Tài liệu Bài giảng sinh học tế bào

Bài 1: Nhập môn sinh học phân tử _ tập 1 Bài 2: Màng sinh chất _ tập 1 Bài 3: Vận chuyển vật chất qua màng _ tập 1 Bài 4: Tiêu thể và Peroxisomes _ tập 2 Bài 5: Lưới nội sinh chất và Golgi _tậi 2 Bài 6: Ty thể _tập 2 Bài 7: Nhân tế bào ở gian kỳ _ tập 3 Bài 8: Bộ xương tế bào _ tập 3 Bài 9: Sự phân bào _tập 3 Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử TIÊU THỂ - PEROXISOMES A. TIÊU THỂ: 1. Cấu tạo: - Tiêu thể sơ cấp - Tiêu thể thứ cấp: Không bào tiêu hóa Không bào tự thực 2. Chức năng - Hoạt động của tiêu thể sơ cấp - Hoạt động của tiêu thể thứ cấp 3. Bệnh tiêu thể - Bệnh bụi phổi - Bệnh Tay - Sachs B. PEROXISOMES: 1. Cấu tạo 2. Chức năng: - Khử độc - Phản ứng ( oxy hoá ) MỤC TIÊU: - Nắm được cấu tạo và chức năng của tiêu thể sơ cấp - thứ cấp - Nắm được cấu tạo và chức năng của peroxisomes, đồng thời giải thích rõ quá trình khử độc của cơ thể Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử A. TIÊU THỂ Tiêu thể (lysosom, - lysis = tiêu tan), có thể coi là bào quan tiêu hóa của tế bào. Ðó là những bào quan hình cầu hoặc gần cầu, có màng bao bọc, bên trong chứa đầy các enzym thủy phân và môi trường acid. Mỗi tế bào có thể có đến hàng trăm tiêu thể nằm rải rác trong bào tương. Tiêu thể chia làm 2 loại: tiêu thể sơ cấp (mới hình thành) và tiêu thể thứ cấp (đang tiêu hóa vật thể cần loại bỏ). I. CẤU TẠO: 1. Tiêu thể sơ cấp: − Tiêu thể sơ cấp là những túi hình cầu mới tách khỏi Trans-Golgi, kích thước khoảng 1 micron, bên trong chứa các enzym thủy phân (hydrolaza). Các enzym này thuộc loại ưa acid (hoạt tính cao nhất khi pH 3 - 5). Môi trường bên trong tiêu thể có pH 4,8 phù hợp cho các enzym này hoạt động để phân hủy các thành phần hóa học khác nhau của vi khuẩn, virus, cũng như bản thân tế bào. − Môi trường acid bên trong tiêu thể được duy trì nhờ sự hoạt động liên tục của các bơm H+ trên màng tiêu thể. Màng tiêu thể chỉ có một lớp, xét theo cấu tạo thì bề mặt màng hướng vào trong tiêu thể tương đương với bề mặt màng tế bào hướng ra ngoài tế bào. Trên bề mặt màng hướng vào trong tiêu thể cũng có thành phần glycoprotein và glycolipid. Màng tiêu thể cũng chứa các thụ thể khác nhau, các protein tải và các thành phần khác chưa được biết rõ. 2. Tiêu thể thứ cấp: − Tiêu thể thứ cấp có kích thước lớn hơn tiêu thể sơ cấp. Trong thành phần của nó ngoài các yếu tố đã kể trên, còn có các cơ chất khác nhau. Có 2 loại tiêu thể thứ cấp: không bào tiêu hóa là sự kết hợp của tiêu thể sơ cấp với túi thực bào, do đó bên trong ta có thể thấy các vi sinh vật hoặc xác tế bào vi sinh vật, hoặc các vật thể lạ mà tế bào đã nuốt vào theo cơ chế thực bào. Không bào tự thực tạo thành do sự hòa nhập của tiêu thể với túi tự thực (trong đó chứa các bào quan hay các vật chất hư hỏng không sử dụng nữa của tế bào). Bên trong không bào tự thực có thể thấy các mảnh bào quan còn sót lại. Tiêu thể thứ cấp được gọi là các không bào vì các vật thể đã bị enzym tiêu hủy và hòa tan tạo thành các khoảng trống thấu quang. Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử Một số enzym tiêu thể và cơ chất mà chúng thủy phân Nhóm enzym Proteaza Nhóm enzym Lipaza Nucleaza Enzym thủy phân glucid Tên enzym Cơ chất Peptidaza Collagenaza Cathepsin Tên enzym Peptid Collagen Protein Cơ chất Esteraza Ester acid béo (Triglycerid) Phospholipid ARN ADN Phosphomonoester Galactozid Glycogen Glycoprotein có gốc Mannoza Mucopolysaccharid Chondroitinsulphat và hyaluronic acid Phospholipaza Ribonucleaza Deoxyribonucleaza Phosphataza acid Galactozidaza Glucozidaza Mannozidaza Glucuronidaza Hyaluronidaza II. SỰ HÌNH THÀNH TIÊU THỂ VÀ HOẠT ÐỘNG CỦA CHÚNG: 1. Tiêu thể sơ cấp: − Các enzym thủy phân của tiêu thể có nguồn gốc tổng hợp từ trên lưới nội sinh chất hạt dưới dạng glycoprotein-tiền enzym, sau đó được vận chuyển qua Golgi. Tiêu thể sơ cấp được hình thành từ những vùng đặc biệt của Trans-Golgi. Trên màng Golgi tại đây có chứa nhiều thụ thể đối với gốc mannozo-phosphat của glycoprotein-tiền enzym. Các thụ thể này tập trung các phân tử tiền enzym lại. Màng Trans-Golgi thắt ra các túi bên trong chứa đầy tiền-enzym, còn màng bao bọc ngoài thì chứa các thụ thể của chúng. − Khi các túi tách ra, hệ thống các bơm H+ trên màng của chúng bắt đầu hoạt động, chuyển H+ từ ngoài dịch bào tương vào trong làm cho pH môi trường bên trong túi giảm xuống. Trong môi trường acid, glycoprotein bị phân ly khỏi thụ thể, đồng thời được hoạt hóa trở thành enzym. Các thụ thể tự do theo một cơ chế chưa biết rõ được hoàn trả lại Golgi. Vì các thụ thể này luôn luôn gắn trên màng, có thể chúng được vận chuyển trả lại Golgi cũng bằng các nang nhỏ có màng bao bọc. Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử 2. Tiêu thể thứ cấp: − Tiêu thể thứ cấp hình thành do sự kết hợp của một hay nhiều tiêu thể sơ cấp với túi thực bào hay túi tự thực. Túi thực bào hình thành do sự "nuốt" các vật thể lạ từ ngoài tế bào, còn túi tự thực được tạo thành do lưới nội bào trơn phát triển bao quanh các bào quan hư cũ. Cơ chế để lưới nội bào trơn nhận biết bào quan hư cũ còn chưa rõ. Cả túi thực bào, túi tự thực hoặc tiêu thể sơ cấp đều là các cấu trúc có màng bao bọc và có thể kết hợp với nhau theo cơ chế hợp màng (membrane fusion). Quá trình hình thành và hoạt động của tiêu thể được trình bày như theo sơ đồ: Sơ đồ hình thành và hoạt động của tiêu thể − Nhờ hoạt động thực bào và không bào tiêu hóa, tế bào tiêu hủy các vật thể lạ (có hại) lọt vào cơ thể, tham gia cơ chế đề kháng của cơ thể. Ðể thực hiện chức năng này, ngoài các enzym thủy phân và môi trường acid, trong tiêu thể có chứa một số tác nhân khác cũng có tác dụng khử hoạt và tiêu diệt vi khuẩn, như lysozym, lactoferrin v.v... Sản phẩm phân rã của vi sinh vật được xuất bào nhờ cơ chế hợp màng của không bào tiêu hóa với màng tế bào. Nhiều khi các sản phẩm này được giữ lại trên mặt ngoài màng tế bào, ví dụ như trong cơ chế trình diện kháng nguyên trên bề mặt đại thực bào cho các lympho bào nhận biết. − Tuy nhiên, nhiều khi các quá trình khử hoạt và tiêu hủy tác nhân gây bệnh trong tiêu thể không có hiệu quả. Vi sinh vật bị thực bào không những không chết mà còn phân chia bên trong tiêu thể. Trong thực tế, đại thực bào cũng thường là "cửa ngõ" để tác nhân gây bệnh xâm nhập cơ thể. Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử − Trong quá trình hoạt động của không bào tự thực, các bào quan và cấu trúc hư cũ của tế bào được phân hủy thành các vật liệu xây dựng như acid amin, nucleotid, đường đơn v.v... Các chất này được tái hấp thu trở lại dịch bào tương để sử dụng trở lại. Nhờ hoạt động này, tế bào luôn luôn được đổi mới thành phần, đặc biệt là với những bào quan tự sinh sản được như ti thể. − Kết thúc hoạt động của mình, tiêu thể thứ cấp tạo thành thể cặn bã. Bên trong thể cặn bã là những sản phẩm có hại cho tế bào, chúng được thải ra ngoài nhờ cơ chế xuất bào. III. BỆNH DO TIÊU THỂ: Sự rối loạn các quá trình xảy ra ở tiêu thể là cơ chế bệnh sinh nhiều bệnh khác nhau. Sau đây là một vài ví dụ: − Bệnh bụi phổi (silicosis, pneumoconiosis). Ðây là loại bệnh nghề nghiệp mà các công nhân khai thác đá và một số nghề khác hay mắc phải. Các hạt bụi đá có kích thước rất nhỏ thì không bị các lông và màng nhầy của phế quản giữ lại. Chúng lọt vào các phế nang và tại đây, sẽ bị các đại thực bào hấp thu. Tuy nhiên, thành phần hóa học chủ yếu của bụi đá là silicat, là một chất vô cơ không tan mà cũng không thể bị enzym tiêu hủy. Kết quả là chúng tích lũy lại và làm vỡ màng tiêu thể, gây ra sự giải phóng các enzym. Các enzym này kích thích phản ứng viêm. Quá trình viêm kéo dài dẫn đến xơ hóa mô phổi. − Bệnh Tay-Sachs. Ðây là một bệnh di truyền, do thiếu gen mã hóa tổng hợp enzym hexozaminidaza A. Ðây là một enzym ưa acid nằm trong tiêu thể, có tác dụng phân hủy gangliozid GM2. Gangliozid GM2 là glycolipid thành phần chính của vỏ bao myelin thần kinh. Do không có enzym phân hủy, glycolipid này tích lũy và ứ đọng gây ra hiện tượng chậm phát triển, rối loạn tâm thần. Bệnh nhi thường chết khi khoảng 5 tuổi. Tóm lại: Tiêu thể là những bào quan có một lớp màng bao bọc, chứa các enzym thủy phân ưa acid và các thành phần hóa học khác cần thiết cho việc tiêu hủy các vật thể mà tế bào cần loại bỏ. Tiêu thể sơ cấp hình thành từ Trans-Golgi với sự tham gia của các thụ thể mannozo-phosphat và các bơm H+ trên màng. Thụ thể mannozo-phosphat tập trung các phân tử tiền enzym vào khu vực Trans-Golgi chuẩn bị tách ra tiêu thể sơ cấp, còn bơm H+ tạo ra pH 4,8 trong tiêu thể. Tiêu thể sơ cấp hòa nhập với túi tự thực hoặc túi tiêu hóa, tạo thành tiêu thể thứ cấp (không bào tự thực và không bào tiêu hóa). Sản phẩm của tiêu thể được tái hấp thu trở lại bào tương hoặc xuất bào dưới dạng thể cặn bã. Nhờ hoạt động của các tiêu thể, tế bào loại bỏ được các vật thể lạ đã được thực bào và các bào quan hư cũ. B. PEROXISOMES I. CẤU TẠO: Peroxisomes (Per: nhiều - Oxus: nhọn - Soma: cơ thể; bào quan có trong tế bào với số lượng nhiều và dưới kính hiển vi quang học có hình dạng mũi nhọn nằm trong một túi tròn) có mặt trong tất cả các tế bào Eukaryote, có hình cầu, chỉ có một màng đơn bao bọc và không chứa ADN hay ribosomes. Peroxisomes không có bộ gen riêng cho nó, do đó, tất cả protein của peroxisomes đều được đưa vào từ bào tương. Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử II. CHỨC NĂNG: − Peroxisomes chứa rất nhiều men oxy hoá như catalase và urate oxidase, do đó, dưới kính hiển vi điện tử người ta thấy hiện diện các dạng lõi tinh thể trong peroxisomes. − Peroxisomes là cơ quan sử dụng oxy và H2O2 để thực hiện các phản ứng oxy hoá. Chuỗi phản ứng được tuần tự xảy ra như sau: (1) Các enzymes chứa trong peroxisomes sẽ khử hydro (H2) ra khỏi các gốc hữu cơ: RH2 + O2 → R + H2O2 (2) Men catalase sẽ sử dụng các H2O2 sinh ra từ phản ứng trên để oxy hoá các chất hữu cơ khác gồm phenol, acid formic, formaldehyde và rượu bằng phản ứng oxy hoá khử. Phản ứng này thấy nhiều ở tế bào gan và thận (các cơ quan có nhiệm vụ "giải độc" cho cơ thể). Khoảng 1/4 lượng rượu uống vào trong cơ thể sẽ được giải độc theo cách này. R'-H2 + H2O2 → R' + 2 H2O − Một chức năng quan trọng khác của peroxisomes là bẻ gãy các acid béo để cho ra các acetyl CoA bằng phản ứng β oxy hoá, sau đó acetyl CoA sẽ được chuyển từ peroxisomes ra dịch bào tương. Tóm lại: Peroxisomes là một bào quan đặc biệt sử dụng oxy để thực hiện phản ứng oxy hoá. Phản ứng này sinh ra H2O2 nhằm chuyển hoá một số chất dư thừa trong tế bào thông qua phản ứng oxy hoá khử. Peroxisomes chỉ có một màng đơn và không chứa ribosomes và ADN. Protein hay enzymes của tiêu thể được đưa vào từ bào tương. Từ khóa Tiêu thể sơ cấp - Tiêu thể thứ cấp - Không bào tiêu hóa - Không bào tự thực Bệnh bụi phổi - Bệnh Tay-Sachs - Peroxisomes - Phản ứng ( oxy hoá. Tài liệu đọc thêm 1. James D.Watson: Molecular Biology of The Cell, third edition, Garland Publishing Inc., 1995. 2. P. Baudhuin: Cytologie, Université Catholique de Louvain, 1997. 3. W. E. Ganong: Review of Medical Physiology, thirteen edition, Lange medical book, 1991. Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử 4. S. Silbernagl, A. Despopoulos: Atlas de poche de Physiologie, 2e édition, Flammarion, 1996 LƯỚI NỘI SINH CHẤT – GOLGI 1. Ðại cương - Trật tự diễn tiến hoá học - Màng tạo ra trên màng sẵn có - Hệ thống màng nội bào 2. Lưới nội sinh chất - Cấu tạo: - LNSC hạt - LNSC trơn Tổng hợp và vận chuyển các chất trong LNSC Tóm tắt 3. Golgi - Cấu tạo - Chức năng và hoạt động Tóm tắt MỤC TIÊU: * Nắm được cấu tạo và chức năng của LNSC * Phân tích sự khác và giống nhau về cấu tạo và chức năng của LNSC hạt và trơn * Nắm được cấu tạo và chức năng của Golgi * Giải thích được tầm quan trọng của Golgi trong tế bào. I. ÐẠI CƯƠNG: * Giả sử ta nghiền tế bào và tách riêng từng thành phần, sau đó lại trộn đều chúng với nhau theo tỷ lệ cũ, thì các phản ứng hóa học sẽ diễn ra khác hẳn so với khi tế bào còn nguyên vẹn. Nguyên nhân chính là hỗn hợp đã mất đi cấu trúc cần thiết cho trật tự của Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử * Vật chất trong tế bào có nhiều loại dễ tan trong dịch bào tương (trong nước). Nhưng cũng có nhiều phân tử không tan hay chỉ tan một phần - đó là các chất kỵ nước. Các chất này khó tan trong dịch bào tương nhưng lại "tan" trong màng lipid. Như vậy, quá trình tổng hợp, vận chuyển và hoạt động của chúng đều bắt buộc phải gắn với các cấu trúc màng. Có thể nói, màng mới chỉ có thể được tạo ra dựa trên màng sẵn có. Cũng nhờ có màng này mà ngay cả những phân tử dễ tan trong dịch bào tương (ví dụ enzym tiêu thể, hormon insulin chế tiết...) được tổng hợp và vận chuyển dưới dạng "đóng gói" và vận chuyển trong những gói đó tới những vị trí cần thiết mà không hòa tan đều trong dịch bào tương. * Các màng bên trong tế bào bao gồm màng nhân, màng ty thể và màng LNSC (endoplasmic reticulum). LNSC (lưới nội bào) là bào quan có màng đóng vai trò chủ chốt trong chức năng tổng hợp, hoạt động và vận chuyển vật chất nói trên. Ðó là một hệ thống gồm rất nhiều túi nhỏ có màng bao bọc kín, phân bố hầu như khắp tế bào chất, nối thông với nhau và thông với khoang quanh nhân tạo thành một màng lưới, với những khu vực có cấu tạo và chức năng khác nhau. Tùy theo trên bề mặt ngoài của lưới có các ribosom hay không, người ta phân biệt LNSC hạt và LNSC trơn. Hai bào quan này khác nhau cả về cấu trúc lẫn chức năng. Tổng thể tích khoảng không trong LNSC có thể chiếm tới 1/10 thể tích tế bào. II. LƯỚI NỘI SINH CHẤT (LNSC): 1- Cấu tạo: a. Cấu tạo của LNSC hạt: * LNSC hạt gồm nhiều túi dẹt xếp song song, có chỗ thông lẫn nhau. Trên hình ảnh hiển vi điện tử xuyên, ta thường thấy mặt cắt của chúng như những rãnh dài có các hạt nhỏ bám phía ngoài và thường tập trung nhiều quanh nhân, màng LNSC hạt nối liền với màng ngoài của vỏ nhân. * Khoảng không gian bên trong các túi dẹt gọi là khoang chứa. Trong khoang này chứa protein, glycoprotein và lipoprotein mới tổng hợp. Tại đây có nhiều enzym đang hoạt động. Khoang chứa thông với khoang quanh nhân. * Các ribosom gắn trên màng LNSC hạt qua mặt lưng của tiểu đơn vị lớn (60 S), nơi có chuỗi polypeptid tổng hợp dở dang đùn ra. Ribosom gắn trên màng hoàn toàn giống ribisom tự do trong bào tương. Màng LNSC hạt chứa phức hợp protein tạo thành kênh chuyển sợi polypeptid đang kéo dài vào trong khoang chứa. * Một vài đoạn lưới nội bào hạt không có ribosom bám, chúng tạo thành các quai có các nang vận chuyển tách ra. Cấu trúc này gọi là vùng chuyển tiếp, thường nằm gần Golgi. Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử Những rãnh dài có hạt nhỏ Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử Ribosom gắn trên màng lưới sinh chất Vùng chuyển tiếp b. Cấu tạo của LNSC trơn: * LNSC trơn là hệ thống các túi hình ống nối liền nhau, có màng bao bọc và không có ribosom bám trên bề mặt. Mặt cắt của chúng trên hình ảnh hiển vi điện tử xuyên có dạng như nhiều lỗ nhỏ kích thước từ vài chục đến cả trăm nanomet. Số lượng LNSC trơn thay đổi tùy loại tế bào. Thậm chí trên cùng một tế bào gan, số lượng này cũng có thể thay đổi khá nhanh chóng. Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử 2. Tổng hợp và vận chuyển các chất trong LNSC: * Chức năng của LNSC là tổng hợp, chuyển hóa và vận chuyển các protein, lipid, phospholipid, glycoprotein và glycolipid. Các chất này hoặc là có trong cấu trúc của màng và không tan trong dịch bào tương. Một số phân tử khác có thể tan được như các protein enzym của tiêu thể (một bào quan có màng), các chất tiết ra môi trường ngoại bào. Ðể được vận chuyển đến những bào quan có màng, hoặc vận chuyển qua màng ra ngoài tế bào, các chất tan nói trên phải được đóng gói trong những nang có màng bao bọc kín. Sự tổng hợp, chuyển hóa và vận chuyển các chất nói trên được thực hiện trên LNSC. a. Chức năng của LNSC hạt: * LNSC hạt làm nhiệm vụ tổng hợp protein chế tiết, protein của màng, hoặc các enzym tiêu thể. * Ðặc điểm nguồn gốc chung của tất cả các protein này là khi mới bắt đầu được tổng hợp, từ đầu N- của phân tử hình thành một oligopeptid dài chừng 16-30 acid amin, trong đó có nhiều gốc kỵ nước. Oligopeptid kỵ nước này đóng vai tròì tín hiệu để gắn toàn bộ quá trình tiếp theo với màng LNSC hạt. Trước hết, oligopeptid kỵ nước được gắn với một phức hợp gọi là hạt nhận tín hiệu (viết tắt SRP). Trên màng của LNSC hạt, có thụ thể của SRP làm nhiệm vụ chuyển chuỗi polypeptid đang tổng hợp dở qua màng, vào bên trong khoang chứa. * Trong khoang chứa, dưới tác dụng của nhiều enzym khác nhau, chuỗi polypeptid được tổng hợp từ ribosome trải qua các biến đổi hóa học khác nhau: + Cắt đứt liên kết peptid, làm cho phân tử ngắn lại. Ví dụ đoạn oligopeptid kỵ nước sau khi làm nhiệm vụ gắn quá trình tổng hợp vói màng, được chuyển vào trong lòng khoang chứa thì có thể được cắt bỏ. + Gắn thêm các gốc đường (phản ứng đường hóa) v.v... Phản ứng đường hóa protein diễn ra trên bề mặt bên trong của màng lưới nội sinh chất, do đó protein của dịch bào tương, tức là phía bề mặt bên ngoài thì không bao giờ bị đường hóa. * Protein (glycoprotein) mới tổng hợp được tích lũy trong khoang chứa của LNSC hạt và vận chuyển đến những vùng chuyển tiếp. Vùng chuyển tiếp bao gồm phần LNSC không có ribosom bám lên, tạo thành những ống hình quai không có hạt. Từ đây sẽ tách ra các túi vận chuyển có màng bao bọc, chuyên chở sản phẩm đến Cis-Golgi. b. Chức năng của LNSC trơn: * LNSC trơn làm nhiệm vụ chuyển hóa các chất kỵ nước, tổng hợp các thành phần tham gia cấu trúc màng như lipid (triglycerid), phospholipid, glucolipid. Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử Ta hãy xem xét sự tổng hợp phospholipid, thành phần cấu tạo chủ yếu của màng. Nguyên liệu để tổng hợp ra nó bao gồm acid béo, glycerin, acid phosphoric và amin hữu cơ. Ngoại trừ acid béo, các thành phần khác đều tan được trong dịch bào tương. Acid béo trong tế bào tồn tại dưới dạng hoạt hóa là Fattyacyl-CoA (acid béo gắn với gốc coenzym A). Phân tử này có thể xem như bao gồm hai nửa không giống nhau về tính hòa tan. Nửa Fattyacyl thì kỵ nước hoàn toàn, do đó luôn luôn gắn với màng, còn thành phần CoA dễ tan trong nước thì nằm lộ ra dịch bào tương. Như vậy, quá trình tổng hợp phospholipid phải xảy ra trên một trong hai lớp lipid kép của màng, cụ thể là lớp hướng về bào tương, trên bề mặt ngoài của LNSC trơn. Sau đó, phospholipid mới được chuyển vào lớp lipid phía trong để cho cấu trúc màng được cân bằng. * Khi lượng chất kỵ nước mà tế bào phải chuyển hóa tăng lên, số lượng LNSC trơn của tế bào cũng tăng lên. Chẳng hạn tế bào tuyến thượng thận phải tổng hợp nhiều steroid có hệ thống LNSC trơn rất phát triển. Khi cơ thể bị nhiễm một số chất độc (các chất kỵ nước, không tan), số lượng LNSC trơn của tế bào gia tăng lên để đáp ứng nhu cầu chuyển hóa các chất đó thành các chất dễ tan, có thể đào thải ra ngoài. * Màng tế bào và những bào quan màng như Golgi luôn luôn được bổ sung vật liệu lipid mới nhờ quá trình hợp màng (membrane fusion) với các túi vận chuyển, túi chế tiết... Các túi này đều có nguồn gốc phát sinh từ hệ thống lưới nội sinh chất. Riêng màng của ti thể có chứa một vài lipid đặc hiệu như cardiolipin, có lẽ bắt buộc phải được tổng hợp ngay tại chỗ chứ không phải có nguồn gốc từ lưới nội sinh chất. Tóm lại: LNSC là một hệ thống các khoang chứa biệt lập với dịch bào tương nhờ một lớp màng bao bọc kín, chúng thông lẫn nhau và đan khắp tế bào chất. LNSC gồm phần có hạt (LNSC hạt), có dạng túi dẹt có các ribosom gắn phía ngoài và phần không có hạt (LNSC trơn) là hệ thống các đường ống không có ribosom bám vào. Màng của LNSC thuộc hệ thống các màng nội bào, với lớp lipid hướng vào phía trong khoang chứa tương ứng với lớp lipid bề mặt ngoài màng tế bào (có chứa thành phần glucid). LNSC hạt có chức năng tổng hợp, chế biến và vận chuyển protein đến Golgi. LNSC trơn tổng hợp các thành phần của màng như lipid, phospholipid, glycolipid. Nhờ có hệ thống LNSC, tế bào tổng hợp các cấu trúc màng mới và các chất cần được bao gói trong màng để vận chuyển đến vị trí sử dụng. III. GOLGI: * Phức hệ Golgi hay bộ máy Golgi (gọi tắt là Golgi) thuộc nhóm bào quan có màng. Mỗi tế bào thường có một hay vài Golgi, thường nằm gần nhân, cạnh cặp trung thể. * Về chức năng, Golgi như một sự tiếp tục của lưới nội sinh chất. Người ta hay gọi nó là "viên cảnh sát giao thông", hay đúng hơn là "trạm điều vận" của tế bào. Golgi tiếp nhận các sản phẩm của LNSC chuyển đến, tiếp tục chế biến và vận chuyển chúng đến nơi sử dụng. Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử 1. Cấu tạo: * Golgi cấu tạo gồm một chồng các túi dẹt hình cái chảo. Các túi đều gồm một lớp màng. Trong một chồng như vậy (gọi là dictiosom) có trung bình 5-8 túi (có thể 320). Các túi xếp đồng hướng, cách nhau 10-15nm. Mặt lồi của chúng hướng về nhân, gọi là mặt Cis. Mặt lõm quay ra phía bào tương, gọi là mặt Trans. * Các túi dẹt có đường kính khá lớn, cỡ 0,5-1 micron. Bờ rìa của chúng nham nhở vì có nhiều mụn nhỏ. Ðó là những nang mới phồng lên, thắt lại và sắp tách ra, hoặc là những nang tách từ khoang chứa khác mới đến gắn vào bờ rìa. Các nang này luôn luôn chạy theo một hướng từ Cis đến Trans. Chúng được gọi là những nang (hay túi) vận chuyển. * Từ mặt Trans ngoài cùng, liên tục tách ra các nang có kích thước lớn hơn nang vận chuyển. Ðó là các túi chế tiết và các tiêu thể sơ cấp, bên trong chứa đầy các sản phẩm đã chế biến và cô đặc. * Các túi chế tiết di động dần về phía màng tế bào, nhập màng và xuất bào. Túi chế tiết có thể xuất bào liên tục hoặc nhập với nhau tạo thành túi dự trữ kích thước lớn hơn. Các túi dự trữ này tiến gần về màng tế bào nhưng chỉ xuất bào khi có tín hiệu thần kinh hay hormon tác dụng lên màng. * Ở những vùng đặc biệt của mặt Trans ngoài cùng, các nang tách ra không xuất bào mà tạo thành các tiêu thể sơ cấp, bên trong chứa đầy enzym thủy phân ưa acid. Tiêu thể sơ cấp, cũng như túi chế tiết và túi dự trữ đã không còn thuộc phạm vi cấu tạo của Golgi. Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử 2. Chức năng và hoạt động: * Golgi có cấu trúc bất đối xứng: mặt Cis lồi hướng về phía nhân, mặt Trans lõm hướng ra phía bào tương và màng. Màng của Golgi phía mặt Cis mỏng hơn mặt Trans, còn các nang vận chuyển bao giờ cũng chuyển động theo một hướng từ Cis đến Trans. Ðặc điểm cấu trúc bất đối xứng này rõ ràng liên quan chặt chẽ với đặc điểm phân cực trong chức năng của Golgi. * Golgi tiếp nhận các sản phẩm từ vùng chuyển tiếp của LNSC hạt tại vùng CisGolgi, vận chuyển chúng theo chiều từ Cis đến Trans, nạp vào các túi chế tiết, các tiêu thể sơ cấp, hoặc các túi vận chuyển đến bào quan khác. Quá trình vận chuyển các sản phẩm đi qua nhiều tầng các túi dẹt của Golgi và thông qua các nang vận chuyển. Quá trình khá phức tạp như vậy rõ ràng không chỉ là vận chuyển cơ học hoặc là cô đặc sản phẩm. Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử * Golgi có chức năng quan trọng khác, đó là phân loại, (điều vận) các sản phẩm đến đúng nơi sử dụng. Muốn thực hiện chức năng này, Golgi phải thực hiện một chức năng nữa là cải dạng hóa học các sản phẩm mà nó vận chuyển. * Trong lòng các túi dẹt của Golgi có chứa nhiều enzym hoặc phức hợp enzym gắn trên các màng và biến đổi các thành phần glucid, protein v.v... Ta đã biết, tại khoang chứa của LNSC hạt, các protein được gắn thêm các gốc đường và trở thành glycoprotein. Ngoài ra, các túi vận chuyển cũng chuyên chở từ vùng chuyển tiếp của LNSC hạt sang Golgi các phân tử proteoglycan (vật liệu xây dựng chất nền ngoại bào), glycolipid để xây dựng màng tế bào... Hệ enzym của Golgi gây ra các biến đổi với thành phần glucid của glycoprotein như sau: + Cắt bỏ bớt các gốc đường, chủ yếu là các gốc manoza, + Gắn thêm các gốc đường khác như N-acetylglucozamin, acid sialic, fucoza, galactoza v.v... + Gắn gốc phosphat vào các gốc đường v.v... * Chính thành phần glucid đóng vai trò quan trọng làm các tín hiệu để Golgi phân loại sản phẩm. Chúng tương tác với thụ thể có mặt trên những vùng riêng biệt của màng Golgi. Nhờ đó, sản phẩm được phân loại và đến đúng địa chỉ. Ví dụ, các enzym thủy phân ưa acid được LNSC tổng hợp dưới dạng glycoprotein tiền enzym không có hoạt tính. Trong dictiosom, gốc đường mannoza của glycoprotein được phosphoryl hóa (gắn gốc phosphat). Mannozo-phosphat được thụ thể đặc hiệu trên những vùng riêng của màng Golgi nhận biết. Cùng với những thụ thể và đoạn màng chứa chúng, tiền enzym được chuyển vào các nang đặc biệt, tạo thành tiêu thể sơ cấp. Trong tiêu thể sơ cấp, bơm Hydro hoạt động làm cho pH giảm đi. Trong môi trường acid, gốc mannozo-phosphat phân ly khỏi thụ thể. Các thụ thể này sau đó tách ra cùng những đoạn màng tạo thành các nang nhỏ để vận chuyển trả lại cho Golgi hay lưới nội bào theo một cơ chế chưa được rõ. Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử Golgi cũng gây ra biến đổi hóa học ngay cả trên các đoạn polypeptid. Chẳng hạn ta biết rằng tiền insulin được tổng hợp ở lưới nội bào hạt dưới dạng một phân tử lớn hơn. Tại Golgi, nó được cắt liên kết peptid để tạo thành insulin có phân tử nhỏ hơn. Tóm lại: Golgi là một bào quan gồm nhiều túi dẹt có màng bao bọc (không có ribosom bám lên), thường nằm gần nhân và vùng bào tương chứa nhiều lưới nội sinh chất. Các túi dẹt này liên hệ với nhau thông qua các nang vận chuyển. Golgi có cấu tạo bất đối xứng, có phần Cis-Golgi hình cung lồi hướng về nhân và phần Trans-Golgi hình cung lõm hướng về phía bào tương. Chức năng hoạt động của Golgi có liên hệ mật thiết với lưới NSC. Golgi tiếp nhận các sản phẩm của lưới nội sinh chất, phân loại, cải biến hóa học và vận chuyển chúng theo chiều từ Cis đến Trans và đến các vị trí sử dụng như màng, khoảng gian bào, hay các bào quan chứa màng như tiêu thể. Từ khóa Lưới nội bào - Lưới nội sinh chất hạt, trơn - Khoang chứa - Golgi - Cis - Trans Dictiosom - Cải dạng hoá học TI THỂ VÀ SỰ CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG TRONG TẾ BÀO Mục tiêu: 1. Mô tả được cấu trúc vi thể và siêu vi thể của ti thể 2. Phân tích được chức năng các thành phần trong ti thể 3. Mô tả được các quá trình chuyển hoá năng lượng trong ti thể 4. Hiểu được tầm quan trọng của ti thể trong tế bào I ÐẠI CƯƠNG: Ti thể có trong tất cả các tế bào eucaryot của động vật. Là bào quan khá lớn và rất đa dạng có thể là hình cầu, bầu dục, que hay hình trụ kéo dài. Ti thể có đường kính trung bình 0.5-1μm. Ti thể được cấu tạo bởi hai lớp màng, các màng này đóng vai trò quyết định trong hoạt động chuyển hoá năng lượng. Từ trong ra ngoài cấu trúc của ti thể bao gồm: khoang chất nền, màng trong, khoang gian màng và cuối cùng là màng ngoài. Chất nền là khoảng chiếm bên trong cùng của ti thể. Trong chất nền chứa một hỗn hợp rất đậm đặc của hàng trăm các men (enzym), gồm các men cần cho sự oxi Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử Màng trong có cấu trúc đặc biệt tạo nhiều nếp gấp, chúng làm tăng tổng diện tích màng kép này rất nhiều. Trên bề mặt của màng chứa các protein chuyên biệt đảm nhận 3 chức năng chính: 1. Thực hiện các phản ứng oxi-hoá trong chuổi hô hấp của tế bào; 2. Một phức hợp men có tên là ATP synthetase tạ ra ATP trong khoang chất nền; 3. Có các protein vận chuyển đặc biệt điều hoà sự đi qua của các chất ra ngoài hoặc vào trong chất nền. Màng ngoài nhờ các protein tạo kênh quan trọng nên màng ngoài có tính thấm với các chất có trọng lượng phân tử ≤ 5000 daltons. Các protein khác bao gồm các men tham gia tổng hợp lipid trong ti thể, các men chuyển hoá lipid sang dạng tham gia trao đổi chất. Khoang gian màng chứa nhiều men sử dụng ATP từ chất nền tổng hợp chuyển ra để phosphory hoá các nucleotid khác. Ti thể là trung tâm tạo năng lượng của tế bào, có chức năng biến đổi năng lượng thành dạng có ích để hoạt hoá các phản ứng của tế bào. Ngoài ra ti thể còn có bộ máy di truyền riêng độc lập nên có khả năng tự sinh sản. II. HÌNH THÁI CỦA TI THỂ Ti thể là một bào quan khá lớn nên được phát hiện từ rất lâu bằng kính hiển vi quang học. Tuy nhiên, cấu trúc của ti thể chỉ có thể được nghiên cứu dưới kính hiển vi điện tử và các phương pháp khác của sinh học phân tử. Hình dạng ti thể rất phong phú nhưng phổ biến nhất là hình que, hình elip hoặc uốn cong thành hình vành khuyên. và có thể biến đổi hình dạng rất nhanh để phù hợp với tế bào chứa chúng khi thay đổi trạng thái hoạt động. Số lượng và phân bố các ti thể trong tế bào cũng rất thay đổi. Tế bào gan động vật thường chứa khoảng 1000 - 2000 ti thể, phân bố tương đối đều, chiếm 1/5 thể tích tế bào. Tế bào tinh trùng chứa ít bào tương, ti thể tập trung ở vùng thân, hình dạng như vành khuyên bao quanh sợi trục của tinh trùng. Ở hồng cầu không có nhân, ti thể cũng thoái biến hết. Tuy ti thể rất đa dạng nhưng tựu chungcó cấu tạo từ ngoài vào trong như sau: Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử 1. Màng ngoài Tương đối bằng phẳng, có tỉ lệ protein khoảng 50%. Protein của màng ngoài đơn điệu, chủ yếu gồm porin. Phân tử porin nằm xuyên màng, tạo thành một kênh cho phép hầu như mọi phân tử ≤5000 daltons được lọt qua không chọn lọc. Như vậy màng ngoài ti thể có tính thấm rất cao so với các màng sinh học khác. Nó như một cái rây để lọt qua các ion H+, phân tử nhỏ như ATP và các nucleotid khác, co-enzym, acid amin.., thậm chí cả các protein nhỏ. Các protein khác của màng ngoài bao gồm các men tham gia tổng hợp lipid trong ti thể và men biến đổi cơ chất lipid thành dạng chuyển hoá được trong chất nền. 2. Khoang gian màng Nằm giữa màng ngoài và màng trong của ti thể có bề rộng khoảng 20nm, chứa nhiều loại men kinase dùng để vận chuyển ATP của chất nền ra ngoài tham gia phosporyl hoá các nucleotid khác. Các nucleotid này được khuếch tán tự do qua màng ngoài vì có trọng lượng phân tử khá thấp. Các ion hydro được bơm liên tục từ khoang chất nền vào khoang gian màng, tạo thành sự chênh lệch nồng độ điện thế (trong âm, ngoài dương). Ion hydro không lọt được qua màng trong trở lại vào chất nền. Từ khoang gian màng chúng khuếch tán qua màng ngoài để vào bào tương. 3. Màng trong Là màng có tỉ lệ protein cao, chiếm đến 3/4 khối lượng, trong khi tỉ lệ này ở màng tế bào và màng nội bào nói chung là 1/1. Tuy nhiên, tính thấm của nó lại mang tính chọn lọc như phần lớn các màng sinh học khác. Mặc dù có sự chênh lệch lớn về mật độ của các ion hydro giữa hai phía của màng trong và mặc dù các ion này có kích thước nhỏ nhất trong các loại ion, chúng cũng không thể khuếch tán tự do qua màng trong. Nguyên nhân có thể màng trong ti thể có chứa một loại phospholipid đặc biệt không thấy ở các màng khác gọi là cardiolipin, chiếm tới 10% tỉ lệ lipid. Ion H+ có độ hoà tan cực thấp trong cardiolipin. Trên màng trong có nhiều cấu trúc chứa nhiều protein như: Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử - Phức hợp nhiều men của chuỗi truyền điện tử. Các men này tiếp nhận năng lượng của NADH và NADH2, dùng năng lượng đó vào việc bơm ion hydro từ trong ra ngoài tạo thang H+ qua màng. - Thể hình chùy (phức hợp F0F1) sử dụng năng lượng của thang H+ nói trên vào việc tổng hợp ATP. - Các loại protein tải, vận chuyển các cơ chất và sản phẩm qua các kênh chọn lọc. Màng trong ti thể không bằng phẳng mà gấp nếp tạo thành những mào ăn sâu vào trong chất nền ti thể. Ở các ti thể của các tế bào khác nhau, mào cũng có hình dạng thay đổi. Nhờ các mào mà diện tiếp xúc giữa màng trong và chất nền ti thể được tăng lên nhiều lần, vì thế hiệu suất làm việc của ti thể cũng được tăng lên. Ngoài ra, các nếp gấp nhiều ít còn tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng ATP của tế bào. Ví dụ, đối với tế bào cơ tim phải tiêu thụ rất nhiềU ATP nên các nếp gấp nhiều gấp ba lần trong tế bào gan. Nhưng trong tế bào gan tổng diện tích màng trong ti thể của nhiều gấp năm lần diện tích màng ngoài. Nếu cộng tất cả diện tích màng trong của ti thể ở tế bào gan, diện tích này lớn gấp mười lăm lần so với ện tích màng tế bào. 4. Khoang chất nền Là khoảng không gian trong cùng, khoang này chứa hỗn hợp các men và cơ chất khác nhau tham gia thực hiện chu trình acid citric, chu trình oxi hoá bêta acid béo. Tại đây cũng có các ADN, ARN và ribosom của ti thể. Ðối với tế bào gan có tới 67% protein của ti thể nằm trong chấền. III. QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP ATP VÀ CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG CHO TẾ BÀO 1. Năng lượng dự trữ Sự chuyển hoá năng lượng trong ti thể không chỉ từ nguyên liệu là pyruvate sản phẩm ly giải đường mà còn từ các acid béo cũng như các protein từ đạm. Pyruvate và acid béo được vận chuyển chọn lọc từ dịch bào tương vào khoang chất nền ti thể. Tại đây chúng bị cắt đứt thành những nhóm có hai nguyên tử cácbon acétyl mà quan trọng nhất là acétyl Co-enzymA (Acétyl-CoA=CoA-S-CO-CH3). Nhón acétyl tham gia vào chu trình acid citric (chu trình Krebs) của chuỗi hô hấp tế bào. Ðể đảm bảo năng lượng được cung cấp liên tục, cơ thể dự trữ năng lượng dưới dạng hoá năng của các đại phân tử (đường, mỡ và đạm). Ở tế bào động vật acid béo dự trữ dưới dạng mỡ và glucose dưới dạng glycogeni một người trung bình, năng lượng dự trữ trong mỡ có thể đủ cho cơ thể sống sót một tháng. Một gam mỡ khi phân hủy cho ra năng lượng gấp sáu lần 1 gam glucid. Vì vậy, nếu kho dự trữ năng lượng của cơ thể chuyển hết thành glycogen lẽ ra là mỡ thì trọng lượng cơ thể sẽ nặng thêm trung bình 27Kg (60 pounds). Tuy chất đường mà chủ yếu là glycogen chỉ dự trữ đủ năng lượng cho chúng ta hoạt động 1 ngày, nhưng đây là nguồn năng lượng quan trọng được huy động nhanh hơn cả. Ebook created by CLB195 Bài giảng của các BS : Nguyễn Quốc Dũng _ Trần Công Toại_Lê Quốc Sử