Giáo trình sinh hóa động vật phần 10 doc

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 301
Sự loại trừ allele đã được chứng minh bằng thực nghiệm như sau: tiêm một lượng nhỏ Plasmid
có chứa các gen chuỗi K đã tái tổ hợp vào một tế bào trứng chuột đã thụ tinh. Kết quả là chuột chuyển
gen này kìm hãm sự tái tổ hợp của các gen chuỗi K.
Nhưng kết quả tương tự cũng thu được với các gen chuỗi nặng. Mặc dầu cơ chế loại tr
ừ allele
vẫn chưa rõ nhưng có khả năng là các sản phẩm protein của các sự kiện tái tổ hợp thành công đã ức
chế toàn bộ quá trình tái tổ hợp tương tự sau này.
11. Sự chuyển đổi từ dạng liên kết màng đến dạng tiết của một kháng thể.
Sự chuyển đổi từ dạng liên kết màng đến dạng tiết của một kháng thể là do sự thay đổi phiên mã
của chu
ỗi nặng. Mô hình lựa chọn dòng của sự phát sinh kháng thểđòi hỏi rằng kháng thể bộc lộ trên
bề mặt của các tế bào B còn trinh cũng có tính đặc hiệu kháng nguyên giống như các kháng thểđược
tiết ra bởi các hậu thế của tế bào B chín. IgM gắn màng (một kháng thểđược tổng hợp bởi các tế bào
B trinh) neo vào màng sinh chất bởi một polypeptide kỵ nước 41 gốc tạo nên các cuối C của chuỗi
nặng (μm).
Dạng ti
ết của IgM (kháng thểđầu tiên được tiết ra bởi các tế bào B chín), chuỗi nặng (μs) có 2
đoạn cuối C phân biệt nhau. Vậy các tế bào B đã thay đổi sự tổng hợp chuỗi nặng này như thế nào ?
Hình 9.13: Sự chuyên hoá các gen Cμ
μμ
μ đối với protein μ
μμ
μs thông qua sự lựa chọn nối thay đổi vị trí
polyadenylate hoá. Trong μ
μμ
μm mARN (trái) đoạn ở cuối exon C
11
3 (6) chuyển nối μ
μμ

μs đã
polyadenylate ở sau 2 exon chuyên hoá đoạn vận chuyển màng (7+8). Các μ
μμ
μs mARN (phải) lại
polyadenylate đúng sau đoạn đuôi μ
μμ
μs còn lại
Các gen chuỗi nặng tái tổ hợp sinh dưỡng bao gồm 8 exon C (Hình 9.13 ): Một đoạn L mã hoá
đoạn dẫn peptid tín hiệu, một đơn vị VDJ mã hoá vùng V
H
; 4 exon mã hoá vùng C
H
1, vùng bản lề,
vùng C
H
2 và vùng C
H
3 và 2 exon mã hoá chọn lọc đuôi vận chuyển màng của μm. Trong việc hình
thành m RNA đặc hiệu μm, sựđóng vòng của hệđã loại ra một đoạn ở cuối exon C
H
3 đặc hiệu đuôi μs
và sự phiên mã đầy đủ đã kết thúc như thường lệ bởi poly (A). Trong sự hình thành μs mRNA thì sự
đóng vòng lại làm hệ giữ lại đoạn μs và phiên mã polyadenylate xảy ra sau thời điểm này vì thế loại
trừđược đoạn vận chuyển màng. Các tế bào B khi được kích thích bởi kháng nguyên đã có sự chuyển
đổi như thế nào giữa sựđóng vòng cuối cùng và vị trí polyadenylate thì vẫn chưa rõ.
12. Sự chuyển lớp Immunoglobulin của các tế bào B.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 302
Các tế bào B có thể chuyển lớp Immunoglobulin mà chúng tổng hợp. Các tế bào B trinh tổng
hợp chủ yếu các IgM gắn màng. Nhưng con cháu của các tế bào B lại bị kích thích tăng sinh tổng

hợp các lớp Ig khác nhau có các vùng biến đổi giống nhau cũng như các IgM gốc. Các trình tự
acid nucleic đặc hiệu cho vùng biến đổi của chuỗi nặng vì thế trở nên gần kề với trình tựđặc hiệu
vùng cốđịnh của các của chuỗi nặng. Vậy cơ
chế của sự chuyển lớp là gì ? Những vùng biến đổi
của họ gen chuỗi nặng ở người như chúng ta đã thấy, nó bao gồm 8 đoạn mã hoá các vùng cốđịnh
cho các lớp và dưới lớp (Hình 9.14). Sự chuyển lớp có thể xảy ra ở quá trình thông qua RNA hoặc
DNA. Trên thực tế, cả 2 cơ chế này đều xảy ra. Trong cơ chế xảy ra ở RNA thì không xác định
được sự kiện chuyển đổi (switching) là thay đổ
i kết thúc phiên mã, sự polyadenylate hay sựđóng
vòng. Nhưng trong bất cứ trường hợp nào, kết quả vẫn là tổng hợp mRNA chuỗi nặng có các vùng
biến đổi giống nhau, nhưng vùng cốđịnh thì khác nhau. Tế bào vì thế có thể tổng hợp liên tục 2
hoặc nhiều hơn các lớp Ig với các vị trí gắn kháng nguyên giống nhau.
Hình 9.14 :Sự chuyển lớp qua trung gian DNA
Cơ chế chuyển lớp với DNA xảy ra thông qua sự tái tổ hợp sinh dưỡng giữa đơn vị VDJ và
vùng C lựa chọn. Để làm việc đó, các đoạn DNA xen giữa được loại bỏ, vì thế cơ chế này xảy ra
không thuận nghịch. Ví dụ sự chuyển đổi tái tổ hợp từ tạo IgM tới tạo IgG (Hình9.14) thì tế bào B đã
mất các đoạn C
μ, Cδ và Cγ3, vì thế hậu thế của nó không thể tổng hợp được IgM, IgD hoặc IgG3,
nhưng vẫn còn tiềm năng để chuyển đổi tổng hợp IgG2, IgE và IgA vì sự tái tổ hợp không gây phiền
toái tới các đoạn Cγ2, Cε và Cα.
Mỗi đoạn C
H
có sự loại trừ Cδ do sự chuyển đổi hoặc vùng S bao gồm các yếu tố bổ cứu ngắn
lập đi lập lại (Cδ chỉđược biểu hiện thômng qua RNA). Vì thế vùng S này có thể tạo nên các tín hiệu
tái tổ hợp sử dụng trong sự chuyển lớp.
13. Receptor tế bào T
13.1.Receptor của tế bào T với kháng nguyên: TCR.
Có 2 dạng TCR: TCR1 và TCR2. Khoảng 95% tế bào máu biểu lộ TCR2 và 5% là TCR1.
TCR2 (hay TCRαβ) đó là một dimer tạp gồm 2 chu
ỗi α và β nối với nhau bằng liên kết đồng

hoá trị. Chuỗi α là sản phẩm của sự sắp xếp lại các gen trên nhiễm sắc thể 14; chuỗi β là từ các gen
trên nhiễm sắc thể 7. Mỗi chuỗi có một vùng biến đổi tương tự nhưở Immunoglobulin, một vùng cố
định, một phần xuyên màng và một phần nằm bên trong nguyên sinh chất (cho nên được xếp vào trong
siêu họ Ig).
Một trong những khác bi
ệt lớn với Immunoglobulin là TCR nhận biết không phải là phần
epitope nằm trên kháng nguyên nguyên vẹn mà là một peptide từ 8 đến 20 axit amin do kháng nguyên

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 303
bị tiêu hoá mà ra và được bộc lộ bởi một "tế bào trình diện kháng nguyên" (nhưđại thực bào, lympho
B) trên một phân tử HLA lớp II đối với tế bào CD4+ hay HLA lớp I đối với tế bào CD8+.
TCR2 liên kết với 4 chuỗi polypeptide δ, γ, ε, ζ của CD3, cho phép chuyển đạt tín hiệu kháng
nguyên vào bên trong tế bào T.
Cuối cùng là sự kết hợp của các phân tử, một bên là CD2 và LFA1 của tế bào lympho và bên
kia là LFA3 và ICAM1 của tế bào đối ứng làm tăng cường thêm s
ự bám dính giữa tế bào lympho T
phụ trợ và tế bào trình diện kháng nguyên hay giữa tế bào T độc với tế bào đích.
13.2. Các receptor khác của tế bào T.
Receptor với đoạn Fc (FcR) của Ig. Những Receptor này không chỉ có trên tế bào T. Các tế
bào lympho T và B cũng như những tế bào khác trong máu, hay ở các mô, đều có thể biểu lộ Receptor
với đoạn Fc của các lớp hay dưới lớp Ig khác nhau. Có thể không thấy rõ các receptor ấy trong việc
hình thành hoa hồng EA (hồng cầu gắn kháng thể
) hay bằng kháng thểđơn dòng. Sự có mặt của chúng
tương ứng với các chức năng hiệu ứng hay điều hoà.
TCR1 hay TCR
γ
γγ
γδ
δδ
δ

: Các lympho chưa chín mang Receptor này nên chúng nhận biết được
kháng nguyên mà không bị hạn chế bởi MHC (cho nên có thể là một nguyên nhân gây bệnh tự miễn ).
Hình 9.15. Các thành viên của siêu họ Ig (a) Receptor tế bào T, (b) IgM gắn màng, (c)
Protein MHC lớp I và (d) protein MHC lớp II.
Receptor với interlcukin 2 (IL-2) hay CD25. Receptor với IL-2 tham gia vào sự phát triển tế
bào T và trong đáp ứng miễn dịch tế bào khi có kích thích (nó xuất hiện khi tế bào được hoạt hoá, trên
tế bào lympho T cảm ứng vừa có CD25 vừa tiết IL-2 nên có hiện tượng tự kích thích (autocrin) làm
khuyếch đại phản ứng.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 304
Receptor bổ thể (C). Có 2 loại: CD35 hay CR1 và CD21 hay CR2.
Receptor với IL-1, IL-4, IFN
γ
γγ
γ
, hormone, lectin.
Những tiến bộ gần đây đã cho thấy trên tế bào lympho ngoài các Receptor với cytokin còn
có cả Receptor với hormone và chất dẫn truyền thần kinh như ACTH, endorphin nên mới có
khái niệm mở rộng hệ thần kinh hormone - miễn dịch (hình 9 15).
14. Phức hợp hoà hợp tổ chức chính.
Các protein gắn trên màng được mã hoá bởi phức hoà hợp tổ chức chính (major
Histocompatibility complex - MHC) như chúng ta đã thấy, nó là các maker trình diện kháng nguyên
(Protein MHC lớp I) và marker của các tế bào miễn dịch (Protein MHC lớp II). Dưới đây chúng ta sẽ
xét về cấu trúc cũng như bản chất di truyền của các protein cần thiết này.
14.1. Protein MHC có tính đa dạng cao.
MHC được nghiên cứu mở rộng cảở trên người cũng như trên chuột. Ở người, protein MHC
lớp I được mã hoá bởi 3 locus đồng nhấ
t di truyền nhưng tách biệt là HLA-A; HLA-B và HLA-C
(Hình 9,16). (HLA = human - leucocyte - assciate antigen, vì những protein này lần đầu tiên được tìm
thấy ở bạch cầu Leucocyte). Vì vậy, mỗi cơ thể tổng hợp trên 6 protein MHC lớp I khác nhau. Ở người

cũng có 3 protein MHC lớp II mà các chuỗi α và β của nó được mã hoá bởi các gen DPα, DPβ, DQα,
DQβ, DQα và DRβ (Hình9.16). Gen MHC của chuột ở locus H-2 cũng được sắp xếp tương tự như
trên.
Hình 9.16:Bản đồ di truyền của MHC trên người mã hoá protein HLA . Gen lớp III mã
háo một số protein của bổ thể
Hiện tượng nổi bật nhất của các gen MHC lớp I và II là tính đa dạng cao giữa các cá thể. Thực
chất chúng là các gen đa dạng nhất đã biết ởđộng vật có xương sống bậc cao. Ví dụở người có 23
allele A, 49 allele B và 12 allele C có các đặc tính riêng đã được phát hiện. Cũng tương tự như vậy, có
> 50 allele ở gen MHC lớp I củ
a chuột. Hai cá thể không có quan hệ với nhau thì không giống nhau
nhiều để đến mức có cùng một bộ gen MHC.
14.2. Protein MHC lớp I.
Các mô có thểđược cấy từ một bộ phận của cơ thể này sang cơ thể khác hoặc giữa các cơ thể
giống nhau về mặt di truyền (đẻ sinh đôi). Nhưng ngay cả khi các mô được cấy vào giữa các cơ thể có
quan hệ gần gũi thì các mảnh ghép cũng bị huỷ hoại bởi hệ thống miễn dịch của cơ thể tiếp nhận.
(Hiện tượng này là trở ng
ại chính đối với việc ghép các cơ quan như tim và thận). Những nghiên cứu
về sự loại trừ mảnh ghép như thếđã gần 50 năm trôi qua, do đó việc phát hiện ra protein MHC lớp I
được hiểu là kháng nguyên ghép (Transplantation antigen).
Protein MHC lớp I là các glycoproteit vận chuyển màng ∼ 44 - KD được bộc lộ trên bề mặt hầu
hết các tế bào có nhân của động vật có xương sống. Các trình tự aminoacid của những protein này
được cuộn lại trong 5 vùng từ cuối C
đến cuối N, một vùng tế bào chất ∼ 30 gốc và một đoạn vận
chuyển màng ∼ 40 gốc, 3 vùng ở bên ngoài ký hiệu α
3
,α
2
và α
1
(Hình 9.15 c) ∼ 90 gốc. Các protein

MHC lớp I được liên kết với nhau bởi liên kết không đồng hoá trị với tỷ lệ 1:1 với β
2
- microglobulin
(β
2
m; Hình9.15, c); đó là một protein 12 - KD. Cấu trúc tia X của phần nằm ngoài tế bào của protein
MHC lớp I, HLA-A
2
được làm sáng tỏ bởi Don Wiley và Jack Strominger, các ông đã chỉ rõ rằng vùng
α
3
cũng như β
2
- microglobulin đều tương đồng với các Immunoglobulin, tức là thừa nhận

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 305
Immunoglobulin gấp nếp. Một cách rõ ràng là tất cả các protein này cùng với các receptor tế bào T
đều có quan hệ tiến hoá và tạo nên siêu họ gen (một bộ gen có quan hệ tiến hoá với các chức năng biến
đổi).
Các vùng α
1
và α
2
tương đồng này của HLA-A
2
tạo nên một tấm β đối song song 8 dây đơn có
quan hệ với nhau xếp song song với màng tế bào và đi dọc bên sườn bởi 2 soắn α. Do có rãnh sâu
hoặc khe vừa kích thước và hình dáng soắn nên nó có thể gắn với một polypeptide có 8 - 10 gốc tạo
nên vị trí gắn của đoạn kháng nguyên đã được tế bào xử lý, nó gắn với chính protein MHC lớp I này
và được nhận biết bởi Receptor tế bào T.

Thật vậy, HLA-A
2
chứa một liên kết "kháng nguyên" chưa rõ ở trong rãnh (đã được tinh khiết
và kết tinh lại) với protein MHC lớp I (được tổng hợp trong một dòng tế bào nuôi cấy của người ). Tuy
nhiên, những gốc aminoacid là khác nhau giữa HLA-A
2
và 2 protein MHC lớp I khác mà cấu trúc tia
X đã được xác định (HLA - Aw 68 và HLA - B27) tập trung ở trong và bao quanh khe gắn kháng
nguyên.
Cấu trúc tia X của protein MHC lớp I của người cũng như của chuột đều tạo phức với các
peptide nội sinh hoặc với các peptide octa và nona ngoại sinh đặc hiệu đã chứng tỏ rằng những
protein này gắn với peptide thân cận (Cognate) của chúng và trình diện tới Receptor tế bào T. Các
peptide này gắn với các protein MHC lớp I hầu hết qua liên kết hydrogen ở khung peptide, các peptide
có sự
soắn lại và nới rộng cấu trúc giống như soắn polyprolin II. Vì thế các mạch bên peptide kế tiếp
sẽ nhô ra theo hướng đối nghịch, nó hơi giống chuỗi bên của một dây trong nếp gấp β. Trong phức
hợp protein H - 2K
b
của chuột với một nonapeptide Virus chẳng hạn thì chuỗi bên của các gốc P
2
, P
3
,
P
6
và P
9
(ởđây P
n
là chỉ thứ tự gốc của peptide) mặt hướng vào trong để tiếp xúc với protein trong

những cái túi để gắn với chúng).
Những chuỗi bên còn lại ít nhất có một phần tiếp xúc với dung môi và co’ thể tương tác với
Receptor tế bào T. Thêm vào nữa, các cuối N và cuối C của các peptide gắn vào sâu và bảo vệ các
túi này ở cuối khe gắn Protein MHC thông qua liên kết hydrogen để tiếp xúc với các gốc đã được
bảo vệ,vì vậy chúng ta biết được hướng đI của peptide.Như vậy octapeptide này gắn với H-2Kb là
cần thiết để duy trì tiếp xúc tương tự như v
ới nonappeptide bởi vì gốc P
5
của nonapeptide được
điều chỉnh thông qua việc hình thành một chỗlồi ở trung tâm (tức là các gốc từ P
6
tới P
9
trong
nonamer tương ứng với P
5
tới P
8
trong octamer).
Kích thước và vị trí của các amino acid ở túi có chứa các chuỗi bên hút giữđã chứng tỏ rằng bất
kỳ một protein lớp I đặc biệt nào cũng chỉ có thể lựa chọn một cách giới hạn các peptide. Ví dụ trong
phức hợp của HLA - B27 với các peptide nội sinh, chuỗi bên P
2
gắn vào một túi kỵ nước kết thúc ở
gần Cys 67 và Glu 45 tích điện âm. Điều này chứng tỏ rằng vị trí này gắn ưu tiên một chuỗi dài, tích
điện dương. Trong thực tế, tất cả 11 peptide có ở HLA - B27 đều chứa Arg ở P
2
. Sự phân biệt các
chuỗi bên hút giữ khác ở P
3

, P
7
và P
9
mặc dầu không giới hạn như P
2
, nó có hoặc ít hoặc nhiều bản
chất túi, còn trong khi đó các chuỗi bên ởđầu dung môi thì có sự phân biệt rộng hơn.
Những peptide ở các protein HMC lớp I khác cũng thể hiện các hoạ tiết trình tựđặc hiệu allele
tách biệt. Đặc biệt, mỗi hoạ tiết trình tự có chứa 2 vị trí neo, nó có thể chỉ có một hoặc nhiều gốc có
chuỗi bên quan hệ gần gũi. Vị trí neo này thay đổi với từng protein MHC.
Trong cố gắng làm rõ vai trò củ
a các gốc có ở HLA-A
2
, người ta đã thấy có sự tương tác với
đầu cuối N và đầu cuối C của peptide mà HLA-A
2
gắn. Stromiger đã phát hiện hiệu ứng đột biến của
những gốc này trên phức hợp peptide HLA-A
2
là khả năng hoạt hoá của các tế bào T Killer. Cả 2 gốc
Tyr đều gắn với các cuối N của nonapeptide influenza Virus đã được đột biến bằng Phe. Điều đó dẫn
tới 2 vấn đề lớn: Một là khả năng của các tế bào T Killer là làm tan các tế bào có HLA - A
2
đột biến và
hai là các HLA - A
2
đột biến này đều phơi bày một nonapeptide hoặc influenza Virus tiếp xúc. Rõ
ràng là liên kết Hydrogen mà các chuỗi bên Tyr tạo với các nhóm amin cuối N và có thể cả
nonapeptide liên kết HLA - A

2
chuyên biệt cho hoạt hoá T Killer. Tuy nhiên, sựđột biến các gốc Tyr

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 306
và Phe đã hình thành liên kết Hydrogen với nhóm Cachoxyl cuối C của nonapeptide, nhưng Phe và
Val thì không hoạt hoá được T Killer.
14.3. Protein MHC lớp II.
Baruj Benacerraf là người phát hiện ra protein MHC lớp II, ông quan sát thấy rằng các đáp ứng
miễn dịch nào đó thông qua một trung gian là sản phẩm gen, chứ không phải là kháng thể. Ví dụ như
khi chuột bạch được tiêm chủng với một kháng nguyên đơn như polylysine, có một số cơ thểđáp ứng
rất mạnh đối với kháng nguyên này trong khi đó các cơ thể khác lại không đáp ứng. Đáp ứng miễn
dịch với một kháng nguyên đã cho là mộ
t đặc trưng di truyền nổi bật. Một số nhỏ cái gọi là các gen
đáp ứng miễn dịch (Ir) rõ ràng là điều khiển cơ thểđáp ứng với tất cả các kháng nguyên đơn.
Một cá thể luôn luôn có thểđáp ứng miễn dịch chống lại các kháng nguyên xâm nhập một cách
tự nhiên. Bản đồ gen Ir

trên MHC vì thế bây giờđược hiểu là các gen MHC lớp II. Chúng mã hoá cho
2 subunit (dưới đơn vị) của một glycoproteit vận chuyển màng heterodimer có chuỗi α - 33 - KD và
chuỗi β - 28 - KD. Mỗi chuỗi có 2 vùng (Hình 9.15d). Các trình tự amino acid của các subunit này chỉ
ra rằng các vùng cuối C của α
2
và β
2
là các thành viên của siêu gia đình gen Immonoglobulin. Tuy
nhiên, các vùng α
1
và β
1
có thể sắp thẳng hàng trên một cấu trúc đã biết của các vùng α

1
và α
2
của
protein MHC lớp I. Điều này chứng tỏ rằng protein MHC lớp I và lớp II có cấu trúc cũng như chức
năng tương tự. Dựđoán này đã được khẳng định bởi cấu trúc tia X của phần nằm ngoài tế bào của
protein MHC lớp II, HLA - DR1. Các phức hợp của nó với hỗn hợp các peptide nội sinh và một đoạn
gồm 13 gốc của protein hemagglutinin của Virus influenza (HA) đã được xác định bởi Strominger và
Wiley. Tuy nhiên, vị
trí gắn peptide của HLA - DR1 là một vòng mởở cuối, trong khi đó protein
MHC lớp I lại là những rãnh kéo dài nhưng ở cuối thì đóng lại. Điều này giải thích tại sao protein
MHC gắn peptide với chiều dài tuỳ tiện, trong khi đó protein MHC lớp I gắn kéo dài là chủ yếu nhưng
lại có các nonapeptide phồng ra ngoài. Như vậy, cấu trúc tia X của HLA - DR1 trong phức với HA 13
gốc đã chứng tỏ rằng peptide này ruỗi ra cảở 2 đuôi của đường rãnh gắn c
ủa nó.
Tuy vậy, protein MHC lớp I và lớp II đều là các dimer αβ, HLA - DR1 được kết tinh như một
Dimer αβ trong đó tất cả 4 mặt cuối C đều cùng 1 hướng và bề mặt của khe gắn peptide đều ở hướng
đối diện. Đây là một cách trong đó các dimer αβ protein MHC lớp II biểu lộ có sự kết hợp ở trên màng
bề mặt tế bào.Vì ligand cảm ứng sự dimer hoá của các Receptor bề mặt tế bào là cơ ch
ế dẫn truyền các
tín hiệu nên có thể là sự dimer hoá của Receptor tế bào T trhân thuộc được làm theo kiểu hoạt hoá tế
bào T. Điều này sẽ giải thích tại sao các receptor tế bào T được hoạt hoá bằng cách liên kết chéo với
kháng thể hai hoá trị (divalent) chứ không phải bằng đoạn Fab một hoá trị (monovalent) tương ứng.
14.4. Tính đa dạng của MHC.
Tính đa dạng của MHC có chức năng bảo vệ quan trọng. Hầu hết các gốc có tính đa dạng
trong protein MHC đều được tập hợp lại thành các cụm, như chúng ta thấy rãnh gắn kháng nguyên
phải như thế nào đó để mỗi bạch cầu đa nhân gắn với một đoạn kháng nguyên đã cho với một ái lực
đặc trưng (người ta đã xác định được rằng bất kỳ m
ột MHC lớp I bạch cầu đa nhân nào cũng có thể
gắn < 1 % octapeptide và nonapeptide mà nó chạm trán). Những quan sát đã mô tảở trên về sự thay

đổi đáp ứng miễn dịch với các gen (Ir) MHC lớp II vì thếđược xác định rằng một số protein MHC lớp
II bạch cầu đa nhân tác dụng yếu hơn so với các lớp khác trong việc kết hợp với một epitope đã cho.
Thật vậy, những nghiên cứu dịch tễ miễn dịch đ
ã chỉ rõ rằng những bạch cầu đa nhân nhậy cảm tăng
lên hoặc giảm xuống đối với một bệnh nhiễm khuẩn hoặc bệnh tự miễn. Ví dụ như 95% cá thể bịđái
đường phụ thuộc insulin mang ít nhất một allele DR2 hoặc DR3 của gen DR, còn ở người bình thường
chỉ chiếm 50%. Nhưng trong bệnh Celiac (bệnh rối loạn nặng đường ruột do ăn gluten lúa mì) là 100%
bởi allele DQw2 củ
a gen DQ. Ngược lại, một nghiên cứu về sự phân bố của các allele MHC ở trẻ em
Châu Phi bị sốt rét nghiêm trọng có so sánh với những trẻ em bị nhiễm bệnh nhưng không chịu tác
động lớn (chỉ có một bộ phận nhỏ trẻ nhiễm ký sinh trùng sốt rét là bịđe doạ tính mạng) đã chỉ rõ ràng
HLA-Bw53 của protein MHC lớp I và DRB1 1302 - DQB1 0501 của protein MHC lớp II là kết hợp

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 307
một cách độc lập để chống lại bệnh sốt rét kịch liệt. Những Allele này khá phổ biến ở dân Châu Phi (~
1% trẻ dưới 5 tuổi chết vì sốt rét). Những allele MHC này dùng để chống lại bệnh sốt rét hơn là chống
lại hình ảnh tế bào hình lưỡi liềm.
Chức năng của protein MHC bạch cầu hạt là gì ? Dường như là nó không giống như tiến hoá
mà chỉđểđề phòng các mô ghép và các Receptor tế bào T chỉ nhận dạ
ng được kháng nguyên khi
chúng được trình diện cùng với protein MHC. Nếu bất kỳ một mẫu đơn nào có một bộ giống nhau về
protein MHC. Nếu một pathogen mà các epitope của nó tương tác yếu với các protein MHC này thì sẽ
gạch đi các mẫu đó. Gen MHCbạch cầu hạt có lẽ là để đề phòng pathogen và qua tiến hoá mà có khả
năng này. Vì thế sự lựa chọn tự nhiên sẽ dẫn tới việc duy trì sự thay đổi lớn protein MHC trong một
quần thể
15. Hệ
thống bổ thể.
15.1. Khái niệm và vai trò của bổ thể.
Các kháng thể với tất cả sự phức tạp của nó chỉ phục vụ cho việc phân biệt kháng nguyên lạ.
Còn một hệ thống sinh học khác làm bất hoạt và ngăn trở sự xâm nhập từ bên ngoài, đó là hệ

thống bổ thể.
Bổ thể là hệ thống enzyme ký hiệu từ C1 đến C9, hoạt động có tính chất liên hoàn, dây truyền
với vai trò đẩy mạnh quá trình phản ứng miễn dịch. Sự dung giải vi khuẩn, tế bào hồng cầu chỉ diễn ra
khi có mặt của bổ thể, nó hoạt hoá phản ứng ngưng kết, kết tủa và thực bào. Chức năng của bổ thể, thể
hiện ở chỗ là nó gắn với ph
ức hợp KN-KT để đáp ứng với những tác dụng của KT. Bổ thể hoạt động
theo 3 cách:
Giết các tế bào lạ bằng cách gắn và làm tan màng tế bào, quá trình đó được hiểu là cốđịnh bổ
thể ( complement fixation).
Kích thích sự thực bào các vật lạ, quá trình này có tên là sự opsonin hoá.
Tạo ra phản ứng viêm cục bộ.
Hệ thống bổ thể bao gồm ~ 20 protein huyết tương (bảng 9.2) nó tương tác trong 2 bộ phản ứng
có liên quan với nhau (Hình 9.17): Con đườ
ng cổđiển phụ thuộc kháng thể (antibody - dependent
Classical pathway) và con đường khác không phụ thuộc kháng thể (antibody - independent
alteRNAtive pathway). Cả hai con đường đều gồm nhiều phản ứng hoạt hoá trình tự của một sery các
protease serine, rất giống quá trình đông máu. Hệ thống bổ thể có tên gọi rất khác thường. Hầu hết các
tên protein bổ thểđều có chữ "C" và theo sau là tên số các thành phần, nếu protein lại có các subunit
hoặc các đoạn protein lớn thì lại có chữđặt dưới. Các protease hoạt hoá đượ
c chỉđịnh bằng dấu gạch ở
trên các thành phần riêng biệt. Ví dụ: C
4b
là protease được hoạt hoá bởi sự proteolysis C4.
15.2. Hoạt hoá bổ thể theo con đường cổđiển.
Trong con đường cổđiển, các protein bổ thể tạo nên 3 phức hợp gắn màng hoạt hoá trình tự
(hình 9.17,).
Đơn vị nhận biết, gắn với phức hợp kháng nguyên - kháng thể gắn trên bề mặt tế bào.
Đơn vị hoạt hoá, khuyếch đại sự nhận biết thông qua thác proteolytic.
Phức hợp tấn công màng (membrane attack complex - MAC) phức hợp này chích vào màng
sinh chất của các tế bào và gây nên sự ly giải rồi chết của tế bào.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 308
Hình 9.17. Sơđồ các con đường hoạt hoá bổ thể. Các mũi tên chỉ hoạt hoá proteolytic.
Proteolytic hoạt hoá được chỉ bằng một gạch trên chỉ số của hợp phần.
15.2.1. Đơn vị nhận biết.
Con đường cổđiển được khởi đầu khi C1, một đơn vị nhận biết gắn đặc hiệu với tổ hợp kháng
nguyên - kháng thể trên bề mặt tế bào. C1 có ở màng sinh chất, được coi như là phức hợp gắn lỏng lẻo
của C1q, C1r và C1s. C1q là protein chủ yếu nhất, nó gồm 18 chuỗi polypeptide A
6
,B
6
,C
6
trong đó các
gốc cuối N ∼ 80 của mỗi chuỗi có sự lặp lại các trình tự Gly - X - Y mang đặc tính Collagen. Ởđây X
thường là Pro và Y thường là 4 - Hydroxyproline hoặc 5 Hydroxylysine. C1q vì thế là 1 bó gồm 6
vòng soắn giống Collagen mà cuối mỗi soắn là một vùng cuối C hình cầu gắn với nhau cũng tương tự
1 bó gồm 6 hoa tulip (Hình 9.18). Nhưng vùng hình cầu này gắn kháng thể - kháng nguyên thông qua
sự nhận diện của vùng Fc của IgM và một vài dưới lớp của IgG (mặc dù Fc ở phức kháng nguyên -
kháng thể khác với cấu trúc ở dạng kháng thể tự do như thế nào thì vẫn chưa rõ). Tuy nhiên, C1 chỉ
được hoạt hoá nếu 2 đầu C1q của nó được gắn liên tục với kháng thể, quá trình này đòi hỏi sự tham
gia của ít nhất 2 phân tử IgG, nhưng với IgM thì nó có hiệu lực xa hơn. Chỉ một thay đổi về cơ chất
bao gồm cả Lipopolysaccharid vi khuẩn và màng Virus cũng có thể hoạt hoá được C1. Phần còn lại
của C1 là C1r và C1s là nh
ững zymogen protien serine đồng dạng cũng giống như hầu hết các
zymogen đông máu, chúng đều bị hoạt hoá do việc cắt proteolytic tạo nên 2 chuỗi liên kết disulfide.
Bảng 9.2
: Các thành phần Protein của hệ thống bổ thể.
Protein Cấu trúc dưới đơn
vị

Khối lượng phân
tử
Đơn vị nhận biết (C1)
Clq A
6
B
6
C
6
460
Clr
α
2
157
Cls
α
2
150
Đơn vị hoạt hóa
C2 Monomer 81

Trng i hc Nụng nghip H Ni Giỏo trỡnh Hoỏ Sinh ng vt 309
C3

174
C4

187
n vi tn cụng mng
C5

190
C6 Monomer 102
C7 Monomer 91
C8

142
C9 Monomer 61
Con ng khỏc

Factor B Monomer 83
Factor
D
Monomer 24
Properdin (P)

4
224
Protein iu hũa

Factor H Monomer 137
Factor I

63
Protein gắn C4b

7

570
Chất ức chế C

I

Monomer 53
Protein S Monomer 52
Việc gắn phức hợp kháng thể - kháng nguyên sẽ kích thích C1q gắn chặt hơn vào 2 subunit của
C1r và C1s, đó là một quá trình phụ thuộc Ca
2+
, kết quả là làm tự hoạt hoá C1r thông qua việc cắt liên
kết Arg - Ile. C
1
r
khi đến lợt mình lại cắt đặc hiệu C1s ở liên kết Arg - Ile để tạo C
1s
.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 310


Hình 9.18
: Cấu trúc của protein bổ thể C1q
15.2.2. Đơn vị hoạt hoá.
Đơn vị hoạt hoá bao gồm các thành phần dẫn xuất từ C2, C3, C4 ở bước khởi đầu hình thành
đơn vị hoạt hoá. C
1s
cắt C4 ở liên kết Arg - Ile tạo ra các mảnh C4b gắn đồng hoá trị với màng tế bào
trong vùng lân cận của đơn vị nhận biết. C4b gắn màng kết hợp với C
1s
, cắt đặc hiệu C2. C2a gắn với
C4b tạo nên C
42aa,

, đó là một protease có tên là C3 convertase nó cắt C3 thành C3a và C3b. Cuối
cùng C3b gắn với C3 Convertase để tạo nên đơn vị hoạt hoá C
423bab,,, đó chính là C5 Convertase
mà chức năng của nó là hoạt hoá C5 proteolytic bằng cách cắt liên kết Arg- Leu.
Cả C4 và C3 đều đi vào nhóm Thioester phản ứng cao khi đó nó có thể liên kết đồng hoá trị các
protien này với màng tế bào. Trong C3, Thioester bao gồm một Cys thiol và một nhóm Cacboxyl γ của
Glu tạo nên một vòng lớn các đuôi Gly - Cys - Glu - Gla - Asn.
Khi cắt C3, sản phẩm C3b phải trải qua sự sắp xếp lại cấu trúc để bộc lộ nhóm Thioester của nó.
Sau đó Thioester phải ứng với nhóm OH ho
ặc nhóm amin gần bề mặt tế bào để tạo các amide tương
ứng hoặc tạo liên kết ester với một nhóm sulfhyhydrin. Chức năng của quá trình này sẽ bàn luận sau.
C4 được hoạt hoá cũng tương tự như vậy.
Sự hoạt hoá C3, C4 và C5 cũng tạo ra những chức năng khác cho hệ miễn dịch. C3b, C4b
tạo nên sự opsonine, đó là những cơ chất kích thích sự thực bào (phagocytosis) (sự opsonine hoá),
trong đó C3a, C4a và C5a (một sản ph
ẩm của phản ứng Convertase C5 tạo nên độc chất phản vệ
(anaphylatoxin), các cơ chất kích thích phản ứng viêm cục bộ và co thắt cơ trơn.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 311
15.2.3. Phức hợp tấn công màng.
Hình 9.19. Phức hợp tấn công màng (MAC) là một cấu trúc hình ống tạo nên một lỗ xuyên
màng ở màng sinh chất của tế bào đích.
C5b, một sản phẩm khá của phản ứng C5 convertase, biểu lộ không có hoạt tính proteolytic.
Tuy nhiên, nó gắn trình tự C6 và C7 để tạo phức đi vào liên tục trong màng tế bào. Phức hợp C5,6,7
sau đó gắn với C8 và theo sau là khoảng 18 phân tử C9 để tạo nên MAC. Tiếp theo,phân tử C9
polymer hoá để tạo một cấu trúc gắn chặ
t vào màng có hình ống để phức C5b,6,7,8 gắn thật chặt vào
(Hình 9.19). Tế bào bị ly giải là do MAC tạo một kênh chứa đường kính 30-100Å, kênh này đâm
thủng màng, làm tăng tính thấm của nó. Cả 2 cơ chế này cho phép chỉ các phân tử nhỏ của tế bào mới
trao đổi được với môi trường xung quanh. Vì vậy nước được thẩm thấu vào gây nên sự trương phồng

và làm vỡ tế bào. Dĩ nhiên chỉ có các MAC đủ hiệu lực mới giết
được tế bào.
15.3. Hoạt hoá theo con đường cạnh độc lập kháng thể.
Con đường cạnh của cốđịnh bổ thể (Hình 9.17) sử dụng nhiều thành phần giống như con đường
cổđiển và cũng tạo thành C5 Convertase gắn MAC. Hai con đường này khác nhau ở chỗ là con
đường cạnh là độc lập - kháng thể chống lại sự xâm nhập của vi sinh vật. Vì thế người ta nghĩ rằng
chức năng của con đường cạnh là bảo vệ, chống lại sự xâm nhập của vi sinh vật tr
ước khi có đáp ứng
miễn dịch chống lại chúng. (con đường cổđiển cũng có chức năng như vậy). Khi kháng thểđược tổng
hợp đủ thì con đường cạnh đảm nhận một vai trò thứ hai có liên quan tới con đường cổđiển.
Con đường cạnh thường được hoạt động ở mức thấp để tạo ra một cách liên tục một lượng nhỏ
C3b, một phân tử giống nhưđược t
ạo ra bởi C3 convertase của con đường cổđiển. Tuy nhiên, trong
con đường cạnh thì C3b gắn với factor B của protein sinh chất trong một phản ứng phụ thuộc Mg
2+
.
Phức hợp tạo thành C3b, B chỉđược hiểu như là cơ chất cho Protease serine sinh chất hoạt hoá, yếu tố
D
cắt subunit B của C3b, B để tạo C3b,
Bb
. Phức hợp C3b,
Bb
tương đương với C3 convertase,
nhưng phân biệt với con đường cổđiển. Nó cắt C3 thành C3b để tham gia vào việc hình thành nhiều
hơn C3 convertase trong một quá trình khuyếch đại vòng. Thêm vào nữa, C3b cũng gắn vào C3
convertase để tạo (C3b)
2
Bb
, một C5 convertase phân biệt với con đường cổđiển nhưng nó cũng có
tính xúc tác tương tự trong việc hình thành MAC.

Vậy cái gì là nguồn gốc của C3b mà nó lại khởi đầu con đường cạnh? Dĩ nhiên, nó có thểđược
tạo ra bởi con đường cổđiển, nhưng trong trường hợp con đường cạnh thì nó lại tác động nhờ một cơ
chế khuyếch đại kháng thể - cảm ứng hoạt hoá bổ thể (antibody - induced complement activation).
Tuy nhiên, nếu thiếu quá trình này thì nó v
ẫn có phản ứng nhưng không bộc lộđược liên kết Thioester
của C3 mẹ mà phải trải qua sự thuỷ phân liên tục để tạo một protein giống như C3b ; C3i gắn với yếu
tố B và qua trung gian
D
- hoạt hoá xúc tác. Và C3 convertase sẽ tạo ta C3b xác thực.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 312
Con đường cạnh hướng vào các vi sinh vật xâm nhập như thế nào? Khi nồng độ C3b trong dung
dịch bị giới hạn bởi một protein huyết tương có tên là factor I thì nó cùng với một protein thứ 2 đó là
factor H sẽ tạo nên một phức (I - H) nó phân giải proteolytic C3b trong dung dịch. Khi đó C3b liên kết
đồng hoá trị với bề mặt nhưng tốc độ phân giải bị giảm rất nhiều. Tuy nhiên, phức C3 convertase gắn
trên bề mặt sẽđược ổn
định bằng cách gắn với một protein huyết tương là properdin (P), nó bảo vệ
cho C3b khỏi bị phân giải qua trung gian I, H cũng như làm chậm sự phân ly của
Bb
từ C3
convertase. Cuối cùng, C3b liên kết đồng hoá trị nhanh hơn với bề mặt để phân giải với tốc độ chậm
hơn. Các cơ chất mà C3b gắn một cách có hiệu lực là các chất hoạt hoá theo con đường cạnh. Những
điều này đi đến một kết luận rằng các polymer của các nguồn gốc vi sinh vật như lipopolysaccharide
của vi khuẩn gram âm hay các acid teichoic vách tế bào của các vi khuẩn gram dương, nấm, vi khuẩn
và các t
ế bào nhiễm Virus đều được hiểu là các nội độc tố (endotoxin). Vì thế con đường cạnh đã
đảm nhiệm việc chống lại một cách có hiệu quả các vi sinh vật xâm nhập. Như vậy, một cơ thể có sự
thiếu hụt di truyền về các thành phần bổ thể nào đó thì hay nhạy cảm với sự nhiễm trùng.
15.4. Sựđiều hoà hệ thống bổ thể.
Hệ thống bổ thểđược điều hoà một cách nghiêm ngặt. Nó được kiểm soát một cách chặt chẽ.

Mặt khác, hệ thống bổ thể cũng có thể phá hại cả các tế bào của túc chủ, chẳng hạn trong các bệnh tự
miễn. Hệ thống bổ thểđược điều hoà bằng cách làm bất hoạt các thành phần hoạt hoá của nó. Có 3
cách thực hiện:
1. Các thành phần của bổ thể bị
bất hoạt thông qua sự suy giảm liên tục của nó. Ví dụ như các
Thioester phản ứng cao của các C3b và C4b hoạt hoá mới sinh sẽ phản ứng với nước với thời gian bán
sống (half life) chỉ ∼ 60 μs (micro giây). Vì thế những protein này bị mất con đường cổđiển trừ phi
chúng gắn vào màng ở lân cận đơn vị nhận biết đang hoạt hoá. Điều đó có nghĩa là, màng của các vi
sinh vật xâm nhập đ
ã làm hoạt hoá chúng (hơn là của các tế bào túc chủ). Cũng tương tự như vậy, đối
với C3 convertase, C
42ba
của con đường cổđiển được hoạt hoá rất nhanh, nhưng C2a dễ bị phân
giải do mất hoạt tính enzyme.
2. Các thành phần bổ thể bị bất hoạt thông qua sự phân giải của các protease đặc hiệu của
chúng. Chẳng hạn protein gắn C4b tạo phức với factor I làm bất hoạt proteolytic C4b, nó rất giống
phức IH phân giải C3b. Rõ ràng là protein C4b và yếu tố H tác động như một Cofactor hướng vào
factor I đối với C4b và C3b. Từ quan điể
m này ta thấy protein gắn C4b hạn chế sự hoạt hoá C3
convertase (4b, 2a) và C5 convertase (C4b, 2a, 3b) theo con đường cổđiển. Trong khi đó như chúng ta
thấy factor H thực hiện như vậy đối với protease có chứa C3b trong cả 2 con đường cổđiển và con
đường cạnh.
3. Các thành phần của bổ thểđược làm bất hoạt thông qua việc kết hợp với các protein gắn đặc
hiệu. Ví dụ như C1 inhibitor gắn chặt vào C
1
r
và C
1s
để tạo nên một phức hợp, vì thế làm bất hoạt
đơn vị nhận biết này.

Cũng tương tự như vậy, protein S tấn công vào MAC gắn trong tế bào chất để ngăn ngừa các tấn
công sau này vào màng tế bào. Những sự tấn công như thế cuối cùng đã làm hạn chế vị trí hoạt hoá bổ
thể.
Sựđiều hoà hệ thống bổ thể vì thế thâu tóm được các vật xâm nhập l
ạ và làm giảm bớt sự tổn
thương của các tế bào túc chủ.
16. Vaccine của hiện tại và tương lại
Kỷ nguyên gen học sẽ giúp cho sự phát triển của vaccine mới tăng theo số mũ. Vào những năm
70 của thế kỷ 20,việc phát hiện trật tự gen là điều không thể. Nhưng vào những năm 80 điều này đã
trở thành hiện thực. Hiện tại người ta bi
ết toàn bộ kiểu gen của vi sinh vật chứa khoảng 3 triệu đôi

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 313
base nitơ. Bằng dử dụng thuật toán và máy vi tính, chỉ trong vài giờ người ta có thể chọn lọc được toàn
bộ gen thích hợp cho vaccine dự tuyển.
Một vấn đề khác được đặt ra là đường sử dụng vaccine. Phổ biến và kinh điển là tiêm. Nhưng sử
dụng qua đường niêm mạc đang thu hút nhiều nghiên cứu với hy vọng thay đường tiêm, vì nó tránh
gây đau đớn cho người dùng, tạo được miễn dịch và miễn dịch t
ại chỗ. Với những tiến bộ của khoa
học kỹ thuật và yêu cầu phòng bệnh, chữa bệnh, nhiều vaccine mới sẽ lần lượt ra đời bao gồm vaccine
chống nhiễm trùng và không nhiễm trùng.
Để đạt được tính an toàn, hiệu quả và kinh tế các nghiên cứu về vaccine hướng tới các sản
phẩm:
Vaccine tinh chế: Vaccine không còn tạp chất, chỉ có kháng nguyên hoặc quyết định kháng
nguyên.
Vaccine liên kết (Conugate): Polysaccharide liên kết với protein có phân tử lượng cao
để tiếp
cận dễ dàng với tế bào T.
Vaccine tái tổ hợp DNA: Gen mã hoá kháng nguyên được chuyển nạp vào genome của tế bào
nấm men, tế bào vi khuẩn hoặc tế bào động vật thích hợp để tạo ra nhiều kháng nguyên tinh khiết nhờ

phương thức nhân bản. Quá trình chuyển nạp gen mã hoá kháng nguyên được thực hiện qua yếu tố
trung gian là Plasmide.
Vaccine DNA trần: Loại vaccine này được giải mã in Vivo và tạo nên đáp ứng miễn dịch. Tiêm
vaccine trần là biện pháp t
ốt xử lý kháng nguyên bên trong cơ thể. Điều này gần với nhiễm trùng tự
nhiên hơn so với tiêm vaccine chứa kháng nguyên gắn với cơ chất. Một ưu điểm nữa là kháng thể mẹ
truyền sang con không ảnh hưởng gì tới đáp ứng miễn dịch.
Vaccine DNA trần tạo kháng thể không cao ngay từđầu. Nhưng nếu tiêm nhắc lại với kháng
nguyên tinh khiết thì nồng độ kháng thể sẽ rất cao và kéo dài. Vấn đề còn lạ
i là tính an toàn của
vaccine DNA trần.
Vaccine ghép: Đây là kết quả của sự kết hợp kỹ thuật tái tổ hợp và kỹ thuật di truyền. Chủng vi
sinh vật dùng làm vaccine được cấy ghép gen mã hoá kháng nguyên lấy từ vi sinh vật gây bệnh. Vi
sinh vật được cấy ghép là vi sinh vật Vector. Vaccine lai ghép một lúc kích thích cơ thể tạo ra hai đáp
ứng miễn dịch: Đáp ứng bảo vệđối với vi sinh vật gây bệnh và đáp ứng với vi sinh vật vector. Nế
u vi
sinh vật vector được chọn từ danh mục các vi sinh vật hiện có thì như vậy người ta được dùng vaccine
có khả năng chống lại hai bệnh.
Vaccine hoá tổng hợp: Vaccine peptide là một ví dụ của vaccine hoá tổng hợp. Bằng phương
pháp hoá học người ta có thể tạo ra chuỗi polypeptide với trình tự axit amin theo ý muốn, trên đó có
epitope bảo vệ. Peptide này có thể liên kết với một protein tải để tăng tính phụ thuộc tế bào T.
Tạ
o chủng vi sinh vật dự tuyển làm vaccine: Bằng kỹ thuật di truyền, người ta có thể loại bỏ
một gen mã hoá tính trạng bất lợi nào đó và ghép một gen có lợi vào một loài vi sinh vật dự tuyển làm
vaccine.
Trong thực tế, một số vi sinh vật dự tuyển là vaccine đã được tạo ra trong quá trình nghiên cứu
vaccine tả, thương hàn, lỵ. Chẳng hạn như vi khuẩn Salmonella gây bệnh thương hàn đã bị làm đột
biến gen GalE hoặ
c gen Aro để trở thành chủng không đọc làm vaccine thương hàn sống loại uống. Vi
khuẩn này không gây bệnh, có khả năng xâm nhập niêm mạc ruột nên kích thích đáp ứng miễn dịch ở

mức cao.
Vaccine thực vật chuyển gen: Thực phẩm chứa gen kháng nguyên, khi ăn thực phẩm coi như
đã sử dụng vaccine.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 314
Chất bổ trợ Vaccine: Chất bổ trợ lý tưởng có tính an toàn và làm tăng hiệu lực của vaccine và
các tính chất khác.
Phương pháp sử dụng vaccine: Vaccine tiếp xúc với niêm mạc qua đường tiêu hoá, hô hấp có
thể thay thếđường tiêm. Sử dụng vaccine không tiêm đang là hướng đáng được chú ý.
YÊU CẦU CẦN NẮM
CHƯƠNG IX: MIỄN DỊCH HỌC
Khái niệm về miễn dịch. Hệ thống miễn dịch tế bào. Hệ thống miễn dịch dịch
thể. Cấu trúc và chức năng của các loại kháng thể. Kháng thểđơn dòng. Hệ thống bổ
thể. vaccin.
Câu 1: Thế nào là miễn dịch tế bào? Vai trò của các lymphocyte?
Câu 2: Thế nào là miễn dịch dịch thể. Cấu trúc và chức năng của các loại kháng thể.
Câu 3: Cho biết hệ thống bổ thể. Quá trình hoạt hoá bổ thể?

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 315
Chương X
SỰ VẬN CHUYỂN CÁC CHẤT QUA MÀNG
1. Những nét đại cương về màng tế bào.
Trước đây phần lớn các nhà sinh học chưa có khái niệm về màng. Có ý kiến cho rằng giữa
môi trường ngoài và nguyên sinh chất, chỉ tồn tại một bề mặt tiếp xúc, nơi tập trung các chất khác
nhau từ môi trường ngoài hoặc từ nguyên sinh chất tới. Trải qua một thời gian dài, nhờ sự phát triển
của kính hiển vi điện tử người ta mới thừa nhận sự tồn tại của màng và cũ
ng cần phải nhiều năm
người ta mới biết được chức năng của màng.
Ngày nay, chúng ta hiểu rằng từ “màng sinh học” (biomembrane) dùng để chỉ lớp cấu trúc
bao bọc bên ngoài các tế bào sinh vật cũng như các cơ quan bên trong tế bào như nhân, ty thể, lục

lạp, lysosome, lưới nội chất, bộ máy Golgi … Chính vì sự phân chia khu vực như vậy nên ở các tế
bào có nhân đã thực hiện được hàng loạt quá trình hoá học rất đa d
ạng và có sựđiều tiết chặt chẽ
chẳng hạn như trao đổi chất, thực bào, tiêu hoá, tổng hợp protein, sinh năng lượng v.v Trong quá
trình tiến hoá của sinh vật, việc xuất hiện các loại màng sinh học là một bước tiến về chất hết sức
quan trọng. Màng sinh học với thành phần nền tảng là lipid giúp ngăn cách môi trường trong và
ngoài tế bào.
Tuy nhiên sự ngăn cách này không làm cô lập mỗi cấu trúc tế bào, cũng như tế
bào với môi
trường xung quanh. Trái lại, sự giao lưu trao đổi vẫn được thực hiện theo hướng thuận lợi cho việc
duy trì và phát triển sự sống của tế bào. Vì qua cấu trúc màng mà tế bào tiếp nhận một cách chọn
lọc các chất dinh dưỡng cũng như những thông tin cần thiết từ môi trường xung quanh và đưa ra
ngoài tế bào những chất thải loại. Màng không còn được quan niệm như một bộ phận tĩnh t
ại của
tế bào, ngược lại, nó luôn được đổi mới (quá trình thực bào), nhiều quá trình cơ bản, nền tảng của
sự sống tế bào được thực hiện ở màng (sự vận chuyển điện tử và proton trong quá trình
phosphoryl hoá oxi hoá để tạo ATP, quá trình quang hợp ở hệ thống màng Tilakoid của lục lạp, sự
dẫn truyền thần kinh v.v ). Vì thế muốn hiểu rõ các quá trình trên, điều cần thiết là phải am hi
ểu
kỹ về cấu tạo màng sinh học.
2. Thành phần hoá học của màng tế bào
2.1 Lớp kép Lipid của màng tế bào.
Cấu trúc cơ bản màng tế bào là một lớp kép Lipid, đó là một lá Lipid rất mỏng, bề dày chỉ có
2 phân tử, lớp mỏng này liên tục bao quanh tế bào. Thành phần hoá học của lớp Lipid bao gồm
nhóm glycero phospholipid và nhóm Sphingolipid. Ngoài ra còn có một lượng đáng kể là
cholesterol và dẫn xuất của nó. Điều đáng lưu ý là các hợp chất Lipid đều không tan trong nước, vì
vậy chúng có khả năng làm hàng rào ngăn cách môi trường nước với các cấu trúc tế bào. Chúng ta
cũng thấ
y, phospholipid có 2 đầu, một đầu là gốc phosphate ưa nước, còn đầu kia là gốc acid kỵ
nước. Cholesterol cũng có 2 đầu, một đầu là gốc hydroxyl ưa nước, còn đầu kia là nhân steroid thì

kỵ nước (hình 10.1a).
Như vậy, cả 2 loại phân tửđó đều giống nhau ở chỗ có một đầu ưa nước, một đầu kỵ nước.
Đầu kỵ nước bị nước gian bào cũng như nước nội bào đẩy nên quay vào trong, chúng gặp nhau,
hấ
p dẫn nhau, đó là phần kỵ nước tức là phần mỡ chiếm lớp giữa hai lớp kép của màng. Phần ưa
nước thì quay ra mặt ngoài tiếp giáp với nước bao quanh.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 316
Lớp Lipid này là hàng rào ngăn cách các chất tan trong nước như glucose, các ion… Còn các
chất tan trong mỡ như oxy, carbon dioxide, rượu thì qua màng dễ dàng.
Đặc điểm của lớp Lipid này là mềm mại, có thể uốn khúc, trượt đi trượt lại dễ dàng.
Hình 10.1a
. Sơđồ cấu trúc của màng.
Một điều đáng chú ý là sự phân bố của các Lipid trong màng rất khác nhau. Tỷ lệ Lipid và
protein thay đổi hình như tùy theo hoạt tính sinh học của màng. Chức năng sinh học càng phức tạp
thì hàm lượng protein càng cao. Chúng ta hãy lấy màng ty lạp thểđể làm ví dụ: lớp màng trong giữ
vai trò chính trong quá trình hô hấp mô bào và tổng hợp ATP nên chứa nhiều enzyme oxy hoá khử,
các protein vận chuyển điện tử, các ATP – synthetase… Màng mylein bọc dây thần kinh với nhiệm
vụ cách điệ
n do đó không cần nhiều protein chức năng ở các tế bào schwann.
Hơn thế nữa, sự sắp xếp các nhóm Lipid ngay giữa 2 lớp của cấu trúc màng kép cũng không
đồng đều về các thành phần chất béo, nhất là với nhóm phospholipid. Ở màng hồng cầu, lớp ngoài
chứa chủ yếu phosphatidyl cholin và Sphingomyelin, còn lớp trong (giáp với bào tương) chứa
phosphatidyl ethanolamine và phosphatidyl serine. Nhóm phosphatidylinositol cũng phân bốở lớp
trong của màng tế bào. Các glycolipid thường luôn gắn ở mặt ngoài của màng để thuậ
n tiện cho
chức năng sinh học chỉđịnh tính kháng nguyên của màng.
Tuy nhiên, cho tới nay người ta vẫn chưa hiểu được tại sao màng tế bào lại cần nhiều loại
Lipid khác nhau như vậy.
2.2 Các protein màng sinh học

Các khối protein hình cầu, nổi bập bềnh trên lớp Lipid kép, đó là glycoproteit. Có 2 loại
protein, một protein xuyên màng, còn một loại là protein rìa (hay là protein ngoại vi) chỉ vì bám vào
một bên mặt của màng mà không thâm nhập vào lớp màng (hình 10. 1b).
Đầu phân tử protein trên mặt ngoài chứa nhiều Carbohydrate (chủ yếu là Oligosaccharide)
đ
óng vai trò cầu nối tiếp xúc và vận chuyển thông tin giữa các tế bào .
Nhiều phân tử protein xuyên màng làm thành những kênh (hoặc lỗ) qua đó các chất tan trong
nước, đặc biệt là các ion có thể khuếch tán qua lại giữa dịch ngoại bào và dịch nội bào. Các protein

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 317
này không phải là những cái cửa mở thụđộng để các chất tự do qua lại, mà là protein có thuộc tính
chọn lọc, cho phép một chất này khuếch tán ưu tiên hơn chất khác. Một số phân tử protein xuyên
qua màng lại là những protein mang (carrier) làm nhiệm vụ vận chuyển các chất theo chiều ngược
với chiều khuếch tán tự nhiên, đó là sự vận chuyển tích cực. Một số phân tử protein khác lại có hoạt
tính enzyme.
Hình 10.1b. Cấu trúc màng tế bào .
Các protein rìa thường hoàn toàn ở một bên mặt phía trong của màng và bám vào các protein
xuyên màng, chúng có chức năng và hoạt tính hầu như hoàn toàn là enzyme (hình 10.1b)
Các protein màng tế bào đảm nhiệm các nhiệm vụ chính sau đây: Vận chuyển chất, bơm các
ion, thực hiện các quá trình oxy hoá khử, là các receptor, là kênh dẫn ion, là các enzyme phân giải
(protease, esterase v.v ), là các động cơ hoặc khí cụ vận động ở vi sinh vật, tạo ống nối giữa các tế
bào.
2.3 Các Glucid của màng tế bào
Các Glucid của màng hầu như bao giờ cũng hoá hợp với protein và với Lipid dưới dạng
glycoproteit và glycolipid. Như vậy hầu như bao giờ phần protein cũng nằm chìm trong bề dày
màng tế bào, còn phần glucid bám ở phía mặt ngoài màng tế bào một cách lỏng lẻo và toàn bộ bề
mặt ngoài tế bào có một lớp áo glucid lỏng lẻo gồm phần glucid của 3 loại hợp chất kể trên
(glycoproteit, glycolipid, proteolycan). Lớp áo đó được gọi là áo glucid hay vỏ glucid (glycocalix).
Áo glucid có các chức năng quan trọng như sau: Những glucid thường tích
điện âm có tác

dụng xua đổi những vật có tích điện âm, làm các tế bào dính vào nhau khi áo glucid tế bào này bám
vào áo glucid tế bào khác, nhiều glucid là các Receptor để gắn các hormone và cuối cùng là tham
gia một số phản ứng miễn dịch.
3. Sự vận chuyển các chất qua màng
3.1. Hàng rào Lipid và sự vận chuyển qua màng

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 318
Như trên đã nói, màng tế bào chủ yếu là một lớp kép, rải rác nhiều phân tử protein lềnh bềnh
trên mặt lớp Lipid là một hàng rào ngăn không cho nước, hoạt chất tan trong nước qua lại giữa hai
khu vực trong và ngoài tế bào. Tuy nhiên vẫn có một số chất đi qua lớp Lipid kép để ra hoặc vào tế
bào.
Mặt khác, các phân tử protein còn có nhiều cách khác vận chuyển chất qua màng. Phân tử
protein chiếm một chỗở lớp Lipid kép, chỗđó là một con đường thay thế có nghĩ
a là phân tử hay
ion nào không qua được lớp Lipid thì có thể dùng con đường đó mà đi qua màng được. Vậy phần
lớn các protein xuyên màng là protein vận chuyển. Có nhiều lọai protein, mỗi loại có một cách hoạt
động khác nhau. Một số protein có một khoang chứa đầy nước chạy xuyên suốt qua phân tử protein
đó làm thành một con đường hay còn gọi là con kênh, đó là những protein kênh. Lại có những
protein mang, nó gắn với chất cần được vận chuyển, rồi phân tử protein này biến dạng hình thái, do
đ
ó đưa chất được vận chuyển đi qua các khe bên trong phân tử protein, nhờđó qua màng sang mặt
bên kia của màng. Hai loại protein kênh và mang đều có tính chọn lọc cao đối với phân tử hoặc ion
mà nó đưa xuyên qua màng.
Sự vận chuyển các chất qua màng tế bào có thể thực hiện qua một trong hai quá trình cơ bản:
khuếch tán và vận chuyển tích cực. Khuếch tán là sự vận động phân tử ngẫu nhiên của một chất,
làm cho từng phân tử chất đó đ
i qua màng, hoặc lách qua khe liên phân tử của màng, hoặc gắn với
một protein mang. Năng lượng khuếch tán chính là năng lượng tự nhiên sẵn có của vận động cơ học
của vật chất. Ngược lai, vận chuyển tích cực là đưa chất đi xuyên qua màng do kết hợp với protein
mang, lại có thêm sựđi qua ngược thang năng lượng, chẳng hạn nhưđi từ nơi có nồng độ thấp sang

nồng độ cao. Quá trình này đòi h
ỏi phải cung cấp thêm năng lượng từ bên ngoài.
3.2. Sự khuếch tán.
Khuếch tán là sự liên tục vận động của các hạt vật chất, hạt đó có thể là ion, là phân tử nước,
là chất tan trong dung dịch bất kỳ, trong dịch cơ thể hoặc là chất khí từ nơi có nồng độ cao sang nơi
có nồng độ thấp. Sự khuếch tán này phụ thuộc vào nội năng của vật chất tham gia khuế
ch tán. Nội
năng của vật chất, vật lý học là nhiệt, đây chính là sự chuyển động nhiệt, sự chuyển động càng
nhiều thì nhiệt độ càng cao và không bao giờ ngừng, chỉởđộ không tuyệt đối thì mới ngừng chuyển
động.
3.2.1. Khuếch tán đơn thuần qua lớp Lipid kép
Khuếch tán của các chất tan trong mỡ: Người ta thực nghiệm tạo một màng nhân tạo chỉ có
một lớp Lipid kép (không có protein vận chuyển) thì th
ấy yếu tố quan trọng nhất khiến một chất tan
trong mỡ như oxy, nitơ, carbon dioxide và rượu đi qua màng tế bào rất nhanh. Tốc độ khuếch tán
qua màng tỷ lệ thuận với độ tan trong Lipid (Hình 10.2).
Vận chuyển nước và các phân tử không tan trong Lipid.
Mặc dù nước không tan trong Lipid màng tế bào nhưng nước được vận chuyển qua màng rất
nhanh, phần lớn đi thẳng qua lớp Lipid kép, một số qua kênh protein. Nước khuếch tán nhanh tới
mức mộ
t giây nước có thể vào hồng cầu bằng 100 lần thể tích của chúng. Nguyên nhân chưa rõ tại
sao nước qua nhanh, nhưng người ta cho rằng do phân tử nước nhỏ, lại có động năng cao nên phần
kỵ nước của màng chưa kip ngăn thì phân tử nước đã đi qua rồi.
Các ion không khuếch tán qua lớp Lipid kép tuy kích thước nhỏ. Nguyên nhân ngăn cản ion
qua màng là do điện tích với 2 cơ chế khác nhau:

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 319
Điện tích làm cho các phân tử nước gắn vào ion tạo thành những ion gắn nước có kích thước
rất to nên không qua được màng.
Điện tích của ion bịđiện tích của lớp Lipid kép xua đẩy, không cho lọt qua màng.

Hình 10.2. Những cơ chế cơ bản của sự vận chuyển qua màng tế bào .
3.2.2. Khuếch tán đơn thuần qua kênh protein và “cánh cổng” ngăn kênh.
Người ta đã dùng máy tính dựng lại cấu trúc 3 chiều của một protein và chứng minh đó là
những kênh hình ống nối dịch ngoại bào với dịch nội bào. Kênh có tính thấm chọn lọc cao, do kích
thước, do hình dáng và do bản chất điện tích có mặt trong ống kênh có tác động lên chất đi qua
màng.
Cổng c
ủa kênh protein: Cổng này là một phương tiện kiểm soát tính thấm của kênh. Người ta
cho rằng cổng (hay là cánh cổng đóng mở) là sự phát triển của cơ chế phân tử protein vận chuyển.
Cổng có thể khép lại hay mở ra do sự biến đổi hình dạng của phân tử protein. Natri có nhiều ở dịch
ngoại bào, và cánh cổng của kênh natri đóng mởở phía mặt ngoài của màng tế bào, còn kali có
nồng độ cao trong tế bào, cánh cổng của kênh kali
đóng mởở mặt trong tế bào, phía giáp bào tương
(Hình 10-3).
Có 2 cơ chế kiểm soát việc đóng và mở cổng:
Đóng mở do điện thế (Voltage gating) là do điện thế màng làm thay đổi hình dáng phân tử
của cổng. Điện tích âm trong màng làm cổng natri đóng chặt, khi mặt trong màng mất điện tích âm
thì cổng natri mở hàm lượng lớn natri chạy vào qua kênh natri. Đó là nguyên nhân cơ bản của điện
thế hoạt động ở dây thầ
n kinh khi có xung thần kinh.
Đóng mở do chất kết nối (ligand) là sựđóng mở kênh do protein kênh gắn với một phân tử
khác. Phân tử gắn vào được gọi là chất kết nối (ligand). Ví dụ, tác dụng của acetycholin đối với

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 320
kênh acetycholin. Cổng này rất quan trọng đối với việc vận chuyển tín hiệu từ một tế bào thần kinh
này sang một tế bào thần kinh khác.
Hình 10.3. Vận chuyển Ion Na
+
(a) và K
+

(b) qua các kênh protein
3.2.3. Khuếch tán tăng cường.
Khuếch tán tăng cường còn gọi là khuếch tán thuận hoá (facilitated diffusion), đó là sự
khuếch tán dễ dàng hơn và tăng cường độ trở thành dễ thực hiện được. Trong trường hợp này, nếu
thiếu vật mang thì không thực hiện được sự khuếch tán. Vì có vai trò của vật mang nên quá trình
này cũng còn gọi là khuếch tán qua vật mang.
Khuếch tán tăng cường khác khuếch tán đơn thuần qua kênh mở, do một điề
u quan trọng là độ
khuếch tán tăng tỷ lệ thuận với nồng độ chất khuếch tán. Trong khuếch tán tăng cường, tốc độ

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 321
khuếch tán tăng dần tới một điểm tối đa gọi là Vmax, tới đó thì dừng lại dù nồng độ chất khuếch tán
tiếp tục tăng nữa.
Có giả thuyết cho rằng sở dĩ có điểm giới hạn tối đa về tốc độ khuếch tán là vì chất được
khuếch tán khi đi qua phân tử protein mang, đi trong một con đường bên trong phân tử mang đến
giữa
đường thì nghẽn lại vì bị dính vào một nơi gọi là điểm gắn (binding) hoặc còn gọi là điểm tiếp
nhận (Receptor). Sau đó phải có thời gian cho protein mang thay đổi hình dáng khiến cho phân tử
khuếch tán tách được ra khỏi điểm tiếp nhận, và tiếp tục lộ trình đi hết con đường, sang mặt bên kia
của màng tế bào. Thời gian protein mang thay đổi hình dáng, chính là yếu tố giới hạn tốc độ khuếch
tán ở trí số Vmax. Khu
ếch tán tăng cường là cơ chế qua màng tế bào những chất rất quan trọng như
glucose và nhiều acid amin. Người ta đã biết những phân tử protein chất mang có khối lượng phân
tửước chừng 45.000 Dalton và còn có thể vận chuyển những mono saccharide có cấu trúc giống
glucose như manose, galactose, xylose và arabinose. Insulin làm tăng tốc độ khuếch tán tăng cường
của glucose lên gấp 10-20 lần.
3.2.4. Các yếu tốảnh hưởng đối với tốc độ khuếch tán.
Thông thường khi nói một ch
ất khuếch tán qua màng với một tốc độ nào đó thì người ta hiểu
đó là tốc độ khuếch tán thực (net diffusion) vì khi dung dịch một chất có nồng độ khác nhau ở hai

bên màng, thì đồng thời có 2 dòng khuếch tán qua màng với 2 tốc độ khác nhau. Sự khuếch tán từ
bên trong nồng độ cao sang bên nồng độ thấp, với một tốc độ cao. Đồng thời lại có dòng khuếch tán
chất từ bên nồng độ thấp sang bên nồng độ cao vớ
i tốc độ thấp hơn.
Như vậy, tốc độ khuếch tán thực là hiệu giữa tốc độ khuếch tán của 2 dòng vận chuyển chất
theo hai chiều qua màng, đó là tốc độ chúng ta quan tâm vì nó là hiện tượng liên quan tới sự sống
của tế bào. Tốc độ khuếch tán thực chịu ảnh hưởng của 4 yếu tố là: Tính thấm của màng, hiệu nồng
độ chất hai bên màng, hiệu áp suất qua màng và hi
ệu điện thế hai bên màng.
Ảnh hưởng tính thấm của màng đối với một chất (ký hiệu là P - Permeability) là tốc độ
khuếch tán thực chất đó qua một đơn vị diện tích màng, dưới tác dụng của một đơn vị hiệu nồng độ
(khi không có hiệu áp suất và hiệu điện thế). Tính thấm của màng chịu ảnh hưởng của: Bề dày của
màng ( màng càng dày càng khuếch tán chậm); độ tan trong mỡ (
độ tan càng cao, khuếch tán càng
nhan); số lượng kênh protein (tốc độ khuếch tán tỷ lệ thuận với số kênh cho một đơn vị diện tích);
nhiệt độ (tỷ lệ thuận với độ khuếch tán) và khối lượng phân tử chất khuếch tán (KLPT thấp thì dễ
khuếch tán, mối quan hệ này rất đa dạng chứ không đơn giản).
Hệ số khuếch tán của màng được ký hiệu là D (diffusion) chính là tính thấm P của toàn màng,
do đ
ó bằng tính thấm P nhân với diện tích A của toàn màng.
D = P x A
Ảnh hưởng của hiệu nồng độ: Tốc độ khuếch tán thực tỷ lệ với hiệu nồng độ chất hai bên
màng.
Khuếch tán thực = αD (C
0
– C
i
)
Trong đó C
0

là nồng độ ngoài màng (out), C
i
là nồng độ trong màng (in), D là hệ số khuếch
tán.
Ảnh hưởng của hiệu áp suất: Khi có hiệu áp suất lớn hai bên màng thì có dòng vận động phân
tử từ bên áp suất cao sang bên áp suất thấp.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 322
Ảnh hưởng của hiệu điệnthế: Khi có hiệu điện thế hai bên màng thì có một gradient điện qua
màng. Điện tích dương hấp dẫn các ion âm, còn điện tích âm đẩy các ion âm, tạo nên một chênh
lệch nồng độ. Sự chênh lệch nồng độ tăng dần đến mức xu thế khuếch tán do chênh lệch nồng độ
bằng xu thế khuếch tán do hiệu điện thế, tới lúc này hệở tr
ạng thái cân bằng động. ở nhiệt độ cơ
thể (37
0
C), hiệu điện thế tạo cân bằng với hiệu nồng độ của các ion hoá trị một như Na
+
,K
+
,Cl
-
, và
hiệu điện thếđược xác định do phương trình Nerst:
Trong đó EMF là lực điện động (tức điện thế) giữa 2 bên của màng, C
1
, C
2
là nồng độ ion ở
bên 1 và bên 2 của màng. Tính phân cực, tức dấu hiệu điện thếở bên 1 trong phương trình trên là
dương (+) đối với các ion âm, và là âm (-) đối với các ion dương. Hệ thức này là cực kỳ quan trọng

để hiểu bản chất của sự truyền xung thần kinh.
3.2.5. Khuếch tán nước và thẩm thấu.
Nước là chất có số phân tử nhiều nhất đi qua màng. Nước thường khuếch tán qua màng tế
bào. Người ta đã tính rằ
ng trong 1 giây đồng hồ lượng nước vào và ra khỏi hồng cầu bằng khoảng
100 lần thể tích của chính hồng cầu. Tuy vậy bình thường vẫn có sự cân bằng giữa lượng vào và
lượng ra. Cân bằng này được điều hoà chính xác đến mức số phân tử ra bằng đúng số phân tử vào.
Như vậy không có dòng vận chuyển thực (net transport). Tổng số lượng nước đang có trong hồng
cầu giữ nguyên không suy suyển v
ề thể tích. Tuy nhiên, trong một sốđiều kiện có thể phát sinh hiệu
nồng độ nước (tức là chênh lệch nồng độ nước) qua hai bên màng ngăn hồng cầu.
Áp suất thẩm thấu:
Số hạt thẩm thấu (tức nồng độ mol) có tầm quan trọng ở chỗ áp suất thẩm thấu là do số hạt
trong một thể tích, chứ không phải do khối lượng của chất tan trong dung dịch. Số hạ
t của chất
không thấm qua màng, dù hạt to hay nhỏ không ảnh hưởng, mà cứ mỗi hạt không thấm qua màng là
choán chỗ của một phân tử nước. Hạt to, hạt nhỏđều trao đổi năng lượng sang nhau trong vận động
phân tử, để tất cả đều có một động năng trung bình K bằng nhau tất cả, mà giá trị của K theo
phương trình:
K= mv
2
/2 .
Trong đó m = khối lượng; v= vận tốc của hạt
Mỗi hạt thẩm thấu là một phân tử của chất không phân ly, hoặc là một ion của phân tử phân
ly.
Khái niệm về Osmol kilogam so với nồng độ Osmollit:
Áp suất thẩm thấu có giá trị bao nhiêu là do số hạt chất tan chứ không do khối lượng chất tan.
Vì vậy nồng độ chất tan tạo áp suất thẩm thấu không biểu thị bằng số gam mà ph
ải biểu thị bằng số
hạt chất tan. Đơn vị nồng độ số hạt thẩm thấu là Osmol.

Một Osmol là số phân tử có trong một phân tử gam chất không phân ly (không ion hoá), ví dụ
glucose là chất không phân ly và có số phân tử gam bằng 180, vậy 180 gam Glucose là một osmol.
Trong trường hợp NaCl là chất phân ly hoàn toàn trong dung dịch nước và phân tử gam NaCl là

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 323
58,5g; như vậy 58,5g NaCl là 2 osmol. Khi dung dịch có 1 osmol chất tan trong 1 kilogam nước
(1kg), ta nói là nồng độ osmol kilogam (osmolality) của dung dịch đó là 1 osmol cho 1 kg (1
osm/kg).
Trong sinh lý học người ta thường dùng đơn vị miliosmol (mosm). Dịch nội bào và dịch ngoại
bào có nồng độ osmollit (osmolarity). Nồng độ osmollit (osmolarity) có giá trị xấp xỉ như nồng độ
osmolkg (osmolality) (chênh lệch nhau không tới 1%).
Trong tương quan định lượng giữa nồng độ osmolkg và áp suất thẩm thấu, cần thiết phải phân
biệt áp suất thẩm thấu (osmotic pressure) và n
ồng độ osmollit (osmolarity) là 2 khái niệm khác
nhau. Áp suất thẩm thấu là lực biểu thị bằng kg/cm
2
hoặc mmHg, còn nồng độ osmol là nồng độ
biểu thị bằng số hạt/lít. ở 37
0
C nồng độ 1 miliosmol/lít tạo áp suất thẩm thấu 19,3 mmHg. Dịch cơ
thể có 300 mosm, tính ra là 5790 mmHg, nhưng khi đo thực tế chỉđược chừng 5500 mmHg. Có sự
chênh lệch này là do trong dịch cơ thể, nhiều loại ion như Na
+
, Cl
-
hấp dẫn nhau nên vận động như
một hạt phân tử, chứ không như 2 hạt ion. Số hạt osmol giảm thì tác dụng thẩm thấu giảm. Vì vậy
áp suất thẩm thấu đo thực chỉ chừng 0,95 trị số tính toán từ nồng độ osmol.
3.3. Vận chuyển tích cực.
Khuếch tán tích cực là khuếch tán ngược chiều bậc thang điện hoá. Bậc thang điện hoá

(Electrochemical gradient) là tổng các lực tạo ra khu
ếch tán, gồm hiệu nồng độ, hiệu điện thế và
hiệu áp suất. Khuếch tán thụđộng là đi xuôi chiều các bậc thang đó. Sự sống tế bào nhiều khi đòi
hỏi phải khuếch tán ngược bậc thang, ví dụ ta phải đưa K
+
vào tế bào là nơi đã có nồng độ K
+
cao
hơn bên ngoài rất nhiều, hoặc phải đưa Na
+
từ tế bào ra dịch ngoại bào mặc dù là dịch ngoại bào đã
có nồng độ Na
+
cao hơn trong dịch bào. Sự vận chuyển như vậy là đi ngược dòng lên dốc. Trong số
các chất được vận chuyển tích cực qua màng tế bào gồm Na
+
, K
+
, Ca
2+
, H
+,
Cl
-
,i
-
, ion sắt, ion urat,
nhiều loại đường, nhiều acid amin.
Vận chuyển tích cực nguyên phát và thứ phát.
Người ta chia vận chuyển tích cực làm 2 loại tuỳ theo năng lượng được dùng. Loại nguyên

phát dùng năng lượng trực tiếp từ phân giải ATP hoặc hợp chất phosphate giàu năng lượng khác.
Loại thứ phát dùng năng lượng lấy từ bậc thang nồng độ ion, bậc thang này là thứ phát, là hệ quả
của sự vận chuyển tích cự
c trước đó. Cả 2 loại vận chuyển tích cực này đều dùng protein mang là
phân tử xuyên qua bề dày của màng giống như trong khuếch tán tăng cường. Tuy nhiên, protein này
có cách hoạt động khác so với khuếch tán tăng cường ở chỗ protein chia năng lượng cho chất được
vận chuyển.
3.3.1. Vận chuyển tích cực nguyên phát.
Bơm Natri – Kali là cơ chếđược nghiên cứu rất chi tiết, đó là cơ chế bơm ion Na
+
ra khỏi tế
bào, đồng thời bơm ion K
+
vào trong tế bào. Loại bơm này có ở mọi tế bào.
Bơm Natri – Kali là một protein mang gồm 2 phân tử protein hình cầu, một to có KLPT
chừng 100.000 và một nhỏ có KLPT chừng 55.000. Protein to có 3 điểm quan trọng về chức năng:
Có 3 trung tâm tiếp nhận ion Natri, các trung tâm này nằm ở phần protein thò vào bên trong tế bào;
Có 2 trung tâm tiếp nhận ion kali nằm ở phần thò ra bên ngoài tế bào và phần thò vào trong, giáp
với trung tâm gắn Natri có hoạt tính ATPase.
Khi có 3 ion natri gắn vào đầu trong và 2 ion kali gắn vào đầu ngoài của protein mang thì hoạt
tính ATPase được phát đông. Phân tử
ATP tách ra ADP và giải phóng một liên kết giàu năng lượng.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 324
Người ta cho rằng năng lượng này làm thay đổi hình dáng phân tử protein mang, do đó đẩy Na
+
ra
ngoài và K
+
vào bên trong.

Bơm Na
+
- K
+
có vai trò kiểm soát thể tích tế bào, đó là chức năng rất quan trọng. Ta biết rằng
trong tế bào có nhiều ion âm (protein, các chất hữu cơ) có xu thế hấp dẫn ion dương. Nếu hấp dãn
được thì sẽ có quá nhiều ion trong tế bào tạo áp suất thẩm thấu hút nước vào làm tế bào phình ra và
vỡ. Nhưng bơm này đưa 3 ion Na
+
ra mà chỉ cho 2 ion K
+
vào, tức là thực tế cuối cùng có 1 dòng
ion dương chạy ra ngoài tế bào nhờđó có tác dụng thẩm thấu đưa nước ra ngoài tế bào. Mỗi khi vì
lý do nào đó tế bào phình nước thì tựđộng phát động máy bơm Na
+
- K
+
hoạt động tăng cường, nhờ
đó mà thể tích tế bào duy trì bình thường.
Bơm Na
+
- K
+
có bản chất sinh điện vì cứ mỗi vòng quay của bơm thực tếđẩy được 1 ion
dương ra ngoài (3 Na
+
- 2K
+
), tạo điện tích dương bên ngoài, điện tích âm bên trong tế bào.
Bơm calci là một loại bơm vận chuyển tích cực nguyên phát. Nồng độ ion calci trong bào

tương chỉ bằng 1/10.000 ở dịch ngoại bào, nhờ hoạt động của 2 loại bơm Calci. Một loại bơm nằm
trên màng tế bào, bơm Calci ra ngoài tế bào. Một loại bơm nữa, bơm ion Calci vào bào quan, ví dụ
vào mạng nội bào tương hoặc vào tylạp thể. Phân tử protein mang cũ
ng nằm xuyên qua màng tế bào
và cũng có hoạt tính ATPase giống như trường hợp bơm Natri.
Sự bão hoà của vận chuyển tích cực: Sự vận chuyển tích cực có thể bị bão hoà, tức là đạt tới
điểm giới hạn, gọi là V
max
giống như trường hợp giới hạn của khuếch tán tăng cường. Ởđây cũng
vậy, tốc độ phản ứng bị giới hạn do cần có đủ giờ cho protein biến đổi hình dạng mà gắn hay nhả
chất được vận chuyển.
Sự tiêu dùng năng lượng trong vận chuyển tích cực. Năng lượng dùng vận chuyển chất,
không kể phần mất theo nhiệt trong phản
ứng hoá học, là tỷ lệ theo mức độ tập trung chất, còn gọi
là mức độ tăng nồng độ chất. Khi vận chuyển tích cực để một bên màng có nồng đọ cao gấp hàng
trăm lần bên kia màng thì tốn năng lượng gấp 2 lần so với tạo nồng độ cao gấp 10 lần. Nói cách
khác, nhu cầu năng lượng, tỷ lệ thuận với logarit của sự tăng nồng độ chất, theo công th
ức:
Năng lượng ( calo/osmol) =1400log C
1
/ C
2 .
Có nhiều trường hợp tế bào tiêu dùng rất nhiều năng lượng vào việc này, ví dụ tế bào ống thận
và một số tuyến dùng tới 90% năng lượng của mình để tập trung nồng độ chất.
3.3.2. Vận chuyển tích cực thứ phát, đồng vận chuyển và vận chuyển đổi chỗ.
Vận chuyển tích cực thứ phát là loại vận chuyển dùng năng lượng gián tiếp, tức là mượn thế
năng khuếch tán của một chênh lệch nồng độ đã được tạo lập trước đó do vận chuyển tích cực
nguyên phát.
Ta biết rằng, bơm natri đã tạo một nồng độ cao ion natri ngoài tế bào. Nồng độ cao này là một
thế năng có xu hướng là ion natri khuếch tán trở vào, khi trở vào thì xảy ra hiện tượng “nhân tiện

kèm theo” một chất khác. Tuỳ theo cách thức đem đi theo mà gọi là đồng vận chuyển với natri hay
là vận chuyển đổi chỗ với natri. Những chất đi cùng chiều với natri vào tế bào thì đồng vận chuyển
còn những chất cần đi ngược chiều với natri để ra ngoài thì vận chuyển đổi chỗ.
Glucose và acid amin qua màng tế bào do cơ chếđồng vận chuyển với natri: Protein mang có
2 trung tâm tiếp nhận ở phần ngoài của phân tử, một trung tâm nhận natri, một trung tâm nhận
glucose. Natri có nồng độ bên ngoài tế bào cao hơn rất nhiều so v
ới bên trong nên thế năng đi vào
đó cung cấp năng lượng đưa luôn cả glucose vào theo. Protein mang sẽ có biến đổi hình dạng phù
hợp để chuyển 2 chất qua màng. Protein mang có đặc điểm là chừng nào mới tiếp nhận một chất

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 325
natri thì chưa biến dạng để vận chuyển, chỉ khi nào tiếp nhận đủ 2 chất thì mới tựđộng biến dạng và
khi đó chuyển luôn cả 2 chất qua màng trong tế bào. Đồng vận chuyển acid amin cũng tương tự mọi
mặt nhưđồng vận chuyển glucose, chỉ khác là có tới 5 loại protein vận chuyển tương ứng với 5 acid
amin.
Có 2 cơ chếđồng vận chuyển như sau:
Thứ nhất là đồng vậ
n chuyển Natri – Kali – hai Clo, đó là quá trình đưa 2 ion Cl
-
vào tế bào,
đi cùng chiều với ion K
+
và 1 ion Na
+
, đều đi vào.
Thứ hai là đồng vận chuyển Kali và Clorua đưa K
+
và ion Cl
-
từ bên trong tế bào, 2 ion này

cùng nhau ra ngoài. Ngoài ra còn cơ chếđồng vận chuyển các ion I
-
, sắt, urat…
Các ion Ca
2+
và H
+
vận chuyển đổi chỗ với Na
+
. Có 2 cơ chế quan trọng là đổi chỗ Na
+
- Ca
2+
và đổi chỗ Na
+-
- H
+
. Khi đổi chỗ Natri – Calci thì ion natri đi vào tế bào, đổi chỗ cho ion Calci đi ra,
cả 2 ion đều gắn lên một phân tử protein mang, phân tử này biến đổi hình dạng theo phương thức
đổi chỗ. Phương thức này bổ sung cho vận chuyển nguyên phát, calci ở một số tế bào. Cơ chếđổi
chỗ natri – hydro là một quá trình rất quan trọng trong ống lượn của thân, ion natri từ lòng ống đi
vào tế bào ống, đổi chỗ cho ion hydro từ tế bào ống đ
i ra dịch ở lòng ống, như vậy vừa thải được
ion H
+
cặn bã của sự chuyển hoá, vừa giữđược ion natri cần cho cơ thể. Đây là một quá trình rất
quan trọng mà từ lâu nay người ta vẫn thường nói đến đó là sựđổi chỗ Na
+
- H
+

.
Trong sự vận chuyển đổi chỗ còn phải kểđến trao đổi cation giữa một bên màng tế bào là
Ca
2+
hoặc Na
+
, và bên kia màng là Mg
2+
hoặc K
+
. Lại có trao đổi anion giữa ion Cl
-
đi một chiều và
ion bicarbonat hoặc sulfat đi theo chiều ngược lại.
4 . Vận chuyển tích cực qua lớp tế bào.
Cơ chế vận chuyển qua lớp tế bào có 2 bước chính: Vận chuyển tích cực chất qua màng tế bào
vào trong tế bào và khuếch tán đơn thuần hoặc tăng cường qua màng tế bào để ra phía bên kia của
tế bào.
Hai bước vận chuyển trên chỉ là một sơđồđơn giản của sự vận chuyển qua một lớp tế bào.
Trong thực tếđa dạng hơn rất nhiều ví dụ vận chuyển từ trong lòng ống qua lớp biểu mô vào hệ
tuần hoàn nhưở ruột, ởống thận, hoặc vận chuyển theo chiều ngược lại đưa các chất ra phía lòng
ống nhưở túi mật, tuyến ngoại tiết. Phía nào của biểu mô là vận chuyển tích cực (nguyên hoặc thứ
phát) và phía bên nào là khuếch tán đơn (đơn thuần hoặc tăng cường) là tuỳ
từng cơ quan.
YÊU CẦU CẦN NẮM
CHƯƠNG X: SỰ VẬN CHUYỂN CÁC CHẤT QUA MÀNG
Khái niệm về màng. Thành phần cấu tạo của màng. Sự vận chuyển các chất qua
màng
Câu 1: Thành phần cấu tạo của màng?
Câu 2: Sự vận chuyển các chất qua màng?