Category Archives: Thảo luận chung

[Thống kê căn bản] Bài 5: Empirical rule khảo sát bộ dữ liệu phân phối chuẩn một mốt

[Thống kê căn bản] Bài 5: Empirical rule khảo sát bộ dữ liệu phân phối chuẩn một mốt

[Thống kê căn bản] Bài 5: Empirical rule khảo sát bộ dữ liệu phân phối chuẩn một mốt

Ở thời đại ngày nay, thống kê là một công cụ đắc lực của các nhà Khoa học trong rất nhiều lĩnh vực, Y Sinh học không là ngoại lệ. Những hiểu biết về thống kê sẽ giúp chúng ta khảo sát và đưa ra được các kết luận đúng đắn để có thể vận dụng vào thực tiễn. Do đó, Biomedera Education quyết định xây dựng loạt bài giảng về lý thuyết và thực hành trên các phần mềm thống kê hiện đại nhằm giúp các bạn tiếp cận và sử dụng thành thạo công cụ này trong học tập, làm việc và nghiên cứu khoa học.

Video được thực hiện bởi Nguyễn Thị Huyền Trang – Sinh viên ngành Y học Dự phòng niên Khóa 2009-2015, Đại học Y Dược Huế.

[Thống Kê Căn Bản] Bài 3: Trung vị – Định nghĩa, cách tính và ý nghĩa thống kê (Lý thuyết)

[Thống Kê Căn Bản] Bài 3: Trung vị – Định nghĩa, cách tính và ý nghĩa thống kê (Lý thuyết)

Ở thời đại ngày nay, thống kê là một công cụ đắc lực của các nhà Khoa học trong rất nhiều lĩnh vực, Y Sinh học không là ngoại lệ. Những hiểu biết về thống kê sẽ giúp chúng ta khảo sát và đưa ra được các kết luận đúng đắn để có thể vận dụng vào thực tiễn. Do đó, Biomedera Education quyết định xây dựng loạt bài giảng về lý thuyết và thực hành trên các phần mềm thống kê hiện đại nhằm giúp các bạn tiếp cận và sử dụng thành thạo công cụ này trong học tập, làm việc và nghiên cứu khoa học.

Video được thực hiện bởi Nguyễn Thị Huyền Trang – Sinh viên ngành Y học Dự phòng niên Khóa 2009-2015, Đại học Y Dược Huế.

[Kỹ năng mềm cho NCKH] Thủ thuật đưa tài liệu tham khảo từ Word vào Endnote

Kỹ năng IT là một bộ phận rất quan trọng trong nhóm các kỹ năng cần có để trở thành một nhà nghiên cứu khoa học. Biomedera Education sẽ cùng đồng hành với các bạn trong quá trình tìm tòi, làm quen và thành thục các kỹ năng này. Qua đó, giúp các bạn giải quyết được các khó khăn bước đầu trên chặn đường nghiên cứu khoa học của mình!

Hãy tải phần mềm học tiếng Pháp miễn phí tại đây:

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.tiengphap.biomedera&hl=en

Đây là tuyển tập các chuyên đề văn phạm tiếng Pháp cho mọi đối tượng. Mục đích của chúng tôi là nhằm cung cấp những kiến thức cơ bản nhất cho những người có đam mê tiếng Pháp và văn hóa Pháp.

Cô Trang Khanh hiện là giáo viên dạy tiếng Pháp cho sinh viên thuộc các trường Đại học tại TP.HCM.

Mọi liên hệ nhu cầu học tập, hợp tác sản xuất video giáo dục cũng như góp ý xin gửi về: biomedera.edu@gmail.com

Ban giảng huấn: Trang Khanh — Phước Long — Thanh Trang

p/s: Best view at 1080p

Biomedera – Aspiration of Knowledge

Channel: https://www.youtube.com/BiomederaEducation

Kỉ nguyên Y Sinh học – Biomedera’s channel

Chúng tôi không thể trình bày chính xác hoàn toàn sự thật trong các video này. Do vậy mong rằng các bạn có thể sử dụng sự tinh tế của mình khi xem cơ hồ nắm bắt được tri thức!

Follow us:

Fb: http://www.facebook.com/Biomedera

Website: http://www.biomedera.com http://www.docsachysinh.com

Hãy ấn Like và Subcribe để theo dõi những video mới nhất của chúng tôi nhé!

ĐẠI CƯƠNG SẮT VÀ HEMOGLOBIN

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Xin cảm ơn bạn Lê Minh Châu đã có đóng góp quan trọng cho bài viết này.

Giới thiệu

Hình 19.1: Sự phân bố của Sắt trong cơ thể sinh vật.

Sắt có vai trò rất quan trọng trong cơ thể con người, phần nhiều vì sắt tham gia quá trình chuyển hóa oxygen và tạo máu. Ở cơ thể người , sắt tồn tại ở 2 dạng: ferrous (Fe2+) và ferric (Fe3+). Sắt có ái tính cao đối với những nguyên tử có độ âm điện cao hay mật độ điện âm cao như là oxygen, nitrogen và sulfur, các nguyên tử này được tìm thấy dưới dạng đại phân tử trong tim và có sắt ở trung tâm đại phân tử đó.

Trong môi trường pH kiềm và trung tính, sắt tồn tại ở dạng Fe3+ và ở môi trường pH có tính acid, sắt thường tồn tại ở dạng Fe2+. Khi ở dạng Fe3+, sắt cùng với các anion, nước và peroxides tạo nên các phức hợp lớn. Các phức hợp lớn này ít tan trong nước, và vì tính chất này nên chúng thường tập hợp lại với nhau và tạo nên bệnh lí cho cơ thể. Sắt có thể bám vào rất nhiều đại phân tử và ngăn chặn việc hình thành cấu trúc hay phá hoại chức năng của các đại phân tử này. Vì vậy cơ thể cần có các protein bám sắt (iron-binding protein) để bảo vệc cơ thể khỏi những tác động có hại của sắt.

Hình 19.2: Phổ hấp thụ vùng nhìn thấy của Hb mang và không mang oxygen.

Heme không những quan trọng vì nó có vai trò tạo nên hemoglobin và vài enzyme (như cytochrome oxi hóa khử và cytochrome giải độc nhóm P450) mà chúng còn quan trọng vì rất nhiều bệnh xảy ra do khiếm khuyết enzyme trong quá trình sinh tổng hợp chúng. Sự khiếm khuyết này làm δ-aminolevulinic acid, (ALA) và các heme trung gian có màu bất thường khác xuất hiện trong hệ tuần hoàn, nước tiểu và các mô khác như răng và xương gây nên rối loạn bệnh lí. Vài rối loạn trong quá trình sinh tổng hợp heme diễn ra rất âm thầm như porphyrias.

Chuyển hóa sắt

Fe2+ liên kết với protoporphyrin IX tạo heme. Có rất nhiều heme có các protein liên quan đến việc vận chuyển oxygen (hemoglobin), dự trữ oxygen (myoglobin) và enzyme xúc tác như là nitric oxide synthase (NOS) và prostaglandin synthase (cyclooxygenase). Có rất nhiều sắt không tạo heme nhưng có chứa protein như iron-sulfur protein trong sự phosphoryl hóa oxi hóa hay các protein dự trữ và vận chuyển sắt (transferrin và ferritin).

Hình 19.3: Phức hợp Fe(II)-porphyrin có gắn kết Oxygen

Sắt được đưa vào cơ thể con người ở 2 dạng: sắt tự do và sắt heme. Trong ruột, sắt tự do bị khử từ dạng Fe3+ thành dạng Fe2+ ở trên lớp niêm mạc của tế bào ruột non và được chuyển đến các tế bào bằng transporter kim loại hóa trị 2 (divalent metal transporter, DMT1). Ruột hấp thu được sắt heme khi heme bám vào protein vận chuyển heme (heme carrier protein, HCP1).Sau đó, sắt trong heme được tách ra khỏi heme bởi enzyme dị hóa heme, heme oxygenase. Sắt có thể được dự trữ trong trong tế bào ruột ở dạng bám vào ferrintin. Sắt được vận chuyển qua màng đáy bên của tế bào ruột vào hệ tuần hoàn nhờ vào transport protein ferroportin (hay còn gọi là IREG1- iron regulated gene 1). Sau đó, enzyme hephaestin (ferroxidase chứa đồng có chức năng tương tự ceruloplasmin) oxi hóa Fe2+ thành Fe3+. Khi đi vào hệ tuần hoàn, Fe3+ gắn vào transferrin và thông qua hệ cửa để đến gan. Gan là nơi dự trữ chính của sắt. Nơi sử dụng sắt nhiều nhất là tủy xương, nơi tổng hợp heme.

Hình 19.4: Cấu trúc của Heme

Sắt đưa vào cơ thể được hấp thu ở tá tràng. Sắt tự do thường tồn tại ở dạng Fe2+ở ruột và bị khử thành Fe3+ bởi ferrireductase. Ở tá tràng, quá trình khử này được diễn ra bởi duodenal cytochrome B (DCYTB) vàferrireductases bờ bàn chải ruột (vì nghiên cứu cho thấy những con chuột knock-out gene DCYTB không bị giảm khả năng hấp thu sắt).  Fe2+ được hấp thu vào ruột bởi ivalent metal transporter 1 (DMT1). DMT1 thuộc họ protein vận chuyển tan (solute carrier protein family) và được kí hiệu là SLC11A2. Sắt heme được hấp thụ nhờ vào heme carrier protein 1 (HCP1). Khi vào ruột, heme bị thoái giáng bởi heme oxygenase và giải phóng Fe2+. Fe2+ bám vào ferritin và được được dự trữ ở ruột hay đi vào tuần hoàn bởi ferroportin (IREG1). Ferroportin cũng thuộc họ protein vận chuyển tan trong dung dịch nước (solute carrier protein family) và được kí hiệu là SLC11A3. Khi vào máu, sắt được transferrin vận chuyển ở dạng Fe3+ vì khi đi qua ferroportin, Fe2+ đã được hephaestin (1 loại ferroxidase) oxi hóa thành Fe3+.

Transferrin được sản xuất ở gan và là protein huyết thanh có khả năng vận chuyển sắt. Mặc dù còn rất nhiều kim loại khác có thể bám vào transferrin nhưng Fe3+ có ái lực cao nhất đối với transferrin. Fe2+ không bám vào transferrin. Có 2 dạng Fe3+ bám vào transferrin. Sắt được hấp thu vào tế bào nhờ sự phosphoryl hóa thụ thể màng tế bào của PKC. Sau đó phức hợp sắt-transferrin-thụ thể sẽ được nội bào hóa. Sau đó, vì tính acid của endosome, sắt được giải phóng còn transferrin và thụ thể được đưa trở về màng tế bào.

Hình 19.5: Chu trình của Transferrin trong tế bào

Xem toàn bộ bài viết tại đây.

Ca2+/TI THỂ VÀ HOẠT ĐỘNG TẾ BÀO

Ca2+/TI THỂ VÀ HOẠT ĐỘNG TẾ BÀO

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Đại cương

Tế bào Eukaryote dự trữ Ca2+ trong lòng sarco/endoplasmic reticulum (SR/ER) và ở trong bộ Golgi. Ca2+ trong các bào quan cần thiết cho quá trình thủy phân ATP dưới xúc tác của SR/ER ATPase (SERCA) và Secretory pathway Ca2+-ATPase (SPCA), do vậy nồng độ của Ca2+ rất dao động, từ  µM đến mM, đủ tạo ra thêm một thành phần gradient điện thế nội bào. Sự phóng thích Ca2+ được thực hiện bởi các kênh ion không đặc hiệu, bao gồm thụ thể của 1,4,5 trisphosphate (InsP3R) và thụ thể ryanodine (RyR, đặc biệt là ở cơ vân và cơ tim) trong lộ trình tín hiệu của inSP3 (một phân tử truyền tin thứ 2) hoặc cADP ribose, cADPR đối với RyR và cuối cùng là bởi các kênh Ca2+ cảm ứng điện thế nằm trên màng (tế bào cơ). Các bào quan khác như ti thể, peroxisomes, các túi tiết, nhân, cùng với các Ca2+ binding protein ở trong bào tương hiệp đồng tạo ra sự biến đổi nồng độ của Ca2+ nội bào, tạo ra các quá trình điều hòa Ca2+ rất chặt chẽ. Những tri thức cơ bản về lộ trình tín hiệu của Ca2+ đã được đề cập ở một chương riêng. Ở chương này, chúng ta sẽ chỉ đề cập đến vai trò của Ca2+/ti thể mà thôi.

Hình 39.1: Na+/Ca2+ exchanger (NCX) và uniporter ti thể là các bơm Ca2+ hiệu quả khi nồng độ Ca2+ bào tương tăng cao do có năng lực bơm cao và ái lực với Ca2+ thấp. PMCA (plasma membrane Ca2+-ATPase) và SERCA (sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase) có khả năng bơm thấp hơn nhưng ái lực lại cao hơn nên có thể đưa Ca2+ về lại nồng độ của trạng thái nghỉ.

Như chúng ta đã biết, ti thể là một bào quan có khả năng “thiên bẩm” trong việc đáp ứng với các lộ trình tín hiệu Ca2+ và cả góp phần kiểm soát hay giải mã (decode) nó. Do vậy, Ca2+ tự thân nó rất cần thiết cho chức năng của ti thể: 3 enzyme dehydrogenase của vòng Krebs (pyruvate dehydrogenase, α-ketoglutarate dehydrogenase và isocytrate dehydrogenase) đều được hoạt hóa bởi Ca2+. Trong chuỗi truyền điện tử, F1F0 ATPase và ATP translocator được điều hòa bởi Ca2+. Vì chức năng của Ca2+ quan trọng như vậy, nên các cơ chế nhằm kiểm soát Ca2+ là cần thiết để tạo ra các đáp ứng khác nhau, đôi khi ngược hẳn nhau: tạo ra năng lượng hay tham gây ra apoptosis. Điều cuối cùng ta cần biết ở đây nữa là ti thể không phải chịu sự chi phối hoàn toàn của Ca2+ mà ngược lại, nó sử dụng Ca2+ như phương tiện giao tiếp với các thành phần khác của tế bào. Vậy nên ta có thể xem Ca2+ là ngôn ngữ chung của chúng.

Chúng ta sẽ cùng nhau nói về vai trò của Ca2+ trên cương vị phân tử điều biến hoạt động của ti thể và vai trò của ti thể như một bào quan điều biến hoạt động của tế bào phụ thuộc Ca2+.

Hình 39.2: Ti thể được năng lượng hóa nhờ pyruvate – phân tử khi vào ti thể sẽ chuyển hóa theo chu trình TCA và qua chuỗi truyền điện tử tạo năng lượng. Như chúng ta đã thảo luận ở một chương riêng, sự chênh lệch điện thế giữa màng ngoài và màng trong ti thể là từ -150 đến -180 mV, tạo thuận lợi để tạo ATP và hấp thu Ca2+. Sơ đồ trên mô tả khái quát mối liên hệ giữa chuyển hóa của ti thể và lộ trình tín hiệu Ca2+.

 

Các diễn viên chính trong vở kịch của Ca2+ ti thể

Từ những năm 60 của thế kỉ trước, hàng loạt các nghiên cứu về vai trò của ti thể được tiến hành. Mục tiêu cuối cùng, lớn nhất, là tìm cho bằng được các protein tải Ca2+ của ti thể. Trong suốt 50 năm nghiên cứu, người ta đã xác định được cơ chế Ca2+ đưa vào và đẩy ra ngoài ti thể một cách bao quát, chi tiết cách Ca2+ đi vào. Nhưng, mãi đến năm 2011, người ta mới biết được sự hiện diện của Na+/Ca2+ exchanger (một trong 2 hệ thống đưa Ca2+ ra ngoài). Trong suốt chặn đường từ trong chất nền ti thể đi ra ngoài bào tương hay ngược lại, Ca2+ phải vượt qua 2 chướng ngại làm giảm tính thấm của ion, đó là: lớp màng ngoài (OMM) và lớp màng trong (IMM).Màng ngoài có nhiều lỗ kênh (porines) và ngày trước, người ta cho rằng nó thấm tự do với Ca2+, nhưng theo các nghiên cứu từ năm 2006 trở lại đây, người ta ghi nhận được có sự hiện diện của các kênh chọn lọc anion phụ thuộc điện thế và sự tác động nhất định của nó đến tính thấm của Ca2+. Màng trong ti thể, như chúng ta đã biết, là một lớp màng không có tính thấm với ion và các phân tử chuyển hóa. Nó là nơi các phản ứng phosphoryl hóa oxi hóa xảy ra (vì nó có các phức hợp tham gia chuỗi truyền hô hấp) và cũng có các protein đảm bảo cho Ca2+ có thể đi vào và đi ra khỏi chất nền bên trong.

Hình 39.3: Cân bằng nội môi của Ca2+ ti thể ở trạng thái nghỉ. (a) Theo sau sự kích thích, sự mở kênh InsP3R và RyR. Các “diễn viên” tham gia quá trình tải Ca2+ được đề cập. VDAC – voltage-dependent anion channel; RaM – rapid mode of uptake, GRP75-glucose regulated protein 75, MPTP – mitochondrial permeability transition pore.

Quá trình đưa Ca2+ vào ti thể là một quá trình điện tính không phụ thuộc vào sự cân bằng gradient điện hóa. Bằng chứng là sự chuyển vị của H+ từ chất nền đến khoảng gian màng liên quan tới chuỗi truyền điện tử ở màng trong, nơi mà điện thế màng tế bào ở mức -180mV. Mức điện thế này tạo một lực để cho Ca2+ xâm nhập vào bên trong. Do vậy, ta cũng cần biết rằng, nếu không duy trì được nồng độ H+ cần thiết xuyên qua lớp màng trong, nghĩa là không tạo ra được sự chênh lệch điện thế đủ cao, quá trình hấp thu Ca2+ cũng sẽ không thể xảy ra.

Protein tải Ca2+ đơn độc (Ca2+ uniporter, MCU) được phát hiện năm 2004 và mãi đến năm 2011 mới xác định được nó có cấu trúc dạng lỗ (pore-forming channel), được cho là một cổng ion chọn lọc, có cơ chế hấp thu nhanh (rapid mode, RaM) – đóng vai trò cơ bản trong quá trình hấp thu Ca2+ của ti thể. Cơ chế đưa Ca2+ ra ngoài bao gồm 2 thành phần, có và không phụ thuộc vào Ca2+, biểu hiện bởi 2 loại protein tải là 3Na+/Ca2+ và 2H+/Ca2+ antiporter; đồng bộ với lực gây ra bởi sự di chuyển của H+ trong chuỗi hô hấp tế bào.

Hình 39.4: Nhiệt động học Ca2+ của ti thể và sự hoạt hóa chu trình TCA & phản ứng phosphoryl hóa oxy hóa.

Sự hấp thu Ca2+ ti thể

Năm 2004, người ta đã xác định được MCU là một kênh Ca2+ có tính chọn lọc rất cao với hằng số bán hoạt K0.5 là 19mM Ca2+, và vị trí hoạt hóa cũng chính là vùng tải. Chuỗi thứ tự tính thấm của protein này lần lượt làCa2+>Sr2+>Mn2+>Ba2+>Fe2+>La3+. Điểm thú vị là Ca2+ tự thân nó hoạt hóa MCU trong khi La, Mg2+, Ru đỏ (RR), KB-R7943 lại có vai trò ức chế. Một lần nữa ta lại nhìn thấy sự “đối đầu” của Mg2+ và Ca2+– một hiện tượng góp phần đáng kể trong quá trình điều hòa tác động của Ca2+. Ngoài ra, các polyamine được tin là đóng vai trò sinh lý quan trọng đối với Ca2+ vì nó giúp khởi động quá trình hấp thu Ca2+ của ti thể khi nồng độ Ca2+ tại đây ở mức thấp. Taurine ở mức mM cũng có thể hoạt hóa MCU. Điểm kì lạ nhất liên quan tới quá trình này liên quan đến các nucleotides, nó vừa có thể hoạt hóa, vừa có thể ức chế MCU và người ta cũng chưa rõ cơ chế tác động của nó như thế nào.

Hình 39.5: Ion calcium được vận chuyển trực tiếp giữa ER và ti thể tại “khớp nối” giữa 2 bào quan này. Quá trình chuyển đổi được điều hòa bởi thụ thể IP3 và các uniporter.

Khi nghiên cứu về các lộ trình tín hiệu có liên quan đến Ca2+, cụ thể là trường hợp của các phân tử ức chế p38 MAPK, người ta cũng đã phát hiện được rằng lộ trình tín hiệu phụ thuộc vào các protein kinase (tyrosine kinase, serine/threonine kinase,…) có vai trò điều biến dòng Ca2+ đi vào.

Như chúng ta đã biết, sự vận chuyển Ca2+ có liên quan đến sự vận động của H+. Vào năm 2007, người ta lại ghi nhận được sự vận chuyển của các ion H+ có liên quan đến các protein tải ion âm – trường hợp này là các acid hữu cơ, theo chiều từ chất nền ti thể ra khoảng gian màng. Vậy, cơ chế này cũng ảnh hưởng gián tiếp tới sự vận chuyển của Ca2+.

Đọc trọn vẹn bài viết tại đây.

Chất cận tiết và do thần kinh tết ra ở thành dạ dày – ruột và bàn luận về SHPTTB

A. Các chất cận tiết:

Cùng với các hormone ở dạ dày-ruột (đã được tóm tắt trong bài viết trước), những chất cận tiết được tổng hợp trong những tế bào nội tiết của đường tiêu hóa. Tuy nhiên chúng không đi vào hệ tuần hoàn mà tác động tại chỗ, đến các tế bào đích lân cận của chúng bằng cách khuếch tán qua những đoạn đường ngắn trong dịch kẽ. Hoặc đôi khi chúng có thể được chuyên chở qua những đoạn đường ngắn trong mao mạch. Từ đó, đối với một chất có chức năng cận tiết, vị trí tác động của nó chỉ được cách vị trí bài tiết một khoảng cách ngắn. Điển hình của chất cận tiết là Somatostatin và Histamine.

1. Somatostatin:

– Là 1 peptide
– Được tiết ra từ các tế bào D của niêm mạc đường tiêu hóa
– Được kích hoạt bởi sự giảm pH trong lòng ống tiêu hóa
– Sự bài tiết somatostatin bị ức chế bởi sự kích thích dây X
– Tác động:
+ Ức chế sự phóng thích của tất cả hormone đường tiêu hóa
+ Ức chế sự bài tiết H+ của dịch vị bằng cách:
(1) trực tiếp ức chế sự bài tiết H+ thông qua protein Gi
(2) ức chế tế bào G ở hang vị bài tiết Gastrin
(3) ức chế tế bào ECL (enterochromaffin-like cell) tiết ra histamine
Untitled.jpg

Hình: Những tác nhân kích thích và ức chế sự bài tiết H+ từ tế bào thành của dạ dày (ACh: acetylcholine, M: muscarinic, CCK: cholecystokinin, ECL: enterochromaffin-like, cAMP: cyclic adenosine monophosphate, IP3: inositol 1,4,5-triphosphate) 

– Ngoài những chức năng cận tiết trên trong đường tiêu hóa, somatostatin còn được tiết ra từ vùng hạ đồi và từ các tế bào delta (delta cell) của tuyến tụy nội tiết.

2. Histamine:

– Không phải là peptide

– Được tiết ra từ các tế bào dạng nội tiết (tế bào ECL) của niêm mạc đường tiêu hóa, chủ yếu là trong vùng bài tiết H+ của dạ dày.

– Được kích hoạt khi có sự kích thích dây X của hệ phó giao cảm và khi có sự bài tiết gastrin. Sự gắn của acetylcholine lên thụ thể M3, của gastrin lên thụ thể CCKB cũng làm tăng khả năng gắn của histamine lên thụ thể H2.

– Tác động: cùng với gastrin và acetylcholine, histamine kích thích sự bài tiết H+ từ các tế bào thành của dạ dày.

B. Các chất tiết thần kinh:

Các chất tiết thần kinh là những peptide được tổng hợp trong thân các tế bào thần kinh của đường tiêu hóa. Một điện thế động trong tế bào thần kinh gây ra sự phóng thích các chất tiết thần kinh. Các chất tiết thần kinh khuếch tán qua synapse và tương tác với thụ thể trên tế bào sau synapse.

Những chất tiết thần kinh của đường tiêu hóa bao gồm: Acetylcholine (ACh), norepinephrine (NE), vasoactive intestinal peptide (VIP), gastrin-releasing peptide (GRP) hay còn gọi là bombesin, enkephalins, neuropeptide Y, vàchất P.

1. Acetylcholine (ACh):

– Nguồn gốc: Từ tế bào thần kinh của hệ phó giao cảm

– Tác động:

+ Co thắt cơ trơn của thành ống tiêu hóa

+ Giãn các cơ thắt (sphincter)

+ Tăng tiết nước bọt, dịch vị và dịch tụy

2. Norephinephrine (NE):

– Nguồn gốc: Từ tế bào thần kinh của hệ giao cảm

– Tác động:

+ Giãn cơ trơn của thành ống tiêu hóa

+ Co các cơ thắt

+ Tăng bài tiết nước bọt

3.Vasoactive intestinal peptide (VIP):

– Nguồn gốc: Từ tế bào thần kinh của niêm mạc và cơ trơn

– Tác động:

+ Giãn cơ trơn

+ Tăng bài tiết dịch ruột và dịch tụy

4.Gastrin-releasing peptide (GRP) hoặc Bombesin:

– Nguồn gốc: Từ tế bào thần kinh của niêm mạc dạ dày

– Tác động: Tăng bài tiết Gastrin

5.Enkephalins:

– Nguồn gốc: Từ tế bào thần kinh của niêm mạc và cơ trơn

– Tác động:

+ Co thắt cơ trơn

+ Giảm bài tiết dịch ruột

6.Neuropeptide Y:

– Nguồn gốc : Từ tế bào thần kinh của niêm mạc và cơ trơn

– Tác động :

+ Giãn cơ trơn

+ Giảm bài tiết dịch ruột

7.Chất P :

– Nguồn gốc : được tiết ra cùng với ACh

– Tác động :

+ Co thắt cơ trơn

+ Tăng bài tiết nước bọt

C. Tổng kết :

Untitled 2.jpg
Hình: Phân loại những peptide đường tiêu hóa theo hormone, paracrine và neurocrine (R : receptor/thụ thể, GI: gastrointestinal tract)
THAM KHẢO: 
Linda Costanzo, BRS Physiology 5th Edition, Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, USA 2011, trang 194,195.
Linda Costanzo, Physiology 4th Edition, Saunders, Inc., USA 2010, trang 330,331, 335.
Linda Costanzo, BRS Physiology Cases and Problems 4th edition, Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, USA 2012 trang 255

Bài viết của DrDream

Đọc toàn bộ bài viết và bàn luận tại đây.

CÁC LỘ TRÌNH “NGẮT” TÍN HIỆU CHÍNH

CÁC LỘ TRÌNH “NGẮT” TÍN HIỆU CHÍNH

Nguyễn Phước Long – Phùng Trung Hùng

Tổng quan

Như ta đã biết, lộ trình tín hiệu “on” có vai trò sản sinh ra các tín hiệu nội bào, ngược lại, các tín hiệu “off” có chức năng hủy bỏ các tín hiệu đó và giúp tế bào ‘trở lại trạng thái nghỉ’. Chúng ta sẽ quan tâm chủ yếu đến hiện tượng bằng cách nào các phân tử truyền tin thứ hai và các effector (protein tác hiệu) bị bất hoạt.

Các phân tử truyền tin thứ hai như cAMP, cGMP đều bị bất hoạt bởi phosphodiesterase (PDE). Lộ trình của inositol trisphosphate (InsP3) không diễn ra được nữa nếu có sự hiện diện của inositol trisphosphatase và inositol phosphatase. Trường hợp tín hiệu của Ca2+ phụ thuộc nhiều vào các kênh và các tải Ca2+ (là cách nói tắt, hay phải gọi chính xác hơn là protein tải vận Ca2+)  trong đó ti thể chiếm vai trò quan trọng (đã đề cập ở một chương khác).

Một nguyên lý chung cần nhớ là, rất nhiều các phân tử truyền tin thứ hai và effector hoạt hóa nhờ hiện tượng phosphoryl hóa bởi các kinase/phosphorylase, bị bất hoạt bởi hiện tượng khử phosphoryl với hóa xúc tác là các phosphatase.

Tuy nhiên, có những gốc phosphate được gắn vào có chức năng bất hoạt protein. Do vậy không nên hiểu một cách cứng nhắc rằng loại bỏ gốc phosphate chỉ có vai trò bất hoạt.

Protein phosphatase

Bộ gene người tổng hợp được khoảng 2000 loại protein kinase khác nhau có vai trò trong rất nhiều lộ trình tín hiệu. Đối kháng lại tác dụng của nó là một lực lượng cân xứng phosphatase. Các phân tử này được chia làm 2 nhóm chính.

Protein tyrosine phosphatase (PTPs)

Hiện tượng phosphoryl hóa tyrosine thường hữu của protein chỉ chiếm khoảng 0.1% tổng số khả năng phosphoryl hóa protein trong tế bào.  Tuy nhiên, nó lại chiếm vai trò lớn vì tham gia vào các lộ trình tín hiệu chính, điều hòa sự tăng trưởng và phát triển của tế bào. Hiện tượng phosphoryl hóa tyrosine tăng lên từ 10 – 20 lần khi tế bào bị kích thích bởi các growth factor hoặc trải qua quá trình biến đổi ung thư hóa. Chính điểm này làm nổi bật lên vai trò của PTPs.

Cấu trúc và chức năng của PTPs cho thấy rằng các enzyme này thuộc về họ heterogeneous. Siêu họ protein này được chia làm 2 họ nhỏ hơn là PTPs cổ điển và DSPs (dual-specificity phosphatase).

Cấu trúc và chức năng

Các thành viên có cấu trúc rất khác nhau. PTP cổ điển còn được phân chia thêm thành các PTPs không xuyên màng (non-transmembrane PTPs) và PTPs loại thụ thể (receptor-type PTPs). Tuy nhiên, tất cả các phosphatase đều có chung một motif là H-C-X-X-G-X-X-R nằm ở domain xúc tác. Các thành tố cấu trúc khác (SH2, PDZ và immunoglobin-like domain) có vai trò điều hòa hoạt động của enzyme và giúp enzyme hiện hữu ở gần nơi có cơ chất đặc hiệu của nó.

Hình 42.1: Tổng quan về siêu họ PTP.

Tất cả các PTPs đều dùng chung một cơ chế xúc tác. Trong quá trình, gốc phosphate ở cơ chất đầu tiên được chuyển đến tiểu phân cysteine ở motif xúc tác trước khi bị thủy phân bởi nước để giải phóng anion phosphate. Cách thức hoạt động này của tiểu phân cysteine trong phản ứng chuyển đổi phosphate này là một ví dụ của quá trình nhạy cảm oxi hóa (oxidation-sensivite process) – vốn là mục tiêu của lộ trình tín hiệu redox. Một vài phân tử tín hiệu thuộc họ ROS thực hiện chức năng được là nhờ vào sự bất hoạt các PTPs này.

Trong lộ trình tín hiệu redox, cysteine bị oxy hóa và làm giảm hoạt tính của PTPs. Quá trình bất hoạt phosphatase do cảm ứng oxi hóa góp phần tăng cường luồng tín hiệu xuôi dòng của tyrosine như MAPK và Ca2+ chẳng hạn.

PTP cổ điển

PTP không xuyên màng

Các protein này thuộc họ heterogeneous có chung domain PTP nhưng có thêm các thành tố khác quyết định vị trí hiện diện cũng như chức năng của nó trong tế bào. Một vài thành viên thuộc nhóm này là:

–          Protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B). Protein này có domain PTP tiêu biểu ở đầu N và vùng điều hòa ở đầu C. Đầu C có chứa một vùng kị nước – là thành phần giúp gắn enzyme vào ER. Mặc dù được cố định vào ER, một vài cơ chất chính của PTP1B là các thụ thể tyrosine kinase (như thụ thể EGF, thụ thể insulin và non-receptor tyrosine kinase c-Src). PTP1B cũng là thành phần của JAK/STAT như STAT5a và STAT5b. PTP1B đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định hóa các phức hợp cadherin vì chúng loại nhoscm phosphate của tyrosine trên β-catenin. Để gắn được vào cadherin, PTP1B phải được phosphoryl hóa ở tiểu phân Tyr-152 bởi protein tyrosine kinase không thuộc loại thụ thể.

Hình 42.2: Cơ chế xúc tác của protein tyrosine phosphatase. Vùng xúc tác có chứa 3 tiểu phân (cysteine, aspatate và glycine) – là 3 amino acid cần thiết cho quá trình xúc tác. A) đoạn peptide có chứa phosphotyrosine đi vào vị trí. Tiểu phân aspatate có vai trò cho proton (gốc phenolate là nơi nhận và nó cũng là nhóm rời khỏi cấu trúc cơ chất). B) Khi gốc phosphate đã được chuyển đến gốc cystein, cơ chất rời khỏi enzyme và bước cuối cùng là sự thủy phân gốc phosphate. Sự liên hợp của một phân tử nước và glycine giúp sự thủy phân gốc phosphate xảy ra dễ dàng hơn. Khi gốc phosphate rời khỏi, vị trí tác động sẵn sàng để tiếp tục xúc tác cho phản ứng tiếp theo.

–          T cell protein tyrosine phosphatase (TC-PTP) có cấu trúc tương tự PTP1B nhưng tác dụng lên loại cơ chất khác. TC-48 có một domain kị nước giống với  PTP1B và cũng gắn kết vào ER. Mặt khác, TC-45 không có domain kị nước nhưng có một tín hiệu định vị nhân (nuclear localization signal, NLS) đưa nó trực tiếp vào nhân. Khi tế bào được hoạt hóa bởi EGF, TC-45 rời khỏi nhân và tương tác với phức hợp thụ thể của EGF để tác dụng lên Shc.

Hình 42.3: Cấu trúc của SHP-1 và SHP-2. Cấu trúc của 2 phân tử này rất giống nhau. Cả 2 đều có 2 domain SH2 ở đầu N. Đầu C có 2 tyrosine. Đặc biệt, SHP-2 có một domain rất giàu prolyl.

–          SH2 domain-containing protein tyrosine phosphatase-1 (SHP-1) có chứa 2 domain SH2 ở đầu N. Cần phân biệt phân tử này với SH2 domain-containing inositol phosphatase (SHIPs) – có vai trò trong việc hình thành nên inositol polyphosphate 5-phosphatase type 2. Chức năng cơ bản của SHP-1 là ức chế lộ trình tín hiệu của tyrosine được phosphoryl hóa. Hầu hết các hoạt động của nó trực tiếp đối kháng lại các lộ trình tín hiệu của các tế bào tạo máu. Nó tự gắn mình vào phức hợp truyền tin ở domain SH2, do vậy cho phép domain PTP khử phosphoryl hóa phosphotyrosine. Ngoài ra, SHP-1 có thể gắn kết vào nhiều thụ thể bất hoạt (inhibitory receptor), góp phần ức chế lộ trình tín hiệu của kháng nguyên và integrin. Ví dụ, SHP-1 cùng với thụ thể FcγRIII bất hoạt thụ thể FcεRI ở tế bào mast. Cuối cùng ta cần biết rằng SHP-1 còn tham gia vào quai tác hồi quan trọng tồn tại giữa ROS và Ca2+.

–          SH2 domain-containing protein tyrosine phosphatase-2 (SHP-2) có cấu trúc tương tự SHP-1 nhưng có chức năng rất khác. Thay vì có tác dụng ức chế, nó thường có tác dụng hoạt hóa hoạt động của nhiều thụ thể cho growth factor (như EGF, FGF, insulin, integrin và có thể là PDGF).

Hình 42.4: Sơ đồ không gian và thời gian trong cơ chế hoạt hóa tế bào T. Tín hiệu bắt đầu ở vị trí trên bên trái với hiện tượng gắn kết kháng nguyên/MHCII đến phức hợp TCR. Thông tin được truyền vào trong nhân để hoạt hóa phiên mã. IL-2 được tạo ra tạo thành vòng tự tiết hoạt hóa lộ trình tín hiệu của thụ thể IL-2 và hoạt hóa sự tổng hợp DNA.

PTP loại thụ thể (RPTPs)

Chúng là loại protein có domain xuyên màng do vậy được gắn vào màng tế bào. Mặc dù những enzyme này được gọi là loại thụ thể, người ta không xác định được nhiều lắm ligand của nó. Hầu hết chúng là các phân tử kết dính và do vậy được hoạt hóa bởi các phân tử trên bề mặt tế bào từ tế bào lân cận. RPTPμ và RPTPκ tạo tương tác ưa nước với các phân tử đối diện với tế bào. Các thành viên chính của loại này là:

–          CD45 là một PTP điển hình có một domain ngoại bào được glycosyl hóa. Ở nội bào, nó có 2 PTP domain nhưng domain thứ 2 không có hoạt tính xúc tác. CD45 có chức năng chính trong lộ trình tín hiệu của tế bào T. Cụ thể nó hoạt hóa Lck (một phân tử truyền tin của tế bào T) bằng cách loại bỏ một gốc phosphotae ức chế ở vị trí tyr-505. Ngoài ra, CD45 còn có chức năng hoạt hóa BCR bằng cách kích hoạt Lyn.

–          Protein tyrosine phosphatase α (PTPα) hoạt hóa họ Src không phải thụ thể (non-receptor Src family) bởi việc loại bỏ gốc phosphate ức chế.

–          Leucocyte common antigen-related (LAR) có nhiều chức năng phát triển đặc hiệu. Ví dụ như biệt hóa phế nang chẳng hạn. Ngoài ra nó còn giúp phát triển vùng não trước và hippocampus.

Dual-specificity phosphatase (DSP)

Hình 42.5: Mô hình hoạt động của DSP. Trong đó T là threonine và Y là tyrosine. MEK1/2 có chức năng phosphoryl hóa. Sự tương tác giữa ERK2 và MKP-3 phụ thuộc vào kinase interaction motif (KIM) ở vị trí đặc biệt trên ERK. Ví dụ này cho ta thấy rằng, để thiết lập một đáp ứng tín hiệu xuôi dòng là không phải đơn giản.

Như tên gọi của chúng, DSP là một phosphatase đặc hiệu kép. Nghĩa là, nó có thể khử gốc phosphate của cả phosphotyrosine (pTyr) và phosphoserine/phosphothreonine (pSer/pThr). Các thành viên trong nhóm này gồm:

–          Cdc25 ở người được chia làm 3 loại là Cdc25A, Cdc25B và Cdc25C. Enzyme này lần đầu tiên được mô tả là phân tử điều hòa chu kì tế bào ở tảo. 3 isoform ở người cũng đóng vai trò điều hòa chu kì tế bào bằng cơ chế kiểm soát giai đoạn đi vào pha S (Cdc25A) và giai đoạn đi vào nguyên phân (Cdc25B và C). Nồng độ của Cdc25A tăng ở giai đoạn trễ của G1 và giữ vững suốt giai đoạn nghỉ của chu kì tế bào. Nồng độ Cdc25B được tăng trong suốt pha S để hoạt hóa tế bào đi vào nguyên phân rồi trở về bình thường sau khi nguyên phân hoàn thành. Nồng độ Cdc25C thì giữ ở mức cao suốt chu kì tế bào. Cả 3 isoform đều có vùng C xúc tác chung, đầu N điều hòa khác nhau giữa từng thành phần. Hoạt tính của Cdc25 được điều hòa bởi cả sự phosphoryl hóa hoạt hóa và ức chế. Cả 3 isoform đều chứa 1 vị trí gắn gốc phosphate để điều hòa sự gắn của protein 14-3-3 – có vai trò ức chế enzyme này. Vị trí bất hoạt này được phosphoryl hóa bởi các enzyme được hoạt hóa bởi stress tế bào, thường là trong trường hợp tổn thương DNA. Đây là cơ chế ức chế Cdc25 quan trọng cho cả G1 và G2/M có vai trò gây ngừng chu kì tế bào (cell cycle arrest).

Hình 42.6: Tóm tắt vai trò của Cdc25 trong kiểm soát chu kì tế bào. Khác với thành phần B và C, Cdc25A do tăng sự tổng hợp DNA, nó được gọi là một oncogen, do vậy phải được điều hòa chặt chẽ bởi  trục các yếu tố p53-p21-Cdk.

  • Sự biểu hiện của Cdc25A được kiểm soát bởi E2F. Khi Cdc25A biểu hiện ở bào tương, nó có khả năng kích hoạt CDK2 (cyclin-dependent kinase 2) để tăng tổng hợp DNA. Hoạt năng của Cdc25A rất nhạy cảm với sự tổn thương của DNA (khi bị tổn thương, DNA kích hoạt CHK1 và CHK2 (checkpoint kinase) để phosphoryl hóa Ser-123, kết quả là dừng nguyên phân do Cdc25A bị ubiquitin hóa và phân giải. CHK1 cũng phosphoryl hóa thr-507 của Cdc25A để nó liên kết với protein 14-3-3 và bị bất hoạt cho đến khi nào tế bào cần nó.
  • Cdc25B đóng vai trò quan trọng đối với quá trình nguyên phân được kiểm soát bởi cyclin B. Phân tử này loại bỏ gốc phosphate của Cdc2 do vậy cần thiết để giúp tế bào đi vào nguyên phân. Cũng giống như các Cdc25B khác, Cdc25B bị ‘bất hoạt’ khi bị phosphoryl hóa ở vị trí Ser-323/tạo vị trí gắn cho protein 14-3-3. Vị trí này được phosphoryl hóa bởi lộ trình của p38 và cung cấp điều kiện cho lộ trình tín hiệu của MAPK làm dừng chu kì tế bào.
  • Cdc25C bị ‘bất hoạt’ khi bị phosphoryl hóa ở Ser-216/tạo vị trí gắn cho protein 14-3-3. Trong quá trình đi vào nguyên phân, phosphate ức chế này được loại bỏ và làm cho Polo-like kinase phosphoryl hóa vị trí khác của vùng điều hòa, cho phép Cdc25C khử gốc phosphate của CDK1-activating kinase.

–          Mitogen-activated protein kinase (MAPK) phosphatase (MKPs) gồm 10 thành viên có chức năng chuyên biệt trong lộ trình tín hiệu của MAPK. Một trong những sự kiện cuối cùng của lộ trình tín hiệu này là sự phosphoryl hóa MAPK bởi một dual-specificity MAPK kinase – gắn gốc phosphate vào cả tyrosine và Threonine. Trong pha phục hồi, các gốc phosphate này phải được loại bỏ bởi MAPK phosphatase. Trong 10 thành viên MAPKP, chỉ có vài thành phần cơ hữu, các thành viên còn lại được cảm ứng sinh ra khi tế bào được kích thích và đều góp phần vào quai tác hồi âm. Một ví dụ của trường hợp này là lộ trình tín hiệu đi qua ERK (extracellular-signal-regulated kinase). Các phosphatase này còn thường có độ đặc hiệu cao với một số phân tử đích. Ví dụ điển hình là MKP-3, đặc hiệu cho ERK2. Ở neuron, như neuron sống giữa (medium spiny neurons) ở thể vân (striatum) chẳng hạn, có biểu hiện STEP (striatal-enriched protein tyrosine phosphatase), chúng đóng vai trò đặc hiệu trong lộ trình tín hiệu MAPK của neuron. Trong đáp ứng với kích thích của NMDA, dòng Ca2+ tăng lên tác động vào calcineurin (CaN) để khử gốc phosphate và hoạt hóa STEP để hiệp đồng ức chế lộ trình tín hiệu của phospho-ERK. Ngược lại, sự tăng nồng độ của Ca2+bởi VOCs (voltage-operated channel) hoặc giải phóng Ca2+ nội bào không có tác động gì của STEP, điều đó chứng tỏ rằng STEP và NMDA có sự liên hệ chặt chẽ.

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.

ĐẠI CƯƠNG VỀ GIAO TIẾP TẾ BÀO

ĐẠI CƯƠNG VỀ GIAO TIẾP TẾ BÀO

Trịnh Hoàng Kim Tú – Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Tín hiệu ngoại lai cần được chuyển đổi thành tín hiệu nội bào

Có một câu hỏi rất thú vị là: “Một tế bào “nói” (talking cell) sẽ bảo gì với một tế bào “nghe” (listening cell) – để sau đó tế bào nghe bằng cách nào trả lời lại thông điệp đó?”

Đầu tiên, chúng ta hãy tiếp cận với câu hỏi này bằng cách nhìn vào sự giao tiếp trong số những vi sinh vật – những vi khuẩn hiện đại hé mở của sổ về vai trò của dòng thác tín hiệu tế bào trong quá trình tiến hóa của sự sống trên Trái Đất.

Sự tiến hóa của dòng thác lộ trình tín hiệu tế bào

Hình 43.1: Quá trình tương tác giữa các tế bào men giao phối. Tế bào Saccharomyces cerevisiae sử dụng chất tín hiệuhóa học để định dạng tế bào có “mating type” đối lập, và khởi đầu quá trình giao phối này. 2 loại tế bào giao phối và phân tử tín hiệu hóa học tương ứng của chúng, hoặc các yếu tố giao phối, được gọi là  a.

Một chủ đề lớn của “cuộc trò chuyện giữa các tế bào” (cell conversation) là vấn đề “tình dục” (sex) – ít nhất đối với loài Saccharomyces cerevisiae, mà, người ta đã sử dụng để làm bánh mì, rượu, bia trong suốt thiên niên kỷ qua. Các nhà nghiên cứu đã biết rằng những tế bào này tìm “bạn tình” của mình bằng dòng thác tín hiệu hóa học (chemical signaling).

Có 2 loại “giới tính” của những “bạn tình” (cell of mating) này, được gọi là a và a. Tế bào loại a tiết ra phân tử tín hiệu (signaling molecule) được gọi là yếu tố a – có thể gắn kết với những thụ thể protein đặc hiệu gần tế bàoa. Cùng lúc đó, tế bào a tiết ra yếu tố a – gắn với thụ thể trên tế bào. Thật sự, không cần phải vào bên trong tế bào, 2 loại “mating factors” này khiến cho tế bào phát triển nghiêng về phía tế bào khác, và mang lại sự thay đổi cho tế bào khác. Kết quả tất yếu sẽ dẫn đến sự kết hợp, hay còn gọi là sự giao phối của 2 tế bào khác loại. Tế bào a/a  này chứa đựng tất cả các loại gene của 2 tế bào nguyên gốc, đây chính là sự kết hợp nguồn tài nguyên di truyền – mang lại những lợi ích cho các thế hệ tế bào sau ra đời từ quá trình phân chia tế bào.

Hình 43.2: Hoạt hóa lộ trình của NFkB bằng TNFa – Minh họa bước “xử lý tín hiệu sau giao tiếp tế bào”. Cả hai TNFa và thụ thể của nó đều là trimers. Sự gắn kết của TNFa gây nên sự atại sắp xếp (rearrangement) cuả các đuôi tế bào  kết cụm lại (clustered cytosolic tail) của thụ thể, bây giờ, thúc đẩy (recruit) đa dạng nhiều loại tín hiệu protein, đưa đến kết quả là sự hoạt hóa serine/threonine protein kinase có vai trò phosphoryl hóa (phosphorylate) và kích hoạt IkB kinase (IKK). IKK là một heterodimer bao gồm hai dưới đơn vị  kinase (IKKa và IKKb), và một dưới đơn vị điều hòa (regulatory subunit) có tên gọi là NEMO. IKKbsau đó phosphoryl hóa (phosphorylated) IkB trên 2 serine, đánh dấu protein cho sự “ubiquitin hóa” (ubiquitylation) và giáng cấp (degradation) trong proteasomes. NFkB được phóng thích ra và di chuyển vào trong nhân, ở đây, khi kết hợp với protein đồng hoạt hóa, nó kích hoạt sự sao chép xảy ra ở những gene đích.

Vậy thì, có phải tín hiệu giao phối (mating signal) của bề mặt tế bào men được thay đổi, hay còn gọi là chuyển đổi thành dạng chứa đựng những đáp ứng tế bào với việc giao phối?

Quá trình mà từ đó tín hiệu trên bề mặt tế bào được chuyển đổi thành đáp ứng đặc hiệu tế bào (bao gồm một chuỗi các bước) được gọi là lộ trình truyền tín hiệuNhiều lộ trình đã được nghiên cứu kỹ lưỡng với đối tượng là men và cả tế bào động vật. Kỳ diệu thay, khi xét đến chi tiết về mặt phân tử, lộ trình tín hiệu chuyên đổi của men và động vật có vú có những điểm tương tự đáng chú ý, mặc dù tổ tiên chung cuối cùng của 2 nhóm này đã sống cách đây hàng tỷ năm. Những điểm tương tự này và một số mới được phát hiện gần đây giữa hệ thống tín hiệu (signaling system) ở vi khuẩn và thực vật gợi ý rằng phiên bản mới nhất của cơ chế tín hiệu tế bào (cell-signaling mechanisms) được sử dụng ngày nay đã tiến triển tốt trước khi các sinh vật đa phân tử đầu tiên xuất hiện trên Trái Đất.

Các nhà khoa học nghĩ rằng những cơ chế tín hiệu đã phát triển đầu tiên hết ở các loài prokaryote cổ đại (sinh vật nguyên sinh). Sau đó được kế tục bởi các thế hệ sinh vật đa phân tử tiếp nối. Trong lúc ấy, tín hiệu tế bào (cell signaling) giữ vững vị trí quan trọng trong thế giới vi khuẩn. Tế bào của nhiều lòai vi khuẩn tiết ra các phân tử nhỏ – mà các phân tử này có thể được phát hiện bởi tế bào khác của vi khuẩn. Sự tập trung của các phần tử tín hiệu này cho phép vi khuẩn cảm giác được mật độ hiện tại của tế bào vi khuẩn, hiện tượng được gọi là quorum sensing (giao tiếp và biểu lộ hành vi thông qua phân tử tín hiệu). Sâu hơn nữa, tín hiệu giữa các thành viên trong quần thể vi khuẩn có thể dẫn đến việc kết hợp họat động của chúng lại với nhau. Đáp lại tín hiệu, tế bào vi khuẩn có thể đến gần nhau, tạo nên     biofilms – là sự tập hợp của vi khuẩn thường tạo nên các cấu trúc có thể nhận biết được và chứa đựng những vùng chức năng chuyên biệt. Ta sẽ có một hình cho thấy sự kết tập tiêu biểu khi đáp ứng với tín hiệu của một lọai vi khuẩn sau đây.

Tín hiệu tại chỗ (cục bộ) và khoảng cách dài

Giống như những tế bào nấm men, trong cơ thể đa bào, các tế bào thường giao tiếp thông qua các chất truyền tín hiệu hóa học (chemical messenger) nhắm đến các tế bào có thể hoặc không liền kề nhau gần như ngay lập tức. Các tế bào còn có thể truyền tin bằng tiếp xúc trực tiếp. Cả hai lọai động vật và thực vật có những cấu trúc liên kết tế bào (cell junction), kết nối trực tiếp tế bào chất của những tế bào kề cận nhau. Trong những trường hợp này, những chất dẫn truyền tín hiệu (signaling substance) hòa tan trong bào tương có thể vượt qua giữa các tế bào nằm sát nhau một cách tự do. Hơn nữa, tế bào động vật có thể truyền thông tin thông qua tiếp xúc trực tiếp giữa màng – ranh giới tế bào – các phân tử bề mặt, sự tiếp xúc này xảy ra trong một quá trình được gọi là quá trình nhận diện tế bào – tế bào (cell – cell recognition). Lọai tín hiệu này quan trọng trong các quá trình, như là quá trình phát triển của phôi và đáp ứng miễn dịch.

Hình 43.3: Quá trình giao tiếp giữa vi khuẩn, lọai vi khuẩn sống trong đất được gọi là myxobacteria sử dụng những tín hiệu hóa học để chia sẻ thông tin về khả năng dinh dưỡng. Khi thức ăn khan hiếm, những tế bào bị đói sẽ tiết ra một phân tử – phân tử này tiếp cận các tế bào lân cận và kích họat các vi khuẩn tập hợp lại. Các tế bào hình thành nên một cấu trúc được gọi là bào tử (fruiting body), hình dạng này sản xuất nên một bào tử thành dày có thể sống sót đến khi môi trường cải thiện. Vi khuẩn được cho thấy ở đây là Myxococcus xanthus.

Trong nhiều trường hợp khác, phân tử truyền tín hiệu (messenger molecule) được tiết ra bởi tế bào truyền tín hiệu (signaling cell). Một số di chuyển chỉ trong khoảng cách ngắn, như phân tử điều hòa cục bộ (local regulator)ảnh hưởng các tế bào trong vùng lân cận. Một loại chất điều hòa tại chỗ ở động vật quan trọng là yếu tố tăng trưởng (growth factor), nó bao gồm các hợp chất kích hoạt tế bào đích gần kề phát triển và phân chia. Đông đảo các tế bào có thể nhận và đáp ứng đồng thời các yếu tố tăng trưởng (GF), mà các GF này được sản xuất từ một tế bào duy nhất lân cận. Lọai truyền tín hiệu tại chỗ này ở động vật được gọi là “truyền tín hiệu cận tiết” (paracrine signaling).

Hình 43.4: Giao tiếp bằng tiếp xúc trực tiếp giữa các tế bào.

Hơn nữa, có nhiều loại hệ thống truyền tín hiệu tại chỗ khác (local signaling), một trong số đó là “hệ thống truyền tín hiệu thông qua khe synapse” (synaptic signaling) xảy ra ở hệ thần kinh của động vật. Hệ thống truyền tín hiệu điện dọc theo sợi thần kinh khởi động sự tiết tín hiệu hóa học (chemical signal) – được mang lại bởi các phân tử của chất dẫn truyền thần kinh. Các phân tử này khuếch tán xuyên qua khe synapse, khoảng hẹp giữa tế bào thần kinh và tế bào đích của nó (một tế bào thần kinh khác). Chính chất dẫn truyền thần kinh sẽ kích hoạt tế bào đích.

Cả động vật lẫn thực vật sử dụng các chất hóa học đựoc gọi là hormones cho hệ thống truyền tín hiệu khoảng cách dài (long – distance signaling). Trong hệ thống truyền tín hiệu bằng hormone (hormone signaling) ở động vật, còn được biết như là “hệ thống truyền tín hiệu thông qua con đường nội tiết” (endocrine signaling), các tế bào biệt hóa phóng thích các phân tử hormone, các phân tử này theo hệ tuần hoàn đến các tế bào đích trong cơ thể. Các hormones dao động rất lớn về kích thước và lọai phân tử, bởi vì đóng vai trò như những chất điều hòa tại chỗ (local regulator). Ví dụ, cây hormone ethylene (the plant hormone ethylene), chất khí thúc đẩy trái cây chín và giúp điều hòa sự tăng trưởng, là một loại hydrocarbon chỉ có sáu nguyên tử (C2H4), đủ nhỏ để xuyên qua thành tế bào. Ngược lại, hormone insulin của động vật có vú, điều hòa đường huyết, là một proteine với hàng ngàn nguyên tử.

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.

Hội chứng Cushing’s

GIẢI THÍCH CĂN BẢN SINH LÝ BỆNH HỌC NỘI TIẾT

Hội chứng Cushing’s

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

Hội chứng Cushing’s xuất hiện ở nhiều bệnh lý khác nhau của hệ thống nội tiết, ở đây chỉ giới hạn giải thích các triệu chứng, không đào sâu nguyên nhân. Hội chứng này thường gặp ở nữ nhiều hơn nam từ khoảng 5 – 10 lần.

Xét trường hợp một phụ nữ 35 tuổi. Có:

Triệu chứng cơ năng

–          Rapid weight gain – tăng cân nhanh.

–          Excessive sweating – ra mồ hôi nhiều quá mức.

–          Recent panic attack – san chấn tâm lý gần đây.

–          The face looks swollen – plethoric moon face – Mặt “sưng” hay khuôn mặt hình mặt trăng.

–          Weakness, backaches, headaches – suy nhược, đau lưng, đau đầu.

–          Irregular periods – chukinh nguyệt không đều.

–          Frequent bruising – thường xuất hiện vết bầm/thâm tím.

Hình 1: a) Béo phì và gù lưng. b) Khuôn mặt hình mặt trăng. c) Lông nhiều hơn bình thường ở mặt và nách. Xem thêm vết rạn da ở hình g) và vết bầm tím ở hình h).

Triệu chứng thực thể

–          BP 130/86 mmHg.

–          BMI = 33.

–          The face and trunk is swollen but the arms and legs are thin – kích thước tay và chân không cân xứng với kích thước cơ thể và bị teo.

–          Depression – trầm cảm.

–          Supraclavicular fat pads – mảng mỡ thượng đòn.

Cận lâm sàng

–          Glucose tolerance: Abnormal, consistent with insulin resistance.

–          Plasma cortisol levels – 4 PM: 25 µg/dL (normal: 3-15 µg/dL).

–          24-hour urine collection for free cortisol: Abnormally high.

–          Plasma ACTH: 7 pg/mL (normal: > 20 pg/mL).

–          MRI of the pituitary: Normal.

–          CT of abdomen and chest: Adrenal tumor.

Chẩn đoán xác định

Cường cortisol nguyên phát do khối u thượng thận.

Sinh lý bệnh các triệu chứng chính

Cortisol còn được gọi là hormone đáp ứng với stress chủ đạo của cơ thể. Bình thường nó ức chế hoạt động của hệ thống miễn dịch; tăng đường huyết nhưng không thủy phân glycogen ở gan, tăng tân tạo đường ở gan và chuyển hóa amino acid; thoái giáng protein; tái phân bố mỡ vào thân và cổ.

CRH ở vùng hạ đồi hoạt hóa ACTH và sau đó ACTH sẽ hoạt hóa chế tiết cortisol. Khi nồng độ cortisol tăng lên, nó tạo thành vòng tác hồi âm ức chế cả sự tạo thành của CRH và ACTH.

Hình 2: Minh họa bệnh nhân bị Cushing’s được xác định đầu tiên ở tuổi 23 tại bệnh viện Hopkins năm 1932.

Từ các dữ kiện trên ta có thể giải thích triệu chứng chính như sau:

–          Cortisol thoái giáng protein, do vậy gây giảm khối lượng cơ và thành phần cấu trúc của da. Điều này giải thích triệu chứng teo cơ ở chi (chủ yếu ở đầu gần) và dễ bị bầm tím bởi lực cơ học ở da.

–          Cortisol tăng hấp thụ amino acid ở gan và tăng quá trình tân tạo đường. Quá trình này làm tăng nồng độ glucose, do vậy hoạt hóa sự tổng hợp glycogen ở gan. Đây là nguyên nhân gây nên béo phì, “thể” mập thânvà mập bụng.

–          Các glucocorticoids nói chung ức chế sử dụng glucose và giữ đường huyết ở mức cao, giảm đáp ứng của insulin. Các điều kiện này làm mức glucose trong máu tăng đạt ngưỡng như trong trường hợp của bệnh đái tháo đường type 2.

–          Cortisol giảm dự trữ mỡ ở chi nhưng tăng tổng hợp và dự trữ mở ở thân, cổ, mặt và vai, giải thích triệu chứng “khuôn mặt hình mặt trăng” và/hoặc các bướu mỡ ở vùng này.

Ta cần biết rằng, test ức chế dùng dexamethasone được sử dụng để đánh giá chức năng tuyến yên và vỏ thượng thận. Bình thường thì khi tăng steroid ngoại sinh (dexamethasone) thì sẽ làm giảm lượng ACTH được phóng thích.

Bảng 1: Liệt kê một số triệu chứng có mặt trong hội chứng Cushing (mọi lứa tuổi).

Ngoài ra, các androgen vỏ thượng thận và các mirenalocorticoids có chung một vài bước tổng hợp với cortisol. Do vậy ở trường hợp cụ thể này, khối u thượng thận có thể làm tăng quá mức lượng androgen và mirenalocorticoid, điều này giải thích cho các triệu chứng liên quan khác đã đề cập ở trên.

Xem toàn bộ bài viết tại đây.

Khái luận về Genetics

KHÁI LUẬN VỀ GENETICS

Phùng Trung Hùng – Lê Minh Châu – Nguyễn Phước Long

Y học đang dần phát triển từ một nghệ thuật chữa bệnh trong đó các tiêu chuẩn thực hành được thành lập trên cơ sở kinh nghiệm cá nhân sang phương pháp khoa học được kiểm chứng nghiêm ngặt.Việc áp dụng các phương pháp khoa học tạo nên những tiến bộ lớn trongcác lĩnh vực sinh lý học, vi sinh, hóa sinh và dược học. Những tiến bộ này có vai trò như làcơ sở cho các phương pháp tiếp cận chẩn đoán và điều trị những bệnh tật thông thường của các bác sĩ trong thế kỉ 20.

Bắt đầu từ những năm 1980, người ta ngày càng hiểu biết thêm về cơ sở phân tử của di truyền học và những tiến bộ trong lĩnh vực này đã giúp tìm ra một chân trời mới trong xác địnhcơ sở “thông thường” bệnh gene di truyền (ví dụ: bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm) cũng như cơ sở những đặc điểm di truyền phức tạp (ví dụ, tăng huyết áp). Các cơ sở phân tửtrong sự tương tác giữa gene và môi trường cũng đã bắt đầu được xác định. Ngày nay, nhờ vào sự hỗ trợ của các kĩ thuật nhạy và chuyên biệt, các bác sĩ đã hiểu được cơ sở phân tửcủa các quá trình bệnh sinh phức tạp và xác định nguy cơ các bệnh thông thường ở từng cá nhân. Muốn hiểu biết về y học hiện đại cần phải hiểu biết về di truyền học phân tử và cơ sởphân tử của bệnh.

Chương này cung cấp một cái nhìn tổng quan về di truyền học, trong đó PCR chỉ là một phương pháp ứng dụng các thành tựu khoa học để nhân bản các đoạn DNA (có thể là gene hoặc không) mà thôi, không phải là tất cả như một số người vẫn quan niệm. Nội dung về các nguyên tắc của y học phân tử đã và sẽ được nhấn mạnh ở từng phần cụ thể trong sách, không chỉ về genetics mà còn về epigenetics, proteomics, lipidomics,…

Acid deoxyribonucleic và mã di truyền

Tất cả các thông tin cần thiết để tạo thành một sinh vật đều được mã hoá từ deoxyribonucleic acid (DNA)  chứa trong hạt nhân của mỗi tế bào sinh vật. Các DNA này tạo nên bộ gene của sinh vật. Khung đường deoxyribose của DNA được tạo thành từ liên kết phosphodiester (5′-3′) giữa cacbon thứ năm của vòng pentose này và carbon thứ ba của vòng pentose kế tiếp. Mỗi monomer deoxyribose phosphate liên kết cộng hóa trị với một trong bốn nucleic acid base: adenine purin (A), guanine (G), cytosine pyrimidines (C) và thymine (T). Và các nucleic acid base của 2 chuỗi này nối với nhau bằng các liên kết hydro theo nguyên tắc bổ sung.

Theo nguyên lí nhiệt động lực học thì adenine liên kết với thymidine và cytosine liên kết với guanine.

Trong bộ gene của con người, có khoảng 6 ×109 nucleotide hay 3 ×109cặp nucleotide, liên kết với nhau trong một chuỗi xoắn kép. Tính đặc trưng của DNA được qui định bởi trình tựcác nucleotide, và trình tự này được lưu trữ trong cấu trúc xoắn kép, tạo điều kiện sửa chữa lỗi và cung cấp một cơ chế để nhân rộng các thông tin trong quá trình phân chia tế bào.Trình tự các nucleotide của một mạch đơn trong DNA đóng vai trò như một khuôn mẫu để cho quá trình nhân đôi (quá trình có DNA polymerases tham gia tháo xoắn chuỗi DNA để tạo nên những DNA con giống hệt DNA mẹ).

DNA được nén chặt và liên kết với chromatin protein để tạo thành nhiễm sắc thể trong nhân. Tế bào con người có 23 cặp nhiễm sắc thể, mỗi cặp đều chứa những trình tự nucleotide hay thông tin di truyền riêng biệt.Hầu hết các loại tế bào đều chứa nhiễm sắc thểở trạng thái lưỡng bội, dạng đơn bội chỉ gặp ở những tế bào giao tử. Thông tin di truyền của nhiễm sắc thểđược chứa trong gene. Gene được định nghĩa là một đơn vị trình tự nucleotide, có vai trò mã hóa những chuỗi polypeptide chuyên biệt trong bộ gene lưỡng bội của con người. Có gần 30000 đến 40000 gene không có chức năng mã hóa protein và chức năng của chúng cũng chưa được biết rõ. Trung bình mỗi nhiễm sắc thể có từ 3000 đến 5000, có kích thước từ 1kilobase(kb) đến 2 megabase (Mb).

Hình 47.1: Cấu trúc DNA. Ở bên trái hình là cấu trúc của từng nucleotide với 4 loạinucleic acid base. Ở bên phải hình là cấu trúc xoắn kép của DNA được tạo nên bởi những liên kết hydro, guanine (G) nối với cytosin (C) bằng 3 liên kết hydro còn adenine (A) nối với thymine (T) bằng 2 liên kết hydro.

Vị trí của cácgene trên nhiễm sắc thể rất quan trọng đối với quá trình tiếp hợp và trao đổi đoạn trong giảm phân. Trong quá trình tái tổ hợp thông tin di truyền, các nhiễm sắc thể trong cặp tương đồng (1 có nguồn gốc từ bố và 1 có nguồn gốc từ mẹ) sẽ tiếp hợp và trao đổi đoạnđể tạo nên 1 tổ hợp mới. Khả năng tái tổ hợp thường phụ thuộc vào khoảng cách giữa 2 allele và khoảng cách này được tính bằng centimorgan: 1 centimorgan được qui định là khoảng cách giữa 2 allele mà ở khoảng cách này 2 allele có 1% cơ hội xảy ra hoán vị (hay bắt chéo trao đổi đoạn). Hiện tượng trao đổi đoạn này giúp tạo nên nhiều tổ hợp mới ở các thế hệ sau và qua đó giúp tạo nên sựđa dạng cho bộ gene của loài. Thông qua phân tích xu hướng di truyền cùng nhau của các cặp allele chuyên biệt ta biết được rằng khoảng cách tái tổ hợp trong bộ gene con người xấp xỉ khoảng 3000 centimorgan.

Quá trình tổng hợp protein diễn ra trong bào tương, quá trình này giúp chuyển thông tin di truyền từ DNA trong nhân thông qua mRNA ra bên ngoài bào tương. RNA khác DNA ở 2 điểm trong cấu trúc: (1) khung polymer của RNA được tạo bởi các phân tử đường ribose liên kết với nhau bởi liên kết phosphodieste, (2) RNA cónucleic acid base là U(uracil) thay cho T(thymine) trong DNA. mRNA được tạo ra thông qua hoạt động của enzyme DNA-dependent RNA polymerase trong quá trình phiên mã, men này sao chép chuỗi”antisense” của chuỗi xoắn kép DNA để tạo nên mRNA mạch đơn, mRNA này giống với chuỗi “antisense”của chuỗi xoắn kép DNA. mRNA mới tạo thành bao gồm những đoạn exon (có khả năng mã hóa) nằm xen kẽ với các đoạn intron (không có khả năng mã hóa) nên chúng còn trải qua quá trình cắt để tạo nên mRNA trưởng thành chỉ bao gồm các exon. Những mRNA trưởng thành này sẽ ra khỏi nhân đi vào bào tương và bắt đầu quá trình dịch mãđể tạo thành các chuỗi polypeptide.

Hình 47.2: Bắt chéo và tái tổ hợp. A, 2 nhiễm sắc thể lưỡng bội 1 cặp từ bố và 1 cặp từ mẹ (đỏ và xanh), 2 locus gene được đánh dấu bằng hình tròn và hình vuông. B, bắt chéo của một nhiễm sắc thể lưỡng bội từ một từ bố và một từ mẹ. C, Kết quả của quá trình bắt chéo và trao đổi đoạn.

Tổng hợp protein (dịch mã) xảy ra tại ribosome (phức hợp có phân tử lượng lớn của protein và rRNA ở trong bào tương). Dịch mã là sự chuyển các mã bộ ba di truyền kế tiếp nhau thành các amino acid. Có 64 bộ ba mã hóa được tạo bởi 4 loại nucleotide nhưng chỉ có 20 amino acid khác nhau như vậy một amino acid có thể được mã hóa từ nhiều bộ ba mã hóa. Bắt đầu quá trình dịch mã, tRNA mang amino acid thích hợp sẽ nhận diện và liên kết với bộ ba mã hóa trên mRNA bằng bộ ba đối mã trên nó. Lưu ý: MộttRNA chỉ liên kết được với một amino acid. Tiếp theo các enzym trên ribosome tạo liên kết peptid để nối các amino acid lại với nhau, sau đó tRNA sẽ tách khỏi mRNA. Các amino acid được tiếp tục thêm vào cho đến khi gặp bộ ba kết thúc và kết thúc quá trình dịch mã tại đây. Đây cũng là sự kiện cuối cùng trong quá trình chuyển thông tin từ chuỗi DNA trong nhân sang protein trưởng thành (DNA → RNA → protein). Các protein này ảnh hưởng trực tiếp đến hình dạng và chức năng của sinh vật. Nói cách khác, biểu hiện proteomics quyết định tính trạng chứ không phải khung nền DNA. Vì vậy sự bất thường trong cấu trúc hay chức năng của protein do sự thay đổi của chuỗi amino acid có thể gây nên sự biến đổi ở kiểu hình, thậm chí có thể gây bệnh.

Đọc toàn bộ bài viết tại đây.