1. ĐẠi cưƠng các phân tử thông tin



tải về 81.99 Kb.
Chuyển đổi dữ liệu24.09.2017
Kích81.99 Kb.
#33341


THÔNG TIN SINH HỌC

(Biochemical communication)

*******
1. ĐẠI CƯƠNG



2. CÁC PHÂN TỬ THÔNG TIN

3. RECEPTOR

3.1. Định nghĩa và đặc điểm của receptor

3.1. Phân loại

4. PROTEIN G

4.1. Cấu tạo

4.2. Tác động tương tác của protein G

4.3. Protein G-Transducin



5. PROTEIN KINASE

6. MỘT SỐ CƠ CHẾ TRUYỀN ĐẠT THÔNG TIN HÓA SINH

6.1. Hormone steroid

6.2. Thyroxine

6.3. Epinephrine

6.4. Rhodopsin-transducin

6.5. Dẫn truyền xung động thần kinh



1. ĐẠI CƯƠNG

Quá trình sống của tế bào luôn luôn diễn ra trong mối tương tác giữa các tế bào trong mô, giữa môi trường nội tại với ngoại cảnh nhằm đảm bảo sự sống (sinh trưởng và phát dục) của cơ thể động vật đa bào được bình thường.

Sự thông tin hoá sinh ở các quần thể tế bào đơn giản diễn ra qua sự tiếp xúc trực tiếp giữa tế bào với tế bào, thông qua sự trao đổi các phân tử nhỏ để điều tiết các đáp ứng chuyển hoá vật chất qua các liên kết nối (gap junctions) đặc biệt ở phần màng tiếp giáp giữa 2 tế bào.

Ở cơ thể động vật đa bào phát triển cao, sự giao tiếp hoá sinh giữa các tế bào phức tạp hơn. Đó là sự thông tin nhờ vào các phân tử tín hiệu ngoại bào (extracellular signaling molecules-ESM) được phân tiết ra từ các tế bào báo tin (signaling cell- SC) gởi đến các tế bào đích (target cell-TC).



2. CÁC PHÂN TỬ THÔNG TIN

Các phân tử thông tin gồm 2 loại:

-Thông tín viên thứ nhất (the first messenger) là phân tử tín hiệu ngoại bào (hormone-ligand), chúng có cấu tạo hoá học đa dạng, có thể là dẫn xuất của amino acid, peptide, polypeptide, steroid hoặc dẫn xuất của acid béo…

-Thông tín viên thứ hai (the second messenger) là những tín hiệu nội bào(intracellular signaling molecules-ISM) như , c.AMP, c.GMP, protein kinase, calcium nội bào (Ca2+ICF), phophatidyl inositol diphosphate (PIP2), IP3

Sự thông tin hoá sinh giữa các tế bào thường tiến hành qua 5 bước:

-Bước 1: Các tế bào báo tin tổng hợp và phân tiết các phân tử thông tin

-Bước 2: Phân tử thông tin được vận chuyển đến các tế bào đích

-Bước 3: Tế bào đích nhận biết phân tử thông tin nhờ vào receptor đặc hiệu

-Bước 4: Phức hợp receptor và phân tử thông tin biểu hiện tác động sinh học như kích thích hoặc ức chế hay điều hoà quá trình biểu hiện gene

-Bước 5: Tách rời và phân huỷ các phân tử thông tin chấm dứt truyền đạt giao tiếp

Các kiểu thông tin hoá sinh được chia 3 loại dựa vào khoảng cách của quá trình giao tiếp:

(1).Thông tin nội tiết (Endocrine signaling): Đây là dạng thức giao tiếp thường xảy ra trong cho thể động vật, khoảng cách giữa tế bào tiết và tế bào đích khá lớn.

Các phân tử thông tin là các hormone, chúng được phân tiết từ tuyến nội tiết, di chuyển trong hệ thống tuần hoàn và tác động tại mô bào đích đặc hiệu ở xa.

(2).Thông tin cận tiết (Paracrine signaling): Các phân tử thông tin được phân tiết từ các tế bào báo tin tác động sinh học với các tế bào chung quanh trong phạm vi gần.

Kiểu thông tin này thường xảy ra giữa tế bào thần kinh giao tiếp với tế bào thần kinh tiếp nối hay giữa tế bào thần kinh với tế bào cơ. Tín hiệu là gian chất thần kinh (neurotransmitters) hoặc các hormone thần kinh (neurohormone).

(3).Thông tin tự tiết (Autocrine signaling): Các tế bào báo tin phóng thích các phân tử thông tin và các chất này có tác động tự thân.

Kiểu thông tin này thường được tiến hành bởi các phân tử thông tin là các yếu tố sinh trưởng (growth factor-GF) như trường hợp của các tế bào bướu hay interleukin 2 (IL-2) đối với sự tăng sinh và biệt hoá của tập đoàn lymphocyte T.




Hình 1. Các kiểu thông tin hoá sinh

Tuy nhiên, một số chất sinh học có tác động theo cả hai hoặc cả ba kiểu thông tin.

Ví dụ: yếu tố tăng trưởng lớp biểu mô (epidermal growth factor-EGF) gắn trên màng tế bào có thể được nhận biết bởi receptor đặc hiệu của tế bào cận bên gây ra tác động cận tiết. EGF tách rời khỏi tế bào tiết nhờ tác động của protease tương ứng. Yếu tố tăng trưởng này sẽ biểu hiện tác động trên các tế bào đích ở xa theo kiểu nội tiết.

Ngoài ra, quá trình thông tin hoá sinh có thể xảy ra trực tiếp giữa 2 tế bào khi phân tử thông tin định vị trên màng tế bào báo tin liên kết với receptor đặc hiệu trên màng tế bào đích (chất thông tin không phân tiết khỏi tế bào báo tin).

Kiểu thông tin này thường xảy ra trong quá trình trình diện antigen giữa macrophage với tập đoàn lymphocyte T.

Hay sự tương tác giữa tế bào phôi biệt hoá thành neuron với các tế bào chung quanh để kìm hãm sự biệt hoá của các tế bào này.

Hoặc sự truyền đạt thông tin trực tiếp thông qua các khe nối (gap junction) giữa các tế bào.



3. RECEPTOR

3.1.Định nghĩa và đặc điểm của receptor

Trong cơ chế thông tin tế bào, cấu tạo và vai trò sinh học của các tín hiệu hóa sinh chưa phải là quan trọng, mà vấn đề chủ yếu là receptor tiếp nhận và giải mã các tín hiệu đó trong nội bào. Vì thế, phần này đề cập các vấn đề về receptor.

Receptor (thụ thể hay thụ điểm) là các phân tử protein hay glycoprotein được lắp đặt trên màng tế bào hay trong tế bào chất. Chúng được xem là cửa ngõ để qua đó các tín hiệu thông tin được chuyển hóa thành các tác động sinh học trong tế bào đích. Do vậy receptor có tính chất đặc hiệu cho từng loại tín hiệu.

Đối với thông tín viên thứ nhất thực hiện vai trò truyền đạt mệnh lệnh từ hệ thống thần kinh trung ương đến mô bào đích để đạt được nhưng hiệu ứng sinh học khi liên kết với các receptor đặc hiệu ở màng. Như thế, receptor có 2 đặc điểm:

-Tính nhạy cao, biểu hiện qua sự tiếp thu và phân biệt các loại hormone (nồng độ hormone trong môi trường rất thấp).

-Tính đặc hiệu chuyên biệt với từng loại hormone và tính chất này rất chặt chẽ.



3.2. Phân loại receptor

Dựa vào vị trí phân bố, receptor có thể chia làm 2 loại:

(1). Receptor ở bề mặt tế bào

(2). Receptor nội bào (trong tế bào chất và dịch nhân)

Dựa vào thành phần liên kết, các receptor chia thành 4 nhóm:

(1). Nhóm receptor nội bào hiện diện trong tế bào chất hoặc nhân của tế bào đặc hiệu với các hormone steroid. Khi receptor liên kết với hormone tương ứng sẽ kích hoạt trở thành yếu tố điểu tiết quá trình sao chép gene (transcription factor-TF), liên quan đến phản ứng tổng hợp m.RNA, ảnh hưởng đến tiến trình sinh tổng hợp các hợp chất protein có hoạt tính sinh học (như enzyme).

Hình 2. Receptor nội bào
(2). Nhóm receptor của yếu tố sinh trưởng (growth factor receptor) với đại diện là EGF receptor hay tyrosine kinase receptor là một loại protein xuyên màng. Khi hormone liên kết với phần protein ngoài màng, domain có cấu tử tyrosine trong bào tương có chức năng như kinase và được kích hoạt bằng cách phosphoryl hóa cấu tử này. Kinase hoạt động sẽ kích hoạt các thành phần protein khác có trong tế bào chất, từ đó dẫn đến các hiệu ứng sinh học tế bào.

Hình 3. Receptor của yếu tố sinh trưởng

(3). Nhóm receptor ligand chỉ hoạt động khi gắn với các phân tử ligand (hormone epinephrine, glucagon…) dẫn đến sự hình thành các thông tín viên thứ hai trong tế bào chất (c.AMP, diacylglycerol, inositol triphosphate, Ca2+ICF ...)



Hình 4. Receptor ligand

(4). Nhóm receptor kênh ion (ion channel receptor) có liên quan đến sự trao đổi ion, chúng thường định vị ở các đầu mút thần kinh. Các receptor liên kết với chất hóa học dẫn truyền xung động thần kinh (như acetyl choline) sẽ thúc đẩy quá trình đóng hoặc mở các kênh, điều tiết quá trình chuyển dịch các ion đi vào hoặc đi ra.

Dựa vào quá trình tương tác, các receptor ở bề mặt tế bào gồm 4 nhóm:

(1). Receptor tương tác với protein G

(2). Receptor tương tác với tyrosine kinase

(3). Receptor tương tác với kênh ion

(4). Receptor tương tác với enzyme

Mặc dù, các tế bào có nhiều tiến trình hay nhiều con đường giao tiếp nhưng các con đường này không xảy ra riêng rẽ mà nối tiếp dây chuyền từ thang bậc này sang thang bậc khác theo kiểu quân bài domino, từ đó tạo ra mạng lưới thông tin giữa các tế bào, mô bào có độ nhạy bén cao và độ uyển chuyển rất lớn.

4. Protein G

4.1. Cấu tạo

Hơn 20 loại protein G ở tế bào động vật được xác định; trong đó, một số có vai trò đáp ứng miễn dịch. Các protein G có tín đặc hiệu cho từng loại receptor khác nhau, do đó chúng được gọi là siêu họ protein G (super family protein G).

Protein G có cấu tạo là protein trimer dị thể với subunit α (40-45kD), β (37kD) và γ (8-10kD). Subunit α đóng vai trò quan trọng trong hoạt động đặc hiệu của protein G, còn subunit β và γ có thể thay đổi. Hiệu ứng sinh học xảy ra trong tế bào phụ thuộc vào các ligand liên kết.

Subunit Gα có chứa 2 domain: domain GTPase và domain dạng sợi xoắn α. Có ít nhất 20 loại Gα khác nhau được phân thành nhiều họ Gα như:

- Gαs hay Gs (stimulatory) với vai trò kích hoạt enzyme adenylate cyclase, tăng nồng độ c.AMP trong bào tương.

- Gαi hay Gi (inhibitory) có vai trò ức chế hoạt động của enzyme adenylate cyclase.

- Golf (olfactory-khứu giác) kết hợp với olfactory receptor ở niêm mạc mũi.

- Gt (transducin) chuyển đổi các tín hiệu thị giác với chất cảm quang rhodopsin ở lớp võng mạc.

- Gq với vai trò kích hoạt enzyme phospholipase C.

- Họ G12/13 có vai trò quan trọng trong quá trình điều hòa thông qua các yếu tố guanonine nucleotide đối với bộ khung xương tế bào và các liên kết giữa các tế bào trong sự di chuyển.

Các subunit β và γ có tính chất liên kết chặt chẽ với các thành phần khác dưới dạng phức hợp β-γ khi chúng tách rời subunit α. Phức hợp tự do này có thể tác động như một loại tín hiệu điều dẫn. Ví dụ như phức hợp β-γ liên kết với histamine receptor có thể hoạt hóa phospholipase A2 hoặc liên kết với muscarinic acetylcholine receptor sẽ trực tiếp mở kênh potassium liên kết protein G ở phần trong (GIRKs-G protein coupled inward rectifying potassium channels).

Một số loại protein G và ligand tương tác sinh học ở tế bào động vật ở bảng 2.





4.2. Tác động tương tác của protein G

Protein G gắn ở mặt trong của màng tế bào, cấu tạo gồm protein liên kết với phân tử GTP (guadenosine triphosphate). Protein G có thể được xem là cầu dao ngắt điện hoá học. Phức hợp protein-GDP biểu thị trạng thái protein G không hoạt động (OFF) và dạng protein-GTP biểu trị trạng thái protein G hoạt động (ON). Trình tự kích hoạt protein G có thể diễn ra như sau: một loại hormone hay ligand nào đó đến tế bào đích liên kết với receptor đặc hiệu. Tổ hợp này kích hoạt lên trimer protein G, tách rời subunit α-GDP, GDP được thay thể bằng GTP. Tổ hợp subunit α-GTP là dạng hoạt động (ON) của protein G.

Tác động sinh học của protein G ở tế bào động vật rất phức tạp, thay đổi theo từng loại tế bào và thành phần tương tác.

- Protein G kích hoạt enzyme adenylate cyclase (hình 7)




Hình 7. Protein G kích hoạt enzyme adenylate cyclase

- Protein G kiểm soát sự “đóng, mở” của kênh ion (hình 8)





Hình 8. Protein G kích hoạt kênh ion calcium

- Protein G (Ras) tương tác với các yếu tố protein sinh trưởng và tyrosine kinase receptor (RTK) hay yếu tố sinh trưởng di trú (hình 9, 10)





Hình 9. Ras (protein G)-yếu tố protein sinh trưởng kích hoạt các enzyme kinase

Hình 10. Protein G-yếu tố sinh trưởng di trú kích hoạt các enzyme kinase

-Protein G kích hoạt enzyme adenylate cyclase và phospholipase (hình 11)





Hình 11. Protein G kích hoạt adenylate cyclase và phopholipase A2

4.3. Protein G-transducin

Mắt của các loài động vật có thể nhìn thấy sự vật chung quanh tùy thuộc vào cường độ ánh sáng tác động đến các tế bào thần kinh hình nón hay hình que ở lớp võng mạc.

Tế bào hình que gồm 3 phần:


  • Phần ngọn với hàng ngàn đĩa cảm quang xếp chồng lên nhau và cách rời với màng tế bào.

  • Phần eo là nơi sản sinh các đĩa rhodopsin mới thay thế những đĩa cũ.

  • Phần thân với nhân tế bào và tế bào chất có nhiều ty thể.

Hình 12. Phần ngọn của tế bào hình que

Thành phần cấu tạo của các đĩa cảm quang:

-Rhodopsin là protein xuyên màng, chiếm 90%, trọng lượng phân tử khoảng 41kD, gồm một phân tử cis-retinal và opsin (40 kD).



Hình 13. Cấu trúc của phân tử rhodopsin

Phân tử rhodopsin xuyên màng có cấu trúc 7 vòng xoắn với đoạn ngoài liên kết với oligosaccharide, đoạn giữa (trong màng) liên kết với retinal và đoạn trong có khu vực phosphoryl hóa và tương tác với các loại protein khác. Phân tử cis-retinal liên kết với opsin bằng liên kết –C=NH- giữa gốc aldehyde với nhóm ε-amin của cấu tử lysine. Mỗi tế bào hình que có chứa 600-2000 đĩa và mỗi đĩa có chứa 20.000-800.000 phân tử rhodopsin (thay đổi tùy theo loài động vật, động vật hoạt động về đêm có số lượng phân tử rhodopsin nhiều hơn so với động vật hoạt động ban ngày).

- Transducin (protein Gt) có tỉ lệ 1/10 so với rhodopsin bám ở bề mặt màng đĩa về phía bào tương, gồm 3 subunit (α-36 kD, β-36 kD và γ-8 kD).

- Enzyme phosphodiesterase có cấu tạo gồm 4 subunit (α, β và 2γ). Chuỗi α và β có hoạt tính xúc tác, 2 chuỗi γ là yếu tố ức chế hoạt tính enzyme.

- Arestin là protein (48 kD) có vai trò ức chế rhodopsin.

- Protein kênh sodium định vị ở màng tế bào hình que, được kích hoạt bởi 3’,5’ c.GMP



5. Protein kinase

Protein kinase là một loại enzyme có tác động kích hoạt các thành phần protein khác (enzyme) bằng phản ứng phosphoryl hóa (gắn liên kết phosphate cao năng từ ATP) nên được gọi là kinase. Kết quả dẫn đến sự thay đổi chức năng sinh học của các protein này như enzyme ở trạng thái hoạt động hoặc sự định vị của tế bào hay kết hợp với các thành phần protein khác. Ở tế bào động vật, có trên 30% protein có thể được kích hoạt bởi protein kinase và chúng tham gia vào quá trình điều hòa chu trình tế bào hay đóng vai trò là tín hiệu điều dẫn nội bào. Ở người, bộ gene có khoảng 500 gene mã hóa cho các loại protein kinase khác nhau chiếm tỉ lệ khoảng 2% trong tất cả các gene của tế bào eukaryote.

Phản ứng phosphoryl hóa phân tử protein ở 3 cấu tử amino acid có nhóm hydroxyl. Hầu hết các protein kinase thường phosphoryl hóa ở serine và threonine (gọi là serine/threonine-specific protein kinase), kinase khác tác động trên tyrosine (tyrosine-specific protein kinase) và một số kinase đặc biệt tác động trên cả 3 amino acid này. Ngoài ra, một số kinase tiến hành phosphoryl hóa ở cấu tử histidine hoặc ở aspartate và glutamate. Các protein kinase còn được gọi là protein kinase A, B, C hoặc D tùy thuộc vào ligand hay hormone liên kết với receptor bề mặt và chất kích hoạt là enzyme adenylate cyclase hay calcium/calmudulin…

-Tyrosine-specific protein kinase gồm thành phần receptor xuyên màng với domain enzyme tyrosine kinase trong bào tương. Nhóm kinase này có vai trò quan trọng trong sự phân chia, biệt hóa và hình thái của tế bào. Chúng liên hệ với các receptor của yếu tố chuyển hóa sinh trưởng tiểu cầu (PDGF-platelet-derived growth factor), yếu tố sinh trưởng biểu mô (EGF-epidermal growth factor), receptor insulin hay yếu tố sinh trưởng giống insulin (IGF1-insulin-like growth factor 1), yếu tố tế bào thân. Mục tiêu của protein kinase này là chuỗi tín hiệu điều dẫn từ protein RAS.




Hình 14. Tyrosine-specific protein kinase

- Serin/threonine-specific protein kinase như calcium/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMK II), tác động của protein kinase này được điều dẫn bởi c.AMP, c.GMP, diacylglycerol và Ca2+/calmodulin.

-Histidine-specific protein kinase chỉ hiện diện trong các tế bào prokaryote.


Hình 15. Serin/threonine-specific protein kinase



Hình 16. Protein kinase A



Hình 17. Protein kinase B


Hình 18. Protein kinase C

6. MỘT SỐ CƠ CHẾ TRUYỀN ĐẠT THÔNG TIN HÓA SINH

6.1.Hormone steroid

Hormone steroid có đặc tính không tan trong nước. Do đó, steroid được phân tiết vào đường tuần hoàn huyết và vận chuyển dưới dạng phức hợp với protein vận chuyển. Chúng đi thẳng vào trong tế bào đích, liên kết với receptor đặc hiệu ở bào tương (receptor nội bào).

Phức hợp receptor-steroid đưa vào nhân tế bào và liên kết với DNA tại khu vực đặc biệt (các phân tử đáp ứng hormone). Chính sự liên kết này đã kích hoạt DNA hoạt động, cho phép RNA polymerase sao chép các phân tử m.RNA tương ứng. m.RNA di chuyển ra tế bào chất, đến ribosome, giải mã, tổng hợp các phân tử protein enzyme.



Hình 19. Cơ chế tác động của hormone steroid

6.2. Thyroxine

Thyroxine (T4-tetraiodothyronine) là hormone được tổng hợp và phân tiết từ tuyến giáp. Chúng vận chuyển trong huyết tương nhờ protein vận chuyển (thyroglobulin). T4 có đặc tính không tan trong nước nhưng lại ưa chất béo (lipophilic) nên đi trực tiếp vào tế bào đích. Ở tế bào chất, T4 không thể hiện tác động sinh học. Tuyến giáp tổng hợp và phân tiết một số lượng nhỏ T3 (triiodothyronine). T3 cũng được vận chuyển trong máu và đi thẳng vào bào tương của tế bào đích. Tại đây, các phân tử T4 bị khử iod tạo thành các phân tử T3. T3 đi vào trong nhân và liên kết với receptor nội bào. Phức hợp liên kết với phân tử cảm ứng hormone. Kết quả DNA cho phép RNA polymerase sao chép mật mã, tổng hợp m.RNA. m.RNA ra bào tương, đến ribosome tổng hợp ortein enzyme.





Hình 20. Cơ chế tác động của thyroxine

6.3. Epinephrine (Adrenaline)

Epinephrine là hormone được tổng hợp và phân tiết từ vùng tủy tuyến thượng thận, kiểm soát hàm lượng glucose máu. Chúng có đặc tính hòa tan trong môi trường nước nên không có khả năng đi qua màng sinh học.

Do đó, khi nên mô bào đích (gan), epinephrine liên kết với β-adrenergic receptor đặc hiệu ở màng (ngoại bào). Phức hợp hình thành sẽ kích động protein G ở mặt trong màng. Subunit α-GDP tách rời khỏi protein G và thay thế GDP bằng GTP.

Tổ hợp Gα-GTP liên kết với adenylate cyclase ở tại màng. Sự liên kết này thúc đẩy enzyme hoạt động, xúc tác phản ứng thành lập c.AMP (thông tín viên thứ hai) từ ATP.

Nồng độ c.AMP tăng dần và hiệu ứng sinh học trong tế bào gan tiếp tục xảy ra. C.AMP kích hoạt protein kinase A (thông tín viên thứ hai) bằng cách liên kết với enzyme này. Protein kinase A xúc tác phản ứng phosphoryl hóa enzyme phosphorylase ở cấu tử serine. Phosphorylase ở dạng hoạt động tiếp tục tác động lên phân tử glycogen, cắt liên kết 1-4 glycosidic, phóng thích các phân tử glucose-6P tự do. Glucose-6P tách bỏ nhóm phosphate và đi vào hệ thống tuần hoàn, nâng hàm lượng glucose máu.


Hình 21. Cơ chế tác động của epinephrine

6.4. Rhodopsin-Transducin

Quá trình hoạt động của tế bào hình que phụ thuộc vào cường độ và trường độ của ánh sáng (sự kích thích của các hạt photon lên lớp võng mạc).



(1). Cường độ ánh sáng mạnh

Các hạt photon kích hoạt rhodopsin chuyển sang dạng hoạt động metarhodopsin II. Metarhodopsin II có ái lực mạnh với transducin, tách subunit Tβ và Tγ. Subunit Tα-GDP chuyển sang dạng Tα-GTP (dạng hoạt động của transducin).

Tα-GTP tiếp tục kích hoạt enzyme phosphodiesterase (PDE) bằng cách tách tách 2 subunit γ. PDE hoạt động (PDEαβ) xúc tác phản ứng phân giải c.GMP thành GMP. Kết quả kênh cation (Na+, K+, Ca2+) đóng lại và tế bào hình que không hoạt động.

Hiện tượng khuếch đại các tín hiệu ở giai đoạn này rất cao. Một phân tử meterhodopsin II có thể kích hoạt 500 phân tử transducin và mỗi phân tử Tα-GTP có thể giải phóng PDE hoạt động phân giải hàng ngàn phân tử c.GMP, ít nhất là 1000 phân tử trong một giây.

Ngoài ra, metarhopdopsin II có thể bị biến đổi thành rhodopsin bằng phản ứng phosphoryl hóa dưới sự xúc tác của rhodopsin kinase (RK). Phản ứng này có thể được kiểm soát bởi recoverin hoặc anestin, ngăn cản quá trình cảm nhận ánh sáng của tế bào hình que.

(2). Cường độ ánh sáng yếu

Thành phần protein hoạt hóa guanylate cyclase (GCAP) trong tế bào chất kích hoạt enzyme guanylate cyclase (GC) bằng cách sự liên kết giữa GC với ion Ca2+.

GC (hoạt động) xúc tác phản ứng thành lập c.GMP từ GTP. Nồng độ c.GMP tăng sẽ thúc đẩy kênh cation mở và tế bào hình que bắt đầu hoạt động.

Hình 22. Cơ chế cảm nhận ánh sáng của tế bào hình que

6.5. Dẫn truyền xung động thần kinh

Xung động thần kinh được dẫn truyền từ tế bào này sang tế bào khác hay từ tế bào đến mô bào đích…chính là do sự thay đổi điện thế động (sự khử cực và tái phân cực) của màng di chuyển dần đi.

Sự dẫn truyền xung động bao gồm các tiến trình:

(1). Dẫn truyền xung động tại synap (tác động trực tiếp của acetylcholine)

(2). Ức chế dẫn truyền xung động

(3). Tác động gián tiếp của acetylcholine đối với kênh potassium

(4). Tác động của norepinephrine đối với kênh calcium phụ thuộc điện thế

Hình 23. Sự dẫn truyền xung động thần kinh

(1). Dẫn truyền xung động tại synap(tác động trực tiếp của acetylcholine)

Synap là khu vực tiếp hợp giữa thụ trạng (sợi tiền hạch-presynaptic neuron) và trụ giác (sợi hậu hạch-postsynaptic neuron) của 2 tế bào thần kinh. Tại khu vực này tích chứa nhiều ion Ca+ và Na+. Ở đầu mút của sợi tiền hạch có các kênh ion Ca2+ định vị ở màng và các nang chứa tín hiệu hóa học dẫn truyền, trong khi ở đầu mút sợi hậu hạch có receptor đặc hiệu của chất dẫn truyền liên kết với kênh ion Na+.

Tiến trình khử cực di chuyển dần đi trên sợi tiến hạnh đến đầu mút sẽ kích hoạt mở kênh Ca2+, cho phép các ion Ca2+ thấm nhập vào trong kích hoạt các mang chứa tín hiệu hóa học. Chất hóa học dẫn truyền thần kinh được phóng thích đi vào synap và liên kết với receptor đặc hiệu ở màng sợi hậu hạch. Sự liên kết này cho phép mở kênh (kênh ion liên lết acetylcholine) và các phân tử Na+ thấm nhập vào trong thay thế cho K+. Sự thấp nhập ion Na+ làm thay đổi điện thế màng và sự khử cực di chuyển dần ở tế bào sau (xung động đã được dẫn truyền). Tiếp theo là quá trình phóng thích ngược lại các tín hiệu hóa học và đi vào cac nang chứa ở đầu mút sợi tiền hạch.



Hình 24. Dẫn truyền xung động tại synap



Hình 25. Sự kích hoạt kênh ion liên kết acetylcholine

(2). Ức chế dẫn truyền xung động

Quá trình dẫn truyền xung động có thể bị ức chế khi các kênh ion K+ và Cl- được kích hoạt bởi các phân tử ức chế dẫn truyền được phóng thích từ đầu mút sợi tiền hạch do màng trong sợi thần kinh tái phân cực (điện thế âm).





Hình 26. Ức chế dẫn truyền xung động

(3). Tác động gián tiếp của acetylcholine đối với kênh K+ ở tế bào cơ tâm

Trên màng tế bào cơ tâm có các receptor đặc hiệu xuyên màng (muscarinic ACh receptor), kênh K+ và protein G.





Hình 27. Tác động mở kênh K+ gián tiếp của acetylcholine

Acetylcholine được phóng thích từ các nang tuyến ở đầu mút thần kinh phó giao cảm (parasympathetic nerve) liên kết với phân tử muscarinic Ach receptor ở màng tế bào cơ tâm. Sự liên kết này có tác động kích hoạt protein G bên trong, subunit Gα-GTP được thành lập, tách subunit Gβγ . Subunit Gβγ đóng vai trò tín hiệu truyền dẫn, bằng cách liên kết với kênh K+. Sự liên kết này kích hoạt mở kênh, cho phép các ion K+ di chuyển ra ngoài.



(4). Tác động của norepinephrine đối với kênh Ca2+ ở tế bào cơ tâm

Calcium có vai trò quan trọng trong sự co duỗi của các tế bào cơ. Hormone norepinephrine được phóng thích từ các nang tuyến ở đầu mút thần kinh giao cảm (sympathetic nerve) liên kết với β adrenergic receptor xuyên màng của tế bào cơ tâm.

Sự liên kết này kích hoạt protein G ở mặt trong màng tế bào. Subunit Gα-GTP được thành lập. Phân tử này tiếp tục kích hoạt adenylate cyclase và phản ứng thành lập c.AMP xảy ra.

Nồng độ c.AMP gia tăng nhanh chóng trong tế bào cơ tâm, chúng liên kết với protein kinase phụ thuộc c.AMP (c.AMP dependent protein kinase). Enzyme này được kích hoạt và xúc tác phản ứng phosphoryl hóa kênh Ca2+.



Kênh mở và màng tế bào bị khử cực cho phép calcium từ ngoài thấm nhập vào trong, kích thích quá trình co cơ.


Hình 28. Tác động mở kênh Ca2+ của norepinephrine


TS. Đỗ Hiếu Liêm BM.Sinh Lý Sinh Hoá K.CNTY-ĐHNL


tải về 81.99 Kb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn:




Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2024
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương