ROS (REACTIVE OXYGEN SPECIES) VÀ HIỆN TƯỢNG AUTOPHAGY ở THỰC vật VÀ TẢO

ROS REACTIVE OXYGEN SPECIES VÀ HIỆN TƯỢNGAUTOPHAGY Ở THỰC VẬT VÀ TẢO HVTH: NGÔ THỊ NGỌC HƯƠNG Câu 1:  Trong sự hấp thu ánh sáng, diệp lục tố ở trạng thái nền trạng thái có n

ROS (REACTIVE OXYGEN SPECIES) VÀ HIỆN TƯỢNG

AUTOPHAGY Ở THỰC VẬT VÀ TẢO

HVTH: NGÔ THỊ NGỌC HƯƠNG

Câu 1: <Nguồn: Sinh học tế bào – PGS.TS Bùi Trang Việt>

 Trong sự hấp thu ánh sáng, diệp lục tố ở trạng thái nền (trạng thái có năng lượng thấp nhất) hấp thu một photon (hv) và chuyển thành trạng thái kích hoạt (trạng thái năng lượng cao hơn) Sự phân phối các electron trong phân

tử kích hoạt hơi khác so với phân tử ở trạng thái nền

 Sự hấp thu ánh sáng làm kích hoạt diệp lục tố tới trạng thái năng lượng cao hơn sự ánh thu ánh sáng đỏ (photo có năng lượng cao hơn khi bước sóng ngắn hơn) Ở trạng thái kích hoạt cao hơn, diệp lục tố rất không bền, nhanh chóng tỏa nhiệt ra xung quanh, và vào trạng thái kích hoạt thấp nhất Trạng thái kích hoạt thấp nhất có thể tồn tại trong vòng vài nano-giây, và diệp lục

tố ở trạng thái này có bốn con đường phóng thích năng lượng kích hoạt để trở lại trạng thái nền:

- Tỏa nhiệt, không phát huỳnh quang

- Phát huỳnh quang cùng với sự tỏa nhiệt (huỳnh quang trong vùng đỏ của phổ, có bước sóng hơi dài hơn với bước sóng hấp thu)

- Chuyển năng lượng

- Tham gia vào các phản ứng quang hóa

Câu 2: <Nguồn: Sinh học tế bào – PGS.TS Bùi Trang Việt>

 Năng lượng ánh sáng quá mức có thể dẫn tới sự sản xuất các dạng độc như superoxide, singlet oxygen và peroxide gây hư hại bộ máy quang hợp Thực vật tiến hóa một số cơ chế điều hòa dòng năng lượng trong hệ thống sắc tố ăng-ten, loại bỏ sự kích hoạt quá mức ở các trung tâm phản ứng, đảm bảo cho hai quang hệ hoạt động bình thường

 Một cách tổng quát, điều hòa sự thu photon, bảo vệ và sửa chữa các quang tác hại do áng sáng (photon) quá mức (kích hoạt quá mức) được thực hiện ở nhiều mức độ:

 Hàng phòng thủ 1: Dập tắt (làm dịu, quenching) bằng sự tỏa nhiệt

 Hàng phòng thủ 2: Hoạt động của các hệ thống quét dọn Nếu hàng phòng thủ 1 không mạnh, các quang sản phẩm độc hại có thể xuất hiện, như diệp lục tố ở dạng triplet (3Cl* ), superoxide (O2-), singlet oxygen (1O2*), hydrogen peroxide (H2O2) và gốc hydroxyl ( OH) Các hệ thống quét dọn, như các carotenoid, superoxide dismuatase và ascorbate, có vai trò loại trừ các quang sản phẩm độc hại, có phản ứng mạnh kể trên

 Hàng phòng thủ 3: Tổng hợp mới protein D1 Nếu hàng phòng thủ 2 cũng thất bại, các quang sản phẩm có thể gây hư hại 1 protein đặc biệt của trung tâm phản ứng PSII, gọi là protein D1, dẫn đến hiện tượng quang ức chế  tổng hợp protein D1 mới để duy trì hoạt động PSII)

Câu 3: <Source: Karuppanapandian, T et al., 2011; Faqiang Li, Richard D Vierstra,

2012>

 Enzymatic mechanism

 CAT (catalase)

 APX (ascorbate peroxidase)

 SOD (superoxide dismutase)

 Và 1 số chất khác

 Non-enzymatic mechanism

 AA (ascorbic acid)

 GSH (glutathione)

 CARs (carotenoids)

 Flavonoids

 Và 1 số chất khác

 Autophagy:

 Microautophagy

 Macroautophagy

 Chaperone-mediated autophagy (chỉ có ở động vật)

Câu 4: <Source: Pérez-pérez, M.E et al., 2012>

 Autophagy:

 Là 1 cơ chế bảo vệ chủ yếu để phân cắt các phân tử đã bị oxi hóa, và nó có thể cũng có chức năng để loại bỏ các bào quan hình thành

ROS thông qua các túi vận chuyển gọi là autophagosome đưa đến lysosome/không bào.

 Cho phép tế bào tái chế từ các đại phân tử để cung cấp các nguồn

nguyên liệu cần thiết giúp tế bào đáp ứng tạm thời với các điều kiện bất lợi (stress dinh dưỡng, stress oxi hóa )

Câu 5: <Source: Sinh học tế bào – PGS.TS Bùi Trang Việt>

Cơ chế hình thành Autophagy:

 Trong Autophagy, một bào quan hư hỏng, protein hay 1 lượng nhỏ cytosol được cô lập trong 1 túi có màng đôi

 Nguồn gốc của các màng cô lập này chưa được biết rõ, có thể từ mạng nội chất, màng ngoài ti thể hay màng plasma

 Khi chuyển tới lysosome, màng ngoài của thể tự thực bào dung hợp với lysosome, màng trong cùng với nội dung của thể autophagy bị phân hủy bởi các enzyme của lysosome và các tiền chất monomer được trả lại cho cytosol

(Điều đặc biệt ở đây là sự dung hợp chỉ là bán dung hợp đối với màng ngoài, chứ không dung hợp hoàn toàn)

Câu 6: <Source: Karuppanapandian, T et al., 2011>

Ảnh hưởng của ROS đối với tế bào:

- Nồng độ ROS ở mức Basal (cơ bản): các mức độ chất chống oxi hóa được thành lập  hình thành nên cán cân ROS/các chất chống oxi hóa  thực vật sinh trưởng và phát triển bình thường

- Nồng độ ROS ở mức Low (thấp): cảm ứng tạo ra các chất chống oxi hóa  cán cân ROS/các chất chống oxi hóa vẫn được duy trì  sự tồn tại của thực vật được đảm bảo

- Nồng độ ROS ở mức Medium (trung bình): mất dần các chất chống oxi hóa  cán cân ROS/các chất chống oxi hóa bị lệch đi  cảm ứng Program Cell Death (sự chết theo chương trình của tế bào)  tạo ra 1 stress oxi hóa

- Nồng độ ROS ở mức High (cao): các chất chống oxi hóa hoàn toàn mất tác dụng  cán cân bị lệch  cấu trúc tế bào bị hư hại  tế bào sụp đổ và chết

Câu 7:

Các dạng ROS (Reactive Oxygen Species): (in đậm là dạng thường thấy ở các bào quan thực vật)

• Dạng gốc tự do (Radical) (Chú ý là dấu chấm chứ không phải là dấu gạch ngang)

o O 2 .- Superoxide (là dạng nhận thêm electron)

o .OH Hydroxyl

o RO2. Peroxyl

o RO. Alkoxyl

o HO2. Hydroperoxyl

• Dạng không phải gốc tự do (Non-radical) (Chú ý là dấu gạch ngang)

o H 2 O 2 Hydrogen peroxide

o HOCl- Hypochlorous acid

o 1 O 2 Singlet oxygen (là dạng nhận thêm năng lượng kích hoạt)

Câu 8:

Tác hại của ROS:

Có rất nhiều yếu tố stress phi sinh học (abiotic stresses) dẫn đến việc tạo

ra các dạng oxi hoạt tính cao (ROS) 1 cách dư thừa ở thực vật dẫn đến sự hư hại protein, lipid, carbhydrate và DNA  kết quả của hiện tượng “stress oxy hóa

(oxidative stress)”.

Quan trọng nhất là hoạt động của các gốc tự do trên chuỗi acid béo của lipid trên các màng của tế bào, đặc biệt là màng ty thể (trực tiếp tiếp xúc với các anion superoxide được tạo ra trong quá trình hô hấp tế bào)

 Mức độ ROS trong tế bào thay đổi tùy thuộc vào nhiều yếu tố:

- cường độ ánh sáng mạnh

- Stress dinh dưỡng

- Stress màng lưới nội chất (ER stress)

- Sự lây nhiễm các yếu tố gây bệnh

- Và các yếu tố khác

Câu 9:

Stress oxi hóa là gì?

Stress oxi hóa (oxidase stress) là kết quả của sự hình thành gốc tự do vượt quá mức kiểm soát của hệ thống chống oxi hóa trong cơ thể

 Các gốc tự do sẽ tấn công các phân tử lipid, protein, acid nucleic của tế bào dẫn đến tổn thương cục bộ và kết quả cuối cùng là gây sự hoạt động bất thường của cơ quan