Giáo trình sinh hóa động vật phần 9

Chia sẻ: Than Con | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

77
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khi focmyl MET vào thì GTP vào và IF3 ra lúc này IF2 hoạt động nó phân giải GTP thành GDP + Pi và năng lượng. Năng lượng này được dùng vào việc đẩy IF1 ra ngoài và gắn chặt 2 tiểu phần 30S và 50S với nhau, đẩy m-RNA lên 1 bước (1 codon), IF2 ra ngoài và Met focmyl được chuyển từ 30S sang 50S ( từ khu vực A sang khu vực P)

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình sinh hóa động vật phần 9

Hình 8.20. Cấu trúc của Ribosome Hình 8.20. Cấu trúc của ribosome Hình 8.21. Giai đoạn mở đầu tổng hợp protein ở tế bào chưa có nhân CH2 - S - CH3 ⎢ CH2 ⎢ CH C=O NH - CHO O - t- RNA Hình 8.22. Focmyl metionin Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 267 http://www.ebook.edu.vn
Khi focmyl MET vào thì GTP vào và IF3 ra lúc này IF2 hoạt động nó phân giải GTP thành GDP + Pi và năng lượng. Năng lượng này được dùng vào việc đẩy IF1 ra ngoài và gắn chặt 2 tiểu phần 30S và 50S với nhau, đẩy m-RNA lên 1 bước (1 codon), IF2 ra ngoài và Met focmyl được chuyển từ 30S sang 50S ( từ khu vực A sang khu vực P) (hình 8.21). 8.2.2.3. Quá trình kéo dài chuỗi peptide Quá trình này cần các yếu tố sau: Yếu tố kéo dài bao gồm: EF-Tu, EF-Ts (ở VSV); TF1(ở tế bào có nhân) các yếu tố này dùng cho liên kết. Yếu tố đổi chỗ EF-G (ở VSV); TF2 (ở tế bào có nhân). Quá trình diễn ra theo chu kỳ gồm 3 bước sau: Liên kết: Từ tế bào chất các aminoacyl-t-RNA lần lượt đi vào riboxom nhờ yếu tố vận chuyển EF-Tu (hay TF1), chúng tạo thành phức hợp EF-Tu- GTP-aminoacyl-t-RNA. Phức hợp này đi vào khu vực A của 30S, EF-Tu giúp cho việc liên kết định hướng cho aminoacyl-t- RNA với codon của nó đồng thời với vai trò enzyme phân giải GTP cho năng lượng. Năng lượng này giúp cho aminoacyl -t-RNA bám chắc vào codon, sau đó EF-Tu và GDP+ Pi đi ra ngoài, EF-Tu muốn hoạt động trở lại phải chịu tác dụng của EF-Ts và năng lượng của GTP (hình 8.24). Chuyển peptide: nhờ hoạt động của nhóm protein M11 ở khu vực P nó đẩy acid amin vào trước (F.Met hoặc cả đoạn peptidyl) từ khu vực P sang khu vực A của tiểu phần 30S và một liên kết peptide được hình thành ở đây. Ở khu vực P chỉ còn lại t-RNA, quá trình này không tốn năng lượng. Kết quả của bước chuyển này là một liên kết peptide được hình thành ở khu vực A, t-RNA được giải phóng ở khu vực P. Đổi chỗ: đòi hỏi yếu tố đổi chỗ EF-G (hay TF2) và năng lượng của GTP. Khi EF-G bám vào riboxom nó phân giải GTP cho năng lượng, năng lượng này cần để đẩy t-RNA ở khu vực P ra ngoài và toàn bộ tảng peptidyl -t-RNA từ khu vực A sang khu vực P, đồng thời m-RNA dịch lên một codon, có nghĩa là ở khu vực A của 30S lại xuất hiện một codon mới ứng với một acid amin mới sắp đưa vào (hình 8.23). Quá trình được tiếp diễn như vậy, trong quá trình đó riboxom liên tiếp được đóng mở giống như một máy giập, mỗi lần giập thì một acid amin lại được gắn vào chuỗi peptide. Quá trình này tuỳ theo số lượng acid amin của phân tử protein đang được tổng hợp. 8.2.3. Giai đoạn kết thúc Các yếu tố kết thúc: RF1, RF2, RF3 đây là những protein có khối lượng phân tử trung bình 40.000 dalton. RF3 có chức năng xúc tác RF1, RF2. Khi chuỗi peptide đã hình thành xong ứng với phân tử protein mà tế bào cần tổng hợp thì m-RNA cũng đã được đọc gần hết và quá trình bước vào giai đoạn kết thúc, trên khu vực A xuất hiện các codon kết thúc UAA, UAG, UGA. Từ tế bào chất các yếu tố kết thúc được đưa vào riboxom, RF1 nhận biết được UAA, RF2 nhận biết được UAG và chúng đều nhận biết được UGA. Các yếu tố này giúp cho quá trình nhận biết được codon kết thúc, dưới tác dụng xúc tác của RF3 các yếu tố RF1, RF2, hoạt động và liên kết este của acid amin cuối cùng bị cắt đứt, chuỗi peptide rời khỏi riboxom, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 268 http://www.ebook.edu.vn
t-RNA cuối cùng rời khỏi khu vực P và m-RNA rời khỏi riboxom, 2 tiểu phần của riboxom tách ra khỏi nhau (hình 8.25). Chuỗi peptide được cắt bỏ nhóm phocmyl do enzyme dephocmylase rồi sau đó cắt bỏ đầu đuôi thành chuỗi peptide hoàn chỉnh, nhờ các liên kết, liên kết nhánh của các acid amin và các ion Mn++, NH+... chuỗi peptide tự động tạo thành cấu trúc bậc II, III... Hình 8.23. Giai đoạn kéo dài chuỗi polypeptide ở tế bào có nhân Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 269 http://www.ebook.edu.vn
Hình 8.24. Vai trò của (EF1) trong chu trình kéo dài. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 270 http://www.ebook.edu.vn
Hình 8.25. Giai đoạn kết thúc và tách rời. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 271 http://www.ebook.edu.vn
8.2.4. Chuỗi polypeptide gấp lại và hoàn thiện. Chuỗi polypeptide sau khi được tổng hợp sẽ trải qua một quá trình phản ứng gọi là sự biến đổi sau sao chép. Ở cả tế bào không nhân và có nhân, sự biến đổi bao gồm các quá trình sau đây: Đổi đầu C và N tận cùng. Trong quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide đều được mở đầu bằng F- Met ở tế bào không có nhân và Met ở tế bào có nhân. Nhóm formyl, Met và thông thường thêm một số acid amin ở đầu N và đầu C bị tách rời bởi Enzyme. Mất một đoạn dấu hiệu (đoạn trình tự tín hiệu), khoảng 15-30 acid amin ở đầu N của một số protein đóng vai trò định hướng cho protein đó đến chỗ giành cho nó trong tế bào. Dấu hiệu này được tách khỏi nhờ peptidase đặc hiệu. Sự thay đổi acid amin cá thể. Nhóm OH của một vài acid amin như Ser, Tre và Tyr của một vài protein được phosphoryl hoá nhờ ATP. Việc thêm nhóm phosphate làm cho polypeptide mang điện âm. Ví dụ casein của sữa có nhiều nhóm phosphate gắn với Ca+2. Tuy nhiên, sự phosphoryl hoá của Tyr ở một số protein lại có liên quan đến sự chuyển hoá tế bào bình thường thành ung thư. Nhóm carboxyl cũng được gắn thêm vào Asp, Glu của một vài protein, ví dụ prothrombine chứa nhiều carboxyglutamate, tại đó mang điện tích âm và gắn với Ca+2 nhờ đó có tác dụng làm đông máu. Một vài protein có Lys được methyl hoá bởi Enzyme. Mono và dimethyllysine có mặt trong một vài protein của cơ và Cytocrom C. Gắn thêm chuỗi Carbonhydrat. Việc gắn này xảy ra trong hoặc sau quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide. Vị trí gắn có thể ở Asn, Ser hoặc Tre. Gắn thêm nhóm Isoprenyl. Các protein có sự biến đổi này thường là các oncogen và proto-oncogen (các chất gây ung thư và tiền ung thư). Gắn thêm nhóm phụ. Các protein gắn thêm nhóm phụ tạo thành các protein có hoạt tính sinh học, ví dụ biotin trong acetyl CoA carboxylase hoặc Hem trong cytochrom C. Hoàn thiện bằng cách phân giải: Đó là trường hợp của các zymogene hay Insuline. Sự tạo thành liên kết chéo disulfide. Các protein đi ra ngoài tế bào có nhân sau khi gập lại một cách tự động, thường liên kết chéo đồng hoá trị do sự tạo thành các cầu disulfide giữa Cys ở trong hoặc giữa các chuỗi. Quá trình này chống sự biến tính của protein ở môi trường ngoài tế bào. 8.3. Tổng hợp protein ở ty lạp thể. Đa số các protein ở ty lạp thể được tổng hợp ở bào tương và được ghi thành mã trên DNA. Nhưng một số protein, một vài t-RNA, r-RNA được ghi thành mã trong gen của ty lạp thể. Midochondria có thể tổng hợp protein độc lập có RNA polymerase, aminacyl- t-RNA synthe-tase, t-RNA và các ribosome riêng biệt. Quá trình tổng hợp protein ở Midochondria cũng giống như các quá trình tổng hợp protein đã mô tả. Song cũng có một vài khía cạnh đáng lưu ý. Các thành phần như: t-RNA, aminacyl –t-RNA synthetase, ribosome, các tiểu phần tạo thành ribosome v.v.. thì số lượng t- RNA ít hơn, bộ mã cũng có một số điểm khác biệt. Ribosome của Midochondria thì nhỏ hơn, r-RNA ngắn hơn của bào tương và của tế bào không nhân. Phức mở đầu tổng hợp protein ở ty Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 272 http://www.ebook.edu.vn
lạp thể cũng là f.Met-t-RNA. Tuy nhiên việc hiệp đồng sự tổng hợp protein trong Midochondria với sự tổng hợp protein ở bào tương sẽ được đề cập tới ở phần Midochondria. 8.4. Điều hoà tổng hợp protein. 8.4.1. Điều hoà hoạt động của RNA polymerase. RNA polymerase gắn vào DNA mở đầu cho sự sao chép ở một đoạn đặc biệt trên DNA được gọi là Promotor. Promotor ở gần vị trí RNA bắt đầu tổng hợp trên DNA khuôn. Sự điều hoà mở đầu sao chép là mối quan hệ giữa RNA polymerase và promotor. Ở tế bào không nhân nhiều gen được điều hoà trong một đơn vị gọi là OPERON. Một Operon bao gồm 2 vùng: Vùng điều hoà và các gen cấu trúc. Các gen cấu trúc là những đoạn làm khuôn để sao chép các m-RNA. Vùng điều hoà gồm Promotor, operator và các vị trí điều hoà. Sau mở đầu sao chép được điều hoà bởi sự kết hợp của protein với promotor. Có thể chia thành 3 loại protein điều hoà sự mở đầu sao chép bởi RNA polymerase. Yếu tố đặc hiệu làm thay đổi tính đặc hiệu của RNA polymerase để gắn vào hoặc rời khỏi promotor. Yếu tố kìm hãm gắn vào Promotor, ngăn chặn sự gắn của RNA polymerase vào Promotor. Yếu tố hoạt hoá gắn promotor, tăng cường hoạt động của RNA polymerase. Nghiên cứu đầu tiên về sự điều hoà tổng hợp protein Enzyme là ở gen galactosidase ở Bacteria cho phép Bacteria đồng hoá lactose (hình 8.26). Hình 8.26. Cơ chế điều hoà tổng hợp β Galactosidase Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 273 http://www.ebook.edu.vn
Cơ chế điều hoà Operon Tryptophan. E.Coli được nuôi cấy trong môi trường có Tryptophan thì E.Coli không tổng hợp Try. Nếu môi trường nuôi cấy không có Try hoặc có một lượng Try không tương xứng với nhu cầu, Operon Try hoạt động bình thường, Try được tổng hợp, còn trong môi trường nuôi cấy có nhiều Try thì Try gắn vào repressor làm thay đổi cấu hình repressor, lúc này repressor lại gắn vào operator, vị trí này gối lên promotor và sự gắn của repressor ngăn cản sự gắn của RNA polymerase 5 gen cấu trúc không hoạt động để sao chép ra các m-RNA mã hoá cho các Enzyme tổng hợp Try (hình 8.27). Ngoài hai cơ chế trên còn có cơ chế làm suy yếu sự sao chép và cơ chế SOS (cấp cứu ngừng ngay sự sao chép). Hình 8.27. Cơ chế điều hoà tổng hợp tryptophan ở E.Coli. 8.4.2. Protein điều hoà. Các protein điều hoà có các tính chất sau: Có khả năng cố định trên DNA ở gần gen cấu trúc. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 274 http://www.ebook.edu.vn
Có khả năng ngăn chặn hoặc hoạt hoá sự sao chép của các gen cấu trúc bằng cách thay đổi hoạt động của RNA polymerase. Có thể trả lời những tín hiệu xuất phát từ ngoài hoặc trong tế bào. Nhờ đó mà các operon không hoạt động hoặc hoạt động sao chép ra các m-RNA. Có nhiều dạng cấu trúc của protein điều hoà. 8.4.3. Điều hoà hoạt động gen ở tế bào có nhân. Ở các tế bào có nhân cũng như tế bào không nhân, sự mở đầu sao chép từ một điểm điều hoà hoạt động của gen. Ở các tế bào có nhân thường điều hoà bằng cách tăng cường hoạt động. Trước hết, sự hoạt động sao chép là kết hợp giữa nhiều sự thay đổi trong cấu trúc của chromatin (chất nhiễm sắc) trong vùng sao chép. Thứ hai là thông qua những yếu tố điều hoà dương và âm đã biết. Thường thì điều hoà dương chiếm ưu thế. Và thứ ba là có sự khác biệt về mặt vật chất giữa quá trình sao chép xảy ra trong nhân tế bào với quá trình phiên dịch xảy ra ở bào tương. Một protein điều hoà có thể tác động lên nhiều gen và mỗi gen lại có thể chịu ảnh hưỏng của nhiều protein điều hoà. Các protein điều hoà nhận biết chính xác DNA và cố định vào DNA nhờ các dạng cấu trúc đặc biệt của nó tạo thành các vùng cố định. Tại đó các protein điều hoà sẽ liên kết với các vị trí tương ứng trên DNA bằng những liên kết yếu như liên kết Hydrogen, lực ValderVal... Trong các vùng tác động, chính vùng này hoạt hoá RNA polymerase. 9. Sự hoàn thiện phân tử protein sau khi đươc tổng hợp. Một số protein sau khi ra khỏi Ribosome đã có hoạt tính. Tuy nhiên, nhiều protein lại cần sự biến đổi sau phiên dịch. Những biến đổi này là kết quả của sự hoạt hoá để trở thành dạng có chức năng trong thành phần của các bào quan trong tế bào. Chúng ta cũng đã thấy rằng cấu trúc bậc một của protein đã được xác định ngay từ giai đoạn sao chép (giai đoạn tổng hợp các RNA thông tin). Cấu trúc ấy của protein đáp ứng như một cơ chất chịu tác động của các enzyme chuyển hoá, hoặc điều khiển đến các bào quan của tế bào như tế bào chất, ty lạp thể, nhân hoặc bài tiết ra ngoài tế bào. Đối với các protein tế bào chất thì đơn giản vì chính ở đó chúng được tổng hợp. Còn với các protein khác chúng thường biến đổi theo cách cắt ngắn và được vận chuyển tới các vị trí riêng trong tế bào. Sự vận chuyển này liên quan tới một protein định hướng. Yếu tố quan trọng nhất của sự định hướng là một đoạn ngăn trật tự sắp xếp của các acid amin cuối N của chuỗi polypeptide mới được tổng hợp được gọi là trật tự tín hiệu (TTTH) (hình 8.28). Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 275 http://www.ebook.edu.vn
Chức năng của TTTH đã được David Sabatini và Gunter Blobel giới thiệu từ năm 1970. TTTH có tác dụng chỉ đạo protein đến đúng vị trí trong tế bào và được rời khỏi trong quá trình vận chuyển hoặc khi protein đã đến nơi dự định. 10. Sự biến đổi của một số protein xuất ngoại. Protein dành cho xuất ngoại được tổngn hợp trên ribosome màng lưới nội chất có hạt. Sự tổng hợp của chúng bắt đầu trên ribosome bào tương tự do. Các giai đoạn của sự tổng hợp diễn ra theo cách thông thường. Protein bài tiết có chứa một đoạn TTTH. Đoạn TTTH được hình thành ở lưới nội bào ER. Nó đánh dấu sự chuyển vị trí vào phần lumen (khoang) của ER. Các TTTH được sắp xếp luôn luôn ở gần đầu cuối N của protein. Trong quá trình tổng hợp, đoạn đó thoát khỏi Ribosome sớm hơn. Có khoảng hơn 100 đoạn TTTH đã được xác định. Đoạn TTTH thường có chiều dài khoảng 15-36 acid amin, trên đó có các đoạn đặc trưng khoảng 10-15 acid amin kỵ nước, một hoặc nhiều hơn acid amin tích điện dương thường ở gần đầu cuối N đứng trước các acid amin kỵ nước và một đoạn ngắn về phía đầu cuối C (vị trí cắt) là các acid amin ngắn như Gly, Ala (hình 8.29 a,b). Hình 8.29 a. Tổng hợp và bài xuất protein tiết Hình 8.29 b. Tổng hợp protein màng sinh chất Đoạn TTTH được tổng hợp trên Ribosome gắn vào ER. TTTH là công cụ trong việc định hướng Ribosome vào ER. TTTH xuất hiện sớm trong quá trình tổng hợp vì nó ở gần đầu cuối N. Khi TTTH thoát khỏi Ribosome thì TTTH và Ribosome tự nó nhanh chóng gắn với dấu hiệu nhận biết phân tử –Signal recognidion particle (SRP). SRP được tạo thành do 6 protein khác nhau và phân tử RNA 7S. SRP chỉ gắn tạm thời trong quá trình tổng hợp protein. Khi peptide có khoảng 70 acid amin thì ngừng gắn. SRP cũng gắn với Ribosome. Toàn bộ phức hợp này được gắn với Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 276 http://www.ebook.edu.vn
Receptor. SRP và Receptor Ribosome trên bề mặt của ER. Chuỗi polypeptide mới sinh được giao cho phức hợp chuyển vị trí peptide trên ER. SRP rời khỏi Ribosome và tiếp tục một chu kỳ mới. Phức hợp chuyển vị trí nuôi dưỡng cho chuỗi polypeptide phát triển kéo dài trong lumen của ER.TTTH bị tách rời bởi enzyme thuỷ phân tín hiệu ở trong lumen của ER. Ở trong lumen, protein mới sẽ biến đổi theo các con đường riêng: Tạo thành các liên kết disulfide cũng như nhiều protein sẽ glucid hoá (hình 8.30). Hình 8.30. Đưa protein màng đã chuyển hoá vào màng lưới nội chất. (a)protein màng có thể cắt bỏ đuôi tín hiệu cuối N và đuôi Stop- transfer; (b) protein màng type II đuôi tín hiệu cuối N không được loại bỏ; (c) protein màng type III có đuôi tín hiệu multiple và Stop- transfer. 11. Sự Glucid hoá của protein. Quá trình này xảy ra trong lưới nội bào và trong phức hợp Golgi. Sự glucid hoá này quan trọng vì 2 lý do: Thứ nhất nó làm thay đổi hoạt tính sinh học, thay đổi tính hoà tan, tính ổn định và tính chất vật lý của protein. Thứ hai chính nhóm carbohydrate của glucoprotein cũng có tác dụng như một dấu hiệu nhận biết vị trí mà protein đó định vị. Sự glucid hoá không phụ thuộc vào bộ ba mã di truyền. Vị trí glucid hoá phụ thuộc vào những acid amin thích hợp trên phân tử protein và đặc tính của enzyme với cơ chất được glucid hoá. Sự glucid hoá protein có nhiều loại glycosyltraspherase tham gia (khoảng trên 100). Trong protein được glucid hoá các oligosaccharide thường được liên kết với protein thông qua Asn. Các liên kết N- oligosaccharide được hình thành bằng nhiều cách, nhưng có chung bước đầu tiên: 14 đơn vị oligosaccharide bao gồm 2 phân tử N- acetyl glucosamine, 9 manose, 3 glucose được vận chuyển từ dolichol phosphate mang đến từng phân tử Asn trên protein. oligosaccharide được gắn vào nhóm phosphate của phân tử dolichol phosphate bằng cách gắn lần lượt, gắn từng monosaccharide. Thể oligosaccharide hoàn thiện nhờ hệ thống enzyme transferase vận chuyển từ dolichol phosphate sang protein. Các transferase nằm trên mặt lumen của Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 277 http://www.ebook.edu.vn
ER và chúng không xúc tác quá trình glucid hoá các protein của bào tương. Sau khi vận chuyển vào trong lumen thể oligosaccharide được sắp xếp và tiếp tục biến đổi bằng các con đường khác nhau với các protein khác nhau, nhưng tất cả những liên kết N- oligosaccharide vẫn được duy trì (hình 8.31, 8.32). Hình 8.31. Tổng hợp oligosacchoride gắn N trên chất mang dolichol phosphte ở màng RER. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 278 http://www.ebook.edu.vn
Hình 8.32. Chuyển Oligosaccharide tới protein và các quá trình xa hơn xảy ra trên RER và Golgi. Protein rời khỏi ER đến phức hợp Golgi trong các nang chuyên chở. Trên phức hợp Golgi, các liên kết O-oligosaccharide được hình thành và liên kết N- oligosaccharide được biến đổi. Bằng những cơ chế này các protein biến đổi phù hợp để cuối cùng giữ đúng như dự định. Trong phức hợp Golgi, các protein được chuyển ra cho các tế bào bên ngoài qua màng bào tương hoặc lysosome. Hai cách vận chuyển khác nhau này được phân biệt trên đặc điểm cấu trúc không gian ba chiều của protein, khác với TTTH đã được tách rời trong lumen của ER. Quá trình phân biệt protein được biết rõ ràng đối với Hydrolase, protein vận chuyển đến lysosome. Cấu trúc ba chiều của Hydrolase đôi khi được gọi là dấu hiệu ghép nối, được nhận biết bởi Phosphotransferase, enzyme xúc tác sự phosphoryl hoá một vài mannose trong enzyme của oligosaccharide . Sự có mặt của một hoặc nhiều mannose –6- phosphate trong liên kết N- oligosaccharide là dấu hiệu cấu trúc chính nó hướng protein đến lysosome. Receptor protein trên màng của phức hợp golgi nhận biết dấu hiệu mannose –6- phosphate này và gắn với hydrolase tạo thành phức Receptor –hydrolase.Những nang chứa phức hợp Receptor –hydrolase chuyển từ Cis sang Trans của phức hợp Golgi, bằng con đường đó đến nang phù hợp.Tại đây phức hợp Receptor – hydrolase bị tách rời do pH thấp trong các nang và bởi sự tách rời nhóm phosphate của mannose –6- phosphate dưới tác dụng của phosphatease. Receptor quay trở lại phức hợp Golgi và nang chứa hydrolase từ nang tương ứng vào lysosome. Như vậy đối với hydrolase liên kết N- oligosaccharide đóng vai trò chìa khoá trong việc định hướng enzyme này tới lysosome (hình 8.33). Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 279 http://www.ebook.edu.vn
Hình 8.33. Tổng hợp và định hướng protein Lysosome 12. Các protein đi vào ty lạp thể. Các protein được tổng hợp trong bào tương trên các ribosome tự do, sau đó được chuyển vào ty lạp thể. Các protein mới được tổng hợp được coi như một tiền thân, có phân tử lớn. TTTH ở cuối N cung cấp dấu hiệu cho protein đến ty lạp thể thì chưa được xác định hoàn toàn, nhưng nó giầu acid amin có nhóm OH và thường thiếu các acid amin có tính acid. TTTH này được nhận biết bởi Receptor của ty lạp thể có khả năng nhờ sự giúp đõ của yếu tố nhập khẩu (import factor). Các protein được chuyển vị trí qua cả hai màng vào trong Matrix (chất nền), sau đó các protein rời khỏi TTTH nhưng trật tự các acid amin còn lại không thay đổi. Một ví dụ protein đi vào ty lạp thể theo kiểu này là Cytocrom b2. Còn Cytocrom C thì lại khác, nó không được tổng hợp dưới dạng một tiền thân có phân tử lớn, nhưng lại có TTTH nằm trong cấu trúc của Cytocrom C. Phần apoprotein này nằm gần mặt ngoài của màng và đi vào phần giữa hai màng. Liên kết đồng hoá trị với Hem và sự thay đổi cấu trúc làm cho nó không quay trở lại bào tương (hình 8.34). Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 280 http://www.ebook.edu.vn
Hình 8.34. Chuyển protein tới chất nền của ty thể 13. Các protein nhân tế bào. Nhân tế bào nhận nhiều protein để cấu tạo riêng cho nhân và cho các quá trình sao chép DNA. Ở màng nhân có các lỗ cho phép các protein phân tử nhỏ đi qua. Các protein đều có đoạn TTTH đặc biệt định hướng protein vào trong nhân tế bào. Đoạn TTTH này rất giầu lysine và Arginine. Các Histon và Nucleosome được điều hoà bởi một protein gọi là Nucleoplasmine. Các protein khác có thể được giữ lại trong nhân bởi sự tạo thành những phức hợp trong các bào quan. Đoạn TTTH định hướng cho protein đến nhận, ví dụ trật tự các acid amin (-Pro-Lys-Lys-Arg –Lys –Val-) nằm trong cấu tạo phân tử không bị tách rời. Dấu hiệu này cho phép protein như DNA polymerase, RNA polymerase vào trong nhân nhanh chóng qua các lỗ của nhân. Câu 1: Đặc điểm trao đổi protit ở động vật cao đẳng? Câu 2: Sự tiêu hoá và hấp thu protit ở động vật? Câu 3: Hãy kể một số enzym tiêu hoá protit ở động vật? Câu 4: Phản ứng khử amin (-NH2)? ý nghĩa của phản ứng này? Câu 5: Phản ứng chuyển nhóm amin (-NH2) trong axít amin? Vai trò của phản ứng này đối với sự sống của sinh vật? Câu 6: Phản ứng khử nhóm carboxyl (-COOH) trong axít amin? Nêu vai trò của phản ứng này? Câu 7: Vòng Ornitin và vai trò sinh học của nó? Câu 8: Trình bày quá trình hoạt hoá và tạo phức hợp khởi đầu trong quá trình tổng hợp protit theo khuân mẫu? Câu 9: Trình bày quá trình kéo dài chuỗi peptit và kết thúc trong sự tổng hợp protit theo khuân mẫu? Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 281 http://www.ebook.edu.vn
CHƯƠNG IX MIỄN DỊCH HỌC Sự sống trên trái đất phát triển theo quy luật "cạnh tranh", đây cũng là động lực của quy luật tiến hoá, cho nên tất cả mọi cơ thể đều bị tấn công liên tục bởi cơ thể khác. Để đáp ứng lại các xâm nhập, cơ thể động vật đã phát triển nhiều chiến thuật bảo vệ khác nhau. Các vi sinh vật và vi rút khi vào được bên trong cơ thể đã gây ra nhiều bệnh cho cơ thể. Cơ thể động vật đã trải qua sự tiến hoá cách thức bảo vệ phức tạp của mình mà chúng ta hiểu đó là hệ thống miễn dịch. Miễn dịch theo tiếng Latinh là immunis có nghĩa là được miễn (ví dụ miễn dịch đối với các bệnh đậu mùa, sởi... khi đã trải qua mắc lần đầu hay đã được tiêm phòng vaccin). Các mầm bệnh (Pathogen) trước hết vi phạm hàng rào vật lý là da và màng nhầy, ở đây, nó được phân biệt là vật xâm nhập từ bên ngoài và nó sẽ bị tiêu diệt. Trong phạm vi chương này chúng ta sẽ bàn về hệ thống miễn dịch và sự nhận diện các vật xâm nhập từ bên ngoài vào cũng như sự phân biệt chúng với các thành phần bình thường của cơ thể, rồi tiêu diệt nó như thế nào. Hệ thống miễn dịch và hệ thống thần kinh của động vật có xương sống luôn luôn phát triển tương xứng với nhau. 1. Hệ thống miễn dịch của cơ thể (các dạng đáp ứng miễn dịch). Có 2 hệ thống miễn dịch, đó là hệ thống miễn dịch tế bào và hệ thống miễn dịch dịch thể. Miễn dịch tế bào (Cellular Immunity) là sự chống lại các tế bào đã bị thâm nhiễm Virus, ký sinh trùng, các mô lạ thông qua tác động trung gian của các tế bào lymphocyte. Miễn dịch thể dịch (Humoral Immunity) Humor là thuật ngữ cổ của thể dịch (Fluid), nó có hiệu ứng nhất trong việc chống lại sự thâm nhiễm của vi khuẩn và Virus, nó được tác động trung gian bởi rất nhiều dẫn xuất chọn lọc của các protein có liên quan được hiểu là kháng thể hay là các globulin miễn dịch (Immunoglobulin - Ig). Các kháng thể được tạo ra từ các tế bào B, ở động vật có vú, các tế bào này đã được chín (mature) ở trong tuỷ xương. 1.1. Hệ thống miễn dịch tế bào (Cellular Immunity). Đây là cách chống lại các tế bào, vật lạ xâm nhiễm vào cơ thể như vi rút, vi khuẩn... thông qua bản thân tế bào có khả năng gây miễn dịch đặc hiệu, nghĩa là tế bào kết hợp với những kháng nguyên tương ứng được gắn trên một tế bào khác. Tính miễn dịch của động vật có xương sống là do những dạng xác định của tế bào máu chọn lọc đó là các lymphocyte. Chúng được sinh ra như tất cả các tế bào máu bắt nguồn từ các tế bào tiền thân thông thường (tế bào nguồn) ở tuỷ xương. Tuy nhiên các tế bào lymphocyte khác hẳn với các tế bào hồng cầu, nó có thể rời khỏi dòng máu đi vào khoảng không nội bào nơi có các tác nhân bên ngoài xâm nhập, đồng thời chúng có thể quay trở lại mạch huyết quản. Có 2 loại lymphocyte: lymphocyte T và lymphocyte B 1.1.1. Lymphocyte T. Lymphocyte T được sinh ra ở tuỷ xương, di chuyển về tuyến ức (thymus) và thành thục ở đây, sau đó vào máu, một ít vào hạch lâm ba. Lymphocyte T thành thục chưa có khả năng miễn dịch, sau khi được kháng nguyên kích thích, nó được hoạt hoá trở thành tế bào lymphocyte T mẹ, đi vào lách hoặc hạch lâm ba, ở đây chúng tăng sinh trở thành lymphocyte T có khả năng miễn dịch rất mạnh. Về chức năng, người ta chia lymphocyte T ra thành mấy loại sau: Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 282 http://www.ebook.edu.vn
Tế bào lymphocyte T hiệu ứng (effetor T, ký hiệu là Te hay còn gọi là lymphocyte giết- Killer T (Tk): chúng có tác dụng trực tiếp tham gia miễn dịch tế bào, có khả năng phá huỷ, phân giải vật lạ, tế bào ung thư. Tế bào lymphocyte T hỗ trợ (Helper T Cell ký hiệu TH ): có tác dụng hiệp đồng với bạch cầu đơn nhân lớn, xúc tiến hoạt hoá tế bào lymphocyte B. Tế bào lymphocyte T ức chế (Suppesor T ký hiệu TS): có vai trò ức chế và hoạt hoá tế bào lymphocyte B và các tế bào T khác, tham gia điều hoà miễn dịch. Tế bào lymphocyte T nhớ (Memory T ký hiệu Tm): có đời sống dài, nên khi gặp kháng nguyên mà nó đã tiếp xúc thì tăng sinh và đáp ứng miễn dịch mạnh. Lymphocyte T có quan hệ mật thiết với bạch cầu đơn nhân. Bạch cầu đơn nhân thực bào kháng nguyên, phân giải kháng nguyên và tiết vào máu những mảnh phân tử miễn dịch, gây kích hoạt tế bào lymphocyte T. Đôi lúc kháng nguyên (KN) kết hợp kháng thể (KT) ngay trên bề mặt tế bào đơn nhân lớn, sau đó tiếp xúc với tế bào lymphocyte T, truyền thông tin miễn dịch cho tế bào lymphocyte T. Người ta đã phát hiện ở lymphocyte T hỗ trợ và lymphocyte T ức chế một số chất có tác dụng đối với lymphocyte như: TSF(Thymus stimuleative factor): Yếu tố kích thích tế bào tuyến ức. TcGF(T cell growth factor): Yếu tố sinh trưởng tế bào T. Về sau người ta đặt tên cho những yếu tố này là interlukin-II (iL-2). Những chất này có tác dụng làm tăng sinh sản tế bào T, iL-2 có tác dụng hoạt hoá tế bào B, tế bào T. 1.1.2. Lymphocyte B. Lymphocyte B được sinh ra ở tuỷ xương, thành thục ở đây hoặc ở túi huyệt (Bursa Fabricius) của gia cầm. Chức năng chính của các lymphocyte B là sinh ra các kháng thể dưới sự kích thích của lymphocyte T. Có một số đại thực bào (tế bào dạng bạch tuộc ở lách và hạch lympho, tế bào Langerhans ở dưới da, tế bào Kuffer ở gan) làm nhiệm vụ bẫy và tập trung KN. Phần lớn các KN đều bị các đại thực bào bắt và xử lý, sau khi xử lý các KN, đại thực bào có nhiệm vụ trình diện các KN cho lymphocyte T. Sự đáp ứng miễn dịch tế bào được hình thành do sự có mặt của các phân tử lạ, các protein và acid nucleic mà chúng ta hiểu là kháng nguyên (antigen). Quá trình này xảy ra thông qua một sery phức tạp của các tương tác trung gian giữa các dạng tế bào T với các tế bào B gắn đặc hiệu một kháng nguyên (hình 9.1). Đáp ứng miễn dịch tế bào dẫn đến sự huỷ hoại các tế bào "phạm tội". Nó được bắt đầu khi một đại thực bào(macrophage) (1a, 1b) xử lý một kháng nguyên lạ, khi đã được tiêu hoá một phần đai thực bào phơi bày các mẫu kháng nguyên trên bề mặt của nó (3a, 3b). Người ta cho rằng ở đó các mẫu kháng nguyên được gắn với một trong hai dạng protein bề mặt tế bào, đó là phức hợp hoà hợp tổ chức chính - Major Histocompatibility Complex (MHC) (được gọi như thế vì chúng được phiên mã từ một dẫy gen MHC). MHC rất đa dạng (có nhiều allele). Các cá thể phân biệt với nhau bởi protein MHC. Vì thế MHC là các marker của các cá thể. Protein MHC lớp I có mặt trên bề mặt của tất cả các tế bào có nhân của động vật có xương sống. Đại thực bào (Macrophage) có protein MHC lớp I được nhận biết bởi các Receptor của tế bào T (T Cell Receptor), các Receptor này có trên bề mặt của các tế bào Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 283 http://www.ebook.edu.vn
Hình 9.1. Các con đường Đáp ứng miễn dịch (Marrack và Kappler 1086) T gây độc chưa chín (Immature Cytotoxic T Cell). Để gắn với Macrophage đã phơi bày kháng nguyên trên bề mặt, các Receptor này phải tạo được phức đặc biệt giữa kháng nguyên với Protein MHC lớp I (4a). Dĩ nhiên không có một phân tử đơn lẻ nào lại có thể làm được việc này. Cũng bằng cách tương Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 284 http://www.ebook.edu.vn
tự, các Macrophage có mang trên mình những mảnh kháng nguyên tạo phức với Protein MHC lớp II lại được gắn với các tế bào T giúp đỡ chưa chín (Immature Helper T cell - TH) có mang các Receptor cùng họ (Cognate Receptor) (4b). Chính vì hệ thống nhận biết phức tạp này trên bề mặt tế bào T đã tránh lãng phí cho hệ thống miễn dịch tế bào không tác động trên các đích không phải là tế bào (hình 9.1). Các tế bào T gắn với phức Macrophage đã phơi bày kháng nguyên và Protein MHC sẽ tạo cảm ứng dây truyền, một quá trình được hiểu là sự lựa chọn dòng (Clonal selection) lần đầu tiên Niel Kaj Jerne, Macfarlane Burnet, Joshua Lederberg và David Talmadge đã mô tả vào những năm 1950. Kết quả là chỉ những tế bào T nhận dạng đặc hiệu các kháng nguyên xâm nhập thì mới được sản xuất với số lượng lớn. Sự lựa chọn dòng xảy ra là do một macrophage khi gắn với một tế bào T sẽ giải phóng ra một yếu tố có tên là Interleukin (5a, 5b) nó kích thích đặc hiệu các tế bào T làm tăng sinh và biệt hoá (6a, 6b). Quá trình này cũng được kích thích bởi một chất tự tiết (autostimulatory secretion) của tế bào T gọi là Interleukin 2 (hình 9.1). Chỉ có các tế bào T tạo ra được Receptor với Interleukin 2 thì mới gắn được với Macrophage (7a, 7b) vì vậy nó tránh được sự tăng sinh không hạn chế của tế bào T. Tuy nhiên, một số lượng lớn các tế bào T độc tế bào đã chín (8a) thì các Receptor của chúng lại là đích đặc hiệu cho các tế bào túc chủ phơi bày cả kháng nguyên lạ và cả protein MHC lớp I, điều này được xảy ra sau vài ngày khi kháng nguyên xâm nhập lần thứ nhất. Các tế bào T gây độc tế bào hay còn gọi là các tế bào T giết (Killer T): Chúng gắn với các tế bào túc chủ mang kháng nguyên (9) và ở thời điểm tiếp xúc nó giải phóng ra một protein FO - KD gọi là Perforin nằm trên các tế bào đích (10) tạo nên các lỗ trên màng tương bào (hình 9.1). Chức năng chủ yếu của hệ thống miễn dịch tế bào là ngăn ngừa sự trải rộng của sự thâm nhiễm Virus bằng cách giết các tế bào túc chủ đã bị thâm nhiễm Virus (Các protein bao lấy Virus thường được phơi bày trên bề mặt của một tế bào động vật trong những giai đoạn muộn hơn của sự thâm nhiễm Virus). Miễn dịch tế bào cũng có tác dụng chống lại sự thâm nhiễm của nấm, ký sinh trùng và những dạng ung thư xác định. Nhưng một thực tế là chức năng sống của hệ miễn dịch tế bào đã trở nên yếu kém hơn vì trong những năm gần đây có sự trải rộng của AIDS (Acquired Immuno Deficiency Syndrome: triệu chứng thiếu hụt miễn dịch mắc phải) mà tác nhân gây nên là HIV (Human Immunodeficiency Virus: Virus gây thiếu hụt miễn dịch cho người), Virus này đã tác động bằng cách tấn công đặc hiệu vào Helper T Cell. Hệ thống miễn dịch tế bào cũng gặp nhiều khó khăn với các thuốc hiện đại không có trong tự nhiên chẳng hạn thuốc tránh sự loại trừ mô và các tổ chức ghép từ các donor bên ngoài. Những tổ chức ghép được nhận biết như một chất lạ vì chúng có protein MHC khác với Protein MHC của túc chủ. Để khắc phục sự loại trừ mảnh ghép chỉ có cách là phát triển các thuốc kìm hãm miễn dịch (Immunosuppressant) như Cyclosporin A và FK506, những chất này chỉ kìm hãm đáp ứng miễn dịch nhưng không làm cho cơ thể mất sự bảo vệ trước các mầm bệnh khác. 1.2. Hệ thống miễn dịch thể dịch (Humoral Immunity). Miễn dịch thể dịch là cách miễn dịch do các tế bào miễn dịch tiết kháng thể vào máu. Những kháng thể này sẽ kết hợp với kháng nguyên tương ứng. Đây là cách miễn dịch có hiệu ứng nhất trong việc chống lại sự xâm nhiễm của vi khuẩn, vi rút..., nó được tác động trung gian bởi rất nhiều dẫn xuất chọn lọc của các protein có liên quan được hiểu là các kháng thể hoặc các globulin miễn dịch (Immunoglobulin - Ig), các kháng thể này thường là do tế bào lymphocyte B sản sinh ra trước sự kích thích của helper T cell. Các tế bào B có cả Immunoglobulin cũng như protein MHC lớp II (4c) trên bề mặt của chúng. Nếu một tế bào B chạm trán với một kháng nguyên gắn vào một Immunoglobulin đặc biệt của nó thì sẽ tạo một phức (12) và kháng nguyên được tiêu hoá một phần (13) để lộ các đoạn (fragment) trên bề mặt của phức hợp với protein MHC lớp II (14). Các tế bào T giúp đỡ đã chín (8b) có mang các Receptor đặc hiệu với phức hợp này sẽ gắn vào tế bào B (15) và khi đáp ứng thì giải phóng các Interleukin kích thích sự tăng sinh và biệt hoá tế bào B (16). Sự phân chia tế bào còn tiếp tục cho đến Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 285 http://www.ebook.edu.vn
khi các tế bào B được kích thích bởi helper T Cell (17), các helper T Cell lại phụ thuộc vào sự có mặt liên tục của kháng nguyên (1b - 8b) (hình 9.1). Hình 9.2. Đáp ứng miễn dịch sơ cấp và thứ cấp Hầu hết hậu duệ của tế bào B là các tế bào plasma (18) các tế bào này chuyên hoá tiết ra một lượng lớn kháng thể đặc hiệu kháng nguyên. Kháng thể gắn với các kháng nguyên (19), vì thế có thể đánh dấu nó bằng sự phá huỷ theo kiểu Phagocytosis (được tiêu hoá bởi bạch cầu gọi là thực bào) hoặc theo kiểu hoạt hoá hệ thống bổ thể (một dẫy các protein tác động trung gian làm tan tế bào và gây các phản ứng viêm cục bộ). Các tế bào B và T thường chỉ sống vài ngày trừ phi nó được kích thích bởi kháng nguyên thích hợp. Tuy nhiên, sự tăng sinh của tế bào B lại bị giới hạn bởi các tương tác của chúng với T ức chế (Ts) - cũng là một hậu duệ của lympho T nhưng có chức năng đối nghịch với helper T Cell. Một nét rất đặc trưng của hệ miễn dịch là một sinh vật rất hiếm khi bị nhiễm 2 lần với cùng một mầm bệnh giống nhau hoàn toàn, điều đó có nghĩa là sự phục hồi sau sự thâm nhiễm của một mầm bệnh làm cho con vật miễn dịch với mầm bệnh đó. Cái được gọi là đáp ứng miễn dịch thứ cấp này được tác động trung gian bởi các tế bào T nhớ sống lâu hơn (11) và các tế bào B sống lâu (20) khi chạm trán lại với các kháng nguyên cùng họ, có thể 10 ngày sau thì nó tăng sinh rất nhanh và ồ ạt so với các tế bào T và B còn "trinh" (những tế bào chưa hề chạm trán với kháng nguyên) (hình 9.1 và 9.2). Đặc tính này của hệ miễn dịch đã được nhận ra ngay từ thời xa xưa. Một nhà sử học người Hy Lạp tên là Thucydides đã ghi chú trên 200 năm nay rằng: "Những người ốm khi được điều trị khỏi thì không bị mắc lại lần thứ 2 thứ bệnh đó". 1.3. Hệ thống Miễn dịch là hệ thống tự dung nạp. Hầu hết các đại phân tử sinh học đều có tính kháng nguyên. Vì thế để tránh sự huỷ hoại hệ thống miễn dịch, động vật phải phân biệt rõ giữa kháng nguyên của mình và kháng nguyên lạ. Quá Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 286 http://www.ebook.edu.vn