Quâ trình vận chuyển tích cực – lý sinh học – https://suachuatulanh.edu.vn
Bảng 3.1: Nồng độ ion trong tế băo cơ vă dịch gian băo
Nồng độ ion ( đơn vị chức năng lă mili phđn tử gam ) Na + K + Cl – HCO3 – Dịch gian băo 145 4 120 27 Trong tế băo 12 115 3.8 8
Kết quả từ bảng 3.1 cho thấy nồng độ Na+ở bín ngoăi cao hơn trong tế băo trín 10 lần,
nồng độ K+ trong tế băo lại cao hơn bín ngoăi gần 30 lần còn nồng độ Cl – ở bín ngoăi
cao hơn trong tế băo cũng gần 30 lần. Sự phđn bố không đồng đều của một số ion giữa
bín trong vă bín ngoăi măng tế băo ở những đối tượng sinh vật khâc nhau thì khâc nhau.
Trong hoạt động sống của tế băo, do nhu cầu quâ trình trao đổi chất đòi hỏi phải vận
chuyển ion vă một số chất ngược hướng tổng gradien nín phải cần tới quâ trình vận
chuyển tích cực mới đâp ứng được. Ví dụ : đối với những hồng cầu non do nhu cầu tích
luỹ câc chất cao nín K+ được thấm văo trong tế băo với cường độ lớn mặc dù phải vận
chuyển ngược gradien nồng độ. Song khi hồng cầu đê trở thănh một tế băo hoăn chỉnh thì
sự vận chuyển tích cực của K+ văo trong tế băo sẽ chấm dứt. Quâ trình vận chuyển tích
cực đòi hỏi phải hao tốn năng lượng của quâ trình trao đổi chất. Maidel vă Haris đê
chứng minh rằng ở nhiệt độ bình thường của cơ thể khi trong môi trường có chất gluxit
thì câc ion dương có thể vận chuyển ngược gradien nồng độ. Nếu dùng thím axit monoiôt
axític hoặc floritnatri thì sự vận chuyển tích cực câc ion dương sẽ giảm đi rõ rệt. Điều
năy được giải thích do quâ trình glicoliz đê phđn giải gluxit thănh axit lactic vă giải
phóng ra năng lượng được tích luỹ văo 2 phđn tử ATP (phđn giải yếm khí) còn phđn giải
hiếu khí sẽ giải phóng ra năng lượng cao gấp 20 lần phđn giải yếm khí. Đđy chính lă
nguồn năng lượng để cung cấp cho sự vận chuyển tích cực câc ion dương. Khi thím axit
monoiôt axític hay florit natri, hai chất năy đê phâ huỷ quâ trình glicoliz nín không còn
năng lượng để cung cấp, vì vậy sự vận chuyển tích cực câc ion dương bị giảm đi. Quâ
trình vận chuyển tích cực bao giờ cũng lă sự vận chuyển có tính chọn lọc vă chỉ diễn ra
khi có nhu cầu của tế băo.
* Quâ trình vận chuyển chủđộng câc ion dương
Giả thuyết đầu tiín đưa ra để lý giải chính sách vận chuyển câc ion dương lă của Hacxley vă Convay, đê được hầu hết câc nhă nghiín cứu ủng hộ. Hai ông cho rằng trín măng phải có một bộ mây gọi lă “ bơm Natri ”. Khi tế băo ở trạng thâi tĩnh, “ bơm Natri ” có năng lực “ bơm ” Na + từ nội băo ra thiên nhiên và môi trường ngược gradien nồng độ. “ Bơm Natri ” hoạt động giải trí trải qua mạng lưới hệ thống enzyme vă sử dụng nguồn năng lượng của quâ trình trao đổi chất. “ Bơm Natri ” thực ra lă một chất mang có sẵn trong măng hay được hình thănh do sự tương tâc của Na + với một thănh phần năo đó của măng. Khi đó phức chất “ chất mang gắn Na + ” sẽ xuyín qua măng ra môi trường tự nhiên ngoăi vă dưới tâc dụng của enzyme thì Na + được giải phóng còn chất mang ở trạng thâi tự do lại trở vềđịnh vị trín măng tế băo để thực thi
quy trình vận chuyển Na + tiếp theo. Sau năy Hodgkin, Katz vă Scou ( 1954 ) đều thống nhất cho rằng măng có một bộ mây gọi lă “ bơm Natri – Kali ”. Bơm năy có năng lực “ bơm ” K + từ thiên nhiên và môi trường văo nội băo vă “ bơm ” Na + từ nội băo ra môi trường tự nhiên, khi tế băo ở
trạng thâi tĩnh. Nguồn nguồn năng lượng cung ứng trực tiếp cho ” bơm Natri – Kali ” hoạt động giải trí
được lấy từ ATP. Câc tâc giả cho rằng “ bơm Natri – Kali ” thực ra lă một chất chuyển trung gian có sẵn trong măng hay được tạo thănh do nhu yếu của sự vận chuyển tích cực của ion. Chất chuyển trung gian có năng lực liín kết với Na + ở mặt trong của măng, sau
đó chuyển Na + ra mặt ngoăi của măng tế băo. Ở thiên nhiên và môi trường ngoăi, Na + được tâch ra còn K + lại liín kết với chất chuyển vă được đưa văo mặt trong của măng tế băo. Ở trong tế
băo, K + được giải phóng còn chất chuyển ở trạng thâi tự do lại triển khai quy trình vận chuyển ion Na + vă K + tiếp theo. Hodgkin tính toân lí thuyết cho rằng nguồn năng lượng thủy phđn 1 mol ATP đủđể vận chuyển 1 mol ion dương ( cation ) qua măng ngược gradien điện thế có giâ trị khoảng chừng 400 mV. Thực nghiệm mới chỉ xâc định tính toân của Hodgkin tương thích với sự vận chuyển H + qua măng dạ dăy có gradien điện thế lớn khoảng chừng 400 mV. Ở
noron thần kinh có gradien điện thế gần bằng 120 mV nín nguồn năng lượng thủy phđn 1ATP
đủđể vận chuyển từ 2 đến 3N a +, ngược gradien điện thế .
Thực nghiệm đê xâc định “ bơm Natri – Kali ” chính lă chất chuyển trung gian, xác định
trín măng tế băo ( xem hình 3.2 ). Để triển khai sự vận chuyển dữ thế chủ động Na + vă K + thì chính hai ion năy đê hoạt hoâ enzyme ATPase để xúc tâc cho phản ứng thủy phđn ATP, giải phóng ra nguồn năng lượng cung ứng cho quâ trình vận chuyển Na + ra bín ngoăi đồng thời vận chuyển K + văo trong tế băo qua chất chuyển trung gian .
Hình 3.2: Sơđồ cơ chế hoạt động của “bơm Natri – Kali”
(theo giả thuyết Hodgkin, Katz vă Scou)
Kết quả nghiín cứu trín noron thần kinh vă tế băo thận đê xâc định do nhu yếu cần có sự
vận chuyển ion dữ thế chủ động, trong măng Open ( hoặc đê có trước ) chất chuyển trung gian có thực chất lă lipoProtein hoặc photphoProtein. Quâ trình vận chuyển chủđộng Na + vă K + trải qua 3 quá trình sau :
– Giai đoạn 1 : Xảy ra phản ứng photphoril hóa ( tức chuyển gốc photphat cho chất chuyển trung gian ). Phản ứng chỉ hoàn toàn có thể xảy ra khi enzyme ATPase được hoạt hóa bởi Na + đê xúc tâc cho phản ứng thủy phđn ATPđể giải phóng nguồn năng lượng vă chuyển gốc photphat. Kết quả lă Na + vă gốc photphat đê được gắn văo chất chuyển trung gian vă phản ứng xảy ra ở bín trong tế băo :
– Giai đoạn 2 : Phức chất Na + – photphoprotein – P. xuyín qua măng tế băo ra môi trường tự nhiên ngoăi. Ở bín ngoăi, xảy ra phản ứng trao đổi ion :
Na+ – photphoprotein – P + K+→ K+ – photphoprotein – P + Na+
– Giai đoạn 3 : Phức chất K + – photphoprotein – P. lại xuyín qua măng văo trong nội băo .
Ở trong tế băo, xảy ra phản ứng dephotphat ( vô hiệu gốc photphat ) vă giải phóng K +. K + – photphoprotein – P. → K + + photphoprotein + P.
Phđn tử photphoprotein ở trạng thâi tự do lại liên tục tham gia văo quâ trình vận chuyển dữ thế chủ động Na + vă K + khâc. Để lý giải vì sao chất chuyển trung gian lại hoàn toàn có thể khi thì gắn với Na +, khi lại gắn với K +, câc nhă khoa học đê dựa văo thuyết Eidenman. Thuyết năy cho rằng chất chuyển trung gian có điện tích đm, khi nó đổi khác câc nhóm mang
điện tích đm sẽ biến hóa lực hút tĩnh điện. Do vậy, chất chuyển trung gian có năng lực khi thì ” hút ” Na +, khi lại ” hút ” K + .
– Giả thuyết Opit vă Trernoc : Hai ông cho rằng ” bơm Natri – Kali ” thực ra lă một protein xuyín măng, lă thănh phần cấu trúc của măng tế băo .
Hình 3.3. Sơ đồ hoạt động của “bơm Natri – Kali”
( Theo Bruce Alberts et all, 1994 )
Protein xuyín măng có hai miền A vă B, trong đó miền A có âi lực ( lực hút tĩnh điện ) so với Na + còn miền B lại có âi lực so với K +. Khi tế băo có nhu yếu vận chuyển chủđộng ion thì ATP tương tâc với protein xuyín măng dẫn tới có sự gắn Na + văo miền A đồng thời khi chuyển gốc photphat từ ATP sang protein xuyín măng đê lăm cho phđn tử
protein xuyín măng đổi khác hình thù ( hoặc quay 180 o ). Bđy giờ cả miền A vă miền B
đê quay ra phía ngoăi măng vă Na+được giải phóng ra môi trường ngoại băo còn K+ lại
được gắn văo miền B của protein xuyín măng. Tiếp đó xảy ra phản ứng dephotphat ( vô hiệu gốc photphat ) vă phđn tử protein xuyín măng trở lại vị trí lúc bắt đầu ( hoặc quay 180 o ). Bđy giờ miền B lại quay về phía trong măng vă K + lại được giải phóng ra tế băo chất còn phđn tử protein xuyín măng lại liên tục vòng vận chuyển chủđộng ion Na + vă K + khâc .
Còn theo Bruce Alberts et all ( xem hình 3.3 ) thì protein xuyín măng lă ATPase cũng có miền nhận Na + vă miền nhận K +. Nhờ phản ứng thủy phđn ATP mă gốc photphat từ
ATP đê được chuyển sang protein xuyín măng, lăm cho phđn tử protein xuyín măng thay
đổi hình thù ( tức mặt trong của nó mở ra ) để cho Na + gắn văo miền A. Sau đó mặt trong
đóng lại còn mặt ngoăi lại mở ra để giải phóng Na+đồng thời K+ lại được gắn văo
miền B. Tiếp theo ATPase loại bỏ gốc photphat để trở về hình thù ban đầu (tức mặt ngoăi
đóng lại còn mặt trong mở ra ) để giải phóng K + văo trong tế băo. Phđn tử ATPase ở trạng thâi tự do lại tham gia văo quâ trình vận chuyển ion tiếp theo .
(Trang 51 -54 )
Một phần của tài liệu LÝ SINH HỌC
Source: https://suachuatulanh.edu.vn
Category : Dịch Vụ Khác
