Tag Archives: golgi

Sinh lý học tế bào


Nguyễn Phước Long – Lê Minh Châu

Sự chuyên biệt hóa của tế bào trong các hệ cơ quan khác nhau đều được khảo sát, và một điều quan trọng cần nhớ là không có tế bào nào được gọi là “dạng chuẩn”, đại diện cho tất cả các tế bào trong cơ thể của chúng ta. Tuy nhiên, có một vài bào quan có cấu trúc tương tự nhau ở phần lớn tế bào. Phần lớn các bào quan này có thể được cô lập nhờ sự ly tâm hóa với một số ứng dụng của công nghệ. Khi đó tế bào trở nên đồng nhất, ởtrạng thái huyền phù, nhân sẽ lắng đọng trước và sau đó là ti thể. Máy ly tâm tốc độ cao sinh ra áp lực gấp 100000 lần trọng lực hay tạo sự phân cắt sẽ làm cho các hạt nhỏ gọi là microsome đóng cặn, bao gồm ribosomes và peroxisomes.

Hình 21.1: Tế bào và các bào quan.

Màng tế bào

 

Màng tế bào là một cấu trúc rất phức tạp. Nó được tạo bởi lớp lipid, protein; có tính bán thấm, nghĩa là cho một số chất di chuyển xuyên qua và một số chất khác thì không. Tuy nhiên, tính thấm này có thể thay đổi bởi vì màng tế bào có chứa một lượng lớn các kênh ion và protein vận chuyển, do đó nó có thể cho một lượng lớn các chất có kích thước đa dạng đi qua. Màng nhân và màng của một số bào quan khác cũng có cấu trúc tương tự.

Mặc dù cấu trúc hóa học và các thuộc tính của màng tế bào có một khoảng thay đổi khá lớn giữa vùng này với vùng khác, nhưng chúng chia sẽ những đặc trưng chung. Màng tế bào dày khoảng 7.5 nm. Thành phần lipid được cấu tạo chủ yếu bởi phospholipids như là phosphatidylcholine và phosphatidylethanolamine (mà ta đã có dịp tìm hiểu sâu ở chương trước). Hình dạng của phân tử phospholipid này phản ánh thuộc tính của nó: Đầu phosphate có mối quan hệ với những chất tan trong nước (phân cực, thấm nước) và đuôi thì có mối quan hệ tới những chất không phân cực (kị nước). Do vậy chúng là phân tử lưỡng cực (amphipathic molecule). Ở màng tếbào, đầu thấm nước quay về phía môi trường (nơi có nhiều nước) và về phía dịch bào tương; còn đuôi kị nước quay mặt vào nhau (xem hình 21-2). Ở tế bào prokaryotes [bacteria (vi khuẩn) – tế bào không có màng nhân], màng tế bào tương đối đơn giản, nhưng ở tế bào eukaryotes (tế bào có màng nhân), màng tế bào có nhiều phân tử như glycoshingolipids (lipids có chứa đầu saccharide), sphingomyelin và hơn nữa còn có cholesterol, phospholipids và phosphatidylcholine.

Hình 21.2: Màng tế bào và các cấu trúc màng.

Nhiều loại protein cũng đính trên màng tế bào. Protein xuyên màng tồn tại ở dạng những đơn vị hình cầu và nằm xuyên qua toàn bộ màng tế bào; ngược lại protein bám màng thì nằm ở bên trong hoặc bên ngoài của màng. Lưu ý rằng protein chiếm tới 50% khối lượng màng tế bào, nghĩa là cứ một phân tử protein trên màng thì sẽ có 50 hoặc nhiều hơn phân tử phospholipid.

Protein trên màng tế bào có nhiều chức năng, như: Một vài trong số đó là phân tử kết dính có vai trò neo giữ tế bào với các tế bào lân cận hay vào các vị trí gắn kết đặc hiệu. Một số có vai trò như những chiếc “máy bơm”, có vai trò như kênh vận chuyển ion bởi cơ chế khuếch tán hỗ trợ (ngược chiều gradient nồng độ). Hay một vài protein có vai trò như kênh ion, khi được hoạt hóa chúng sẽ cho phép ion đi vào hay đi ra khỏi tế bào. Vai trò bơm, vận chuyển và kênh ion sẽ được thảo luận ở tiếp sau đây. Một số nhóm protein khác đóng vai trò là một thụ thể liên kết với ligands hoặc phần tử thông tin tác động gây ra sự thay đổi sinh lý của tế bào,… Cuối cùng, protein cũng có vai trò như là một enzymes, xúc tác phản ứng xảy ra trên bề mặt màng tế bào. Các ví dụ chức năng của nhóm protein này dần dần được đề cập trong các chương tiếp sau trong suốt quyển sách này.

Phần kị nước (không tích điện) của protein thường nằm ở vị trí ngay dưới màng tế bào còn phần ưa nước và tích điện của nó sẽ nằm trên bề mặt. Một con đường gắn thể glycosylated (gắn saccarid vào protein hay lipid) của phosphatidylinositol. Protein kiểm soát quá trình đó bởi glycosylphosphatidylinositol (bao gồm các enzyme như alkaline phosphatase, rất nhiều kháng nguyên, một lượng lớn phân tử kết dính tế bào và 3 protein bổ sung chống lại sự tiêu bào). Có hơn 45 tế bào liên kết với GPI ở bề mặt đã được biết đến ở người (2009). Một số protein gắn với lipid. Protein có thể biến đổi không thuận nghịch (myristolated), gắn với acid béo (palmitoylated) hay gắn các chất kị nước (ví dụ gắn với geranlgeranyl hoặc nhóm fRNAesyl).

Hình 21.3: Một số protein bám màng. Mô tả đầu C- và đầu N.

Cấu trúc của protein và những enzyme kèm theo của màng sinh học khác nhau không chỉ ở các tế bào với nhau mà còn ở nội tại của tế bào. Ví dụ như một vài enzyme gắn trên màng tế bào khác với trên màng ti thể. Trong tế bào biểu mô, enzyme của màng tế bào trên bề mặt màng nhày khác với những enzyme trong màng tế bào nền và ở mép bên, nghĩa là tế bào có sự phân cực. Màng tế bào là một cấu trúc chức năng và những thành phần cấu thành nó luôn được tái sinh ở các mức độ khác nhau. Một số loại protein gắn vào khung xương tế bào và một số lại di chuyển ra bề mặt màng.

Nằm trải dài ở bao quanh màng tế bào là một lớp vật chất mỏng dày khác nhau có chứa một số loại sợi protein có chức năng chung là tạo nên thành phần cơ bản (chất nền). Lớp cơ sở của tế bào thông thường tạo thành các protein liên kết các tế bào lại với nhau, điều hòa và quyết định sự phát triển của chúng tạo thành một mạng lưới ngoại bào. Nó bao gồm collagens, laminins, fibronectin, tenascin và một số loại proteoglycans.

Ti thể

 

Hàng tỉ năm về trước, tế bào nhân thực “tiêu hóa” vi khuẩn hiếm khí và biến nó thành ti thể – nguồn cung cấp năng lượng dồi dào cho tế bào dưới dạng ATP thông qua sự oxi hóa phosphryl hóa. Ti thể còn có những chức năng khác, như điều hòa sự chết có chương trình (apoptosis), nhưng vai trò quan trọng nhất vẫn là nguồn tạo ra năng lượng. Mỗi tế bào eukaryote có hàng trăm ngàn ti thể. Ở động vật có vú, ti thể thường là một bào quan (có hình dạng giống với xúc xích) nhưng thật ra hình dạng của chúng khá linh động. Mỗi ti thể bao gồm màng ngoài, khoảng gian màng, màng trong (có các hạt nhỏ bám vào, có chứa nhiều enzyme tham gia vào quá trình oxi hóa phosphoryl hóa) và chất nền ti thể.

Hình 21.4: Các thành phần tham gia vào quá trình oxi hóa phosphoryl hóa và nguồn gốc của nó. Quá trình này đã được đề cập chi tiết ở chương 4.

Do có nguồn gốc từ sinh vật đơn bào, ti thể cũng có bộ gene của riêng nó. Tuy nhiên có ít DNA hơn và 99% protein được tạo ra trong ti thể đều có nguồn gốc từ gene trong nhân của tế bào nhân thực. Nhưng DNA của ti thể đóng vai trò như là chìa khóa ca con đường oxi hóa phosphoryl hóa. Đặc biệt, DNA ti thể ở người là một chuỗi xoắn kép chứa khoảng 16500 cặp base (so với hàng tỉ cặp trong nhân DNA của tế bào nhân thực). Nó mã hóa cho ba đơn vị dưới protein và được giải mã bởi bộ gene trong nhân để tạo ra 4 enzyme cộng với 2 ribosome và 22 RNA vận chuyển cần thiết cho sự tổng hợp protein ti thể.

Nói chung enzyme của ti thể đáp ứng quá trình oxi hóa phosphoryl hóa, điều này cũng minh họa cho sự tác động qua lại giữa sản phẩm của ti thể với sản phẩm của tế bào nhân thực. Ví dụ như phức hợp I (complex I) làm giảm lượng nicotinamide adenin dinucleotide dehydrogenase (NADH) (được tạo ra bởi 7 đơn vị dưới protein được mã hóa tại ti thể và 39 đơn vị dưới có nguồn gốc từ DNA của nhân). Nguồn gốc của các đơn vị dưới khác của phức hợp được mô tả trong hình 21.4. Complex II – succinate dehydrogenase-ubiquinone oxidoreductase, complex III – ubiquinone-cytochrome c oxidoreductase và complex IV – cytochrome c oxidase hợp động cùng với complex I, coenzyme Q và cytochrome c để chuyển hóa thành CO2 và nước. Complex I, III và IV bơm H+ vào trong khoảng gian màng thông qua bơm điện tử của chuỗi truyền điện tử. H+ sau đó được bơm xuyên qua complex V, ATP synthase và trở thành nguyên liệu cho việc tổng hợp ATP.

Ti thể nhận thông tin duy truyền từ tế bào mẹ. Thông tin này có vai trò như là một bộ đánh dấu sự thoái triển. Ti thể không có hệ thống sữa chữa DNA và tỉ lệ đột biến xảy ra ở ti thể cao gấp 10 lần DNA của nhân tếbào. Mt lượng lớn các bệnh hiếm gặp được phát hiện là có liên quan đến đột biến DNA của ti thể (mitochondrial medicine). Nó bao gồm một lượng lớn bệnh liên quan tới mô – những nơi có tỉ lệ chuyển hóa đểsản xuất năng lượng có sự sai lệch lớn khi quá trình sản xuất ATP diễn ra một cách bất thường.

Lysosomes

Bảng 21.1: Các enzyme của lysosomes và cơ chất của nó.

 

Khoảng không gian được giới hạn bởi màng tế bào, có cấu trúc không đồng nhất và chứa các bào quan được gọi là bào tương. Trong môi trường đó có chứa lysosome – một bào quan có tính acid hơn so với pH thông thường của bào tương, có vai trò tiêu hóa các chất được đưa vào tế bào. Màng của lysosome hoạt động như một bơm proton (hay còn gọi là H+-ATPase) – sử dụng năng lượng ATP để vận chuyển H+ t bào tương vào trong lysosome nhằm giữ cho pH luôn bằng 5. Lysosome chứa hơn 40 loi enzyme thủy phân, một vài loại được đề cập đến ở bảng 21-1. Tất cả các loại enzyme này đều có tính acid và giúp duy trì pH trong lysosome ngoài ra còn giúp cho quá trình tiêu hóa diễn ra thuận lợi hơn. Mức acid này không có tác động xấu đến tế bào ở tình trạng bình thường vì dù cho lysosome có bị vỡ ra thì enzyme của nó cũng bị mất hoạt tính do pH của bào tương có pH là 7.2 (ngoài vùng hoạt động của enzyme). Vì vậy, chúng không có khả năng tiêu hủy, cũng như làm tổn hại đến các bào quan khác. Những bệnh lý liên quan đến hoạt động bất thường của lysosome được đề cập ở clinical box 1:

Clinical Box 1:

 

“Bệnh liên quan đến lysosome

Khi có một enzyme tiêu hóa của lysosome bị thiếu hụt, lysosome bị nhồi nhét bởi những enzyme bình thường khác. Điều này tất yếu dẫn đến bệnh rối loạn dự trữ của lysosome. Ví dụ như sự thiếu hụt galactosidase A gây ra bệnh Fabrythiếu galactocerebrosidase gây bệnh Gaucher. Những bệnh này hiếm xảy ra nhưng rất nghiêm trọng và có thể gây tử vong. Một ví dụ khác về chứng rối loạn này là bệnh Tay-sachs, gây chậm phát triển tí tuệ và mù lòa. Tay-sachs xuất hiện bởi sự thiếu enzyme hexosaminidase A, một enzyme tiêu hóa của lysosome xúc tác cho sự tiêu giảm sinh học chất ganglioside (một dẫn xuất của acid béo).”

 

Peroxisomes

 

Peroxisomes có đường kính 0,5 micromet, được bao bọc bởi màng và bên trong chứa nhiều enzyme có khả năng tạo ra H2O2 cũng như phân hủy nó (catalase). Protein được đưa vào piroxisome bởi những tín hiệu đặc biệt liên tục cùng với sự giúp đỡ của peroxins (protein đi kèm). Trên màng piroxisome có chứa nhiều protein đặc hiệu kèm với các kênh vận chuyển vận chất vào chất nền bên trong hay đi ra ngoài dịch bào. Chất nền peroxisome có tới hơn 40 enzyme có tác dụng phối hợp điều hòa cùng với các enzyme trong dịch bào xúc tác cho các phản ứng đồng hóa và dị hóa (như thủy phân lipids chẳng hạn). Peroxisome có thể được tạo ra bởi lưới nội sinh chất hay trong quá trình phân bào. Người ta đã tìm thấy một lượng lớn các chất quyết định sự phát triển của piroxisome được điều hòa bởi các thụ thểở trong nhân của tế bào. PPARs (peroxisome proliferation activated recepters) là thành phần của một tập hợp các thụ thể trong nhân có liên quan với nhau. Khi được kích hoạt, các thụ thể này gắn kết với DNA gây ra sự biến đổi trong quá trình sản xuất mRNA. (PPARs còn có những hiệu ứng khác được biết cho đến nay là nó còn có tác động đến nhiều mô và cơ quan khác).

Khung xương tế bào (cytoskeleton)

 

Bộ xương tế bào là một hợi thống sợi có vai trò giữ vững cấu trúc của tế bào, giúp nó thay đổi hình dạng và thực hiện di chuyển, có mặt ở mọi tế bào. Cấu trúc của nó thường có ba phần là vi ống, sợi trung gian, vi sợi xen giữa và bám dính vào protetin để giữ liên kết với nhau. Hơn nữa, protein và bào quan di chuyển dọc theo vi ống và vi sợi từ phần này đến phần khác của tế bào nhờ các phần tử đẩy.

Xem toàn bộ bài viết tại đây.