1. Các giả thuyết mô hình cấu tạo phân tử của màng
Có nhiều giả thuyết về mô hình màng tế bào:
+) Mô hình cấu trúc phân tử của màng theo H.Davson và J.Danielli (1935):
Các tác giả này đề xuất mô hình phân tử của màng sinh chất, trong đó các phân
tử Photpholipit sắp xếp thành một lớp kép đầu ưa nước quay về phía ngoài và
trong, còn đuôi kị nước quay lại với nhau, tạo nên một cái khung liên tục bao
quanh tế bào. Các phân tử Protein sắp xếp thành hai lớp trong và ngoài kẹp lấy
một khung Lipit. Sau đó, 1954 họ bổ sung thêm trên màng còn có mặt của các lỗ
phân cực đảm bảo qua lại của các hợp chất có tính phân cực.
+) Mô hình về đơn vị
màng theo Robertson: Trong thập kỉ 50 của thế kỉ XX căn cứ trên quan sát dưới
kính hiển vi điện tử, Robertson đã đưa ra giả thuyết cho rằng mọi hệ thống màng
trong tế bào được cấu trúc bởi màng cơ sở gồm ba lớp. Hai lớp Protein ở trong
và ngoài thể cầu hoặc sợi bao một lớp kép Photpholipit ở giữa .
+) Mô hình màng sinh
chất thể khảm linh động của Singer - Nicolson (1972). J.Singer và G.Nicolson đã đề xuất mô hình
"khảm động" của màng và được công nhận là phù hợp với thực tế cấu tạo
của màng đối với các dạng tế bào, đồng thời giải thích được tính vừa ổn định
cao vừa linh hoạt cao đáp ứng được chức năng đa dạng của màng, trong đó lớp
Photpholipit kép tạo nên cái khung liên tục của màng, còn các phân tử Protein
phân bố rải rác (khảm) trong khung, xuyên qua khung hoặc bám ở rìa trong và rìa
ngoài của màng. Tính chất "động" của các phân tử Lipit và Protein có
trong màng.
- Lipit của màng: Lipit có trong màng chủ yếu
là Photpholipit và Colesteron. Chúng tạo nên cái khung ổn định của màng, đồng
thời chúng tham gia tạo nên tính mềm dẻo của màng.
Các phân tử
Photpholipit có thể tự quay, dịch chuyển ngang và dịch chuyển trên giới.
Khi các phân tử
Photpholipit có đuôi Hydrocacbon (kị nước) ở trạng thái no thì màng có tính bền
vững, còn khi đuôi Hydrocacbon có nối đôi màng sẽ có tính lỏng lẻo. Trong khung
lipit, các phân tử Colesterol sắp xếp xen kẽ vào giữa các phân tử photpholipit
tạo thêm tính ổn định của khung. Khi tỷ lệ Photpholipit/Colesterol cao thì màng mềm dẻo, nếu tỷ lệ này nhỏ màng sẽ bền
chắc. Vì vậy khi thành mạch máu tích chứa nhiều Colesterol sẽ cứng chắc gây nên
xơ vữa mạch.
Nhờ tính chất linh hoạt của khung Lipit mà màng có thể thay đổi tính thấm khi
nhiệt độ môi trường thay đổi đáp ứng các hoạt động thích nghi của tế bào (mùa
đông nhiệt độ lạnh thì màng trở nên đặc, cứng chắc hơn, còn mùa hè nhiệt độ
nóng thì màng trở nên mỏng và mềm dẻo hơn…).
- Protein của màng: Protein có trong màng rất đa
dạng, chúng phân bố "khảm" vào khung Lipit. Ví dụ: người ta phát hiện
trong màng sinh chất của hồng cầu có đến 50 loại Protein khác nhau.
- Protein xuyên màng: Là những Protein bám vào mặt
ngoài, mặt trong của màng.
Các phân tử Protein
màng tham gia tạo nên tính chất ‘động’ của màng. Chúng có thể thay đổi vị trí
và hình thù không gian làm cho màng có tính linh hoạt và mềm dẻo cao.
Protein của màng có
nhiều chức năng:
- Vận chuyển chất qua
màng (tạo kênh vận chuyển, chất mang, bơm ion).
- Chức năng xúc tác
(protein có hoạt tính enzim).
- Chức năng thu nhận
và truyền được thông tin (protein thụ quan).
- Chức năng nhận biết
tế bào (nối kết các tế bào trong mô thành một khối ổn định).
- Chức năng neo màng
(nhiều protein liên kết với các protein sợi hoặc các vi sợi trong tế bào chất
tạo mô sợi ổn định và bền chắc của màng).
* Cacbohydral của màng: Các phân tử Cacbonhydrat
thường liên kết với Photpholipit (Glicolipit) hoặc với Protein (Glicoprotein)
phân bổ ở mặt ngoài màng tạo nên khối chất nền ngoại bào giữa các tế bào trong
mô của cơ thể đa bào. Chất mô ngoại bào không những có vai trò dính kết các tế
bào trong mô mà còn có chức năng truyền đạt thông tin giữa các tế bào.
Glicoprotein trên
màng còn đóng vai trò thụ cảm các tín hiệu đặc trưng của môi trường, tiếp nhận
các kích thích bên ngoài hay bên trong tế, từ đó tế bào có phản ứng trả lời
kích thích.
2. Chức năng của màng sinh chất
Màng
sinh chất có chức năng bảo vệ tế bào, tuy nhiên đó là một hệ thống mở -luôn
luôn trao đổi chất năng lượng và thông tin với môi trường. Màng sinh chất kiểm
soát sự vận chuyển chất và trao đổi thông tin giữa tế bào và môi trường.
2.1. Sự vận chuyển các chất qua
màng
Màng sinh chất là
màng có tính thấm chọn lọc (bán thấm). Các chất, các phân tử được vận chuyển
qua màng (vào hoặc ra) theo ba phương thức thụ động, chủ động và nhập bào -
xuất bào.
(i). Vận chuyển thụ động:
Sự vận chuyển thụ
động các chất qua màng là sự vận chuyển không tiêu phí năng lượng ATP và theo
gradien nồng độ. Người ta phân biệt hai dạng vận chuyển thụ động:
- Các chất được vận
chuyển trực tiếp qua màng không cần sự giúp đỡ của các Protein màng. Các chất
càng bé càng dễ dàng vận chuyển qua các chất phân cực và chất tích điện khí để
qua màng, các chất tan trong Lipit dễ dàng đi qua màng. Ví dụ: Các chất bé không
phân cực như O2, CO2, NO,… được vận chuyển trực tiếp qua
màng, các chất bé như các ion có mang điện tích khi đi qua màng, chất phân cực
như H2O, Glucoza, Axit amin… khó đi qua màng.
- Các chất tích điện
(các ion), các chất phân cực được vận chuyển qua màng nhờ sự giúp đỡ của các
Protein màng. Ví dụ: Các ion được vận chuyển qua kênh ion do Protein tạo nên
được gọi là Protein tạo kênh như kênh vận chuyển Na+, kênh vận
chuyển Ca2+,… Các phân tử nước, Glucoza, Axit amin… là các chất phân
cực được vận chuyển qua màng nhờ các Protein màng…
Các chất hòa tan,
nước được vận chuyển qua màng nhờ hiện tượng khuyếch tán và thẩm thấu. Các chất
tan vận chuyển từ nơi nồng độ cao đến nơi nồng độ thấp, nước thấm qua màng từ
nơi có thế nước cao đến nơi có thể nước thấp.
(ii). Vận chuyển chủ động:
Vận chuyển chủ động là sự vận chuyển các chất qua
màng thông qua các Permeaza (kênh hoặc chất mang) của màng ngược với Gradien nồng độ và có sự tiêu tốn năng lượng
ATP. Các tế bào thường sống trong các môi trường có nồng độ chất hòa tan rất
khác nhau nên phương thức vận chuyển chủ động là phương thức chủ yếu để tế bào
có thể duy trì được cân bằng nội môi, hấp thụ được các chất cần thiết và thải
loại các chất thừa cũng như các chất độc hại. Bình thường tế bào phải chi phí
khoảng 10 - 20% số năng lượng ATP cho sự vận chuyển chủ động qua màng.
Sự vận chuyển chủ động các ion được thực hiện nhờ
Permeaza có hoạt tính ATP aza được gọi là bơm ion có vai trò vận chuyển các ion
qua màng ngược với Gradien nồng độ ion. Trên màng có các bơm ion
Na+, K+, Cl-, H+, Ca++…
Sự vận chuyển
nhờ kênh hoặc nhờ Protein mang có thể là thụ động hoặc chủ động và có thể xẩy
theo kiểu đơn chuyển, đồng chuyển hoặc đối chuyển.
Sự vận chuyển
chủ động các chất qua màng có sự tiêu tốn năng lượng ATP còn được gọi là sự
hoạt tải của màng tế bào.
+) Sự
nhập - xuất bào:
Đối với các phân tử lớn, các tiểu thể rắn, các
giọt chất lỏng thì tế bào sử dụng hình thức nhập bào để chuyển tải chúng vào
trong tế bào và xuất bào để chuyển tải chúng ra khỏi tế bào.
- Sự nhập bào: Tùy thuộc vào bản chất của phân tử
được vận chuyển và trạng thái biến đổi của màng người ta phân biệt ba hình thức
nhập bào.
- Thực bào: là trường hợp phần tử được vận chuyển
vào tế bào ở dạng phân tử rắn (mẩu thức ăn, vi khuẩn,…) thì màng sinh chất biến
đổi hình thành chân giả bao lấy phần tử chất rắn tạo thành bóng nhập bào (hay
bóng thực bào) hay là thể thực bào. Tiếp đó thể thực bào hòa lẫn với thể hòa
tan (lizoxom) tạo thành Phagolizoxom rồi trở thành không bào tiêu hóa. Trong
không bào tiêu hóa diễn ra quá trình tiêu hóa thể rắn dưới xúc tác của các
enzim của Lizoxom. Cuối cùng các cặn bã không tiêu hóa được sẽ được thải loại
ra ngoài tế bào. Các tế bào amip, các đại thực bào (vòng mô, biểu mô của đường
hô hấp, đường tiêu hóa,…) các bạch cầu đơn nhân, đa nhân,… đều là những tế bào
có khả năng tích cực thực bào các vi khuẩn để tiêu diệt chúng.
- Ẩm bào (uống bào): là trường hợp phân tử được
nhập vào tế bào là giọt chất lỏng. Đầu tiên là giọt chất lỏng gây cảm ứng và
gắn lên màng sinh chất, màng sinh chất lõm vào trong tạo thành ống dẫn, sau đó
tách khỏi màng sinh chất hình thành các túi
nhỏ (Pinaxom) và diễn ra quá trình tiêu hóa chất lỏng.
Các bóng thực bào và bóng uống bào thường được gắn
kết với Lizoxom tạo thành thể hòa tan thứ sinh là nơi diễn ra sự phân giải các
tiểu thể rắn, giọt chất lỏng tạo các phân tử bé hơn. Các chất này được khuyếch
tán ra tế bào chất và được sử dụng tiếp tục. Còn những chất cặn bã sẽ được thải
ra ngoài tế bào.
- Sự nhập bào thông qua thụ quan: Là trường hợp
chất vận chuyển được gắn vào thụ quan màng là Proglicoprotein đặc trưng có
trong màng thành một phức hợp tạo thành bóng nhập bào. Bóng nhập bào được bao
thêm lớp áo bằng Protein sợi. Chất được vận chuyển sẽ được giải phóng vào tế
bào chất, còn bóng nhập bào sẽ được màng tái sử dụng.
- Sự xuất bào: Hiện tượng xuất bào là hiện tượng
tế bào bài xuất, chế tiết ra khỏi tế bào các chất, các phân tử (cặn bã, mảnh
vụn của các bào quan, các vật thể lạ,…) bằng cách hình thành các bóng xuất bào,
các bóng này liên kết với màng, màng sẽ thay đổi và bài xuất các chất cạn bã ra
khỏi tế bào. Nhập bào và xuất bào đều liên quan đến sự biến đổi, tái tạo lại
màng sinh chất và tiêu tốn năng lượng.
2.2. Sự trao đổi thông tin qua màng
Màng sinh chất thu nhận các tín hiệu khác nhau nhờ
các Protein đặc trưng khu trú trong màng đóng vai trò là các thụ quan màng, vì
thế tế bào có khả năng đáp ứng kịp thời đối với tác động của các nhân tố môi
trường. Màng còn có vai trò truyền tín hiệu thông tin (đặc biệt quan trọng đối
với hoạt động cơ và thần kinh ở động vật).
(ii). Các thông tin: Các thông tin đến từ môi
trường hoặc đến từ các tế bào khác thường ở dạng các tín hiệu hóa học, như chất
vô cơ hòa tan trong nước (ion Ca2+…), chất rắn hữu cơ (a.a…), chất
kháng nguyên, hoocmon, chất khích thích sinh trưởng, chất hòa tan trong Lipit
(Hoocmon Steroit), gốc Hydro ở dạng khí (NO,…).
(ii). Thụ quan màng: Thụ quan màng là những
Protein hoặc Glicoprotein đặc trưng khu trú trong màng. Chúng có khả năng thay
đổi hình thù không gian và liên kết với các chất mang tín hiệu thông tin (chất
gắn) thành phức hệ thụ quan - chất gắn. Khi phức hệ này được hình thành chúng
sẽ phát động những hiệu quả sinh lý, như mở kênh ion để vận chuyển ion, kích
hoạt các enzim, hoạt hóa Protein trong dây chuyền trao đổi chất của tế bào,
hoạt hóa của gen.
(iii). Cơ chế truyền đạt thông tin qua màng:
- Chất hòa tan trong nước: Đa số là các chất hóa
học trung gian, các Hoocmon, các chất trung gian thần kinh đều tan trong nước.
Chúng không thể trực tiếp đi qua màng mà được các tế bào đích thu nhận nhờ các
thụ quan đặc trưng khu trú trong màng và hoạt động theo các cơ chế khác nhau.
- Các chất hòa tan trong lipit: Trường hợp các
chất mang thông tin là các chất hòa tan trong Lipit. Ví dụ: các Hoocmon
Steroit, Vitamin D… được vận chuyển qua màng vào trong tế bào chất, chúng liên kết với các Protein thụ quan nội
bào tạo thành phức hệ Hoocmon- thụ quan nội bào, phức hệ này đi vào tế bào và
có tác động hoạt hóa các gen (Hoocmon testosteron xâm nhập vào tế bào sẽ hoạt
hóa các gen sản sinh enzim và Protein làm phát triển các tính trạng sinh dục
phụ ở nam giới.
2.3. Sự phân hóa của màng sinh chất
Trong cơ thể đa bào, nhiều loại tế bào có màng
sinh chất phân hóa về cấu trúc và biến dạng thành các phức hệ cấu tạo thích
nghi với các chức năng khác nhau như tăng cường mối liên hệ giữa các tế bào
cạnh nhau, tăng cường hấp thụ, chế tiết, dẫn truyền…
(i). Tăng cường mối liên kết giữa các tế bào:
Trong mô đa bào các tế bào liên kết với nhau qua khoảng gian bào. Khoảng gian
bào giới hạn bởi màng của các tế bào cạnh nhau và chứa đầy các phân tử Protein
có chức năng liên kết các tế bào với nhau. Chất dịch gian bào đóng vai trò cơ
học giữ cho các tế bào ổn định trong tổ chức mô học và tích cực trong các hoạt
động của tế bào như trao đổi chất, di chuyển, sinh sản…
Tùy tính chất và cấu tạo, người ta phân biệt ba
loại nối liên kết gian bào là các cầu nối gian bào, các nối kết vững chắc và
các nối kết tế bào chất.
(ii). Các cầu nối gian bào hay nối kết thông
thường là những nối kết giữa hai tế bào cạnh nhau, mà màng sinh chất của chúng
sát nhau đến nỗi không phân biệt được hai màng. Cầu nối gian bào cho phép các
tế bào trao đổi chất một cách trực tiếp, nhanh chóng và có sự hợp tác trong
trao đổi chất.
(iii). Các nối kết vững chắc hay thể nối là kiểu
nối kết trong đó có sự thay đổi hình dạng màng sinh chất, có sự tham gia của
Protein liên kết và phức hệ vi sợi tế bào làm cho nối kết ổn định, vững chắc,
tuy nhiên kiểu nối kết này không có sự trao đổi chất giữa hai tế bào.
(vi). Các nối kết tế bào chất hay cầu nối sinh
chất: Ở tế bào thực vật, ngoài màng sinh chất còn có vách Xenluloza, nên để đảm
bảo độ liên kết và trao đổi giữa các tế bào cạnh nhau thì màng sinh chất và
vách Xenluloza có sự thay đổi tạo nên cầu nối tế bào chất (sợi liên bào), qua
đó các tế bào trao đổi chất với nhau.
- Tăng cường hấp thụ và chế tiết: Ở một số loại tế
bào phân hóa như tế bào biểu mô ruột, tế bào ngoại tiết, màng sinh chất cùng tế
bào chất ở phần đỉnh tế bào biến đổi thành các vi mao là những phần lồi của
màng kéo theo tế bào chất như kiểu lông nhỏ. Số lượng vi mao ở tế bào mô ruột
rất lớn phủ lấy phần đỉnh tế bào làm tăng diện tích và hiệu quả hấp thụ của
màng.
Một số loại tế bào biểu mô (biểu mô ống thận), tế
bào tuyến ngoại tiết (tuyến mang tai, tuyến muối của chim biển) thì màng sinh
chất lõm sâu vào tế bào chất tạo thành các ô khác nhau, trong ô chứa nhiều ti
thể. Sự phân ô làm tăng diện tích bề mặt của màng đáp ứng sự vận chuyển tích
cực .
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét