Tài liệu Truyền tin tế bào (2)

MỞ ĐẤU MÃ: SI16 Tổ chức sống là một hệ thống mở, thống nhất và toàn vẹn về cấu trúc và chức năng. Các đơn vị cấu thành các tổ chức sống có mối liên hệ nào để đảm bảo các tổ chức sống toàn vẹn thống nhất về cấu trúc và hoạt động chức năng? Các tế bào có mối liên hệ nào để để đảm bảo thông tin được truyền trong tế bào và giữa các tế bào với nhau? Nghiên cứu truyền tin tế bào hé mở của vai trò của dòng tín hiệu tế bào trong quá trình tiến hóa của sự sống trên Trái Đất. Phục vụ cho công tác dạy đội tuyển tôi viết chuyên đề ”Truyền tin tế bào” kính mong được sự góp ý chân thành từ các thầy cô, bạn đồng nghiệp để công tác dạy đội tuyển thu được nhiều thành công. NỘI DUNG I. CÁC VẤN ĐỀ VỀ TRUYỀN TIN 1. Bộ phận cấu tạo của tế bào thực hiện chức năng truyền tin. 1. Các thụ quan màng. a. Khái niệm: Là những Protein hoặc glicoprotein đặc trưng được khu trú trong màng, có khả năng thay đổi thù hình không gian và liên kết đặc trưng với các chất mang tín hiệu thông tin. b. Đặc điểm: Có tính đặc trưng với các chất gắn, khi phức hệ thụ quan – chất gắn được hình thành => Phát động tín hiệu sinh lí (Mở kênh ion để vận chuyển ion, kích hoặc enzyme, hoạt hóa protein, hoạt hóa gen). c. Phân loại: Gồm 3 loại : + Thụ quan liên kết với protein G. + Thụ quan Tirozinkinaza. + Thụ quan kênh ion. 2. Chất truyền tin. 1 - Khái niệm: Là các phân tử điều chỉnh trung gian làm nhiệm vụ truyền thông tin trong tế bào. - Đặc điểm: Gồm 2 loại chất. + Các chất hòa tan trong nước không trực tiếp qua màng (hoocmon, chất trung gian thần kinh) => Truyền thông tin nhờ gắn với thụ quan trên màng tế bào. (3 loại thụ quan màng) + Các chất truyền tin trực tiếp qua màng nhờ trực tiếp đi qua màng tế bào (hoocmon steroit, vitamin D, retinoit,...) => Truyền thông tin nhờ gắn với thụ quan trong tế bào chất hoặc nhân tế bào. 2. Các dạng truyền tin. a. Truyền tin khoảng các gần (truyền tin cục bộ). - Các phân tử truyền tin được tiết ra ở các tế bào truyền tin. Một số phân tử này chỉ di chuyển trong 1 khoảng cách ngắn tác động lên các tế bào ở gần. - Ví dụ: Các yếu tố sinh trưởng có vai trò thúc đẩy các tế bào liền kề tăng trưởng và phân chia. Nhiều tế bào có thể đồng thời tiếp nhận và đáp ứng với nhiều phân tử yếu tố sinh trưởng được tạo ra từ 1 tế bào duy nhất ở gần chúng. Kiểu truyền tín hiệu này ở động vật gọi là truyền tín hiệu cận tiết. - Ví dụ: Truyền tin qua xinap là 1 kiểu truyền tín hiệu cục bộ, tín hiệu điện dọc theo tế bào thần kinh kích hoạt tế bào tiết ra 1 tín hiệu hoạt hóa được vận chuyển bởi các phân tử dẫn truyền thần kinh. Các phân tử này khuếch tán qua xinap (khoảng cách gần). Chất dẫn truyền sẽ kích thích tế bào đích. 2 b. Truyền tin khoảng cách xa (truyền tin nội tiết). - Các tế bào chuyên hóa tiết ra các phân tử hormon di chuyển theo hệ tuần hoàn tới các tế bào đích ở các phần khác nhau của cơ thể. - Ví dụ: Truyền tin qua hệ thần kinh, tín hiệu điện dọc tế bào thần kinh sau đó được chuyển thành tín hiệu hóa học, khi phân tử này được tiết ra và vượt qua xinap tới tế bào thần kinh khác. ở đây nó lại được chuyển thành tín hiệu điện. Theo cách đó, 1 tín hiệu thần kinh có thể di chuyển dọc 1 chuỗi các tế bào thần kinh và lan nhanh trong 1 khoảng cách xa. II. Cơ chế truyền tin: Gồm 3 giai đoạn. 3 1. Tiếp nhận: Là giai đoạn phân tử tín hiệu liên kết với Protein thụ thể => Xuất hiện tín hiệu => Tế bào đích phát hiện tín hiệu từ bên ngoài. 1.1. Phân tử tín hiệu: Là phân tử có hình dạng khớp với một vị trí đặc hiệu trên thụ thể và đính kết ở đó theo kiểu “chìa khóa - ổ khóa”, phân tử tín hiệu hoạt động như một chất gắn. Khi liên kết với thụ thể chất gắn làm cho Pr thụ thể thay đổi hình dạng => Hoạt hóa thụ thể => Tương tác với phân tử khác trong tế bào. 1.2. Thụ thể: Là các Protein liên kết với màng sinh chất hoặc nằm bên trong tế bào có vị trí gắn với các các phân tử tín hiệu. a. Thụ thể trên màng sinh chất: Là các thụ thể nằm trên màng sinh chất gồm 3 loại : - Thụ thể kết cặp G-protein. - Thụ thể kiểu kinaza-tyroxin –thụ thể. - Thụ thể trao đổi ion. b. Thụ thể bên trong TB: Là các thụ thể nằm trong tế bào chất hoặc nhân tế bào đích => Chất truyền tin phải qua màng sinh chất tế bào đích => Chất truyền tin có kích thước nhỏ hoặc có tính kị nước (hoocmon steroit (testosterol), hoocmon thyroid, axit nitric oxide (NO)). * Thụ thể kết cặp với G-protein: - Khái niệm: Là một thụ thể liên kết trong màng sinh chất và hoạt động nhờ sự hỗ trợ của G-protein, năng lượng cung cấp bởi GTP. Nhiều phân tử tín hiệu khác nhau như yếu tố giao phối ở nấm men, epinephrine và các hoocmon khác, chất dẫn truyền thần kinh. Gồm 7 chuỗi polipeptit bậc 2 xoắn anpha xếp xuyên qua màng sinh chất. - Cơ chế hoạt động: 4 + G-protein (bất hoạt) liên kết lỏng lẻo với màng sinh chất => Khi phân tử tín hiệu đính kết vào thụ thể => Thụ thể được hoạt hóa và thay đổi hình dạng => Phần thụ thể trong tế bào chất liên kết với G-protein => G-protein hoạt hóa tách khỏi thụ thể => Đính với Enzyme làm thay đổi hình dạng và hoạt tính enzyme => Đáp ứng trong tế bào. * Thụ thể kiểu kinaza-tyroxin –thụ thể: - Khái niệm: Là thụ thể trên màng sinh chất có chức năng gắn nhóm photphat vào amino amino axit tyroxin . Thụ thể tồn tại như những chuỗi polipeptit đơn lẻ, mỗi chuỗi có một vị trí liên kết chất gắn ở phần ngoại bào, một chuỗi xoắn anpha xuyên màng và một đuôi ở phần nội bào chứa nhiều amino axit tyroxin. - Cơ chế hoạt động: + Thụ thể tồn tại như những chuỗi polipeptit đơn lẻ chưa có phân tử tín hiệu đính kết => Phân tử tín hiệu liên kết với thụ thể => Hai chuỗi polipeptit của thụ thể kết hợp với nhau hình thành phức kép => Hoạt hóa vùng kinaza – tyroxin => Mỗi kinaza – tyroxin bổ sung một nhóm photphat từ ATP vào một tyroxin thuộc phần đuôi của một chuỗi polipeptit => Pr thụ thể được hoạt hóa đầy đủ và được Pr tín hiệu đặc thù trong tế bào nhận ra => Mỗi Protein liên kết với một amino axit tyroxin => Mỗi Protein được hoạt hóa sẽ kích hoạt một con đường truyền tín hiệu => Đáp ứng của tế bào. 5 * Thụ thể trao đổi ion: - Khái niệm: Là thụ thể hoạt động như một cái cổng đóng – mở cho phép hoặc ngăn cản các ion vào tế bào. - Cơ chế hoạt động: Chất gắn liên kết vào thụ thể => Cổng mở, các ion đặc hiệu đi qua dòng qua kênh nhan chóng biến đổi nồng độ ion trong tế bào => Ảnh hưởng đến hoạt tính của tế bào => Khi chất gắn tách khỏi thụ thể => Cổng đóng lại, các ion không vào được tế bào. 6 2. Truyền tin: Tín hiệu được chuyển thành một dạng có thể tạo ra đáp ứng đặc hiệu của tế bào diễn ra gồm một chuỗi các thay đổi theo trật tự của nhiều phân tử khác nhau. Phân tử trong con đường này gọi là phân tử truyền tin. a. Hiện tượng photphoryl hóa và khử photphoryl hóa Protein. - Khái niệm: Là quá trình truyền tin có sự tham gia của nhóm enzyme chuyển nhóm photphat từ ATP sang Protein kinaza, tín hiệu được truyền qua một chuỗi các bước photphoryl hóa Protein, mỗi bước kèm theo sự thay đổi dạng của Protein chuyển Protein từ dạng chưa hoạt động thành Protein hoạt động. - Hệ thống phophoryl hóa /khử phophoryl hóa hoạt động như một công tắc phân tử trong tế bào giúp mở - tắt các hoạt động theo yêu cầu. * Hoạt tính bất thường của pr kinaza => Ung thư. 7 - Cơ chế: Phân tử tín hiệu gắn vào thụ thể => Phân tử truyền tín hiệu được hoạt hóa => Protein kinaza 1 bất hoạt chuyển thành trạng thái hoạt động => Chuyển nhóm photphat từ ATP sang Protein kinaza 2 bất hoạt => Protein kinaza 2 bất hoạt chuyển thành dạng Protein kinaza 2 hoạt hóa => Xúc tác phản ứng photphoryl hóa Protein kinaza 3 => Pr kinaza 3 bất hoạt chuyển thành Protein kinaza 3 hoạt hóa => Protein kinaza 3 photphoryl hóa “Protein đích” khác trong tế bào => Đáp ứng tế bào. b. Các phân tử nhỏ và ion là các chất truyền tin thứ hai. - Khái niệm: Là quá trình truyền tin liên quan đến các ion hoặc các phân tử nhỏ, tan trong nước, không có bản chất Protein (chất truyền tin thứ 2). - Chất truyền tin thứ 2 phổ biến nhất là cAMP và Ca2+ * Lưu ý: Câu hỏi điều gì xảy ra nếu đưa phân tử gây bất hoạt enzim Photphodiesteaza vào tế bào? + Adenylyl cyclaza xúc tác chuyển ATP => cAMP. + Photphodiesteaza xúc tác chuyển cAMP => AMP. - Cơ chế: * Truyền tin nhờ AMP vòng: - Chất truyền tin thứ nhất (epinnephrine) hoạt hóa thụ thể kết cặp với G-Protein => Hoạt hóa G-Protein đặc thù => G-Protein hoạt hóa Adenylyl cyclaza => ATP chuyển hóa thành cAMP => cAMP (chất truyền tin thứ 2) hoạt hóa Protein khác (Protein kinaza A) => Đáp ứng tế bào. - Điều hòa bằng cách G-Protein ức chế sẽ ức chế Adenylyl cyclaza thông qua một thụ thể khác. 8 * Giải thích cơ chế gây bệnh tiêu chảy: - Uống phải nước nhiễm bẩn => Vi khuẩn khu trú ở lớp lót ruột non => Tạo độc tố ( enzyme biến đổi GProtein liên quan đến điều tiết lượng muối và nước ) => GTP không biến đổi thành GDP => G-Protein liên tục ở trạng thái hoạt động => Kích thích Adenylyl cyclase sản sinh liên tục cAMP => Ống tiêu hóa tiết lượng muối lớn => Mất muối và nước. * Truyền tin nhờ GMP vòng: Gây hiệu ứng dãn cơ trơn thành động mạch => Phân tử ức chế thủy phân cGMP thành GMP => Kéo dài tín hiệu => Điều trị chứng đau thắt ngực do tăng lượng máu tới tim. * Truyền tin nhờ ion Canxi và inositol triphotphat (IP3): Phân tử tín hiệu gắn vào thụ thể kết cặp G-Protein => Hoạt hóa photpholipaza C => Photpholipaza C cắt phopholipit trên màng sinh chất (PIP2) thành DAG và IP3 => IP3 khuyếch tán khắp bào tương làm mở kênh Canxi trên lưới nội chất => Ion Ca2+ ra ngoài lưới nội chất vào bào tương => Nồng độ Ca2+ trong bào tương tăng => Ca2+ hoạt hóa Protein tiếp theo.( Ca2+ đóng vai trò là chất truyền tin thứ 3). 9 3. Đáp ứng: Tín hiệu sau khi đã được truyền tin => Kích hoạt một đáp ứng đặc hiệu của tế bào. a. Đáp ứng trong nhân tế bào: Tín hiệu cuối cùng sẽ được đáp ứng diễn ra trong nhân hay trong tế bào chất. Tín hiệu điều hòa hoạt động tổng hợp Protein thông qua đóng – mở gen trong nhân. b. Tinh chỉnh các đáp ứng TB: Quá trình truyền tin diễn ra theo nhiều bước => Sự tinh chỉnh các đáp ứng tế bào ở những điểm khác nhau => Cho phép điều phối truyền tin và xác định tính đặc thù của các đáp ứng tế bào. c. Khuyếch đại tín hiệu: Các chuỗi emzim phức tạp tác dụng khuyếch đại đáp ứng tế bào với một tín hiệu => Chỉ cần số ít phân tử tín hiệu liên kết vào thụ thể có thể tạo ra đáp ứng lớn. d. Kết thúc truyền tin. - 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 1 tín hiệu mới. III. MỘT SỐ CÂU HỎI VẬN DỤNG Câu 1. Khi nghiên cứu về truyền tin trong tế bào Sutherland đã phát hiện ra epinephrine kích thích phân giải glycogen trong tế bào nguyên vẹn bằng cách hoạt hóa enzim glycogen phosphorylase theo một cách nào đó. Hãy vẽ sơ đồ con đường truyền tín hiệu từ epinephrine đến phản ứng phân giải glicogen trong tế bào? Trả lời: + Con đường truyền tín hiệu của epinephrine: 10 Epinephrine => Thụ thể màng => Protêin G => adenylatcyclaza (ATP => AMPv); AMP v => A-kinaza => Glicogenphostphorylaza. Câu 2: 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 cso được tạo ra không? Tại sao? Trả lời: 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 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 + 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 Câu 3: 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? 11 b. Hãy thiết kế thí nghiệm để kiểm chứng nhận định của bạn về chất truyền tin đó? 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. G-prtein 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 Ca2+ bào tương không thay đổi ……………………………………………………………………………… + Mô cơ 2: đáp ứng co cơ và nồng độ ion Ca bào tương tăng. …………………. Câu 4: 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+? 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 12 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: - Hai vị trí trong tế bào chất duy trì nồng độ Ca2+ cao bao gồm: Lưới nội chất trơn (SER) 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 RER và hoạt hóa kênh, Ca2+ sẽ chuyển từ xoang RER vào tế bào chất và kích hoạt các con đường truyền tín hiệu thần kinh tiếp theo. Câu 5: Các sinh vật đa bào có những chiến lược truyền thông tin cơ bản nào? Trả lời: Gồm 3 loại chủ yếu theo khoảng cách tác động: - - Sự truyền tín hiệu nội tiết: Do chất nội tiết tác động từ những tuyến chuyên biệt tiết ra như hoocmon vào dòng máu hoặc dịch ngoại bào tác động đến các tế bào đích khác nhau phân tán trong cơ thể. - - Sự truyền cận tiết: Do chất cận tiết tác động đến các tế bào kế cận bằng các chất hóa học cục bộ. Sự vận chuyển chất dẫn truyền thần kinh từ nơron tới nơron, từ nơron đến tế bào cơ xảy ra qua tín hiệu cận tiết. - Sự truyền tín hiệu tự tiết: Tế bào đáp ứng với chất do chúng tiết ra gọi là chất tự tiết. Một số yếu tố tăng trưởng tác động theo kiểu này và các tế bào nuôi cấy thường tiết ra các yếu tố tăng trưởng để kích thích sự tăng sinh và phát triển chúng. 13 Câu 6: 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? 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. - 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 7: 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? 14 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? 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 2. Làm tế bào ruột bài tiết một lượng lớn muối và nước nên dẫn đến tiêu chảy cấp. Câu 8: Nêu những khác biệt trong cơ chế thu nhận và truyền đạt thông tin của thụ quan liên kết với Protein G và thụ quan – tirozinkinaza. Trả lời: Đặc điểm Thụ quan liên kết với protein Thụ quan - tirozinkinaza G Số phân tử tín 1 - Nhiều hiệu Năng lượng - GTP - ATP 15 Cơ chế - Photphorin hóa G – Protein - Photphorin hóa axitamin tirozin Tác động truyền - Điều khiển 1 con đường – 1 - Điều khiển nhiều con tin đáp ứng đường – nhiều đáp ứng Câu 9: Môi trường đưa các phân tử tín hiệu như nhau đến các tế bào khác nhau trong cơ thể, tuy vậy mỗi tế bào sẽ có khả năng tiếp nhận tín hiệu một cách chọn lọc và cho dù tiếp nhận cùng một tín hiệu đi chăng nữa thì chúng cũng có thể đáp ứng tín hiệu theo cách riêng của mình. Hãy giải thích cơ sở của vấn đề nêu trên. Trả lời: Các tế bào tiếp nhận phân tử tín hiệu một cách chọn lọc do: + Thụ thể tiếp nhận tin khác nhau: Tế bào có các thụ thể nhân tin trên màng sinh chất hoặc trong tế bào. Các thụ thể có tính đặc trưng đối với từng loại tín hiệu. Có thể có sự phối hợp các thụ thể dạng phức hợp tạo khả năng chọn lọc tin chính xác. + Tiếp nhận tín hiệu thực chất là phản ứng gắn kết đặc hiệu của thụ thể và phân tử tín hiệu. Do vậy các tế bào khác nhau có các thụ thể nhận tin khác nhau nên việc tiếp nhận tín hiệu một cách chọn lọc. - Đáp ứng khác nhau với cụng một tín hiệu: + Đáp ứng của tế bào đối với một tín hiệu phụ thuộc vào tập hợp đặc thù của các protein thụ thể, các protein truyền tin và protein đáp ứng. + Các tế bào đáp ứng khác nhau với cùng một tín hiệu là do có sự khác nhau ở một số loại protein nói trên. Câu 10: Hãy nêu những cơ chế có thể giải thích cho việc từ 1 tế bào gốc toàn năng ban đầu có thể phát triển thành những dạng tế bào chuyên biệt khác nhau. Trả lời: 16 - Con đường quan trọng nhất : gradient nồng độ. Từ 1 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 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 1 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 11: 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? 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. 17 - 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 12: 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. 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. - 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. 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 truyền tín hiệu nội bào làm thay đổi hoạt động của protein bào tương (hoạt hóa 1 18 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. 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? 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. 19 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. KẾT LUẬN Nội dung truyền tin tế bào là vấn đề còn khá mới tuy nhiên đây là phần kiến thức cơ bản, cốt lõi mà học sinh cần nắm được trong quá trình học tập và thi cử. Với khoảng thời gian ngắn, bài viết không tránh khỏi những thiếu xót, rất mong nhận được những ý kiến quý báu của các thầy cô và đồng nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn ! TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Campbell – Reece; “Sinh học”; NXB Giáo dục, 2012. 2. Nguyễn Như Hiền, Nguyễn Thị Minh Nguyệt; “Tài liệu giáo khoa chuyên Sinh học trung học phổ thông – Tế bào học”; NXB Giáo dục, 2009. 20