Hệ thống màng sinh học

Chương II

Hệ thống màng sinh học


NỘI DUNG
1. Khái niệm, lịch nghiên cứu cấu trúc màng sinh học
2. Mô hình cấu trúc màng: các thực nghiệm nghiên
cứu
3. Thành phần hóa học của màng
4. Các tính chất và đặc trưng của màng sinh học
5. Các chức năng của màng sinh học


Khái niệm màng sinh học
+ Tất cả các màng của tế bào (màng sinh chất, màng các bào quan) tạo
nên hệ thống màng sinh học. Các loại màng sinh học có cùng một cấu
trúc cơ bản là có lớp phospholipid kép (unit membrane)
+ Màng sinh chất (Plasma membrane) bao quanh tế bào chất có chứa
các phân tử hữu cơ là màng sinh học xuất hiện đầu tiên
+ Trong quá trình tiến hóa, màng sinh chất phân hóa vào khối tế bào
chất tạo ra hệ thống màng nội bào: màng mạng lưới nội chất, màng ti
thể, màng nhân, …có cấu trúc đặc thù đảm bảo các chức năng riêng
biệt của chúng.
+ Đối với các dạng tế bào khác nhau, cấu trúc màng có thể khác nhau
về hàm lượng các chất, kiểu khu trú của các phân tử trong màng, hoặc
có thể biến đổi về siêu cấu trúc để thực hiện chức năng đặc biệt.


Các loại màng sinh học ở tế bào eukaryote
Hai mặt của màng:

– Internal face
(cytosolic face): and
External face
(exoplasmic face):

Cơ quan tử nào
có cấu trúc
màng đôi ?
– Nucleus
– mitrochon
drion
– chloropla
st


History of the Plasma Membrane
1665: Robert Hooke
1895: Charles Overton - composed of lipids
1900-1920’s: must be a phospholipid
1925: E. Gorter and G. Grendel - phospholipid bilayer
1935: J.R. Danielli and H. Davson – proteins also part, proposed the
Sandwich Model
1950’s: J.D. Robertson – proposed the Unit Membrane Model
1972: S.J. Singer and G.L. Nicolson – proposed Fluid Mosaic Model


Mô hình cấu trúc khảm lỏng của màng sinh học

- Theo Singer-Nicolson (1972) thì protein đị nh khu phân tán trong màng t ạo nên c ấu
trúc khảm (Mô hình khảm lỏng của màng sinh ch ất).

+ Các phân tử lipit phân cực sắp xếp thành lớp lipit kép
+ Các phân tử cholesterol xếp xen kẻ vào giữa các phân t ử photpholipit
+ Protein màng sắp xếp rải rác vào lớp photpholipit (sắp x ếp kh ảm).


Mô hình nào đúng?
Kỹ thuật hiển vi khắc lạnh (Freeze-fracture
electron microscopy)
+ miếng mô nhỏ sẽ được làm lạnh đột ngột trong
Nitơ lỏng (-180oC) và tách đôi trong chân
không bằng dao cắt tiêu bản hiển vi.
+ Một màng cực mỏng Cacbon và Platin được
cho lắng đọng trên bề mặt mô.
+ Cuối cùng mô được cho tiêu hết bằng enzym
và để lại âm bản (bản khắc) Cacbon-Platin
phản ánh đúng như cấu trúc của bề mặt
màng bị tách.
+Kết quả nghiên cứu hiển vi điện tử các bản
khắc màng cho thấy rõ ràng sự có mặt của
các protein nằm xuyên qua cấu trúc kép lipid
(tạo thành các "mấu lồi" trên bản khắc
lạnh).

Fluid-Mosaic Model


Thành phần cấu trúc màng sinh học
Đặc điểm cấu tạo chung của các màng sinh học:
- Là lớp màng mỏng (lipoprotein) có độ dày từ 7-10 nm
-

Thành phần hóa học gồm:
+ Lipit (25-75%):
+ Protein (25-75%);
+ Glucid (5-10%).


Thành phần, tổ chức cấu trúc và chức năng Lipit
màng

- Phospholipids:
+ Các phosphoglycerid: gồm một khung glycerol,
hai chuỗi acid béo và một nhóm rượu được phosphoryl
hoá (hình ).
+ Sphingomyelin: có bộ khung là Sphingosine
(không có glycerol) liên kết với phosphocholine bằng
cầu nối phosphoeste.
- Glycolipids: Gồm đường kết hợp với axit béo (lipit),
không có glycerol và gốc phosphate
- Sterols: Cholesterol (ở động vật); Ergosterol (ở nấm);
Stigmasterol (ở thực vật)


P.ethanolamine

P.choline

P.serine

P.linositol

Các lipit chủ yếu trong màng tế bào đượ c chia thành 3 nhóm chính:
Phospholipid
Phosphoglycerides:
+ Phosphatidylcholine (PC)
+ Phosphatidylethanolamine (PE)
+ Phosphatidylinositol (PI)
+ Phosphatidylserine
(PS)

Sphingomyelin

Glycolipids
Sterols
+ Cholesterol (ở động vật)
+ Ergosterol (ở nấm)
+ Stigmasterol (ở thực vật)


Phospholipid
- Có ở tất cả các màng sinh học, chiếm khoảng 55-57%
trong màng.
- Thành phần cấu tạo: Gồm một rượu đa chức (Glycerol
hoặc sphingosine) đã được phosphoryl hóa (đầu ưa nước)
liên kết với 1 hay 2 chuỗi axit béo (đuôi kỵ nước)).
- Phân loại
+ Phosphoglycerides: Gồm các Phospholipid được hình
thành từ Glycerol
+ Phosphatidylcholine (PC)

+ Phosphatidylethanolamine (PE)
+ Phosphatidylinositol (PI)
+ Phosphatidylserine
(PS)

+ Sphingomyelin: là phospholipid màng duy nhất không
bắt nguồn từ glycerol, nó bắt nguồn từ sphingosine.


P.ethanolamine

P.choline

P.serine

P.linositol


Phosphatidylcholin, là một loại phospholipid hầu như chỉ tìm
thấy ở nửa lớp ngoài của màng, gồm có một đầu phân cực
(cholin mang điện tích dương, phosphat mang điện tích âm và
một glycerol không phân cực) được nối với hai sợi acid béo kỵ
nước, nếp gấp trong đuôi bên phải tạo ra do nối đôi (Hình 2.1);
như vậy đuôi chưa bảo hòa, phospholipid như vậy sẽ ít gắn
chặt với nhau và nhờ thế màng sẽ linh động hơn.


Sphingolipid: là một nhóm lipid màng mà
trong cấu trúc không có glycerol
Phosphocholine

head group
Sphingosine

Fatty acid



Figure . The parts of a phospholipid molecule. Phosphatidylcholine, represented
schematically (A), in formula (B), as a space-filling model (C), and as a symbol
(D). The kink due to the cis-double bond is exaggerated in these drawings for
emphasis.


Trạng thái no và chưa no của acid béo
và ảnh hưở ng của liên kết C=C đến hình dạng của acid béo


Đặc điểm cấu trúc của lớp photpholipit kép

+ Cấu trúc của phân tử
phospholipit điển hình
- Vùng cấu trúc của phân tử
chứa P, O và N là ưa nước.
+ Vùng cấu trúc của phân tử
chứa nhiều "C" và "H" là kị
nước.


Glycolipid
- Các

glycolipid được tìm thấy chủ yếu ở tấm đơn phía ngoài của màng
tế bào, chiếm khoảng 5% tổng số các phân tử lipid của lớp đơn
phía ngoài.
- Khác với phospholipid, các glycolipid có nhóm hydroxyl ở đầu của
khung lipit liên kết với một hay nhiều phân tử đường (chứ không
phải là bị phosphoryl hóa)


Vai trò của Glycolipid
(1)

bảo vệ màng khỏi các điều kiện khắc nghiệt như pH thấp và sự
phân giải của các enzyme;
(2) tạo ra các ảnh hưởng về điện tích, góp phần tạo nên điện thế
màng và có thể thay đổi nồng độ các ion - đặc biệt là ion Ca 2+ ở
ngoài màng;
(3) Làm lớp cách điện như ở màng myelin, tạo nên sự cách điện trên
các trục của các tế bào thần kinh;
(4) Là các thụ thể của tế bào như GM1 là thụ thể nhận biết độc tố vi
khuẩn tả trên bề mặt của tế bào, hơn nữa chúng có thể giúp tế bào
gắn vào các tế bào khác.


Thực nghiệm nghiên cứu cấu trúc của lớp phospholipid kép
Trong dung dịch, phospholipid có thể
hình thành các thể cấu trúc khác nhau:
+thể Micelles (đầu ưa nước hướng ra
ngoài, các đầu kị nước của chúng quay
lại với nhau và vào trong)the và

+ liposome (lớp lipit kép bao quanh các
bóng hình cầu)


Cholesterol 
- Tên gọi: Xuất phát từ tiếng Hi Lạp chole- (mật)
và stereos (rắn), vì nó đượ c Francois poulletier de
la Salle phát hiện lần đầ u vào năm 1769 từ sỏi mật.
- Công thức cấu tạo:
- Nguồn gốc:
+ Nội sinh: Được sản xuất hàng ngày trong
gan, ruột, tuyến thượng thận, cơ quan sinh sản ....
+ Ngoại sinh: Từ thức ăn (mỡ động vật, trứng,
nội tạng vv).
- Chức năng: Ổn định màng