Xem mẫu
- ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGUYỄN THỊ THÙY NHUNG
CÁC PHẢN ỨNG CỦA MÀNG TẾ BÀO
ĐỐI VỚI TÁC DỤNG CỦA CÁC XUNG ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội - 2010
- ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGUYỄN THỊ THÙY NHUNG
CÁC PHẢN ỨNG CỦA MÀNG TẾ BÀO
ĐỐI VỚI TÁC DỤNG CỦA CÁC XUNG ĐIỆN
Ngành : Vât lý
Chuyên ngành : Vật lý lý thuyết và vật lý toán.
Mã số : 60. 44. 01
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
GS. TSKH. Nguyễn Ái Việt
Hà Nội – 2010
- M cl c
L i c m ơn 3
M đu 5
1 T ng quan v màng t bào 8
1.1 Khái ni m màng t bào . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2 Thành ph n c u t o c a màng t bào . . . . . . . . . . . . 10
1.3 S v n chuy n ch t hoà tan qua màng . . . . . . . . . . . 12
2 Thuy t electroporation 18
2.1 Tr ng thái không thu n ngh ch c a hi n tư ng electroporation 21
2.2 Tr ng thái kh ngh ch c a hi n tư ng electroporation . . 22
2.3 Nh ng nh hư ng c a đi n th chuy n màng . . . . . . . . 23
3 Phương pháp k t h p 26
3.1 Mô hình Kotnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2 Mô hình x p x Wanda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.3 Các bư c ti n hành và k t qu . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.3.1 Các xung dài và xung c c ng n . . . . . . . . . . . 38
3.3.2 T bào thư ng và t bào ung thư . . . . . . . . . . 42
3.3.3 Mitochondria_ mô hình t bào ba l p màng . . . . 46
4 K t lu n 49
1
- Danh sách hình v
1 Màng t bào plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1 C u trúc hai l p c a màng sinh h c . . . . . . . . . . . . . 10
1.2 Thí nghi m phát hi n vai trò c a các kênh ion . . . . . . . 17
1.3 Sơ đ dòng ion đi qua m t kênh theo th i gian . . . . . . . 17
3.1 Mô hình màng t bào . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2 màng trong (gián đo n) và màng ngoài (liên t c) Vm đ i v i
trư ng h p xung dài. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.3 màng trong (gián đo n) và màng ngoài (liên t c) Vm đ i v i
trư ng h p xung ng n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.4 Đi n th màng đ i v i các xung dài. . . . . . . . . . . . . . 39
3.5 Đi n th màng đ i v i các xung ng n hơn . . . . . . . . . 39
3.6 Đi n th c m ng bi n đ i theo th i gian do kích thích c a
trư ng đi n m t chi u. Đư ng g ch: k t qu c a Kotnik [1],
đư ng li n: nh ng tính toán c a chúng tôi. . . . . . . . . . 40
3.7 Đi n th c m ng bi n đ i theo th i gian do kích thích c a
trư ng đi n m t chi u. Đư ng g ch: k t qu c a Kotnik [1],
đư ng li n: nh ng tính toán c a chúng tôi. . . . . . . . . . 40
3.8 Đi n th c m ng thay đ i theo th i gian khi ch u kích thích
c a xung đi n hình thang. Đư ng g ch: k t qu c a Kotnik
[1], đư ng li n: nh ng tính toán c a chúng tôi. . . . . . . . 40
3.9 Đi n th c m ng thay đ i theo th i gian khi ch u kích thích
c a xung đi n hình thang. Đư ng g ch: k t qu c a Kotnik
[1], đư ng li n: nh ng tính toán c a chúng tôi. . . . . . . . 40
2
- 3.10 M t đ dòng qua l (Đư ng g ch) và qua t (Đư ng li n)
trong trư ng h p xung dài . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.11 M t đ l theo th i gian đ i v i tác d ng c a các xung dài 41
3.12 M t đ dòng qua l (Đư ng g ch) và qua t (Đư ng li n)
trong trư ng h p xung ng n . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.13 M t đ l theo th i gian đ i v i tác d ng c a các xung ng n 41
3.14 Đi n th c a màng TB (Đư ng li n) và c a màng bào quan
(Đư ng g ch) c a TB B thư ng . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.15 Đi n th c a màng TB (Đư ng li n) và c a màng bào quan
(Đư ng g ch) c a TB B ung thư. . . . . . . . . . . . . . . 43
3.16 Đi n th c a màng TB (Đư ng li n) và c a màng bào quan
(Đư ng g ch) c a TB B thư ng, s d ng các thông s m i. 44
3.17 Đi n th c a màng t bào (Đư ng li n) và c a màng bào
quan (Đư ng g ch) c a TB B ung thư, s d ng các thông
s m i. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.18 S phân b năng lư ng c a TB B thư ng theo t n s ,
(Đư ng đ m: màng trong, đư ng li n nh t: màng ngoài,
đư ng g ch: môi trư ng ngoài). . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.19 S phân b năng lư ng c a TB B ung thư theo t n s ,
(Đư ng đ m: màng trong, đư ng li n nh t: màng ngoài,
đư ng g ch: môi trư ng ngoài). . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.20 Năng lư ng tiêu th đ i v i trư ng h p xung, (Đư ng li n:
TB B ung thư, đư ng g ch: TB B thư ng). . . . . . . . . . 46
3.21 S ph thu c c a các đi n th vào t n s . Đư ng đ m: TB,
đư ng g ch: mito. trong, đư ng ch m: mito. ngoài, đư ng
li n: màng trong k t h p. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.22 T l đi n th . đư ng li n: |∆Ψoutermito |/|∆Ψcell |, đư ng g ch:
|∆Ψinnermito |/|∆Ψcell | . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3
- L i c m ơn
V i lòng kính tr ng và bi t ơn sâu s c, tôi xin g i l i c m ơn t i GS. TSKH.
Nguy n Ái Vi t, Vi n v t lý Hà n i đã t n tình hư ng d n và giúp đ tôi
trong su t quá trình tôi làm lu n văn.
Tôi cũng xin đư c g i l i c m ơn đ n các th y cô trong khoa v t lý, Đ i
h c khoa h c t nhiên, Đ i h c Qu c Gia Hà N i đã đ ng viên, giúp đ
và ch d y cho tôi nh ng ki n th c quý báu trong su t th i gian h c t p
c a tôi t i trư ng.
C m ơn b n Lê Thanh Tùng, ngư i đã giúp tôi r t nhi u trong h c t p
và trong quá trình tính toán các k t qu c a lu n văn.
Sau cùng, tôi xin đư c g i l i c m ơn t i b n bè và gia đình đã đ ng
viên, ng h tôi trong quá trình làm lu n văn.
Hà N i, ngày 30 tháng 12 năm 2009.
4
- M đu
S k t h p gi a v t lý và sinh h c đã thúc đ y các nghiên c u v màng
m ng trong su t vài th p k qua bao g m các nghiên c u có tính ch t
c th (thu c v sinh h c) và các nghiên c u có tính ch t t ng quát hơn
(thu c v v t lý). Các nhà v t lý luôn b cu n hút b i s đa d ng trong
các c u trúc và s v n đ ng c a màng t bào.
Hình 1: Màng t bào plasma
Các quá trình v n đ ng c a màng t bào đư c nghiên c u và tìm hi u
sâu hơn cùng v i s phát tri n c a k thu t th c nghi m.
T bào là thành ph n không th thi u đư c trong m i cơ th s ng. M i
t bào đư c b o v b i màng t bào. L p màng đôi lipid là m t trong nh ng
5
- viên g ch c u trúc quan tr ng b c nh t trong t bào . M t l p màng bao
g m m t rào th linh đ ng ngăn cách ph n bên trong và bên ngoài c a
t bào, b o v các bào quan (nhân và các v t li u di truy n), có vai trò
như là m t trung tâm ch c năng hoá cho vi c s n sinh các protein. Màng
sinh h c có nhi u hình d ng khác nhau ph thu c vào c u trúc, ch c năng,
như hình ph ng (màng plasma), hình c u, hình tr ho c có d ng ph c t p
hơn (Endoplasmic Recticulum, ER và b máy Golgi). B m t c a màng
lipid có h các đi n tích linh đ ng bao quanh, tính ch t tương t như các
h đi n t trên b m t hêli l ng. B m t c a màng t bào trong các môi
trư ng dung d ch có th tích đi n âm. Các l p đi n tích khuy ch tán t
dung d ch r t linh đ ng. Chúng s ch n m t màng và hình thành các l p
đi n tích dương hai chi u tích t sát m t trong và m t ngoài c a màng
t bào. Thêm vào đó, do các ion khác lo i c a các kênh ion trên màng có
kh năng th m th u khác nhau nên ph n trong c a màng luôn đư c duy
trì m c đi n th âm hơn so v i phía bên ngoài môi trư ng. Các cơ ch
c ng c a các kênh ion trên màng t bào đư c cho là có th m ra vi c s
d ng các c ng c m nh n đi n th và đang là m t v n đ m trong lý sinh
h c.
Hi n nay, m t hư ng nghiên c u m i v các ph n ng c a màng t
bào ch ng l i tác d ng c a các xung đi n là có xem xét đ n hi n tư ng
electroporation. Electroporation, hay electropermeabilization, là s tăng
đáng k v đ d n đi n và đ t th m c a màng plasma t bào. Đi u này
xu t hi n là do tác d ng c a m t trư ng đi n ngoài. Electroporation đư c
s d ng trong sinh h c phân t đ đưa m t s ch t vào trong t bào.
Nh ng ch t kích thích này có th làm thay đ i ch c năng c a t bào, ho c
m t đo n mã DNA.
Electroporation là m t hi n tư ng đ ng l c ph thu c vào đi n th c a
n i màng. Th c nghi m ch ng t r ng, đ i v i m i xung có hình d ng
và đ dài xác đ nh, s t n t i m t ngư ng th đ c trưng cho hi n tư ng
electroporation (t 0.5V đ n 1V). Đi u này d n đ n s đ nh rõ cư ng
đ ngư ng cho hi n tư ng Electroporation Engng . Ch khi các t bào
6
- trong kho ng E < Engng thì m i xu t hi n hi n tư ng m l trên màng
t bào. N u cư ng đ đi n trư ng b ng ho c vư t qua ngư ng, hi n tư ng
electroporation s gây t n h i đ n s t n t i c a t bào.
Trong sinh h c phân t , quá trình electroporation thư ng đư c s d ng
cho s chuy n hoá c a vi khu n, n m và các t bào tr n. Ngoài các màng
lipid, vi khu n cũng có các thành t bào. Các thành này khác v i các màng
lipid, đư c t o thành b i peptidoglycan và các d n xu t c a nó. Các thành
có l ho t đ ng như các v c ng đơn b o v vi khu n kh i m t vài tác đ ng
c a môi trư ng. N u các vi khu n và plasmid đư c tr n v i nhau, plasmid
có th đư c đưa vào t bào sau quá trình electroporation. Các t bào ph i
đư c b o v vô cùng c n th n cho đ n khi chúng có cơ h i đ phân chia
thành các t bào m i có ch a các plasmid tái sinh. Quá trình này có hi u
qu g p kho ng 10 l n so v i quá trình chuy n hoá hoá h c.
Trong lu n văn này, chúng tôi xét mô hình màng t bào đư c kích thích
b i các xung đi n c c m nh. Khi ch u tác d ng này, trên màng t bào s
xu t hi n đi n th c m ng, d n đ n hi n tư ng electroporation. Kotnik
(2006) [?] đã nghiên c u v đi n th chuy n màng nhưng không tính đ n
hi n tư ng electroporation. đây, chúng tôi đã đưa ra m t phương pháp
m i, phương pháp K-Wand đ tính đi n th c m ng trên màng t bào và
ch ng minh s t n t i c a hi n tư ng electroporation. Phương pháp c a
chúng tôi không ch áp d ng cho màng lipid kép mà còn có th dùng cho
t bào 3 l p màng, mitochodria và xác đ nh các t bào ung thư qua vi c
xác đ nh năng lư ng làm nóng chúng.
Ngoài ph n m đ u và k t lu n, lu n văn đư c chia thành 3 chương:
Chương I, chúng tôi trình bày t ng quan v màng t bào. Sơ lư c v lý
thuy t electroporation đư c trình bày trong chương II. Cu i cùng, chương
III là phương pháp và các k t qu đ t đư c c a chúng tôi khi nghiên c u
v các ph n ng c a màng t bào đ i v i kích thích c a các xung đi n
m nh c c ng n.
7
- Chương 1
T ng quan v màng t bào
Cu i th k 19, các nhà sinh h c b t đ u nghi ng r ng l p v bao
quanh t bào có ch a thành ph n lipid t công trình nghiên c u c a Ernst
Overton (1899). Ông đã ch ra r ng m t vài lo i phân t nhu m không tích
đi n, v m t hoá h c g n gi ng v i lipid, có th xâm nh p vào trong t bào
d dàng hơn các phân t c u t o không gi ng lipid. Nh có công trình c a
Chevural đ u th k XVIII, tính ch t v t lý và hoá h c c a axit béo đã đư c
hi u m t cách đ y đ . S d ng bazơ và triglixerit m nh là ch t th , ông
đã tìm ra các tính ch t c a các phân t có liên quan đ n vi c d tr năng
lư ng và s n xu t màng t bào này.
Sau đó, vào năm 1925, m t thí nghi m đánh d u m t bư c ngo t l n
trong ngành t bào h c đư c th c hi n b i E. Gorter và F. Grendel, liên
quan đ n vi c l y các t bào máu hoà tan các màng t bào trong các dung
môi h u cơ. V m t hoá h c, vì các lipid gi ng các dung môi h u cơ hơn
là nư c nên chúng có th đư c sàng l c kh i ph n còn l i c a t bào theo
cách này. Khi có các thành ph n lipid tinh khi t c a màng t bào, h đ t
chúng lên m t nư c. Như đã đư c tiên đoán, đ u c c c a các ph n lipid
tương đ i nh liên k t đ c bi t v i b m t nư c trong khi các thành ph n
không c c dài hơn đư c g n lên trên m t ph ng trong không khí. Gorter
and Grendel đã có th khi n b m t c a màng lipid t nhân đôi và hình
thành màng hai l p gi ng như nh ng gì chúng ta đã bi t v b n ch t th c
s c a các màng t bào. Đây là thí nghi m đ u tiên kh ng đ nh s t n t i
8
- c a l p lipid kép trong màng t bào.
1.1 Khái ni m màng t bào
T bào có c u t o ph c t p. Màng t bào hay màng sinh ch t là m t b
ph n c a t bào bao quanh l p sinh ch t. Các màng t bào v ch rõ ranh
gi i gi a t bào và môi trư ng bên ngoài, đ ng th i đi u khi n dòng phân
t đi qua ranh gi i đó. Màng chia không gian trong t bào thành các b
ph n riêng bi t, các thành ph n riêng r . Chúng t ch c ph n ng liên t c
và là trung tâm c a vi c d tr năng lư ng, thông tin qua l i t t bào
này sang t bào khác. M i ho t đ ng sinh h c c a màng b t ngu n t tính
ch t v t lý đ c bi t c a chúng.
Các màng b n v ng nhưng linh ho t, t khép kín, th m th u có ch n
l c đ i v i các ch t tan có c c. Tính linh ho t làm cho nó thay đ i có đ nh
hư ng, đ ng th i làm cho nó v a l n lên, v a di chuy n. Tính khép kín
giúp nó v a t li n các ch v t m th i c a hai màng lúc đưa ch t th i ra
ngoài t bào hay trong quá trình phân chia t bào v a không gây ra các l
l n trên m t màng. Tính th m th u có ch n l c c a màng giúp t bào gi
l i các ch t và các ion nh t đ nh đ c trưng, đ ng th i ngăn ch n nh ng
v t ch t có th gây nh hư ng x u đ n ho t đ ng c a t bào đi vào trong
t bào.
Màng t bào không ph i là t m ch n th đ ng. Chúng bao g m các lo i
protein đ c bi t kích thích hay xúc tác khác nhau. Các bơm v n chuy n
các ch t tan h u cơ đ c bi t và các ion vô cơ qua màng ngư c v i gradient
n ng đ , bi n đ i năng lư ng t d ng này sang d ng khác.
Màng đư c chia thành ba mi n: mi n ngoài, mi n trong và mi n gi a.
Phân tích hoá h c cho th y màng ch y u đư c c u t o t các l p kép
photpho-lipid đư c bao ph b i các ion t do, l p này thư ng tích đi n
âm v i n ng đ r t cao t c là tr ng thái plasma. Vì v y, màng sinh ch t
còn đư c g i là màng ki u plasma. Plasma t bào đóng vai trò quan tr ng
trong vi c trao đ i ch t và trao đ i thông tin qua l i gi a t bào và môi
9
- trư ng.
1.2 Thành ph n c u t o c a màng t bào
Đ hi u đư c ch c năng c a màng t bào, ta ph i xác đ nh rõ các thành
ph n c u t o c a chúng. C u t chính c a màng sinh ch t là các protein
và lipid có c c. T l gi a protein và lipid khác nhau các lo i màng khác
nhau. Các lipid trong màng t bào ch y u là photpho-lipid, ngoài ra còn
có các lipid khác như galactolipit, triaxylixerol
Hình 1.1: C u trúc hai l p c a màng sinh h c
T t c các màng sinh ch t đ u có tính ch t cơ b n: Chúng không có
kh năng th m th u đ i v i nhi u ch t tan có c c hay tích đi n nhưng có
kh năng th m th u đ i v i các h p ch t không c c. Khi quan sát l p c t
ngang nh kính hi n vi đi n t , màng dày t 5-8 nm. Màng có c u trúc
kh m l ng. Đ l ng c a l p kép photpho-lipid ph thu c vào nhi t đ . C
th , nhi t đ có th làm cho chúng chuy n t d ng tinh th đ c t i l ng
hơn.
Thành ph n và k t c u c a lipid
H p ch t phospholipids trong t bào t đ ng t o nên các l p màng đôi
phospholipids d ng t m m ng, v i đ dày kho ng hai l n kích thư c phân
10
- t . Các chu i hydrocarbon trong m i l p t o nên nhân k nư c dày kho ng
3-4 nm trong h u h t m i màng sinh h c.
Ti t di n c t ngang c a t t c các màng đôi trông gi ng như m t "đư ng
ray": Hai đư ng t i, m ng là các nhóm đ u và kho ng sáng dày 2 nm là
ph n đuôi k nư c.[6]
Các lo i màng trong t nhiên có nhi u hình d ng khác nhau tuỳ theo
ch c năng c a t bào. B m t trơn nh n c a màng plasma c a t bào h ng
c u cho phép lo i t bào này có th lu n lách qua các mao m ch r t h p.
M t vài lo i màng t bào khác l i có các ph n m r ng m ng dài d ng
lông mao. Chuy n đ ng c a các lông mao này gây ra dòng ch t l ng ch y
d c trên b m t c a các bi u mô hay giúp cho m t vài lo i t bào (như
tinh trùng...) bơi đư c trong môi trư ng. Thân c a các t bào th n kinh
l i đư c b c b i nhi u l p màng plasma t o thành màng b c myelin. M c
dù có nhi u hình d ng và ch c năng khác nhau, t t c các màng sinh h c
đ u có c u trúc hai l p ph bi n.
M i màng có thành ph n lipid đ c trưng. T ng lo i mô và t ng cơ quan
g n v i t bào l i có thành ph n lipid khác nhau. Các t bào có cơ ch
ki m soát các lo i và t ng s lipid đã t ng h p c a màng.
M t màng sinh h c đi n hình đư c c u t o t ba lo i lipids: phospho-
glycerides, sphingolipids và steroids. C ba lo i lipid này đ u có tính ch t
v a ưa nư c, v a k nư c (amphipathic) vì có m t nhóm đ u c c ưa nư c
và đuôi k nư c. Hi u ng k nư c là tương tác Val-der- Waals làm cho
các nhóm t k t h p vào m t l p màng đôi v i các nhóm đ u c c đư c
đ nh hư ng v phía môi trư ng ngoài. M c dù các lo i lipid trên màng ph
bi n đ u có tính ch t amphipathic nhưng chúng khác nhau trong c u trúc
hoá h c và ch c năng sinh h c.
Các lipid màng v n đ ng liên t c, chuy n đ ng t do trên m t màng.
M c dù màng có c u trúc hai l p lipid r t n đ nh, nh ng phân t photpho-
lipid và sterol riêng c a chúng t do chuy n đ ng trên m t màng. Các phân
t khuy ch tán ra các bên v i t c đ r t nhanh.
11
- Protein
Màng sinh ch t khác nhau có protein khác nhau. Nhi u lo i protein đóng
vai trò như ch t v n chuy n, m i lo i ph trách v n chuy n m t ch t hoà
tan riêng đi qua màng. M t s protein có liên k t c ng hoá tr v i m t ho c
nhi u lipid. Protein s p x p không đ i x ng do khác nhau v ch c năng.
Ta có th chia protein màng thành hai lo i: Protein xuyên màng và protein
rìa màng. Protein xuyên màng liên k t ch t ch v i màng còn protein rìa
màng thì liên k t y u hơn. Protein xuyên màng không tan trong nư c. S
không tan c a chúng là do s có m t c a ph n l n các axit amin giàu nhóm
k nư c. Còn các protein rìa màng d dàng hoà tan trong nư c. [6]
Protein rìa màng liên k t thu n ngh ch v i màng. R t nhi u protein
rìa màng đư c g n ch c v i màng nh tương tác tĩnh đi n và liên k t hy-
dro v i vùng ưa nư c c a protein xuyên màng và các nhóm đ u phân c c
c a các lipid màng. Protein rìa màng đóng vai trò như các ch t đi u hoà
các enzym liên k t màng hay gi i h n s chuy n đ ng c a m t s protein
màng. Khi nghiên c u c u trúc màng sinh ch t, ngư i ta đ c bi t chú ý
đ n các protein xuyên màng. Protein xuyên màng có tác d ng n i bu c l p
kép lipid, đi u khi n ch t tan ho c các tín hi u đi qua màng. Chúng b c
qua b dày c a l p kép và kéo l i ra c bên trong và bên ngoài b m t màng.
1.3 S v n chuy n ch t hoà tan qua màng
M i t bào s ng l y xung quanh các nguyên li u thô đ t ng h p s n
xu t năng lư ng và th i ra môi trư ng nh ng ch t không c n thi t. Màng
sinh ch t ch a các protein đ c bi t giúp mang vào t bào các ch t c n
thi t như đư ng, các axit amin, các ion vô cơ... Trong nhi u trư ng h p,
các thành ph n này chuy n vào trong t bào ngư c v i gradien n ng đ .
M t s lo i khác đư c bơm ra đ duy trì n ng đ th p hơn môi trư ng
xung quanh. S di chuy n c a các phân t nh đi qua màng sinh ch t nh
12
- các quá trình trung gian c a protein, thông qua các kênh v n chuy n màng
ho c qua ch t mang hay còn g i là bơm.
V n chuy n b đ ng
Khi màng t bào đư c đ t trong trư ng ch t nguyên sinh và môi trư ng
ngoài có ch a n ng đ ch t tan ho c ion không cân b ng nhau, ch t tan
chuy n đ ng t vùng có n ng đ cao, qua màng, t i vùng có n ng đ th p
hơn, đ n khi hai bên có n ng đ ch t tan b ng nhau. Tuy nhiên, s th m
th u đơn gi n này h n ch b i tính th m th u ch n l c. Đ vư t qua l p
kép, ch t tan có c c hay tích đi n ph i t b m i quan h c a chúng v i
phân t nư c c a v hydrad c a chúng. S đi qua màng c a các ch t tan
có c c ho c ion có th th c hi n đư c nh protein màng h th p năng
lư ng ho t hoá cho s v n chuy n b ng cách cung c p con đư ng xen k
đ i v i các ch t tan đ c bi t thông qua l p kép lipid. Protein màng làm
tăng t c đ chuy n đ ng c a dung d ch qua màng nh s th m th u đư c
g i là ch t v n chuy n hay enzym th m l c.
V n chuy n ch đ ng
S v n chuy n ch đ ng gây ra s chuy n đ ng ch t tan ngư c v i gradien
n ng đ do đó không x y ra s tích t chúng. V n chuy n này d n t i tích
lu ch t tan trong m t phía c a màng. Ngư i ta chia thành hai lo i v n
chuy n ch đ ng: sơ c p và th c p. Trong v n chuy n ch đ ng sơ c p, s
tích lu ch t tan g n li n tr c ti p v i ph n ng to nhi t. S v n chuy n
ch đ ng th c p di n ra khi v n chuy n thu nhi t c a m t ch t tan đư c
g n li n v i dòng to nhi t c a ch t tan khác đã đư c bơm lên nguyên v n
nh s v n chuy n ch đ ng sơ c p. Lo i v n chuy n này đư c tăng cư ng
và đi u khi n nh enzym ATP. Thông thư ng, v n chuy n ch đ ng tiêu
t n nhi u năng lư ng. Nhi u t bào đ ng v t duy trì n ng đ N a+ th p
13
- Lo i ion Trong t bào (mM) Ngoài t bào (mM)
K+ 139 4
N a+ 12 145
Cl− 4 116
−
HCO3 12 29
X− 138 9
M g2+ 0.8 1.5
Ca2 +
- KCl 150 mM. M t volt k đư c n i v i hai ngăn đ đo hi u đi n th gi a
hai ngăn. N u màng t bào không có các kênh ion, không có dòng ion nào
đư c khu ch tán qua màng và gi a hai ngăn không có s chênh l ch đi n
th . Trên th c t , màng t bào có nhi u protein xuyên màng đóng vai trò
các kênh v n chuy n ion như kênh N a+ , K + ,...Kênh K + cho phép ion K +
đi qua nhưng ngăn ch n các lo i ion khác như Cl− , s v n chuy n này là
do cơ ch khuy ch tán gây ra b i gradient n ng đ . Dòng ion dương khu ch
tán có xu hư ng t p trung ngăn ph i hình 1.2c gây ra m t s tích đi n
dương ngăn ph i và âm ngăn trái. S dư th a các ion này ch xu t hi n
khu v c g n màng b i các đi n tích trái d u hút nhau. K t qu là, m t
đi n trư ng trên màng đư c sinh ra kèm theo s chênh l ch đi n th gi a
ngăn ph i và ngăn trái, ngăn trái có đi n th âm so v i ngăn ph i. Tr ng
thái cân b ng đư c thi t l p nhanh chóng ng v i đ chênh th xác đ nh
khi các y u t gây ra dòng khu ch tán cân b ng nhau: đó là gradient n ng
đ và đi n th trên màng. Đây là lo i màng bán th m, v ch c năng thì
gi ng v i m t t đi n g m ph n đi n môi (lõi ưa nư c) và ph n b n t
(các nhóm đ u c c phospholipid và các ion trong dung d ch). tr ng thái
cân b ng, hi u đi n th cân b ng liên h v i n ng đ kh i cation c a hai
[K ]l
RT
ngăn b i phương trình Nernst [6]: VK = ZF ln [K ]r
v i R là h ng s khí, F là h ng s Faraday, T là nhi t đ tuy t đ i, Z là
s đi n tích ion (ZK = +1) và [I] là n ng đ mol c a ion trong dung d ch.
V i các n ng đ như b ng 1.1, đi n th xuyên màng c −30 → −70mV .
Đi n th trên b m t c a đa s các t bào đ ng v t là không thay đ i theo
th i gian. Ch riêng v i các t bào th n kinh và t bào cơ là các lo i t bào
s d ng xung đi n lan truy n đi trong vi c đi u khi n ho t đ ng d a trên
s thay đ i đ t ng t c a đi n th xuyên màng.
Quá trình đóng, m c a các kênh ion là quá trình b t phát x y ra trong
th i gian ng n c ms. B ng k thu t k p m u (patch clamping), ngư i ta
có th nghiên c u ho t đ ng c a t ng kênh ion đơn l . K thu t này cho
phép ta xác đ nh lư ng ion ra vào m t kênh m và th i gian đóng m c a
kênh.
15
- Ví d như đ i v i kênh Na, kênh này dư i tác d ng c a xung đi n có
th m ra trong vài ms và trong m i ms, kho ng 9900 ion N a+ tràn qua
kênh này (hình 1.3 là sơ đ mô t dòng ion qua các kênh. Ch hõm sâu
ng v i s m kênh. Nh ng s dao đ ng nh khác là do nhi u n n.)
16
- Hình 1.2: Thí nghi m phát hi n vai trò c a các kênh ion
Hình 1.3: Sơ đ dòng ion đi qua m t kênh theo th i gian
17
- Chương 2
Thuy t electroporation
Electroporation [7] là hi n tư ng màng sinh h c liên quan đ n nh ng bi u
hi n cơ b n c a t bào và các màng gi hai l p. Hi n tư ng này thu hút
s quan tâm đ c bi t c a các nhà khoa h c không ch vì nh ng nh hư ng
sâu s c c a nó lên nh ng bi u hi n c a màng mà còn vì các ng d ng
đi n th quan tr ng trong sinh h c, công ngh sinh h c và y h c. Vì th ,
nh ng hi u bi t cơ b n v cơ ch c a hi n tư ng electroporation là r t
quan tr ng. Trong ph n này, chúng tôi s trình bày v nh ng mô hình lý
thuy t đã đư c đ xu t, nh ng gi thi t, s thành công cũng như nh ng
th t b i c a các mô hình này. Chúng tôi đ c bi t quan tâm đ n các mô
hình l t m th i do nư c t o thành, mà có th gi i thích cho : (1) nh ng
đ c trưng đi n hình c a s b t đ nh cơ h c (h qu b t kh ngh ch c a
electroporation) trong hai l p lipid ph ng t i nh ng hi u đi n th cao. (2)
Nh ng bi u hi n đi n kh ngh ch đi n hình c a các màng ph ng nói chung
và c a các màng c a t bào và (3) M t vài đ c trưng c a s v n chuy n
phân t .
Hi n tư ng đi n t th m hoá (electropermeabilization hay electropora-
tion) c a t bào đã đư c bi t đ n t vài th p k và g n đây đã nh n đư c
s quan tâm c a nh ng nghiên c u v t bào và các mô. R t nhi u quan
sát ban đ u đã đ xu t r ng m t vài lo i "phá v do đi n " có th xu t hi n
trong các màng đư c kích thích đi n. G n mư i năm sau đó, các báo cáo
đã đưa v s vi c các xung đi n có th gi t ch t các vi sinh v t và không
18
nguon tai.lieu . vn