Nội bào (Endocytosis)

• Hấp thụ chất dinh dưỡng: Tế bào sử dụng nội bào để đưa các phân tử lớn như glucose, amino acid và lipid vào bên trong.
• Miễn dịch: Các tế bào miễn dịch sử dụng nội bào để bắt và tiêu diệt vi khuẩn, virus và các mầm bệnh khác.
• Truyền tín hiệu: Nội bào đóng vai trò trong việc truyền tín hiệu giữa các tế bào bằng cách internalize (đưa vào bên trong tế bào) các thụ thể bề mặt và ligands (phân tử gắn kết) của chúng.
• Điều chỉnh thành phần màng tế bào: Nội bào giúp điều chỉnh thành phần của màng tế bào bằng cách loại bỏ các protein và lipid khỏi bề mặt.

Các loại nội bào

Có ba loại nội bào chính:

• Thực bào (Phagocytosis): Đây là quá trình “ăn tế bào”, trong đó tế bào nuốt các hạt lớn, chẳng hạn như vi khuẩn, tế bào chết hoặc các mảnh vụn tế bào. Tế bào tạo ra các chân giả (pseudopods) bao quanh hạt và hình thành một túi lớn gọi là phagosome. Phagosome sau đó hợp nhất với lysosome, chứa các enzyme tiêu hóa để phân hủy vật chất bên trong.
• Ẩm bào (Pinocytosis): Đây là quá trình “uống tế bào”, trong đó tế bào nuốt các chất lỏng và các phân tử hòa tan nhỏ. Màng tế bào lõm vào trong, hình thành một túi nhỏ chứa chất lỏng và các phân tử. Quá trình này xảy ra liên tục ở hầu hết các tế bào.
• Nội bào qua trung gian thụ thể (Receptor-mediated endocytosis): Đây là một dạng nội bào đặc hiệu, trong đó các phân tử được vận chuyển vào tế bào sau khi liên kết với các thụ thể đặc hiệu trên bề mặt tế bào. Các thụ thể tập trung tại các vùng lõm của màng tế bào gọi là hố màng phủ clathrin. Khi ligand liên kết với thụ thể, hố màng lõm sâu hơn và cuối cùng tách ra khỏi màng, hình thành một túi chứa ligand và thụ thể. Túi này sau đó có thể hợp nhất với lysosome để phân hủy ligand hoặc vận chuyển ligand đến các vị trí khác trong tế bào. Ví dụ về quá trình này là sự hấp thụ cholesterol bởi tế bào thông qua các thụ thể LDL.

So sánh các loại nội bào

Yếu tố ảnh hưởng đến nội bào

Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến quá trình nội bào, bao gồm:

• Nhiệt độ: Nhiệt độ thấp có thể làm chậm hoặc ức chế nội bào.
• Nồng độ ATP: Nội bào là một quá trình cần năng lượng, vì vậy nồng độ ATP thấp có thể ức chế nội bào.
• pH: pH của môi trường xung quanh có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các protein tham gia vào nội bào.
• Các chất ức chế: Một số chất có thể ức chế nội bào, ví dụ như các chất ức chế hình thành hố màng phủ clathrin.

Tóm tắt và Cơ chế phân tử

Tóm lại, nội bào là một quá trình thiết yếu cho sự sống của tế bào, cho phép tế bào hấp thụ chất dinh dưỡng, bảo vệ chống lại mầm bệnh và điều chỉnh các chức năng tế bào khác. Hiểu về các cơ chế của nội bào là rất quan trọng để hiểu về sinh lý tế bào và bệnh học.

Cơ chế phân tử của nội bào:

Nội bào là một quá trình phức tạp liên quan đến nhiều protein và lipid khác nhau. Một số protein quan trọng bao gồm:

• Clathrin: Một protein hình thành lớp áo xung quanh hố màng trong quá trình nội bào qua trung gian thụ thể. Lớp áo clathrin giúp biến dạng màng và hình thành túi.
• Dynamin: Một protein GTPase cần thiết cho việc tách túi khỏi màng tế bào.
• Các protein gắn kết actin: Actin và các protein liên kết actin tham gia vào việc di chuyển túi nội bào vào bên trong tế bào.
• Rab proteins: Một họ protein GTPase nhỏ điều hòa sự di chuyển và hợp nhất của túi nội bào với các bào quan khác, chẳng hạn như lysosome và endosome.
• SNARE proteins: Các protein này tham gia vào quá trình hợp nhất màng giữa túi nội bào và bào quan đích.

Nội bào và bệnh tật

Rối loạn chức năng nội bào có liên quan đến nhiều bệnh, bao gồm:

• Bệnh tăng cholesterol máu gia đình: Do đột biến ở gen mã hóa thụ thể LDL, dẫn đến giảm hấp thụ cholesterol từ máu.
• Bệnh Alzheimer: Có bằng chứng cho thấy rối loạn chức năng nội bào có thể góp phần vào sự tích tụ amyloid beta trong não.
• Ung thư: Nội bào đóng vai trò trong sự phát triển và di căn của ung thư. Ví dụ, một số tế bào ung thư có thể sử dụng nội bào để hấp thụ các yếu tố tăng trưởng.
• Nhiễm trùng: Nhiều virus và vi khuẩn sử dụng nội bào để xâm nhập vào tế bào chủ.

Ứng dụng của nghiên cứu nội bào

Nghiên cứu về nội bào có nhiều ứng dụng tiềm năng, bao gồm:

• Phát triển thuốc: Hiểu về cơ chế nội bào có thể dẫn đến việc phát triển các loại thuốc mới nhằm mục tiêu vào các quá trình nội bào cụ thể, chẳng hạn như thuốc chống ung thư hoặc thuốc kháng vi-rút.
• Liệu pháp gen: Nội bào có thể được sử dụng để đưa gen vào tế bào, ví dụ, bằng cách sử dụng các liposome hoặc nanoparticles.
• Chẩn đoán bệnh: Các dấu ấn sinh học liên quan đến nội bào có thể được sử dụng để chẩn đoán các bệnh khác nhau.

• Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. Molecular Biology of the Cell. 4th edition. New York: Garland Science; 2002.
• Cooper GM. The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000.
• Lodish H, Berk A, Zipursky SL, et al. Molecular Cell Biology. 4th edition. New York: W. H. Freeman; 2000.

Câu hỏi và Giải đáp

Làm thế nào tế bào phân biệt giữa các loại nội bào khác nhau và điều chỉnh chúng một cách chính xác?

Trả lời: Tế bào phân biệt các loại nội bào chủ yếu thông qua các thụ thể và protein áo khác nhau. Ví dụ, thực bào sử dụng các thụ thể nhận diện các phần tử trên bề mặt vi khuẩn hoặc tế bào chết, trong khi nội bào qua trung gian thụ thể sử dụng các thụ thể đặc hiệu cho từng loại ligand. Các protein áo khác nhau, chẳng hạn như clathrin trong nội bào qua trung gian thụ thể và caveolin trong một số loại ẩm bào, cũng góp phần vào sự phân biệt và điều chỉnh quá trình nội bào. Ngoài ra, các protein tín hiệu và các yếu tố điều hòa khác cũng tham gia vào việc kiểm soát chính xác thời gian và vị trí diễn ra nội bào.

Ảnh hưởng của sự rối loạn nội bào lên sức khỏe con người là gì? Cho ví dụ cụ thể.

Trả lời: Rối loạn nội bào có thể dẫn đến nhiều bệnh lý khác nhau. Ví dụ, đột biến gen mã hóa thụ thể LDL gây ra bệnh tăng cholesterol máu gia đình. Do thụ thể LDL bị lỗi, tế bào không thể hấp thụ LDL cholesterol từ máu một cách hiệu quả, dẫn đến tích tụ cholesterol trong máu và tăng nguy cơ xơ vữa động mạch và bệnh tim. Một ví dụ khác là bệnh Alzheimer, trong đó rối loạn chức năng nội bào có thể góp phần vào sự tích tụ amyloid beta trong não, gây tổn thương thần kinh.

Sự khác biệt chính giữa thực bào và ẩm bào là gì?

Trả lời: Sự khác biệt chính nằm ở kích thước và bản chất của vật chất được internalize. Thực bào (“ăn tế bào”) hấp thụ các hạt lớn, chẳng hạn như vi khuẩn và tế bào chết, trong khi ẩm bào (“uống tế bào”) hấp thụ chất lỏng và các phân tử hòa tan nhỏ. Thực bào thường liên quan đến sự hình thành các chân giả (pseudopods) bao quanh hạt, trong khi ẩm bào liên quan đến sự lõm vào của màng tế bào.

Vai trò của dynamin trong nội bào là gì?

Trả lời: Dynamin là một protein GTPase cần thiết cho việc tách túi (vesicle) khỏi màng tế bào trong quá trình nội bào. Nó hoạt động như một “chiếc kéo phân tử”, thắt chặt cổ của túi đang hình thành và cuối cùng tách nó ra khỏi màng. Nếu không có dynamin, túi sẽ không thể tách ra và quá trình nội bào sẽ bị gián đoạn.

Làm thế nào nội bào được ứng dụng trong liệu pháp gen?

Trả lời: Nội bào được sử dụng trong liệu pháp gen để đưa gen vào tế bào. Các vector mang gen, chẳng hạn như liposome hoặc nanoparticles, có thể được thiết kế để được tế bào internalize thông qua nội bào. Khi vào bên trong tế bào, vector sẽ giải phóng gen điều trị, cho phép nó được biểu hiện và tạo ra protein cần thiết. Ví dụ, liệu pháp gen có thể được sử dụng để thay thế một gen bị lỗi hoặc cung cấp một gen mới để điều trị một bệnh cụ thể.