Tag Archives: phosphatidylcholine

BẢN ĐỒ LIPID CỦA TẾ BÀO ĐỘNG VẬT CÓ VÚ

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long

CHÚNG TA ĐANG Ở ĐÂU TRONG HIỂU BIẾT VỀ SINH GIỚI?

Hình 20.1: Sự “tiến hóa” từ “genomics” đến lipidomics xuyên suốt qua proteomics và metabolomics. Genomics: Bản đồ hóa toàn bộ DNA và RNA. Proteomics: Xác định, giải trình tự và phân loại chức năng của protein.Metabolomics: Phân tích toàn bộ các quá trình chuyển hóa ở các điều kiện cho sẵn. Lipidomics: Phân tích một cách có hệ thống và sự phân loại của toàn thể lipid trong cơ thể và sự tương tác của nó. TLC: thin-layer chromatography; HPLC: High-performance liquid chromatography; GC: Gas chromatography; ESI-tandem MS: Electrospray ionization-tandem mass spectroscopy; MALDI-TOF: Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-light mass spectroscopy; NMR: Nuclear magnetic resonance.

Ngày nay, khi mà công nghệ phát triển (đặc biệt là ứng dụng phổ khối và khả năng mô hình hóa của tin sinh học) người ta đã phát hiện trong tế bào sống hàng nghìn loại lipid khác nhau. Để trả lời cho câu hỏi các loại lipid này có vai trò như thế nào đối với sự sống của tế bào, người ta đã xây dựng thành một hệ thống tiếp cận hoàn chỉnh, gọi là lipid học tế bào (cellular lipidomics). Nhằm xác định được cân bằng nội môi của lipid và quá trình nhiệt động học của nó, chúng ta phải  hiểu rõ sự chuyển hóa lipid, quá trình vận chuyển chúng xuyên qua các loại màng khác nhau, các phân tử đóng vai trò sensor hay effector,… Và để đạt được tất cả những điều đó, chúng ta còn cần phải hiểu rõ tính chất vật lí của các hỗn hợp lipid, hiệu ứng hóa học của nó đến các protein lân cận cả về cấu trúc lẫn chức năng. Cuối cùng, quan trọng hơn cả là xác định cho được chuyển hóa lipid đóng vai trò quan trọng như thế nào trong hệ thống tín hiệu của tế bào, hiểu được tổng hòa các mối quan hệ giữa chúng và các thụ thể, các protein đặc biệt trên màng tế bào, các túi tiết có bản chất lipid,… Đây là cách tiếp cận sinh học một cách căn bản, lập luận từ những bằng chứng có thật và định lượng hóa chúng – nhằm mục đích cuối cùng là nhất quán với quan niệm hiện nay về sinh học: Sinh học hệ thống (systems biology).

SƠ LƯỢC VỀ SỰ HÌNH THÀNH BÀO QUAN

Hầu hết các bào quan không thể được tạo mới hoàn toàn không có kế thừa: Chúng cần thông tin trong chính bào quan.

Hình 20.2: Tỉ lệ phân bố một số lipid trong các bào quan.

Khi tế bào phân chia, nó phải sao chép các bào quan. Nói chung, tế bào thực hiện điều này bằng cách kết hợp những phân tử mới vào bào quan có sẵn, sau đó làm tăng kích thước bào quan, tiếp đến, bào quan phân chia và phân phối cho hai tế bào con. Vì vậy, mỗi tế bào con thừa hưởng 1 hệ thống màng nội bào hoàn chỉnh từ tế bào mẹ. Sự thừa hưởng này là cần thiết vì 1 tế bào không thể tạo những cấu trúc màng nội bào từ hư vô. Nếu lưới nội chất bị xóa bỏ hoàn toàn khỏi 1 tế bào, làm thế nào tế bào có thể tái tạo lại được? Những protein màng tạo nên màng của lưới nội chất và thực hiện những chức năng của lưới nội chất thực chất cũng do lưới nội chất tạo ra. Lưới nội chất mới không thể tạo ra mà không có một lưới nội chất sẵn có, hay ít nhất là một màng đặc thù chứa các bơm chuyển vị protein cần để đưa protein từ tế bào chất đi vào lưới nội chất (các protein này bao gồm cả các bơm chuyển vị đặc hiệu.) Điều này cũng đúng với ty thể và lạp thể.

Hình 20.3: Cấu trúc của các glycero-phosphate lipid.

Do đó, có lẽ thông tin cần cho việc tạo một bào quan không chỉ nằm trên đoạn DNA mã hóa protein đặc trưng của bào quan. Thông tin ít nhất ở dạng 1 phân tử protein đặc trưng tồn tại trước đó trên màng bào quan cũng rất cần thiết, và thông tin này được chuyển từ tế bào ban đầu đến các thế hệ sau dưới hình thức bào quan. Có lẽ, thông tin đó cần cho việc truyền thừa các cấu trúc dưới tế bào, trong khi những thông tin trên DNA cần cho việc truyền lại cho đời sau trình tự nucleotide và trình tự amino acid.

Tuy nhiên, như những gì được bàn luận kỹ ở chương khác, lưới nội chất hình thành một dòng các bóng màng liên tiếp được kết hợp với một bộ phận của tập hợp các protein màng lưới nội chất và nhờ đó có thành phần khác với bản thân lưới nội chất. Tương tự, màng sinh chất liên tục tạo ra vô số những loại bóng màng nhập bào chuyên biệt khác nhau. Vì thế, có 1 số bào quan có thể được tạo thành từ bào quan khác và không được truyền lại cho đời sau trong phân bào.( VD: lysosome, phức hợp Golgi, peroxisome, endosome…).

Hình 20.4: Sự đa hình và cấu dạng phân tử của một số lipids.

SỰ TỰ SẮP XẾP LIPID VÀ SỰ PHÂN PHỐI Ở CẤP ĐỘ DƯỚI TẾ BÀO

Từ vi khuẩn đến các tế bào eukaryotes đều sử dụng glycerol làm bộ khung (backbone) cho hầu hết các lipid của chúng. Những phospholipids chính của vi khuẩn là phosphatidylserine (PS), phosphatidylethanolamine (PE), phosphatidylglycerol (PG) và cardiolipin (CL) (các tế bào eukaryote cũng có các phospholipids này). PG và CL được tổng hợp và giữ lại trong ti thể. Ngoài ra, ti thể cũng có enzyme PS-decarboxylase (PSD) có chức năng tổng hợp một nữa lượng PE của tế bào. PC và PI (phosphatidylinositol) là hai loại phospholipid chính ở tế bào eukaryote.

Hình 20.5: Sự phân bố các loại lipid chính ở động vật có vú nói chung.

PC có chứa hai chuỗi acyl béo (một no và một không no) và một đầu phân cực lớn do vậy nó có cấu trúc không gian hình trụ (cylindrical shape). Như ta đã biết, entropy cao nhất khi đuôi lipid càng xa đầu ưa nước hay các phân tử nước được giải phóng tối đa khỏi thành phần này (hiệu ứng kị nước), ta cũng tìm thấy điều này ở PC. Do những thuộc tính trên, PC có tính chất linh động cao và do vậy nó tạo nên tính chất sinh học của màng sinh học. Tuy nhiêu, màng sinh học cũng có từ 5 đến 10 loại lipid khác để có thể thực hiện tốt chức năng dẫn truyền lộ trình tín hiệu và giữ cho màng luôn có tính linh động.

Hình 20.6: Dạng ion hóa của CL tại pH sinh lý. CL chỉ được ion hóa một phần ở pH này (pK2 > 8.5) và do vậy có thể “nhốt” một proton bởi khả năng tạo liên kết hydrogen với gốc sn-2 hydroxyl của khung glycerol, kết quả là gắn kết được 2 PA trong cấu trúc của CL.

Hình 20.7: Điều hòa tổng hợp cholesterol

Hầu hết PE được tìm thấy ở màng sinh học đều có hình nón (cone shaped) và do vậy không thể tự nó tạo nên cấu trúc màng lipid kép được. Tính chất này khiến PE có khả năng gắn vào các protein màng để thực hiện các quá trình hợp nhất và phân đôi tế bào (fusion – fission). Khi xảy ra các điều kiện trung hòa điện tích, (charge neutralization – điện tích của một cation bị loại bỏ bởi hiện tượng adsorption – tạo lớp chất lỏng hoặc khí trên bề mặt chất rắn) mitochondrial phospholipid cardiolipin (CL) cũng có hiện tượng tạo kết cấu lớp lipid khác kết cấu kép.

Xem toàn bộ bài viết tại đây.

ĐẠI CƯƠNG VỀ MÀNG TẾ BÀO ĐỘNG VẬT NHÂN THỰC

Phùng Trung Hùng – Nguyễn Phước Long – Lê Phi Hùng – Lê Minh Châu

Chúng ta đã nói các tri thức cơ sở về cấu trúc màng tế bào xuyên suốt nội dung các chương trước. Do vậy, chương này sẽ đi sâu, đề cập một cách hoàn chỉnh và hệ thống hóa những tri thức về màng tế bào.

Giới thiệu về màng sinh học

Màng sinh học được cấu tạo bởi lipid, protein và các carbohydrate bán rắn. Màng sinh học có cấu trúc khảm động, luôn thay đổi thành phần cấu tạo trong suốt cuộc đời của tế bào, bao quanh tế bào và  có vai trò điều hoà các hoạt động của tế bào. Các màng bên ngoài tế bào tạo nên màng bào tương còn các màng bên trong tế bào tạo nên các màng trong của các bào quan đặc biệt như nhân và ti thể

Thành phần và cấu trúc của màng sinh học

Màng sinh học được cấu tạo bởi lipids, protein và carbohydrates.

Carbohydrates liên kết với lipid tạoglycolipid và liên kết với protein tạo nên glycoprotein. Các loại tế bào khác nhau có thành phần protein và lipid khác nhau. Protein chiếm từ 20% đến 70% khối lượng màng.

Hình 22.1: Cấu trúc lớp lipid kép và tính chất khảm động

Có 3 loại lipid màng chính là: glycerophospholipids, sphingolipids, và cholesterol. Các loại lipid này sẽ được đề cập kĩ hơn ở phần lipids, tổng hợp lipid, sphingolipid và cholesterol. Sphingolipids và glycerolphospholipid chiếm phần lớn khối lượng lipid màng. Các phân tử của 2 loại lipid này với đặc điểm cấu trúc một đầu phân cực (đầu ưa nước) và một đầu không phân cực (đầu kị nước) tạo thành một lớp lipid kép (lipid bilayer) với 2 đầu kị nước quay vào nhau (xem hình dưới) . Lớp lipid kép này có thể khuếch tán bên (lateral diffusion – các phân tử của lớp có thể di chuyển dễ dàng giữa 2 lớp và thay đổi chỗ cho nhau) cũng như có thể khuếch tán ngang (transvere diffusion, flip-flop – các phân tử lipid khuếch tán từ mặt này sang mặt khác của màng). Tuy nhiên các phân tử muốn qua màng theo kiểu flip-flop này cần tạo nên cấu trúc có các đầu phân cực bao bên ngoài để qua lõi hydrocacbon của lớp kép lipid nên việc vận chuyển chất theo kiểu này là rất khó nếu không có enzyme flipase hỗ trợ quá trình này.

Hình 22.2: Cấu trúc điển hình của một phosphate-lipid (phospholipid)

Màng sinh học cũng chứa protein, glycoprotein và lipoprotein. Có 2 dạng protein thường gặp trên màng là: protein xuyên màng (integral protein) và protein ngoại vi (peripheral protein). Các protein xuyên màng hay còn gọi là protein nội màng (intrinsic protein) bám chặt vào màng và nằm trong lớp lipid kép nhờ vào các liên kết kị nước còn protein ngoại vi còn được gọi là protein ngoại màng (extrinsic protein) liên kết với màng bằng các liên kết lỏng lẻo với các đầu phân cực (mặt trong hay mặt ngoài của lớp lipid kép) hay với protein xuyên màng. Các protein ngoại vi thường nằm ở mặt bào tưởng của màng sinh học hay mặt trong của các màng bào quan.

Bảng 22.1: CTHH một số acid béo không no

Các protein liên kết màng sinh học được gọi là lipoprotein, phần lipid của lipoprotein giúp phân tử protein này bám vào màng sinh học bằng liên kết trực tiếp với lớp lipid kép hay gián tiếp thông qua protein xuyên màng. Phần lipid này là các isoprenoid như farnesyl và geranyl – các acid béo như myristic, acid palimitic, glycoslphosphatidylinositol, GPI (còn được gọi là glipiated protein).

Hoạt động của lớp màng sinh học

Hình 22.3: Màng bào tương là vị trí thích hợp của nhiều protein bề mặt: Thụ thể, kênh ion, transporter và phân tử kết dính.

Protein và lipid phân bố trên màng không giống nhau. Ví dụ: mặt trong của lớp lipid kép có nhiều phosphatidylethanolamine còn mặt ngoài thì nhiều phosphatidyl choline. Các carbohydrate bám vào lipid hay protein được tìm thấy nhiều nhất ở mặt ngoài của màng. Sự phân bố không giống nhau giữa protein và lipid đã tạo ra các tiểu vùng (sub-domain) chuyên biệt cao trong màng và các cấu trúc có màng chuyên biệt cao (như lưới nội bào tương (ER), bộ máy golgi và các túi tiết). Các túi tiết tổng hợp các yếu tố tế bào trong ER rồi sau đó được đưa đến bộ máy Golgi và cuối cùng đến màng sinh học để hoạt hóa các protein xuyên màng như thụ thể của yếu tố tăng trưởng (growth factor receptor). Trong quá trình vận chuyển từ nang đến màng sinh học các protein tiết này đã trải qua nhiều sự biến đổi trong đó có cả hiện tượng glycosyl hóa.

Hình 22.4: Cấu trúc bất đối xứng của lớp phospholipid màng

Các túi tiết được bộ máy golgi xuất ra được gọi là túi tiết trưởng thành  (coated vesicle). Màng của các nang này được tạo bởi các protein giá đỡ chuyên biệt có khả năng tương tác với môi trường ngoại bào. Dựa vào protein tạo thành lớp bao của túi tiết, người ta phân các túi tiết này thành 3 loại chính: (1) túi clathrin (Clathrin-coated vesicle) bao gồm protein gian màng, GPI-linked protein và protein tiết để đưa đến màng sinh học. Các túi tiết này còn tồn tại trong quá trình nhập bào (như trong quá trình hấp thu LDL bào tương của gan thông qua thụ thể của LDL); (2) COPI (COP = coat protein) tạo nên bề mặt cho các túi vận chuyển giữa các khoang của bộ máy golgi. (3) COPII tạo nên bề mặt các túi tiết được chuyển tử ER sang bộ máy golgi.

Cấu tạo bề mặt màng của mỗi tế bào phụ thuộc vào các tế bào lân cận mà nó tiếp xúc. Bề mặt màng của tế bào tương tác với các thành phần ống còn được gọi là mặt đỉnh (apical surface), mặt còn lại được gọi là mặt đáy bên (basolateral surface). Hai bề mặt này có thành phần lipid và protein cấu tạo tương đối khác nhau.

Hình 22.5: Mô tả mặt đỉnh và mặt đáy bên của màng tế bào.

Hầu hết các tế bào nhân thực đều tiếp xúc với các tế bào kế cận và đây là cơ sở để tạo nên các hệ cơ quan. Các tế bào nằm kế cận nhau trao đổi chất với nhau thông qua các liên kết khe (gap junction). Liên kết khe là các kênh liên tế bào và được cấu tạo từ các connexin có nhiệm vụ chính là dinh dưỡng cho các tế bào của cơ quan không tiếp xúc trực tiếp với dòng máu.

Xem toàn bộ bài viết tại đây.