BASOLATERAL MEMBRANE LÀ GÌ

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

Giới thiệu về màng sinh học

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

Thành phần và cấu trúc của màng sinh học

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

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

Bạn đang xem: Basolateral membrane là gì

Bạn đang xem: Basolateral membrane là gì

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

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

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

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

Bảng 22.1: CTHH một số acid béo không no

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

Hoạt động của lớp màng sinh học

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

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

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

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

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

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

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

Bảng 22.2: Phân bố tỉ lệ các loại lipid màng của một số loại tế bào và bào quan

Khả năng vận chuyển các phân tử của một chất qua màng sinh học có giới hạn do sự tồn tạicủa các kênh (channel) và các kênh vận chuyển (transpoter) chuyên biệt, đặc biệt là đối với các ion, nước và các phân tử ưa nước. Một số chất có thể khuếch tán qua màng sinh học mà không cần thông qua các kênh hay transpoter này.

Lượng O2, CO2, NO, CO có thể khuếch tán qua màng phụ thuộc vào gradient nồng độ của chúng, còn sự khuếch tán các phân tử kị nước qua màng phụ thuộc vào khả năng hòa tan các hợp chất đó trong màng. Mặc dù nước có thể khuếch tán qua màng sinh học nhưng cơ thể cần phải có các aquaporin để có thể thiết lập sự cân bằng nhanh chóng giữ 2 quá trình xuất và nhập nước của tế bào để duy trì trạng thái sinh lí cơ thể ổn định.

Xem thêm: Nghĩa Của Từ See To Là Gì ? Nghĩa Của Từ See Trong Tiếng Việt

Hình 22.6: Các phân tử kết dính

Các kênh trên màng sinh học

Hình 22.7: Một số chức năng của tế bào thực hiện thông qua màng tế bào

Hình 22.8: Các kiểu vận chuyển ion qua các kênh và các transporter

Có 3 loại kênh màng:

Hình 22.9: Cấu trúc điển hình của một AQP

Hình 22.10: Mô tả hoạt động của kênh AQP-2 ở ống góp thận.

2.Kênh trụ β (β-barrel channels) hay còn gọi là porin: có cấu trúc trụ β gồm các domain gian màng được tạo thành bởi các chuỗi β. Các kênh này được tìm thấy ở trên màng ngoài của ti thể, có bản chất là một kênh phụ thuộc ion âm và tham gia quá trình cân bằng nội mô ở ti thể và apoptosis.

3.Pore-forming toxins: kênh này được tìm thấy đầu tiên ở vi khuẩn và chỉ có vài kênh này ở các tế bào động vật có vú. Defensin là một họ những protein kháng sinh nhỏ giàu cysteine, tạo nên các kênh pore-forming trong tế bào biểu mô và tế bào gốc tạo máu. Defensin có vai trò trong quá trình đề kháng chống lại vi khuẩn của cơ thể và trong điều hòa nội tiết khi cơ thể nhiễm trùng.

Transporter màng tế bào

Transporter (còn gọi là carrier, permease, translocator, translocase, porter) khác với kênh ở chỗ chúng bám vào các phân tử và ion để thúc đẩy quá trình chuyển động qua màng của các chất này. Quá trình vận chuyển các chất được đánh giá trong các nghiên cứu về động lực học của enzyme bằng một hệ thồng đo lường động học (kinetic parameter). Mỗi transporter chỉ bám vào vài loại phân tử nhất định. Hoạt động của transpoter có thể bị ảnh hưởng bởi chất ức chế cạnh tranh và chất ức chế không cạnh tranh. Các transporter được phân lại dựa vào đặc điểm của quá trình vận chuyển các chất của chúng: (1) Uniporter: vận chuyển 1 phân tử trong 1 lần, (2) symporter: vận chuyển 2 phân tử khác nhau theo cùng 1 hướng trong 1 lần, (3) Antiporter: vận chuyển 2 phân tử khác nhau theo 2 hướng ngược nhau trong 1 lần.

Xét về cơ chế vận chuyển, transporter được chia làm 2 loại:

1.Vận chuyển trung gian thụ động (hay còn gọi là khuếch tán được hỗ trợ): vận chuyển các chất theo gradient nồng độ. Ví dụ glucose transporter, glucose/hexose transporter (xem phần Glycolysis) và kênh K+.

2.Vận chuyên tích cực: vận chuyển ngược chiều gradient nồng độ và cần năng lượng từ một phản ứng khác (thường là phản ứng thủy phân ATP). Các transporter tham gia quá trình vận chuyển dùng năng lượng từ sự thủy phân ATP được gọi là ATPase vì chúng được tự phosphoryl hóa (autophosphorylated) bởi ATP. Có 4 loại ATPase

a.ATPase loại E (E-type ATPases) nằm trên bề mặt tế bào, thủy phân các nucleoside triphosphates (bao gồm cả ATP ngoại bào), ATPase loại này hoạt động phụ thuộc vào Ca2+ hay Mg2+ và chúng không nhạy với các chất ức chế đặc hiệu của ATPase loại P, loại F, loại V.

b.ATPase loại F (F-type ATPases) có chức năng vận chuyển H+ trong ti thể trong quá trình phosphoryl hóa oxi hóa. Loại này còn có các motor quay (rotary motor).

c.ATPase loại P (P-type ATPases) được tìm thấy nhiều nhất trên màng sinh học, tham gia quá trình vận chuyển H+, K+, Na+, Ca2+, Cd2+, Cu2+, and Mg2+. Đây là một họ transporter lớn ở cả tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực. Các ATPase loại này được chi thành nhóm 5 nhóm (P1-P5) và các nhóm này được chia thành các nhóm nhỏ hơn (A,B,C,…). Ví dụ ATP nhóm P2 có các nhóm nhỏ A,B,C,D. ATPase loại P có một cấu trúc domain bào tương lõi (core cytoplasmic domain structure) gồm vùng phosphorylation (P domain), vùng bám nucleotide (N domain) và vùng kích hoạt(A domain); và 10 xoắn gian màng (transmembrane helixes) được kí hiệu từ M1-M10, trong đó từ M1-M6 tạo vùng vận chuyển màng (membrane transport domain)

d.ATPase loại V (V-type ATPases) có trong các nang có tính acid và lysosome, có cấu trúc tương đồng với ATPase loại F và cũng có motor quay (rotary motor) như ATPase loại F.

e.ATPase loại A (A-type ATPases) là các kênh vận chuyển có ở vi khuẩn cổ(archaea bacterial transporters)có chức năng như ATPase loại F.

Na+-K+-ATPase

Chúng được tìm thấy trên màng sinh học và là ATPase được nghiên cứu nhiều nhất. ATPase này hay còn gọi là bơm Na+,K+; vận chuyển 3 Na+ ra ngoài và 2 K+ vào trong tế bào (chính điều này đã tạo nên gradient điện hóa và là cơ sở cho tính nhạy điện hóa của tế bào thần kinh). Sự vận chuyển Na+ ra ngoài tê bào của các ATPase này đã giúp điều hòa lượng nước trong tế bào. Các hoạt động này cần năng lượng lấy từ ATP được tạo ra từ quá trình oxi hóa glucose ở hệ thần kinh trung ương.

Hình 22.11: Cấu tạo của một Na+/K+ ATPase

Na+,K+-ATPases thuộc nhóm nhỏ C, nhóm P2 của ATPase loại P. ATPase này gồm 2 tiểu đơn vị α và β. (1) Tiểu đơn vị α (≈113 kD) có diện ATP, Na+, K+ bám vào và diện phosphorylation. Vùng tự phosphoryl của ATPase loại P được gọi là vùng P. Ngoài ra, ATPase loại P còn trải qua các quá trình phosphoryl của các kinase khác. Tiểu đơn vị β (≈35 kDa glycoprotein) có vai trò xác định vị trí ATPase trên màng bào tương và hoạt hóa tiểu đơn vị. Tiểu đơn vị α và β đều có vài đồng dạng, mỗi đồng dạng có kiểu phân bố khác nhau ở các loại mô. Bộ gen người có 4 gene mã hóa tiểu đơn vị α và 3 gene mã hóa tiểu đơn vị β.Đồng dạng α1 thường gặp nhất và có mặt ở khắp nơi trên cơ thể; đồng dạng α2 thường gặp ở mô cơ, mô mỡ, não và phổi; đồng dạng α3 tìm thấy trong tim và neuron; đồng dạng α4 chỉ được tìm thấy trong tinh hoàn. Đồng dạng β1 cùng với đồng dạng α1 tạo nên phức hợp α1β1 có mặt ở khắp nơi trong cơ thể; đồng dạng β2 thường được tìm thấy ở các thế bào tim và tế bào neuron; đồng dạng β3 thường gặp ở tinh hoàn và các neuron đang phát triển.

Các đồng dạng α, β và họ protein FXYD (các protein có cùng một phần chuỗi khóa gồm 35 amino acid trong đó có amino acids FXYD) kết hợp với nhau tạo nên rất nhiều phức hợp. Họ FXYD của các protein phân mảnh gian màng đơn nhỏ (small single transmembrane-segment protein) có ít nhất 7 loại từ FXYD1-FXYD7. FXYD1 (còn được gọi là phospholeman), FXYD2 (còn được gọi tiểu đơn vị γ của Na+,K+-ATPase),FXYD3 (còn gọi là Mat-8), FXYD4 (còng đợc gọi là yếu tố hậu lập corticosteroid hormone - corticosteroid hormone-induced factor, CHIF)và FXYD7 là các tiểu đơn vị hỗ trợ của Na+,K+-ATPases, giúp điều hòa hoạt động của ATPase này bằng lộ trình mô chuyên biệt (tissue-specific way) và con đường đồng dạng chuyên biệt (isoform-specific way). FXYD5 còn được gọi là dysaherin và FXYD6 được gọi là phosphohippolin.

Đầu tiên, ATP bám vào Na+,K+-ATPase, Na+ nội bào gắn vào bơm này và bắt đầu quá trình thủy phân ATP, phosphoryl hóa Asp ở motif DKTGT trong vùng P của tiểu đơn vị α của tất cả các ATPase loại P, và vùng N xảy ra quá trình tự phosphoryl hóa. Sau quá trình phosphoryl hóa, ADP được tạo thành; Na+,K+-ATPase được tái cấu trúc và phóng thích Na+ ra ngoài tế bào. Sau đó K+ ngoại bào được gắn vào bơm, kích hoạt quá trình khử phosphoryl hóa (dephophorylation) của tiểu đơn vị α giúp ATP có thể tiếp tục được gắn vào bơm. Sau đó, vùng P tiếp xúc với vùng A (vùng chứa Glu xúc tác ở TGE motif) . Quá trình khử phosphoryl hóa và việc ATP bám vào bơm làm bơm trở lại cấu trúc ban đầu, đưa K+ vào trong tế bào. Tại thời điểm này, bơm có thể tiếp tục đưa Na+ ra ngoài tế bào.

Xem thêm: Top 18 Máy Nhảy Knox Là Gì Hay Nhất 2022, Điện Thoại Samsung Nhảy Knox Ảnh Hưởng Ra Sao

Na+,K+-ATPases là thụ thể của các steroid trợ tim nội sinh (endogenous cardiotonic steroidcũng như là độc chất từ thực vật hay các động vật lưỡng cư. Các chất này bám vào bơm làm hoạt hóa các kinase như Src và PI3K làm thay đổi tính bám dính của tế bào (cell adhesion) và quá trình phát triển của tế bào. Các steroid trợ tim nội sinh (hay còn gọi là cardiac glycoside) là các chất ức chế chuyên biệt của Na+,K+-ATPases, được phân lập từ tuyến thượng thận, mô tim, hạ đồi, và thấu kính mắt (cataractous lenses). Pregnenolone và progesteron là những tiền chất trong quá trình sinh tổng hợp ouabain nội sinh (còn gọi là g-strophanthin) và diogxin nội sinh. Oubain và diogxin còn được gọi là cardenolides. Ouabain ngoại sinh là những hợp chất độc tổng hợp từ hạt chin của cây Strophanthus gratus ở Châu Phi và vỏ cây Acokanthera ouabaio. Một loại khác của steroid trợ tim nội sinh là các bufadienolides chứa các chất : marinobufagenin, marinobufotoxin (the C3-site arginine-suberoyl ester of marinobufagenin), telocinobufagin (dạng rút gọn của marinobufagenin) và 19-norbufalin. Còn rất nhiều steroid trợ tim nội sinh ở trong cơ thể các động vật có vú. Progesteron không là tiền chất để tổng hợp marinobufagenin. Trong khi đó, mevastatin (một loại thuốc statin ức chế enzyme HMG-CoA reductase) làm giảm quá trình sinh tổng hợp marinobufagenin. Điều này chứng tỏ cholesterol là tiền chất để tổng hợp bufadienolide ở động vật có vú.

Họ transporter ABC

Họ transporter ABC là một siêu họ (superfamily) kênh vận chuyển cần ATP. Tất cả các transporter thuộc siêu họ này của màng tế bào đều có vùng cho ATP bám vào và sử dụng năng lượng từ sự thủy phân ATP để thực hiện quá trình vận chuyển các chất qua màng tế bào. Hiện nay, người ta đã biết 48 transporter của transporter ABC và chúng được phân chia thành 7 họ dựa vào quá trình tạo thành các transporter này. 7 họ này được kí hiệu từ ABCA đến ABCG, kí hiệu của các transporter trong cùng 1 họ khác nhau ở số cuối cùng (ví dụ ABCA1). Bảng dưới đây chỉ trình bày vài transporter có chức năng đã được xác định hay đã được đánh giá chức năng trong phòng thí nghiệm.