Sinh học - Chương IV: Sự biến dưỡng protein và amino acid

Nội dung text: Sinh học - Chương IV: Sự biến dưỡng protein và amino acid

1. 1. VAI TROØ VAØ ÑAËC ÑIEÅM CUÛA Chöông IV BIEÁN DÖÔÕNG PROTEIN SÖÏ BIEÁN DÖÔÕNG PROTEIN VAØ AMINO ACID • 1.1. VAI TROØ 1. Vai troø vaø ñaëc ñieåm cuûa bieán döôõng protein • - Toång hôïp caùc protein caáu truùc -> xaây döïng moâ baøo -> sinh vaät sinh tröôûng vaø phaùt trieån. 2. Söï tieâu hoùa protein vaø haáp thu amino acid • - Toång hôïp caùc protein phi caáu truùc -> laø caùc chaát coù hoaït 3. Söï bieán döôõng trung gian cuûa amino acid tính sinh hoïc caàn cho moïi hoaït ñoäng soáng : enzyme, hormone, khaùng theå . 4. Quaù trình sinh toång hôïp protein • - Khi oxy hoùa protein coù theå cung caáp 10-15% nhu caàu 5. Söï ñieàu hoøa bieåu hieän gene naêng löôïng cuûa cô theå. 6. Bi n dng e ph c tp • - Löu yù giaù trò sinh vaät hoïc cuûa protein thöùc aên coù nguoàn goác ñoäng vaät (thòt, tröùng, söõa ) vaø protein thöùc aên coù 7. Roái loaïn bieán döôõng protein nguoàn goác thöïc vaät 1.2. ÑAËC ÑIEÅM
   : V s p thu AA: ruoät non caùc amino acid ñöôïc haáp thu theo moät töông quan soá löôïng nhaát ñònh , phaàn AA giôùi haïn coøn thöøa cuûa moät amino acid naøo ñoù naèm ngoaøi töông quan seõ bò ñaøo thaûi -> khaåu phaàn caàn coù tyû leä caùc amino acid thieát yeáu phuø hôïp vôùi ñaëc ñieåm haáp thu cuûa töøng loaøi. 1
2. 
   Cô theå ñoäng vaät khoâng döï tröõ protein maø tuøy theo löùa tuoåi, tuøy giai ñoaïn sinh tröôûng vaø traïng thaùi sinh lyù maø coù söï caân baèng nhaát ñònh giöõa löôïng protein thu vaøo vaø thaûi ra. Söï caân baèng naøy ñöôïc theå hieän qua chæ soá giaùn tieáp laø “caân baèng nitrogen” : CAÂN BAÈNG N = N THU VAØO - N THAÛI RA Ba traïng thaùi caên baèng coù theå gaëp :
   Löôïng protein toái thieåu cho moät soá loaøi ñoäng vaät  Caân baèng döông : N thu vaøo 〉〉〉 N thaûi ra -> ñoàng hoùa 〉〉〉 dò hoùa Löôïng protein toái thieåu (ñv non ñang phaùt trieån) Loaøi ñoäng vaät (gr pro/kg P / ngaøy ñeâm)  Thaêng baèng Cöøu 1.00 Heo 1.00 N thu vaøo = N thaûi ra -> ñoàng hoùa = dò hoùa Ngöïa 0.70 – 1.42 (ñoäng vaät tröôûng thaønh) Boø söõa (khoâ söõa–caïn söõa) 0.60 – 0.70  Caân baèng aâm Boø söõa (ñang cho söõa) 1.00 N thu vaøo 〈〈〈 N thaûi ra -> ñoàng hoùa 〈〈〈 dò hoùa Ngöôøi 1 - 1.50 (ñoäng vaät giaø) 2
3. 
   TIEÂU HOÙA ÔÛ DAÏ DAØY 2. TIEÂU HOÙA PROTEIN - Pepsinogen HCl + pepsin Pepsin + Peptide
   Tieâu hoùa protein ôû daï daøy Protein Albumose + Peptone + A. acid
   Tieâu hoùa protein ôû ruoät non - Chimosin (rennin) : enzyme laøm ñoâng voùn söõa
   Tieâu hoùa protein ôû ruoät giaø
   Söï phaân huûy protein moâ baøo Caseinogen (hoøa tan) Ca ++ Caseinate calci
   Ñaëc ñieåm tieâu hoùa protein ôû thuù nhai laïi (voùn)
   TIEÂU HOÙA ÔÛ RUOÄT NON : caùc enzyme do vaùch ruoät vaø tuyeán tuïy tieát ra : 1 : Glu 3 : AA kieàm 5 : Tyr, Phe 2 : Tyr, Phe (Arg, Lys) Leu, Met - Trypsinogen Enterokinase Trypsin 1 2 3 4 5 H2N 6 COOH Ñaàu N Ñaàu C - Chimotrypsinogen Enterokinase Chimotrypsin Pepsin Trypsin Chymotripsin Amino- (daï daøy) (tuïy) (tuïy) Carboxypeptidase peptidase (tuïy) Protein Peptide vaø amino acid (ruoät non) Endopeptidase -Caùc peptidase : Exopeptidase Aminopeptidase Carboxypeptidase amino acid Caùc enzyme thuûy phaân protein trong dòch tieâu hoùa Dipeptidase 3
4. 
   TIEÂU HOÙA ÔÛ RUOÄT GÌA : quaù trình tieâu hoùa xaûy ra  Quùa trình thoái röõa : vi khuaån gaây thoái röõa (tröïc khuaån do taùc ñoäng cuûa caùc enzyme töø ruoät non ñöa xuoáng vaø E.coli ) phaân huûy protein coøn soùt laïi chöa tieâu hoùa töø ruoät do taùc ñoäng cuûa vi sinh vaät. non ñöa xuoáng taïo ra nhieàu chaát ñoäc vaø chaát khí coù muøi  Quùa trình leân men (chuû yeáu ôû manh traøng) : do caùc vi hoâi :phenol, cresol, indol, scatol, H 2S, CO 2, CH 4. sinh vaät höõu ích leân men cellulose vaø caùc chaát boät ñöôøng chöa tieâu hoùa ôû ruoät non ñöa xuoáng :  Caùc chaát treân ngaám vaøo maùu, gaây ñoäc cho cô theå. Chuùng ñöôïc khöû ñoäc ôû gan baèng caùch thaønh laäp caùc hôïp chaát keùp . caùc acid beùo bay hôi -> haáp thu qua thaønh ruoät gìa, vôùi acid glucuronic hoaëc goác sulfate vaø thaûi theo nöôùc tieåu theo maùu ñeán gan, döôùi teân hôïp chaát indican -> söû duïng chæ tieâu naøy khi thaêm . caùc chaát khí -> ñaùnh hôi qua haäu moân. doø chöùc naêng khöû ñoäc cuûa gan.  Loaøi aên coû daï daøy ñôn (ngöïa, thoû) manh traøng raát  Loaøi aên thòt : quùa trình thoái röõa > leân men -> phaân thoái. phaùt trieån, 40-50% cellulose ñöôïc tieâu hoùa ôû ñaây. Loaøi aên taïp : tuøy thuoäc thaønh phaàn thöùc aên. HAÁP THU SAÛN PHAÅM TIEÂU HOÙA PROTEIN SÔ ÑOÀ TOÅNG QUAÙT - : AA vaø moät ít peptide ngaén 4-8 a.a - : Peptide ñi qua maøng nhung mao nieâm maïc ruoät non p/g di , tri-peptide, CO 2, H 2O Tieâu hoùa - caùc peptide naøy cuøng vôùi AA ñi vaøo cytosol cuûa teá baøo lôùp Peptid Amino acid Urea, NL, Haáp thu SP sinh hoïc bieåu bì nhôø vaät taûi ATPase-Na +, AA. Protein quan troïng - Nhö vaäy saûn phaåm tieâu hoùa protein ñöôïc haáp thu coù maët Protein trong tónh maïch cöûa ñeàu laø amino acid . - Noùi chung caùc AA ñöôïc haáp thu theo cô cheá vaän chuyeån ngöôïc baäc thang noàng ñoä, caàn tieâu toán naêng löôïng. OÁNG TIEÂU HOÙA TEÁ BAØO 4
5. SÖÏ PHAÂN HUÛY PROTEIN MOÂ BAØO ÑAËCÑIEÅM TIEÂU HOÙA PROTEIN ÔÛ THUÙ NHAI LAÏI
   Ñaây laø quùa trình phaân huûy ñeå ñoåi môùi moâ baøo cuõng nhö
   ÔÛ daï daøy tröôùc : xaûy ra quùa trình cô baûn tieâu hoùa caùc chaát coù hoaït tính sinh hoïc (enzyme, hormone, khaùng protein vaø caùc chaát chöùa N phi protein ( NPN - non protein theå ) nitrogen) nhôø enzyme cuûa vi sinh vaät.
   Ñöôïc thöïc hieän nhôø caùc cathepsin cuûa moâ baøo.
   ÔÛ daï muùi kheá : 20-30% protein chöa tieâu hoùa ôû daï coû
   Thôøi gian ñoåi môùi cuûa caùc moâ baøo khaùc nhau, ñöôïc theå ñöôïc ñöa xuoáng daï muùi kheá (coøn goïi laø bypass protein ) vaø hieän qua chæ soá “chu kyø baùn raõ”. Thí duï : ñöôïc tieâu hoùa nhö ôû daï daøy ñôn (dòch tieâu hoùa daï muùi kheá gan : 8 -12 ngaøy ñeâm, chöa HCl, rennin vaø pepsin). protein huyeát töông : 18 -45 ngaøy ñeâm Caùc vi khuaån Bacteroides vaø Peptostreococus phaân giaûi enzyme, hormone coù theå ñoåi môùi töøng giôø . protein -> peptide, amino acid vaø NH 3 töï do . Caùc saûn
   Söï phaân huûy moâ baøo taïo nguoàn amino acid noäi sinh , phaåm naøy ñöôïc vi khuaån söû duïng moät phaàn ñeå sinh soâi tham gia quùa trình chuyeån hoùa. phaùt trieån vaø ña phaàn amino acid tham gia vaøo caùc phaûn öùng bieán döôõng trung gian ôû daï coû.
   Heä vi khuaån daï coû coù khaû naêng phaân huûy vaø söû duïng 3. SÖÏ BD TRUNG GIAN CUÛA AMINO ACID caùc chaát NPN ñeå toång hôïp thaønh amino acid cho chuùng söû duïng. Khi xuoáng daï muùi kheá, protein vi sinh vaät laø nguoàn 3.1. Söï toång hôïp aminno acid cung protein coù giaù trò sinh vaät hoïc cao quan troïng cho  Cô cheá chuyeån amin ôû moâ baøo ñoäng vaät; thuù nhai laïi. Chaát NPN quan troïng, thöôøng ñöôïc söû duïng boå sung vaøo thöùc aên thuù nhai laïi laø urea (50-70g/boø/ngaøy):  Cô cheá amine hoùa–hoaøn nguyeân caùc ααα- ketoacid bôûi NH NH 3 ôû vi sinh vaät vaø thöïc vaät 2 Urease VSV C = O CO 2 + 2 NH 3 3.2. Söï thoaùi bieán cuûa amino acid NH 2 NH3 ñöôïc vi khuaån söû duïng trong phaûn öùng amin hoùa-  Söï khöû amine cuûa amino acid hoaøn nguyeân caùc alpha keto acid ñeå taïo thaønh amino  Söï khöû carboxyl cuûa amino acid acid. Ñaây laø con ñöôøng bieán ñoåi N voâ cô thaønh N höõu cô raát quan troïng trong daï coû. 3.3. Caùc ñöôøng höôùng ñaøo thaûi NH 3 5
6. 3.1. SÖÏ TOÅNG HÔÏP AMINO ACID
   CÔ CHEÁ CHUYEÅN AMIN ÔÛ MOÂ BAØO ÑV -Chæ toång hôïp ñöôïc caùc amino acid khoâng thieát yeáu -NH 2 ααα - A.acid - ααα-Ketoglutarate ααα AA môùi - Oxaloacetate -> Asp -NH 2 -Pyruvate -> Ala ααα -Ketoacid GLUTAMATE ααα-Ketoacid môùi CHO
   Phaûn öùng toång quaùt : COOH -CH O– P (CH ) HO- 2 CH R R’ R R’ 2 2 3 H3C- Aminotransferase H N-CH-COOH N H2N-CH-COOH CH-NH + C = O C = O + CH -NH 2 2 2 Glutamate Pyridoxalphosphate Alanine COOH COOH COOH COOH CH -NH COOH 2 2 ααα-Aminoacid ααα-Ketoacid ααα-ketoacid ααα-aminoacid -CH O– P (CH 2)2 HO- 2 môùi môùi CH 3 O=C-COOH H C-
   Hai heä thoáng transaminase quan troïng trong moâ baøo ñ/v : 3 N O=C-COOH Pyridoxamine - GOT : Glutamate Oxaloacetate Transaminase ααα- Ketoglutarate Pyruvate - GPT : Glutamate Pyruvate Transaminase Hình 4.6 : Söï chuyeån amine cuûa GLUTAMATE- PYRUVATE -TRANSAMINASE 6
7. 
   Cô cheá amin hoùa–hoaøn nguyeân caùc ααα- ketoacid bôûi NH 3 ôû vi sinh vaät vaø thöïc vaät: 3.2. SÖÏ THOAÙI HOÙA CUÛA AMINO ACID RR NAD + R’ 3.2.1. Söï khöû amine cuûa amino acid + C =O + NH 3 C = NH NAD H+H CH -NH 2 (1) Khöû amin-oxy hoùa tröïc tieáp COOH H2O COOH COOH ααα-Ketoacid Iminoacid ααα-Aminoacid (2) Khöû amin giaùn tieáp qua giai ñoaïn chuyeån amin -Ñaây laø con ñöôøng bieán ñoåi N voâ cô thaønh N höõu cô ôû thöïc vaät vaø vi sinh vaät. (3) Söï oxy hoùa söôøn C cuûa amino acid - Trong moâ baøo ñoäng vaät con ñöôøng treân coù theå xaåy ra ôû gan, thaän. 3.2.2. Söï khöû carboxyl cuûa amino acid - Ñeå toång hôïp AA thieát yeáu caàn 5-15 böôùc, AA khoâng thieát yeáu < 5 böôùc. • (20 AA) ααα-Ketoacid 3.2.1 . SÖÏ KHÖÛ AMINE 1 5 R-CH-COOH R-C -COOH CO 2, H 2O, NL Khöû amine CT Krebs (1) SÖÏ KHÖÛ AMIN-OXY HOÙA TRÖÏC TIEÁP NH O 2 Muïc ñích : phaân huûy caùc amino acid sinh ra töø söï phaân huûy ñoåi 2 Chuyeån amine môùi moâ baøo; ơ Transaminase • Sô ñoà cuûa söï khöû amine tröïc tieáp (H 4.7, T.103) Nhoùm NH 2 cuûa NH Nhoùm NH cuûa 2 2 aspartate O = C glutamate NH 2 Khöû amine GAN 4 UREA L.Glutamate Nhoùm NH 2 cuûa dehydrogenase glutamine 3 NH 3 Glutamine synthetase THOAÙI HOÙA CHUNG CUÛA AMINO ACID 7
8. (2) SÖÏ KHÖÛ AMINE GIAÙN TIEÁP QUA GIAI ÑOAÏN (3) SÖÏ OXY HOÙA SÖÔØN C CUÛA CHUYEÅN AMINE (H.4.8 , T.104) AMINO ACID (H.4.11, T.108) COOH CH 3 (1) (CH 2)2 H N-CH-COOH NH 3 Ammonia 2 O=C-COOH Alanine ααα- Ketoglutarate NAD(P)H + H + (5) Alanine transferase Glutamate COOH (4) CH dehydrogenase 3 (CH ) 2 2 (3) O=C-COOH H N-CH-COOH (2) 2 NAD(P) + Pyruvate Glutamate GÑ chuyeån amine GÑ khöû amine 3.2. 2. SÖÏ KHÖÛ CARBOXYL CUÛA AMINO ACID
   Trong moâ baøo ñoäng vaät chæ coù moät soá amino acid bò khöû carboxyl taïo ra caùc amin höõu cô coù hoaït tính sinh hoïc. Enzyme xuùc taùc laø decarboxylase coù coenzyme laø pyridoxal phosphate : Decarboxylase R – CH – COO H CO + R – CH (pyridoxal P) 2 2 NH 2 NH 2 Amino acid Amin höõu cô 8
9. CH 2-SH CH 2-SO 3H CH 2-SO 3H + 3/2O 2 - CO 2 CH-NH 2 CH-NH 2 CH 2-NH 2 COO H COO H Cysteine A.cysteinic Taurine 3.3. CAÙC CON ÑÖÔØNG ÑAØO THAÛI NH 3 Ba phöông caùch chuû yeáu loaïi thaûi ammonia : • Nguoàn goác cuûa NH 3 trong moâ baøo :
   THAØNH LAÄP MUOÁI AMMONIUM • - Töø söï khöû amine cuûa amino acid, + NH 4 + R – COOH R – COO-NH 4 • - Töø söï phaân giaûi caùc goác base cuûa söï trao ñoåi nucleic
   TOÅNG HÔÏP CAÙC AMIDE ÔÛ NAÕO acid - Vôùi glutamate -> glutamine • NH3 tích tuï trong moâ baøo -> roái loaïn caân baèng acid- - Vôùi aspartate -> asparagine base -> truùng ñoäc kieàm -> aûnh höôûng heä thaàn kinh -> teâ lieät, hoân meâ, coù theå daãn ñeán töû vong.
   TOÅNG HÔÏP UREA THEO CHU TRÌNH ORNITHINE ÔÛ GAN 9
10. SÖÏ TOÅNG HÔÏP UREA ÔÛ GAN O=C- NH 2 (chu trình ornithine cuûa Krebs vaø Henseleit) (CH 2)2 ADP + Pi H N-CH-COOH H O • Urea ñöôïc taïo thaønh ôû gan qua 5 böôùc : 2 ôû gan 2 + H2O Glutamine 1. TL carbamyl phosphate do söï gaén NH 3 töï do vôùi CO 2 nhôø Glutaminsynthease CO OH xuùc taùc cuûa carbamyl phosphate synthetase ôû trong matrix Glutaminase COOH cuûa ty theå. ATP cung caáp naêng löôïng. (CH 2)2 + ATP (CH ) NH 2 2 H2N-CH-COOH ôûû naõo 3 2. Chuyeån nhoùm carbamyl phosphate tôùi ornithine taïo thaønh H N-CH-COOH Glutamate Ammonia 2 citruline nhôø ornithine carbamyl transferase (OCT) ôû Glutamate UREA trong matrix cuûa ty theå. Hình 4.9 : Phaûn öùng toång hôïp glutamine CHU TRÌNH NH 3 + CO 2 + 2ATP + H 2O ORNITHINE Carbamyl phosphate 2ADP + Pi O synthetase (1) H N – COO ~ P Carbamine-P 3. Taïo thaønh argino-succinate ôû teá baøo chaát do söï 2 C Ornithyl-Carbamyl transferase H2N-CH-COOH keát hôïp cuûa citruline vôùi aspartate , Enzyme xuùc H2N-CH-COOH H2N NH 2 CH 2 (2) CH CH 2 taùc laø argino-succinate synthetase , ATP cung caáp UREA Arginase 2 CH 2 CH 2 naêng löôïng. H2O (5) CH COOH NH 2 2 ORNITHINE NH CH 2 H2N-CH-COOH Citruline 4. Phaân ly argino-sucinate thaønh arginine vaø C H2N–CH - COOH CH 2 H NO fumarate nhôø argino-succinase (ligase). CH 2 2 H2N-CH-COOH Aspartate CH ATP 2 Arginosuccinase CH 2 (3) 5. Taïo urea : arginase thuûy phaân arginine taùch urea NH Arginosuccinate synthetase (4) CH 2 C COOH ra vaø taùi taïo laïi ornithine -> coù teân “chu trình CH 2 COOH AMP + H 4P2O7 HN NH2 CH NH CH ornithine”. Arginine CH C 2 COOH N–CH - COOH H2N Fumarate Arginosuccinate 10
11. 4. SINH TOÅNG HÔÏP PROTEIN  a e DNA e ơ a DNA Pre-mRNA  e a ơ a Pre-mRNA - e eae e snRNA  mRNA e ơ a eea rRNA ee tRNA PROTEIN (1)Sao cheùp TTDT töø DNA boá meï sang DNA con; (1) (2)Chuyeån ñoåi maõ di truyeàn töø DNA sang RNA – quùa trình phieân maõ (transcription); (2) (2’) (1’) (3) Dòch maõ di truyeàn (translation) : TTDT töø mRNA ñöôïc chuyeån sang trình töï saép xeáp ñaëc hieäu cuûa (3) amino acid trong phaân töû protein. (1*) Moät soá vi sinh vaät TTDT ñöôïc baûo toàn trong RNA -> RNA töï taùi baûn (2*) Söï sao cheùp ngöôïc : RNA -> DNA -> mRNA H4.18 : Lyù thuyeát trung taâm cuûa sinh hoïc phaân töû 11
12. SINH TOÅNG HÔÏP PROTEIN Caùc hieåu bieát treân ñaây chính laø neàn taûng cho söï ra ñôøi vaø phaùt trieån cuûa coâng ngheä DNA taùi toå hôïp 4.1 CAÙC YEÁU TOÁ THAM GIA - DNA – hieän laø neàn taûng cho söï ra ñôøi vaø phaùt trieån - CAÙC RNA nhö vuõ baõo cuûa ngaønh Coâng ngheä sinh hoïc hieän - RIBOSOME - NAÊNG LÖÔÏNG (ATP & GTP) ñaïi. - CAÙC AMINO ACID 4.2. TIEÁN TRÌNH TOÅNG HÔÏP PROTEIN - TAÙI BAÛN DNA - SAO CHEÙP MAÄT MAÕT - GIAÛI MAÕ DI TRUYEÀN ÔÛ RIBOSOME 46 4.1. CAÙC YEÁU TOÁ THAM GIA U T O DNA a ee – Caáu truùc xoaén keùp cuûa DNA. →→→ a →→→ – Tính chaát cuûa DNA. e e – Vai troø - Baûng maõ di truyeàn. e e – Chromosome 12
13. TÍNH CH T QUAN TR NG C A DNA
    e →→→ a
    a ơ e a →→→ a a e e →→→ a  CH C N NG C A DNA BAÛNG MAÕ DI TRUYEÀN
    a a →→→ ee →→→ ơ a →→→ a
    a eee a ae →→→  e  a  a 13
14. 
    Messenger RNA (m.RNA) : ñöôïc sao cheùp töø sôïi template cuûa DNA theo nguyeân taéc baét caëp boå sung ->
    CAÙC RNA mang TTDT ñeán ribosome Messenger RNA (m.RNA)
    Transfer RNA (t.RNA) : Transfer RNA (t.RNA) - Ñaàu 3’ lieân keát vôùi amino acid ñeå vaän chuyeån Ribosomal RNA (r.RNA) :Keát hôïp vôùi - DHU (dihydrouracil) loop : nhaän bieát enzyme protein -> ribosome (ribonucleoprotein) - Tϕϕϕ C (thymine pseudouridine cytidine) loop : nhaän bieát ribosome ñang hoaït ñoäng (ϕϕϕ = 5-ribosyl uridilic acid – uridilic acid giaû) - ANTICODON loop : tìm codon maõ hoùa AA mRNA
    Ribosomal RNA (r.RNA) : keát hôïp vôùi protein ñeå hình thaønh ribosome.
    RIBOSOME : - Prokaryote : 70S -> 50 S + 30 S (S = Svedberg) 50S (2 rRNA + 34 r-protein) 30S (1 rRNA + 21 r-protein) - Eukaryote : 80S -> 60 S + 40 S 60S (3 rRNA + 45 r-protein) 40S (1 rRNA + 33 r-protein)
    NAÊNG LÖÔÏNG : ATP, GTP t.RNA
    Caùc amino acid 14
15. P site A site 60S (50S) -> 5’ 3’ mRNA 40S (30S) -> Hình 4.21 : Ribosome - R60S (R50S) : Aminoacyl site (A site) : tieáp nhaän amino acid Peptidyl site (P site) : chöùa chuoãi peptide - R40S (R30S) : gaén vôùi mRNA RIBOSOME (1). DNA REPLICATION 5.2. TIEÁN TRÌNH TOÅNG HÔÏP PROTEIN Sao cheùp TTDT töø DNA boá meï sang DNA con -> baûo toàn nguyeân veïn TTDT khi teá baøo phaân chia
    TAÙI BAÛN DNA (DNA replication )
    Nguyeân taéc : sôïi template ñöôïc ñoïc töø 3' -> 5',
    S TRUY N MAÕ T DNA SANG mRNA • sôïi DNA ñöôïc toång hôïp töø 5‘ -> 3' (transcription)
    Caùc ñaëc tính
    GIAÛI MAÕ DI TRUYEÀN (translation - ti n trình - Baùn baûo thuû (moät sôïi môùi boå sung vôùi sôïi cuõ), tng hp protein ribosome) - Baét caëp theo nguyeân taéc boå sung (A -> T, G -> C) - Caùc nucleotide ñöôïc theâm vaøo luoân luoân theo höôùng 5’ -> 3’ - Vuøng NST taùi baûn goïi laø replicon 15
16. 
    Caùc yeáu toá caàn thieát (baûng 4.7-t.117)  RNA primer (10-20 nucleotides)  Enzyme helicase ñeå thaùo xoaén.  Protein SSB (single strand DNA binding) : ngaên caûn taùi baét caëp vaø ngaên caûn sôïi ñôn töï xeáp laïi.  DNA polymerase III : toång hôïp DNA treân moài.  DNA polymerase I : thuûy giaûi moài vaø thay theá chuùng bôûi DNA.  Caùc ligase ñeå noái caùc ñoaïn DNA.  Caùc deoxyribonucleoside triphosphate (dATP, Caùc yeáu toá thöïc hieän quùa trình taùi baûn dTTP, dCTP vaødGTP) (1) (4) (2) (3) (6) (7) (5) Söï taùi baûn 2 sôïi DNA Söï taùi baûn DNA ôû eukaryote 64 theo moâ hình cuûa Kornberg (1988) 16
17. (2). TRANSCRIPTION Chuyeån ñoåi maõ di truyeàn töø DNA sang RNA (quùa trình phieân )
    Ñaëc tính : Template DNA ñöôïc ñoïc töø 3’-> 5', m RNA ñöôïc toång hôïp töø 5’ -> 3' - Sao cheùp theo nguyeân taéc boå sung caùc goác ba Base treân DNA sense : T A C G Base DNA template : A T G C Base treân mRNA : U A C G - Caùc yeáu toá caàn thieát : . caùc nucleotide triphosphate : UTP, ATP, GTP,ø CTP . ARN polymerase. Sao cheùp theo nguyeân taéc boå sung caùc goác base
    ÔÛ prokaryote : söï sao cheùp tieán haønh song song vôùi söï dòch maõ. Cuøng luùc sao cheùp moät nhoùm gene lieân quan -> taïo thaønh poly-cistronic mRNA -> toång hôïp cuøng luùc nhieàu hôn moät protein Hình 4.19 : Sao cheùp vaø dòch MMTTDT (t.118) 17
18. 
    ÔÛ eukaryote : Gene goàm caùc vuøng exons (maõ hoùa) vaø caùc vuøng introns (khoâng maõ hoùa) xen keõ nhau. • sao cheùp ôû nhaân tröôùc, dòch maät maõ ôû ribosome sau. Chæ coù monocistronic mRNA -> chæ toång hôïp moät protein • B1 : sao cheùp taát caû exons vaø introns -> pre-mRNA • B2 : RNA processing :  theâm muõ 7 methyl G ôû ñaàu 5’  ñuoâi poly A ôû ñaàu 3’,  Splicing : loaïi boû introns noái caùc exons -> mature m-RNA (3). SÖÏ DÒCH MAÄT MAÕ THOÂNG TIN DI TRUYEÀN (Translation- QUÙA TRÌNH TOÅNG HÔÏP PROTEIN) Caùc yeáu toá tham gia :  Messenger RNA (mRNA)  Transfer RNA (tRNA)  Ribosomes (complexes of protein and ribosomal RNA [rRNA])  Amino acids Eukaryote monocistronic- mRNA  Naêng löôïng (ATP vaø GTP) 18
19. Ba ûng 4.10 : Ca ùc ye áu to á protein hoa ø tan trong sinh to ång hô ïp protein ôû E. coli Yeáu toá PTT (kD) Chöùc naêng Quùa trình dòch maät maõ traûi qua 4 giai ñoaïn: Caùc yeáu toá môû ñaàu (Initiation factors) IF -1 9 Trôï giuùp cho söï keát hôïp 2 tieåu ñôn vò ribosome - GÑ 1: tRNA charging : gaén AA vaøo tRNA IF -2 97 Gaéùn t.RNA môû ñaàu vaø GTP codon kh i dn IF -3 22 Gaéùn tieåu ñôn vò 30S vaøo m.RNA taïi codon môû ñaàu - GÑ 2: Initiation : thaønh laäp toå hôïp mRNA, Caùc yeáu toá noái daøi chuoãi polypeptide (Elongation factor) ribosomes vaø aminoacyl- tRNA. EF -Tu 43 Lieân keát vôùi aminoacyl-t.RNA vaø GTP EF -Ts 74 Taùch GDP töø EF -Tu - GÑ 3: Elongation : ñoïc maõ (codon) vaø dòch sang EF -G 77 Xuùc tieán söï chuyeån vò cuûa ribosome chuoãi peptide coù traät töï aminoacid töông öùng. Caùc yeáu toá phoùng thích (Releasing factor) - GÑ 4: Termination : chaám döùt toång hôïp protein) RF -1 36 Ghi nhaän codon chaám döùt UAA vaø UAG RF -2 38 Ghi nhaän codon chaám döùt UAA vaø UGA RF -3 46 Kích thích söï lieân keát RF –1 vaø RF -2
    GÑ 1 : gaén amino acid vôùi tRNAs ñaëc hieäu
    Böôùc hoaït hoùa : Aminoacyl synthetase R–CH–COOH + ATP R–CH–CO ∼∼∼ AMP -H P O  enzyme (aminoacyl synthetase) nhaän dieän caû 4 2 7 NH 2 NH 2 amino acid vaø tRNA Amino acid Aminoacyl adenylate  Phaûn öùng coù tính ñaëc hieäu cao t RNA  Tieâu toán naêng löôïng (ATP) AMP AA
    Böôùc gaén amino acid vaøo tRNA -> tRNA- aminoacyl Anticodon 3 – 2 - 1 Codon 1 – 2 - 3 19
20. GÑ 2 : Initiation –KHÔÛI DAÃN (H.4.22,t.125)  Codon khôûi daãn AUG (maõ hoùa Met) . Ôû prokaryote -> f Met -tRNA . Xaùc ñònh khung ñoïc maät maõ töø AUG  aa IF3)  B1 : R30S gaén vôùi IF1 & IF3 -> taùch R50S  B2 : mRNA gaén vaøo R30S nhôø IF3  fMet-tRNA lieân keát vaøo codon khôûi daãn nhôø phöùc hôïp IF2-GTP.  B3 : GTP -> GDP + Pi cung caáp naêng löôïng R50S + R30S -> R70S hoaït ñoäng . Caùc IF rôøi khoûi Khôûi daãn toång hôïp protein ribosome. f Met-tRNA ôû P site, A site troáng. GÑ 3 : Elongation (hình 4.23, T127)  Caàn naêng löôïng (GTP)  Elongation factor (EF-Tu, EF-Ts & EF-G)  B1 : Binding – phöùc hôïp AMINOACYL-tRNA nhôø phöùc hôïp (EF-Tu.GTP) seõ gaén vaøo codon troáng ôû A site do söï töông taùc boå sung ANTICODON – CODON.  B2 : Transpeptidation : chuoãi peptide ôû P site chuyeån sang A site, taïo lieân keát peptide môùi nhôø peptidyl - synthetase xuùc taùc, söû duïng NL töø böôùc 1 coøn dö.  B3 :Translocation : GTPcung caáp NL, ribosome dòch chuyeån 1 codon theo höôùng 5’->3’ -> ñoïc maät maõ keá tieáp. Chuoãi polypeptide sang P site. tRNA rôøi khoûi ribosome. A site coù codon troáng. Chu kyø môùi tieáp tuïc. Böôùc ñaàu tieân trong giai ñoaïn dòch MMTTDT 20
21. GÑ 4 : Termination (hình 4.24, t.128)  Söï dòch maõ chaám döùt khi xuaát hieän codon voâ nghóa ôû A site (stop codons : UAA, UAG , UGA)  Caàn naêng löôïng (GTP)  Caùc yeáu toá phoùng thích (releasing factor - RF 1, RF2 & RF3  B1 :Phöùc hôïp RF3.GTP + RF1(RF2) lieân keát vaøo A site vaø RF1 gaén vôùi codon UAA .  B2 : Polypeptide ñöôïc phoùng thích vaøo teá baøo chaát  B3 : GTP -> GDP + Pi -> cung caáp naêng löôïng -> Hình 4.28 : Tieáp tuïc noái daøi maïch peptide ribosome tröôït heát mRNA vaø trôû thaønh baát hoaït - Polypeptide môùi ñöôïc phoùng thích seõ ñöôïc caét boû phaân töû fMet (neáu phaân töû naøy khoâng phaûi laø amino acid caáu truùc). - Cô cheá hình thaønh caáu truùc baäc II, baäc IIIvaø baäc IV ñaëc tröng cho töøng loaïi phaân töû protein hieän chöa ñöôïc giaûi thích ñaày ñuû. Ngöôøi ta cho raèng caùc daïng caáu truùc naøy ñaõ ñöôïc tieân quyeát bôûi caáu truùc baäc nhaát (bôûi traät töï saép xeáp cuûa amino acid trong polypeptide) Chaám döùt toång hôïp polypeptide 21
22. 5. KIEÅM SOAÙT BIEÅU HIEÄN GENE 5.1 KIEÅM SOAÙT BIEÅU HIEÄN GENE ÔÛ PROKARYOTES
    Lactose operon cuûa E.coli (Lac operon ) (H 4.25)  Gene I (khoâng thu c t/p lac operon) : maõ hoùa protein c ch . Khi chaát öùc cheá lieân keát vôùi operator -> raøo caûn cuûa söï sao cheùp -> taïo neân söï kieåm soaùt ngöôïc.  Vuøng kieåm soaùt :CAP (catabolite gene activator protein) binding site; lac promoter vaø operator.  Vuøng gene caáu truùc (cistrons) : Z, Y vaø A.  Gene hoaït ñoäng sao cheùp khi coù chaát caûm öùng Hoaït ñoäng cuûa polyribosome allolactose (H 4.33). Cistrons Hình 4.25 : Lac operon H 4.26 : Hoaït ñoäng “ñoùng” vaø “môû” cuûa lac.operon 22
23. H 4.26 : Hoaït ñoäng “ñoùng” vaø “môû” cuûa lac.operon ee “môû” aae 5.2 KIEÅM SOAÙT BIEÅU HIEÄN GENE ÔÛ Ñieàu hoøa bieåu hieän gene laø cô sôû cuûa söï phaùt trieån EUKARYOTES sinh hoïc vaø taïo ra tính ña hình cuûa teá baøo trong caùc Ng/taéc kìm haõm vaø caûm öùng ñieàu hoøa ôû prokaryotes toå chöùc khaùc nhau. ñöôïc aùp duïng cho eukaryotes. ÔÛ eukaryotes coù moät soá ñaëc ñieåm :
    a ee eae a  Caùc gene khoâng toå chöùc thaønh operon, maø caùc gene a hoï haøng toå chöùc thaønh gia ñình .  a  Coù caùc exons (vuøng maõ hoùa) xen keõ introns (vuøng  a a khoâng maõ hoùa  a  Histone lieân keát vôùi gene -> ñieàu hoøa hoaït ñoäng gene  ea ôû giai ñoaïn phaân chia teá baøo.  DNA eukaryotes chöùa nhieàu ñoaïn laëp laïi voâ nghóa. 23
24. 
    a Hình 4.27 : Caáu truùc gene eukaryotic cell - Vuøng ñieàu hoøa : enhancer (chöùa caùc trình töï nhaän bieát chuyeân bieät cuûa caùc yeáu toá ñieàu hoøa); promoter (chöùa caùc trình töï nhaän bieát giaùn tieáp RNA polymerase, nhö TATA box, GC box- vuøng Caùc yeáu toá tham gia ñieàu hoøa khôûi daãn sao cheùp giaøu A vaø T, hoaëc giaøu C vaø G). - Vuøng maõ hoùa: goàm caùc exon vaø caùc intron xen keõ nhau.
    Kieåm soaùt bieåu hieän gene trong vaø sau dòch maõ
    Kieåm soaùt bieåu hieän gene sau sao cheùp :  Caùc yeáu toá keùo daøi (EF-Tu, EF-Ts, EF-G) : ñoù laø  Gaén muõ 7 methyl GMP ôû ñaàu 5’; caùc protein chuyeân bieät thuoäc hoï protein G (chæ  Theâm poly A ôû ñaàu 3’ : giuùp mRNA ra khoûi nhaân vaø hoaït ñoäng khi lieân keát vôùi GTP thay vì ATP, chuùng baûo veä mRNA trong quùa trình dòch maõ. cuõng coù hoaït löïc GTPase, thuûy giaûi GTP  RNA splicing : caùc introns ñöôïc “caét boû” vaø caùc ->cung caáp naêng löôïng cho quaù trình dòch maõ, toång exons ñöôïc “raùp noái” . hôïp protein. Thí duï ñieån hình laø söï kieåm soaùt toång  Teá baøo “caét-raùp” theo nhieàu caùch -> taïo neân nhieàu hôïp hemoglobin bôûi nhoùm heme trong hoàng caàu phaân töû mRNA khaùc nhau töø cuøng moät baûn sao löôùi (hình 4.39). mRNA sô caáp -> coù theå coù hai hay nhieàu kieåu polypeptide töø moät gene duy nhaát. 24
25.  Bieân taäp laïi polypeptide sau khi toång hôïp : thí duï veà söï toång hôïp peptide insulin (H 4.40) : phaân töû proinsulin goàm 86 amino acid. Quùa trình bieân taäp caét ñoaïn peptide töø amino acid 31 -> 65 (35 amino acid). Insulin goàm : chuoãi A : amino acid 66 -> 86 (21 amino acid) chuoãi B : amino acid 1 -> 30 (30 amino acid). Hình 4.29 : Heme kieåm soaùt toång hôïp globin ôû hoàng caàu löôùi Moät soá chaát öùc cheá caùc tieán trình ôû ribosome Chaát öùc cheá Taùc ñoäng sinh hoïc Chloramphenicol ÖÙc cheá peptidyl transferase treân tieåu ñôn vò 50S ribosome prokaryotic Cycloheximide ÖÙc cheá peptidyl transferase treân tieåu ñôn vò 60S ribosome eukaryotic Erythromycin ÖÙc cheá söï chuyeån dòch cuûa tieåu ñôn vò 50S ribosome prokaryotic Fusidic acid ÖÙc cheá tieán trình noái daøi chuoãi peptide cuûa prokaryotic baèng caùch ngaên ngöøa söï keát hôïp EF-G.GDP vaøo tieåu ñôn vò 50S ribosome Puromycin Caáu truùc töông töï nhö aminoacyl-t.RNA gaây ra söï chaám döùt toång hôïp protein sôùm ôû prokaryotic vaø eukaryotic Streptomycin Gaây ra söï nhaàm laãn trong vieäc giaûi maõ di truyeàn cuûa m.RNA vaø öùc cheá tieán trình môû ñaàu toång hôïp protein prokaryotic Tetracycline ÖÙc cheá söï lieân keát aminoacyl-t.RNA vaøo tieåu ñôn vò 30S ribosome prokaryotic a b Diphtheria toxin Taùc ñoäng laøm baát hoaït yeáu toá eEF-2 bôûi söï phosphoryl hoaù –ADP Hình 4.30 : Proinsulin (a) vaø insulin (b) Ricin / abrin Protein thöïc vaät coù ñoäc tính taùc ñoäng laøm baát hoaït tieåu ñôn vò 60S ribosome eukaryotic 25
26. TNG H P HEMOGLOBIN 7. SÖÏ CHUYEÅN HOÙA CUÛA CAÙC PROTEIN PHÖÙC TAÏP
    NHOÙM CHROMOPROTEIN - Söï toång hôïp heme vaø hemoglobin - Söï thoaùi hoùa cuûa hemoglobin -> saéc toá maät
    NHOÙM NUCLEOPROTEIN - Söï toång hôïp goác kieàm purine vaø pyrimidine Myoglobin - Söï thoaùi bieán goác kieàm purine vaø pyrimidine Cytochrome Hemoglobin
    GAN BILIRUBIN + 1 (2) GLUCURONIC A HEMOGLOBIN (đỏ) BILIRUBIN K T H P HỒNG CẦU CHẾT o a a (LÁCH, GAN) Verdo hemoglobin (xanh) Globin A A t/t chuyn hóa
    RU T Sắt (d tr! " gan và tái s& d'ng )  e e BILIVERDIN  e a a NADPH + H + NADP + e e BILIRUBIN TỰ DO (sc t mt) không hòa tan, đc, a a 26
27. BI N D ƯNG NUCLEOPROTEIN • NH 3 + GLUTAMATE SÖÏ THOAÙI BIEÁN BASE PURINE  a NH OH 2 N N N N Guanine Adenine H N N NH 2 N NH  a a a aa a H2O H2O NH NH 3 3 aae →→→ ae →→→ a a OH OH N N H O e →→→ a N 2 N HO  a e a ae a N NH N NH a Hypoxanthine Xanthine + H O 2  a O OH N N ea HN N O OH O HO  ng i nu m ae NH NH N NH Uric acid (daïng ketone) Uric acid (daïng enol) a 27
28. 8. ROÁI LOAÏN BIEÁN DÖÔÕNG PROTEIN e 2) Söï thay ñoåi haøm löôïng protein toaøn phaàn huyeát thanh. 3) Söï thay ñoåi haøm löôïng vaø tyû leä giöõa caùc tieåu phaàn protein huyeát thanh (albumin, ααα, βββ, γγγ - globulin). 4) Roái loaïn sinh toång hôïp protein : do ñoät bieán NST (thay ñoåi soá löôïng hoaëc thay ñoåi caáu truùc) vaø ñoät bieán gene (ñoät bieán ñieåm). 28