Nguồn đề ôn tập cho đội tuyển Hóa sinh tế bào Vi sinh 1 Hiệu ứng Warburg Otto Warburg là một trong những nhà nghiên cứu tiên phong về quá trình đường phân Ông có một nghiên cứu thú vị về tế bào ung thư Các tế bào bình thường trong cơ thể chủ yếu dựa vào quá trình hô hấp hiếu khí để sản sinh ATP, nhưng khi không có O2 thì chuyển sang thực hiện đường phân để sinh năng lượng Ngược lại, các tế bào UT sản sinh ATP hoàn toàn nhờ vào quá trình đường phân, không quan trọng sự có mặt của O2 Các tế bào UT.
Trang 1Nguồn đề ôn tập cho đội tuyển
Hóa sinh tế bào - Vi sinh
1 Hiệu ứng Warburg
Otto Warburg là một trong những nhà nghiên cứu tiên phong về quá trình đường phân Ông có một nghiên cứu thú vị về tế bào ung thư.Các tế bào bình thường trong cơ thể chủ yếu dựa vào quá trình hô hấp hiếu khí để sản sinh ATP, nhưng khi không có O2 thì chuyển sang thực hiện đường phân để sinh năng lượng Ngược lại, các tế bào UT sản sinh ATP hoàn toàn nhờ vào quá trình đường phân, không quan trọng sự có mặt của O2.Các tế bào UT có thể tang cường quá trình đường phân gấp 200 lần so với tế baò bình thường Hiện tượng này, được biết đến là Hiệu ứng Warburg
a) Những dữ kiện nào sau đây cung cấp bằng chứng về hiệu ứng Warburg:
i Gia tăng oxi hóa pyruvate
ii Gia tăng lượng CO2 giải phóng
iii Gia tăng lượng lactate giải phóng
A I
B II
C III
D I và II
b) Bạn muốn điều chế một loại thuốc tiêu diệt đặc hiệu tế bào UT Hiểu về hiệu ứng Warburg, bạn giả thiết rằng tế bào UT mẫn cảm với sự ức chế đường phân Thuốc ức chế UT sẽ hiệu quả khi tác động lên đích nào sau đây:
A Acetyl CoA
B Isocitrate dehydrogenase
C Pyruvate kinase
D Chuỗi truyền electron
c) Tế bào UT phân chia không giới hạn Sử dụng quá trình đường phân để sinh năng lượng có vẻ bất lợi vì chỉ sinh 2 ATP trong khi hô hấp hiếu khí sinh 36
Trang 2ATP Chọn ý đúng giải thích cho việc sử dụng quá trình đường phân là có lợi cho sự phân chia liên tục của tế bào UT:
A Đường phân tạo NADH -> nguồn lực khử dồi dào giúp giảm năng lượng cần cho việc tổng hợp các đại phân tử
B Đường phân tạo ra nhiều hợp chất hữu cơ trung gian ->
nguyên liệu tổng hợp các đại phân tử cho sự sinh trưởng của
tế bào UT
C Đường phân tạo nhiều NADH hơn hô hấp hiếu khí -> nguồn năng lượng
D Không giống hô hấp hiếu khí, đường phân tạo ra các axit béo
là nguồn dự trữ năng lượng d) Hiệu ứng Warburg là cơ sở cho phương pháp nhận biết khối u trong y học ngày nay Trong phương pháp này, một phân tử X gắn với Flourine phóng xạ (F18) , sau đó tín hiệu phóng xạ được phát hiện bởi các thiết bị chuyên
nghiệp Biết phân tử X được sử dụng bởi các tế bào khối u Phân tử X là:
A Acetyl CoA
B Glucose
C Lactate
D Pyruvate
*Hướng dẫn chấm:
a) C
- Ở các tế bào dựa trên quá trình đường phân để sinh ATP, sản phẩm cuối cùng của đường phân là pyruvate sẽ được chuyển thành lactate và giải phóng như sản phẩm phụ
- Sự giải phóng CO2 và oxi hóa pyruvate đòi hỏi điều kiện hiếu khí -> không chứng minh cho hiệu ứng Warburg
b) C
- Pyruvate kinase tổng hợp pyruvate trong quá trình đường phân -> ức chế
enzyme này sẽ ức chế đường phân -> ức chế UT
- Các đích còn lại liên quan đến quá trình hô hấp hiếu khí
c) B
Trang 3- Đường phân tạo các HCHC trung gian -> nguyên liệu tổng hợp đại phân tử cho sự sinh trưởng không giới hạn của tế bào UT
- Ý A sai vì NADH là nguồn năng lượng, không phải là nguồn electron cho hô hấp kị khí Tác dụng làm giảm năng lượng cho các quá trình đồng hóa là của NADPH
- Ý C sai vì đường phân tạo ít NADH hơn ho hấp hiếu khí
- Ý D sai vì đường phân không tạo ra axit béo
d) B Vì glucose là nguyên liệu của đường phân, các phân tử còn lại là sản phẩm của đường phân hoặc tạo ra sau đường phân
2 Chu kỳ tế bào
Các tế bào được đánh dấu bằng một phân tử phóng xạ gắn vào DNA Nồng độ phóng xạ tương ứng với nồng độ DNA trong tế bào Kết quả thu được như sau:
a) Tế bào nào trong sơ đồ đang ở pha G1,S,G2,M? Giải thích
b) Bổ sung chất ức chế pha G1,S, hoặc M thì sơ đồ sẽ như thế nào? Vẽ và giải thích
*Hướng dẫn chấm:
a) - Phân tử phóng xạ gắn vào DNA-> nồng độ phóng xạ tương ứng với nồng độ DNA
Trang 4- Đỉnh với nồng độ DNA thấp nhất -> G1 do DNA chưa nhân đôi Đỉnh với nồng độ DNA cao nhất -> G2 và M do DNA đã nhân đôi.Các tế bào pha S đang nhân đôi DNA nên có mức phóng xạ trung gian
b)
- Bổ sung chất ức chế G1 và M đều thu được 1 đỉnh tế bào do các tế bào đều
có cùng hàm lượng DNA nhân
Ức chế G1 -> tất cả tế bào có mức DNA thấp nhất 2n do đều bị chặn ở G1
Ức chế M -> tất cả tế bào có mức DNA cao nhất 4n do đều bị chặn ở M
Trang 5- Bổ sung chất ức chế pha S -> thu được dãy nồng độ DNA nhân của các tế bào do: các tế bào ở pha S có thể ở các giai đoạn khác nhau của quá trình nhân đôi DNA nên hàm lượng DNA khác nhau, các tế bào ở các pha còn lại
sẽ bị dừng ở trước pha S tạo nên đỉnh như trong hình
3 Khi kháng nguyên kết hợp đặc hiệu với kháng thể thì sẽ kết hợp được với bổ thể Bổ thể là các protein lưu hành trong huyết tương ở dạng bất hoạt Khi phức hợp kháng nguyên kháng thể kết hợp được với bổ thể thì hoạt hóa bổ thể tạo phức hợp tấn công màng làm tế bào tan Bổ thể bị hỏng ở nhiệt độ khá cao, còn kháng thể chỉ bị hỏng ở nhiệt độ rất cao.Để tìm hiểu bản chất của đáp ứng miễn dịch thể dịch đối với tác nhân gây bệnh, người ta gây miễn dịch cho 3 nhóm chuột thực nghiệm như sau:
- Nhóm 1 là đối chứng Sau 2 tuần, tách huyết thanh không chứa kháng thể được ký hiệu là HT1
- Nhóm 2 được gây miễn dịch bằng cách tiêm vi khuẩn Ecoli (E) Sau 2 tuần tách huyết thanh chứa kháng thể kháng E được ký hiệu là HT2
- Nhóm 3 được gây miễn dịch bằng cách tiêm vi khuẩn Proteus vulgaris (P) Sau 2 tuần tách huyết thanh chứa kháng thể kháng P được ký hiệu là HT3 Dùng huyết thanh chứa các kháng thể đặc hiệu thu được nói trên tiến hành các thí nghiệm dưới đây:
- Cho vi khuẩn E và P vào ống chứa HT1 thì E và P không bị tan
- Cho E vào ống chứa HT2 thì E tan
- Cho P vào ống chứa HT3 thì P tan
- Cho P vào ống chứa HT2 thì P không tan
- Cho E vào ống chứa HT3 thì E không tan
Trang 6- Đun HT2 ở 55 độ trong 30 phút, để nguội, rồi thêm E thì E không tan.
- Đun HT3 ở 55 độ trong 30 phút, để nguội, rồi thêm P thì P không tan
- Đun HT2 ở 55 độ trong 30 phút, để nguội, rồi thêm HT1 và E thì E tan
- Đun HT2 ở 55 độ trong 30 phút, để nguội, rồi thêm HT1 (đã đun ở 55 độ trong 30 phút, để nguội) và thêm E thì E không tan
- Đun HT2 ở 55 độ trong 30 phút, để nguội, rồi thêm HT3 và E thì E tan
Dựa vào các kết quả trên, hãy trả lời các câu hỏi dưới đây:
a) Nếu đun HT3 ở 55 độ trong 30 phút,để nguội, rồi trộn với HT1 và thêm cả E
và P vào thì vi khuẩn nào tan?
b) Nếu đun HT2 ở 55 độ trong 30 phút,để nguội, rồi trộn với HT1 và thêm cả E
và P vào thì vi khuẩn nào tan?
c) Nếu đun HT2 ở 55 độ trong 30 phút,để nguội, rồi trộn với HT3 và thêm cả E
và P vào thì vi khuẩn nào tan?
d) Nếu đun cả 3 loại huyết thanh ở 90 độ trong 30 phút, để nguội, rồi thêm cả
E và P thì vi khuẩn nào tan?
*Hướng dẫn chấm:
a) Chỉ vi khuẩn P bị tan vì tuy bổ thể của HT3 bị hỏng nhưng kháng thể của HT3 vẫn gắn được với bổ thể nguyên vẹn của HT1
b) Chỉ vi khuẩn E bị tan vì kháng thể của HT2 gắn với bổ thể nguyên vẹn của HT1 c) Cả vi khuẩn E và P đều bị tan vì kháng thể của HT2 gắn với bổ thể nguyên vẹn của HT3 Còn HT3 chứa kháng thể và bổ thể nguyên vẹn
d) Không vi khuẩn nào bị tan vì ở 90 độ thì tất cả protein đều bị hỏng
4 a) Ở người, từ 1 tế bào gốc toàn năng ban đầu có thể phát triển thành những dạng tế bào chuyên biệt khác nhau Em hãy nêu các cơ chế giải thích
hi n tượng trên ê b) Để xâm nhập được vào tế bào vật chủ, ở giai đoạn hấp phụ, virus thường phải gắn được vào thụ thể đặc trưng Điều đó có nghĩa là nếu không có thụ thể với virus thì tế bào sẽ không bị nhiễm virus Em hãy giải thích tại sao trong cấu trúc tế bào lại tồn tại những cấu trúc theo kiểu “dẫn rắn cắn gà nhà” như vậy?
Trang 7*Hướng dẫn chấm:
a) - Con đường quan trọng nhất : Từ 1 tế bào gốc ban đầu tiết ra các
Hoocmon điều hoà khác nhau, tế bào càng ở xa nguồn thì tiếp xúc với nồng độ càng thấp.Mỗi gen trong tế bào lại có ngưỡng hoạt hoá nhất định, vì thế tuỳ thuộc vào nồng độ Hoocmon mà gen này được hoạt hoá, gen khác lại không,
từ đó phát triển thành những tế bào khác nhau
-Vị trí của các tế bào cũng quy định việc 1 tế bào sẽ trở thành dạng tế bào nào
do ở vị trí khác nhau trong phôi nó được tiếp xúc với các tổ hợp Hoocmon khác nhau từ các tế bào lân cận dẫn đến phát triển thành các tế bào khác nhau b) Vì:
- Thụ thể là một cấu trúc nằm trên màng sinh chất và tham gia vào quá trình truyền tin của tế bào chủ Vì lí do nào đó virus lợi dụng được cấu trúc này để xâm nhập vào tế bào
- Cấu trúc này vẫn còn thực hiện những chức năng nhất định đối với tế bào nên không bị chọn lọc tự nhiên đào thải
- Hoặc chúng không còn thực hiện chức năng nhưng thời gian tiến hóa chưa đủ dài để đào thải gen quy định cúng ra khỏi hệ gen của loài
5 EF-TU ( các cô có thể tham khảo thêm trong sách thầy Đinh Đoàn Long) EF-Tu là một yếu tố kéo dài với GTP tham gia giai đoạn kéo dài chuỗi
pôlipeptit ở tế bào nhân sơ EF-Tu gắn với tất cả các phức hợp aminoaxyl-tARN(aa-tARN) với ái lực gần như nhau để đưa chúng đến ribôxôm với tần xuất giống nhau Sau đây là kết quả thí nghiệm xác định sự liên kết của EF-Tu và phức hợp aminoaxyl-tARN bắt cặp chính xác và không chính xác
Phức hợp aminoaxyl-tARN Hệ số phân ly(nM)
Ala-tARN Ala 6,2
Gln-tARN Ala 0,05
Gln –tARN Gln 4,4
Trang 8Ala-tARN Gln 260
a) Dựa vào số liệu trên hãy giải thích vì sao hệ thống nhận biết tARN- EF-Tu có thể ngăn ngừa sự ghép sai axit amin trong quá trình dịch mã?
b) Hãy chỉ ra vai trò của EF-Tu trong quá trình dịch mã
*Hướng dẫn chấm:
a) Phức hợp aminoaxyl-tARN bắt cặp chính xác (Ala-tARN Ala và Gln-tARN Gln )
có ái lực gần như nhau với EF-Tu và được chuyển đến vị trí A trên ribôxôm
- Phức hợp bắt cặp không chính xác Ala-tARN Gln gắn với EF-Tu lỏng lẻo hơn nhiều và sẽ phân ly với EF-Tu trước khi tiến đến ribôxôm
- Phức hợp Gln-tARN Ala gắn chặt với EF-Tu làm cho EF-Tu không tách được khỏi chúng tại ribôxôm
- Do đó, dù ái lực gắn kết cao hay thấp hơn đều ảnh hưởng đến hoạt động của EF-Tu và làm giảm tốc độ gắn vào vị trí A trên ribôxôm của phức hợp
aminoaxyl-tARN bắt cặp sai
b) Vai trò của EF-Tu giúp sự bắt cặp chính xác bộ ba đối mã của tARN với bộ ba
mã hóa của mARN
- Sự thủy phân GTP gắn với EF-Tu khi có sự cặp đôi chính xác tạo cấu hình phù hợp cho sự tương tác giữa côđon- anticôđon và đảm bảo cho sự hình thành liên kết peptit xảy ra tiếp theo
6 Kháng thể edeine ức chế sự tổng hợp protein nhưng không ảnh hưởng lên
sự tổng hợp DNA hay RNA Khi bổ sung edeine vào dịch chiết chứa các tế bào, edeine làm dừng sự dịch mã nhưng sau một giai đoạn lag ngắn Ngược lại, khi bổ sung cycloheximide thì sự dịch mã bị dừng ngay lập tức Kiểm tra dịch chiết có bổ sung edeine thì khi quá trình dịch mã bị dừng lại, không có
sự hiện diện của polyribosome; thay vào đó, người ta thấy sự xuất hiện của mRNA, tARN và tiểu phần nhỏ của ribosome
a) Edeine ức chế giai đoạn nào của quá trình dịch mã? Giải thích
Trang 9b) Tại sao lại xuất hiện giai đoạn lag khi bổ sung Edeine? Điều gì quyết định chiều dài của giai đoạn lag?
c) Nếu bổ sung cycloheximide đồng thời với edeine thì các polyribosome
có biến mất không?
*Hướng dẫn chấm:
a) - Edeine ức chế đặc hiệu sự khởi đầu dịch mã bằng cách ngăn cản sự gắn kết tiểu đơn vị lớn ribosome 60S vào phức hệ gồm tiểu đơn vị bé 40S-tRNA-mRNA
- Sự kéo dài chuỗi polipeptide không bị ngăn cản nên các ribosome đã khởi đầu dịch mã trước khi thêm edeine sẽ tổng hợp hoàn chỉnh chuỗi
polipeptide rồi tách khỏi mRNA -> sau khi bổ sung edeine một thời gian thì sự tổng hợp protein mới dừng lại -> chỉ còn xuất hiện tRNA khởi đầu và tiểu phần nhỏ ribosome
b) Sau khi bổ sung edeine vài phút thì sự tổng hợp protein mới dừng lại do edeine ức chế sự khởi đầu dịch mã nhưng không ức chế giai đoạn kéo dài -> ribosme đã khởi đầu dịch mã trước khi thêm edeine sẽ tổng hợp hoàn chỉnh chuỗi polipeptide rồi mới tách khỏi mRNA -> thời gian trì hoãn bằng thời gian tổng hợp hết phân tử protein
c) - Sau khi bổ sung cycloheximide thì sự dịch mã dừng lại ngay ->
cycloheximide ức chế sự kéo dài chuỗi polipeptide -> ức chế hoạt tính peptidyl transferase của tiểu phần ribosome lớn
- Nếu cycloheximide được thêm vào đồng thời với edeine thì các
polyribosome sẽ bị ‘kẹt’ lại trên mRNA Sự phá vỡ các ribosome của chất ức chế
Trang 10khởi đầu dịch mã cần sự chuyển động của ribosome trên mRNA -> bị ngăn cản bởi chất ức chế giai đoạn kéo dài -> các polyribosome không biến mất
7 Sắp xếp theo thứ tự giảm dần khả năng thấm qua màng của các phân tử sau: Ca2+ , Co2 , Ethanol , Glucose , ARN , H20
*Hướng dẫn chấm: CO2 > Ethanol = H20 > Glucose > Ca2+ > ARN
- Khả năng thấm qua màng của một phân tử phụ thuộc vào kích thước và trạng thái phân cực hay tích điện của nó:
+ Kích thước: Nhỏ > lớn
+ Trạng thái : Không phân cực > Phân cực > Tích điện
8 Tại sao một số phân tử vẫn đạt trạng thái cân bằng qua màng dù nồng độ phân
tử hai bên màng không bằng nhau?
Sự cân bằng của các phân tử tích điện phụ thuộc vào gradient điện hóa
( gradient nồng độ + gradient điện thế màng) Ví dụ: K+ cân bằng qua màng
dù nồng độ K+ bên trong màng cao hơn bên ngoài 30 lần, sự chênh lệch
gradient nồng dộ được cân bằng bởi điện thế màng (âm bên trong do K+ ra ngoài quá nhiều) -> cản trở sự vận chuyển cation ra ngoài tế bào
9 Tế bào não phụ thuộc vào glucose để sinh năng lượng, sử dụng thể vận chuyển GLUT3, có Km=1.5mM ( Km là nồng độ chất tan mà tại đó tốc độ vận chuyển đạt một nửa Vmax, mM=miliosmol) Tế bào gan dự trữ glucose sau bữa ăn ở dạng glycogen và giải phóng glucose khi cách xa bữa ăn, sử dụng thể vận chuyển
GLUT2, có Km=15mM Những đặc điểm này phù hợp với chức năng sinh lý của não và gan như thế nào?
*Hướng dẫn chấm:
- Tế bào não sử dụng glucose như nguồn năng lượng chính, lấy vào glucose với tốc độ và tỉ lệ như nhau dù nồng độ glucose trong máu thay đổi Do đó sự hấp thu glucose của tế bào não phải luôn ổn định và hiệu quả -> nhờ vào Km thấp của thể vận chuyển GLUT3 nên dù nồng độ glucose thấp hay cao thì tốc độ vận
chuyển glucose vào tế bào não luôn được duy trì, trừ trường hợp nồng độ
glucose quá thấp
Trang 11- Tế bào gan có nhiệm vụ điều hòa nồng độ glucose trong máu ổn định, hấp thu
và biến đổi glucose thành glycogen khi nồng độ glucose trong máu cao, chuyển glycogen dự trữ thành glucose giải phóng vào máu khi nồng độ glucose trong máu thấp -> Km cao của thể vận chuyển GLUT2 phù hợp với chức năng của gan -> ở nồng độ glucose thấp, gan sẽ không cạnh tranh glucose với các cơ quan khác nhưng khi ở nồng độ glucose cao thì nó nhanh chóng được vận chuyển vào gan
để chuyển hóa thành glycogen