Bài giảng: CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG, VÀ SINH TỔNG HỢP PROTEIN pot

CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG, VÀ SINH TỔNG HỢP PROTEIN ThS.BS.Đỗ Thị Thanh Thủy... NỘI DUNG BÀI GIẢNGCẤU TRÚC CỦA PROTEIN Bốn bậc cấu trúc của protein Các liên kết trong phân tử protein CHỨC NĂNG

CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG, VÀ SINH TỔNG HỢP PROTEIN

ThS.BS.Đỗ Thị Thanh Thủy

NỘI DUNG BÀI GIẢNG

CẤU TRÚC CỦA PROTEIN

Bốn bậc cấu trúc của protein Các liên kết trong phân tử protein

CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN

Mối liên quan giữa cấu trúc và chức năng của protein

SINH TỔNG HỢP PRTEIN

Sinh tổng hợp protein Các biến đổi để tạo protein chức năng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỤC TIÊU BÀI GIẢNG

1 Nêu được bốn bậc cấu trúc của protein

và các liên kết trong phân tử protein

2 Nêu được mối liên quan giữa cấu trúc và chức năng của protein

4 Mô tả được các bước trong quá trình

sinh tổng hợp protein

Và một số biến đổi để tạo protein chức năng

SINH TỔNG HỢP PROTEIN

3 billion base pair => 6 G letters

&

1 letter => 1 byte The whole genome can be recorded

CẤU TRÚC CỦA PROTEIN

Cấu trúc bậc III (Tertiary structure)

Biểu thị cấu trúc ba chiều của một chuỗi polypeptid, và tính

ổn định của cấu trúc này nhờ các liên kết yếu giữa các chuỗi

Cấu trúc bậc II (Secondary structure)

Biểu thị cấu trúc thông thường của một chuỗi polypeptid

(gồm xoắn a, lá gấp b, và các xoắn hay vòng hình chữ U)

Cấu trúc bậc IV (Quaternary structure)

Protein có nhiều chuỗi polypeptid có cấu trúc bậc ba

Cấu trúc bậc I (Primary structure)

Trình tự AA và các vị trí liên kết hóa trị (chủ yếu là liên kết

disulfit) trong chuỗi polypeptid

CẤU TRÚC PROTEIN

Cấu trúc bậc I

Cấu trúc bậc II

Cấu trúc bậc IV

CẤU TRÚC PROTEIN

Motifs: các dạng cấu trúc bậc 2 trong nhiều polypeptid

HAIRPIN BETA SHEET motif

helix-loop-helix motif gắn Calci

CẤU TRÚC PROTEIN

Pyruvate kinase có 3 domain

LIÊN KẾT TRONG PT PROTEIN

LK Peptid

LIÊN KẾT TRONG CẤU TRÚC PROTEIN

LK Disulfid

LK Hydro

LK muối (LK ion)

LK giữa các nhóm kị nước và Lực van der Waals

Trục LK Peptid

LIÊN KẾT TRONG PT PROTEIN

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.

Example of enzyme reaction

enzyme substratesLIÊN QUAN GIỮA CẤU TRÚC VÀ

CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN

HbA HbS

OXY-STATE DEOXY-STATE

LUẬN THUYẾT TRUNG TÂM

Central Dogma of Biology

LUẬN THUYẾT TRUNG TÂM

(Bổ xung)

Reverse Transcription

RIBOSOME (rARN)

tARN

mARN

THÀNH PHẦN SINH TỔNG HỢP PROTEIN

Codon-anticodon

 mRNA gắn vào tiểu đơn vị nhỏ của Ribosome

 Tiểu đơn vị lớn gắn vào tạo Ribosome hoàn chỉnh

 Tín hiệu codon khởi đầu trên mRNA (thường là AUG)

 tRNA với anticodon UAC và methionine gắn vào codon

khởi đầu ở vị trí P

SINH TỔNG HỢP PROTEIN

GIAI ĐOẠN

KHỞI ĐẦU

Yếu tố khởi đầu:

IF-1, IF-2, IF-3

 Vị trí A rỗng, chấp nhận tARN gắn aa kế tiếp

SINH TỔNG HỢP PROTEIN

GIAI ĐOẠN

KÉO DÀI

Yếu tố kéo dài:

EF-Tu (EF thermo unstable)

EF2: chuyển vị

 Đoạn polypeptid tiếp tục kéo dài, cho đến khi gặp stop

SINH TỔNG HỢP PROTEIN

GIAI ĐOẠN

KẾT THÚC

UAA UAG UGA

Yếu tố kết thúc:

RF1

RF2

RF3

POLYSOM

30 năm nghiên cứu cấu trúc của Ribosome

Nobel hóa học 2009: Venkatraman Ramakrishnan,

Thomas A Steitz, Ada E YonathEM: Electron Microscopy

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

và biến đổi (phosphoryl, carboxy,

carbohydrates)

BIẾN ĐỔI TẠO PROTEIN CHỨC NĂNG

BIẾN ĐỔI TẠO PROTEIN CHỨC NĂNG

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

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

SỐ PHẬN CỦA PROTEIN SAU GIẢI MÃ

BIẾN ĐỔI TẠO PROTEIN CHỨC NĂNG

BIẾN ĐỔI TẠO PROTEIN CHỨC NĂNG

THOÁI HÓA PROTEIN

Proteasome

SỐ PHẬN CỦA PROTEIN SAU GIẢI MÃ

SOD1 (Superoxide dismutase 1) gắn Cu và Zn,

phân hủy các gốc superoxide tự do

Amyotrophic lateral sclerosis

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 thần kinh cuộn rối 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

Mảng β amyloid

Amyloid precursor protein

(APP) là tiền chất của các

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

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

Stanley Ben Prusiner, 1997

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

Hiệu ứng domino của các prion (proteinaceous infectious particle)

Stanley Ben Prusiner, 1997

PrPsc

PrPc (Prion Protein cellular)

PrPsc (Prion Protein scrapie)

Gen Huntington : vùng lập lại trinucleotide (CAG mã hóa cho glutamine) (<28 lần) ở exon 1(NST 4)

tạo ra protein sai lệch Polyglutamin của protein

BIẾN ĐỔI TẠO PROTEIN CHỨC NĂNG

Sau khi tổng hợp hoặc đồng thời trong khi giải mã

 Cắt bỏ một hay nhiều đoạn peptid

H2

N-H2

N-HH2N-2

N-disulfide bonds

INSULIN

Tổng hợp dưới dạng PRE PRO INSULIN

- Loại bỏ signal sequence ( PRE )

- Loại bỏ đoạn peptid (PRO)

- Cầu disulphide nối 2 đoạn peptide

ZYMOGEN

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

Collagen: Proline  Hydroxyproline (cấu trúc bền)

CH 2 C O- O

CH2

OH O

CH C O-

O C

O O-

OH

(carboxylation)

Cần Vitamin K Thiếu vitamin K  RL đông máu

BIẾN ĐỔI TẠO PROTEIN CHỨC NĂNG

protein activityAsn, Ser, Thr

Glycosylation

C-terminusTyr

Lys, N-terminusN-terminus

CysCysTyrPro, Lys, Asn, AspArg, Lys, His, Glu

Ser, Thr, Tyr

target site

bioactive peptidesprotein-protein intera’ngene expression

membrane associationmembrane associationsignalling

protein-protein intera’ncollagen structure

prot repair, chemotaxis

NGHIÊN CỨU VỀ PROTEIN

Gene  Protein  3D Structure D Structure  Function NGHIÊN CỨU VỀ PROTEIN

VÍ DỤ VỀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG

Autoimmunity: rheumatoid arthritis (RA): thấp khớp Osteoarthritis (OA): Viêm khớp xương