Sinh học tế bào ( phần 1 )
Cơ chế của vận chuyển ion và giả thuyết về cấu trúc lỗ của màng tế bào
1. Cơ chế của vận chuyển ion
Ngày nay, người ta cho rằng cơ chế phân tử tham gia vào sự vận chuyển
các ion là có ở chính trong màng của tế bào. Điều đó được chứng minh
bằng các dẫn liệu sau:
Các hồng cầu bị tiêu huyết hoàn toàn mất hết dịch chứa ở trong cơ thể
hấp thụ lại được các dung dịch tương ứng có chứa các ion và ATP và sự
vận chuyển Na
+
và K
+
xảy ra giống như trong hồng cầu lúc đầu.
Từ sợi trục (axon) khổng lồ của mực (f = 0,5mm), người ta tách hết các
chất chứa ở trong và bơm đầy vào sợi các dung dịch có các chất điện ly
khác nhau. Trong mô hình này chỉ còn lớp màng cảm ứng còn chất chứa
đã lấy hết, ta vẫn quan sát thấy hiện tượng vận chuyển ion chống lại
gradien nồng độ và có thể ghi được điện thế tĩnh và cả điện thế động với
sự dẫn truyền xung động. Qua đây, chứng tỏ rằng yếu tố vận chuyển ion
qua màng phải có trong cấu trúc màng.
2. Giả thiết về cấu trúc lỗ của màng tế bào
Nhờ phương pháp nguyên tử đánh dấu, người ta đã chứng minh được
rằng sự xâm nhập của các ion vào tế bào không phải luôn luôn có kèm
theo hiện tượng thẩm thấu. Do đó mà có giả thiết cho rằng màng tế bào
tồn tại các lỗ có tích điện và nhờ các lỗ này mà sự trao đổi ion có thể thực
hiện được. Theo giả thuyết này thì trong màng tế bào, bên cạnh các lỗ
không tích điện, còn có thể có các lỗ mang điện âm hoặc điện dương. Có
lẽ các lỗ này được tạo thành chính là do các phân tử protein và một phần
là các lipid ưa nước, trong đó, chúng có thể liên kết với Na
+
và các phân

Các ion còn cần thiết để thực hiện hàng loạt các phản ứng enzyme, cũng
như để điều hòa sự trao đổi nước giữa tế bào và môi trường ngoại bào.
Như vậy, tế bào luôn luôn ở trạng thái áp suất thẩm thấu cố định, mặc dầu
có nhiều phân tử lớn trong thành phần tế bào chất và chúng đều không có
khả năng đi ra khỏi tế bào vào môi trường chung quanh hoặc ngược lại.
Các K
+
tích lũy trong tế bào được vận chuyển qua màng chống lại
gradien nồng độ. Người ta cho rằng quá trình đó xảy ra nhờ cơ chế “bơm”
hoạt động với sự tiêu phí năng lượng. Sự vận chuyển Na
+
cũng do “bơm
Na
+
”. Nói chung, nguyên tắc vận chuyển ion bằng “cơ chế bơm” là
nguyên tắc chung cho tất cả các ion khác nhau. Thực ra, khái niệm “bơm
ion” chưa giải thích được cơ chế hoạt tải của các chất qua màng có thể
thực hiện được là nhờ có năng lượng tiêu phí để chống lại gradien điện
hóa. Người ta đã tính được rằng 10% năng lượng của quá trình trao đổi
chất của cơ ếch ở trạng thái tĩnh bị tiêu phí cho sự vận chuyển Na
+
và khi
có kích thích để tăng cường vận chuyển Na
+
thì chỉ số đó đạt tới 50%.
Người ta có thể quan sát được sự vận chuyển các ion Na
+
ở da ếch in
vivo và in vitro, các bóng đái cóc, các tế bào tiết, trong tế bào tuyến nước
bọt, tuyến mồ hôi và đặc biệt trong tế bào tiết của tuyến dạ dày

tế bào còn có thang điện hoá học (electrochemical gradient) xuất hiện do
bên trong có nhiều ion điện âm còn bên ngoài có nhiều ion điện dương.

Sự đồng chuyển Na+ và glucose
Còn có một kiểu điều hoà sự đi vào của các chất là sự hình thành các chất
phức hợp của tế bào. Ví dụ khi glucose vào nhanh thì chúng sẽ kết hợp
với một số chất để hình thành phức chất mới. Lúc đó nồng độ glucose tự
do sẽ giảm để khỏi cản trở sự xâm nhập tiếp tục của glucose.
Sự khuyếch tán - gradien nồng độ
Như ta đã biết, ngoài nước ra có rất nhiều chất khác nhau có thể chui qua
màng, vào hoặc ra theo hiện tượng khuyếch tán dưới tác dụng của gradien
nồng độ.
Khi trộn lẫn hai dung dịch có nồng độ khác nhau sẽ xảy ra quá trình vận
chuyển của các phân tử từ nồng độ cao xuống nồng thấp, gọi là khuyếch
tán. Nếu sai khác nồng độ giữa hai dung dịch càng lớn (gradien nồng độ)
thì khuyếch tán xảy ra càng nhanh.
Màng tế bào - màng lipoprotide - có ảnh hưởng lớn đến qúa trình
khuyếch tán các chất qua màng. Theo quan điểm hiện đại về cấu trúc
phân tử của màng tế bào (lớp lipid ở giữa, hai lớp protein ở ngoài và
trong) thì sự khác nhau về tính thấm của màng đối với các phân tử là phụ
thuộc vào tính ưa nước và ưa lipid của các phân tử.
Tốc độ vận chuyển của các chất phụ thuộc vào tính hòa tan của chúng
trong lipid và phụ thuộc vào phân tử chất đó. Chất có độ hòa tan càng cao
chui qua màng càng nhanh và khi hai chất có độ hoà tan bằng nhau thì
chất có phân tử lớn hơn thấm qua chậm hơn.
Ngày nay, người ta thấy rằng tốc độ vận chuyển của các chất qua màng
lipoprotein là tùy thuộc vào bản chất của các phân tử đó. Các phân tử ưa
lipid sau khi đi qua lớp protein ngoài sẽ hòa tan vào lớp lipid và đi qua
màng dễ dàng. Đối với các phân tử ưa nước thì ngược lại, chúng sẽ bị “lôi
cuốn” bởi các nhóm phân cực của lớp lipid và chui qua lớp đó, nhưng lại

chất hoà tan trong nước đi qua nhiều hơn so với các chất khác. Vì vậy mà
áp suất thẩm thấu được giữ ổn định nhờ có cơ chế điều hoà nồng độ các
chất hoà tan trong nước ở trong tế bào.
Để so sánh tính thấm tương đối của các tế bào khác nhau đối với nước,
người ta thường dùng hằng số thẩm thấu tính bằng thể tích nước đi qua
một đơn vị diện tích của màng trong 1 đơn vị thời gian với sự sai khác áp
suất thẩm thấu nội bào và ngoại bào bằng 1.
dv/dt = KA(∏
tb
- ∏
mt
)
Trong đó:
v: thể tích tế bào.
t: thời gian.
A: diện tích bề mặt tế bào.
∏
tb
: áp suất thẩm thấu nội bào.
∏
mt
: áp suất thẩm thấu môi trường ngoại bào
Hằng số thẩm thấu thường được biểu diễn bằng số µm
3
nước chui qua
µm
2
màng tế bào trong thời gian 1 phút dưới tác dụng của hiệu số áp suất
1 atm.
Các loại tế bào khác nhau có tính thấm khác nhau phụ thuộc vào tính chất