(Sáng kiến kinh nghiệm) chuyên đề thụ thể liên hợp protein g

MỤC LỤC Phần ĐẶT VẤN ĐỀ 1 Lý tiếp cận chuyên đề 1.2 Mục đích chuyên đề 1.3 Khái quát nội dung chuyên đề Phần NỘI DUNG 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA SỰ TRUYỀN TÍN HIỆU VÀ THỤ THỂ KẾT CẶP VỚI PROTEIN G 2.2.1 Quá trình truyền tín hiệu: Từ tín hiệu ngoại bào tới đáp ứng tế bào 2.2.1.1 Phân tử tín hiệu hoạt động gần xa 2.2.1.2 Liên kết phân tử tín hiệu hoạt hóa thụ thể tế bào đích 2.2.1.3 Protein kinase phosphatase đƣợc sử dụng hầu hết đƣờng tín hiệu 2.2.1.4 Protein gắn GTP thƣờng đƣợc sử dụng q trình truyền tín hiệu nhƣ cơng tắc bật/tắt 10 2.2.1.5 "Phân tử tín hiệu thứ cấp” nội bào dẫn truyền khuếch đại tín hiệu từ nhiều thụ thể 11 2.2.2 Nghiên cứu thụ thể bề mặt tế bào protein truyền tín hiệu 13 2.2.2.1 Hằng số phân ly số đo lực thụ thể với phối tử 13 2.2.2.2 Thí nghiệm liên kết đƣợc sử dụng để phát thụ thể xác định lực độ đặc hiệu chúng với phối tử 14 2.2.2.3 Đáp ứng cực đại tế bào với phân tử tín hiệu thƣờng khơng u cầu hoạt hóa tất thụ thể 15 2.2.2.4 Độ nhạy tế bào với tín hiệu ngoại bào đƣợc xác định số lƣợng thụ thể bề mặt lực chúng với phối tử 16 2.2.2.5 Thụ thể đƣợc tinh kỹ thuật lực 17 2.2.2.6 Sử dụng phản ứng kết tủa miễn dịch kỹ thuật lực để nghiên cứu hoạt động protein truyền tín hiệu 17 2.2.3 Thụ thể liên kết protein G 20 2.2.3.1 Cấu trúc chế 20 2.2.3.2 Thụ thể liên hợp protein G điều hòa kênh ion 25 2.2.3.2 Thụ thể acetylcholine tim kích hoạt protein G gây mở kênh K+ 25 2.2.3.4 Ánh sáng kích hoạt rhodopsin liên hợp protein G tế bào hình que mắt 26 2.2.4 Kích hoạt rhodopsin ánh sáng dẫn tới đóng kênh cation cổng cGMP 27 2.2.4.1 Khuếch đại tín hiệu làm đƣờng truyền tín hiệu rhodopsin cực nhạy 29 2.2.4.2 Tế bào hình que thích ứng với mức biến đổi ánh sáng môi trƣờng nhờ trao đổi arrestin transducin nội bào 31 2.2.5 Thụ thể liên hợp protein G hoạt hóa ức chế adenylyl cyclase 32 2.2.5.1 Adenylyl cyclase bị kích thích ức chế phức hợp thụ thể-phối tử khác 32 2.2.5.2 Các nghiên cứu cấu trúc thiết lập trình Gαs.GTP gắn vào hoạt as hóa adenylyl cyclase 32 2.2.5.3 Các nghiên cứu cấu trúc thiết lập trình GGTP gắn vào hoạt as hóa adenylyl cyclase 33 2.2.5.4 cAMP hoạt hóa protein kinase A nhờ giải phóng tiểu phần ức chế 34 2.2.5.5 Hoạt hóa protein kinase A nhờ hormone để điều hịa chuyển hóa glycogen 35 2.2.5.6 Hoạt hóa protein kinase A nhờ cAMP tạo nên nhiều đáp ứng đa dạng loại tế bào khác 36 2.2.5.7 Khuếch đại tín hiệu xảy đƣờng cAMP-protein kinase A 37 2.2.5.8 CREB nối CAMP protein kinase A với kích hoạt biểu gen 37 2.2.5.9 Protein neo tập trung tác động cAMP đến vùng đặc hiệu tế bào 38 2.2.5.10 Nhiều chế điều hịa giảm tín hiệu từ đƣờng GCPR/cAMP/ PKA 39 2.2.6 Các thụ thể liên hợp protein G làm tăng Ca2+ bào tƣơng 41 2.2.6.1 Phospholipase C bị kích hoạt hai phân tử tín hiệu thứ cấp từ lipit photphattadylinositol màng 41 2.2.6.2 Phức hợp Ca2+- camodulin làm trung gian cho nhiều đáp ứng tế bào trƣớc tín hiệu từ bên ngồi 43 2.2.6.3 Tín hiệu gây giãn trơn đƣợc trung gian đƣờng protein kinase G kích hoạt Ca2+ “ nitric oxide-cGMP 44 2.2.6.4 Tích hợp Ca2+ phân tử tín hiệu thứ cấp cAMP điều hòa ly giải glycogen 45 2.2.7 Các đƣờng truyền tín hiệu điều hịa biểu gen 47 2.2.7.1 Các thụ thể hoạt hóa protein kinase tyrosine 47 2.2.7.2 Con đƣờng Ras/MAP Kinase 48 2.2.7.3 Các đƣờng truyền tín hiệu phosphoinositide 49 2.2.7.4 Các thụ thể kinase serine hoạt hóa Smad 49 2.2.7.5 Các đƣờng truyền tín hiệu đƣợc điều khiển ubiquitin hóa: Wnt, Hedgehog, NF-KB 49 2.2.7.6 Các đáp ứng tích hợp tế bào với nhiều đƣờng truyền tín hiệu 50 2.2.8 Khái qt q trình truyền tín hiệu đáp ứng lại tín hiệu tế bào thực vật 50 2.2.8.1 Tiếp nhận tín hiệu 51 2.2.8.2 Truyền tín hiệu 51 2.2.8.3 Đáp ứng 51 2.2.9 Chết theo chƣơng trình tế bào (Apoptosis) 51 2.2.9.1 Chết theo chƣơng trình (apoptosis), 51 2.2.9.2 Con đƣờng chết theo chƣơng trình ngoại sinh 52 2.2.9.3 Con đƣờng chết theo chƣơng trình nội sinh 53 2.2 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP KHAI THÁC CHƢƠNG 11 - SÁCH BIOLOGY CAMPBELL 54 2.2.1 KHAI THÁC THEO CẤP ĐỘ NHẬN THỨC 54 2.1.2 CÂU HỎI TỰ LUẬN ĐỂ KIỂM TRA CÁC KHÁI NIỆM THEO CHƢƠNG 11 57 2.2.3 CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM VẬN DỤNG KIẾN THỨC CHƢƠNG 11 - Biology Campbell 58 2.3 HƢỚNG DẪN KHAI THÁC BÀI TẬP VẬN DỤNG KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 73 2.4 CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CÓ HƢỚNG DẪN 85 2.5 MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ SỰ TRUYỀN TIN Ở THỰC VẬT 107 Phần 3: KẾT LUẬN 109 3.1 Kết luận 109 3.2 Đề xuất 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 109 CHUYÊN ĐỀ “Truyền tín hiệu thụ thể liên hợp protein G” Phần ĐẶT VẤN ĐỀ 1 Lý tiếp cận chuyên đề Tế bào sống thám sát xung quanh tự điều chỉnh hoạt động nhƣ thành phần nội chúng cho phù hợp với môi trƣờng Chúng giao tiếp cách gửi có chọn lọc tín hiệu tới tế bào có khả cảm nhận xử lý Những tín hiệu nhƣ khơng phổ biến cá thể mà sinh vật Ví dụ, mùi lê truyền tín hiệu nguồn thức ăn tới động vật khác Ngƣợc lại, tiêu thụ lê động vật giúp phân phối hạt lê Đơi bên có lợi! Tế bào sử dụng loại tín hiệu gồm: hợp chất nhỏ đơn giản, khí, protein, ánh sáng, vận động học Tế bào có nhiều protein thụ thể dành cho việc phát xây dựng đƣờng truyền tín hiệu tế bào, từ tạo đáp ứng Tại thời điểm, tế bào cảm thụ số tín hiệu xung quanh phƣơng thức tế bào đáp ứng với tín hiệu thay đổi theo thời gian Trong số trƣờng hợp, tín hiệu truyền đến mồi tế bào đáp ứng với tín hiệu khác đến sau theo phƣơng thức định Môi trƣờng thay đổi (ví dụ, biến đổi nồng độ chất dinh dƣỡng cấp độ ánh sáng) tín hiệu từ tế bào khác thơng tin bên ngồi gửi đến cho tế bào xử lý Đáp ứng nhanh với tín hiệu nhƣ thƣờng thay đổi vị trí hay hoạt tính protein sẵn có Ví dụ, sau dùng bữa giàu carbohydrate glucose dổ vào dịng máu Tế bào B tuyến tụy cảm thụ nồng độ glucose tăng lên máu đáp ứng lại cách giải phóng hormone insulin mà chúng tích trữ vào máu Tín hiệu insulin lƣu thơng máu làm protein vận chuyển glucose tế bào chất tế bào mỡ hƣớng tới bề mặt tế bào Tại chúng hấp thu glucose Trong đó, tế bào gan hấp thụ mạnh glucose nhờ protein vận chuyển glucose khác Trong tế bào gan Cơ, insulin gắn với thụ thể bề mặt tế bào gây kích hoạt đƣờng tín hiệu nội bào Con đƣờng hoạt hóa enzyme cần thiết để tạo glucose polymer lớn gọi glycogen Những đáp ứng tế bào làm giảm nồng độ glucose máu glucose dƣ đƣợc tích trữ dƣới dạng glycogen Glycogen trở thành nguồn glucose khả dụng tế bào bạn bỏ ăn để vùi đầu ôn thi Khả gửi đáp ứng với tín hiệu quan trọng cho phát triển tế bào Nhiều tín hiệu phát triển quan trọng protein tiết tế bào đặc biệt tạo thời điểm vị trí định tiến trình phát triển sinh vật Thơng thƣờng, tế bào lúc nhận nhiều tín hiệu định phản ứng nhƣ Các đáp ứng biệt hóa thành loại mơ định, khuếch đại q trình, chết, gửi lại tín hiệu xác nhận di chuyển Chức gần nửa số protein ngƣời, giun tròn, nấm men, số sinh vật nhân chuẩn khác đƣợc dự đốn dựa phân tích trình tự hệ gene Những phân tích nhƣ cho thấy 1015% protein sinh vật nhân chuẩn đóng vai trị tín hiệu tiết ngoại bào, thụ tín hiệu, protein truyền tín hiệu nội Những protein truyền tín hiệu qua hàng loạt bƣớc để cuối tạo đáp ứng đặc hiệu tế bào (ví dụ tăng tổng hợp glycogen) Có thể thấy rõ tín hiệu truyền tín hiệu hoạt động tế bào trọng tâm sinh học tế bào Với khối chuyên sinh trƣờng THPT Chuyên, sách Sinh học (Campbell & Reece) không cịn xa lạ, chí cịn trở thành “thƣơng hiệu” đội tuyển Chƣơng 11, tác giả đề cập đến “thông tin tế bào” cách đầy đủ theo tiến trình từ tế bào tiếp nhận tìn hiệu, sau truyền tín hiệu cuối đáp ứng tế bào đích Nội dung cuối chƣơng đề cập đến cách thức đƣợc lập trình cách nghiêm ngặt cho tế bào chết Nhƣ vậy, theo cách tiếp cận dƣờng nhƣ nội dung chuyên đề chi tiết, đầy đủ rõ ràng Bản thân cá nhân tơi thấy chun đề khó cịn nhiều bí ẩn mà thân chƣa biết rõ, cách tiếp cận chuyên đề có nhiều cách Hơn nữa, khai thác kiến thức chuyên đề khai thác nhiều cấp độ khác (từ phân tử → tế bào → cá thể), khai thác kết nối với tiến hóa… Để hiểu rõ chuyên đề giúp học sinh đội tuyển có thêm nguồn tài liệu rèn cách khai thác kiến thức lựa chọn cách tiếp cận chuyên đề góc độ “Truyền tín hiệu thụ thể liên kết protein G” 1.2 Mục đích chuyên đề - Biên soạn chuyên đề để nâng cao hiệu tự học cá nhân, cung cấp thêm nguồn tài liệu cho học sinh đội tuyển - Rèn luyện khả tự học, tự đọc tài liệu khai thác kiến thức 1.3 Khái quát nội dung chuyên đề * Về sở lý thuyết - Phần đầu chuyên đề nội dung lý thuyết liên quan đến q trình truyền tín hiệu (từ ngoại bào đến đáp ứng tế bào); - Tiếp theo nghiên cứu sâu thụ thể bề mặt protein truyền tín hiệu; cấu trúc, chế thụ thể liên hợp protein G tác động thụ thể liên hợp - Trong chuyên đề đề cập nét khái quát đƣờng truyền tín hiệu điều khiển biểu gen; khái quát truyền tín hiệu thực vật; chết theo chƣơng trình tế bào * Về câu hỏi tập - Giới thiệu câu hỏi tập khai thác từ chƣơng 11 Sinh học (Campbell & Reece) - Giới thiệu hƣớng dẫn học sinh khai thác kiến thức liên quan đến nội dung lý thuyết chuyên đề viết phần đầu (với cách hƣớng dẫn gồm bƣớc: Trọng tâm kiến thức cần khai thác  Phân tích sở khoa học liên quan  trả lời câu hỏi) - Giới thiệu câu hỏi tập truyền tín hiệu thực vật; câu hỏi tập gặp kỳ thi, hội thi… Phần NỘI DUNG 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA SỰ TRUYỀN TÍN HIỆU VÀ THỤ THỂ KẾT CẶP VỚI PROTEIN G Khơng có tế bào sống trạng thái tách biệt Trao đổi thơng tin đặc tính tế bào hình thành phát triển chức sinh vật sống Thậm chí sinh vật đơn bào nhƣ nấm men, nấm nhầy động vật nguyên sinh giao tiếp thơng qua tín hiệu ngoại bào: phân tử tiết gọi pheromone điều phối quần tụ tế bào sống tự cho giao phối hữu tính biệt hóa dƣới điều kiện môi trƣờng định Ở thực vật động vật, quan trọng hormone phân tử tín hiệu ngoại bào khác hoạt động bên thể sinh vật để kiểm soát loạt trình, bao gồm trao đổi chất đƣờng, chất béo axit amin; sinh trƣởng biệt hóa mơ; tổng hợp tiết protein; cấu thành dịch nội ngoại bào Nhiều loại tế bào đáp ứng với tín hiệu từ mơi trƣờng bên ngồi bao gồm ánh sáng, oxy, chất mùi vị thức ăn Ở hệ thống nào, tín hiệu phải đƣợc tiếp nhận để có tác động đến mục tiêu Trong tế bào, tín hiệu tạo phản ứng đặc hiệu cho tế bào đích có thụ thể (receptor) cho tín hiệu Ở vài thụ thể, tín hiệu kích thích vật lý nhƣ ánh sáng, va chạm, nhiệt Ở loại khác, phân tử hóa học Rất nhiều loại phân tử hóa học đƣợc sử dụng nhƣ tín hiệu: tiểu phân tử (ví dụ dẫn xuất axit amin lipid, acetylcholine), chất khí (nitric oxide), peptide (ví dụ ACTH vasopressin), protein hịa tan (ví dụ insulin hormone sinh trƣởng), protein đính bề mặt tế bào liên kết với chất ngoại bào (extracellular matrix) Rất nhiều phân tử tín hiệu ngoại bào đƣợc tổng hợp tiết tế bào tín hiệu đặc thù sinh vật đa bào Hầu hết thụ thể gắn với phân tử đơn lẻ nhóm phân tử có liên quan chặt chẽ Một số phân tử tín hiệu, đặc biệt phân tử kỵ nƣớc nhƣ steroid, retinoid, thyroxine khuếch tán tự phát qua màng tế bào liên kết với thụ thể nội bào Tuy nhiên hầu hết phân tử tín hiệu lớn ƣa nƣớc để xuyên qua đƣợc màng tế bào chất Vậy làm để chúng gây ảnh hưởng tới trình nội bào? Những phân tử tín hiệu gắn với thụ thể bề mặt tế bào, protein xuyên màng gắn vào màng tế bào chất Thụ thể bề mặt tế bào thƣờng có ba miền (domain) phân đoạn (segment) riêng biệt: miền ngoại bào hƣớng dịch ngoại bào, miền xuyên màng đâm ngang qua màng tế bào chất, miền nội bào hƣớng vào bào tƣơng Phân tử tín hiệu hoạt động nhƣ phối tử (ligand), gắn với vị trí ăn khớp mặt cấu trúc miền ngoại bào miền xuyên màng thụ thể Phối tử gắn vào vị trí thụ thể làm thay đổi cấu hình thụ thể Thay đổi đƣợc dẫn truyền qua miền xuyên màng tới miền bào tƣơng, dẫn đến tƣơng tác sau kích hoạt (hoặc bất hoạt) protein khác bào tƣơng protein đính vào màng tế bào chất Trong nhiều trƣờng hợp, protein đƣợc hoạt hóa xúc tác cho phản ứng tổng hợp số phân tử nhỏ định thay đổi nồng độ ion nội bào nhƣ Ca2+ Protein nội bào phân tử tín hiệu thứ cấp (second messenger) sau mang tín hiệu tới nhiều protein hiệu ứng Toàn q trình chuyển đổi tín hiệu ngoại bào thành đáp ứng nội bào, nhƣ bƣớc cụ thể trình đƣợc gọi trình truyền tín hiệu (signal transduction) (Hình 1) Hình Tổng quan truyền tín hiệu thụ thể bề mặt tế bào Thơng tin liên lạc tín hiệu ngoại bào thường gồm bước sau: tổng hợp phân tử tín hiệu tế bào tín hiệu kết hợp chúng vào túi nhỏ nội bào (bước 1), giải phóng chúng vào không gian ngoại bào xuất bào (bước 2), vận chuyển tín hiệu đến tế bào đích (bước 3) Sự gắn kết phân tử tín hiệu vào protein thụ thể bề mặt tế bào đặc hiệu làm thay đổi cấu hình thụ thể, kích hoạt thụ thể (bước 4) Thụ thể kích hoạt tiếp tục kích hoạt nhiều protein truyền tín hiệu xi dịng, tiểu phân tử tín hiệu thứ cấp (bước 5), cuối dẫn đến kích hoạt nhiều protein hiệu ứng (bước 6) Kết sau trình lan tỏa tín hiệu dẫn đến thay đổi ngắn hạn chức tế bào, chức trao đổi chất vận động (bước 7a), chuyển đổi dài hạn biểu gene phát triển (bước7b) Sự chấm dứt giảm điều khiển phản ứng tế bào gây hồi biến âm từ phân tử tín hiệu nội bào (bước ) tín hiệu ngoại bào bị xóa bỏ (bước 9) Trong sinh vật nhân chuẩn, khoảng chục nhóm thụ thể bề mặt tế bào có chức kích hoạt số loại đƣờng truyền tín hiệu nội bào Những năm gần đây, kiến thức q trình truyền tín hiệu tăng lên đáng kể, chủ yếu thụ thể đƣờng có tính bảo tồn cao hoạt động giống loài sinh vật đa dạng nhƣ giun, ruồi, chuột ngƣời Nghiên cứu di truyền kết hợp phân tích hóa sinh cho phép nhà nghiên cứu theo dõi toàn trình nhiều đƣờng tín hiệu từ gắn kết phối tử tới đáp ứng cuối tế bào Có lẽ lớp thụ thể phổ biến đƣợc tìm thấy sinh vật từ nấm men tới ngƣời - thụ thể liên hợp protein G (G protein-coupled receptor, GPCR) Nhƣ tên gọi chúng, thụ thể liên hợp protein G gồm protein thụ thể xuyên màng kết hợp với protein G nội bào giúp truyền dẫn tín hiệu vào tế bào Hệ gen ngƣời mã hóa cho khoảng 900 thụ thể liên hợp protein G, bao gồm thụ thể hệ thị giác, khứu giác, vị giác, nhiều thụ thể dẫn truyền xung thần kinh, hầu hết thụ thể cho hormone điều khiển q trình chuyển hóa carbohydrate, axit amin chất béo, chí hành vi Con đƣờng truyền tín hiệu qua GPCR thƣờng gây thay đổi ngắn hạn chức tế bào, nhƣ thay đổi trình trao đổi chất vận động Ngƣợc lại, hoạt hóa thụ thể bề mặt tế bào khác chủ yếu thay đổi kiểu biểu gene tế bào, dẫn đến biệt hóa phân chia tế bào hệ lâu dài khác Các thụ thể đƣờng truyền tín hiệu nội bào mà chúng hoạt hóa đƣợc tìm hiểu mục B chuyên đề Trƣớc hết thảo luận nguyên tắc chung q trình truyền tín hiệu, nhƣ sở phân tử liên kết phối tử - thụ thể, thành phần đƣợc bảo tồn qua tiến hóa đƣờng truyền tín hiệu Tiếp theo mơ tả phƣơng thức thụ thể bề mặt tế bào protein truyền tín hiệu đƣợc xác định mơ tả đặc trƣng hóa sinh Sau thảo luận sâu thụ thể liên hợp protein G, tập trung vào cấu trúc chế hoạt động chúng đến đƣờng truyền tín hiệu chúng hoạt hóa Chúng ta cho thấy làm đƣờng ảnh hƣởng tới nhiều khía cạnh chức tế bào, bao gồm chuyển hóa glucose, co cơ, nhận biết ánh sáng biểu gene 2.2.1 Q trình truyền tín hiệu: Từ tín hiệu ngoại bào tới đáp ứng tế bào Nhƣ thể hình1, q trình truyền tín hiệu bắt đầu phân tử tín hiệu ngoại bào gắn với thụ thể bề mặt tế bào Liên kết phân tử tín hiệu với thụ thể gây hai kiểu đáp ứng tế bào chính: (1) thay đổi hoạt động chức enzyme đặc hiệu protein khác có sản tế bào (2) thay đổi lƣợng protein đặc hiệu mà tế bào sản xuất, phổ biến cách biến đổi yếu tố phiên mã (transcription factor) gây kích thích ức chế biểu gene (Hình 2, bƣớc 7a 7b) Nói chung, kiểu đáp ứng xảy nhanh so với kiểu thứ hai Các yếu tố phiên mã đƣợc hoạt hóa bào tƣơng đƣờng dịch chuyển vào nhân, nơi chúng kích thích (hoặc ức chế) phiên mã gen đích đặc hiệu Kết nối thụ thể đƣợc hoạt hóa đáp ứng tế bào thƣờng khơng trực tiếp mà bao gồm số protein trung gian phân tử nhỏ Gộp lại, chuỗi chất trung gian đƣợc gọi đƣờng truyền tín hiệu chuyển đổi biến đổi thơng tin từ dạng sang dạng khác q trình tín hiệu đƣợc chuyển tiếp từ thụ thể tới đích Một số đƣờng truyền tín hiệu chứa hai ba chất trung gian, đƣờng khác liên quan tới chục chất Mặc dù vậy, hầu hết đƣờng bao gồm thành viên lớp protein truyền tín hiệu định đƣợc bảo tồn cao qua trình tiến hóa 2.2.1.1 Phân tử tín hiệu hoạt động gần xa Tế bào phản ứng với nhiều loại tín hiệu khác – số bắt nguồn từ bên thể, số đƣợc tạo từ bên Tín hiệu đƣợc tạo từ bên đƣợc miêu tả theo phƣơng thức chúng tìm tới đích Một số phân tử tín hiệu đƣợc vận chuyển qua quãng đƣờng dài nhờ mạch máu; số khác có tác động chỗ nhiều Ở động vật, tín hiệu phân tử ngoại bào đƣợc chia thành ba dạng nội tiết (endocrine), cận tiết (paracrine) tự tiết (autocrine) - tùy thuộc vào khoảng cách mà tín hiệu hoạt động (Hình a - c) Thêm vào đó, số protein màng định tế bào trực tiếp truyền tín hiệu cho tế bào lân cận Trong truyền tín hiệu nội tiết, phân tử tín hiệu đƣợc tổng hợp tiết tế bào tạo tín hiệu (ví dụ tế bào đƣợc tìm thấy tuyến nội tiết), đƣợc vận chuyển qua hệ tuần hoàn thể, cuối tác động lên tế bào đích cách xa so với nơi chúng đƣợc tổng hợp Thuật ngữ hormone thƣờng để phân tử tín hiệu điều tiết q trình truyền tín hiệu endocrine Insulin tiết tuyến tụy epinephrine tiết tuyến thƣợng thận ví dụ hormone di chuyển qua máu điều tiết q trình truyền tín hiệu nội tiết Trong truyền tín hiệu cận tiết, phân tử tín hiệu giải phóng tế bào tác động lên tế bào đích cự ly gần Một tế bào thần kinh giải phóng chất dẫn truyền xung thần kinh (ví dụ acetylcholine) tác động lên tế bào thần kinh lân cận tế bào (kích thích ức chế co cơ) ví dụ truyền tín hiệu cận tiết Ngồi việc dẫn truyền xung thần kinh, nhiều yếu tố sinh trƣởng (growth factor) protein điều tiết trình phát triển sinh vật đa bào hoạt động phạm vi ngắn Một số yếu tố sinh trƣởng protein liên kết chặt chẽ với thành phần chất ngoại bào truyền tín hiệu tới tế bào lân cận Sự phân hủy sau thành phần chất này, gây chấn thƣơng nhiễm trùng, giải phóng yếu tố sinh trƣởng hoạt động giúp chúng có khả truyền thơng tin Rất nhiều protein tín hiệu (quan trọng cho phát triển) khuếch tán khỏi tế bào tín hiệu, tạo nên gradient nồng độ gây đáp ứng tế bào khác tùy thuộc vào nồng độ protein tín hiệu Hình Các dạng tín hiệu ngoại bào (a-c) Tín hiệu tế bào-tế bào chất hóa học ngoại bào xảy khoảng cách từ vài micro mét tín hiệu autocrine paracrine tới vài mét tín hiệu endocrine (d) Protein gắn màng tế bào tương tác trực tiếp với thụ thể bề mặt tế bào bào lân cận Trong truyền tín hiệu tự tiết, tế bào đáp ứng với hợp chất mà chúng giải phóng Một số yếu tố sinh trƣởng hoạt động theo kiểu này, tế bào nuôi cấy thƣờng tiết yếu tố sinh trƣởng kích thích tăng trƣởng tăng sinh thân chúng Dạng tín hiệu đặc điểm đặc trƣng tế bào ung thƣ, nhiều số sản xuất thừa tiết yếu sinh trƣởng kích thích tự tăng sinh khơng phù hợp kiểm sốt, q trình dẫn tới hình thành khối u Protein xun màng màng tế bào đóng vai trị quan trọng q trình truyền tín hiệu (Hình 2d) Trong vài trƣờng hợp, phân tử tín hiệu gắn màng tế bào gắn vào thụ thể bề mặt tế bào đích lân cận, gây q trình biệt hóa Trong trƣờng hợp khác, phân giải protein tín hiệu đính màng giải phóng miền ngoại bào có chức nhƣ phân tử tín hiệu hịa tan Một số phân tử tín hiệu hoạt động khoảng cách xa lẫn gần Ví dụ epinephrine (cũng đƣợc biết đến nhƣ adrenaline) hoạt động nhƣ hormone hệ thống (truyền tín hiệu endocrine) nhƣ chất dẫn truyền xung thần kinh (truyền tín hiệu paracrine) Một ví dụ khác nhân tố sinh trƣởng biểu bì (EGF), đƣợc tổng hợp nhƣ protein xun màng EGF đính màng gắn với thụ thể tế bào lân cận Thêm vào đó, phân giải EGF protease ngoại bào giải phóng EGF hịa tan, truyền tín hiệu theo kiểu nội tiết lẫn kiểu cận tiết 2.2.1.2 Liên kết phân tử tín hiệu hoạt hóa thụ thể tế bào đích Protein thụ thể cho phân tử nhỏ nƣớc ngoại bào phân tử protein tín hiệu nằm bề mặt tế bào đích Phân tử tín hiệu, phối tử, bám vào vị trí miền ngoại bào thụ thể với độ đặc hiệu lực cao Mỗi thụ thể thƣờng liên kết với phân tử tín hiệu nhóm phân tử có cấu trúc giống Tính liên kết đặc hiệu thụ thể nói lên khả gắn với khơng gắn với hợp chất có quan hệ gần Liên kết phối tử phụ thuộc vào lực đa liên kết khơng cộng hóa trị yếu (tức tƣơng tác ion, van der Waals, tƣơng tác kỵ nƣớc) độ tƣơng hợp phân tử bề mặt tƣơng tác thụ thể phối tử Ví dụ, thụ thể hormone sinh trƣởng (Hình 3) gắn với hormone sinh trƣởng nhƣng không gắn với hormone khác có cấu trúc giống (nhƣng khơng phải giống hệt) Tƣơng tự, thụ thể acetylcholine gắn với phân tử nhỏ mà không gắn với chất khác dù có khác biệt nhỏ cấu trúc hóa học, thụ thể insulin gắn với insulin hormone liên quan gọi yếu tố tăng trƣởng tƣơng tự insulin (IGF-1 IGF-2), nhƣng không gắn với hormone khác Liên kết phối tử với thụ thể gây thay đổi hình dạng thụ thể, khởi đầu cho chuỗi phản ứng dẫn đến đáp ứng đặc hiệu bên tế bào Sinh vật tiến hóa để sử dụng phối tử để kích thích tế bào khác đáp ứng theo cách khác Ví dụ, loại tế bào khác có tổ hợp thụ thể khác cho phối tử, số gây đƣờng đáp ứng tín hiệu nội bào khác Ngoài ra, thụ thể đƣợc tìm thấy loại tế bào khác thể sinh vật, nhƣng tƣơng tác phối tử định với thụ gây đáp ứng khác loại tế bào, tổ hợp protein biểu tế bào độc Theo cách này, phối tử khiến tế bào khác đáp ứng theo nhiều cách khác Điều đƣợc biết đến nhƣ tính đặc hiệu hiệu ứng (effector specificity) phức hợp thụ thể - phối tử Hình Hormone sinh trƣởng gắn với thụ thể qua tƣơng hợp phân tử (molecular complementary) (a) Như thể từ cấu trúc lập phương phức hợp hormone sinh trưởng thụ thể hormone sinh trưởng, 28 axit amin hormone nằm giao diện tương tác với thụ thể Để định axit amin quan trọng liên kết phối tử thụ thể, nhà nghiên cứu đột biến axit amin thành alanine đánh giá ảnh hưởng tới liên kết thụ thể Từ nghiên cứu này, axit amin hormone sinh trưởng (màu hồng) cho đóng góp 85 phần trăm lượng chịu trách nhiệm cho việc liên kết chặt chẽ với thụ thể, axit amin cách xa trình tự bậc lân cận protein gấp nếp Những nghiên cứu tương tự hai tryptophan (màu xanh thụ thể đóng góp phần lớn lượng giúp cho liên kết chặt chẽ với hormone sinh trưởng, axit amin khác bề mặt tương tác với hormone (màu vàng) quan trọng (b) Tương tác hormone sinh trưởng với phân tử thụ thể (c) liên kết thụ thể thứ hai (màu tím) tới mặt đối diện hormone q trình bao gồm tổ hợp axit amin vàng xanh tương tự thụ thể axit amin khác hormone Ví dụ, bề mặt tế bào xƣơng, tim, tế bào nang tuyến tụy sản xuất enzyme tiêu hóa thủy phân, có thụ thể acetylcholine khác Trong tế bào xƣơng, giải phóng acetylcholine từ tế bào thần kinh vận động điều khiển kích hoạt co cách hoạt hóa kênh ion có cổng acetylcholine Trong tim, acetylcholine giải phóng tế bào thần kinh định hoạt hóa thụ thể liên hợp protein G làm chậm tốc độ co bóp theo nhịp tim Kích thích tế bào nang tuyến tụy acetylcholine làm gia tăng nồng độ Ca2+ bào tƣơng, gây xuất bào enzyme tiêu hóa lƣu trữ hạt tiết (secretory granule) để giúp tiêu hóa thức ăn Do hình thành phức hợp thụ thể acetylcholine khác loại tế bào khác dẫn tới đáp ứng tế bào khác 2.2.1.3 Protein kinase phosphatase sử dụng hầu hết đường tín hiệu Sự hoạt hóa hầu hết thụ thể bề mặt tế bào trực tiếp gián tiếp dẫn tới thay đổi q trình phosphoryl hóa protein thơng qua kích hoạt protein kinase (thêm nhóm phosphate vào axit amin định protein đích) Một số thụ thể kích hoạt protein phosphatase loại bỏ nhóm phosphate khỏi protein đích Phosphatase hoạt động phối hợp với kinase để bật tắt chức nhiều protein khác (Hình 4) Hình Điều hịa hoạt động protein cơng tắc kinase/phosphatase Chu trình phosphoryl hóa phosphoryl hóa protein chế tế bào phổ biến để điều khiển hoạt động protein Trong ví dụ này, protein đích, hay chất bị bất hoạt (xanh nhạt) không phosphoryl hóa hoạt hóa (xanh đậm) phosphoryl hóa; vài protein cĨ Cơ chế ngược lại Cả protein kinase phosphatase hoạt động protein xác định, hoạt động chúng thường kiểm sốt chặt chẽ Theo tính tốn gần nhất, gene ngƣời mã hóa khoảng 600 protein kinase 100 phosphatase khác Nhìn chung, protein kinase phosphoryl hóa axit amin định tập hợp protein đích (hoặc chất) thƣờng có mơ hình biểu khác loại tế bào khác Tế bào động vật có loại protein kinaza: loại thêm phốt phát vào nhóm hydroxyl tyrosine loại thêm phosphate vào nhóm hydroxyl serine threonine (hoặc hai) Tất kinase tƣơng tác với trình tự axit amin xác định xung quanh axit amin bị phosphoryl hóa, dựa vào trình tự axit amin quanh tyrosine, serine threonine protein dự đốn kinase phosphoryl hóa axit amin Trong số đƣờng tín hiệu, thụ thể sở hữu hoạt tính kinase nội gắn chặt với kinase bào tƣơng Hình minh họa đƣờng tín hiệu đơn giản gồm kinase kết hợp với thụ thể protein đích chủ yếu Khi vắng mặt phối tử, kinase trạng thái bất hoạt Liên kết với phối tử kích thích thay đổi cấu hình thụ thể, dẫn tới hoạt hóa kinase nối với Kinase sau phosphoryl hóa yếu tố phiên mã đặc hiệu dạng monomer bất hoạt, làm hình thành cấu trúc dimer di chuyển từ bào tƣơng vào nhân để kích hoạt phiên mã gene đích Một phosphatase nhân sau loại nhóm phosphate khỏi yếu tố phiên mã, biến thành hai monomer bất hoạt di chuyển trở lại bào tƣơng nơi đƣợc hoạt hóa trở lại kinase liên kết thụ thể Nhƣ ví dụ minh họa, hoạt động protein kinase đối chọi với hoạt động protein phosphatase, mà thân vài số bị điều khiển tín hiệu ngoại bào Do hoạt động protein tế bào hệ tổng hợp kinase phosphatase tác động nó, trực tiếp gián tiếp thơng qua phosphoryl hóa protein khác Hình Con đƣờng truyền dẫn tín hiệu đơn giản bao gồm kinase protein đích Thụ thể liên kết chặt chẽ với protein kinase tới mức, vắng mặt phối tử bám vào, bị giữ trạng thái bất hoạt Phối tử bám vào kích thích thay đổi cấu hình thụ thể, làm hoạt hóa kinase liên kết với (1) Kinase sau phosphoryl hóa dạng monomer bất hoạt yếu tố phiên mã đặc biệt (2), dẫn tới nhị hợp chúng (3) di chuyển từ bào tương vào nhân (4), nơi kích hoạt phiên mã gene đích Một phosphatase nhân loại bỏ nhóm phosphate khỏi yếu tố phiên mac (5), biến thành monomer bất hoạt chuyển trở lại vào bào tương (6) Nhiều protein chất cho nhiều loại kinase, loại phosphoryl hóa axit amin khác Mỗi lần phosphoryl hóa biến đổi hoạt động protein đích định theo cách khác nhau, số kích hoạt chức protein, số khác bất hoạt Một ví dụ gặp sau glycogen phosphorylase kinase, enzyme điều hịa trao đổi chất glucose Trong nhiều trƣờng hợp, thêm nhóm phosphate vào axit amin tạo bề mặt liên kết cho phép protein thứ hai bám vào chƣơng gặp nhiều ví dụ lắp ghép phức hệ đa protein điều khiển kinase Thơng thƣờng hoạt tính xúc tác protein kinase đƣợc điều hịa phosphoryl hóa kinase khác, protein liên kết với nó, thay đổi nồng độ nhiều phân tử tín hiệu nội bào nhỏ chất chuyển hóa Kết chuỗi hoạt động kinase tính chung nhiều đƣờng tín hiệu 2.2.1.4 Protein gắn GTP thường sử dụng q trình truyền tín hiệu cơng tắc bật/tắt Rất nhiều đƣờng truyền tín hiệu sử dụng công tắc” protein nội bào để bật tắt protein xi dịng Nhóm protein cơng tắc nội bào quan trọng siêu họ GTPase Mọi protein công tắc GTPase tồn dƣới hai dạng (Hình 6): (1) dạng hoạt hóa (mở) liên kết với GTP (guanosine triphosphate) điều khiển hoạt động protein đích định (2) dạng bất hoạt (đóng) kết hợp với GDP (guanosine diphosphate) Hình Cơng tắc protein GTPase xoay vịng trạng thái hoạt động bất hoạt Công tắc protein trạng thái hoạt động gắn GTP trạng thái bất hoạt gắn GDP Chuyển đổi từ dạng hoạt hóa sang bất hoạt thơng qua thủy phân GTP gắn gia tốc GAPs (protein gia tốc GTPase) protein khác Tái kích hoạt đề thăng GEFs (yếu tố trao đổi nucleotide guanine), xúc tác trình phân ly thay GDP GTP Sự chuyển đổi từ dạng bất hoạt sang hoạt hóa đƣợc kích thích tín hiệu (ví dụ hormone liên kết với thụ thể) đƣợc xúc tác yếu tố trao đổi nucleotide guanine guanine nucleotide exchange factor, GEF) làm giải phóng GDP từ protein cơng tắc Tiếp đến GDP vào chỗ GDP, lực nhƣng bù lại có nồng độ nội bào cao hơn, dẫn đến thay đổi cấu hình thành dạng hoạt hóa Sự thay đổi cấu hình bao gồm hai phân đoạn đƣợc bảo tồn cao protein, gọi công tắc I công tắc II, cho phép protein liên kết hoạt hóa protein tín hiệu xi dịng khác (Hình 7) Sự i chuyển đổi dạng hoạt hóa ngƣợc lại thành dạng bất hoạt đƣợc xúc tác GTPase thủy phân liên kết GTP thành GDP P, thay đổi cấu hình phân đoạn cơng tắc I công tắc II làm chúng liên kết với protein hiệu ứng GTPase phần nội protein G protein riêng biệt b “Tín hiệu” thực đƣợc truyền đƣờng truyền tín hiệu gì? Nói cách khác, cách thông tin đƣợc truyền từ bên vào bên tế bào? Trả lời: a Các protein phosphatase có tác dụng ngƣợc lại so với Protein kinase b Thông tin đƣợc truyền theo cách: mối tƣơng tác protein – protein theo thứ tự định lần lƣợt làm thay đổi cấu hình chúng làm chúng biểu chức tín hiệu đƣờng truyền qua Câu 32: Hãy nêu chế giải thích cho việc từ tế bào gốc tồn ban đầu phát triển thành dạng tế bào chuyên biệt khác Trả lời: - Con đƣờng quan trọng : gradient nồng độ Từ tế bào gốc ban đầu tiết Hoocmon điều hoà khác nhau, tế bào xa nguồn tiếp xúc với nồng độ thấp Mỗi gen tế bào lại có ngƣỡng hoạt hố định, tuỳ thuộc vào nồng độ Hoocmon mà gen đƣợc hoạt hoá, gen khác lại khơng, từ phát triển thành tế bào khác - Vị trí tế bào quy định việc tế bào trở thành dạng tế bào vị trí khác phơi đƣợc tiếp xúc với tổ hợp Hoocmon khác từ tế bào lân cận dẫn đến phát triển thành tế bào khác - Mỗi tế bào khác bộc lộ thụ thể khác nhau, phản ứng với chất điều hồ định Câu 33: Giải thích sao, ngƣời bị nhiễm khuẩn Vibrio cholerae nhanh chóng bị mắc tiêu chảy cấp không đƣợc điều trị cách dẫn đến tử vong muối nƣớc? Biết rằng, độc tố tiêu chảy thực chất enzim làm biến đổi hóa học G-protein liên quan đến điều tiết lƣợng muối nƣớc Trả lời: - Khi bị nhiễm khuẩn tả, vi khuẩn khu trú lớp lót ruột non sản sinh độc tố Độc tố enzim làm biến đổi hóa học G-protein liên quan đến điều tiết lƣợng muối nƣớc - Do G-protein bị biến đổi khơng cịn khả thủy phân GTP thành GDP, nên bị ln tồn trạng thái hoạt động liên tục kích thích Adenylat cyclaza sản sinh cAMP (chất thông tin thứ 2) - Nồng độ cAMP cao ống tiêu hóa làm tế bào ruột tiết lƣợng lớn muối nƣớc vào ống tiêu hóa theo nguyên tắc thẩm thấu ngƣời mắc bệnh tiêu chảy cấp nhiều muối nƣớc Câu 33: Cơ chế gây đáp ứng với hoocmon hòa tan nƣớc hòa tan lipit khác nhƣ tế bào đích? Trả lời: - Các hoocmon tan nƣớc xâm nhập qua màng tế bào mà gắn với thụ thể bề mặt tế bào Sự tƣơng tác kích hoạt đƣờng truyền tín hiệu nội bào làm thay đổi hoạt động protein bào tƣơng (hoạt hóa enzim thay đổi hấp thụ chế tiết phân tử đặc hiệu xếp lại khung xƣơng tế bào) làm cho protein bào tƣơng dịch chuyển vào nhân làm thay đổi phiên mã gen đặc hiệu - Các hoocmon tan lipit qua màng tế bào vào nội bào, chúng gắn với thụ thể nằm bào tƣơng (hoocmon steroid) thụ thể nằm nhân (thyroid, vitamin D hoocmon hòa tan lipit nhƣng steroid) Phức hợp thụ thể - hoocmon sau hoạt động trực tiếp nhƣ yếu tố phiên mã gắn với ADN với protein gắn với ADN gây kích hoạt ức chế phiên mã gen đặc hiệu Câu 34: a Trong tế bào, phần lớn phân tử truyền tín hiệu protein, có kích thƣớc lớn, khó khuếch nhanh bào tƣơng có độ nhớt cao nên hiệu truyền tin Tế bào tăng cƣờng hiệu q trình truyền tin nhờ yếu tố nào?Giải thích? b Bằng cách protein kinase “ tìm ra” chất Trả lời a Đƣợc tăng cƣờng nhờ protein khung : pr truyền tin có kích thƣớc lớn, làm khung cho pr truyền tin khác đồng thời gắn vào -> Giúp tăng độ tính xác q trình truyền tin b pr khung giữ pr kinase với đồng thời mang pr với nó liên kết vào thụ thể hoạt hóa màng, điều thúc đẩy chuỗi phosphoryl hóa đặc hiệu Câu 35: Trong tế bào động vật, ion Ca2+ đƣợc sử dụng nhiều cAMP vai trò hệ thống tín hiệu thứ hai Con đƣờng truyền tín hiệu có tham gia phân tử quan trọng nhƣ inositol triphosphates (IP3) diacylglycerol (DAG) Chỉ vị trí tế bào chất mà trì nồng độ cao ion Ca2+ Khi xung tín hiệu truyền dọc sợi trục tế bào thần kinh đến chùy synapse, tín hiệu tác động đến thụ thể bắt cặp G-protein, mô tả đƣờng khiến Ca2+ bể chứa đƣợc giải phóng ngồi tế bào chất để xung thần kinh đƣợc truyền liên tục? Trả lời: - Hai vị trí tế bào chất trì nồng độ Ca2+ cao bao gồm: Lƣới nội chất trơn (SER) ty thể - Các giai đoạn chính: + Khi tín hiệu tác động đến thụ thể bắt cặp G-protein, G-protein bị phosphoryl hóa hoạt hóa phospholipase C + Enzyme phospholipase C thủy phân phospholipid màng tạo DAG IP3 chất truyền tin thứ + IP3 gắn vào kênh Ca2+ màng RER hoạt hóa kênh, Ca2+ chuyển từ xoang RER vào tế bào chất kích hoạt đƣờng truyền tín hiệu thần kinh 36 Tạo liên kết: Liên kết phối tử tƣơng tự nhƣ q trình điều hịa allosteric enzym? Trả lời: Liên kết phối tử với thụ thể làm thay đổi hình dạng thụ thể, làm thay đổi khả truyền tín hiệu thụ thể Sự liên kết chất điều hòa allosteric với enzym làm thay đổi hình dạng enzym, thúc đẩy ức chế hoạt động enzym 37 Điều xảy đột biến protein kinase khiến khơng có khả bị phosphoryl hóa? Tồn q trình phosphoryl hóa khơng hoạt động Bất kể phân tử tín hiệu có đƣợc liên kết hay khơng, protein kinase không hoạt động kích hoạt protein G dẫn đến khơng xảy đáp ứng tế bào 38 Vi khuẩn gây bệnh tả sản sinh độc tố khóa protein G trạng thái hoạt hóa Hãy vẽ hình minh họa có độc tố tả (không cần phải vẽ phân tử độc tố tả) Trả lời 39 Chuyện xảy nếu? Nếu bạn cho tế bào tiếp xúc với phối tử liên kết với thụ thể kích hoạt enzyme phospholipase C, dự đoán ảnh hƣởng kênh Ip3 nồng độ Ca2 + bào tƣơng TL: Kênh đƣợc gắn IP3 mở ra, cho phép ion canxi từ ER vào tế bào chất, điều làm tăng nồng độ Ca2 + tế bào chất 40 Cấu trúc GPCR RTK giống nhƣ nào? Làm khởi đầu trình truyền tín hiệu khác hai loại thụ thể này? TL: Cả GPCR RTK có vị trí liên kết ngoại bào phân tử tín hiệu (phối tử) nhiều vùng xoắn α polypeptit kéo dài qua màng Một GPCR hoạt động đơn lẻ, RTK có xu hƣớng tự phân hóa tạo thành nhóm RTK lớn GPCR thƣờng kích hoạt đƣờng dẫn truyền nhất, nhiều tyrosine đƣợc kích hoạt chất làm mờ RTK kích hoạt số đƣờng dẫn truyền khác lúc 41 Sự khác biệt protein kinase chất truyền tin thứ hai gì? Cả hai hoạt động đƣờng truyền tín hiệu khơng? TL: Protein kinase enzym bổ sung nhóm photphat vào protein khác Protein kinase thƣờng phần chuỗi phosphoryl hóa để truyền tín hiệu Chất truyền tin thứ hai phân tử ion nhỏ, protein, nhanh chóng khuếch tán chuyển tiếp tín hiệu tế bào Cả protein kinase chất truyền tin thứ hai hoạt động theo đƣờng Ví dụ, cAMP thơng tin thứ hai thƣờng kích hoạt protein kinase A, sau phosphoryl hóa protein khác 42 Giải thích cho tƣơng đồng gen nấm men, giun tròn động vật có vú kiểm sốt q trình chết theo chƣơng trình nhƣ nào? TL: Cơ chế tự sát tế bào có kiểm sốt phát triển sớm q trình tiến hóa sinh vật nhân chuẩn, sở di truyền cho đƣờng đƣợc bảo tồn q trình tiến hóa động vật Một chế nhƣ cần thiết cho phát triển trì tất lồi động vật 43 Chuyện xảy nếu? Nếu bạn cho tế bào tiếp xúc với phối tử liên kết với thụ thể kích hoạt enzyme phospholipase C, dự đoán ảnh hƣởng kênh Ip3 nồng độ Ca2 + bào tƣơng TL: Kênh đƣợc gắn IP3 mở ra, cho phép ion canxi từ ER vào tế bào chất, điều làm tăng nồng độ Ca2 + tế bào chất 44 Cấu trúc GPCR RTK giống nhƣ nào? Làm khởi đầu trình truyền tín hiệu khác hai loại thụ thể này? TL: Cả GPCR RTK có vị trí liên kết ngoại bào phân tử tín hiệu (phối tử) nhiều vùng xoắn α polypeptit kéo dài qua màng Một GPCR hoạt động đơn lẻ, RTK có xu hƣớng tự phân hóa tạo thành nhóm RTK lớn GPCR thƣờng kích hoạt đƣờng dẫn truyền nhất, nhiều tyrosine đƣợc kích hoạt chất làm mờ RTK kích hoạt số đƣờng dẫn truyền khác lúc 45 Sự khác biệt protein kinase chất truyền tin thứ hai gì? Cả hai hoạt động đƣờng truyền tín hiệu khơng? TL: Protein kinase enzym bổ sung nhóm photphat vào protein khác Protein kinase thƣờng phần chuỗi phosphoryl hóa để truyền tín hiệu Chất truyền tin thứ hai phân tử ion nhỏ, protein, nhanh chóng khuếch tán chuyển tiếp tín hiệu tế bào Cả protein kinase chất truyền tin thứ hai hoạt động theo đƣờng Ví dụ, cAMP thơng tin thứ hai thƣờng kích hoạt protein kinase A, sau phosphoryl hóa protein khác 46 Cơ chế tế bào chấm dứt phản ứng với tín hiệu trì khả phản hồi tín hiệu mới? TL: Trong đƣờng kết hợp với protein G, phần GTPase protein G chuyển GTP thành GDP làm bất hoạt protein G Các phosphatase protein loại bỏ nhóm phosphat khỏi protein hoạt hóa, ngăn chặn dịng phosphoryl hóa protein kinase Phosphodiesterase chuyển đổi cAMP thành AMP, làm giảm tác dụng cAMP đƣờng dẫn truyền tín hiệu 47 Giải thích cho tƣơng đồng gen nấm men, giun trịn động vật có vú kiểm sốt q trình chết theo chƣơng trình nhƣ nào? TL: Cơ chế tự sát tế bào có kiểm sốt phát triển sớm q trình tiến hóa sinh vật nhân chuẩn, sở di truyền cho đƣờng đƣợc bảo tồn q trình tiến hóa động vật Một chế nhƣ cần thiết cho phát triển trì tất lồi động vật Câu 48 a Cấu trúc minh họa dƣới thụ thể thuộc họ adrenergic protein phân tử tham gia vào q trình truyền tín hiệu nó: Điền vào chỗ trống G-protein (cấu trúc dị phức 3) là…… Phân tử có cấu trúc chức giống rhodopsin là……… Enzyme sử dụng chất ATP là……… b Ngƣời ta tiến hành nghiên cứu tác dụng hai loại thuốc A B đến trình truyền tin qua xinap thần kinh - xƣơng chuột Kết thí nghiệm cho thấy: sử dụng thuốc A gây tăng giải phóng chất dẫn truyền thần kinh (chất trung gian hóa học), sử dụng thuốc B gây ức chế hoạt động enzim axetincolinesteraza Hãy cho biết thuốc ảnh hƣởng nhƣ đến hoạt động xƣơng? c Khi nghiên cứu bệnh tiêu chảy, nhà nghiên cứu phát đƣờng ruột ngƣời bệnh có chủng phẩy khuẩn Vibrio Vibrio Họ thực thí nghiệm xác định chế gây bệnh hai chủng vi khuẩn Tế bào biểu mô ruột ngƣời đƣợc nuôi cấy giống chia thành lô: lô đối chứng (không bị lây nhiễm) lô lây nhiễm với hai chủng vi khuẩn Mỗi lơ đƣợc chia thành nhóm mà mơi trƣờng ni cấy khơng có có bổ sung hai chất: MDC (chất ức chế nhập bào phụ thuộc vào protein bao) filipin (chất ức chế nhập bào không phụ thuộc vào protein bao) Nồng độ E nội bào đƣợc xác định sau 60 phút thí nghiệm (tính picomole/mg protein tổng số) Kết thu đƣợc nhƣ bảng dƣới Lơ thí nghiệm Mơi trƣờng bổ sung chất ức chế nhập bào Khơng có MDC Filipin Tế bào lây nhiễm với Vibrio 17 12 14 Tế bào lây nhiễm với Vibrio 400 390 15 Tế bào đối chứng 14 13 15 Mỗi nhận định dƣới ĐÚNG hay SAI? A Vibrio chủng gây bệnh B Độc tố Vibrio gây bệnh xâm nhập vào tế bào theo chế phụ thuộc protein bao C Độc tố Vibrio gây bệnh có hoạt tính adenylyl cyclase D Vibrio có tác dụng hoạt hóa thụ thể kết cặp G protein Hƣớng dẫn B A E - Thuốc A làm tăng giải phóng chất dẫn truyền thần kinh, làm cho thụ thể màng sau xinap bị kích thích liên tục tăng cƣờng co giãn, gây nhiều lƣợng - Thuốc B gây ức chế hoạt động enzim axetincolinesteraza, dẫn đến axetincolin không bị phân hủy kích thích liên tục lên Cơ co giãn liên tục gây nhiều lƣợng cuối ngừng co (liệt cơ), dẫn đến tử vong c A Đúng ta thấy lƣợng cAMP tăng ngang so với đối chứng (390), lƣợng cAMP biểu thị cho việc tăng biểu có tác nhân kích thích, mà độc tố vibrio B Sai chƣa chắn vibrio 1, chủng khơng gây tác động đích (nồng độ cAMP) hai trƣờng hợp protein bao không phụ thuộc protein bao C Sai độc tố khơng có khả nhƣ chất xúc tác đây, độc tốt tác động lên thụ thể màng, kích hoạt G-PROTEIN, sau enzyme adenylyl cyclase để tạo cAMP D Sai khơng có biểu bệnh Câu 49: Jessica phân tích đƣờng truyền tin (vẽ hình dƣới đây) dẫn đến phát sinh ung thƣ với hy vọng tìm chất ức chế ngăn cản đƣờng ứng dụng điều trị ung thƣ a) Các thành phần đƣờng truyền tin gồm A, B C thƣờng đƣợc hoạt hóa qua phản ứng phosphoryl hóa phản phosphoryl hóa Bằng chế mà protein A, B C đƣợc phosphoryl hóa phản phosphoryl hóa? b) Thí nghiệm dƣới chứng minh đƣờng truyền tin theo chiều từ B→C, nhƣng khơng theo chiều từ C→B? Giải thích (1) Bổ sung chất bất hoạt A hoạt hóa B (2) Bổ sung chất hoạt hóa A hoạt hóa C (3) Bổ sung chất hoạt hóa B hoạt hóa C (4) Bổ sung chất bất hoạt B hoạt hóa C (5) Tạo đột biến tăng cƣờng biểu B thúc đẩy tạo nhiều phân tử C hoạt hóa (6) Bổ sung chất bất hoạt B nhƣng hoạt hóa C quan sát đƣợc đáp ứng tế bào c) Nếu đƣờng truyền tin hoạt động mạnh tế bào ung thƣ, tế bào bình thƣờng đƣờng tham gia vào q trình nào? Hƣớng dẫn a) - Các thụ thể chứa miền hoạt tính enzym xúc tác phản ứng phosphoryl hóa phản phosphoryl hóa - Các enzym tham gia vào q trình phosphoryl hóa phản phosphoryl hóa có mặt tế bào chất - Các protein A, B C chứa miền enzym xúc tác cho phản ứng phosphoryl hóa phản phosphoryl hóa b) Các thí nghiệm 3, 5, thí nghiệm chứng truyền tính hiệu từ B→C, khơng phải từ C→B Giải thích: + (3) cho thấy hoạt hóa B điều hòa trực tiếp lên C + (5) cho thấy hoạt hóa C phụ thuộc vào mức độ xuất B + (6) cho thấy hoạt hóa C tín hiệu nằm sau B đƣờng truyền tín hiệu c) - Ức chế tế bào gốc biệt hóa - Hoạt hóa yếu tố phiên mã gen gây khối u - Ức chế biểu số gen sửa chữa ADN Câu 50: a Ađrênalin loại hoocmôn gây đáp ứng tế bào gan phản ứng phân giải glycôgen thành glucôzơ, cịn hoocmơn testosterone hoạt hóa gen quy định tổng hợp enzim gây phát triển tính trạng sinh dục thứ cấp nam giới Cơ chế thu nhận truyền đạt thông tin qua màng loại hoocmơn có khác nhau? b Một chất truyền tin thứ hai dùng phổ biến tế bào gây nên đáp ứng nhƣ co cơ, dẫn truyền thần kinh, phân chia tế bào… Hãy cho biết chất nào? Cho biết giai đoạn trình truyền tin theo cách này? Hãy thiết kế thí nghiệm để kiểm chứng nhận định bạn chất truyền tin đó? Hƣớng dẫn a Hoocmơn ađrêlanin: - Khơng trực tiếp qua màng, nên đƣợc tế bào đích thu nhận nhờ thụ thể đặc trƣng màng → phức hệ Ađrêlanin – thụ quan - Phức hệ Ađrêlanin – thụ quan hoạt hóa pr Gs màng → hoạt hóa ezim adenicylaza → xúc tác chuyển hóa ATP thành AMP vịng → AMP vịng kích hoạt enzim phân giải glycôgen thành glucôzơ * Hoocmôn testostereon: - Là loại hoocmôn steroid đƣợc vận chuyển qua màng vào tế bào chất → liên kết với thụ quan nội bào → phức hệ testostereon – thụ quan - Phức hệ vào nhân tế bào hoạt hóa gen qui định tổng hợp enzim prôtêin gây phát triển tính trạng sinh dục thứ cấp nam b Chất truyền tin thứ ion Ca2+ * Các giai đoạn trình truyền tin: - Phân tử tín hiệu liên kết vào thụ thể kết cặp G- protein làm hoạt hóa G- protein G-prtein đƣợc hoạt hóa liên kết với photpholipaza C - Photpholipaza C đƣợc hoạt hóa cắt PIP2 thành: + DAG hoạt động nhƣ chất truyền tin thứ đƣờng khác + IP3 đến liên kết kết với kênh ion Ca2+ dẫn đến mở kênh - Ion Ca2+ từ luới nội chất theo gradient vào bào tƣơng hoạt hóa protein từ gây đáp ứng tế bào * Thiết kế thí nghiệm: - Tách mô đùi ếch để dung dịch sinh lí - Bổ sung vào mơ phân tử tín hiệu đáp ứng co bổ sung thêm chất ức chế hoạt tính enzim photpholipaza C mơ - Sau thấy kết + Mơ 1: khơng có đáp ứng co nồng độ ion Ca2+ bào tƣơng không thay đổi + Mô 2: đáp ứng co nồng độ ion Ca2+ bào tƣơng tăng Câu 51: John Horowitz cộng nghiên cứu hormone kích thích chuyển hóa melanocyte (MSH), gây thay đổi màu da ếch Các tế bào da đƣợc gọi tế bào sắc tố chứa chất màu nâu melanocyte bào quan đƣợc gọi melanosome Da sáng màu melanosome chụm xung quanh nhân tế bào sắc tố Khi ếch gặp môi trƣờng tối màu, tăng sản sinh MSH làm thể melanosome phân tán tồn bào tƣơng, làm da tối giúp ếch khơng rõ với vật săn mồi Để xác định vị trí thụ thể kiểm soát chùm melanosome, nhà nghiên cứu tiêm MSH vào tế bào sắc tố vào dịch kẽ xung quanh Kết thu đƣợc nhƣ hình sau: a) Thụ thể MSH nằm đâu? b) Nếu xử lý tế bào sắc tố với chất ngăn phiên mã tế bào có tiếp tục đáp ứng với MSH khơng? Giải thích Hƣớng dẫn a Thụ thể MSH nằm màng sinh chất tế bào b - Nếu xử lý tế bào sắc tố với chất ngăn phiên mã tế bào tiếp tục đáp ứng với MSH - Vì hoocmon có thụ thể màng sinh chất gây đáp ứng dẫn đến thay đổi chức bào tƣơng thay đổi dịch mã gen nhân Câu 52: Epinephrine hoocmon đƣợc tiết từ tuyến thƣợng thận, có tác dụng kích thích phân giải glycogen thành glucozơ-1-photphat cách hoạt hóa enzim glycogen photphorylaza có bào tƣơng tế bào Enzim glycogen photphorylaza hoạt động giai đoạn trình truyền tin epinephrine? Nếu trộn epinephrine vào dung dịch có chứa glycogen glycogen photphorylaza đựng ống nghiệm glucozơ-1-photphat có đƣợc tạo thành khơng? Vì sao? Hƣớng dẫn chấm Enzim glycogen photphorylaza hoạt động giai đoạn thứ trình truyền tin epinephrine + GĐ1: Epinephrine gắn với thụ thể màng tế bào + GĐ2: Thông tin đƣợc truyền vào tế bào + GĐ3: Giai đoạn đáp ứng Enzim glycogen photphorylaza hoạt động để phân giải glycogen thành glucozơ-1photphat - Nếu trộn epinephrine vào dung dịch có chứa glycogen glycogen photphorylaza đựng ống nghiệm glucozơ-1-photphat khơng dƣợc tạo - Giải thích: Enzim glycogen photphorylaza đƣợc hoạt hóa sau epinephrine gắn với thụ thể màng tế bào gây trình truyền tin vào tế bào Trong ống nghiệm khơng có tế bào nên epinephrine khơng hoạt hóa đƣợc enzim glycogen photphorylaza Câu 53: Ánh sáng làm phytochrome biến đổi hình dạng dẫn đến tăng nồng độ chất truyền tin thứ hai cGMP Ca2+, chất hoạt hóa protein kinase gây nên hoạt hóa yếu tố phiên mã tổng hợp protein đáp ứng xanh hóa thực vật Ngƣời ta tìm thấy dạng đột biến cà chua (đột biến aurea), làm cho cà chua có mức phytochrome bình thƣờng nên xanh hóa (lá vàng hơn) cà chua hoang dại Nếu sử dụng loại thuốc ức chế enzim phân giải cGMP cho thể đột biến aurea, có dẫn đến xanh hóa hồn tồn bình thƣờng cà chua khơng? Giải thích Hƣớng dẫn chấm a Dƣới tác động ánh sáng → quang thụ thể phytochrom biến đổi hình dạng → đƣờng truyền tin: + tăng nồng độ chất truyền tin thứ hai cGMP; + mở kênh Ca2+ màng sinh chất → Ca2+ ạt vận chuyển vào bào tƣơng - Cả hai đƣờng hoạt hóa kinase protein → hoạt hóa yếu tố phiên mã khác → tế bào tổng hợp đủ loại protein đáp ứng xanh hóa - Nếu sử dụng loại thuốc ức chế enzim phân giải cGMP cho thể đột biến aurea khơng thể dẫn đến đáp ứng xanh hóa hồn tồn bình bình thƣờng thể đột biến aurea - Vì sử dụng thuốc ức chế enzim phân giải cGMP có tác dụng tăng cGMP nên hoạt hóa loại yếu tố phiên mã gây phản ứng xanh hóa phần, xanh hóa hồn tồn cần phải hoạt hóa nhánh canxi đƣờng truyền tín hiệu Câu 54: Trong tế bào động vật, ion Ca2+ đƣợc sử dụng nhiều cAMP vai trò hệ thống tín hiệu thứ hai Con đƣờng truyền tín hiệu có tham gia phân tử quan trọng nhƣ inositol triphosphates (IP3) diacylglycerol (DAG) Chỉ vị trí tế bào chất mà trì nồng độ cao ion Ca2+? - Epinephrin kích thích phân giải glycogen cách hoạt hóa enzim glycogen phosphorylaza bào tƣơng Nếu epinephrin đƣợc trộn với glycogen phosphorylaza glycogen ống nghiệm glucozo 1- phosphat có đƣợc tạo khơng? Tại sao? Hƣớng dẫn - Hai vị trí tế bào chất trì nồng độ Ca2+ cao bao gồm: lƣới nội chất trơn ty thể - Glucozo -1- phosphat không đƣợc tạo hoạt hóa enzim cần tế bào ngun vẹn với thụ thể nguyên vẹn màng tế bào đƣờng truyền tin nguyên vẹn tế bào Sự tƣơng tác với phân tử tín hiệu ống nghiệm khơng đủ trực tiếp hoạt hóa enzim Enzim adenilyl cyclaza chuyển hóa ATP thành cAMP, cAMP làm thay đổi hay nhiều q trình phosphoryl hóa (hay hoạt hóa chuỗi enim) Nhờ làm tín hiệu ban đầu đƣợc khuếch đại lên nhiều lần Câu 55: Ngƣời ta tiến hành nghiên cứu tác dụng ba loại thuốc A, B C đến trình truyền tin qua xinap thần kinh - xƣơng chuột Kết thí nghiệm cho thấy: sử dụng thuốc A gây tăng giải phóng chất dẫn truyền thần kinh (chất trung gian hóa học), sử dụng thuốc B gây ức chế hoạt động enzim axetincolinesteraza sử dụng thuốc C gây đóng kênh canxi xinap Hãy cho biết thuốc ảnh hƣởng nhƣ đến hoạt động xƣơng? Hƣớng dẫn - Thuốc A làm tăng giải phóng chất dẫn truyền thần kinh, làm cho thụ thể màng sau xinap bị kích thích liên tục tăng cƣờng co giãn, gây nhiều lƣợng - Thuốc B gây ức chế hoạt động enzim axetincolinesteraza, dẫn đến axetincolin không bị phân hủy kích thích liên tục lên Cơ co giãn liên tục gây nhiều lƣợng cuối ngừng co (liệt cơ), dẫn đến tử vong - Thuốc C đóng kênh Ca2+ làm Ca2+ khơng vào đƣợc tế bào, axetincolin khơng giải phóng chùy xinap, dẫn đến không co đƣợc Câu 56: Sơ đồ dƣới mơ tả q trình chuyển hóa hợp chất có vai trị quan trọng truyền tin tế bào Giải thích chế trình chuyển hóa cho biết vai trị hợp chất q trình truyền tin tế bào Hƣớng dẫn Hợp chất có vai trị quan trọng truyền tin tế bào cAMP (AMP vòng) - Cơ chế hình thành cAMP: Khi tín hiệu ngoại bào liên kết với protein thụ thể đặc hiệu màng sinh chất, protein thụ thể hoạt hóa enzyme adenylyl cyclase Enzym xúc tác phản ứng tổng hợp nhiều phân tử cAMP từ ATP cAMP tiếp tục hoạt hóa đƣờng truyền tín hiệu vào tế bào chất - Chuyển hóa cAMP: cAMP tạo tồn thời gian ngắn bị phân giải enzyme phosphodiesterase thành AMP hoạt tính Do khơng có tín hiệu từ mơi trƣờng tác động cAMP ngừng sau thời gian ngắn - Vai trị cAMP: chất truyền tin thứ hai có vai trị khuếch đại thơng tin (nhận đƣợc từ chất truyền tin thứ – tín hiệu ngoại bào) lên gấp 20 lần Sau truyền thơng tin vào tế bào chất cách hoạt hóa protein kinase A Protein hoạt hóa enzyme khác tế bào chất cách phosphoryl hóa, tùy loại tế bào gây đáp ứng tƣơng ứng Câu 57: a Tại hoocmon lại gây đáp ứng khác tế bào khác thể? c Cơ chế phổ biến để tế bào truyền tin ngắt trình truyền tin tế bào gì? Hƣớng dẫn a Tại hoocmon lại gây đáp ứng khác tế bào khác thể? - Các phân tử protein khung – hay gọi protein kết cấu giữ phân tử thành phần đƣờng truyền tin với thành phức hệ đặc thù tế bào khác - Vì phân tử tín hiệu hoocmon hai tế bào nhận tin khác – có protin khung khác tập hợp truyền tín hiệu theo cách khác b Cơ chế phổ biến để tế bào truyền tin ngắt q trình truyền tin tế bào gì? - Cơ chế truyền tin phổ biến là: Photphoryl hóa dùng chất truyền tin thứ hai phân tử nhỏ ion - Cơ chế tắt truyền tin là: Khử photphoryl hóa protein Câu 58: Hình bên thể đƣờng truyền tín hiệu liên quan đến phát sinh tế bào ung thƣ Các yếu tố hoạt hóa phân tử có vai trị quan trọng đƣờng tín hiệu đƣợc nghiên cứu nhằm tìm chất ức chế để khóa đƣờng tín hiệu sử dụng chất liệu pháp hóa học để điều trị ung thƣ Từ hình bên cho biết: Các chế liên quan đến phơtphorin hóa khử phơtphorin hóa prơtêin A, B C Giải thích Thí nghiệm dƣới (từ l đến 6) chứng minh truyền tín hiệu từ B→C mà khơng phải C→B? Giải thích (1) Bổ sung chất bất hoạt A hoạt hóa B (2) Bổ sung chất hoạt hóa A hoạt hóa C (3) Bổ sung chất hoạt hóa B hoạt hóa C (4) Bổ sung chất bất hoạt B hoạt hóa C (5) Tạo đột biến tăng mức độ biểu B thúc đẩy tạo nhiều phân tử C hoạt hóa (6) Bổ sung chất bất hoạt B nhƣng hoạt hóa C quan sát đƣợc đáp ứng tế bào Hƣớng dẫn - Thụ thể chứa vùng domain hoạt tính enzim xúc tác cho phản ứng phosphoryl hóa khử phosphoryl hóa - Các enzim tham gia vào phản ứng phosphoryl hóa khử phosphoryl hóa tồn tế bào - Các protein A, B C chứa vùng hoạt tính enzim xúc tác phản ứng phosphoryl hóa khử phosphoryl hóa - Các thí nghiệm số 3, 5, thí nghiệm chứng minh truyền tín hiệu từ B→C khơng phải C→B Giải thích: , - (3) cho thấy hoạt hóa B điều hịa trực tiếp lên C - (5) cho thấy hoạt hóa C phụ thuộc vào mức độ xuất B - (6) cho thấy hoạt hóa C tín hiệu nằm sau B đƣờng truyền tín hiệu Câu 59: Sự nhận thức mùi động vật có vú bao gồm tương tác phân tử mùi khơng khí từ mơi trường với thụ thể protein nơ-ron khứu giác khoang mũi Dựa vào ché truyền tin tế bào, giải thích làm với số lượng thụ thể mùi có giới hạn dẫn đến nhận thức hàng ngàn mùi khác Hƣớng dẫn - Thụ thể mùi nhận diện nhiều phân tử mùi khác nhau, đồng thời phân tử mùi liên kết với thụ thể khác Điều làm mở rộng khả tƣơng tác phân tử tín hiệu thụ thể - Có nhiều dạng tế bào khác nhau, tế bào tiếp phân tử tín hiệu khác cho kết khác nhau.Các tế bào khác nhận tín hiệu cho kết nhận thức tổ hợp - Các đƣờng truyền tin nội bào phối hợp với kiểu phân ly động qui để đƣa kết nhận diện mùi xác Câu 60: Trong loạt thí nghiệm, gen mã hóa dạng đột biến tyrosine kianse (RTK) đƣợc đƣa vào tế bào Các tế bào thể dạng thụ thể bình thƣờng từ gen bình thƣờng, gen đột biến đƣợc xây dựng cho RTK đột biến đƣợc thể mức cao đáng kể nồng độ RTK bình thƣờng Chức RTK bình thƣờng bị ảnh hƣởng nhƣ có gen đột biến mã hóa RTK (A) thiếu miền ngoại bào (B) thiếu miền nội bào tế bào đƣợc biểu (Hình 2)? Hồn thành thích có kí hiệu “?” hình dƣới Sơ đồ trình truyền tin phân tử epinephrin (adrenalin) Ngƣời ta tiến hành thí nghiệm nhƣ sau để làm sáng tỏ chế hoạt động epinephrin: a Bổ sung epinephrine vào dịch nghiền gan thấy có gia tăng hoạt động glycogen phosphorylase Tuy nhiên, dịch nghiền đƣợc ly tâm tốc độ cao lần thứ epinephrine đƣợc thêm vào phần phía khơng thấy phosphorylase hoạt động b Khi phần hạt đƣợc ly tâm (a) đƣợc xử lý epinephrine, chất X đƣợc tạo Chất X đƣợc phân lập tinh chế Ngƣời ta thấy chất X gây hoạt hóa glycogen phosphorylase đƣợc thêm vào phần phía dịch nghiền đƣợc ly tâm c Khi xử lý nhiệt chất X chất X có khả hoạt hóa phosphorylase Chất X gần giống với hợp chất thu đƣợc ATP nguyên chất đƣợc xử lý bari hydroxit Trong thí nghiệm trên, chất X tên gì? Giải thích Hƣớng dẫn A Thiếu miền liên kết với ligand ko ảnh hƣởng tới chức RTK bình thƣờng B RTK thiếu miền nội bào thiếu miền tyrosine hoạt động => tồn RTK bình thƣờng làm cho RTK bình thƣờng ko hoạt động đƣợc Adenylyl cyclase; cAMP; Protein kinase A bất hoạt; Protein kinase A hoạt hóa; Protein kinase bất hoạt; Protein kinase hoạt hóa; Glycogen syntease hoạt hóa; Glycogen synthase bất hoạt; Glycogen phosphorylase bất hoạt; 10 Glycogen phosphorylase hoạt hóa Vì thí nghiệm (b) thấy X gây hoạt hóa glycogen phosphorylase => X chất thuộc đƣờng truyền tin ; thí nghiệm (c) xác định đƣợc X khơng phải protein Câu 61: Để xác định thứ tự phân tử protein kí hiệu từ a đến e tham gia vào đƣờng truyền tin đƣợc kích hoạt hoocmôn sinh trƣởng, ngƣời ta xử lý tế bào với bốn loại chất ức chế khác kí hiệu từ I đến IV tác động đến đƣờng truyền tin Sử dụng phép phân tích Western Blot dƣới cho biết di chuyển trƣờng điện di phân tử protein khơng bị xử lý bị xử lý với chất ức chế riêng rẽ nhƣ sau: a Điền vào ô chữ nhật hình tƣơng ứng để phản ánh thứ tự tham gia protein (a - e) tham gia vào đƣờng truyền tin b Điền vào hình voan hình tƣơng ứng để phản ánh bƣớc phản ứng mà chất ức chế (I - IV) gây hiệu ức chế Hƣớng dẫn Câu 62: Epinephrine khởi đầu đƣờng truyền tín hiệu liên quan đến sản sinh cAMP dẫn đến phân giải glycogen thành glucose, nguồn lƣợng tế bào Giả sử caffein ức chế hoạt động enzyme cAMP phosphodiesterase, giải thích chế việc dùng caffein làm đầu óc trở nên tỉnh táo ngủ Hƣớng dẫn - Epinephrine bên tế bào liên kết với thụ thể kết cặp G-protein để hoạt hóa protein Gs màng, protein Gs hoạt hóa adenylyl cylase nhằm xúc tác cho phản ứng tổng hợp phân tử cAMP dẫn đến phân giải glycogen thành glucose cung cấp lƣợng cho tế bào hoạt động - Sau phân tử cAMP phát tín hiệu để tế bào chất tiến hành phân giải glycogen chúng đƣợc enzym cAMP phosphodiesterase biến đổi thành AMP - Cafein ức chế hoạt động enzyme cAMP phosphodiesterase ngăn cản q trình chuyển hóa cAMP thành AMP - cAMP không đƣợc phân giải khiến trình phân giải glycogen thành glucose tiếp tục diễn cung cấp lƣợng cho tế bào hoạt động Các tế bào đặc biệt tế bào thần kinh trì cƣờng độ hoạt động cao làm đầu óc trở nên tỉnh táo ngủ Câu 63 Các thụ thể kết cặp G protein (GPCR) tương tác với G protein dẫn đến tạo chất truyền tin thứ hai tác động đến chức tế bào AMP vòng (cAMP) tạo adenylyl cyclase kiểm sốt chức tế bào thơng qua hoạt hố protein kinase Các thụ thể GPCR hoạt hoá ức chế cyclase qua tương tác với protein Gs Gi tương ứng Sự khác biệt Gs Gi thể tiểu đơn vị , tiểu đơn vị liên kết thủy phân GTP Chu trình hoạt động protein Gs minh họa Hình Một phịng thí nghiệm nghiên cứu cặp thụ thể GPCR đƣợc xác định, GPCR-A GPCR-B Mỗi loại thụ thể liên kết với loại phối tử nhỏ với lực nhƣ nhƣng hoạt hoá G protein khác tác động đến adenylyl cyclase Khi đƣợc hoạt hoá, GPCR-A làm tăng hoạt động adenylyl cyclase, GPCR-B làm giảm hoạt động adenylyl cyclase Ngƣời ta có dòng tế bào biểu GPCR-A, GPCR-B, G protein tƣơng ứng adenylyl cyclase Adenylyl cyclase hoạt động mức tạo nồng độ cAMP mức Khi nghiên cứu loại vi khuẩn gây bệnh, thành viên phịng thí nghiệm phát vi khuẩn tiết loại độc tố gây cản trở đƣờng truyền tín hiệu mơ tả phía Để xác định hoạt động độc tố này, cô tiến hành thí nghiệm xác định mức cAMP nội bào tế bào không đƣợc xử lý tế bào đƣợc xử lý độc tố (phối tử không đƣợc thêm vào hai lơ thí nghiệm) Hình Axis = nồng độ cAMP (pmol/mL) Legend = Không có độc tố Legend = Có độc tố Q.3 Hãy ghi dấu X để đột biến sau làm tăng (A), không làm thay đổi (B) hay làm giảm (C) lƣợng cAMP nội bào có mặt phối tử điều kiện không xử lý độc tố Lƣu ý, hai thụ thể GPCR-A GPCR-B liên kết với loại phối tử! Q.3.1 Đột biến GPCR-A ngăn chặn hoạt hoá G protein Q.3.2 Đột biến GPCR-B ngăn chặn hoạt hoá G protein Q.3.3 Đột biến Gs ngăn chặn giải phóng GDP Q.3.4 Đột biến Gi ngăn chặn giải phóng GDP Q.3.5 Đột biến Gs ngăn chặn thuỷ phân GTP Q.3.6 Đột biến Gi ngăn chặn thuỷ phân GTP Phát biểu dƣới giải thích chế tác động độc tố đƣợc mơ tả phía đến hoạt động adenylyl cyclase? Hãy ghi dấu X để nhận định dƣới (T) hay sai (F)! Q.3.7 Độc tố ức chế kích hoạt Gi hoạt hoá thụ thể Q.3.8 Độc tố ức chế thủy phân GTP Gs Q.3.9 Độc tố bắt chƣớc GTP gây hoạt hoá liên tục tất G protein Q.3.10 Độc tố chất ức chế thụ thể GPCR-A Q.3.11 Độc tố chất hoạt hoá thụ thể GPCR-B (IBO, 2019) Hƣớng dẫn trả lời: 2.5 MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ SỰ TRUYỀN TIN Ở THỰC VẬT 1) Tất điều sau hoạt động q trình truyền tín hiệu thực vật ngoại trừ A) ion canxi B) đột biến nguyên tử C) protein thụ thể D) phytochrome E) chất truyền tin thứ hai Đáp án: B Chủ đề: truyền tín hiệu đáp ứng lại tín hiệu tế bào thực vật Kỹ năng: Kiến thức / hiểu 2) Các kích thích bên ngồi đƣợc tế bào thực vật tiếp nhận nhanh thụ thể truyền tín hiệu nằm A) màng sinh chất B) chất tế bào chất C) lƣới nội chất D) màng nhân E) chất nhân Trả lời: A Chủ đề: truyền tín hiệu đáp ứng lại tín hiệu tế bào thực vật Kỹ năng: Ứng dụng / Phân tích 3) Điều xảy cGMP truyền tin thứ cấp bị chặn đƣờng khử tạp chất? A) Protein kinase cụ thể đƣợc kích hoạt tƣợng xanh xảy B) Các kênh Ca2 + khơng mở khơng có tƣợng xanh xảy C) Các kênh Ca2 + mở protein kinase cụ thể đƣợc tạo D) Khơng xảy q trình phiên mã gen có chức giảm phân E) Sự phiên mã gen khử phân nhân không bị ảnh hƣởng Đáp án: C Chủ đề: truyền tín hiệu đáp ứng lại tín hiệu tế bào thực vật Kỹ năng: Tổng hợp / Đánh giá 4) Nếu q trình tổng hợp prơtêin bị ngăn chặn tế bào đƣợc phân chia, điều cần thiết cho q trình "xanh hóa" tế bào này? A) tiếp nhận ánh sáng phytochrome B) hoạt hóa protein kinase cAMP C) hoạt hóa protein kinase Ca2 + D) sửa đổi sau dịch mã protein có E) Giảm 100 lần mức Ca2 + tế bào Đáp án: D Chủ đề: truyền tín hiệu đáp ứng lại tín hiệu tế bào thực vật Kỹ năng: Tổng hợp / Đánh giá 5) Cấu trúc ánh sáng trình khử màu (xanh) cà chua (là) A) Carotenoit B) xanthophylls C) phytochrome D) diệp lục E) auxin Đáp án: C Chủ đề: truyền tín hiệu đáp ứng lại tín hiệu tế bào thực vật Kỹ năng: Kiến thức / hiểu 6) Hai cách phổ biến mà đƣờng dẫn truyền tín hiệu tăng cƣờng hoạt động enzym cụ thể gì? Trả lời: Các đƣờng dẫn truyền tín hiệu thƣờng kích hoạt kinaza protein, enzym phosphoryl hóa protein khác Các kinase protein trực tiếp kích hoạt số enzym tồn từ trƣớc cách phosphoryl hóa chúng, chúng điều chỉnh phiên mã gen (và sản xuất enzym) cách phosphoryl hóa yếu tố phiên mã cụ thể 7) Cycloheximide loại thuốc ức chế tổng hợp protein, dự đốn tác dụng cycloheximide q trình khử mùi Trả lời Cycloheximide ức chế xanh hoá (khử úa vàng) nhờ ngăn chặn tổng hợp protein cần để xanh hoá 8) Thuốc điều trị rối loạn chức tình dục Viagra ức chế loại enzym phân hủy GMP vòng (cGMP) Nếu tế bào cà chua có loại enzim tƣơng tự, việc áp dụng Viagra vào tế bào có làm cho cà chua thể đột biến aurea khử vàng úa không? Trả lời Không Việc dùng Viagra giống nhƣ việc tiêm GMP vòng, gây phản ứng sinh hoá phần Sự xanh hoá hồn tồn cần phải hoạt hố nhánh calcium đƣờng truyền tín hiệu 9) Mơ tả đƣờng tín hiệu auxin thực vật? Trả lời - Trong vắng mặt auxin, protein kìm hãm (repressor) phiên mã (gọi Aux/IAA) gắn ức chế protein điều hòa gen (gọi nhân tố đáp lại-auxin, ARF –auxin-response factor), mà cần cho phiên mã gen đáp lại auxin Các protein receptor auxin chủ yếu nhân phần phức hợp ligase ubiquitin - Khi đƣợc hoạt hóa gắn auxin, phức hợp receptor-auxin phục hồi (recruit) phức hợp ubiquitin ligase làm ubiquityl hóa protein Aux/IAA, đánh dấu chúng cho phân hủy proteasome ARF lúc tự hoạt hóa phiên mã gen chịu trách nhiệm-auxin Có nhiều ARF, protein Aux/IAA, receptor auxin hoạt động Phần 3: KẾT LUẬN 3.1 Kết luận Sau thực hiện, chuyên đề nghiên cứu vấn đề lý thuyết của trình truyền tin tế bào: Tín hiệu loại tín hiệu, thụ thể loại thụ thể, q trình tiếp nhận thơng tin, truyền đạt khuếch đại thơng tin, q trình đáp ứng tế bào Chuyên đề đƣa đƣợc số câu hỏi áp dụng kiến thức lý thuyết truyền tin tế bào Từ đó, góp phần nhỏ vào trình nghiên cứu học sinh giáo viên, đặc biệt ôn thi đội tuyển học sinh giỏi 3.2 Đề xuất Việc tìm hiểu, nghiên cứu chế tiếp nhận xử lý thông tin tế bào cần thiết để đem lại hiểu biết phƣơng hƣớng ứng dụng đa dạng công nghệ sinh học Khi nắm rõ chất cấu hoạt động trao đổi thông tin tế bào, thật hữu ích muốn can thiệp vào hoạt động sống chủng mô hoạt động theo ý muốn Chúng thúc đẩy phát triển ngành sinh học phân tử, đặc biệt việc tìm kiếm phƣơng pháp chữa trị bệnh tật củng cố sức khỏe cho ngƣời Thế kỷ 21, kỷ công nghệ sinh học, để làm chủ kiến thức liên quan đến sống hiểu biết trao đổi thông tin tế bào thiếu Tuy nhiên, điều kiện thời gian viết chuyên đề tơi cịn hạn chế Vì vậy, kết nghiên cứu bƣớc đầu, chúng tơi hy vọng có đề tài nghiên cứu sâu sắc truyền tin tế bào thể động vật từ ứng dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống, ứng dụng ngành Sinh học khác Chuyên đề chúng tơi hẳn khơng tránh khỏi thiếu sót, nên mong nhận đƣợc góp ý tận tình bạn đồng nghiệp để chuyên đề hoàn thiện hơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH Campbell & Reece (2015) Sinh học, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội Đinh Đoàn Long (2013) Cơ sở di truyền học phân tử tế bào, Nhà xuất đại học Quốc gia Hà Nội Harvey Lodish & et at (2019) Molecular cell biology 8th Edition, Pearson, NewYork Lodish & et at (2019) Sinh học phân tử tế bào tập 4, Nhà xuất trẻ, TP Hồ Chí Minh Urry, Cain & et at (2017) Biology Campbell & Reece 11th edition, Peason, NewYork Urry, Cain & et at (2017) Biology Campbell & Reece 9th Edition A&P version, Campbell Reece Test Bank 9th Các đề thi đề xuất lớp 10 khu vực Duyên Hải Đồng Bắc Bộ năm 2019 Các đề thi chọn học sinh giỏi Quốc gia, chọn học sinh dự thi Quốc tế đề thi Quốc tế năm ... tên g? ??i chúng, thụ thể liên hợp protein G gồm protein thụ thể xuyên màng kết hợp với protein G nội bào giúp truyền dẫn tín hiệu vào tế bào Hệ gen ngƣời mã hóa cho khoảng 900 thụ thể liên hợp protein. .. với dùng GTP Trong phản ứng này, GTP analog thay GDP để g? ??n với G, g? ??n mãi vào G Bởi hợp chất G? ? - GTP analog có chức kích hoạt protein hiệu ứng tƣơng tự nhƣ hợp chất G? ? - GTP thông thƣờng, protein. .. liên kết với thụ thể g? ?y đáp ứng bình thƣờng, loại antagonist (đối kháng, có khả g? ??n với thụ thể nhƣng không g? ?y đáp ứng Bằng cách chiếm lấy vị trí g? ??n phối tử thụ thể, antagonist ngăn chặn liên