyền tin cục bộ,
tín hiệu điện di chuyển, dọc một tế bào thần kinh và được truyền tới tế bào thần kinh
tiếp theo là ví dụ về truyền tin qua khoảng cách xa. (tuy vậy, cần lưu ý tín hiệu cục bộ
tại xinap của hai tế bào không thể thiếu để tín hiệu có thể truyền qua khoảng cách xa
từ tế bào này sang tế bào khác)
Câu 6:
Yếu tố sinh trưởng thần kinh (NGF) là một phân tử tín hiệu tan trong nước. Thụ thể
của NGF sẽ được mong đợi có mặt bên trong tế bào hay trong màng sinh chất? Tại
sao?
Gợi ý trả lời:
Không giống như các hoocmon steroid phân tử tan trong nước NGF không vượt qua
màng lipid để có thể tương tác với thụ thể nội bào. Do vậy, chúng ta có thể dự đoán
NGF sẽ ở trên màng sinh chất; và trong thực tế điều này là đúng.
Câu 7: Điều gì sẽ xảy ra nếu một tế bào tạo ra các protein kinase –tyroxin-thụ thể bị
mất khả năng tạo thành các phức kép (gồm 2 chuỗi polypeptide)?
Gợi ý trả lời:
Tế bào mang các thụ thể sai hỏng không thể đáp ứng đúng với phân tử tín hiệu khi
chúng xuất hiện điều này có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng đối với tế bào, vì sự
điều hòa tế bào bởi các thụ thể không diễn ra đúng.
Câu 8:
Protein kinase là gì và vai trò trong quá trình truyền tín hiệu của nó như thế nào?
Gợi ý trả lời:
Protein kinaza là enzim chuyển một nhóm phôtphat từ 1 ATP sang 1 phân tử khác và
thường làm hoạt hóa các protein này, (thường là một protein kinaza thứ hai). Nhiều
con đường truyền tin là tập chuỗi các tương tác như vậy mà trong đó mỗi một protein
kinaza được photphoryl hóa đến lượt nó sẽ photphoryl hóa một protein kinaza tiếp
14
theo trong chuỗi. Chuỗi các phản ứng photphoryl hóa như vậy, sẽ truyền tín hiệu từ
bên ngoài tế bào, tới ( các) protein trong tế bào và gây ra đáp ứng tế bào.
Câu 9:
Tại sao khi ấp một quả trứng vịt đã được thụ tinh lại nở thành một vịt con?
Gợi ý trả lời:
Trứng vịt đã thụ tinh chứa phôi chưa biệt hóa.
Vịt con là phôi đang được biệt hóa
=> quá trình sinh học xảy ra: truyền tin và biệt hóa tế bào.
- Ấp trứng là quá trình tăng nhiệt độ làm hoạt hóa một số gen trong hệ gen của tế bào
tổng hợp các phân tử prôtêin tín hiệu, prôtêin thụ thể, các gen còn lại bất hoạt.
Các phân tử tín hiệu được tế bào tiết ra chuyển đến các tế bào lận cận hoặc phải di
chuyển đến các tế bào ở vị trí xa nơi nó sản xuất, được thụ thể khác nhau trên màng
nhận và truyền tin vào tế bào chất sau đó vào nhân hoạt hóa gen nhất định như yếu tố
phiên mã và dịch mã prôtêin khác nhau
Kết quả: các tế bào phôi dần phân hóa về cấu tạo và chức năng.
Câu 10:
Trong quá trình phát triển của phôi ở động vật có vú, nhiều loại tế bào phôi phải di
chuyển từ nơi này đến nơi khác mới có được hình dạng và chức năng đặc trưng của tế
bào đã được biệt hoá ở cơ thể trưởng thành. Hãy giải thích tại sao tế bào phải di
chuyển đến vị trí nhất định mới có được hình dạng và chức năng đặc trưng?
Gợi ý trả lời:
- Hình dạng và chức năng đặc trưng của tế bào có được là do một số gen nhất định
trong hệ gen của tế bào đó được hoạt hoá trong khi các gen còn lại bị đóng.
- Việc hoạt hoá những gen này một phần phụ thuộc vào tín hiệu đến từ bên ngoài (các
tín hiệu tiết ra từ các tế bào lân cận.
- Khi đến nơi mới, các tế bào phôi nhận được các tín hiệu hoạt hoá gen tiết ra từ các
tế bào nơi nó định cư sẽ hoạt hoá những gen thích hợp đặc trưng cho loại tế bào của
mô đó.
- Các tín hiệu từ bên ngoài có thể hoạt hoá các gen theo cách: Tín hiệu liên kết với
thụ thể trên màng tế bào rồi truyền thông tin vào trong tế bào chất sau đó đi vào nhân
hoạt hoá các gen nhất định như những yếu tố phiên mã.
- Hoặc tín hiệu có thể trực tiếp đi qua màng sinh chất rồi liên kết với thụ thể trong tế
bào chất. Phức hợp này sau đó đi vào nhân liên kết với promoter như một yếu tố
phiên mã làm hoạt hoá gen.
Câu 11:
a. Tại sao nói AMP vòng là chất truyền tin thứ hai? Chất này hoạt động theo cơ
chế như thế nào?
b. Epinephrin kích thích phân giải glycogen bằng cách hoạt hóa enzim glycogen
phosphorylaza trong bào tương. Nếu epinephrin được trộn với glycogen
phosphorylaz và glycogen trong ống nghiệm thì glucozo-1-phosphat có được
tạo ra không? Tại sao?
Gợi ý trả lời:
15
a. AMP vòng (cAMP) là chất truyền tin thứ hai vì nó là chất khuếch đại thông
tin của chất truyền tin thứ nhất
- Cơ chế hoạt động:
+ Chất truyền tin thứ nhất (hoocmon) kết hợp với thụ thể đặc hiệu trên màng
sinh chất của tế bào đích gây kích thích hoạt hóa enzim adenilyl cyclaza.
+ Enzim adenilyl cyclaza chuyển hóa ATP thành cAMP. cAMP làm thay đổi
một hay nhiều quá trình phosphoryl hóa (hay hoạt hóa chuỗi enim). Nhờ vậy
làm tín hiệu ban đầu được khuếch đại lên nhiều lần
b. Glucozo-1-phosphat không được tạo ra vì sự hoạt hóa enzim cần tế bào
nguyên vẹn với một thụ thể nguyên vẹn trên màng tế bào và một con đường
truyền tin nguyên vẹn trong tế bào. Sự tương tác với phân tử tín hiệu trong ống
nghiệm không đủ trực tiếp hoạt hóa enzim
Câu 12:
a. Một chất truyền tin thứ hai dùng phổ biến trong tế bào gây nên các đáp ứng
như co cơ, dẫn truyền thần kinh, phân chia tế bào… Hãy cho biết đó là chất nào?
Cho biết các giai đoạn của quá trình truyền tin theo cách này?
b. Hãy thiết kế thí nghiệm để kiểm chứng nhận định của bạn về chất truyền tin
đó?
Gợi ý trả lời:
a. Chất truyền tin thứ 2 đó là ion Ca2+.
* Các giai đoạn của quá trình truyền tin:
- Phân tử tín hiệu liên kết vào thụ thể kết cặp G- protein làm hoạt hóa Gprotein. Gprtein được hoạt hóa liên kết với photpholipaza C.
- Photpholipaza C được hoạt hóa cắt PIP2 thành:
+ DAG hoạt động như chất truyền tin thứ 2 ở con đường khác.
+ IP3 đi đến liên kết kết với kênh ion Ca2+ dẫn đến mở kênh.
- Ion Ca2+ từ luới nội chất theo gradient đi vào bào tương hoạt hóa protein tiếp
theo từ đó gây các đáp ứng của tế bào.
b.Thiết kế thí nghiệm:
- Tách 2 mô cơ đùi ếch để trong dung dịch sinh lí
- Bổ sung vào 2 mô cơ phân tử tín hiệu đáp ứng co cơ và bổ sung thêm chất ức
chế hoạt tính enzim photpholipaza C ở mô cơ 1.
- Sau đó thấy kết quả
+ Mô cơ 1: không có đáp ứng co cơ và nồng độ ion Ca 2+ bào tương không thay
đổi.
+ Mô cơ 2: đáp ứng co cơ và nồng độ ion Ca bào tương tăng.
Câu 13:
Cơ chế gây đáp ứng với các hoocmon hòa tan trong nước và hòa tan
trong lipit khác nhau như thế nào ở tế bào đích?
Trả lời:
- Các hoocmon tan trong nước không thể xâm nhập qua màng tế bào mà chỉ gắn
với các thụ thể ở bề mặt tế bào. Sự tương tác này kích hoạt một con đường
16
truyền tín hiệu nội bào làm thay đổi hoạt động của protein bào tương (hoạt hóa 1
enzim thay đổi trong hấp thụ hoặc chế tiết các phân tử đặc hiệu hoặc sắp xếp lại
bộ khung xương của tế bào) hoặc làm cho các protein bào tương dịch chuyển
vào trong nhân làm thay đổi phiên mã của các gen đặc hiệu.
- Các hoocmon tan trong lipit có thể qua màng tế bào vào trong nội bào, ở đó
chúng gắn với thụ thể nằm trong bào tương (hoocmon steroid) hoặc thụ thể nằm
trong nhân (thyroid, vitamin D và các hoocmon hòa tan trong lipit nhưng không
phải là steroid). Phức hợp thụ thể - hoocmon sau đó hoạt động trực tiếp như một
yếu tố phiên mã gắn với ADN hoặc với một protein gắn với ADN gây kích hoạt
hoặc ức chế phiên mã của gen đặc hiệu.
Câu 14:
a. Trong tế bào động vật, ion Ca2+ được sử dụng nhiều hơn cả cAMP trong
vai trò của hệ thống tín hiệu thứ hai. Con đường truyền tín hiệu này có sự tham
gia của các phân tử quan trọng như inositol triphosphates (IP3) và diacylglycerol
(DAG). Chỉ ra 2 vị trí trong tế bào chất mà ở đó duy trì nồng độ cao của ion
Ca2+?
b. Khi một xung tín hiệu truyền dọc sợi trục của tế bào thần kinh đến chùy
synapse, tín hiệu sẽ tác động đầu tiên đến thụ thể bắt cặp G-protein, hãy mô tả
Gợi ý trả lời:
a. Con đường khiến Ca2+ trong các bể chứa được giải phóng ra ngoài tế bào chất để
xung thần kinh được truyền liên tục?
Trả lời:
a. - Hai vị trí trong tế bào chất duy trì nồng độ Ca 2+ cao bao gồm: Lưới nội chất
trơn và ty thể.
- Các giai đoạn chính:
+ Khi tín hiệu tác động đến thụ thể bắt cặp G-protein, G-protein bị phosphoryl
hóa và hoạt hóa phospholipase C
+ Enzyme phospholipase C thủy phân phospholipid trên màng tạo ra DAG và
IP3 là chất truyền tin thứ 2.
+ IP3 gắn vào kênh Ca2+ trên màng lưới nội chất và hoạt hóa kênh, Ca 2+ sẽ chuyển từ
xoang lưới nội chất vào tế bào chất và kích hoạt các con đường truyền tín hiệu thần
kinh tiếp theo.
Câu 15:
a. Thế nào là chất truyền tin thứ nhất và chất truyền tin thứ hai? Cho ví dụ.
b. Vì sao cùng một loại tín hiệu có thể gây đáp ứng khác nhau ở những loại tế
bào khác nhau? Cho ví dụ?
Gợi ý trả lời:
a. - Chất truyền tin thứ nhất (còn gọi là chất gắn, phân tử tín hiệu): Các phân tử
truyền tin ngoại bào liên kết với thụ thể màng sinh chất hoặc thụ thể bên trong tế
bào.
- Ví dụ: Hormone, chất dẫn truyền thần kinh.
17
- Chất truyền tin thứ hai: Các ion hoặc các phân tử hữu cơ nhỏ, tan trong nước,
tham gia vào con đường truyền tin trong tế bào.
- Ví dụ: Ca+ , cAMP
b. Một phân tử tín hiệu có thể gây đáp ứng khác nhau ở những loại tế bào khác
nhau do:
- Các con đường truyền tin có một hoặc một số prôtêin khác nhau.
- Thụ thể nhận tín hiệu ở các loại tế bào khác nhau là khác nhau.
- Liên lạc với con đường truyền tin khác.
Ví dụ: Adrenalin gây đáp ứng khác nhau ở các loại tế bào:
- Ở tế bào gan: Glycôgen → glucôzơ.
- Ở tế bào cơ tim: Co cơ.
- Ở mạch máu ruột: Co mạch.
- Ở mạch máu cơ vân: Giãn mạch.
Câu 16:
a. Tại sao tế bào có khả năng thu nhận thông tin lí hóa học từ bên ngoài để đưa
ra những đáp ứng thích hợp và các tế bào trong cùng một cơ thể có thể nhận biết
nhau hay nhận biết các tế bào lạ?
b. Căn cứ vào vai trò của chất thông tin thứ 2 trong quá trình truyền đạt thông tin
qua màng, hãy giải thích tại sao khi người bị nhiễm vi khuẩn tả thì thường bị
tiêu chảy cấp?
Gợi ý trả lời:
a. Giải thích:
- Do màng sinh chất có các protein thụ thể thu nhận thông tin cho tế bào từ đó,
tế bào có thể tiếp nhận các thông tin lí hóa học từ bên ngoài và đưa ra những đáp
ứng thích hợp.
- Do màng sinh chất có các “dấu chuẩn” là các glicoprotein đặc trưng cho từng
loại tế bào. Nhờ vậy, các tế bào trong cùng một cơ thể có thể nhận biết nhau và
nhận biết các tế bào lạ.
b.
- Vi khuẩn tả khư trú tại niêm mạc ruột non và sản sinh ra một chất độc. Đây là
một enzim có chức năng biến đổi hoá học một loại protein G liên quan đến điều
hoà bài tiết muối và nước.
- Khi protein G bị biến đổi thì nó không thuỷ phân GTP thành GDP nên nó luôn
tồn tại ở trạng thái hoạt động, kích thích sản xuất AMP vòng (chất thông tin thứ
hai) làm tế bào ruột bài tiết một lượng lớn muối và nước nên dẫn đến tiêu chảy
cấp.
Câu 17: Hãy nêu những cơ chế có thể giải thích cho việc từ một tế bào gốc toàn
năng ban đầu có thể phát triển thành những dạng tế bào chuyên biệt khác nhau.
Gợi ý trả lời:
- Con đường quan trọng nhất : gradient nồng độ. Từ một tế bào gốc ban đầu tiết ra
các Hoocmon điều hoà khác nhau, tế bào càng ở xa nguồn thì tiếp xúc với nồng
độ càng thấp. Mỗi gen trong tế bào lại có ngưỡng hoạt hoá nhất định, vì thế tuỳ
18
thuộc vào nồng độ Hoocmon mà gen này được hoạt hoá, gen khác lại không, từ
đó phát triển thành những tế bào khác nhau.
- Vị trí của các tế bào cũng quy định việc môt tế bào sẽ trở thành dạng tế bào nào
do ở vị trí khác nhau trong phôi nó được tiếp xúc với các tổ hợp Hoocmon khác
nhau từ các tế bào lân cận dẫn đến phát triển thành các tế bào khác nhau.
- Mỗi tế bào khác nhau sẽ bộc lộ các thụ thể khác nhau, do đó chỉ phản ứng với
những chất điều hoà nhất định.
Câu 18:
a. Epinephrine khởi đầu một con đường truyền tín hiệu liên quan đến sự sản sinh
cAMP và dẫn đến sự phân giải glycogen thành glucose, một nguồn năng lượng
chính của tế bào. Giả sử caffein ức chế hoạt động của enzyme cAMP
phosphodiesterase, hãy giải thích cơ chế của việc dùng caffein làm đầu óc trở
nên tỉnh táo hoặc mất ngủ.
b. Có các phân tử tín hiệu là hormone estrogen, testosterone, insulin, adrenaline.
Mỗi phân tử tín hiệu đó phù hợp với loại thụ thể nào? Vì sao?
Gợi ý trả lời:
- Epinephrine ở bên ngoài tế bào sẽ liên kết với thụ thể kết cặp G-protein để hoạt
hóa protein Gs của màng, protein Gs này sẽ hoạt hóa adenylyl cylase nhằm xúc
tác cho phản ứng tổng hợp các phân tử cAMP và dẫn đến sự phân giải glycogen
thành glucose cung cấp năng lượng cho tế bào hoạt động.
- Sau khi phân tử cAMP phát tín hiệu để tế bào chất tiến hành phân giải
glycogen thì chúng sẽ được enzym cAMP phosphodiesterase biến đổi thành
AMP.
- Caffein ức chế hoạt động của enzyme cAMP phosphodiesterase đã ngăn cản
quá trình chuyển hóa cAMP thành AMP.
- cAMP không được phân giải khiến quá trình phân giải glycogen thành glucose
tiếp tục diễn ra cung cấp năng lượng cho tế bào hoạt động. Các tế bào đặc biệt là
tế bào thần kinh duy trì cường độ hoạt động cao sẽ làm đầu óc trở nên tỉnh táo
hoặc mất ngủ.
b. - Hoocmon estrogen, testosterone là các hormone steroid, tan trong lipid nên
có thể đi qua lớp kép phospholipid do đó phù hợp với protein thụ quan nội bào.
- Insulin, adrenaline là protein có kích thước lớn, không qua màng do đó phù
hợp với protein thụ quan màng.
Câu 19:
Giải thích tại sao, người bị nhiễm khuẩn Vibrio cholerae nhanh chóng
bị mắc tiêu chảy cấp và nếu không được điều trị đúng cách có thể dẫn đến tử
vong do mất muối và nước? Biết rằng, độc tố tiêu chảy thực chất là một enzim
làm biến đổi hóa học G-protein liên quan đến điều tiết lượng muối và nước.
Gợi ý trả lời:
- Khi bị nhiễm khuẩn tả, vi khuẩn sẽ khu trú ở lớp lót của ruột non và sản sinh ra
một độc tố. Độc tố này là một enzim làm biến đổi hóa học G-protein liên quan
đến điều tiết lượng muối và nước.
19
- Do G-protein bị biến đổi không còn khả năng thủy phân GTP thành GDP, nên
nó bị luôn tồn tại ở trạng thái hoạt động và liên tục kích thích Adenylat cyclaza
sản sinh ra cAMP (chất thông tin thứ 2).
- Nồng độ cAMP cao trong ống tiêu hóa làm tế bào ruột tiết một lượng lớn muối
và nước đi vào ống tiêu hóa theo nguyên tắc thẩm thấu người mắc bệnh tiêu
chảy cấp mất nhiều muối và nước.
C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Với mong muốn hoàn thiện những nội dung cơ bản về truyền tin giữa các tế
bào để phục vụ cho giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi, tôi đã hệ thống lại những vấn
đề quan trọng, nổi bật như: Các thành phần tham gia vào truyền tin, các giai đoạn
chính của quá trình truyền tin, ưu điểm của truyền tin qua nhiều bước, các phương
thức truyền tin, đồng thời đưa ra một số câu hỏi củng cố kiến thức về phần này.
Chuyên đề giúp cho học sinh có thể khái quát được nội dung chính của truyền tin,
chủ động vận dụng kiến thức giải quyết các tình huống khác nhau trong đề thi và
trong thực tế.
2. Kiến nghị
Chuyên đề chắc chắn không tránh khỏi còn nhiều hạn chế. Kính mong các thầy
cô giáo và các em học sinh góp ý kiến cho chuyên đề có hiệu quả trong dạy học của
thầy và trò.
Tôi xin trân trọng cảm ơn.
20
- Xem thêm -
.DOC 
20 
1050 
105 
