Màng sinh chất Sinh 10 - Lý thuyết về cấu trúc, thành phần và chức năng

1. Màng sinh chất là gì?

Màng sinh chất (hay đối với sinh vật nhân sơ còn có thể gọi là màng tế bào) là một loại màng sinh học có vai trò phân cách giữa môi trường bên trong tế bào với môi trường bên ngoài của tế bào. Màng tế bào có khả năng ngăn chặn nhưng đồng thời cũng cho phép các ion hoặc các phân tử hữu cơ đi qua màng tế bào một cách có chọn lọc và kiểm soát quá trình di chuyển của các chất ra khỏi hay đi vào tế bào. Chức năng chính của màng sinh chất là bảo vệ các tế bào bên trong khỏi các tác nhân từ môi trường xung quanh.

Màng sinh chất có liên quan đến các quá trình của tế bào như là quá trình liên kết tế bào, sự dẫn ion và tiếp nhận các tín hiệu của tế bào; ngoài ra chúng còn đóng vai trò như là một bề mặt giúp kết nối một số cấu trúc ngoại bào bao gồm thành tế bào, chất nền ngoại bào và khung xương tế bào. Màng sinh chất có khả năng được tái tạo bằng phương pháp nhân tạo (có ở các tế bào nhân tạo).

Ở các tế bào thực vật, phía ngoài màng sinh chất còn có lớp màng xenlulôzơ cứng tạo nên tính cứng chắc tương đối cho cơ thể của thực vật.

>>> Đọc thêm về vai trò của màng sinh chất trong các quá trình khác:

Nhập bào và xuất bào - Sinh học 10

Vận chuyển các chất qua màng sinh chất

2. Cấu trúc của màng sinh chất

Cấu trúc của màng sinh chất từ lâu đã được nghiên cứ, khám phá và giới thiệu theo nhiều cách khác nhau được trình bày 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 ý 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 thấm phù hợp để sử dụng 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 đó, màng sinh chất có cấu tạo bao gồm 2 thành phần chính là photpholipit và prôtêin. Ở tế bào của động vật và tế bào người thì màng sinh chất còn chứa nhiều phân tử cholesterol làm tăng sự ổn định của màng sinh chất. Các prôtêin của màng sinh chất có vai trò như những kênh vận chuyển các chất ra khỏi và đi vào tế bào cũng như các thụ thể giúp tiếp nhận các thông tin từ môi trường bên ngoài. Có thể nói, màng sinh chất được xem là bộ mặt của tế bào. Ngoài ra, các thành phần của màng sinh chất như prôtêin, glicôprôtêin và glicôlipit còn làm nhiệm vụ như các “giác quan” (hay còn gọi là thụ thể), “cửa ngõ” (gọi là kênh) cùng với những “dấu chuẩn” giúp nhận biết đặc trưng của mỗi loại tế bào.

Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập và xây dựng lộ trình học tập THPT vững vàng

3. Thành phần của màng sinh chất

Màng tế bào bao gồm nhiều loại phân tử sinh học, đặc biệt là có chứa lipid và protein. Tuy nhiên các thành phần không được thiết lập sẵn mà liên tục thay đổi tuỳ theo tính lưu động và quá trình thay đổi của môi trường, thậm chí có sự dao động trong các giai đoạn khác nhau của sự phát triển trong tế bào. Ví dụ, lượng cholesterol có trong màng tế bào thần kinh sơ cấp của con người có sự thay đổi, và sự thay đổi các thành phần này có sức ảnh hưởng đến tính lưu động trong suốt các giai đoạn của sự phát triển. 

Các thành phần sẽ được kết hợp vào màng hoặc bị loại bỏ khỏi màng bởi nhiều cơ chế:

• Quá trình kết hợp của các túi nội bào với màng (được biết đến với tên là hiện tượng xuất bào), đó không chỉ là quá trình bài tiết các chất bên trong túi ra ngoài mà còn là sự kết hợp các thành phần của các túi vào màng tế bào. Màng có khả năng hình thành các mảng bao xung quanh vật liệu ngoại bào, bị đẩy vào trong để trở thành các túi (đây là hiện tượng nội bào).

• Nếu một màng liên tục bằng cấu trúc hình ống làm từ vật liệu màng, thì vật liệu từ ống có thể được hút vào màng một cách liên tục.

• Mặc dù nồng độ của các thành phần màng trong pha nước thấp (tức là các thành phần màng ổn định có khả năng hòa tan thấp trong nước) nhưng vẫn xảy ra sự trao đổi phân tử giữa pha lipid với nước.

Các thành phần chính trong màng sinh chất sẽ được trình bày cụ thể ở dưới đây: 

a) Lớp phospholipid kép:

– Là nền tảng cơ bản nhất trong màng sinh chất, tương tác với nhau tạo thành một lớp màng bao bọc dịch tế bào, các phân tử này còn chuyển động không ngừng và tạo thành tính động cho màng tế bào.

– Có cấu trúc khá bền vững bên trong pH môi trường, nước và chúng có lực cơ học khác nhau

– Thành phần của cấu trúc này bao gồm: Phospholipid và cholesterol

– Trong đó, đặc biệt là phospholipid có tính 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 chất phân cực)

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

- Cholesterol:

+ Cholesterol được sắp xếp một cách xen kẽ vào trong cấu trúc của phospholipid, có chức năng gia cố định, tăng sự ổn định của lớp phospholipid đó.

+ Chúng ta sẽ thường bắt gặp phân tử này 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 vững chắc như ở tế bào thực vật do đó cần thiết phải có thêm các hợp chất củng cố cho màng tế bào.

Lưu ý:

- Dựa vào cấu tạo hoá học của mạch hydrocarbon mà chúng ta có thể chia phospholipid thành hai loại: phospholipid no và phospholipid không nó.

- Phospholipid no có chứa mạch hydrocarbon chỉ gồm toàn liên kết đơn, khung carbon đều có đầy đủ liên kết đơn với Hidro

- Ngược lại, phospholipid không no sẽ có liên kết đôi trong mạch, do đó để biến phospholipid không nó thành phospholipid no thì người ta sẽ chỉ cần thực hiện phản ứng hydrogen hoá.

- Mỗi loại phospholipid sẽ giúp cho màng có được các đặc tính cần thiết. Ví dụ như các phospholipid không no sẽ khó được liên kết kị nước với nhau một cách chặt chẽ vì thế nên khi nhiệt độ thấp, các phân tử này vẫn dễ dàng chuyển động và màng tế bào không bị đông cứng. 

- Các phân tử phospholipid kép sẽ có cấu trúc giống nhau, tuy nhiên thành phần cấu tạo hóa học có khả năng sẽ khác nhau nên tạo ra các tính chất đặc trưng của từng loại màng như độ nhớt, độ dày, độ linh hoạt của từng loại màng.

b) Protein

– Màng tế bào chứa một hàm lượng lớn các protein, chúng thường chiếm khoảng 50% thể tích của màng. Những protein này có vai trò rất quan trọng đối với tế bào vì chúng sẽ chịu trách nhiệm cho các quá trình hoạt động sinh học khác nhau. Khoảng một phần ba số gen có trong nấm men mã đặc biệt cho chúng, con số đó thậm chí còn cao hơn ở các loài sinh vật đa bào. 

- Protein màng chủ yếu bao gồm ba loại là protein xuyên màng, protein gắn vào lipid và protein ngoại vi. Protein xuyên màng sẽ có các miền kị nước giúp chúng nằm xuyên qua được vùng kị nước do mạch hydrocacbon của phospholipid tạo ra. 

- Các protein nằm rải rác trên màng tao ra tính khảm cho màng tế bào. Điều này có thể được quan sát trực tiếp bằng các loại kính hiển vi hiện đại.

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

– Tùy vào từng vị trí của protein ở trên màng tế bào mà chia ra thành: protein xuyên màng, neo màng, bám màng và mỗi loại sẽ có chức năng cũng như nhiệm vụ khác nhau.

c) Hydratcarbon

– Thường nằm ở vị trí mặt ngoài của màng, chúng ít xuất hiện bên trong các bào quan

– Có khả năng liên kết với protein, lipid tạo nên glycoprotein

– Chức năng rất đa dạng: tham gia vào sự liên kết phân từ, liên kết màng; kháng nguyên bề mặt,…

d) Mảng lipid

– Là vị trí tập trung nhiều hàm lượng protein và cả hydratcarbon

– Chúng có đường kính rơi vào khoảng 50nm, có cấu trúc rất bền vững

– Vị trí khá giàu cholesterol

– Chức năng: thụ thể thu nhận các tín hiệu từ bên ngoài vào trong tế bào.

4. Đặc điểm của màng sinh chất

4.1. Tính linh hoạt 

Màng sinh chất không phải là loại màng cứng nhắc mà chúng còn có độ linh hoạt cao, có khả năng dịch, xoay, ghép 2 loại màng với nhau. Tính chất mà màng sinh chất có là do cấu trúc cũng như cấu tạo màng tạo ra.

- Lớp phospholipid kép

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

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

+ Tính linh hoạt của màng phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc của lớp phospholipid kép

+ Số lượng cholesterol cũng có ảnh hưởng đến tính linh hoạt của màng. Cụ thể là số lượng cholesterol càng nhiều thì màng càng cứng cùng với độ linh hoạt kém, và ngược lại.

- Protein:

+ Protein được phân bố trên vị trí của màng khá ổn định nhưng khi có tác động đẩy thì protein có khả năng chuyển động quay và di chuyển với tốc độ tương đối lớn, khi đó màng sẽ trở nên linh hoạt hơn

4.2. Tính thấm chọn lọc của tế bào

Có 2 đặc tính liên quan đến cấu trúc:

+ Các phân tử vô cực, kị nước hòa tan được trong lipit sẽ đi qua màng dễ dàng hơn so với các chất hữu cơ ưa nước.

+ Các protein xuyên màng sẽ điều khiển quá trình di chuyển qua màng của các chất kích thích khác nhau, theo nhiều hướng và với nhiều tốc độ khác nhau.

4.3. Tính không cân xứng của màng sinh học

Trong cấu trúc của màng sinh chất, 2 lớp phân tử phospholipid có đuôi có tính chất kỵ nước quay vào trong và đầu ưa nước thì quay ra ngoài. 

Các phân tử protein sắp xếp đan xen với lớp phospholipid kép, ngoài ra còn có các phân tử protein bám 2 rìa màng của lớp phospholipid kép. Các phân tử protein bám lấy 2 rìa của lớp phospholipit kép có cấu trúc và sự phân bố khác biệt nhau.  

Ở phía rìa ngoài, các phân tử carbohydrat thường có khuynh hướng liên kết với phospholipid hoặc protein phân bố ở mặt ngoài giúp tạo nên khối chất nền ngoại bào.  

Ở sinh tế bào nhân sơ thì ở phía rìa trong của màng sinh chất còn có sự gắn thêm các phân tử protein vào trong chuỗi vận chuyển điện tử. Với sự phân bố không đồng đều này của các phân tử protein và carbohydrat đã tạo thành tính chất bất đối xứng của màng sinh chất.

4.4. Chức năng của màng sinh chất

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

- Chức năng trao đổi chất với môi trường ngoài một cách có chọn lọc: Lớp phôtpholipit chỉ cho phép những phân tử nhỏ có khả năng tan trong dầu mỡ (không phân cực) đi qua trực tiếp. Các chất có tính chất phân cực và tích điện đều phải đi qua những kênh prôtêin phù hợp mới ra khỏi hoặc đi vào được tế bào. Với đặc tính chỉ cho phép một số chất nhất định ra khỏi hoặc đi vào tế bào nên người ta thường biết đến màng sinh chất với tính bán thấm.

- Màng sinh chất còn có chứa các prôtêin thụ thể giúp thu nhận thông tin cho tế bào. Tế bào là một hệ thống mở luôn luôn thu nhận các thông tin lí hoá học từ môi trường bên ngoài và đưa ra những đáp ứng thích hợp trước quá trình thay đổi của điều kiện ngoại cảnh. Ví dụ, màng sinh chất của tế bào thần kinh của người có chứa các thụ thể có khả năng nhận tín hiệu (chính là các chất dẫn truyền xung thần kinh) từ tế bào phía trước nó giải phóng ra, nhờ vậy mà xung thần kinh được truyền từ tế bào thần kinh này qua tế bào thần kinh khác.

- Màng sinh chất còn có các “dấu chuẩn" là các glicôprôtêin đặc trưng cho từng loại tế bào. Nhờ vậy mà các tế bào của cùng một cơ thể có khả năng nhận biết nhau cũng như nhận biết được các tế bào “lạ” (đó là các tế bào của cơ thể khác).

VUIHOC đã tổng hợp đầy đủ và chi tiết tất cả các kiến thức về màng sinh chất để giúp các em ôn tập tốt nhất. Để học hỏi thêm nhiều các kiến thức hay và thú vị về Sinh học 10 cũng như Sinh học THPT thì các em hãy truy cập vuihoc.vn hoặc đăng ký khoá học với các thầy cô VUIHOC ngay bây giờ nhé!

>>> Tham khảo thêm:

Tổng quan về tế bào nhân sơ Sinh 10: Đặc điểm và cấu tạo

Tổng quan về tế bào nhân thực - Bài 8 sinh 10 VUIHOC