Bài giảng Sinh tổng hợp protein - Đỗ Thị Thanh Thúy

Nội dung text: Bài giảng Sinh tổng hợp protein - Đỗ Thị Thanh Thúy

1. SINH TỔNG HỢP PROTEIN TS.BS.Đỗ Thị Thanh Thủy 1
2. 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
3. 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
4. GENOMICS VÀ PROTEOMICS 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 4
5. TỪ GENE ĐẾN PROTEIN CHỨC NĂNG 5
6. BỘ PROTEIN NGƯỜI Rất phức tạp Ước tính > 100.000 phân tử Protein v Do vị trí splicing khác nhau v Do biến đổi sau dịch mã PDB (Protein Data Bank) 2000-2008:48891 cấu trúc 2011: 65998 cấu trúc 6
7. CẤU TRÚC PROTEIN 7
8. LIÊN KẾT TRONG PT PROTEIN 8
9. CẤU TRÚC PROTEIN helix-loop-helix motif gắn Calci HAIRPIN BETA SHEET motif Motifs: các dạng cấu trúc bậc 2 trong nhiều polypeptid. 9
10. CẤU TRÚC PROTEIN Pyruvate kinase có 3 domain ADP + phosphoenolpyruvate = ATP + pyruvate Domains là những vùng chức năng của polypeptid 10
11. NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA PROTEIN 1. Tinh thể học tia X (X ray crystallography) 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 11
12. X-ray Photographic film diffraction pattern Diffracted X-rays X-ray X-ray source beam 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
13. 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
14. LIÊN QUAN GIỮA CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN v Protein có vai trò quan trọng trong cơ thể. v Mỗi protein có một cấu trúc ba chiều duy nhất được xác định bởi trình tự aa. v Cấu trúc của protein liên quan chặt chẽ với chức năng của nó. v Cấu trúc của protein có thể được tiên đoán nhờ các chương trình tin sinh học. 14
15. LIÊN QUAN GIỮA CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN Example of enzyme reaction Hormone receptor￿ Antibody substrates enzyme A enzyme B enzyme A Binding to A 15
16. HbA HbS OXY-STATE DEOXY-STATE 17
17. LUẬN THUYẾT TRUNG TÂM Central Dogma of Biology DNATranscripti on RNAtranslation Protein DNA Replication RNA viruses Reverse Transcription Transcription Chuyển mã (sao chép) (Retrovirus) ARNm RNA (David Baltimore và Howard Giải mã (phiên mã) Temin) Protein Prions: scrapie và mad cow Francis Crick 1958 Stanley Pruisner:1997 Nobel Prize 18
18. TÓM TẮT QT BIỂU HIỆN GEN 19
19. 30 năm nghiên cứu cấu trúc của Ribosome EM: Electron Microscopy 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 20
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
21. ĐIỀU HÒA STH PROTEIN Genes Can Be Turned On/Off Protein hoạt hóa Vùng điều hòa 22
22. ĐIỀU HÒA STH PROTEIN Biểu hiện gen ở các mức độ khác nhau 23
23. Biểu hiện gen của Hb NST 11 Phôi 2 tháng: Hb Gower I:  Cho đến khi gần sinh: Hb F:  NST 16 Sau khi sinh: Hb A: ββ 24
24. TẠO HÌNH PROTEIN CHỨC NĂNG Protein sẽ gấp và xoắn ( helices, β sheets ) và biến đổi (phosphoryl hóa, acetyl hóa, glycosyl hóa ). 25
25. TẠO HÌNH PROTEIN CHỨC NĂNG n Protein có khuynh hướng gấp và xoắn thành cấu hình có năng lượng tự do thấp nhất. n Protein bắt đầu gấp và xoắn từ khi đang được tổng hợp. n Protein đưa các phần kỵ nước vào trong để tạo dạng α helix. n Hầu hết protein đều có dạng cấu trúc bậc 2: α helice và β sheet. 26
26. TẠO HÌNH PROTEIN CHỨC NĂNG 27
27. TẠO HÌNH PROTEIN CHỨC NĂNG 28
28. SỐ PHẬN CỦA PROTEIN SAU GIẢI MÃ ≈ 50% - AA đột biến - Nhiệt độ, nồng độ chất tan, pH 29
29. TẠO HÌNH PROTEIN CHỨC NĂNG Phân tử chaperon Hsp 70 - prevent folding of nascent chain Chaperonins – reverse misfolded structures 32
30. TẠO HÌNH PROTEIN CHỨC NĂNG Chaperonin 33
31. THOÁI HÓA PROTEIN 34
32. THOÁITHOÁI HÓAHÓA PROTEINPROTEIN 35
33. PROTEIN MISFOLDING DISEASES Amyotrophic lateral sclerosis 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 36
34. PROTEINPROTEIN MISFOLDINGMISFOLDING DISEASESDISEASES Alzheimer’sAlzheimer’s Disease:Disease: AAββ proteinprotein 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. 37
35. PROTEINPROTEIN MISFOLDINGMISFOLDING DISEASESDISEASES Alzheimer’sAlzheimer’s Disease:Disease: AAββ proteinprotein Ø Mảng beta-amyloid tích tụ xung quanh và bên ngoài các tế bào thần kinh. “Amyloid”: 1850s do nhuộm bắt màu với iodine. Thành An actual AD plaque phần chính là protein. Ø cuộn rối xơ sợi thần kinh phía bên trong tế bào thần kinh An actual AD tangle 38
36. PROTEINPROTEIN MISFOLDINGMISFOLDING DISEASESDISEASES Alzheimer’sAlzheimer’s Disease:Disease: AAββ proteinprotein Mảng β amyloid Amyloid precursor protein (APP) là tiền chất của các mảng bám 1. 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 2. hướng tạo thành cụm gọi là mảng 3.39
37. PROTEINPROTEIN MISFOLDINGMISFOLDING DISEASESDISEASES Alzheimer’sAlzheimer’s Disease:Disease: AAββ proteinprotein 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
38. PROTEINPROTEIN MISFOLDINGMISFOLDING DISEASESDISEASES MadMad CowCow DiseaseDisease PrionPrion ProteinProtein Stanley Ben Prusiner, 1997 Transmissable spongiform encephalopathies (TSEs), gồm bệnh bò điên (BSE) và bệnh Creutzfeld Jakob (CJD) ở người. Bệnh xảy ra khi protein tên PrPc PrPsc PRION xoắn sai lệch (binh (Prion Protein cellular) (Prion Protein scrapie) 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. Bề mặt não của Bn CJD 41
39. PROTEINPROTEIN MISFOLDINGMISFOLDING DISEASESDISEASES MadMad CowCow DiseaseDisease PrionPrion ProteinProtein PrPsc PrPc (Prion Protein cellular) PrPsc (Prion Protein scrapie) Hiệu ứng domino của các prion (proteinaceous infectious particle) 42
40. PROTEINPROTEIN MISFOLDINGMISFOLDING DISEASESDISEASES Huntington’sHuntington’s diseasedisease HuntingtinHuntingtin proteinprotein 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 43
41. BỆNH LÝ LIÊN QUAN ĐẾN PROTEIN TẠO HÌNH SAI 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 44
42. BIẾN ĐỔI TẠO PROTEIN CHỨC NĂNG Sau khi tổng hợp hoặc đồng thời trong khi giải mã v Cắt bỏ một hay nhiều đoạn peptid INSULIN Tổng hợp dưới dạng PREPROINSULIN H2N- - Loại bỏ signal sequence (PRE) - Loại bỏ đoạn peptid (PRO) H2N- - Cầu disulphide nối 2 đoạn peptide disulfide H N- 2 bonds H2N- ZYMOGEN 45
43. BIẾN ĐỔI TẠO PROTEIN CHỨC NĂNG v 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 OH Prothrombin: Glutamate gamma- Carboxy Glutamate (carboxylation) Cần Vitamin K Thiếu vitamin K RL đông máu 46
44. BIẾN ĐỔI TẠO PROTEIN CHỨC NĂNG modification target site cellular process Phosphorylation Ser, Thr, Tyr signalling, activation Glycosylation Asn, Ser, Thr protein activity Methylation Arg, Lys, His, Glu prot. repair, chemotaxis Hydroxylation Pro, Lys, Asn, Asp collagen structure Sulfation Tyr protein-protein intera’n Prenylation Cys signalling Palmitoylation Cys membrane association Myristoylation N-terminus membrane association Acetylation Lys, N-terminus gene expression Sulfation Tyr protein-protein intera’n Amidation C-terminus bioactive peptides Ubiquitylation Lys degradation Truncation various activation 47
45. NGHIÊN CỨU VỀ PROTEIN 48
46. NGHIÊN CỨU VỀ PROTEIN 49
47. NGHIÊN CỨU VỀ PROTEIN 50
48. NGHIÊN CỨU VỀ PROTEIN Gene Protein 3D Structure Function 51
49. VÍ DỤ VỀ NGHIÊN CỨU PROTEIN Giúp theo dõi về các protein trong 1 TB hay trong một loại mô, tạo cơ sở dữ liệu 52
50. VÍ DỤ VỀ NGHIÊN CỨU PROTEIN Osteoarthritis (OA): Viêm khớp xương Autoimmunity: rheumatoid arthritis (RA): thấp khớp 53 multiple sclerosis (MS): đa xơ cứng