sinh hoc phan tu-mang te bao ch17

Lời nói đầu.
Hơn 50 năm trớc E.B. Wilson đà viết rằng chìa khóa của mọi vấn đề sinh
học cần phải đợc tìm kiếm trong tế bào. Màng nguyên sinh tế bào quyết định
ranh giới giữa dịch tế bào và môi trờng bên ngoài, nó rất quan trọng đối với đời
sống tế bào. Sự hiểu biết về màng tế bào vì vậy rất cần thiết đối với ngời làm
công tác sinh học.
Tôi viết cuốn tài liệu này nhằm mục đích làm tài liệu giảng dạy và học tập
cho các học viên cao học Ngành sinh học của Khoa sinh học Đại Học Vinh.
Cuốn tài liệu này sẽ cung cấp hai mảng kiÕn thøc chÝnh:
1/ CÊu tróc mµng tÕ bµo.
2/ Sù vËn chuyển các ion và các phân tử nhỏ qua màng.
Trên cơ sở các kiến thức này, các học viên sẽ có điều kiện hiểu sâu hơn các
vấn đề sinh học nói chung, đặc biệt là sinh lý và hóa sinh học.
Tài liệu cũng sẽ rất bổ ích, giúp học viên giải quyết tốt hơn một số tiết
giảng ở phổ thông trung học.
Sinh học phân tử tế bào là một môn học còn trẻ, tuy nhiên nó phát triển rất
nhanh chóng, cho nên đòi hỏi sự cập nhật rất cao. Ngoài ra nó là một môn học
khó, đòi hỏi ngời học phải nắm chắc các kiến thức sinh học có liên quan và phải
có sự hiểu biết nhất định về các môn học ngoài sinh học đặc biệt là hóa học và
vật lý học. Sinh học phân tử màng tế bào là một phần nhỏ, quan trọng của môn
sinh học phân tử tế bào.
Do kiến thức còn hạn chế, điều kiện cập nhật có hạn nên cuốn tài liệu chắc
chắn còn nhiều thiếu sót. Rất mong đợc sự đóng góp ý kiến của các đồng nghiệp
gần xa để cho cuốn tài liệu ngày càng hoàn thiện hơn.
Vinh ngày 1 thang 7 năm 2007
Tác giả

Phần một: Cấu trúc màng tế bào
`
Màng tế bào rất quan trọng đối với đời sống của tế bào. Màng nguyên sinh
bao quanh tế bào, quyết định ranh giới và duy trì sự khác nhau cơ bản giữa dịch

tế bào và môi trờng bên ngoài. Bên trong tế bào, các màng của bộ máy Golgi, ty
thể và các bào quan khác trong tế bào có nhân, duy trì sự khác nhau đặc trng
giữa các thành phần chứa trong các bào quan và bào tơng. Gradient các ion qua
1


màng đợc quyết định bởi sự hoạt động của các protein màng đặc biệt, có thể sử
dụng để tổng hợp ATP, để hớng sự vận chuyển qua màng các chất tan có chọn
lọc ở trong tế bào thần kinh hay cơ tạo ra và vận chuyển các tín hiệu điện.
Trong tất cả các tế bào, màng nguyên sinh chứa các protein hoạt động nh là
chất cảm nhận (sensor) các tín hiệu bên ngoài, cho phép tế bào thay đổi đáp ứng
của nó với tín hiệu môi trờng. Các protein tiếp nhận đó chuyển các tín hiệu hoặc
đúng hơn là các ion hoặc các phân tử đi qua màng.

H. 1-1: Ba hình vẽ màng tế bào.
(A) một ảnh hiển vi điện tử màng nguyên sinh tế bào hồng cầu ngời, nhìn
mặt cắt ngang.(B) và (C) là sơ đồ chỉ cấu trúc 3 chiều của màng.
Mặc dầu có chức năng khác nhau, nhng tất cả các màng sinh học đều có
cấu trúc chung là màng rất mỏng của các phân tử lipid và protein đợc duy trì chủ
yếu nhờ lực tác dụng tơng hỗ không phải cộng hoá trị. Màng tế bào có cấu trúc
lỏng, di động. Hầu hết các phân tử của chúng có khả năng chuyển động trong
màng. Các phân tử lipid sắp xếp nh là lớp kép đôi liên tục dày 5nm (Hình 1-1).
Lớp lipid đợc chứng minh là cấu trúc cơ bản của màng và nó nh là rào cản,
không thấm hầu hết các phân tử hoà tan trong nớc. Phân tử protein hoà tan
trong lớp lipid kép thực hiện hầu hết các chức năng của màng, xúc tác các phản
ứng kết hợp trên màng nh tổng hợp ATP. Trong màng nguyên sinh, một số
protein phục vụ nh là cấu trúc liên kết, nối mạng với khung tế bào hoặc với
matrix ở ngoài tế bào. Các protein khác phục vụ nh là chất tiếp nhận (receptor)
để nhận diện và vận chuyển chất hoá học vào trong môi trờng tế bào. Cấu trúc
của màng tế bào là bất đối. Các thành phần lipid và protein ở trong và mặt ngoài

tế bào khác với các phân tử protein khác, nó phản ánh các chức năng khác nhau
thực hiện ở hai mặt của màng.
Trong chơng này chúng ta xem xét cấu trúc và tổ chức (sắp xếp) của hai
thành phần chủ yếu của màng là lipid và protein. Tuy nhiên chúng ta chỉ khu trú
chủ yếu ở màng nguyên sinh, hầu hết các khái niệm đợc thảo luận đợc áp dụng
cho màng trong của tế bào, chức năng tế bào sẽ thảo luận ở phần sau.Vai trò
trong việc tổng hợp ATP sẽ thảo luận ở phần tiếp theo. Sự vận chuyển các phân
tử nhỏ qua màng sẽ thảo luận trong phần tiếp theo. Các phần còn lại nh vai trò
trong truyền tín hiệu tế bào cũng sẽ đợc thảo luận.
1.Các lipid cấu tạo màng tế bào.
2


CÊu tróc mµng sinh häc lµ cÊu tróc mµng lipid kép đôi, chúng hoạt động
nh là màng ngăn cách sự qua lại của các phân tử phân cực và ion. Lipid màng thì
phân cực: một đầu thân dầu và đầu kia thân nớc. Tơng tác giữa các đầu thân dầu
với nhau và đầu thân nớc trực tiếp trong môi trờng nớc tạo ra một tấm gọi là lớp
lipid kép. Các mạch thân nớc của các hợp chất phân cực có thể đơn giản nh
nhóm OH ở điểm cuối của hệ thống vòng sterol hoặc nó phức tạp hơn rất
nhiều. Trong các glycerophospholipid và một vài sphingolipid, một đầu phân cực
đợc gắn vào mạch thân dầu nhờ giây nối phosphodiester; đó là các
phospholipid. Các sphingolipid khác thiếu phosphat nhng có đờng đơn hay một
olygosaccarid phức tạp ở đầu phân cực của chúng; đó là các glycolipid (H.1.2).

H. 1-2. Vài loại lipid giữ trử và lipid tham gia cấu tạo màng thờng gặp.
Tất cả các loại lipid chỉ ra ở đây có cả glycerol và sphingosine (bôi màu tím) là
bộ xơng, một hay nhiều nhóm alkyl mạch thẳng dài gắn vào đó (màu vàng) và
đầu phân cực (màu xanh). Trong triacylglycerol, glycerophospholipid,
galactolipid, và sulpholipid, nhóm alkyl là axid béo dới dạng liên kết ester.
Sphingolipid chứa một acid béo đơn dới dạng một liên kết amide vào khung

sphingosine. Các lipid màng của archaebacteria thì có thể thay đổi; nó đợc chỉ
ra ở đây có 2 mạch alkyl nhánh rất dài, mỗi một đầu cuối thì liên kết với một
phân tử glycerol dới dạng liên kết ether (ether linkage). Trong phospholipid,
nhóm phân cực thì gắn qua liên kết phosphodiester, ngợc lại glycolipid có liên
kết glycoside giữa đờng và glycerol khung.

1.1Glycerophospholipid là các dẫn xuất của phosphatidic acid.
Glycerophospholipid, còn gọi là phosphoglycerid là lipid cấu tạo màng,
trong đó 2 acid béo đợc gắn vào carbon đầu và thứ hai của glycerol dới dạng liên
kết ester. Nhóm phân cực hay nhóm tích điện thì đợc gắn qua giây nối
phosphodiester vào carbon thứ 3. Glycerol là phân tử không có carbon bất đối,
nhng khi gắn phosphate vào cuối phân tử thì nó trở nên một chất không đối
xứng, chúng có thể đợc gọi tên chính xác là L-glycerol 3-phosphate, D-glycerol
3


1-phosphate. Glycerophospholipid đợc gọi là dẫn chất của phosphatidic acid
(H.1-3), tuỳ thuộc vào alcohol phân cực trong nhóm đầu.
Phosphatidylcholine và phosphatidylethanolamine có choline và
ethanolamine trong dầu phân cực của chúng. Trong tất cả các hợp chất này,
nhóm đầu đợc gắn vào glycerol qua giây nối phosphodiester, trong đó nhóm
phosphate sinh ra điện tích âm ở pH trung tính. Alcohol có thể tích điện âm (nh
phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate), trung tính (phosphatidylserine), hoặc
mang ®iƯn tÝch d¬ng (phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine).
Acid bÐo trong glycerophospholipid cã thĨ thay ®ỉi, song ®èi víi mét
phospholipid ®· cho (vÝ dơ phosphatidylcholine) có thể chứa một số acid béo đặc
biệt. Nói chung glycerophospholipid chøa acid bÐo b·o hoµ C16 vµ C18 ở C-1 và
acid béo không bÃo hoà C18 đến C20 ë C-2.

4

H.1-3.Glycerophospholipid. Các glycerophospholipid thờng gặp là
diacylglycerol liên kết với đầu alcohol qua mét phosphodiester. Phosphatidic
acid, mét phosphomonoester lµ chÊt gèc. Mỗi một dẫn chất thì gọi theo alcohol
nhóm đầu (X), với tiếp đầu ngữ phosphatidyl. Trong cardiolipin 2
phosphatidic acid chia nhau một glycerol đơn.
1.2 Vài phospholipid có acid béo liên kết ether.
Vài tổ chức động vật và cơ thể bậc thấp giàu ether lipid, trong đó một
trong hai mạch acyl đợc gắn vào glycerol dới dạng ether. Mạch đợc liên kÕt
ether cã thĨ b·o hoµ nh trong alkyl ether lipid, hoặc có thể chứa một nối đôi giữa
C-1 và C-2 nh trong plasmalogen (H.1-4). Tỉ chøc tim ®éng vËt cã xơng sống
giàu các ether lipid một cách đặc biệt; khoảng mét nưa phospholipid cđa tim lµ
plasmalogen.

H.1-4. Ether lipid. Plasmalogen cã một nhánh alkenyl liên kết ether, ở
đây đa số glycerophospholipid có một acid béo liên kết ester. Các yếu tố hoạt
hoá tiểu huyết cầu (platelet activating factor) có mạch alkyl dài liên kết ether ở
C-1của glycerol, nhng ở C-2 thì liên kết ester với acetic acid, chúng làm cho
hợp chất này hoà tan trong nớc nhiều hơn so với glycerophospholipid và
plasmalogen.
Màng của vi khuẩn đơn bào, sinh vật nguyên sinh cã l«ng chøa tû lƯ cao
ether lipid. ý nghÜa chøc năng của ether lipid màng thì cha đợc biết.
Tối thiểu một ether lipid, yếu tố hoạt hoá tiểu huyết cầu (plateletactivating factor) là một chất tín hiệu phân tử có hiệu quả. Nó đợc giải phóng
khỏi bạch cầu (leukocytes) đợc gäi lµ basophil vµ kÝch thÝch sù tËp kÕt tiĨu cầu,
giải phóng serotonin khỏi tiểu cầu.
1.3 Chloroplast chứa các galactolipid và sulfolipid.
Nhóm thứ 2 của lipid màng là các lipid phổ biến trong thực vật:
galactolipid, trong đó một hoặc hai gốc galactose đợc liên kết bằng liên kết
glycoside vào C-3 cđa 1,2 diacylglycerol (H.1-5). Galactolipid cã trong mµng

thilakoid (mµng trong) của chloroplast, chúng chiếm đến 70-80% tổng số lipid
màng của các cây có mạch, nó có khả năng là lipid mµng phỉ biÕn nhÊt trong
sinh qun.
Mµng tÕ bµo thùc vËt cũng chứa sulfolipid, trong đó gốc glucose đà đợc
gắn sulfonate gắn vào diacylglycerol dới dạng giây nối glycoside. Trong
sulfolipid, nhóm sulfonate ở đầu tạo ra điện tích âm không đổi gièng nh ®iƯn
tÝch nhãm phosphate trong phospholipid (H.1-5).

5


H.1-5. Ba glycolipid của
màng chloroplast.
Trong
monogalactosyldiacylglycerol
(MGDGvà
digalactosyldiacyl-glycerol
(DGDG), hầu hết nhóm acyl là
dẫn xuất từ oleic acid, và nhóm
đầu không tích điện. Trong
sulfolipid 6-sulfo-6-deoxy--Dglucopyranosyldiacylglycerol.
Sulfonate này mang điện tích âm
không thay đổi.

1.4 Archaebacteria chứa lipid màng duy nhất (unique membrane
lipids).
Archaebacteria sống trong điều kiện sinh thái cực kỳ khắc nghiệt-nhiệt độ
cao (nớc sôi), pH thÊp, sù ion ho¸ cao, vÝ dơ cã c¸c lipid màng chứa các mạch
hydrocarbon dài 32 carbon liên kết ở mỗi đầu với glycerol (H.1-6). Các liên kết
này qua cầu ether, chúng bền vững hơn rất nhiều khi thuỷ phân ở pH thấp và

nhiệt độ cao so với giây nối ester tìm thấy trong eubacateria và eukaryote. Dới
dạng kéo dài hoàn toàn của chúng các archaebacteria lipid thì 2 lần dài hơn so
với các phospholipid và sphingolipid và làm rộng chiều rộng bề mặt của màng. ở
mỗi đầu của phân tử kéo dài là đầu cực chứa glycerol liên kết cả phosphate và
gốc đờng. Tên chung của các hợp chất này là glycerol dialkyl glycerol
tetraether (GDGT), phản ánh cấu tạo thèng nhÊt cña nã.

6


H.1-6. Các lipid màng đặc biệt của archaebacteria. Trong lipid diphytanyl
tetraether này, mạch diphytanyl (vàng) là cac hydrocarbon dài do sù kÕt hỵp
cđa 8 nhãm isopren 5 carbon ngng tơ đuôi -đuôi. Dới dạng kéo dài này, các
nhóm diphytanyl khoảng 2 lần dài hơn độ dài của các acid béo 16 carbon đà đợc tìm thấy trong màng của eubacteria và eukaryote. Mạch glycerol trong
archaebacterial lipid thì có cấu hình R, ngợc lại trong eubacteria và eukaryote
có cấu hình S. Archaebacterial lipid khác các nhóm thế vào glycerol. Trong
phân tử chỉ ra ở đây, một glycerol thì liên kết với disaccaride -glucopyranosyl(1-2)--galactofuranose; glycerol khác thì liên kết với nhóm đầu glycerol
phosphate.
1.5 Các Sphingolipid là dẫn xuất của sphingosine.
Các Sphingolipid, nhóm lớn thứ t của lipid màng, cũng có nhóm đầu
phân cực và 2 đuôi không phân cực, nhng không giống với glycerophospholipid
và galactolipid, chúng không chứa glycerol. Sphingolipid là sự kết hợp của một
phân tử amino alcohol mạch dài sphingosine (còn gọi là 4-sphingenine) hoặc các
dẫn chất của nó, một phân tử acid béo mạch dài liên kết vào nó nhờ liên kết
amide và một nhóm đầu cực của nó liên kết với gốc đờng bằng liên kết
glycoside, trong một vài trờng hợp khác nhóm phân cực này liên kết bằng liên
kết phosphodiester.
Carbon C-1, C-2 và C-3 của phân tử sphingosine cã cÊu tróc t¬ng tù nh 3
carbon cđa glycerol trong glycerophosphate. Một acid béo đợc gắn vào liên kết
amide vào NH2 ở C-2, hợp chất tạo thành là ceramide, chúng có cấu trúc tơng

tự với diacylglycerol. Ceramide là chất gèc cđa tÊt c¶ sphingolipid.

7


Hình 1-6. Sphingolipid.
Ba carbon đầu tiên, ở đầu phân cực của sphingosine thì tơng tự nh 3 carbon của
glycerol trong glycerophospholipid. Nhóm amino ở C-2 tạo liên kêt amide với
acid bÐo. Acid bÐo thêng b·o hoµ hay cã mét nèi đôi, có 16, 18, 22, 24 nguyên
tử carbon. Ceramide là chất gốc của sphingolipid. Các sphingolipid khác ở
nhóm đầu phân cực (X) gắn vào C-1. Ganglioside có đầu oligosaccaride rất
phức tạp. Các chữ viết tắt trong bài: Glc (D-glucose), Gal (D-galactose),
GalNAc (N-acetyl-D-galactosamine), Neu5Ac (N-acetylneuraminic-sialic acid).
Cã 3 nhãm phơ cđa sphingolipid, tất cả đều là dẫn xuất ceramide, nhng
khác nhau ở nhóm đầu của chúng: sphingomyeline, glycolipid trung hoà (neutral
uncharged) glycolipid) và ganglyoside. Các Sphingomyeline chứa
phosphocholine hoặc phosphoethanolamine nh là nhóm đầu phân cực của chúng
và vì vậy chúng đợc phân loại theo glycerophospholipid nh là phospholipid (H.12). Thực vậy, sphingomyeline tơng tự nh phosphatidylcholine về tính chất chung
của chúng và cấu trức 3 chiều và không có điện tích ở nhóm đầu (H.1-7).
Sphingomyeline có mặt trong màng nguyên sinh của tế bào động vật và đặc biệt
nhiều trong màng bao quanh sợi trục thần kinh.

8


H. 1-7. Sự tơng tự về hình dạng và cấu
trúc phân tử của phosphatidylcholine và
sphingomyeline (một sphingolipid)

Glycosphingolipid, chúng có nhiều trong mặt ngoài màng tế bào, có nhóm đầu

một hay nhiều phân tử đờng liên kết trực tiếp vào nhóm -OH ở C-1 của mạch
ceramide, chúng không chứa phosphate. Cerebroside có một đờng đơn liên kết
vào ceramide. Các đờng galactose liên kết đà đợc tìm thấy đặc trng trong màng
của tế bào thần kinh. Các đờng glucose liên kết thì đợc tìm thấy trong tế bào
không phải thần kinh. Globoside là các glycosphingolipid trung hoà, không tích
điện, có 2 hay 3 phân tử đờng, thờng là D-glucose, D-galactose, hoặc N-acetylD-galactosamine. Cerebroside và globoside đôi khi gọi là neutral glycolipid vì
nó không tích điện ở pH 7.
Các ganglyoside, là sphingolipid phức tạp nhất có oligosaccharide nh là
cac nhóm phân cực và mét hay nhiÒu gèc N-acetylneuraminic acid (Neu5Ac),
sialic acid (thêng gäi đơn giản là sialic acid). Sialic acid cho ganglyoside tích
điện âm ở pH 7, đây là điểm phân biệt nó víi globoside. Ganglioside víi 1 gèc
sialic acid ë trong lo¹t GM (M lµ mono), vµ cịng nh vËy (GT, 3gèc salic acid.
GQ, 4 gốc).

1.6 Sphingolipid ở bề mặt tế bào là vị trí tiếp nhận sinh học.
9


H. 1-8. Glycosphingolipid nh là chất quyết định nhóm máu.
Nhóm máu ngời (A, O, B) đợc quyết định một phần nhờ nhóm đầu
oligosaccharide (xanh) của glycosphingolipid. Ba olygosaccharide tơng tự nh
nhau đà đợc tìm thấy gắn vào protein máu xác định của cá thể loại máu O, A, B.
Sphingolipid đợc phát hiện từ một thế kỷ trớc nhờ Johann Thudichum.
Cơ thể ngời có ít nhất 60 sphingolipid khác nhau đà đợc xác định trong màng tế
bào. Nhiều trong số đó đặc trng cho màng nguyên sinh của tế bào thần kinh và
một vài là vị trí tiếp nhận trên bề mặt tế bào. Mạch carbohydrate các
sphingolipid nhất định quyết định nhóm máu của ngời và vì vậy nó quyết định
loại m¸u c¸ thĨ cã thĨ tiÕp nhËn trong chun m¸u.
Ganglyoside tập trung ở măt ngoài của tế bào, ở đây chúng nh là những
điểm tiếp nhận các phân tử ở ngoài tế bào hoặc trên bề mặt của tế bào bạn. Loại

và số lợng ganglyoside trong màng nguyên sinh thay đổi đột ngột trong quá
trình phát triển ban đầu.
1.7 Sterol chứa 4 vòng carbon.
Sterol có mặt trong màng của hầu hết tế bào eukaryote. Cấu trúc đặc trng
của nhóm lipid màng này có nhân steroid, bao gồm 4 vòng ngng tụ, 3 vòng 6
carbon và một vòng 5 carbon (H.1-9).

10


H.1-9: Cấu trúc của cholesterol đợc trình bày trong(A), Sơ đồ trong (B)
và mô hình không gian trong (C).

H.1-10 : Cholesterol trong lớp lipid kép.
Một phân tử cholesterol tơng tác với 2 phân tử lipit trong một lớp của màng
lipíd kÐp.
Cã đến một ph©n tử cholesterol cho một ph©n tử phospholipid. Ph©n tử
photpholipid tăng cường ngăn trở sự thấm qua của lớp lipid kÐp. Chóng tự
hướng c¸c nhãm -OH vào lớp lipid kÐp, khãa đầu ph©n cực của ph©n tử
phospholipid. Vïng steroid giống như c¸i đĩa rắn tương t¸c với vùng
hyrocarbon nhánh, ây l ô nh rt gn các nhóm phân cc (H1-10).
2-Cấu tao lớp lipid kép đôi đơn thuần (lipidbilayer) và những tính
chất của nó.
Lớp lipid kép đôi đợc coi là cơ sở chung cho cấu trúc màng tế bào, nó dễ
dàng quan sát đợc nhờ kính hiển vi điện tử. Tuy nhiên các kỷ thuật chuyên biệt
nh nhiễu xạ tia X và kính hiển vi điện tử đóng băng ( freeze-fracture electron
microscopy) rất cần thiết để bộc lộ c¸c chi tiÕt cđa tỉ chøc. CÊu tróc líp lipid kép
đôi phụ thuộc vào tính chất đặc biệt của phân tử lipid, chúng tạo ra sự lắp ghép tự
nhiên vào trong lớp kép, thậm chí trong điều kiện nhân tạo.

11


H. 1-11: Các phần của một phân tử phospholipid.
Phosphatidylcholin trình bày trong mô hình A, cấu tạo phân tử trong mô hình B, mô
hình không gian trong C, và biểu tợng trong D.

2.1 Các phân tử lipíd màng là các phân tử lỡng cực (amphipathic), đa
số chúng hình thành lớp lipíd kép một cách tự nhiên.
Các phân tử lipid không hoà tan trong nớc nhng hoà tan trong các dung môi
hữu cơ. Chúng chiếm khoảng 50% khối lợng ở màng tế bào động vật. Gần nh tất
cả phần còn lại là protein. Có 5x106phân tử lipid trong diện tích 1micromet x
1micromet lớp lipid kép hoặc vào khoảng 109 phân tử lipid trong màng một tế
bào động vật. Tất cả các phân tử lipid trong màng nguyên sinh đều lỡng cực,
điều đó có nghĩa chúng là những phân tử có một đầu a nớc và một đầu a dầu (có
cực). Phân tư lipid phỉ biÕn nhÊt lµ phospholipid. Chóng cã mét đầu phân cực và
hai đuôi hydrocarbon không phân cực: đuôi thờng là axit béo, chúng thờng khác
nhau về độ dài (thờng có 14-24 carbon). Một đuôi thờng có một hay nhiều nối
đôi dạng cis, đuôi này không bÃo hoà trong khi đó đuôi kia thì bÃo hoà. H.1-11
chỉ một nối đôi ở dạng cis. Những khác nhau về độ dài và sự bÃo hoà của đuôi
axit béo rất quan trọng vi rằng chúng ảnh hởng đến khả năng các phân tử
phospholipid sắp xếp ngợc nhau trong màng và vì thế nó ảnh hởng đến độ lỏng
của màng.
Hình dạng, kích thớc và bản chất lỡng tính của phân tử lipid đà làm cho
chúng tạo ra lớp lipid kép đôi một cách tự nhiên trong môi trờng nớc. Khi các
phân tử lipít đợc trải ra mọi phía xung quanh nhờ nớc, chúng sẽ trải ra sao cho để
các đuôi thân dầu đợc dấu vào bên trong và đầu thân nớc đợc bộc lộ ra vào trong
lớp nớc. Tuỳ theo hình dạng của các phân tử lipid, chúng có thể làm điều này
theo hai cách: chúng có thể hình thành các micelle hình cầu với các đuôi ở bên
trong hay chúng có thể tạo thành tấm hai phân tử hay hai lớp với các đuôi sơ nớc

đặt vào giữa các đầu thân nớc (H. 1-12).

12


H. 1-12. Các lipid phân cực tụ tập trong nớc, hình thành: (a) micelle, các
chuỗi thân dầu của acid béo đợc tách ra trong phần lõi quả cầu, không có nớc
trong phần thân dầu. (b) Một lớp lipid kép mở. Tất cả các chuỗi acyl, ngoại trừ
các chuỗi ở gờ của tấm màng đều chống lại tơng tác với nớc. (c) khi một lớp
lipid kép 2 chiều tự đóng lại, nó tạo ra một vesicle (liposome) có lỗ rỗng nớc.
Micelle có cấu trúc hình cầu, chúng chứa vài tá đến vài ngàn phân tử
phân cực. Các phân tử này sắp xếp theo các vùng thân dầu tụ tập vào giữa, ở đây
nớc đợc loại khỏi, đầu thân nớc của chúng ở trên bề mặt, tiếp xúc với nớc. Sự
hình thành micelle thích hợp khi diện tích qua phần đầu thì lớn hơn diện tích của
các nhóm của mạch nhánh acyl, nh lµ acid bÐo tù do, lysophospholipid
(Phospholipid thiÕu mét acid béo tự do) và detergent nh là sodium dodecyl
sulfate (SDS).
Loại thứ 2 của sự tụ tâp trong nớc là màmg lipid kép (bilayer), trong đó 2
lớp lipid đơn (monolayer leaflets) tạo ra một tấm đôi 2 chiều (two
dimensional sheet). Sự tạo thành lớp kép đôi xẩy ra hầu nh hoàn toàn khi diện
tích phần nhóm đầu và nhánh acyl giống nhau nh trong trờng hợp sphingolipid
và glycerophospholipid. Phần thân dầu trong mỗi lớp đơn đà đợc ngăn khỏi nớc,
tơng tác lẫn nhau. Nhóm đầu thân nớc tơng tác với nớc trên từng bề mặt của lớp
kép đôi. Vì phần thân dầu ở các cạnh của nó (H.1-12b) thì tiếp xúc với nớc một
cách tức thời, lớp lipid kép thì tơng đối không ổn định và tự nhiên sẽ chuyển
thành d¹ng thø 3 cđa sù tơ tËp: nã tù cn lại để thành dạng hình cầu rổng
(vesicle) hoặc lisosome (H.1-12c). Bằng cách tạo hính cầu, lớp lipid kép mất
phần gờ thân dầu, đạt đợc sự ổn định tối đa trong môi trờng nớc. Túi màng lipid
kép này ngăn cách nớc, tạo ra khoang nớc riêng. Hình nh tiền thân của các tế
bào sống đầu tiên giống nh lysosome, phần nớc của chúng đợc tách khỏi phần

còn lại của thế giới nhờ chiếc vỏ thân dầu.
Màng sinh học đợc cấu tạo tõ líp lipid kÐp dµy 3-5 nm, víi protein låi ra
trên mỗi phía. Phần hydrocarbon của màng đợc làm nên từ gốc (đuôi) của acid
béo, nó không phân cực, lysosome đợc tạo ra trong phòng thí nghiệm từ các lipid
tinh khiết về cơ bản không thấm các chất tan phân cực đợc coi nh màng sinh học
(tuy nhiên sau này ta sÏ thÊy sù thÊm qua mµng sinh häc do protein đặc biệt đảm
nhiệm).

13


H. 1-13. Sự phân bố bất đối
xứng giữa lớp trong và lớp
ngoài của màng nguyên sinh
hồng cầu.

Sự phân bố của các
phospholipid đặc biệt đợc xác
định bằng cách xử lý tế bào
nguyên vẹn với phospholipase
C, chúng không thể tác động
đến lipid trong lớp trong, nhng
có thể loại lớp đầu lipid trong
màng ngoài. Tỷ lệ cân xứng
của mỗi nhóm đầu đợc giải
phóng cung cấp sự ớc đoán
phần lipid trong lớp ngoài.

Lipid màng sinh học phân bố bất đối già 2 lớp màng (monolayer) của
màng kép, tuy nhiên sự bất đối không giống nh protein màng, nó không tuyệt

đối. Trong màng nguyên sinh hồng cầu, các lipid chứa choline
(phosphatidylcholine và sphingomyeline) tìm thấy đặc biệt trong lớp ngoài (H.113), ngợc lại phosphatidylserine, phosphatidylethanolamine, và phosphatidylinositol thì nhiều ở lớp phía trong. Những sự thay đổi trong sự phân bố lipid giữa
các lớp màng cã hËu qu¶ sinh häc. VÝ dơ khi phosphatidylserine trong màng
nguyên sinh đi vào lớp ngoài thì tiểu cầu có khả năng đóng vai trò trong sự hình
thành cục máu đông. Đối với nhiều loại tế bào khác, phosphatidylserine đi ra lớp
ngoài là dấu hiệu sự phá huỷ tế theo chu kỳ chết đà định sẵn.
Lớp lipít kép có một tính chất đặc trng khác ngoài tính chất tự đóng kín
của nó, điều này tạo nên cấu trúc lý tởng của màng tế bào. Một trong những tính
chất quan trọng của nó là tính chất lỏng, đây là tính chất quan trọng của nhiều
chức năng màng tế bào.
2.2 Động học của màng (membrane Dynamics): chuyển động các
phân tử trong màng và các cấu trúc tạm thời xẩy ra do các chuyển động đó.
Tính năng đáng lu ý của màng sinh học là tính mềm dẻo, tức là khả năng
thay đổi hình dạng không mất đi tính nguyên vẹn của chúng và trở nên có lỗ hở.
Cơ sở của tính chất này là sự tơng tác không đồng hóa trị giữa các lipid trong
màng kép và những chuyển động đà cho phép của các lipid riêng lẻ vì rằng nó
không bị liên kết đồng hóa trị vào phân tử khác. Bây giờ chúng ta quay lại động
học của màng: các chuyển động xẩy ra và các cấu trúc tạm thời (transient) xẩy ra
do các chuyển động đó.
2.2.1Các nhóm acyl trong màng lipid kép đợc sắp xếp ở mức độ thay
đổi, không ổn định.
14


H.1-14. Hai trạng thái của lớp lipid kép. (a) trong trạng thái kết tinh hay
gel phase, các nhóm đầu phân cực tụ tập một dạng ở đầu bề mặt, các mạch acyl
không chuyển động, sắp xếp theo quy tắc hình học. (b) ở trạng thái rối loạn lỏng
hay trạng thái lỏng, các mạch acyl trải qua sự chuyển động nhiệt mạnh và sự
sắp xếp không có quy tắc giữa các trạng thái đó. Tại nhiệt độ trung gian giữa
các trạng thái đó là trạng thái lỏng, trong đó các phân tư lipid láng cã thĨ

khuch t¸n ra xung quanh nhng nhóm acyl tồn tại rộng ra có quy tắc hay kém
quy tắc hơn.
Măc dù cấu trúc màng lipid rất ổn định, các phân tử phospholipid và
cholesterol có một vài chuyển động tự do (H.1-14). Cấu trúc và sự mềm dẻo của
lớp lipid kép phụ thuộc vào nhiệt độ và loại lipid có mặt. Tại nhiệt độ thấp tơng
đối, các lipid trong lớp lipid kép có dạng rắn nửa gel (semisolid gel phase),
trong đó tất cả các loại chuyển động của các phân tử lipid riêng lẻ bị kìm hÃm
mạnh; lớp lipid kép kết tinh (paracrystalline) (H.1-14a).
Tại nhiệt độ cao tơng đối, các mạch hydrocarbon của acid béo uôn luôn
chuyển động đà sinh ra do sự quay quanh các liên kết carbon của các mạch acyl
dài. Trong trờng hợp rối loạn trạng thái lỏng này (liquid-disordered state) hay
trạng thái lỏng (H.11-15b), bên trong lớp lipid lỏng hơn so với rắn và líp lipid
kÐp gièng nh lµ mét biĨn cđa lipid chun ®éng. T¹i nhiƯt ®é trung gian, lipid
tån t¹i ë tr¹ng thái lỏng, có sự chuyển động nhiệt của chuỗi acyl trong lớp lipid
kép, nhng chuyển động ngang trong măt phẳng lớp lipid kép vẫn xẩy ra, Những
trạng thái khác nhau đó dễ dàng quan sát thấy trong lyposome gồm các lipid
đơn, nhng các màng sinh học chứa nhiều lipid với sự đa dạng mạch acid béo và
nh vậy không chỉ ra những thay đổi phase rõ ràng với nhiệt độ.
Trong khoảng nhiệt độ sinh lý (20-40oC), các acid béo mạch dài bÃo hòa
(nh là 16:O, 18:O) ghép vào trong đám lỏng, nhng các acid béo không bÃo hòa
gây trở ngại với cách sắp xếp này, thiên về trạng thái rối loạn lỏng. Các nhóm
acyl mạch acid béo ngắn hơn có tác động tơng tự. Hàm lợng cholesterol của
15


màng (chúng thay đổi lớn trong các cơ thể và các bào quan-bảng 1-1) là thành
phần quyết định quan trọng đến trạng thái lipid.
Bảng 1-1 Thành phần chủ yếu của màng nguyên sinh trong các cơ thể
khác nhau.

Cấu trúc phẳng cứng nhắc của nhân steroid xâm nhập vào giữa các mạch
acid béo, làm giảm tính tự do của các mạch acid béo bên cạnh bên cạnh trong
việc quay xung quanh giây nối C-C của chúng, buộc các mạch acyl phải thành
cấu hình kéo dài hoàn toàn. Sự có mặt của sterol vì vậy làm giảm sự lỏng của lõi
lớp lipid kép, nh vậy thiên về pha lỏng bình thờng và nh vậy làm tăng độ dày của
mỗi lớp lipid. Tế bào điều hòa thành phần lipid của nó để giữ một độ lỏng hằng
định dới các điều kiện sinh trởng khác nhau. Ví dụ vi khuẩn tổng hợp nhiều acid
béo không bÃo hòa hơn và it acid béo bÃo hòa hơn khi nuôi cấy ở nhiêt độ thấp
hơn so với nuôi cấy ở nhiệt độ cao hơn (bảng 1-2). Nhờ sự điều chỉnh thành phần
này, màng lipid vi khuẩn ở nhiệt độ thấp và cao có độ lỏng nh nhau.
Bảng 1-2. Thành phần lipid của E. coli nuôi cấy trong điều kiện nhiệt
độ khác nhau.
(Thành phàn chính xác cảu acid béo không chỉ phụ thuộc nhiệt độ sinh trởng mà còn phụ thuộc vào giai đoạn của sự sinh trởng và thành phần môi trờng
sinh trởng.)

2.2.2 Lp lipid kép l ch ất lỏng hai chiều và chuy ển động trong mng
theo quy lut nhất định, đòi hỏi có sự xúc tác.
Lớp lipid kép cấu tạo chỉ có 2 lớp lipid, rất mỏng, các phân tử lipid chỉ sắp
xếp theo một cách nhất định (đầu thân nớc ra ngoài và đầu thân dầu quay vào
trong), chúng không thể sắp xếp theo cách khác trong môi trờng nớc của tế bào,
ngời ta gäi líp lipid kÐp lµ chÊt láng hai chiỊu.
Năm 1970 ngi ta ghi nhn rng các phân t lipid riêng biệt cã thể
khuyếch t¸n tự do giữa lớp lipid kÐp. Chứng minh ban đầu được dẫn đến từ
việc nghiªn cứu lp lipid tng hp. Các loại chuyển động đó là chun ®éng
16


flip-flop, chuyển động quay, chuyển động ngang và chuyển động giao động, có
thể tóm tăt trong H. 1-17, và H.1-18.

H. 1-17: Sự chuyển động của phospholipid.
Các khả năng chuyển động có thể có của phân tử phospholipit trong màng
lipit kép.

H. 1-18. Sự chuyển động của các phân tử phospholipid đơn trong líp
lipid kÐp. (a) Sù chun ®éng tõ mét líp lipid đến lớp khác xẩy ra rất chậm, trừ
khi (b) đợc xúc tác bởi một flippase ngợc lại sự khuyếch tán ngang trong một lớp
(c) thì xẩy ra rất nhanh và không đòi hỏi protein xúc tác.
17


Sự chuyển động flip-flop đòi hỏi một nhóm đầu phân cực rời môi trờng nớc và chuyển động vào giữa lớp thân dầu của lipid kép, một quá trình đòi hỏi sự
thay đổi năng lợng tự do dơng lớn. Có những trờng hợp, sự chuyển động nh vậy
rất quan trọng. Ví dụ trong quá trình tổng hợp màng nguyên sinh vi khuẩn,
phospholipid đợc sản xuất mặt ngoài màng và cần phải trải qua flip-flop để
chuyển vào lớp trong của màng lipid kép. Sự chuyển động flip-flop cũng cần xẩy
ra trong tế bào nhân chuẩn cũng nh màng của một bào quan, chun tõ líp trong
ra líp ngoµi bµo quan vµ đi vào một bào quan khác. Một họ protein, flippase
(H.1-17b) làm thuận lợi cho sự khuyếch tán flip-flop, cung cấp một con đờng
vận chuyển màng, nó cần nhiều hơn về năng lợng và nhanh hơn nhiều so với vận
động không xóc t¸c.
2.2.3 Độ lỏng của lớp lipÝt kÐp phụ thuộc vào thành phần của nã.
Độ lỏng của màng tế bào phụ thuéc vào thành phần cấu tạo nªn nã và rt
quan trng trong sinh hc. Các quá trình vn chuyn qua màng nhất định và
hoạt động của enzyme cã thể kết thóc khi độ nhớt của lớp lipid kÐp tăng qu¸
mức ngưỡng. Độ nhớt của lớp lipid kÐp phụ thuộc vào thành phần của nã và
nhiệt độ như đã được chứng minh trong lớp lipid kÐp tổng hợp. Lớp lipid kép
tng hp c lm t các phân t phospholipid n giản thay đổi từ trạng th¸i
lỏng đến trạng th¸i rắn (hoặc gel) im ông (óng bng) c trng. S thay
đổi này gọi là sự chuyển pha. Nếu mạch hydrocarbon ngn v có nhiu ni ôi

thì nhit chuyn pha thấp hơn (khã đ«ng hơn). Khi độ dài của mạch
hydrocarbon ngn thì s gim thiu xu hng các uôi hydrocarbon tiếp xóc
với nhau và cầu đ«i cis cũng tạo cho các mch ny khó sp xp vi nhau hn,
vì th ở nhiệt độ thấp, màng vẫn ở trạng th¸i lỏng (H.1-19)

H. 1- 19 : ảnh hởng của nối đôi cis trong mạch hydrocarbon.
Dây nối đôi đà làm cho sự sắp xếp các mạch cạnh nhau khó khăn hơn và
vì thế nó làm cho lớp lipit kép it đợc tự do.
Các vi khuẩn, nấm men và c¸c cơ thể kh¸c, nhiệt độ cơ thể của nã thay
đổi theo nhiệt độ của m«i trường. Thành phần của màng tế bào phải tỷ lệ sao
cho để duy tr× độ lỏng của nã khi nhit môi trng xung thp, ví d nh
các axit béo phi có nhiu ni đôi ó c các vi khuẩn tổng hợp nhiều hơn
trong màng tế bào để tr¸nh sự giảm độ lỏng của màng khi nhiệt độ m«i trường
giảm xuống thấp. Lớp lipid kÐp màng tế bào chứa phospholipid, ngồi ra cßn
chứa cholesterol và glucolipid. Màng tế bào nh©n chuẩn chứa một lượng lớn
cholesterol.
18


Bằng c¸ch giảm chuyển động của một Ýt nhãm - CH2- u tiên ca mạch
hyrocarbon ca phân t phospholipid, phân tử cholesterol làm cho màng lipid
kÐp kÐm biến dạng trong vùng ny v vì vy gim thiu s thm các phân t
nh hòa tan trong nc qua ó. Phân t cholesterol cã xu híng lµm lớp lipid
kÐm lỏng. Trong màng t bo nhân chun, ngơi ta tìm thy nng
cholesterol cao, nã ngăn cản c¸c mạch hydrocarbon đến gần nhau, bằng c¸ch
này nã hạn chế khả năng chuyển pha.
Thành phần lipid của một vài loại màng sinh học được so s¸nh trong bảng
1-3
Bảng 1-3:Thành phần lipid của c¸c màng tế bào kh¸c nhau.
(Phần% lipid tồn phần theo trọng lượng )

Lipít
Màng
Màng
Myelin Mng ty Li
E.Choli
gan
hồng cầu
th
ni cht
Cholesterol
17
23
22
3
6
0
Photphatidyl
7
18
15
35
17
70
Etanolamin
Photphatidyl
4
7
9
2
5

vt
serin
Photphatidyl
24
17
10
39
40
0
Cholin
Sfingomyelin
19
18
8
0
5
0
Glycolipid
7
3
28
0
vt
vt
Khác
22
13
8
21
27

39
Ghi nhn rng mng nguyên sinh vi khuẩn thường bao gồm một loại
phospholipid kh«ng cã cholesterol. Sự ổn định cơ học màng này được tăng lªn
nhờ thnh t bo. Mng nguyên sinh ca các t bo nhân chun bng cách so
sánh ó cho thy cú s thay đổi nhiều hơn về thành phần, chóng kh«ng chỉ
chứa một lượng lớn hơn cholesterol mà cßn chứa một hỗn hợp c¸c phospholipid
kh¸c nhau. Bốn lipid chiếm vị trÝ chủ đạo trong màng nguyªn sinh c ủa nhiều tế
bào
là
phosphatidylcholin,
sfingomyelin,
phosphatidylserin,
phosphatidyletanolamin

19


H. 1-20:Bốn phospholipid chủ yếu trong màng nguyên sinh của động vật
có vú.
Các nhóm đầu khác nhau thì đợc trình bày bằng các biểu tợng khác nhau
trong hình, tất cả các axit béo đều là dẫn xuất glyxerol, trừ sphingomyelin,
chúng là dẫn xuất của serin.
Cu trúc ca các phân t này chỉ ra trªn H.1-20. Ghi nhận rằng
phosphatidylserin mang điện tÝch ©m. Tầm quan trọng của chóng sẽ được chỉ ra
sau ny. Ba phân t còn li trong iu kin pH sinh lý thì trung tính, nó mang
một iên tích ©m và một điện tich dương. Bốn phospholipid này tạo ra hơn một
nửa khối lượng trong hầu hết c¸c màng nguyên sinh (Bng 1-3).Các
phospholipid khác nh l inositolphotpholipid chi m mt s lng nh th
nhng v mặt chc nng thì nã rất quan trọng. Inositolphospholipid cã vai trß
quan trọng trong việc truyền tÝn hiệu và sẽ được thảo luận sau ny. Ngi ta có

th ngc nhiên ti sao mng các t bo nhân s nhiu phospholipid có nhóm
u khác nhau về kÝch thước, h×nh dạng và điện tÝch như vậy. Người ta cã thể
bắt đầu hiểu được tại sao nếu người ta nghĩ c¸c lipid màng là một cấu tróc nh
l mt dung môi hai chiu ca các protein mng giống như nước là dung m«i
ba chiều của protein trong dung dịch nước, như chóng ta sẽ thấy vài protein
màng cã thể thực hiện chức năng chỉ trong lipid dầu đặc biệt như thể nhiều
enzyme trong dung dịch nước đßi hỏi những ion đặc biÖt.
2.2.4 Lớp lipid kÐp bất đối xứng:
Thành phần lớp lipid kÐp của cả hai phÝa đã c phân tích thì khác nhau
áng k. Trong mng tế bo hng cu, hu ht các phân t lipid cha cholin
trong phần đầu của nã, (đã là phosphatiđylcholin và sfingomyelin) th× ở nửa
ngồi của lớp lipid kÐp, trong khi đã hu ht các phân t lipid cha nhóm amino
bc mt ở đầu cuối (photphatidyletanolamin,phosphatidylserin) th× ở nửa trong
20


(H.1-13). Do phosphatidylserine mang điện tÝch ©m nằm ở lớp n mặt trong
cho nên có s khác nhau áng k điện tÝch ở cả hai phÝa của màng lipid kÐp
của hầu hÕt màng tế bào nh©n sơ và màng tế bào được tæng hợp trong lưới nội
chất. Vấn đề ở ây l s bt i ca các phospholipid c to ra bởi sự
chuyển chỗ phospholipid trong ER (lưới nội chất), chóng chuyển phospholipid
từ lớp này qua lớp kh¸c (thảo luận trong chương sau). Sự bất đối c¸c lớp lipid
cã thể cã tầm quan trọng ®èi víi chức năng của nã, enzym proteinkinaza C là vÝ
dụ, được hoạt hãa nhê liªn hệ ti các tín hiu bên ngoi, nó liên kết với mặt
trong của màng nguyªn sinh tế bào, ë đây có nồng độ phosphatidylserin đậm
đặc, và đòi hỏi phospholipid tích điện âm để hoạt động.Tơng tự nh vậy, các
phospholipid inositol đợc tích tụ vào nửa trong của tế màng nguyên sinh của các
tế bào nhân sơ. Các minorphospholipid thì đợc cắt thành hai mảnh bởi các
enzyme đặc biệt, chúng đợc hoạt hoá bởi các tín hiệu bên ngoài, các mảnh khi
đó ở trong tế bào nh là các chất trung gian có thể khuyếch tán giúp cho việc sắp

xếp lại tín hiệu đi vào trong ranh giới nh chúng ta sẽ thảo luận sau này.
2.2.5 Glycolipid đợc tìm thấy trên bề mặt của tất cả các màng nguyên
sinh.
Các phân tử lipid tỏ ra bất đối đáng kể nhất trong việc phân bố của màng tế
bào là các phân tử lipid chứa đờng còn đợc gọi là glycolipid . Các phân tử khác
thờng đà đợc tìm thấy đặc biệt chỉ trong lớp đơn phía không chứa chất nguyên
sinh (ngoài) của lớp lipid kép. Ơ đây chúng đợc cho là tự liên kết tập hợp nhỏ
bằng cách tạo thành liên kết hydro với nhau. Trong màng nguyên sinh, nhóm đờng của chúng đợc bộc lộ ra trên bề mặt của tế bào (H. 1-21) thể hiện vai trò liên
kết của tế bào với môi trờng xung quanh.

H. 1-21: Sự phân bố bất đối của phospholipid và glycolipid trong lớp
lipíd kép của hồng cầu ngời.
Các biểu tợng cho phospholipid đợc giới thiệu trong H. 1-21. Glycolipid đợc vẽ thành hình đầu 6 cạnh (xanh), Cholesterol không vẽ, nó đợc cho là sắp
xếp cân đối cả hai bên.
Sự phân bố bất đối của glycolipid trong lớp lipid kép do sự thêm phân tử đ ờng vào phân tử lipid trong khoảng trống của bộ máy golgi, nó là phơng tiện tiếp
nhận bên ngoài của tế bào.
Glycolipid có trong tất cả màng nguyên sinh của tế bào động vật, nói chung
nó chiếm khoảng 5% các phân tử trong lớp ngoài của lớp lipid kép. Nó cũng đợc
tìm thấy trong một vài màng trong của màng nguyên sinh. Phức tạp nhất trong
các glycolipid là ganglyozide, chøa c¸c olygosacaride víi mét hay nhiỊu gèc axit
sialic, chóng làm cho ganglyozide tích điện âm (H.1-22).

21


H. 1-22: Các phân tử glycolipid.
Galactocerebroside (A) đợc gọi là glycolipid trung tính vì rằng tạo ra phần
đầu của nó không tích điện. Gangliozide (B) thờng chứa một hay nhiều hơn gốc
axit sialic tích điện âm Lâ(axit N-axetylneuraminic hoặc NANA), cÊu tróc cđa
nã trong h×nh (C). V× trong vi khn và trong thực vật hầu hết glycolipid là dẫn

xuất của glyxerol, cũng nh hầu hết phospholipid trong tế bào động vật thờng đợc
sản xuất từ sfingosine, một aminoalcol dẫn xuất cđa serine, nh trong trêng hỵp
cđa phospholipid sphingomyelin. Gal=galactoza, Glc=glucoza, GalNAc= Nacetylgalactosamine, cả 3 đờng này đều không tích điện.
Ganglyozide phổ biến nhất trong tế bào thần kinh. đây nó chiếm 5-10%
tổng số lipid toàn phần. Tuy nhiên nó cũng đợc tìm thấy một lợng nhỏ hơn trong
hầu hết các loại tế bào. Có hơn bốn mơi loại ganglyozide đà đợc xác định. Chỉ có
những gợi ý về chức năng có thể của glycolipid. Chứng cứ bắt đầu từ vị trí của
nó, ví dụ các màng nguyên sinh của tế bào biểu mô, glycolipid đợc liên kết với
bề mặt, ở đây nó có thể giúp bảo vệ màng chống lại các điều kiện khắc nghiệt
(nh pH thấp và các enzym phân huỷ). Các glycolipid tích điện nh ganglyozide có
thể rất quan trọng cho tác dung điện: sự có mặt của chúng sẽ làm biến đổi khu
vực điện qua màng và làm đậm đặc các ion, đặc biệt là ion Ca ++trên bề mặt của
chúng. Glycolipid có thể đóng vai trò cách điện, vì trong các màng trục, nó ngăn
cách điện các sợi trục tế bào thần kinh. Nửa ngoài của lớp lipid kép chứa đầy
chúng (glycolipid), chúng đợc coi là có chức năng của quá trình tiếp nhận.
Ganglyozide GM1hoạt động nh là chất tiếp nhận bề mặt tế bào cho các chất độc
vi khuẩn gây ỉa chảy Cholera. Chất độc Cholera liên kết và chỉ nhập vào tế bào
chứa GM1 trên bề mặt tế bào, bao gồm các tế bào biểu mô ruột. Nó xâm nhập
vào tế bào dẫn đến sự tăng lâu dài nồng độ AMPv, nó đến lợt lại gây ra sự chảy
thoát Na+ và nớc vào ruột.Tuy nhiên sự liên kết chất độc vi khuẩn không thể là
chức năng bình thờng của ganglyozide,các quan sát cho rằng các glycolipid có
thể phục vụ nh là chất tiêp nhận các phân tử ngoài tế bào bình thờng.ý tởng phù
hợp với các chứng cứ ngày càng nhiều rằng glycolipid có thể giúp tế bào liên kết
với các gian bào ngoài tế bào cũng nh vơi các tế bào khác.
22


Tóm tắt: màng sinh học bào gồm lớp kép liên tục các phân tử lipid kép, các phân tử
protein đà đợc khảm vào trong đó. Màng lipid kép thì lỏng, các phân tử riêng biệt có khả
năng khuyếch tán nhanh chóng giữa các lơp lipid đơn. Hầu hết các phân tử lipid rất ít

chuyển động flip-flop từ lớp này qua lớp khác. Các phân tử lipid màng nguyên sinh là
những phân tử lipid lỡng cực và một số trong đó thờng là phospholipid có thể sắp xếp một
cách tự nhiên thành lớp kép khi đặt vào môi trờng nớc. Lớp lipid kép tạo ra từng khoảnh
khép kín và nếu bị rách nó lại khép kín lại. Có ba nhóm lipid màng chủ yếu: photpholipid,
cholesterol, glycolipid .Mặt trong và mặt ngoài của màng phospholipid cũng có khác
nhau, điều này phản ánh chức năng mặt trong và mặt ngoài tế bào cũng có kkác nhau.
Hỗn hợp của các lipid đà đợc tìm thấy trong các loại tế bào khác nhau cũng nh trong các
màng khác nhau của các cơ thể đơn bào có nhân. Một vài protein màng đòi hỏi các nhóm
lipid có đầu đặc biệt để thực hiện chức năng đó là cơ sở để giải thích một phần tại sao
màng tế bào nhân chuẩn lại chứa nhiều loại phân tử lipid nh vậy.

3. Protein màng
Mặc dầu cấu trúc cơ bản của màng sinh học đà đợc chứng minh là lớp lipid
kép. Tuy nhiên hầu hết chức năng của màng đợc thc hiện bởi các phân tử protein
màng. Số lợng và loại protein trong màng rất cao. Bởi vì trong màng chứa các
yếu tố vận chuyển năng lợng (nh màng trong ty thể và lục lạp), chứa gần 75%
protein, màng nguyên sinh thông thờng chứa khoảng 50% protein theo khối lợng. Vì phân tử lipid nhỏ so với phân tử protein cho nên có nhiều phân tử lipid
hơn so với phân tử protein ở trong màng vào khoảng 50 phân tử lipid cho một
phân tử protein màng (50% theo khối lợng). Giống nh lipid màng, protein thờng
có olygosacaride gắn vào đó. Nh vậy trên bề mặt phía ngoài có một số lợng lớn
carbohydrate, nó tạo ra lớp áo màng hay còn gọi là glycocalyx.
3.1.Thành phần và cấu trúc màng tế bào.
3.1.1 Mỗi một màng tế bào có một cấu trúc lipid và protein đặc trng.
Bảng 1-4. Thành phần chủ yếu của màng nguyên sinh tế bào của môt
vài cơ thể.

Chú thích: Giá trị cọng lại không đến 100%, vì trong từng trờng hợp còn có các thành phần khác ngoài
phospholipid và sterol, vÝ nh lµ glycolipid.

Tû lƯ cđa protein vµ lipid thay đổi theo từng loại tế bào phản ánh sự đa

dạng vai trò sinh học. ví dụ một số tế bào thần kinh có bao myelin gồm chủ yếu
là lipid, trong khi đó màng nguyên sinh của vi khuẩn và các màng của ty thể và
chloropast là vị trí của nhiều quá trình xúc tác enzyme, chứa nhiều protein hơn
so với lipid (theo khối lợng).
Để nghiên cứu thành phần màng, việc đầu tiên là phải tách màng. Các tế
bào eukaryotic đà là đối tợng để tách một cách cơ học, màng nguyên sinh của
chúng đà đợc làm rách và tạo ra mảnh, giải phóng ra các thành phần nguyên sinh
và các tổ chức đợc bao bọc bởi màng nguyên sinh nh là ty thể, chloropast,
lysosome và nhân. Các mảnh màng nguyên sinh và các bào quan còn nguyên
vẹn có thể đợc phân lập bằng cách ly tâm.
Phân tích hoá học màng đà đợc phân lập từ các nguồn khác nhau phát
hiện những tính chất chung nhất định, mỗi một bộ, mỗi giống, mỗi tổ chức hay
một loại tế bào và các bào quan của một loại tế bào có những đặc trng của lipid
màng. Ví dụ màng nguyên sinh (tế bào gan chuột) giàu cholesterol và không
23


phát hiện đợc cardiolippin; màng trong ty thể của gan chuột, sự phân bố ngợc
lại, cholesterol rất thấp và cardiolipin lại cao. Cardiolipin là cơ sở cho chức năng
của các protein nhất định của màng trong ty thể. Các tế bào rõ ràng có cơ chế
kiểm soát số lợng và loại lipid màng, chúng đợc tổng hợp và tập trung các lipid
đặc trng của bào quan riêng. Trong nhiều trờng hợp chúng ta có thể phỏng đoán
u thế thích hợp của sự kết hợp các lipid màng; trờng hợp khác, ý nghĩa chức
năng của sự kết hợp đó vẫn cha biết.

H.1-23. Thành phần lipid màng nguyên sinh và màng các bào quan
của gan chuột. Sự biệt hoá chức năng của mỗi loại màng đợc phản ánh trong
thành phần lipid thống nhất của nó. Cholesterol thì nổi bật trong màng nguyên
sinh nhng phát hiện nghèo nàn trong màng ty thể. Cardiolipin là thành phần chủ
yếu của màng trong ty thể nhng nó không có trong màng nguyên sinh.

Phosphatidylserine, phosphatidylinositol, và phosphatidylglycerol (minor lipidmàu vàng) thì tơng đối it trong hầu hết các màng, nhng phục vụ những chức
năng then chốt; Phosphatidylinositol và các dẫn xuất của nó thì quan trọng
trong việc vận chuyển các tín hiệu đợc khởi động bởi các hormone.
Sphingolipid, phosphatidylcholine và phosphatidylethanolamine có mặt trong
hầu hết các màng nhng thay đổi tỷ lệ. Glycolipid là thành phần chủ yếu của
màng chloroplast thực vật nhng không tìm thấy trong tế bào động vật.
Thành phần protein màng của màng từ các nguồn khác nhau thay đổi
thậm chí lớn hơn so với thành phần lipid, phản ánh sự biệt hoá chức năng của nó.
Trong một tế bào hình que của đáy võng mạc của động vật có xơng sống, một
phần của tế bào đợc biệt hoá cao để tiếp nhận ánh sáng; hơn 90% protein màng
nguyên sinh trong vùng này là c¸c glycoprotein rhodopsin hÊp thu ¸nh s¸ng.
24


Màng nguyên sinh kém biệt hoá của hồng cầu có khoảng 20 loại protein chiếm u
thế cũng nh chừng ấy loại protein thiểu số. Đa số chúng là các protein vận
chuyển, chuyển các chất tan đặc hiệu qua màng. Màng nguyên sinh của E. Coli
chứa hàng trăm protein khác nhau, bao gồm các chất vận chuyển và nhiều
enzyme chuyển hoá vận chuyển năng lợng, tổng hợp lipid, chuyển protein và
phân chia tÕ bµo. Mµng ngoµi cđa E.coli, chóng bao quanh màng nguyên sinh,
có một chức năng khác, bảo vệ, che chở và một hệ thống protein khác.
Vài protein màng liên kết đồng hoá trị với các lớp carbohydrate phức tạp.
Ví dụ trong glycophorin, một glycoprotein của màng nguyên sinh hồng cầu,
60% khối lợng của các đơn vị olygosaccharide phức tạp liên kết đồng hoá trị với
các gốc amino acid đặc trng Ser, Thr, và Asn là vị trí chung nhất của sự gắn
(H.7-31).
H.1-24. Các liên kết oligosaccharide trong glycoprotein. (a)
O-liên kết có cầu glycoside vào
nhóm OH của Ser hoặc Thr (bôi
đỏ).

(b)
N-liên
kết
olygosaccharide có liên kết Nglycosyl vào nitrogen amide của
gốc Asn (xanh). Ba loại mạch
olygosaccharide thông thờng có
N-liên kết trong glycoprotein đợc
chỉ ra ở đây.

3.1.2 Tất cả màng tế bào có mô hình khảm lỏng.
Màng thì không thấm qua các chất phân cực và tích điện, nhng cho thấm
qua các chất không phân cực có bề dày 5-8 nm. Các bằng chứng đà đợc kết hợp
lại từ kính hiển vi điện tử và sự nghiên cứu thành phần hoá học cũng nh nghiên
cứu vật lý của sự thấm và sự chuyển động của các protein và phân tử lipid trong
màng đà dẫn đến sự phát hiện ra mô hình khảm lỏng (fluid mosaic model) cho
cấu trúc màng sinh học (H.1-25).
Phospholipid tạo thành lớp lipid kép trong đó phần không phân cực của
phân tử lipid trong mỗi lớp thì nằm vào giữa lớp lipid kép còn đầu phân cực thì
quay ra ngoài, tơng tác với nớc của mỗi bên. Protein thì đợc gắn vào lớp lipid
kép, đợc giữ nhờ tơng tác thân đầu giữa các lipid màng và đoạn thân dầu của
phân tử protein. Vài protein chỉ nhô ra khỏi một phía của màng, một số khác lại
có những đoạn bộc lộ ra cả 2 phía. Hớng của các protein trong lipid kép bất đối
xứng cho một phía màng: Các đoạn protein nhô ra trên một phía của màng lipid
kép thì khác với đoạn nhô ra ở phía kia, phản ánh sự không cân đối về chức
năng.

25