BÀI 1 SINH LÝ PDF

# BÀI 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ SINH LÝ HỌC PHÂN TỬ ## Mục tiêu 1. Trình bày được các cấp độ tổ chức sự sống của loài người. 2. Mô tả được cấu tạo, đặc điểm của các đại phân tử hữu cơ trong cơ thể sống. 3. Xác định được cấu trúc phân tử của màng tế bào. 4. Phân tử được các quá trình phân tử của cơ thể sống....

# BÀI 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ SINH LÝ HỌC PHÂN TỬ ## Mục tiêu 1. Trình bày được các cấp độ tổ chức sự sống của loài người. 2. Mô tả được cấu tạo, đặc điểm của các đại phân tử hữu cơ trong cơ thể sống. 3. Xác định được cấu trúc phân tử của màng tế bào. 4. Phân tử được các quá trình phân tử của cơ thể sống. ## 1. Khái quát về sinh lý học phân tử ### 1.1. Các cấp độ tổ chức sống và sự phát triển của sinh lý học Các cấp độ tổ chức sự sống của loài người từ lớn đến nhỏ bao gồm: quần thể -> cơ thể -> hệ cơ quan -> cơ quan -> mô -> tế bào -> bào quan -> phân tử -> nguyên tử - điện tử. - Sinh lý học là ngành khoa học nghiên cứu về các hoạt động chức năng của cơ thể sống và sự điều hòa chức năng để đảm bảo cho cơ thể tồn tại, phát triển một cách bình thường và thích ứng được với sự biến đổi của môi trường sống. - Lịch sử phát triển sinh lý học từ thuở sơ khai đến nay đã dần hoàn thiện các cơ chế ở mức độ cơ thể đến mức độ bào quan. Tế bào được xem là đơn vị cấu tạo và chức năng của sự sống. Như vậy, theo quan niệm truyền thống, cấp độ nhỏ nhất của sinh học là tế bào. Tuy nhiên, từ khoảng giữa thế kỷ XX trở lại đây, những bước nhảy vọt trong nghiên cứu sinh học phân tử đã đem lại một diện mạo mới cho sinh lý học. Phát minh về cấu trúc xoắn kép của acid nucleic của Watson và Crick (1953); phát minh về mRNA (messenger ribonucleic acid) của Jacob và Moncd (1965); phát minh về mã di truyền của Nirenberg, Holdey, Khorana; phát minh về cơ chế tác dụng của hormon của Sutherland... đã giải thích các hiện tượng sinh lý học dưới góc độ phân tử. Không dừng lại ở đó, một số nghiên cứu đã bắt đầu đề cập đến vai trò của nguyên tử, điện tử trong các quá trình sinh lý. Thế kỷ XXI, với những kỳ vọng về thế kỷ của công nghệ sinh học sẽ tiếp tục đưa sinh lý học tiến xa hơn nữa. ### 1.2. Nền tảng nghiên cứu về sinh lý học phân tử Nghiên cứu sinh lý học ở mức độ phân tử tập trung vào các lĩnh vực: ## 2. Các đại phân tử hữu cơ trong cơ thể sống Các đại phân tử hữu cơ trong cơ thể sống là: - **Protein**: chuỗi polyme của acid amin được nối với nhau bằng liên kết peptid. Protein có chức năng: xúc tác sinh học (enzym), cấu trúc, miễn dịch, vận chuyển, điều hòa, bảo vệ cơ thể. - **Lipid**: là các hợp chất hữu cơ không tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữu cơ. Lipid có vai trò cấu tạo, dự trữ năng lượng, bảo vệ cơ thể. - **Glucid**: là các chuỗi polyme của monosaccharide (đường đơn) nối với nhau bằng liên kết glycosid. Glucid có vai trò năng lượng, cấu trúc, dự trữ, bảo vệ cơ thể. - **Acid nucleic**: bao gồm ADN (axit deoxyribonucleic) và ARN (axit ribonucleic). ADN có chức năng lưu trữ thông tin di truyền, ARN tham gia quá trình tổng hợp protein. ## 3. Các cấu trúc phân tử của cơ thể sống ### 3.1. Màng tế bào Màng bào tương tế bào mỏng, đàn hồi, dày 7,5-10nm, được cấu tạo bởi các thành phần chính là lipid, protein và glucid mà chủ yếu là lipid và protein. #### 3.1.1. Thành phần lipid của màng Thành phần lipid gồm chủ yếu là phospholipid và cholesterol. ##### 3.1.1.1. Phospholipid Cấu hình: các phân tử phospholipid tạo thành lớp lipid kép (phospholipid bilayer) mỏng, mềm mại, có thể uốn khúc, trượt đi trượt lại và dễ biến dạng. Phospholipid là một chất phân cực chúng có một đầu kỵ nước là gốc acid béo và một đầu ưa nước là gốc phosphat. Nền móng tạo nên màng sinh học là tính chất kỵ nước của gốc acid béo khiến chúng bị dịch ngoại bào và dịch nội bào đẩy quay vào trong, gặp nhau, hấp dẫn nhau và nằm ở trung tâm của màng. Đầu ưa nước nằm ở hai phía của màng, tiếp xúc với dịch nội bào và dịch ngoại bào. Mỗi nửa của lớp phospholipid kép tạo nên một tấm lá (leaflet). - Chức năng: lớp phospholipid kép là đơn vị cấu trúc cơ bản của màng sinh học, các thành phần khác sẽ khảm vào trong đó tạo thành cấu trúc ngăn cách tế bào với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó lớp phospholipid cũng tham gia vận chuyển các chất qua màng bằng khoảng kẽ giữa các phân tử phospholipid hoặc bằng cơ chế hòa màng. ##### 3.1.1.2. Cholesterol Cấu hình: cholesterol phần nhiều ở dạng este hóa, liên kết lỏng lẻo với màng. Nó cũng có hai đầu, một đầu ưa nước là gốc hydroxyl hướng ra ngoài và một đầu là kỵ nước là nhân steroid vùi vào trong lớp phospholipid kép. - Chức năng: quyết định tính lỏng của màng. #### 3.1.2. Thành phần protein của màng Các phân tử protein được khảm vào trong lớp phospholipid kép. Dựa vào liên kết trong cấu trúc màng, protein được chia làm hai loại: protein xuyên màng (intergral membrane protein) và protein ngoại vi (peripheral membrane protein). ##### 3.1.2.1. Protein xuyên màng Cấu hình: protein này nằm xuyên qua màng, thò 2 đầu ra ngoài và được khảm vào trong lớp phospholipid kép bằng ba cách liên kết: liên kết ion với những nhóm có cực của lipid, liên kết kỵ nước với khoảng giữa chứa đựng chuỗi acyl của lipid màng và những liên kết đặc biệt với những cấu trúc nhất định của lipid màng (như những vùng chứa cholesterol hoặc các phức hợp glycolipid). - Chức năng: protein xuyên màng chủ yếu là các protein vận chuyển (gồm protein kênh, protein mang có tính chất enzym và protein mang không có tính chất enzym), protein kháng nguyên và các protein nhận diện. ##### 3.1.2.2. Protein ngoại vi Cấu hình: protein này bám vào một bên màng, thường là mặt trong. Chúng thường được nối với màng hoặc gián tiếp bởi ảnh hưởng qua lại với protein xuyên màng hoặc trực tiếp bởi tác dụng với những nhóm phân cực của lipid. - Chức năng: protein ngoại vi là các protein enzym, ngoài ra cũng có thể là các cấu trúc sợi và ống siêu vi nằm dưới màng tạo bộ khung cho màng và thực hiện chức năng co rút. #### 3.1.3. Thành phần glucid của màng Cấu hình: các phân tử glucid mà thành phần hóa học chính là oligosaccharid kết hợp với bề mặt ngoài tế bào của protein màng tạo thành glycoprotein hoặc lipid màng tạo thành glycolipid. Ngoài ra còn có các hợp chất glucid gọi là proteoglycan gồm các phân tử glucid bám xung quanh một cái lỗi nhỏ protein. Như vậy, các phân từ glucid đã tạo thành một lớp áo lỏng lẻo, lắc lư, phủ bên ngoài của màng bào tương tế bào, được gọi là glycocalyx. - Chức năng: lớp áo glycocalyx có 4 chức năng chính là đẩy các phân tử tích điện âm do tính tích điện âm, làm các tế bào dính vào nhau do áo glucid tế bào này bám vào áo glucid tế bào khác, hoạt động như những receptor của hormon và tham gia vào các phản ứng miễn dịch. Màng bào tương tế bào thực hiện nhiều hoạt động chức năng quan trọng như phân cách tế bào với môi trường xung quanh, vận chuyển các chất qua màng tế bào, kết dính tế bào, tương tác tế bào, tác nhân tạo điện thế màng và trao đổi thông tin giữa các tế bào. ### 3.2. Các sợi sinh học Ví dụ: sợi collagen, sợi chun, sợi lưới, sợi actin và ınyosin. ## 4. Các quá trình sinh học phân tử trong cơ thể sống ### 4.1. Các chu trình chuyển hóa ## 4.2. Các con đường tín hiệu Con người là một tổ chức sống đa bào do vậy các tế bào bắt buộc phải trao đổi thông tin với nhau để hoạt động thống nhất. ### 4.2.1. Con đường tín hiệu ngoại bào Cơ chế truyền tin: cơ chế thể dịch. Tế bào nội tiết sẽ tiết các hoạt chất sinh học vào dịch cơ thể để tác động lên tế bào đích. Hoạt chất sinh học cũng có thể được đưa từ bên ngoài vào cơ thể. - Quan niệm trước đây: hormon là một chất trung gian hóa học, được bài tiết bởi các tế bào chuyên biệt nằm trong các tuyến nội tiết và được chuyên chở trong máu đến các tế bào đáp ứng với nó (tế bào đích) nhằm điều hòa quá trình chuyển hóa của các tế bào này. - Quan niệm hiện nay: hoạt chất sinh học là các tín hiệu hóa học trung gian dưới dạng các phân tử đặc hiệu được giải phóng vào dịch cơ thể từ một tế bào sẽ tác động lên một tế bào khác gọi là tế bào đích. #### Khái niệm về mô đích (target tissues) Mô đích là mô chịu sự tác động của hoạt chất sinh học một cách đặc hiệu. Những trường hợp đặc biệt: - Có những hoạt chất sinh học mà mô đích của nó là tất cả hoặc hầu như tất cả các tế bào của cơ thể, ví dụ: somatomedin (gan), T3, T4 (tuyến giáp). - Có thể tuyến nội tiết này lại là mô đích cho hormon của tuyến nội tiết khác, ví dụ: tuyến giáp là mô đích của hormon TSH do tuyến yên tiết ra. #### Khái niệm về receptor Receptor là những phân tử protein có mặt ở tế bào đích, đóng vai trò tiếp nhận các tín hiệu hóa học ngoại bào với tính đặc hiệu và ái lực cao, qua đó sẽ khởi phát các hoạt động chức năng nhất định của tế bào. - Về cấu trúc: mỗi receptor có ít nhất hai nhóm là nhóm điều hòa và nhóm hiệu ứng. Nhóm điều hòa làm nhiệm vụ nhận biết và liên kết với hoạt chất sinh học, nhóm hiệu ứng có tác dụng gây ra hiệu quả đầu tiên trên tế bào đích. - Về vị trí: receptor có thể nằm ở một trong ba vị trí là trên màng bào tương tế bào, trong bào tương tế bào hoặc trong nhân tế bào, #### Khải niệm về ligand Bất cứ một phân tử tín hiệu nào có khả năng gắn vào receptor với độ đặc hiệu cao do sự tương đồng về cấu trúc đều được gọi là ligand. - Nếu phân tử sau khi gắn với receptor dẫn đến một đáp ứng sinh lý của tế bào thì được gọi là agonist (chất chủ vận hay đồng vận), - Nếu phân tử sau khi gắn với receptor mà không gây ra một đáp ứng nào cả sẽ được gọi là antagonist (chất đối kháng), chúng làm cản trở tác động của agonist bằng cách chiếm lấy receptor của nó. #### Khái niệm về ái lực và hiệu lực Khả năng gắn của hoạt chất sinh học vào receptor phụ thuộc vào ái lực (affinity) của nó với receptor. Hai chất có cùng receptor, chất nào có ái lực cao hơn sẽ đầy được chất kia ra. Còn tác dụng của hoạt chất sinh học là do hiệu lực (efficacy) của nó trên receptor đó quyết định. Ái lực và hiệu lực không phải lúc nào cũng đi đôi nhau: acetylcholin là chất truyền đạt thần kinh của hệ phó giao cảm, khi gắn vào receptor muscarinic, gây hiệu lực làm tăng tiết nước bọt, co đồng tử, chậm nhịp tim...; atropin có ái lực trên receptor muscarinic mạnh hơn acetylcholin nên đẩy được acetylcholin ra khỏi receptor muscarinic, nhưng bản thân nó lại không có hiệu lực gì. ### 4.2.2. Con đường tín hiệu nội bào Tín hiệu ngoại bào sẽ tác động vào trong tế bào theo 2 cơ chế khác nhau thông qua việc hình thành các tín hiệu nội bào. Việc kiểm soát nồng độ các tín hiệu nội bào là rất cần thiết để duy trì đáp ứng sinh lý thích hợp. #### 4.2.2.1. Cơ chế tác dụng thông qua chất truyền tin thứ hai Đặc điểm: Các hoạt chất sinh học tác dụng theo cơ chế này là những tín hiêu hóa học tan được trong nước như các hormon peptid và catecholamin. Các chất này không tan trong dầu nên không qua được lớp lipid kép của màng bào tương tế bào, do vậy cần có chất truyền tin thứ hai trong tế bào (tin hiệu nội bào). Receptor đặc hiệu nằm ở màng Đào hương tế bào địch. Protaglandin là một trường hợp ngoại lệ bởi nó là hoạt chất sinh học tan trong đầu với bản chất là acid béo không no nhưng lại có reveptor nằm ở màng bào tường từ bào địch. Khi hoạt chất sinh học (chất truyền tin thứ 1) gần với receptor đặc hiệu tạo thành phức hợp tin hiệu ngoại tho-receptor sẽ dẫn đến sự xuất hiện chất truyền tin thứ 1. Chất truyền tên thứ II có nhiệm vụ hoạt hóa các men nội bào tạo ra một dòng thác phản ứng (cascade of reactions) mà mỗi phản ứng sau ảnh hưởng tác động lại được khuếch đại lớn hơn phản ứng trước. Kết quả là từ một lượng rất ít hoạt chất sinh học ban đầu đã tạo được đạp ung sinh ly to lớn cuối cùng. Các hoạt chất sinh học khác nhau cùng tác động thông qua trung gian một loại chất truy ền tìn thứ 11 nhưng lại gây được đáp ứng chuyên biệt vì bản chất và số hượng khác nhau của hệ thông men trong tế bào. Các đáp ứng sinh lý (hưng phần hoặc ức chế) có thể là thay đổi tình thầm của màng tế bào, co hoặc giãn cơ, tổng hop protein, kích thích tế bào bài tiết chất... Đáp ứng sinh lý thường xảy ra nhanh nhưng ngăn. #### Các tín hiệu nội bào Có các loại tin hiệu nội bào phổ biến: CAMP, GMP, Ca³-protein, inositol triphosphat và diacylglycerol. ##### CAMP (cyclic 3',5'-adenosine monophosphate): ##### Ca²+ - protein: ##### Inositol triphosphat (IP3) và diacylglycerol: ##### GMPc (cyclic 3',5'-guanosine monophosphate): #### 4.2.2.2. Cơ chế điều hòa biểu lộ gen tế bào Đặc điểm: - Các hoạt chất sinh học tác dụng theo cơ chế này là những tín hiệu hóa học tan trong dầu như các hormon steroid và hormon T3, T4. Các chất này có tính chất hòa tan trong dầu, không tan trong nước nên đi qua được lớp lipid kép của màng tế bào, do vậy không cần chất truyền tin thứ hai. Receptor đặc hiệu có thể nằm trong bào tương (như đối với hormon steroid) hoặc nằm trong nhân (như đối với hormon T3, T4) của tê bào đích. Hoạt chất sinh học vào trong tế bào gắn với receptor đặc hiệu tạo thành phức hợp tín hiêu ngoại bào - receptor. Phức hợp này có nhiệm vụ hoạt hóa các gen chuyên biệt nằm trên DNA trong nhân, xúc tiến quá trình sao mã tạo mRNA. mRNA khuếch tán ra bào tương đến ribosom để dịch mã tạo các protein gây đáp ứng sinh lý. - Các tín hiệu ngoại bào là steroid thường tao ra các protein là những men, protein vận chuyển, protein cấu trúc. Ví dụ: ở vỏ thượng thận, aldosterone vào trong tế bào ống thận, sau 45 phút tổng hợp được protein gây tái hấp thu Na⁺ và bài tiết K vào trong ống thận. - Các tín hiệu ngoại bào là T3-T4 thường tao ra nhiều loại protein nội bào (khoảng 100 loại hoặc hơn). Đa số protein này là các men làm tăng hoạt động chuyển hóa nội bào trong hầu như tất cả tế bào cơ thể. Các đáp ứng sinh lý thường chậm (ít nhất phải sau 45 phút đến vài giờ, thậm chí nhiều ngày). Tuy nhiên, sau khi hình thành tác dụng thì tác dụng có thể kéo dài trong nhiều tháng thậm chí trong nhiều năm. #### Operon và cơ chế hoạt động của operon ##### Giả thuyết về operon Monod và Jacob đã đưa ra giả thuyết về operon của DNA. Một operon là một đoạn DNA bắt đầu bằng gen khởi động P, tiếp theo là gen tác động O và cuối cùng là các gen cấu trúc S. Gen khởi động là nơi tiếp nhận RNA-polymerase dẫn đến sự tháo chuỗi xoắn kép của DNA mở đầu cho hoạt động sao mã, gen tác động có nhiệm vụ đóng mở gen cấu trúc, trong khi đó gen cấu trúc mã hóa các protein đóng vai trò là các men có liên quan với nhau về chức năng. ##### Cơ chế hoạt động của operon <start_of_image> Schematic representation of the operon. - Gen điều hòa (thường ở nơi khác trên DNA, không nằm gần operon tương ứng) chỉ huy sự tổng hợp protein điều hòa Re (có thể là chất kìm hãm R' hoặc chất hoạt hóa A`). - Protein kìm hãm Rẻ hoạt động có tác dụng đóng gen do nó gắn vào gen tác động O, ngăn cản sự bám vào P của RNA polymerase. - Protein hoạt hóa A hoạt động có tác dụng mở gen do nó gắn vào gen tác đồng O, giúp cho RNA polymerase bám vào P. - Khi ligand gắn vào protein điều hòa Re sẽ ảnh hưởng đến sự đóng mở gen theo một trong hai cơ chế: điều hòa âm và điều hòa dương. #### Câu hỏi lượng giá 1. Vai trò nào sau đây là của protein trên màng tế bào, NGOẠI TRỪ: A. Enzyme B. Khuếch tán chọn lọc C. Tạo lớp áo D. Câu a và b 2. Vai trò của thành phần carbohydrate trên màng tế bào có tác dụng: A. Giúp vận chuyển vật chất chọn lọc B. Tạo lớp áo mang điện tích âm C. Tham gia như những enzyme D. Tham gia phản ứng dịch thể 3. Chức năng nào sau đây của màng tế bào, NGOẠI TRỪ: A. Trao đổi thông tin giữa các tế bào B. Phân cách với môi trường xung quanh C. Hầu hết trao đổi thông tin qua hormone D. Tham gia bài tiết 4. Phần của thụ thể làm nhiệm vụ gây ra tác động đầu tiên lên mô đích là: A. Phần tương tác. B. Phần điều hòa. C. Phần hiệu ứng. D. Phần hỗ trợ. 5. Ligand là 1 chất có khả năng: A. Xúc tác phản ứng hóa học. B. Gây đáp ứng sinh học. C. Gắn đặc hiệu vào thụ thể. D. Gây bài tiết hormon. 6. So sánh tác động của acetylcholin và atropin lên Thụ thể muscarinic: A. Ái lực và hiệu lực của acetylcholinmạnh hơnatropin. B. Ái lực và hiệu lực của acetylcholin yếu hơnatropin. C. Ái lực của acetylcholine mạnh hơnatropin nhưng hiệu lực thì ngược lại. D. Ái lực của acetylcholin yếu hơn atropin nhưng hiệu lực thì ngược lại. 7. Catecholamin làm tăng tần số và lực co bóp tim, nếu tiết nhiều sẽ gây tăng huyết áp. Dùng propranolol điều trị với cơ chế đẩy catecholamin ra khỏi thụ thể của nó: A. Catecholamin và propranolol là hai agonist. B. Catecholamin và propranolol là hai antagonist. C. Catecholamin là agonist và propranolol là antagonist. D. Catecholamin là antagonist và propranolol là agonist. 8. Nguyên liệu để tổng hợp hormon steroid được cung cấp chủ yếu từ: A. Chylomicron. B. VLDL. C. LDL. D. HDL. 9. Quá trình tổng hợp hormon steroid diễn ra ở: A. Mạng lưới nội bào tương hạt. B. Mạng lưới nội bào tương trơn. C. Ty thể. D. Bộ Golgi. 10. Trong cơ chế tác dụng thông qua chất truyền tin thứ hai của hoạt chất sinh học, tín hiệu nội bào được hình thành khi: A. Phức hợp hormon-Thụ thể hình thành. B. Chất truyền tin thứ nhất đi xuyên qua màng tế bào. C. Các enzym nội bào được hoạt hóa. D. Một dòng thác phản ứng được khuếch đại. 11. Trong cơ chế tác dụng thông qua chất truyền tin thứ hai của hoạt chất sinh học, tín hiệu nội bào thường trực tiếp hoạt hóa hệ thống enzym: A. Synthetase. B. Hydrolase. C. Lyase. D. Kinase. 12. Men adelyl cyclase tham gia vào phản ứng hình thành chất truyền tin thứ hai: A. CAMP. B. cGMP. C. Cat-protein. D. Inositol triphosphat và diacylglycerol. 13. Hoạt động của kênh calcium tham gia vào phản ứng hình thành chất truyền tin thứ hai: A. CAMP. B. cGMP. C. Cat-protein. D. Inositol triphosphat và diacylglycerol. 14. Bào quan nào tham gia tạo thoi vô sắc trong quá trình nhân đôi ADN? A. Trung thể B. Ty Thể C. Tiêu thể D. Lông tế bào