Sự khuếch tán dễ qua màng tế bào

2020-07-16 05:13 PM

Khuếch tán được làm dễ cần đến sự giúp đỡ của protein mang. Protein mang giúp một phân tử hay ion đi qua màng bởi liên kết hóa học với chúng.

Biên tập viên: Trần Tiến Phong

Đánh giá: Trần Trà My, Trần Phương Phương

Sự khuếch tán qua màng tế bào được chia thành hai dạng được gọi là khuếch tán đơn giản (simple diffusion) và khuếch tán được làm dễ (facilitated diffusion).

Khuếch tán đơn giản nghĩa là động lực di chuyển của phân tử or ion xảy ra khi màng tế bào mở hay chúng vượt qua giữa các gian phân tử không có bất kỳ ảnh hưởng từ các protein mang. Tỷ lệ khuếch tán được xác định bởi số lượng các chất có hiệu lực,  vận tốc của động lực chuyển động, và số lượng kích cỡ mở của màng tế bào mà phân tử hay ion có thể vượt qua.

Khuếch tán được làm dễ cần đến sự giúp đỡ của protein mang. Protein mang giúp một phân tử hay ion đi qua màng bởi liên kết hóa học với chúng.

Giống như hình trên, khuếch tán đơn giản có thể xảy ra theo 2 cách: (1) vvượt qua các kẽ hở của màng lipid nếu các chất hòa tan trong lipid;(2) vượt qua các protein vận chuyển khi các phân tử đó hòa tan trong nước không thể đi qua màng trực tiếp.

Khuếch tán của các chất tan trong lipid qua màng tế bào: một nhân tố quan trọng xác định một chất khuếch tán nhanh qua màng lipid bằng cơ chế nào đó là xác định chất đó tan trong lipid hay không. Ví dụ, lipid hòa tan được oxygen, nitrogen, CO2, và alcolhols rất cao, vì vậy nên chúng có thể đi qua màng tế bào trực tiếp.

Khuếch tán của nước và các phân tử không tan trong lipid qua các kệnh protein: mặc dù nước không thể tn được trong lipid, nhưng nó vượt qua màng bằng các kênh của phân tử protein. Sự nhanh chóng đi qua màng tế bào của nước là một sự đáng kinh ngạc, ví dụ, tổng lượng nước khuếch tán qua màng tế bào hồng cầu trong mỗi giây là 100 lần thể tích của hồng cầu. Những chất không tan trong lipid khác cũng có thể đi qua các kênh protein trong một vài cách như nước nếu chúng hòa tan và đủ nhỏ. Tuy nhiên, khi chúng là những chất có cấu tạo lớn hơn sự thâm nhập cũng không còn nhanh chóng nữa. Ví dụ, đường kính của phân tử ure chỉ lớn hơn 20% của nước nhưng chúng lại đi qua màng tế bào bằng 1/1000 lần của nước.

Khuếch tán qua lỗ protein và kênh protein, sự chọn lọc của kênh: Bằng kỹ thuật điện toán hình ảnh 3D người ta đã cho tháy các lỗ hay kênh protein có lối mòn dạng hình ống cho các phân tử đi qua. Các chất có thể khuếch tán đơn giản qua những lỗ này. Những cái lỗ như vậy được tạo thành từ toàn bộ protein màng bằng cách mở các ống xuyên màng và chúng luôn luôn mở. Tuy nhiên đường kính của các lỗ này lại có sự chọn lọc với các phân tử. Ví dụ, kênh aquaporin hay còn gọi là kênh nước, cho phép nước đi qua nhanh chóng nhưng lại chặn những phân tử khác. Có ít nhất 13 loại kênh aquaporin khác nhau được tìm thấy trên màng tế bào của cơ thể người.

Kênh protein có sự khác biệt ở 2 nhân tố quan trọng: (1) chúng thường có tính thâm schọn lọc cao và(2) nhiều kênh có thể đóng mở bởi tín hiệu có liên quan, như tín hiệu điện thế(voltage-gated channels) hay liên kết hóa học (ligand-gated channels).

Tính chọn lọc của kênh protein: nhiều kênh protein có tính chọn lọc cao với 1 hay nhiều ion đặc biệt. Điều này là kết quả của nhiều nhân tố:đương kính, sự sắp xếp hình dạng đặc thù, tự nhiên của chênh lệch điện hay liên kết hóa học bề mặt.

Vận chuyển các ion natri và kali thông qua các kênh protein

Hình. Vận chuyển các ion natri và kali thông qua các kênh protein. Cũng hiển thị là những thay đổi về hình dạng trong các phân tử protein để mở hoặc đóng cổng, canh gác bảo vệ các kênh.

Kênh protein hoạt hóa nhờ tín hiệu: có nghĩa là kênh protein bị điều khiển bởi tín hiệu mà kênh nhận được. Ví dụ như kênh Na và K như trên.

Một bản ghi dòng chảy qua một kênh natri điện áp đơn, thể hiện nguyên tắc tất cả hoặc không để mở và đóng kênh

Hình. A, Một bản ghi dòng chảy qua một kênh natri điện áp đơn, thể hiện nguyên tắc tất cả hoặc không để mở và đóng kênh. B, Phương pháp vá kẹp để ghi dòng chảy thông qua một kênh protein. Ở bên trái, ghi được thực hiện từ một bản vá lỗi của một màng tế bào sống. Ở bên phải, ghi âm là từ một miếng vá màng đã bị xé ra khỏi tế bào.

Cơ chế đóng mở được điều khiển bởi 2 cách chủ yếu:

Voltage gating: kênh protein có những vùng chứa điện tích rất lớn, khi điện thế giữa hai bên màng tế bào thay đổi bất thường cơ chế sẽ làm cho những iên kết hóa học biến đổi cấu trúc trong không gian, làm cho mở kênh do thay đổi điện thế.

Chemical(ligand) gating: một vài kênh protein hướng ligand được mở khi liên kết với những chát hóa học(ligand).

Tình trạng mở chống lại tình trạng đóng: nhìn vào hình dứoi ta thấy rằng khi mở thì các kênh mở tối đa, tất cả cùng mở và lúc đóng thì chúng đóng tất cả; điều này được gọi theo 1 cơ chế chung là tất cả các kênh hướng điện thế hoạt động "tất cả hay không có gì"(all or none).

Khuếch tán được làm dễ

Khuếch tán được làm dễ cũng được gọi là khuếch tán cần vật mang trung gian bởi vì một chất được vận chuyển trong cách khuếch tán qua màng sử dụng protein mang đặc biệt để giúp đỡ.

Khuếch tán được làm dễ khác với khuếch tán đơn giản ở những điểm: mặc dù tỷ lệ khuếch tán đơn giản đi qua các kênh mở tăng tỷ lệ với nồng độ của chất khuếch tán, trong khi khuếch tán được làm dễ gắng liền với nồng độ tối đa, gọi là Vmax khi nồng độ tăng lên. Điều khác biệt này được minh chứng rõ nhất ở hình dưới.

Ảnh hưởng của nồng độ của một chất đến tốc độ khuếch tán qua màng

Hình. Ảnh hưởng của nồng độ của một chất đến tốc độ khuếch tán qua màng bằng cách khuếch tán đơn giản và khuếch tán thuận lợi. Biểu đồ này cho thấy khuếch tán thuận lợi đạt đến tốc độ tối đa được gọi là Vmax.

Vậy câu hỏi đặc ra là điều gì giới hạn khuếch tán được làm dễ?

Các cơ chế định đề cho khuếch tán thuận lợi

Hình. Các cơ chế định đề cho khuếch tán thuận lợi

Câu trả lời là: việc khuếch tán được làm dễ phụ thuộc hoàn toàn vào số lượng của các kênh protein, khi một phân tử gắn vào một vùng tín hiệu(receptor) của protein mang, làm chúng thay đổi cấu hình và cho chất này đi qua. Khi nồng độ các chất tăng lên làm khả năng gắng kết các chất vào kênh tăng lên và làm tăng khả năng khuếch tán, nhưng ở ở đây vẫn có những khoảng dừng, chính là lúc mà tất cả các kênh protein đã gắng phân tử thì lúc này là vận tốc tối đa mà chúng có thể khuếch tán được, nếu nồng độ tăng nhiều thì cũng không mang lại hệ quả gây tăng tốc độ khuếch tán.

Trong hầu hết các chất đi qua màng tế bào theo cơ chế khuếch tán được làm dễ thì quang trọng nhất là glucose và hấu hết acid amins. Trong trường hợp của glucose, có ít nhất 5 loại kênh glucose được tìm thấy trong nhiều mô. Một vài trong số chúng cũng có thể cho các monosaccarid khác có cấu trúc tương tự đi qua, bao gồm cả galactose và frutose. Một kênh quan trọng là GLUT4, hoạt hóa bởi insulin, gây tăng khuếch tán glucose nhiều lên gấp 10 tới 20 lần khi mô bị kích thích bởi insulin. Điều này là cơ chế cơ bản mà insulin điều hòa nồng độ glucose trong máu.

Sự thẩm thấu chọn lọc của màng tế bào- Khuếch tán thực của nước

Thẩm thấu tại màng tế bào khi dung dịch natri clorua được đặt ở một bên của màng

Hình. Thẩm thấu tại màng tế bào khi dung dịch natri clorua được đặt ở một bên của màng và nước được đặt ở phía bên kia.

Chất nhiều nhất khuếch tán qua màng tế bào chính là nước. Nước được khuếch tán từ nơi có thế nước cao đến nơi có thế nước thấp, hay có thể nói từ nơi có nồng độ chất thấp tới nơi có nồng độ chất hòa tan cao. Và sự khuếc tán nước trong những điều kiện như vậy gọi là sự thẩm thấu(osmosis). Tính thẩm thấu thể hiện khả năng thẩm thấu với nước của màng tế bào (osmotic).

Áp suất thẩm thấu(osmotic pressure): như hình trên, nếu sự thẩm thấu bị chặn lại, làm ngừng lại hay đảo ngược. Áp suất chính xác để ngăn chặn sự thẩm thấu chính là áp suất thẩm thấu của một dung dịch.

"Osmalality"- osmole: để làm rõ nồng độ của dung dịch trong giới hạn của số hạt, một đơn vị được gọi là osmole được sử dụng. 1 osmole là 1 gam phân tử của gây ra thẩm thấu, vì vậy 180 gam glucose sẽ tương đương 1 osmole vì glucose không phân hủy thành các ion khác. Nhưng nếu một phân tử trong dung dịch phân tách thành 2 ion, thì 1 gam phân tử của nó được tính là 2 osmole. Ví dụ khác, dung dịch NaCl có 58,5gam NaCl thì sẽ có 2osmoles.

Quan hệ giữa osmolality với osmotic pressure: ở nhiệt độ 37, nồng độ của 1 osmole trên lít sẽ gây ra 19300mmHg áp suất thẩm thấu. Cũng như vậy, nếu dung dịch có nồng độ osmole là 1miliosmole sẽ tạo ra áp suất thẩm thấu 19,3 mmHg.

Bài viết cùng chuyên mục

Sự phát triển của điện thế hoạt động

Yếu tố nào đó làm tăng đôi chút điện thế màng từ -90mV hướng tới mức bằng không, điện thế tăng cao sẽ gây ra việc mở một số kênh natri có cổng điện thế.

Hoạt hóa và các receptor của hormone

Số lượng receptor tại các tế bào đích thường không hằng định, những receptor protein thường bị bất hoạt hoặc phá hủy trong quá trình chúng thực hiện chức năng.

hCG của thể vàng và quá trình ngăn chặn chu kỳ kinh nguyệt

Cho đến nay, chức năng quan trọng nhất của hCG là ngăn chặn sự co hồi của hoàng thể vào cuối chu kì kinh nguyệt, Thay vào đó, nó kích thích hoàng thể bài tiết progesterone và estrogen trong vài tháng sắp tới.

PO2 phế nang: phụ thuộc vào các độ cao khác nhau

Khi lên độ cao rất lớn, áp suất CO2 trong phế nang giảm xuống dưới 40 mmHg (mặt nước biển). Con người khi thích nghi với độ cao có thể tăng thông khí lên tới 5 lần, tăng nhịp thở gây giảm PCO2 xuống dưới 7 mmHg.

Vai trò và chức năng của Protein huyết tương

Proteins huyết tương là một nguồn amio acid của mô, khi các mô cạn kiệt protein, các protein huyết tương có thể hoạt động như một nguồn thay thế nhanh chóng.

Thở ô xy toàn phần: tác động lên PO2 ở các độ cao khác nhau

SaO2 ở các độ cao khác nhau trong trường hợp thở oxy toàn phần. Chú ý rằng SaO2 luôn đạt mức trên 90% khi ở độ cao dưới 11900 m, và giảm nhanh xuống 50% ở độ cao 14330 m.

Hệ thống điều hòa của cơ thể

Nhiều hệ điều hòa có trong từng cơ quan nhất định để điều hòa hoạt động chức năngcủa chính cơ quan đó; các hệ thống điều hòa khác trong cơ thể lại kiểm soát mối liên hệ giữa các cơ quan với nhau.

Chức năng thính giác của vỏ não: cơ chế thính giác trung ương

Mỗi neuron riêng lẻ trong vỏ não thính giác đáp ứng hẹp hơn nhiều so với neuron trong ốc tai và nhân chuyển tiếp ở thân não. Màng nền gần nền ốc tai được kích thích bởi mọi tần số âm thanh, và trong nhân ốc tai dải âm thanh giống vậy được tìm thấy.

Áp suất dịch não tủy bình thường không đổi

Áp suất dịch não tủy bình thường khi nằm trung bình là 130 mm nước (10mmHg), tuy nhiên áp suất này cũng có thể thấp chỉ 65 mm nước hoặc cao đến 195 mm nước ở người khỏe mạnh bình thường.

Tiêu cự của thấu kính: nguyên lý quang học nhãn khoa

Các tia sáng đi đến thấu kính hội tụ không phải là một chùm tia song song mà là phân kì bởi vì nguồn phát các tia sáng không đặt xa thấu kính đó.

Chức năng gan của trẻ sơ sinh

Bởi vì gan của trẻ sơ sinh thiếu hình thành các protein huyết tương, nồng độ protein huyết tương giảm trong những tuần đầu ít hơn trẻ lớn. Thỉnh thoảng nồng độ protein máu giảm đến mức thấp gây phù.

Một số rối loạn sinh lý thân nhiệt

Sốt là trạng thái tăng thân nhiệt xảy ra do điểm chuẩn bị nâng lên cao hơn bình thường. Khi đó, các đáp ứng tăng thân nhiệt xuất hiện và đưa thân nhiệt tăng lên bằng điểm chuẩn mới gây nên sốt.

Phức bộ QRS: nguyên nhân gây ra điện thế bất thường

Một trong các nguyên nhân gây giảm điện thế của phức bộ QRS trên điện tâm đồ là các ổ nhồi máu cơ tim cũ gây giảm khối lượng cơ tim, làm cho sóng khử cực đi qua tâm thất chậm và ngăn các vùng của tim khử cực cùng 1 lúc.

Ngừng tim trong rối loan nhịp tim

Giảm oxy máu khiến cho sợi cơ tim và sợi dẫn truyền mất điện thế màng bình thường và tính dễ kích thích này làm cho nhịp tự động biến mất.

Hormone tuyến giáp làm tăng phiên mã số lượng lớn các gen

Hầu hết các tế bào cơ thể, lượng lớn các enzym protein, protein cấu trúc, protein vận chuyển và chất khác được tổng hợp, kết quả đều làm tăng hoạt động chức năng trong cơ thể.

Sự thích nghi của áp suất ô xy máu thấp và ảnh hưởng cấp của giảm ô xy máu

Một trong ảnh hưởng quan trọng nhất của giảm oxy máu là giảm nhận thức, gây nên giảm tư duy, trí nhớ, và hiệu suất của các vận động phức tạp.

Tế bào ung thư ở cơ thể người

Xét rằng hàng nghìn tỷ tế bào mới được hình thành mỗi năm ở người, một câu hỏi hay hơn có thể được hỏi tại sao tất cả chúng ta không phát triển hàng triệu hay hàng tỷ tế bào đột biến ung thư.

Sự điều hòa bài tiết pepsinogen ở dạ dày

Tốc độ bài tiết pepsinogen - tiền chất của pepsin gây nên sự tiêu hóa protein - bị ảnh hưởng rất mạnh bởi lượng acid có mặt trong dạ dày. Ở những bệnh nhân mất khả năng bài tiết lượng acid cơ bản.

Thần kinh giao cảm và phó giao cảm: điều chỉnh nhịp điệu và xung động co bóp

Sự gia tăng tính thấm với các ion canxi ít nhất là một nguyên nhân cho sự gia tăng sức co bóp của cơ tim dưới tác động của kích thích giao cảm, bởi vì các ion canxi kích thích quá trình co bóp của các tơ cơ.

Nơi tích trữ chất béo trong cơ thể người

Các tế bào gan ngoài chứa triglycerides, còn chứa lượng lớn phospholipid và cholesterol, chúng liên tục được tổng hợp ở gan. Ngoài ra, các tế bào gan còn khử bão hòa các acid béo nhiều hơn ở các mô khác.

Vận chuyển chủ động các chất qua màng bào tương

Hình thức vận chuyển này được chia làm hai loại, vận chuyển chủ động nguyên phát, và vận chuyển chủ động thứ phát tùy theo năng lượng.

Vai trò của các nhân não và tiền đình: nâng đỡ cơ thể chống lại trọng lực

Các nhân lưới được chia làm 2 nhóm chính: các nhân lưới ở cầu não, nằm ở phía sau bên của cầu não và kéo dài tới hành não, các nhân lưới ở hành não, kéo dài suốt toàn bộ hành não, nằm ở cạnh đường giữa.

Rung thất: rối loạn nhịp tim

Rung thất gây ra bởi nhịp phát nhịp trong khối cơ thất, gây ra khử cực toàn cơ thất, tiếp sau đó là 1 nhịp khác, rồi tiếp tục, và cuối cùng điều hòa ngược chính nó để tái khử cưc khối cơ thất liên tục không ngừng.

Giải phẫu và sinh lý của tụy

Tụy tiết nhiều hormon, như amylin, somatostatin, và pancreatic polypeptide, chức năng của chúng chưa được biết rõ. Mục đích chính là bàn về vai trò sinh lý của insulin và glucagon và sinh lý bệnh của các bệnh lý.

Hormone tăng trưởng (GH) thực hiện các chức năng thông qua các chất trung gian somatomedin

GH kích thích gan tạo ra các protein phân tử nhỏ gọi là somatomedin tác dụng mạnh làm tăng mọi phương diện phát triển của xương, một số tác dụng của somatomedin lên sự phát triển tương tự như các tác dụng của insulin lên sự phát triển.