Sinh học phân tử màng tế bào ( Tập 2 GS. TS. Đỗ Ngọc Liên ) - Chương 12

Quang thụ thể rhodopsin12.1 Tế bào võng mạc hình que có thể bị kích thích bởi một photon đơn lẻChúng ta quay trở lại với dòng dẫn truyền tín hiệu ánh sáng trong các sinh vật bậc cao. Đó chính là sự biến đổi tín hiệu ánh sáng thành các dạng biến đổi của các phân tử hoá học để sau đó chuyển thành các tín hiệu thần kinh. Động vật có xương sống có hai loại tế bào thụ thể quang, bao gồm các tế bào hình que và thể nón, cách gọi như thế là vì hình dạng...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sinh học phân tử màng tế bào ( Tập 2 GS. TS. Đỗ Ngọc Liên ) - Chương 12 64Chương 12Quang thụ thể rhodopsin12.1 Tế bào võng mạc hình que có thể bị kích thích bởi một photon đơn lẻ Chúng ta quay trở lại với dòng dẫn truyền tín hiệu ánh sáng trong các sinh vật bậc cao.Đó chính là sự biến đổi tín hiệu ánh sáng thành các dạng biến đổi của các phân tử hoá học đểsau đó chuyển thành các tín hiệu thần kinh. Động vật có xương sống có hai loại tế bào thụ thểquang, bao gồm các tế bào hình que và thể nón, cách gọi như thế là vì hình dạng của chúng.Chức năng của tế bào nón đáp ứng lại các hình ảnh màu sắc, trong khi các tế bào hình que cóchức năng trong tối nhận biết ánh sáng nhưng không phân biệt màu sắc. Một võng mạc ởngười chứa khoảng 3 triệu tế bào hình nón và hàng trăm triệu tế bào hình que. Các tế bào hìnhque và tế bào hình nón tập hợp thành các vùng synap liên kết với các tế bào lưỡng cực. Vềphần mình các tế bào lưỡng cực được nối với các tế bào thần kinh khác qua các synap. Tín hiệu điện sinh ra bằng sự cảm nhận ánh sáng và biến đổi năng lượng ánh sáng của cácquang thụ thể cùng với mạng lưới tế bào thần kinh phức tạp nằm trong võng mạc và sau đóđược truyền vào não nhờ các sợi thần kinh thị giác. Như vậy võng mạc có một chức năng képlà truyền ánh sáng đến thần kinh thúc đẩy và hình thành thông tin thị giác. Trong năm 1938, Selig Hechi đã khám phá ra hiện tượng này thông qua các nghiên cứuvật lý, đã thấy rằng các tế bào hình que ở người có thể bị kích thích bởi một dòng photon đơnlẻ. Đây là khám phá có cơ sở phân tử của các cơ quan cảm giác tinh tế này. Các tế bào hìnhque có cấu trúc mỏng và dài, ở người chúng có đường kính 1μm và dài 40μm . Chức năngchính của tế bào hình que là cảm nhận năng lượng ánh sáng. Tế bào hình que chia làm haiphần: phần ngoài là các đĩa màng xếp chồng nhau dùng để tiếp nhận áng sáng, phần thứ hai làphần chuyển hoá năng lượng có chứa nhân và nhiều ti thể. Bộ phận bên ngoài của tế bào hìnhque đặc trưng cho quang thụ thể bao gồm một ngăn chứa khoảng 100 lớp đĩa màng được ghéplại với nhau. Những cấu trúc này được bao bọc dày đặc bởi các protein thụ thể quang. Các lớpmàng này tách khỏi tế bào chất. Một tiêm mao mỏng không chuyển động nối bộ phận ngoàivà bộ phận trong, tại vùng này chứa nhiều ti thể và riboxom. Mảng bên trong sinh ra ATP vớimột tốc độ nhanh để thực hiện quá trình truyền tin và hoạt động tổng hợp protein. Các tấm mỏng trong màng ngoài có thời gian sống một tháng và được phục hồi một cáchliên tục. Phần bên trong là phần chứa thân synap. Rất nhiều nang chứa chất truyền tin có mặttrong synap này. Màng của tế bào hình que chứa các kênh vận chuyển cation, sẽ được mở trong tối. Trongtối ion Na+ nhanh chóng đi ra phần ngoài vì các kênh này có khả năng dễ thấm cao đối vớiion Na+ và tạo ra gradient là rất lớn. Gradient này được tạo ra là do ion Na+, K+. ATPaseđược định vị ở màng bên trong. Ánh sáng sẽ ngăn cản những kênh đặc hiệu cation ở màngngoài. Tiếp theo đó sự tràn ion Na+ bị giảm xuống và màng sinh chất trở thành bị phân cựccao so với lúc đầu trên màng ngoài. Sự phân cực cao bị cảm ứng bởi ánh sáng sau đó đượcchuyển qua màng sinh chất từ phần ngoài đến thân synap. Một photon đơn lẻ bị hấp thụ bởi 65thể que thích hợp tối có thể đóng hàng trăm các kênh đặc hiệu cation và dẫn tới sự phân cựccao khoảng 1mV và được nhận cảm bởi synap và được truyền đến các nơron khác trong võngmạc (hình 12.1). Bé m¸y Gèc tÕ bµo Ty thÓ Nh©n tÕ bµo PhÇn c¸c ®Üa mµng golgi nèi synap Hình 12.1 Sơ đồ tế bào võng mạc hình que (theo Stryer.L.1998)12.2 Rhodopsin, một thụ thể ánh sáng của võng mạc mắt Ánh sáng sẽ dẫn đến sự đóng các kênh trên màng và gây ra sự phân cực cao như thế nào?Ánh sáng phải được hấp thụ để kích thích một tế bào thụ thể quang. Hơn nữa nhóm hấp thụánh sáng (gọi là một thể mầu – Chromophor) phải được trải qua một sự biến đổi cấu trúc saukhi nó hấp thụ một photon. Phân tử cảm quang trong phần lớp mỏng của các thể que được gọilà rhodopsin, là phân tử bao gồm opsin, một protein và nhóm thêm 11- cis – retinal. Tiền chấtcủa 11- cis – retinal là vitaminA (all-trans-retinol) chất này không được tổng hợp lại ở cácđộng vật. Sự thiếu hụt vitamin A sẽ dẫn đến nguy cơ bị mù mà biểu hiện ban đầu là bệnhquáng gà và cuối cùng dẫn đến làm hỏng bộ phận ngoài của tế bào hình que. All-trans-retinal được chuyển thành 11- cis - retinal theo các bước. Mầu sắc củarhodopsin và phản ứng của nó với ánh sáng phụ thuộc vào sự có mặt của 11- cis – retinal. Cáctế bào chứa thể mầu này rất cần có rhodopsin. Kh ...