CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG, VÀ SINH TỔNG HỢP PROTEIN

CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG, VÀ SINH TỔNG HỢP PROTEIN TS.BS.Đỗ Thị Thanh Thủy NỘI DUNG BÀI GIẢNG CẤU TRÚC CỦA PROTEIN Bốn bậc cấu trúc protein Các liên kết phân tử protein CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN Mối liên quan cấu trúc chức protein SINH TỔNG HỢP PRTEIN Sinh tổng hợp protein Các biến đổi để tạo protein chức TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ mơn Hóa sinh, Đại học Y Dược TP HCM (2005), Hóa sinh Y học Nhà xuất Y học Bruce A (2002), Molecular biology of the cell 4nd Edition Garland Publishing, Inc., New York and London Branden C, Tooze J (1999), Introduction to Protein Structure, second edition Garland Publishing or C and Schimme P, Biophysical Chemistry: Part I: The Conformation of Biological Macromolecules,1st edition, W H Fre Gary Walsh, (2002), Proteins: Biotechnology and Biochemistry John Wiley and Sons Ltd MỤC TIÊU BÀI GIẢNG Nêu bốn bậc cấu trúc protein liên kết phân tử protein Nêu mối liên quan cấu trúc chức protein Mô tả bước trình sinh tổng hợp protein Và số biến đổi để tạo protein chức GENOMICS VÀ PROTEOMICS GENOME Bộ gen (hệ gen) GENOMICS Nghiên cứu gen (hệ gen) PROTEOME Bộ protein tế bào hay mô PROTEOMICS Nghiên cứu protein loài TỪ GENE ĐẾN PROTEIN CHỨC NĂNG BỘ PROTEIN NGƯỜI Rất phức tạp Ước tính >100.000 phân tử protein Do vị trí splicing khác Do biến đổi sau dịch mã Tin sinh học 02/2008: 48891 cấu trúc PDB 2011 66290 PDB Translation RNA DNA Protein Transcription and Splicing CẤU TRÚC CỦA PROTEIN Cấu trúc bậc I (Primary structure) Trình tự AA vị trí liên kết hóa trị (chủ yếu liên kết disulfit) chuỗi polypeptid Cấu trúc bậc II (Secondary structure) Biểu thị cấu trúc thông thường chuỗi polypeptid (gồm xoắn a, gấp b, xoắn hay vòng hình chữ U) Cấu trúc bậc III (Tertiary structure) Biểu thị cấu trúc ba chiều chuỗi polypeptid, tính ổn định cấu trúc nhờ liên kết yếu chuỗi Cấu trúc bậc IV (Quaternary structure) Protein có nhiều chuỗi polypeptid có cấu trúc bậc ba CẤU TRÚC PROTEIN Cấu trúc bậc I Cấu trúc bậc II Cấu trúc bậc IV Cấu trúc bậc III CẤU TRÚC PROTEIN helix-loop-helix motif gắn Calci HAIRPIN BETA SHEET motif Motifs: dạng cấu trúc bậc nhiều polypeptid 10 31 32 PROTEIN MISFOLDING DISEASES Amyotrophic lateral sclerosis SOD1 (Superoxide dismutase 1) gắn Cu Zn, phân hủy gốc superoxide tự Đột biến (>100) gây bệnh Amyotrophic lateral sclerosis gia đình (ALS, bệnh Lou Gehrig): Xơ cột bên teo nhà vật lý tiếng giới Stephen Hawking: xạ lỗ đen 33 PROTEIN MISFOLDING DISEASES Alzheimer’s Disease: Aβ protein Tích tụ protein liên quan mật thiết với gọi Abeta peptit, tạo thành mảng Amyloid bất thường nhóm mơ xơ sợi cuộn rối nằm bao xung quanh TB thần kinh, làm chết tế bào não hậu khả tái tạo tế bào thần kinh 34 PROTEIN MISFOLDING DISEASES Alzheimer’s Disease: Aβ protein  Mảng beta-amyloid tích tụ xung quanh bên ngồi tế bào thần kinh “Amyloid”: 1850s nhuộm bắt màu với iodine Thành phần protein An actual AD plaque  cuộn rối xơ sợi thần kinh phía bên tế bào thần kinh An actual AD tangle 35 PROTEIN MISFOLDING DISEASES Alzheimer’s Disease: Aβ protein Mảng β amyloid Amyloid precursor protein (APP) tiền chất mảng bám dạng bột 1 APP xuyên màng TB thần kinh Enzyme cắt APP thành đoạn, có đoạn gọi β Amyloid Các đoạn β Amyloid có khuynh hướng tạo thành cụm gọi mảng 36 PROTEIN MISFOLDING DISEASES Alzheimer’s Disease: Aβ protein Tau protein: Giữ hệ thống vi ống bền vững Trong AD, Tau protein bị thay đổi, tích tụ lại với tạo thành cuộn rối xơ sợi thần kinh 37 PROTEIN MISFOLDING DISEASES Mad Cow Disease - Prion Protein Stanley Ben Prusiner, 1997 Transmissable spongiform encephalopathies (TSEs), gồm bệnh bò điên (BSE) bệnh Creutzfeld Jakob (CJD) người Bệnh xảy protein tên PrPc PRION xoắn sai lệch (binh (Prion Protein cellular) thường thành phần màng TB TK) Khi xoắn sai, gọi infectious prion, gây hiệu ứng domino tới prion bình thường khác, truyền qua đường ăn uống PrPsc (Prion Protein scrapie) 38 Bề mặt não Bn CJD PROTEIN MISFOLDING DISEASES Mad Cow Disease - Prion Protein PrPsc PrPc (Prion Protein cellular) PrPsc (Prion Protein scrapie) Hiệu ứng domino prion (proteinaceous infectious particle) 39 BỆNH LÝ LIÊN QUAN ĐẾN PROTEIN TẠO HÌNH SAI Bệnh lý Protein Alzheimer Amyloid-β Parkinson α-Synuclein Diabetes type Amylin Amyotrophic lateral sclerosis Superoxide dismutase Haemodialysis-related amyloidosis β2-microglobulin Cystic fibrosis Cystic fibrosis transmembrane regulator Sickle cell anemia Hemoglobin Hungtington Huntingtin Creutzfeldt-Jakob Prion protein Amyloidosis 10 protein khác 40 BIẾN ĐỔI TẠO PROTEIN CHỨC NĂNG Sau tổng hợp đồng thời giải mã  Cắt bỏ hay nhiều đoạn peptid INSULIN Tổng hợp dạng PREPROINSULIN - Loại bỏ signal sequence (PRE) - Loại bỏ đoạn peptid (PRO) - Cầu disulphide nối đoạn peptide H2N- H2NH2NH2N- disulfide bonds ZYMOGEN 41 BIẾN ĐỔI TẠO PROTEIN CHỨC NĂNG  Biến đổi hóa trị: thường xảy sau giải mã Collagen: Proline  Hydroxyproline (cấu trúc bền) (hydroxylation) O Cần Vitamin C Thiếu Vitamin C  không Hydroxyproline C R  Scurvy R O C OH HN OH N H OH Prothrombin: Glutamate  gamma- Carboxy Glutamate O (carboxylation) Cần Vitamin K Thiếu vitamin K  RL đông máu O H2N CH C OH H2N CH C OH CH2 CH2 CH2 CH C O- O O C C O- O- 42 O BIẾN ĐỔI TẠO PROTEIN CHỨC NĂNG modification Phosphorylatio n Glycosylation Methylation Hydroxylation Sulfation Prenylation Palmitoylation Myristoylation Acetylation Sulfation Amidation Ubiquitylation Truncation target site Ser, Thr, Tyr Asn, Ser, Thr Arg, Lys, His, Glu Pro, Lys, Asn, Asp Tyr Cys Cys N-terminus Lys, N-terminus Tyr C-terminus Lys various cellular process signalling, activation protein activity prot repair, chemotaxis collagen structure protein-protein intera’n signalling membrane association membrane association gene expression protein-protein intera’n bioactive peptides degradation activation 43 NGHIÊN CỨU VỀ PROTEIN 44 NGHIÊN CỨU VỀ PROTEIN Gene → Protein → 3D Structure → Function 45 ... biến đổi để tạo protein chức TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ mơn Hóa sinh, Đại học Y Dược TP HCM (2005), Hóa sinh Y học Nhà xuất Y học Bruce A (2002), Molecular biology of the cell 4nd Edition Garland... NGƯỜI Rất phức tạp Ước tính >100.000 phân tử protein Do vị trí splicing khác Do biến đổi sau dịch mã Tin sinh học 02/2008: 48891 cấu trúc PDB 2011 66290 PDB Translation RNA DNA Protein Transcription... Electron Microscopy Nobel hóa học 2009: Venkatraman Ramakrishnan, Thomas A Steitz, Ada E Yonath Cấu trúc chức Ribosome Hiểu vấn đề STH protein 23 SỐ PHẬN CỦA PROTEIN SAU GIẢI MÃ ≈ 50% - AA đột biến