Giải Nobel Hóa học 2012 được trao cho Brian K. Kobilka và Robert J. Lefkowitz cho các nghiên cứu về thụ thể tế bào có liên kết với G protein. Các thụ thể liên kết với G protein (G-protein-coupled receptors, GPCRs) là một hệ thống đặc biệt cho phép truyền đi nhiều loại tín hiệu thông qua màng tế bào, giữa các tế bào và vượt qua khoảng cách lớn trong cơ thể. Ngày nay, chúng ta đã hiểu biết một cách chi tiết về cơ chế phân tử của những thụ thể này, và phần lớn tri thức là nhờ các nghiên cứu của Kobilka và Lefkowitz.
[sửa]Tổng quan
Mỗi tế bào người đều được bao bọc bởi một lớp màng tế bào. Đó là một lớp phospholipid kép. Lớp màng này cho phép tế bào duy trì một hỗn hợp nhất định các chất có vai trò hóa sinh, đồng thời ngăn ngừa các hóa chất không mong muốn ở bên ngoài môi trường có thể xâm nhập tế bào. Để có thể thực hiện đầy đủ chức năng của mình, các bộ máy sinh hóa bên trong tế bào cần 1 cơ chế cho phép nó có thể nhận được các thông điệp về môi trường bên ngoài tế bào.
Các thay đổi về lượng hormone bên ngoài tế bào có thể điều khiển những hoạt động của enzyme nội bào. Các phân tử có mùi thơm tác động vào các tế bào thuộc lớp biểu mô khứu giác. Ngoài ra các chất có trong thức ăn có thể ảnh hưởng đến hoạt động hóa sinh diễn ra bên trong tế bào chồi vị giác sau đó lan truyền dưới dạng các tín hiệu điện tử đến não bộ.
Thực tế, các tế bào người đều thường xuyên giao tiếp với nhau và với môi trường xung quanh. Để làm được điều này, tế bào cần 1 hệ thống các phân tử và 1 cơ chế truyền thông tin hiệu quả đi qua màng tế bào. Ngoài ra, trong cơ thể quá trình truyền tín hiệu có thể phải diễn ra với 1 khoảng cách khá xa. Do đó, để có thể phản ứng đúng lúc, não bộ cần nhận thông tin rất nhanh từ các giác quan, như thị giác, khứu giác, vị giác .v.v. Thêm một lần nữa, điều này cũng cần một cơ chế truyền thông tin đi qua màng tế bào.
Một trong các phân tử quan trọng trong hệ thống truyền tin tế bào đó là các thụ thể liên kết G protein (GPCRs). Đó là các protein nằm trên màng tế bào. Tên gọi thụ thể liên kết G protein là để nói đến cơ chế truyền tín hiệu phổ biến nhất thông qua thụ thể đó là các protein có thể liên kết với GTP ở bên trong tế bào. Bởi vì các chuỗi peptide của GPCR thường gấp khúc 7 lần qua màng tế bào nên trong nhiều trường hợp GPCR cũng được gọi là thụ thể 7 vùng xuyên màng (7-transmembrane receptors, 7TM). Các protein tiếp nhận nhiều loại tín hiệu sinh lý ở bên ngoài tế bào. Các tín hiệu có thể là sự thay đổi ở nồng độ peptide, hormone, lipid, chất dẫn truyền thần kinh, ion, chất có mùi, chất có vị hoặc là các chùm photons đến mắt. GPCR sau đó chuyển hóa các tín hiệu này vào bên trong tế bào và kích hoạt một chuỗi các phản ứng tương ứng có sự tham gia của nhiều protein, nucleotide hay ion kim loại, và cuối cùng dẫn đến một thông điệp hay một phản ứng sinh lý tế bào thích ứng.
Có rất nhiều các quá trình sinh lý ở tế bào động vật có vú cần các thụ thể 7TM. Đồng thời chính những thụ thể này cũng là đích của một lượng lớn các hóa chất dược phẩm. Trong bộ gene của người có khoảng 1000 gene mã hóa các loại thụ thể 7TM khác nhau và chúng liên quan đến quá trình cảm ứng với hàng loạt các kích thích đến từ môi trường ngoại bào. Ví dụ các thụ thể adrenaline, thụ thể dopamine, thụ thể histamine, thụ thể ánh sáng rhodopsin và rất nhiều thụ thể liên quan đến khứu giác và vị giác.
[sửa]Các vấn đề chính
Các GPCR truyền đến tế bào một luồng thông tin đề cập đến các điều kiện ở bên ngoài. Cơ chế ở mức độ phân tử của quá trình này diễn ra như thế nào? Có những phân tử nào tham gia và bằng cách nào chúng truyền được tín hiệu? Làm thế nào để chúng phân biệt được các loại tín hiệu khác nhau? Bằng cách nào các tín hiệu được điều khiển? Đó là những câu hỏi quan trọng trong lĩnh vực này ở các thập niên trước. Để có thể trả lời, các nhà khoa học đã phải xác định những thành phần phân tử tham gia quá trình truyền tin và theo dõi các hoạt động của các phân tử này thông qua các nghiên cứu hóa sinh, sinh lý và cấu trúc.
Mục lục
[ẩn]
[ẩn]
[sửa]Tổng quan
Mỗi tế bào người đều được bao bọc bởi một lớp màng tế bào. Đó là một lớp phospholipid kép. Lớp màng này cho phép tế bào duy trì một hỗn hợp nhất định các chất có vai trò hóa sinh, đồng thời ngăn ngừa các hóa chất không mong muốn ở bên ngoài môi trường có thể xâm nhập tế bào. Để có thể thực hiện đầy đủ chức năng của mình, các bộ máy sinh hóa bên trong tế bào cần 1 cơ chế cho phép nó có thể nhận được các thông điệp về môi trường bên ngoài tế bào.
Các thay đổi về lượng hormone bên ngoài tế bào có thể điều khiển những hoạt động của enzyme nội bào. Các phân tử có mùi thơm tác động vào các tế bào thuộc lớp biểu mô khứu giác. Ngoài ra các chất có trong thức ăn có thể ảnh hưởng đến hoạt động hóa sinh diễn ra bên trong tế bào chồi vị giác sau đó lan truyền dưới dạng các tín hiệu điện tử đến não bộ.
Thực tế, các tế bào người đều thường xuyên giao tiếp với nhau và với môi trường xung quanh. Để làm được điều này, tế bào cần 1 hệ thống các phân tử và 1 cơ chế truyền thông tin hiệu quả đi qua màng tế bào. Ngoài ra, trong cơ thể quá trình truyền tín hiệu có thể phải diễn ra với 1 khoảng cách khá xa. Do đó, để có thể phản ứng đúng lúc, não bộ cần nhận thông tin rất nhanh từ các giác quan, như thị giác, khứu giác, vị giác .v.v. Thêm một lần nữa, điều này cũng cần một cơ chế truyền thông tin đi qua màng tế bào.
Một trong các phân tử quan trọng trong hệ thống truyền tin tế bào đó là các thụ thể liên kết G protein (GPCRs). Đó là các protein nằm trên màng tế bào. Tên gọi thụ thể liên kết G protein là để nói đến cơ chế truyền tín hiệu phổ biến nhất thông qua thụ thể đó là các protein có thể liên kết với GTP ở bên trong tế bào. Bởi vì các chuỗi peptide của GPCR thường gấp khúc 7 lần qua màng tế bào nên trong nhiều trường hợp GPCR cũng được gọi là thụ thể 7 vùng xuyên màng (7-transmembrane receptors, 7TM). Các protein tiếp nhận nhiều loại tín hiệu sinh lý ở bên ngoài tế bào. Các tín hiệu có thể là sự thay đổi ở nồng độ peptide, hormone, lipid, chất dẫn truyền thần kinh, ion, chất có mùi, chất có vị hoặc là các chùm photons đến mắt. GPCR sau đó chuyển hóa các tín hiệu này vào bên trong tế bào và kích hoạt một chuỗi các phản ứng tương ứng có sự tham gia của nhiều protein, nucleotide hay ion kim loại, và cuối cùng dẫn đến một thông điệp hay một phản ứng sinh lý tế bào thích ứng.
Có rất nhiều các quá trình sinh lý ở tế bào động vật có vú cần các thụ thể 7TM. Đồng thời chính những thụ thể này cũng là đích của một lượng lớn các hóa chất dược phẩm. Trong bộ gene của người có khoảng 1000 gene mã hóa các loại thụ thể 7TM khác nhau và chúng liên quan đến quá trình cảm ứng với hàng loạt các kích thích đến từ môi trường ngoại bào. Ví dụ các thụ thể adrenaline, thụ thể dopamine, thụ thể histamine, thụ thể ánh sáng rhodopsin và rất nhiều thụ thể liên quan đến khứu giác và vị giác.
[sửa]Các vấn đề chính
Các GPCR truyền đến tế bào một luồng thông tin đề cập đến các điều kiện ở bên ngoài. Cơ chế ở mức độ phân tử của quá trình này diễn ra như thế nào? Có những phân tử nào tham gia và bằng cách nào chúng truyền được tín hiệu? Làm thế nào để chúng phân biệt được các loại tín hiệu khác nhau? Bằng cách nào các tín hiệu được điều khiển? Đó là những câu hỏi quan trọng trong lĩnh vực này ở các thập niên trước. Để có thể trả lời, các nhà khoa học đã phải xác định những thành phần phân tử tham gia quá trình truyền tin và theo dõi các hoạt động của các phân tử này thông qua các nghiên cứu hóa sinh, sinh lý và cấu trúc.
- Quá trình tìm kiếm và phát hiện GPCR
- Mô hình phức hệ 3 thành phần
- Quá trình phân lập và tinh sạch
- Thụ thể liên kết G-protein Sara Snogerup Linse, giáo sư từ Đại học Lund, thành viên hội đồng trao giải Nobel Hóa học
- Giải Nobel Hóa học 2011 (10/10/2011; Gửi bởi: Cao Xuân Hiếu; 351 lần xem)
- Giải Nobel Vật lý 2011 (10/10/2011; Gửi bởi: Cao Xuân Hiếu; 369 lần xem)
- Giải Nobel Sinh lý và y học 2011 (03/10/2011; Gửi bởi: Cao Xuân Hiếu; 429 lần xem)
- Giải Nobel văn học năm 2010 (10/10/2010; Gửi bởi: Veterinary; 518 lần xem)
- Giải Nobel hóa học năm 2010 (07/10/2010; Gửi bởi: Cao Xuân Hiếu; 858 lần xem)
