Bài giảng môn Sinh học - Sự vận chuyển các chất qua màng

4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*KHOA SINH HỌCTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCMSVTH: Phạm Thị HồngGVHD: Trần Thanh ThủySự vận chuyển các chất qua màng4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Để tồn tại, sinh trưởng và phát triển, vi sinh vật phải thường xuyên trao đổi chất với môi trường bên ngoài qua màng tế bào.Màng tế bào là màng bán thấm, bất đối xứng và có tính lỏng.Chức năng chủ yếu của màng là tấm bình phong ngăn trở dòng các chất ra, vào tế bào. Nó đảm bảo cho tế bào hấp thụ được các chất dinh dưỡng và đào thải chất dư thừa, độc hại.Vì tế bào cần rất nhiều loại chất dinh dưỡng, nguyên tố khác nhau cả về kích thước, hình dạng, cấu trúc. Nên sự vận chuyển các chất ra vào màng tế bào cũng có nhiều hình thức khác nhau.Đặt vấn đề4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Vậy có những hình thức vận chuyển nào? Theo cơ chế nào? Sự vận chuyển các chất qua màng4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Màng bị biến dạngXuất bàoNhập bàoMàng không bị biến dạngVận chuyển tích cựcVận chuyển thụ độngVận chuyển các chất qua màng4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Vận chuyển thụ độngHiện tượng khuếch tán:Sự khuếch tán qua màng:2.1. Khuếch tán đơn giản2.2. Khuếch nhờ permeazaa. Khuếch tán nhờ chất vận chuyểnb. Khuếch tán qua kênhVai trò của vận chuyển thụ độngĐịnh nghĩa:Vận chuyển thụ động: Sự vận chuyển các chất tuân theo nguyên lý khuếch tán và không tiêu tốn năng lượng.Tính chất:Đi ngược gradien nồng độ.Không sử dụng năng lượng.Chất tan đi từ nơi nồng độ cao tới nơi nồng độ thấp.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Quan sát và nhận xétNhận xét:Sau khi cho phẩm nhuộm vào ly thì màu vàng lan ra toàn bộ ly nước Ly nước có màu vàng nhạt.Kết luận:Trong cốc nước các phân tử phẩm màu đã di chuyển từ nơi có nồng độ cao sang nơi có nồng độ thấp Đây là hiện tượng khuếch tán1.1. Khuếch tán: 4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*1.1. Khuếch tán:Khái niệm : Khuếch tán là sự chuyển động của các phân tử từ vùng có nồng độ cao tới vùng có nồng độ thấp hơn và hướng tới các trạng thái cân bằng.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Sự khuếch tán qua màng: 2.1. Khuếch tán đơn giản: Các phân tử nhỏ, phân cực và tan trong lipid nhưng không tích điện có thể khuếch tán ra vào tế bào. Màng tế bào không cho các chất tan trong nước đi qua nhưng nước lại có khả năng ra vào màng 1 cách dễ dàng.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Cip: Khuếch tán đơn giản:4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Chất tan được chuyển qua màng nhờ protein vận chuyển được gọi là permeaza.Mỗi permeaza chỉ có 1 trung tâm liên kết đặc hiệu với 1 loại chất hòa tan.Tốc độ vận chuyển nhanh.2.2. Khuếch tán nhờ permeaza:4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Khi nhận biết và cố định chất hòa tan, các protein chuyển các chất này qua màng bằng nhiều cách như biến đổi hình thể, quay hay con thoi.2.1. Khuếch tán nhờ permeaza:a. Khuếch tán nhờ các chất vận chuyển: Cơ chế chung:Protein ở trạng thái sẵn sàng. Protein nhận phân tử chất hòa tan qua màng.Protein đưa phân tử chất hòa tan qua màng.Protein trở lại trạng thái ban đầu, bắt đầu chu trình vận chuyển mới4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*a. Khuếch tán dễ nhờ các chất vận chuyển:VÍ DỤ: Sự vận chuyển glucose qua màng gồm 4 bước :Liên kết glucose-proteinBiến đổi hình thể proteinChuyển glucose qua màngTái lập hình thể ban đầu4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*2.2. Khuếch tán dễb. Khuếch tán qua kênh: Các kênh ion phải đủ lớn để các phân tử chất tan đi qua. Vận tốc cao (So với sự vận chuyển nhờ chất mang). Các kênh có tính chuyên biệt cao, thường chỉ cho phép vận chuyển đơn hướng.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Vai trò của vận chuyển thụ độngTế bào là một cỗ máy tự điều hòa hoạt động một cách tiết kiệm nhất, hiệu quả nhất. Sự vận chuyển thụ động cung cấp cho tế bào chất dinh dưỡng mà không cần năng lượng.Nhờ vậy, nước có thể thường xuyên ra, vào tế bào 1 cách dễ dàng. Đó là một trong những yêu cầu căn bản của sự sống.Vì thế, vận chuyển thụ động là một quá trình không thể thiếu của tế bào sống.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*VẬN CHUYỂN TÍCH CỰCII.1. Định nghĩa :Vận chuyển tích cực là: Sự vận chuyển cần năng lượng có nguồn gốc tế bào, để chuyển các phân tử hay các ion qua màng ngược với khuynh độ hóa học hay điện hóa. II.2. Tính chất : Chất hòa tan đi ngược khuynh độ điện hóa.Cần năng lượng.Có tính chuyên biệt.Một pemeaza có thể có nhiều trung tâm không liên kết.Tốc độ vận chuyển rất nhanh và có mức bão hòa.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*II.3. Cơ chếNhững hiện tượng vận chuyển có thể xảy ra:Vận chuyển trực tiếp.Trường hợp: 1 kiểu chất hòa tan.Trường hợp: 2 kiểu chất hòa tan.Vận chuyển gián tiếp (Cấp 2).Đồng chuyển.Đối chuyển.Chuyển dịch nhóm.Hệ thống ABC.Vận chuyển trực tiếpa. Trường hợp một kiểu chất hòa tan.Các protein vận chuyển trực tiếp nhờ thủy giải ATP chỉ cho 1 chất hòa tan đi qua màng theo 1 hướng xác định (bơm H+ ,bơm Ca2+) 4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Bơm H+ (Vận chuyển tích cực trực tiếp )Cơ chế:Chất tan liên kết với protein vận chuyển.Phosphoryl hóa protein.Thay đổi hình thể protein. Phóng thích chất hòa tan và nhóm phosphat; Trở lại hình thể ban đầu.Vận chuyển trực tiếpb.Trường hợp hai kiểu chất hòa tanVi sinh vật có khả năng tích lũy một số chất với nồng độ cao hơn nhiều so với nồng độ bên ngoài. Protein có 2 vị trí liên kết chất hòa tan, mỗi vị trí chuyên biệt cho 1 loại chất hòa tan.Ví dụ: Nồng độ K+ trong tế bào. Tuy nhiên, để đảm bảo độ trung hòa điện tế bào cũng đồng thời thải ra bên ngoài các ion Na+.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Vận chuyển trực tiếpb.Trường hợp hai kiểu chất hòa tan4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Bơm Na+/K+ Cơ chế:Chất hòa tan 1 liên kết với protein.Phosphoryl hóa protein.Thay đổi hình thể protein.Giải phóng chất hòa tan 1, protein biến đổi hình thể tiếp nhận chất hòa tan 2.Loại bỏ nhóm phosphat và chất hòa tan 2 đi vào tế bào.Protein trở lại hình thể ban đầu.b.Trường hợp hai kiểu chất hòa tan4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Vận chuyển gián tiếpSự bơm proton ra khỏi tế bào là hoạt động chủ yếu tạo nên khuynh độ điện hóa màng (thường là H+). Khuynh độ điện hóa này trở thành lực dẫn proton, giúp H+ trở lại tế bào cùng với sự vận chuyển 1 chất hòa tan khác ( ngược với khuynh độ điện hóa của chất đó ) qua các protein vận chuyển chuyên biệt của màng. Quá trình này được gọi là đồng vận chuyển4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Vận chuyển gián tiếpCó 2 loại đồng vận chuyển:Đồng chuyển:Đối chuyển: Năng lượng của đồng vận chuyển là lực dẫn proton có nguồn gốc từ sự vận chuyển tích cực H+ có sử dụng năng lượng ATPĐồng vận chuyển còn được gọi là vận chuyển gián tiếp.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Đồng chuyểnCơ chế:Protein quay ra ngoài và nhận H+.Sự kết hợp với H+ làm protein thay đổi hình thể để nhận chất hòa tan S bên ngoài màng.Sự kết hợp với S làm protein thay đổi hình thể và phóng thích H+ và S vào trong màng.Protein trở lại hình dạng ban đầu và bắt đầu chu trình mới. 4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Đồng chuyểnĐối chuyển4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Đối chuyểnCơ chế :Protein quay ra ngoài và nhận H+.Sự kết hợp với H+ làm protein thay đổi hình thể để nhận chất hòa tan S bên trong tế bào.Sự kết hợp với S làm protein thay đổi hình thể và phóng thích H+ và S ra ngoài tế bào.Protein trở lại hình dạng ban đầu và bắt đầu chu trình mới. Chuyển dịch nhóm :Chỉ có ở vi sinh vật, thường là sự vận chuyển các đường.Chuyển dịch nhóm do nhiều enzym tiến hành thông qua quá trình chuyển dịch nhóm phosphat nên được gọi là hệ thống phosphotransferase.Vì đã bị biến đổi nên phân tử đường không thể đi ngược lại qua màng. Giúp vi sinh vật tích lũy được chất dinh dưỡng trong môi trường nghèo chất dinh dưỡng.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Chuyển dịch nhóm :Hệ thống phosphotransferase ở vi khuẩn E.coli gồm 24 protein được Kundig phát hiện năm 1964.Quá trình vận chuyển gồm:HPr là 1 protein bền nhiệt.enzyme I chung cho các loại đường enzyme II là các protein xuyên màng đặc hiệu cho 1 loại đường4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Chuyển dịch nhóm :Cơ chế :EI chuyển phosphat từ PEP (phosphoenolpyruvat) đến HPr:HPr +PEP→ HPr-P + pyruvateEII chuyển phosphat từ HPr đến C-6 của đường.Enzyme II tiếp nhận và phosphoryl hóa phân tử đường và chuyển vào trong tế bào. Do đó đường không đi ngược ra khỏi tế bào.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Hệ thống ABCVi khuẩn Gram âm chứa 1 vùng không gian giữa màng tế bào và lớp màng ngoài gọi là khoang chu chất.Khoang chu chất chứa loại protein, trong đó có nhiều protein tham gia vận chuyển. Chúng được gọi là protein liên kết .Hệ thống vận chuyển ABC gồm:Protein màng ngoài.Protein liên kết.Protein màng tế bào.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Hệ thống ABC4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Ái lực liên kết cực kì cao của protein liên kết giúp chúng có khả năng liên kết với cơ chất ở nồng độ rất thấp (10-6 M).Hiện tượng vận chuyển sẽ xảy ra nhờ sự hoạt hóa năng lượng lấy từ ATP.Hệ thống ABC4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Cơ chế :Protein liên kết nhận biết và vận chuyển phẩn tử chất tan tới protein màng.Protein liên kết thay đổi hình dạng và kết hợp với protein màng tương ứng.Protein được hoạt hóa nhờ ATP (ATP→ ADP + Pi).Phân tử chất mang được giải phóng.Protein màng và protein liên kết trở lại hình dạng ban đầu, chuẩn bị sẵng sàng tiếp nhận một cơ chất mới.Hệ thống ABCMặc dầu, các vi khuẩn Gram+ thiếu 1 vùng chu chất. Song hệ thống vận chuyển nhờ protein liên kết cũng có trong 1 số vi khuẩn ở nhóm này.Ở các vi khuẩn Gram+, các protein liên kết không vận động được mà bị neo vào màng tế bào nhưng cũng có ái lực cực kì cao với cơ chất tương ứng.Giống với vi khuẩn Gram-, khi các protein liên kết đã gắn với cơ chất thì chúng sẽ tương tác với thành phần xuyên màng tại nơi mà sự vận chuyển qua màng xảy ra có tiêu phí ATP.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*II. 4. Vai trò của vận chuyển tích cựcDuy trì tình trạng ion xác định trong tế bào. Tế bào phải ngăn cản sự hấp thu hay mất nước quá mức bằng cách điều hòa nồng độ các chất hòa tan bên trong tế bào. Vận chuyển bổ sung vào kho dự trữ các chất : amino axit, một số loại ion.Tham gia vào nhiều hoạt động chuyển hóaGiúp cho tế bào chủ động trong việc dự trữ chất dinh dưỡng.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Xuất bào và nhập bào.Tế bào vận chuyểncác chất có kích thước lớn nhờ các hiện tượng:Xuất bào.Nhập bào.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Xuất bào.Quá trình này gồm hai bước:Bóng màng chứa các đại phân tử di chuyển tới màng nguyên sinh chất Bóng màng dung hợp với màng nguyên sinh chất: màng đứt ở vị trí tiếp xúc và các đại phân tử được phóng thích ra ngoài.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Xuất bào.Ví dụ : Khi một người khóc, các tế bào tuyến lệ xuất dung dịch muối loãng chứa chất nhày, protein và các chất kháng sinh. Vài tế bào trong tuyến tụy tạo hormon insulin và tiết vào dòng máu. Insulin có tác dụng hạ đường huyết.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Nhập bào.Nhập bào là quá trình thu nhận các đại phân tử có kích thước lớn.Gồm 2 bước:Sự tạo các bóng màng chức các đại phân tử.Bóng màng tách khỏi màng nguyên sinh chất và vào trong tế bào.Có 3 kiểu nhập bào:Thực bàoẨm bàoNhập bào nhờ thể nhận4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Thực bào:Thực bào: Khi tế bào hấp thụ các hạt thực phẩm.Ví dụ: Amip ăn con mồi bằng cách dùng chân giả4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Ẩm bào:Ẩm bào: tế bào hấp thu các giọt chất lỏng.Hiện tượng ẩm bào không có tính chuyên biệt, giúp tế bào hấp thu mọi chất hòa tan trong giọt chất lỏng.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Nhập bào nhờ thể nhập:Nhập bào nhờ thể nhận là sự nhập bào có tính chuyên biệt cao.Màng lõm vào trong và được phủ bởi thể nhận có bản chất protein nên các bóng mang các phân tử chất rắn chuyên biệt vào trong nội bào.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Một số ví dụ về sự vận chuyển các chất ở vi sinh vậtSự vận chuyển các chất qua màng tế bào vi sinh vật cũng tuân theo cơ chế : vận chuyển chủ động, vận chuyển tích cực hay vận chuyển các phân tử lớn.Tuy nhiên, ở vi khuẩn, nấm các đại phân tử sẽ được phân cách thành những phân tử nhỏ hơn nhờ các enzyme do vi khuẩn tiết ra. Sau đó, được vận chuyển vào tế bào nhờ cơ chế thụ động hay tích cực.Mặt khác, vận chuyển các đại phân tử lớn nhờ xuất, nhập bào lại là cơ chế chủ yếu ở động vật nguyên sinh.Mn2+ được vi khuẩn bacillus subtilis nhờ vận chuyển thụ động4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Cd2+ sẽ được bacillus subtilis nhờ vận chuyển chủ độngVận chuyển Mn2+ phụ thuộc vào gradien H+ trên màng trong khi nồng độ nội bào của Mn2+ cao tới 30 mmol/l Lactobacillus plantarum 4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Hấp thụ urani từ nước biển ở Synechococcus elongatusKết luậnỞ vi sinh vật có các dạng vận chuyển đặc biệt với sự tham gia của enzym làm biến đổi bản chất hóa học của cơ chất trong quá trình vận chuyển. 	Ví dụ: Hệ thống phosphotransfarase, hệ thống ABC.Rõ ràng rằng sự vận chuyển các chất qua màng là quá trình không thể thiếu ở mọi sinh vật_ bao gồm cả vi sinh vật.4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*4/02/2010Phạm Thị Hồng Khoa Sinh Học _ Khóa 34*Tài liệu tham khảoBùi Trang Việt, 2005, Sinh học tế bào, NXB ĐHQG tp.HCMPhạm Thành Hổ, 2002, Sinh học đại cương, NXB ĐHQG tp.HCM Kiều Hữu Ảnh, 2006, Giáo trình vi sinh vật học, NXB Khoa học và kĩ thuật Hà NộiNguyễn Lân Dũng và cộng sự, 2009, Vi sinh vật học, NXB GDNguyễn Thành Đạt, 2007, Cơ sở sinh học vi sinh vật, NXB ĐHSPNguyễn Tiến Thắng, 2008, Giáo trình hóa sinh đại cương NXB Đại học quốc gia tp. Hồ Chí MinhĐỗ Ngọc Liên, 2007, Sinh học phân tử màng tế bào, NXB Đại học quốc gia Hà Nội.    CẢM ƠN CÔ