Cấu trúc Protein

Chương CẤU TRÚC & CHỨC NĂNG PROTEIN Mã di truyền Trình tự DNA đọc theo ba base sử dụng sợi antisense (khơng mã hóa) làm mạch khn điều khiển tổng hợp RNA Sợi đối diện sợi sense có trình tự giống RNA Một khung đọc (ORF) mRNA đánh dấu codon mở đầu Mã di truyền ba gồm có 64 codon; có 61 codon nhận biết tRNA mã hóa cho 20 loại amino acid phổ biến Mã di truyền có tính thối hóa phù hợp với “giả thuyết wobble” Francis Crick Tính phổ biến mã di truyền Ở số sinh vật bào quan, nghĩa codon thay đổi; vd Serine (CUG) Candida albicans, hay tryptophan (UGA) ty thể Sự dịch mã Mã di truyền Giả thuyết wobble Nghĩa thông thường & nghĩa khác mã ba Tính acid – base amino acid Cấu trúc protein – Cấu trúc bậc Protein gồm đơn vị amino acid; amino acid gồm nhóm amin (NH3+), nhóm carboxyl (COO-), nguyên tử H nhóm R gắn vào carbon trung tâm (α-carbon) Các amino acid khác nhóm R khác điện tích, tính kị nước phân cực Cấu trúc protein – Cấu trúc bậc Các amino acid nối với liên kết peptit cấu trúc bậc protein Trình tự ngắn amino acid = peptide Trình tự amino acid dài = polypeptide Liên kết peptit dạng liên kết đôi; quay tự diễn α-carbon đơn vị peptit chuỗi peptit mang tính linh động vững Cấu trúc protein – Cấu trúc bậc Cấu trúc bậc protein gồm hai thành phần, phần “xương sống” polypeptide giống tất protein Các nhóm phụ khác Nhóm NH2 tự đầu bên trái (N-terminus); đầu bên phải nhóm carboxyl (C-terminus) 10 Cấu trúc protein – Cấu trúc bậc Protein dạng sợi Đặc điểm dạng sợi hay dạng que Họ protein collagen có chuỗi polypeptide dạng xoắn ba sợi (thành phần cấu trúc da, gân, xương) Các α-keratin dạng xoắn α Các dạng xoắn khác tiêu biểu sợi actin, thành phần cấu tạo khung tế bào 20 Cấu trúc protein – Cấu trúc bậc 21 Cấu trúc α-keratin Đây thành phần cấu trúc móng/guốc động vật có vú, móng,và tóc Cấu trúc protein – Cấu trúc bậc Protein màng lớp protein lớn thứ Đặc điểm khác biệt chủ yếu với protein hoà tan phụ thuộc vào phân bố aa kị nước Cấu trúc xoắn xuyên màng (7 lần) dạng protein màng phổ biến protein thụ thể G Chất điều hoà dẫn truyền qua màng (CFTR) có vùng chức xuyên màng tạo thành kênh ion chloride; hư hỏng protein dẫn đến bệnh xơ nang (cystic fibrosis) 22 Cấu trúc protein – Cấu trúc bậc Protein màng Trình tự bậc protein gấp lại tạo nên cấu trúc xoắn xuyên màng đặc trưng Thụ thể protein G, ATP synthase 23 Cấu trúc protein – Cấu trúc bậc Một protein chức gồm hay nhiều chuỗi polypeptide, tạo nên cấu trúc bậc Các tương tác tạo nên cấu trúc gồm: liên kết peptide, tương tác kị nước, tương tác điện tích liên kết hydro; diễn chuỗi polypeptide Khái niệm tiểu đơn vị (subunit) chuỗi polypeptide phức hợp Domain = vùng chức 24 25 Cấu trúc bậc hemoglobin Cấu trúc protein – Cấu trúc bậc Protein đa dạng kích thước dạng phức hợp, thể qua trọng lượng phân tử số lượng tiểu đơn vị đơn vị khối lượng phân tử - Da (Dalton) Các polypeptide điển hình có khối lượng khoảng 20 – 70 kDa Khối lượng phân tử trung bình aa 110 Protein có khối lượng phân tử 20 kDa thường gồm hai hay nhiều vùng chức (domain) Mỗi vùng chức hình thành trình tự aa liên tục 26 Dự đoán cấu trúc protein Cơ sở dự đốn: trình tự amino acid, lượng tự dạng cấu trúc Các phương pháp dự đốn cấu trúc cho vùng chức có kích thước nhỏ (< 85 aa), dự đốn số dạng cấu trúc α-helix trở nên đáng tin cậy Các phương pháp xác định cấu trúc: kỹ thuật tán xạ tia X (X-ray crystallography) kỹ thuật cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear magnetic resonance, NMR) giúp xác định nhóm trình tự aa có cấu trúc bậc Viện nghiên cứu sức khỏe quốc gia Mỹ (NIH) hoàn thành việc xác định cấu trúc 3-D 10.000 protein 10 năm 27 Chức protein – Chất xúc tác sinh học Hầu hết enzyme tế bào có dạng hình cầu Enzyme giúp giảm lượng hoạt hố phản ứng Cơ chất hình thành phức hợp chặt chẽ với enzyme vị trí hoạt động; chất thay đổi hình dạng để bắt đầu xúc tác Vị trí hoạt động thường mang aa với nhóm bên tham gia vào việc gắn chất xúc tác phản ứng Phức hợp enzyme-cơ chất thay đổi hình dạng để tạo điều kiện cho phản ứng xúc tác Phức hợp hoạt động enzyme-cơ chất trải qua chuỗi biến đổi hóa học, biến chất thành sản phẩm; sản phẩm tách khỏi enzyme 28 Năng lượng hoạt hóa (EA) có mặt enzyme thấp EA phản ứng không chất xúc tác Sự thay đổi lượng tự (ΔG) vị trí cân 29 không đổi Enzyme làm giảm lượng hoạt hóa Ở mơ hình cảm ứng (induced-fit model), enzyme thay đổi hình dạng gắn vào chất Vị trí hoạt động có hình dạng 30tương thích với chất sau chất gắn vào Điều hịa hoạt tính protein biến đổi sau dịch mã Các phức hợp protein hình thành sau dịch mã: Protein – lipid lipoprotein Protein – gốc carbonhydrate glycoprotein Protein – ion kim loại metalloprotein Sự biến đổi aa gồm: methyl hóa, acetyl hóa, ubiquitin hóa, phosphoryl hóa (enzyme kinase) … Các biến đổi sau dịch mã bao gồm chức cấu trúc điều hòa Sự phosphoryl hóa làm protein thay đổi hình dạng, hình thành/phân ly phức hợp 31 Điều hịa hoạt tính protein biến đổi sau dịch mã Điều hoà dị lập thể (allosteric regulation) Sự gắn vào protein ligand (thường phân tử có kích thước nhỏ - đường/aa) dẫn đến thay đổi cấu hình protein Sự hoạt hố kinase phụ thuộc cyclin (CDKs) ví dụ điển hình điều hoà sau dịch mã Hoạt động CDK điều khiển q trình phosporyl hố điều hồ dị lập thể thông qua tương tác enzyme protein điều hoà gọi cyclin 32 Việc gấp gấp sai protein Việc gấp protein bắt đầu trước ribosome hoàn thành dịch mã Các protein khác hồn thành q trình gấp sau tách khỏi ribosome (trong tế bào chất/ty thể/ER) Hầu hết protein cần phân tử protein khác (chaperon phân tử) để gấp điều kiện in vivo Các protein gấp sai thường bị phân giải Sự tích tụ protein gấp sai thường kèm với nhiều bệnh người (Alzheimer, Parkinson, Huntington, tiểu đường type 2, bệnh bò điên)(Allison , 2007) 33 Bệnh Protein gấp sai Đặc điểm vị trí tổn thương Alzheimer Amyloid β-protein Tau Parkinson Α-Synuclein Hungtinton Gia tăng polyglutamine vùng gen hungtingtin Tiểu đảo polypeptide amyloid (amylin) Mảng ngoại bào đám rối tế bào chất tế bào thần kinh tế bào chất tế bào thần kinh Nhân tế bào chất tế bào thần kinh Tiểu đường tuýp II Creuktzfeldt- Protein prion (PrpSc ) Jacob 34 Ngưng kết tuyến tụy Mảng ngoại bào đoạn oligo tế bào thần kinh