Màng sinh chất là gì? Cấu trúc, thành phần và đặc điểm?

1. Màng sinh chất là gì?

Màng sinh chất (hay ở sinh vật nhân thực cũng có thể gọi là màng tế bào) là một loại màng sinh học có vai trò ngăn cách giữa môi trường bên trong tế bào với môi trường bên ngoài của tế bào. Màng tế bào có tác dụng ngăn cản nhưng đồng thời cũng cho các ion hoặc những hợp chất khác xuyên qua màng tế bào một cách có chọn lọc và điều khiển quá trình vận chuyển của những chất rời ra hay nhập vào tế bào. Chức năng chủ yếu của màng sinh chất là bảo vệ những tế bào bên trong trước những tác động từ môi trường ngoài.

Màng sinh chất có liên quan đến những quá trình của tế bào đặc biệt là quá trình gắn kết tế bào, việc truyền năng lượng và thu nhận những tín hiệu tế bào đồng thời chúng cũng có chức năng như là một bề mặt để liên kết một số tổ chức ngoại bào như mô tế bào, chất nền ngoại bào và khung xương tế bào. Màng sinh chất có khả năng được tái sinh theo phương pháp nuôi cấy (có ở những tế bào nuôi cấy).

Ở những tế bào nhân tạo, phía trên màng sinh chất thường có lớp màng xenlulôzơ mỏng tạo nên độ cứng chắc nhất định cho tế bào của chúng.

2. Cấu trúc của màng sinh chất:

Cấu trúc của màng sinh chất từ lâu đã được nghiên cứ, phát hiện và mô tả theo nhiều nghĩa khác nhau được sử dụng bởi nhiều tác giả khác nhau như là “the ectoplast” (de Vries, năm 1885), “Plasmahaut” (plasma skin, Pfeffer, năm 1877, 1891), “Hautschicht” (skin layer, Pfeffer, năm 1886; được sử dụng với nghĩa khác bởi Hofmeister, năm 1867), “plasmatic membrane” (Pfeffer, năm 1900), “plasma membrane”, “cytoplasmic membrane”, “cell envelope” hoặc “cell membrane”.

Một số các tác giả thì không nghĩ rằng tại bề mặt của các tế bào có một ranh giới với chức năng có tính thẩm thấu thích hợp nên dùng thuật ngữ là “plasmalemma” (được đặt ra bởi Mast, năm 1924) cho các khu vực ngoại bào.

Vào năm 1972, Singơ (Singer) và Nicolson (Nicolson) đã đề xuất ra mô hình cấu tạo của màng sinh chất hay còn được gọi là mô hình khảm động. Theo mô hình trên, màng sinh chất có cấu trúc gồm 2 thành phần chính là photpholipit và prôtêin. Ở tế bào của động vật có vú và tế bào người thì màng sinh chất có chứa nhiều phân tử cholesterol để tăng cường tính bền vững của màng sinh chất. Các prôtêin của màng sinh chất có chức năng như những kênh đưa các chất rời ra và đi vào tế bào cũng như những thụ thể để thu nhận những tín hiệu từ môi trường bên ngoài. Có thể nói, màng sinh chất được coi là trái tim của tế bào. Ngoài ra, những thành phần của màng sinh chất gồm prôtêin, glicôprôtêin và glicôlipit cũng làm vai trò như những “giác quan” (hay còn gọi là thụ thể), “cửa ngõ” (gọi là kênh) cùng với các “dấu chuẩn” để nhận diện đặc điểm của từng nhóm tế bào.

3. Thành phần của màng sinh chất:

3.1. Lớp phospholipid kép:

– Là thành phần quan trọng nhất trong màng sinh chất, liên kết với nhau tạo nên một lớp màng bao phủ dịch tế bào, những phân tử này luôn vận động không ngừng nghỉ và tạo nên tính động cho màng tế bào.

– Có cấu trúc tương đối bền vững bên trong pH môi trường, nước và chúng có tác dụng cơ học khác nhau

– Thành phần của cấu trúc màng tế bào bao gồm: Phospholipid và cholesterol

– Trong đó, chủ yếu là phospholipid có tính chất lưỡng cực

+ Cấu tạo: 2 mạch hydrocarbon dài quay về phía trong, đây là nhóm kị nước; Nhóm phosphat quay về phía ngoài thì ưa nước (tính phân cực)

+ Phân tử với sự sắp xếp là đầu ưa nước quay ra bên ngoài còn đầu kị nước quay vào trong tạo thành cấu trúc màng kép

– Cholesterol:

+ Cholesterol được xếp một cách đan xen vào trong cấu trúc của phospholipid, có tác dụng gia cường định, tăng tính bền vững của lớp phospholipid đó.

+ Chúng ta sẽ thường xuyên bắt gặp phân tử cholesterol ở trong màng sinh chất của tế bào động vật. Lý do là bởi lẻ, tế bào đồng vật không có thành tế bào xenlulozơ rắn chắc như ở tế bào thực vật nên cần phải có thêm những chất gia cường bảo vệ màng tế bào.

Lưu ý:

– Dựa theo cấu trúc phân tử của mạch hydrocarbon mà chúng ta có thể phân chia phospholipid làm hai loại: phospholipid no và phospholipid không nó.

– Phospholipid no có chứa mạch hydrocarbon đều có toàn bộ liên kết đơn, khung carbon chỉ có đủ liên kết đơn với Hidro

– Mặt khác, phospholipid không no sẽ có liên kết đôi trong mạch, vì vậy muốn biến đổi phospholipid không nó trở thành phospholipid no thì người ta sẽ chỉ cần tiến hành quá trình hydrogen hoá.

– Mỗi một loại phospholipid sẽ giúp cho màng có đầy đủ những tính chất nhất định. Ví dụ như những phospholipid không no sẽ khó được liên kết kị nước với nhau một cách chắc chắn vì vậy mà khi nhiệt độ thấp, những phân tử này vẫn có thể di chuyển và màng tế bào không bị đông cứng.

– Mỗi phân tử phospholipid cũng sẽ có cấu trúc tương tự nhau, nhưng thành phần cấu trúc hoá học có khả năng sẽ khác nhau để tạo ra những tính chất đặc thù của mỗi loại màng về độ nhớt, độ bền, độ đàn hồi của mỗi loại màng.

3.2. Protein:

Màng tế bào chứa một hàm lượng lớn các protein, chúng sẽ chiếm khoảng 50% thể tích của tế bào. Những protein này có vai trò cực kỳ quan trọng trong cơ thể bởi vì chúng sẽ chịu trách nhiệm về những cơ chế hoạt động sinh lý khác nhau. Khoảng một phần ba số gen có trong các mã đặc trưng cho tế bào, con số đó thậm chí còn cao hơn nữa ở những loài động vật khác.

– Protein màng sẽ bao gồm ba loại là protein xuyên màng, protein dính vào lipid và protein ngoại vi. Protein xuyên màng sẽ có những miền đặc hiệu cho phép chúng có thể xuyên qua những vùng nước do mạch hydrocacbon của phospholipid gây ra.

– Những protein nằm rải rác trên màng tao ra tính khảm trên màng tế bào. Điều này có thể được quan sát trực tiếp qua những loại kính hiển vi hiện đại.

– Chức năng của từng protein trên màng sinh chất vô cùng đa dạng: chúng là kênh dẫn truyền phân tử, thụ thể, enzym, tham gia liên kết tế bào, v.v.

Tuỳ theo mỗi vị trí của protein ở trên màng tế bào sẽ phân chúng thành: protein xuyên màng, tạo màng, dính màng và mỗi một loại sẽ có tác dụng cũng như vai trò khác nhau.

3.3.  Hydratcarbon:

– Chúng nằm ở vị trí bên ngoài của màng tế bào, chúng cũng có mặt bên trong các bào quan

– Có chức năng liên kết với protein, lipid tạo thành glycoprotein

– Chức năng rất đa dạng: tham gia vào quá trình liên kết phân bào, liên kết protein; kháng nguyên bề mặt,…

3.4. Mảng lipid:

– Là vị trí chứa nhiều phân tử protein và cả hydratcarbon

– Chúng có đường kính rơi vào khoảng 50nm, có cấu tạo khá vững chắc

– Vị trí rất giàu cholesterol

– Chức năng: thụ thể thu nhận những thông tin từ bên ngoài vào trong cơ thể.

4. Đặc điểm của màng sinh chất:

Tính linh hoạt:

– Màng sinh chất không phải là loại màng cứng cố định mà chúng phải có tính linh hoạt cao, có khả năng kéo, uốn, ghép nối 2 loại màng với nhau. Tính chất mà màng sinh chất có là do cấu trúc cũng như cấu tạo màng mà ra.

– Lớp phospholipid kép

+ Nếu mạch hydrocarbon là mạch no, mạch carbon không có sự phân nhánh thì lớp phospholipid sẽ ở trạng thái lỏng

+ Nếu hai mạch hydrocarbon là mạch không no, mạch carbon bị phân nhánh, uốn cong, khoảng cách giữa các phân tử phospholipid xa nhau và cấu trúc lỏng lẻo thì màng cũng ở trạng thái lỏng

+ Tính linh hoạt của màng phụ thuộc phần lớn vào cấu trúc của lớp phospholipid mỏng

+ Số lượng cholesterol cũng có tác động đến tính linh hoạt của màng. Cụ thể là số lượng cholesterol càng nhiều thì màng càng mỏng và với tính linh hoạt thấp, cùng ngược lại.

– Protein:

+ Protein được phân bố trên vị trí của màng tương đối đồng đều tuy nhiên khi có tác động hút thì protein có khả năng quay và dịch chuyển với vận tốc rất cao, khi đó màng sẽ trở nên linh hoạt hơn

Tính thẩm thấu chọn lọc của màng tế bào:

Có 2 đặc tính ảnh hưởng lên cấu trúc:

+ Những phân tử vô cực, có thể tan được trong lipit sẽ đi qua màng dễ hơn so với những chất hữu cơ ưa nước.

+ Những protein xuyên màng sẽ điều khiển sự đi qua màng của những chất kích thích khác nhau, theo nhiều hướng và với nhiều vận tốc khác nhau.

* Tính không đối xứng của màng sinh học:

Trong cấu trúc của màng sinh chất, 2 lớp phân tử phospholipid có đuôi có tính đối xứng hướng vào nhau còn đầu ưa nước lại hướng ra ngoài.

Các phân tử protein sắp xếp xen kẽ với lớp phospholipid kép, ngoài ra còn có những phân tử protein ở 2 rìa màng của lớp phospholipid kép. Các phân tử protein bám vào 2 rìa của lớp phospholipit kép có cấu trúc và sự phân bố khác nhau.

Ở phía rìa ngoài, những phân tử carbohydrat sẽ có xu hướng gắn kết với phospholipid hoặc protein phân bố ở rìa ngoài để hình thành nên lớp chất nền ngoại bào.

Ở sinh tế bào nhân thực thì ở phía rìa phải của màng sinh chất sẽ có sự đính thêm các phân tử protein vào trong chuỗi vận chuyển điện tử. Với sự phân bố không đều nhau của các phân tử protein và carbohydrat đã tạo nên tính bất đối xứng của màng sinh chất.

* Chức năng của màng sinh chất:

Vì có thành phần cấu tạo chính là phôtpholipit và prôtêin nên màng sinh chất sẽ có những chức năng chủ yếu dưới đây:

– Chức năng trao đổi chất với môi trường xung quanh một cách có chọn lọc: Lớp phôtpholipit chỉ cho phép các phân tử nhỏ có khả năng hoà tan trong dầu (không phân cực) đi qua màng tế bào. Các chất có tính phân cực và tích điện sẽ phải trải qua các kênh prôtêin thích hợp mới ra ngoài hoặc đi vào được tế bào. Với đặc điểm chỉ cho một vài chất nhất định ra ngoài hoặc đi vào tế bào nên người ta chỉ biết đến màng sinh chất với đặc tính bán thấm.

– Màng sinh chất thường có chứa những prôtêin thụ thể để cung cấp thông tin cho tế bào. Tế bào là một hệ thống khép kín luôn tiếp nhận những thông lí hoá học từ môi trường bên ngoài và tạo ra các phản ứng phù hợp đối với sự biến đổi của điều kiện môi trường. Ví dụ, màng sinh chất của tế bào thần kinh của động vật có chứa những thụ thể có khả năng dẫn truyền tín hiệu (chủ yếu là những chất dẫn truyền xung thần kinh) do tế bào phía trước nó phóng thích ra, nhờ vậy các xung thần kinh có thể dẫn truyền từ tế bào thần kinh này sang tế bào thần kinh khác.

– Màng sinh chất cũng có những “dấu chuẩn” là những glicôprôtêin đặc trưng cho mỗi nhóm tế bào. Nhờ vậy mà những tế bào của cùng một cơ thể có khả năng phân biệt nhau cũng như nhận diện cả những tế bào “lạ” (đó là những tế bào của thân thể lạ).