Sự vận động của tế bào cơ thể người

Những kiểu vận động rõ ràng nhất của tế bào xảy ra trong cơ thể là của tế bào cơ xương, cơ tim, và cơ trơn, những phần chiếm tới 50% trọng lượng cơ thể.  Kiểu vận động khác - vận động kiểu amib và nhung mao- xảy ra ở những tế bào khác.

Chuyển động kiểu amib

Chuyển động kiểu amib là vận động của toàn bộ tế bào trong môi trường xung quanh, như là sự chuyển động của tế bào bạch cầu trong mô. Nó có tên như vậy dựa trên sự thật là amib cũng chuyển động theo cách này, và amib cung cấp những công cụ rất tốt cho việc nghiên cứu hiện tượng này.

Một cách điển hình, sự chuyển động của amib bắt đầu bằng sự thò ra của chân giả từ một đầu của tế bào. Chân giả lồi ra xa thân tế bào và tự nó đi đến những vùng khác trong mô, sau đó phần còn lại của tế bào được kéo đến vị trí của chân giả. Hình minh họa cho quá trình này, cho thấy một tế bào hình thon dài, tay phải của tế bào kết thúc bằng việc thò ra một chân giả. Màng tế bào ở đầu này liên tục di chuyển, sau đó màng ở tay trái tế bào liên tục đi theo tạo nên sự di chuyển của tế bào.

Hình. Chuyển động của ameboid bởi một tế bào.

Cơ chế của chuyển động kiểu amib

Hình trình bày nguyên lý chung của chuyển động kiểu nhung mao, về cơ bản, nó là kết quả của việc liên tục hình thành màng tế bào mới ở đầu chân giả và liên tục hấp thụ của màng ở phần giữa và phía sau của tế bào. 2 yếu tố khác ảnh hưởng tới sự chuyển động tới phía trước của tế bào. Yếu tố đầu tiên là sự gắn của chân giả vào những mô xung quanh do đó chúng được cố định ở phía trước, trong khi phần còn lại của tế bào được kéo tới điểm gắn. Sự gắn này là kết quả của receptor ở phía trong các túi xuất bào. Khi các túi này trở thành một phần của chân giả, chúng mở ra do đó các phần ở trong được lộn ra ngoài và các receptor lồi ra ngoài tế bào và gắn vào các phối tử ở mô xung quanh.

Ở đầu đối diện của tế bào, receptor tách khỏi điểm bám của nó và tạo thành các túi ẩm bào mới. Sau đó, trong tế bào, các túi này chảy tới đầu chân giả, ở đó chúng được sử dụng để tạo thành các màng chân giả mới.

Yếu tố cần thiết thứ hai của sự chuyển động là cung cấp năng lượng cần thiết để kéo tế bào về phía chân giả. Trong bào tương của tất cả tế bào là một lượng lớn protein actin. Hầu hết actin là một dạng phân tử đơn không thể chuyển động được, tuy nhiên, những phân tử này trùng hợp lại với nhau để tạo thành một mạng lưới sợi, và mạng lưới này co lại được khi chúng gắn với myosin. Toàn bộ quá trình này được cung cấp năng lượng bởi ATP. Cơ chế này xảy ra ở chân giả khi tế bào di chuyển, ở đó mạng lưới các sợi actin được hình thành trong các chân giả lớn. Sự co lại cũng xảy ra trong ngoại bào tương của tế bào, nơi mạng lưới actin hình thành từ trước đã xuất hiện bên dưới màng tế bào.

Những loại tế bào vận động kiểu amib

Những tế bào phổ biến nhất vận động theo kiểu amib trong cơ thể người là tế bào bạch cầu khi chúng rời khỏi máu vào các mô để tạo thành đại thực bào mô. Những loại tế bào khác cũng có thể di chuyển theo kiểu amib trong hoàn cảnh thích hợp. Ví dụ, các nguyên bào sợi di chuyển tới vùng bị tổn thương giúp sửa chữa tổn thương, và ngay cả các tế bào mầm của da, mặc dù thông thường hoàn toàn không có chân, di chuyển tới vùng da bị cắt để sửa chữa. Cuối cùng, sự vận động của tế bào đặc biệt quan trọng trong sự phát triển của phôi và thai sau sự thụ tinh của trứng. Ví dụ, tế bào phôi phải di chuyển một quãng đường dài từ nơi chúng được thụ tinh tới một khu vực khác trong khi có sự phát triển của những cấu trúc đặc biệt.

Kiểm soát vận động kiểu amib-hóa hướng động

Yếu tố khởi đầu quan trọng nhất của chuyển động kiểu amib là một quá trình gọi là hóa hướng động, là kết quả của sự xuất hiện các chất hóa học nào đó trong mô. Bất cứ chất hóa học nào gây ra sự hóa hướng động được gọi là chất hóa hướng động. Hầu hết tế bào chuyển động kiểu amib tới nguồn hóa hướng động-là chuyển động từ nơi có nồng độ thấp tới nơi có nồng độ cao-được gọi là hóa hướng động dương tính(positive). Một vài tế bào chuyển động rời ra nguồn chất hóa hướng dộng, gọi là hóa hướng động âm tính (negative).

Nhưng làm thế nào sự hóa hướng động kiểm soát được hướng của sự chuyển động? Mặc dù câu trả lời là không rõ ràng, chúng ta biết là phần tế bào gần nhất với các chất hóa hướng động phát triển màng tế bào làm lồi ra các chân giả.

Lông chuyển và chuyển động kiểu lông chuyển

Loại chuyển động thứ hai của tế bào, chuyển động kiểu lông chuyển, là chuyển động như roi của vi nhung mao trên bề mặt tế bào. Kiểu chuyển động này xảy ra chủ yếu ở 2 nơi trong cơ thể người: ở bề mặt của biểu mô đường hô hấp và mặt trong của ống dẫn trứng của cơ quan sinh sản. Ở khoang mũi và đường hô hấp dưới, chuyển động kiểu roi của vi nhung mao làm cho lớp chất nhầy chuyển động với tốc độ khoảng 1cm/phút tới họng, bằng cách này làm sạch đương hô hấp. Tại ống dẫn trứng, vi nhung mao tạo nên sự chuyển chậm chạp của dịch vòi trứng tới khoang tử cung, chuyển động này của dịch vận chuyển trứng từ buồng trứng tới tử cung.

Như hình, vi nhung mao xuất hiện dưới dạng một sợi nhọn, thẳng hoặc cong, lồi ra khoảng 2-4 micrometer từ bề mặt tế bào. Thường có rất nhiều vi nhung mao lồi ra từ một tế bào-ví dụ, khoảng 200 lông trên bề mặt mỗi tế bào biểu mô đường hô hấp. vi nhung mao được tạo ra bởi sự lồi ra của màng tế bào, và nó được hỗ trợ bởi 11 ống vi quản-9 ống kép nằm quanh chu vi của vi nhung mao và 2 ống đơn ở trung tâm, như được minh họa trên mặt cắt ngang ở hình. Mỗi vi nhung mao là phần lồi ra của một cấu trúc nằm ngay bên dưới màng tế bào, được gọi là thân của vi nhung mao.

Phần đuôi của tinh trùng cũng giống như vi nhung mao, trên thực tế, nó cũng có cùng cấu trúc và cùng cơ chế co. Đuôi tinh trùng, tuy vậy, dài hơn nhiều và chuyển động theo song hình sin thay cho chuyển động kiểu roi.

Ở hình, sự chuyển động của vi nhung mao được trình bày. Vi nhung mao chuyển động nhanh với tần số 10-20 lần mỗi giây, uốn cong rõ ràng ở nơi nó lồi ra khỏi bề mặt tế bào. Sau đó chúng chuyển động từ từ về vị trí ban đầu của nó. Sự chuyển động đột ngột về phía trước như roi đẩy lớp dịch gần sát tế bào đi cùng chiều với chuyển động của vi nhung mao, sự chuyển động chậm chạp về vị trí ban đầu của vi nhung mao gần như không ảnh hưởng tới lớp dịch. Kết quả là, lớp dịch liên tục bị đẩy đi cùng chiều với chiều chuyển động nhanh. Vì hầu hết tế bào có một lượng lớn vi nhung mao trên bề mặt và bởi vì tất cả vi nhung mao chuyển động cùng chiều, nên nó làm lớp dịch chuyển động từ một nơi trên bề mặt tới một nơi khác.

Hình. Cấu trúc và chức năng của cilium.

Cơ chế của chuyển động kiểu vi nhung mao. Mặc dù không phải tất cả khía cạnh của chuyển động kiểu vi nhung mao được biết, chúng ta nhận thấy những điều sau: đầu tiên, 9 ống kép và 2 ống đơn đều nối với nhau bằng một phức hợp protein nối ngang, tất cả phức hợp ống và protein nối này được gọi là sợi trục. Thứ hai, ngay cả sau khi loại bỏ màng và phá hủy những yếu tố bên cạnh sợi trục, vi nhung mao vẫn có thể di động trong những điều kiện thích hợp. Thứ ba, 2 điều kiện cần thiết cho sự vận động của sợi trục sau khi loại bỏ những cấu trúc khác của vi nhung mao là: (1) sự có sẵn của ATP và (2) điều kiện ion thích hợp, đặc biệt là nồng độ thích hợp magie và calci. Thứ tư, trong chuyển động về phía trước của vi nhung mao, những ống kép ở cạnh trước trượt ra ngoài tới đầu của vi nhung mao, trong khi những ống ở phía sau nằm nguyên tại vị trí. Thứ năm, những protein cánh tay bao gồm protein dynein, có enzyme hoạt hóa ATP (ATPase), nhô ra từ mỗi ống kép tới những ống kép liền kề.

Từ những thông tin cơ bản này, có thể xác định rằng năng lượng được giải phóng từ ATP trong sự tiếp xúc với cánh tay ATPase dynein làm cho đầu cánh tay bò rất nhanh dọc theo bề mặt những ống kép liền kề. Nếu những ống phía trước bò ra ngoài, trong khi những ống phía sau đứng nguyên tại chỗ, sự bẻ cong xảy ra.

Cách mà những vi nhung mao được kiểm soat vẫn chưa được hiểu. Vi nhung mao ở một vài tế bào bất thường về di truyền không có 2 ống đơn ở trung tâm, và những lông này không chuyển động được. Do đó, người ta cho rằng có một số tín hiệu nào đó, có thể là tín hiệu điện hóa, được truyền dọc theo 2 ống trung tâm này để hoạt hóa cánh tay dynein.