Sinh tổng hợp protein

Trao đổi trực tuyến tại:

http://www.mientayvn.com/Y_online.html

http://mientayvn.com/Y_online.html

SINH TỔNG HỢP PROTEIN TS.BS.Đỗ Thị Thanh Thủy 1

NỘI DUNG BÀI GIẢNG

SINH TỔNG HỢP PROTEIN

Nhắc lại về cấu trúc của Protein

Nhắc lại về các liên kết trong phân tử protein

Các phương pháp phân tích cấu trúc của protein

Liên quan giữa cấu trúc và chức năng của protein

Sinh tổng hợp protein (Y1, Y2)

Các biến đổi để tạo protein chức năng

2

MỤC TIÊU BÀI GIẢNG

1. Mô tả được ba giai đoạn và các yếu tố

tham gia sinh tổng hợp protein (Y1, Y2)

2. Nêu được các biến đổi chính để tạo

protein chức năng.

3

GENOMICS VÀ PROTEOMICS

4

GENOME

Bộ gen (hệ gen)

GENOMICS

Nghiên cứu về bộ gen (hệ gen)

PROTEOME

Bộ protein của tế bào hay mô

PROTEOMICS

Nghiên cứu về bộ protein của các loài

5

TỪ GENE ĐẾN PROTEIN CHỨC NĂNG

PDB (Protein Data Bank)

2000-2008:48891 cấu trúc

2011: 65998 cấu trúc

6

BỘ PROTEIN NGƯỜI

Rất phức tạp

Ước tính > 100.000 phân tử Protein

Do vị trí splicing khác nhau

Do biến đổi sau dịch mã

CẤU TRÚC PROTEIN

7

LIÊN KẾT TRONG PT PROTEIN

8

CẤU TRÚC PROTEIN

Motifs: các dạng cấu trúc bậc 2 trong nhiều polypeptid.

HAIRPIN BETA SHEET motif

helix-loop-helix motif gắn Calci

9

CẤU TRÚC PROTEIN

Domains là những vùng chức năng của polypeptid

Pyruvate kinase có 3 domain

ADP + phosphoenolpyruvate = ATP + pyruvate

10

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA PROTEIN

Cung cấp hình ảnh tĩnh

Tinh thể học tia X là khoa học xác định

sự sắp xếp của các nguyên tử bên trong

một tinh thể dựa vào sự phân tán của các

tia X sau khi chiếu vào các electron của

tinh thể để thu thập mật độ các electron

trong tinh thể, vị trí của nguyên tử, các

liên kết hóa học...

1. Tinh thể học tia X

(X ray crystallography)

11

Photographic film

Diffracted X-rays

X-ray

source X-ray

beam

X-ray

diffraction pattern

Crystal

Crystal diffracts X-rays

Sơ đồ mật độ Electron

khít với dữ liệu

Sơ đồ nguyên tử khít với

bản đồ mật độ điện tử model

12

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA PROTEIN

2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy)

Cung cấp hình ảnh động học về cấu trúc protein trong dung dịch,

cấu hình và các tương tác của protein.

13

LIÊN QUAN GIỮA CẤU TRÚC VÀ

CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN

Protein có vai trò quan trọng trong cơ thể.

Mỗi protein có một cấu trúc ba chiều duy nhất

được xác định bởi trình tự aa.

Cấu trúc của protein liên quan chặt chẽ với

chức năng của nó.

Cấu trúc của protein có thể được tiên đoán nhờ

các chương trình tin sinh học.

14

enzyme A

B

A

Binding to A

enzyme

Hormone receptor Antibody Example of enzyme reaction

enzyme

substrates

15

LIÊN QUAN GIỮA CẤU TRÚC VÀ

CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN

16

HbA HbS

OXY-STATE DEOXY-STATE

17

LUẬN THUYẾT TRUNG TÂM Central Dogma of Biology

Chuyển mã (sao chép)

Giải mã (phiên mã)

ARNm

DNA RNA Protein Transcripti on translation

Replication

Francis Crick 1958

Reverse

Transcription

(Retrovirus)

Transcription

DNA

RNA

Protein

(David Baltimore và Howard

Temin)

RNA viruses

Prions: scrapie và mad cow

Stanley Pruisner:1997 Nobel Prize 18

TÓM TẮT QT BIỂU HIỆN GEN

19

30 năm nghiên cứu cấu trúc của Ribosome

Nobel hóa học 2009: Venkatraman Ramakrishnan,

Thomas A. Steitz, Ada E. Yonath

Cấu trúc và chức năng của Ribosome

Hiểu được những vấn đề cơ bản trong STH protein

EM: Electron Microscopy

20

ĐIỀU HÒA SINH TỔNG HỢP PROTEIN

Điều hòa sinh tổng hợp protein

xảy ra ở mỗi bước của quá trình

Figure 7-5 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

21

ĐIỀU HÒA STH PROTEIN

Genes Can Be Turned On/Off

Protein hoạt hóa

Vùng điều hòa

22

Biểu hiện gen ở các mức độ khác nhau

ĐIỀU HÒA STH PROTEIN

23

Biểu hiện gen của Hb

Phôi 2 tháng:

Hb Gower I:

Cho đến khi gần sinh:

Hb F:

Sau khi sinh:

Hb A: ββ

NST 11

NST 16

24

Protein sẽ gấp và xoắn ( helices, β sheets…)

và biến đổi

(phosphoryl hóa, acetyl hóa, glycosyl hóa …).

25

TẠO HÌNH PROTEIN CHỨC NĂNG

Protein có khuynh hướng gấp và xoắn thành cấu hình có năng lượng tự do thấp nhất.

Protein bắt đầu gấp và xoắn từ khi đang được tổng hợp.

Protein đưa các phần kỵ nước vào trong để tạo dạng α helix.

Hầu hết protein đều có dạng cấu trúc bậc 2: α helice và β sheet.

26


27


28


SỐ PHẬN CỦA PROTEIN SAU GIẢI MÃ

≈ 50%

- AA đột biến - Nhiệt độ, nồng độ chất tan, pH…

29

30

31

Hsp 70 - prevent folding of nascent chain Chaperonins – reverse misfolded structures

Phân tử chaperon

32


Chaperonin

33


THOÁI HÓA PROTEIN

34

THOÁI HÓA PROTEIN

35

SOD1 (Superoxide dismutase 1) gắn Cu và Zn, phân hủy các gốc superoxide tự do.

Đột biến (>100) gây bệnh Amyotrophic lateral sclerosis gia đình (ALS, bệnh Lou Gehrig): Xơ cột bên teo cơ

nhà vật lý nổi tiếng thế giới Stephen Hawking: bức xạ của lỗ đen

Amyotrophic lateral sclerosis

PROTEIN MISFOLDING DISEASES

36

Tích tụ các protein liên quan mật thiết với nhau được gọi là Abeta peptit, tạo thành những mảng Amyloid bất thường và các nhóm mô xơ sợi cuộn rối nằm trong hoặc bao xung quanh TB thần kinh, làm chết tế bào não và hậu quả là mất khả năng tái tạo các tế bào thần kinh.


Alzheimer’s Disease: Aβ protein

37

An actual AD tangle

An actual AD plaque

Mảng beta-amyloid tích tụ

xung quanh và bên ngoài

các tế bào thần kinh.

“Amyloid”: 1850s do nhuộm

bắt màu với iodine. Thành phần chính là protein.

cuộn rối xơ sợi thần kinh

phía bên trong tế bào thần

kinh



38

Mảng β amyloid

Amyloid precursor protein (APP)

là tiền chất của các mảng bám

dạng bột

1. APP xuyên màng TB thần kinh.

2. Enzyme cắt APP thành các đoạn, có đoạn gọi là β Amyloid.

3. Các đoạn β Amyloid có khuynh hướng tạo thành cụm gọi là mảng

1.

2.

3.



39

Tau protein:

Giữ hệ thống vi ống bền

vững.

Trong AD, Tau protein bị

thay đổi, tích tụ lại với

nhau tạo thành các cuộn

rối xơ sợi thần kinh



40

Transmissable spongiform

encephalopathies (TSEs),

gồm bệnh bò điên (BSE) và

bệnh Creutzfeld Jakob

(CJD) ở người.

Bệnh xảy ra khi protein tên

PRION xoắn sai lệch (binh

thường là thành phần màng

TB TK)

Khi xoắn sai, goi là

infectious prion, gây hiệu

ứng domino tới các prion

bình thường khác, truyền

qua đường ăn uống.

Stanley Ben Prusiner, 1997

PrPc (Prion Protein cellular)

PrPsc (Prion Protein scrapie)

Bề mặt não của Bn CJD


Mad Cow Disease - Prion Protein

41

Hiệu ứng domino của các prion (proteinaceous infectious particle)

PrPsc

PrPc (Prion Protein cellular) PrPsc (Prion Protein scrapie)


Mad Cow Disease - Prion Protein

42

Gen Huntington: vùng lập lại trinucleotide (CAG mã

hóa cho glutamine) ở exon 1(NST 4).

Bệnh Huntington: vùng lập lại CAG mở rộng, tạo ra

protein sai lệch. Polyglutamin của protein Huntingtin

folding không đúng, gây tích tụ các protein này, phá

hủy tế bào thần kinh


Huntington’s disease - Huntingtin protein

43

Bệnh lý Protein

Alzheimer Amyloid-β

Parkinson α-Synuclein

Diabetes type 2 Amylin

Amyotrophic lateral sclerosis Superoxide dismutase 1

Haemodialysis-related amyloidosis β2-microglobulin

Cystic fibrosis Cystic fibrosis transmembrane

regulator

Sickle cell anemia Hemoglobin

Hungtington Huntingtin

Creutzfeldt-Jakob Prion protein

Amyloidosis 10 protein khác

BỆNH LÝ LIÊN QUAN

ĐẾN PROTEIN TẠO HÌNH SAI

44

Sau khi tổng hợp hoặc đồng thời trong khi giải mã

Cắt bỏ một hay nhiều đoạn peptid

H2N-

H2N-

H2N- H2N-

disulfide

bonds

INSULIN

Tổng hợp dưới dạng PREPROINSULIN - Loại bỏ signal sequence (PRE) - Loại bỏ đoạn peptid (PRO) - Cầu disulphide nối 2 đoạn peptide

ZYMOGEN

45

BIẾN ĐỔI TẠO PROTEIN CHỨC NĂNG

Biến đổi hóa trị: thường xảy ra sau khi giải mã

Collagen: Proline Hydroxyproline (cấu trúc bền)

(hydroxylation) Cần Vitamin C Thiếu Vitamin C không Hydroxyproline Scurvy

H2N CH C

CH2

OH

O

CH2

C

O-

O

H2N CH C

CH2

OH

O

CH

C

O-

OCO

O-

N

C R

O

RHN

C OH

O

OH

H

OH

Prothrombin:

Glutamate gamma- Carboxy Glutamate

(carboxylation)

Cần Vitamin K

Thiếu vitamin K RL đông máu

46


protein activity Asn, Ser, Thr Glycosylation

various

Lys

C-terminus

Tyr

Lys, N-terminus

N-terminus

Cys

Cys

Tyr

Pro, Lys, Asn, Asp

Arg, Lys, His, Glu

Ser, Thr, Tyr

target site

activation

degradation

bioactive peptides

protein-protein intera’n

gene expression

membrane association

membrane association

signalling

protein-protein intera’n

collagen structure

prot. repair, chemotaxis

signalling, activation

cellular process

Ubiquitylation

Truncation

Amidation

Sulfation

Acetylation

Myristoylation

Palmitoylation

Prenylation

Sulfation

Hydroxylation

Methylation

Phosphorylation

modification

47


48

NGHIÊN CỨU VỀ PROTEIN

49


50


Gene Protein 3D Structure Function

51


52

Giúp theo dõi về các protein trong 1 TB

hay trong một loại mô, tạo cơ sở dữ liệu

VÍ DỤ VỀ NGHIÊN CỨU PROTEIN

Autoimmunity: rheumatoid arthritis (RA): thấp khớp multiple sclerosis (MS): đa xơ cứng

Osteoarthritis (OA): Viêm khớp xương

53

VÍ DỤ VỀ NGHIÊN CỨU PROTEIN