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

Trung tâm thần kinh điều khiển sự thèm ăn của cơ thể

Một số trung tâm thần kinh của vùng dưới đồi tham gia vào kiểm soát sự ăn, nhân bên của vùng hạ đồi hoạt động như trung tâm nuôi dưỡng, và kích thích vào vùng này ở động vật gây ra chứng ăn vô độ.

Tính nhịp điệu của mô dễ bị kích thích phóng điện lặp lại

Các dòng chảy của các ion kali tăng lên mang số lượng lớn của các điện tích dương ra bên ngoài của màng tế bào, để lại một lượng đáng kể ion âm hơn trong tế bào xơ hơn trường hợp khác.

Đường cong áp suất động mạch chủ

Sau khi van động mạch chủ đóng, áp suất động mạch chủ giảm chậm suốt thì tâm trương do máu chứa trong các động mạch chun co giãn tiếp tục chảy qua các mạch ngoại vi để về tĩnh mạch.

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.

Tác dụng sinh lý của vitamin D

Thụ thể vitamin D có mặt trong hầu hết các tế bào trong cơ thể và nằm chủ yếu trong nhân tế bào. Tương tự như các thụ thể steroid và hormone tuyến giáp, các thụ thể vitamin D có vùng bắt hocmon và vị trí bắt ở DNA.

Giải phẫu sinh lý thành ống tiêu hóa

Thành ruột, từ ngoài vào trong bao gồm các lớp sau đây: lớp thanh mạc, lớp cơ trơn dọc, lớp cơ trơn vòng, lớp dưới niêm mạc, và lớp niêm mạc. Thêm vào đó, có rải rác các sợi cơ trơn nằm sâu ở lớp niêm mạc được gọi là lớp cơ niêm.

Dẫn truyền xung động từ tận cùng thần kinh tới sợi cơ vân: Khớp thần kinh cơ

Điện thế hoạt động bắt đầu lan truyền trong các sợi cơ vân bởi các xung thần kinh đi theo cả hai hướng về phía tận cùng sợi cơ.

Điều hòa bài tiết glucagon

Tầm quan trọng của kích thích axit amin tiết glucagon là glucagon sau đó thúc đẩy chuyển đổi nhanh chóng của các axit amin thành glucose, do đó thậm chí làm tăng glucose có trong các mô.

Chức năng dự trữ máu của các tĩnh mạch

Các tĩnh mạch ngoại vi cũng có thể đẩy máu đi bằng cách cũng được gọi là “bơm tĩnh mạch” và chúng thậm chí cũng giúp điều hoà lượng máu ra từ tim.

Chức năng của vùng hải mã: vùng kéo dài của vỏ não

Hải mã và các cấu trúc nằm cạnh thùy thái dương và thùy đỉnh, được gọi là khối hải mã liên kết chủ yếu gián tiếp với nhiều phần của vỏ não cũng như các cấu trúc cơ bản của hệ limbic – thể hạnh nhân, vùng dưới đồi, vách trong suốt và thể vú.

Block nhĩ thất không hoàn toàn điện thế thay đổi: chặn đường truyền tín hiệu điện tim

Những nguyên nhân gây giảm dẫn truyền như thiếu máu cơ tim, viêm cơ tim, độc digitalis cũng có thể gây ra block thất không hoàn toàn biểu thị nên điện thế thay đổi.

Cung lượng tim và áp lực nhĩ phải: đánh giá qua đường cong cung lượng tim và tuần hoàn tĩnh mạch

Hệ giao cảm tác động đến cả tim và tuần hoàn ngoại vi, giúp tim đập nhanh và mạnh hơn làm tăng áp lực hệ thống mạch máu trung bình vì làm co mạch, đặc biêt là các tĩnh mạch và tăng sức cản tuần hoàn tĩnh mạch.

Block nhĩ thất không hoàn toàn: chặn đường truyền tín hiệu điện tim

Một điện tâm đồ có P-R kéo dài khoảng 0.3s thay vì bình thường khoảng 0,2s hoặc ít hơn. Do đó, block độ 1 được định nghĩa là sự chậm dẫn truyền từ nhĩ đến thất chứ không phải mất hẳn dẫn truyền.

Synap thần kinh trung ương: synap hóa và synap điện

Sự dẫn truyền tín hiệu tại ở loại synap hóa học chỉ theo 1 chiều, từ sợi thần kinh tiết ra chất dẫn truyền (được gọi là sợi trước synap) đến sợi sau nó (được gọi là sợi sau synap).

Điều hòa vận động: ứng dụng lâm sàng của phản xạ căng cơ

Trong thăm khám lâm sàng, chúng ta thường kiểm tra các phản xạ căng cơ nhằm mục đích xác định mức độ chi phối của não đến tủy sống. Các thăm khám này có thể thực hiện như sau.

Giải phẫu sinh lý sợi cơ vân

Trong hầu hết các cơ vân, mỗi sợi kéo dài trên toàn bộ chiều dài của cơ. Ngoại trừ cho khoảng 2% của sợi, mỗi sợi thường được phân bố bởi chỉ một tận cùng thần kinh, nằm gần giữa của sợi.

Vỏ não thị giác: nguồn gốc và chức năng

Vỏ não thị giác nằm chủ yếu trên vùng trung tâm của thùy chẩm. Giống như các vùng chi phối khác trên vỏ não của các hệ thống giác quan khác, vỏ não thị giác được chia thành một vỏ não thị giác sơ cấp và các vùng vỏ não thị giác thứ cấp.

Tổng hợp ATP do oxy hóa Hydrogen - Sự Phosphoryl-Oxy hóa

Oxy hóa hydro được thực hiện, bởi một chuỗi các phản ứng được xúc tác bởi các enzym trong ty thể, biến mỗi nguyên tử hydro thành ion H+ cùng với một electron và sau đó dùng electron này gắn với oxy hòa tan.

Giám lưu lượng máu não: đáp ứng của trung tâm vận mạch thần kinh trung ương

Mức độ co mạch giao cảm gây ra bởi thiếu máu não thường rất lớn ở mạch ngoại vi làm cho tất cả hoặc gần như tất cả các mạch bị nghẽn.

Bài tiết chất nhầy ở đại tràng

Chất nhày ở đại tràng bảo vệ thành ruột chống lại sự xây xát, nhưng thêm vào đó, chúng là một chất kết dính giúp gắn kết các phần của phân lại với nhau.

Hormone tăng trưởng (GH) điều khiển sự phát triển các mô cơ thể

Hormone tăng trưởng GH điều khiển làm tăng kích thước tế bào và tăng nguyên phân, cùng sự tăng sinh mạnh số lượng tế bào của các loại tế bào khác nhau như tạo cốt bào và các tế bào cơ còn non.

Tế bào cơ thể người chết theo chương trình: Apoptosis

Ngay cả ở người trưởng thành, tỷ tế bào chết mỗi giờ trong các mô như ruột và tủy xương và được thay thế bằng tế bào mới. Lập trình chết tế bào, tuy nhiên, thường là sự cân bằng sự hình thành các tế bào mới ở người trưởng thành khỏe mạnh.

Sinh lý học các chất điện giải trong cơ thể

ADH tăng tái hấp thu nước ở ống lượn xa và ống góp. Khi Na+ máu dưới 135 mEq/l, thuỳ sau tuyến yên ngừng tiết ADH gây bài xuất nhiều nước tiểu loãng.

Thông khí phế nang: khoảng chết và tác động của chúng

Trong thì thở ra, khí trong khoảng chết được thở ra đầu tiên, trước khi bất kỳ khí từ phế nang. Do đó, khoảng chết không thuận lợi cho loại bỏ khí thở ra từ phổi.

Cân bằng dịch acid base và chức năng thận ở trẻ sơ sinh

Tốc độ chuyển hóa ở trẻ sơ sinh cũng gấp đôi người trưởng thành khi cùng so với trọng lượng cơ thể, chúng có nghĩa là bình thường acid được hình thành nhiều hơn, tạo ra xu hướng nhiễm toan ở trẻ sơ sinh.