nang luong sinh hoc 2012 p7

ATP và sự tổng hợp protein theo con đường khác: Trong quá trình tổng hợp thì các axit amin cũng được hoạt hóa bằng các enzyme xúc tác, nhưng những enzyme này không giống với synthetase c[r]

KÍNH CHÀO QUÝ THẦY CÔ GIÁO! CHÀO CÁC BẠN HỌC VIÊN! NĂNG LƯỢNG SINH HOC NỘI DUNG: Giảng viên : TS Võ Văn Toàn Học viên thực hiên: Huỳnh Văn Thông SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN Chức sinh học ATP: Như chúng ta biết, ATP là hợp chất giàu lượng tồn thể sống Nếu so với hợp chất cao khác, hợp chất chứa lượng khác thể sống thì ATP có mức dự trữ lượng cao nhiều SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN Chức sinh học ATP: Tế bào sử dụng ATP làm nguồn lượng để vận chuyển tích cực các phân tử vật chất qua màng sinh chất, để dẫn truyền các xung thần kinh, để co cơ, để tổng hợp các hợp chất cao phân tử phức tạp, vận chuyển ion, các quá trình hấp phụ và phản hấp phụ khác nhau, để dùng cho nhiều quá trình khác ATP có tác dụng lên đa số các phản ứng trao đổi chất, đặc biệt ATP là chất mang phosphate và lượng chuỗi hô hấp và đường phân; nó có vai trò hoạt hoá acid amin, hoạt hoá acid béo…đối với các quá trình phân giải và tổng hợp chất này SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN Chức sinh học ATP: Sơ đồ tóm tắt chức sinh học ATP SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.1 Sinh tổng hợp axit amin: Axit amin là các cấu tử không thể thiếu quá trình sinh tổng hợp protein Mối quan hệ này có thể tóm tắt theo sơ đồ sau: Tổng hợp Protein theo hai đường, đường phổ biến tất các tế bào là tổng hợp protein theo thuyết khuôn, nó đã chứng minh thuyết trung tâm Con đường thứ là tổng hợp protein không cân khuôn mẫu ADN , chủ yếu để tổng hợp các peptit có trọng lượng phân tử 1000 SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.2 ATP và tổng hợp protein theo thuyết khuôn: Theo quan điểm đại, quá trình sinh tổng hợp protein trình bày theo thuyết khuôn, và trải qua nhiều bước và đồng thời có tham gia ATP Trong sinh tổng hợp protein, vấn đề đầu tiên cần phải quan tâm tới là chức vận chuyển ARN vận chuyển tham gia quá trình vận chuyển axit amin Dưới tác dụng ATP, axit amin đã kết hợp với axit adenylic thành phức hợp amin-adenylat SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.2 ATP và tổng hợp protein theo thuyết khuôn: NH2 NH2 R – C – COOH + A – Ri – P ~ P ~P ~P ↔ R – C – C – P – Ri – A + P~P H H O SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.2 ATP và tổng hợp protein theo thuyết khuôn: Người ta cho rằng, quá trình này đầu tiên ATP gắn vào enzym đặc hiệu axit amin, kết làm biến đổi liên kết nhóm pyrophotphat và phần còn lại ATP Sau đó ATP tác dụng với axit amin và có tham gia ion Mg2+ Do đó, phản ứng hoạt hóa axit amin có thể biểu diễn quá trình sau: SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.2 ATP và tổng hợp protein theo thuyết khuôn: Mg2+ E + ATP E - ATP ATP E - ATP + Aa E Aa SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.2 ATP và tổng hợp protein theo thuyết khuôn: ATP AMP Adenyl hóa Aa E -P~P Aa2 E Aa SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.2 ATP và tổng hợp protein theo thuyết khuôn: Nhờ tính chất chuyên hóa và tính chất đọng học cao enzym, mà nó có thể tham gia vào vận chuyển axit amin đã họa hóa đến ARNvc, vận chuyển sau: AMP E AMP Aa1 Aa1 + ARNvc E Aa1 ARNvc Aa1 SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.2 ATP và tổng hợp protein theo thuyết khuôn: AMP E Aa1 ARNvc Aminoacyl hóa ARNvc E Aa1 - AMP Aa1 ARNvc Aa1 SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.2 ATP và tổng hợp protein theo thuyết khuôn: ATP E Aa Aa1 ARNvc + ATP E Aa1 Aa1 ARNvc SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.2 ATP và tổng hợp protein theo thuyết khuôn: ATP E Aa1 ARNvc ATP Aa1 + Aa2 E + Aa1 ~ ARNvc Aa2 SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.2 ATP và tổng hợp protein theo thuyết khuôn: Người ta còn cho axit amin chuyển từ aminoacyladenylat đến gốc cuối cùng adenosin phân tử t ARN cách kết hợp với nhóm hydroxyl nguyên tử cacbon thứ ba gốc ribose ạo thành liên kết ester giàu lượng G – [- Ax – Cy – Gz – Un -]– C – C – A – O~CO – CHR – NH2 SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.2 ATP và tổng hợp protein theo thuyết khuôn: ARN vận chuyển có nhiệm vụ vận chuyển axit amin đã hoạt hóa đến ribosom để tiến hành các bước quá tình sinh tổng hợp protein Trong qua trình hoạt hóa axit amin thì không thể thay ATP các tri hay diphosphat khác; đồng thời thấy dATP lại có tác dung kim hãm phản ứng hoạt hóa Bằng đường tương tự thì hầu hết axit amin hoạt hóa và vận chuyển đến các ARN vận chuyển tương ứng chúng và dẫn đến tổng hợp liên kết peptit protein SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.2 ATP và tổng hợp protein theo thuyết khuôn: Tại ribosom xảy nhóm NH2 axit amin gắn với gốc axit phosphoric ARN thông tin (mARN) nhờ xúc tác enzym và chất cho lượng là GTP Tiếp theo thì phức hợp axit amin – tARN thứ hai chuyển vào vị trí cần thiết (vị trí A) quy luật bổ sung từ thứ tự codon trến ARN thông tin quy định Sau đó phức hợp đẩy lùi vị trí liên kết peptid (vị trí P) và xảy phản ứng trao đổi nhóm cacboxyl axit amin thứ với nhóm amin axit amin thứ hai tạo thành liên kết peptid liên kết cộng hóa trị và peptid dài thêm axit amin; đồng thời giải phóng ARN vận chuyển axit amin thứ SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.2 ATP và tổng hợp protein theo thuyết khuôn: Quá trình tiếp diễn theo quy trình kết thúc tổng hợp chuỗi polipeptid cần thiết Năng lượng cần thiết cho quá trình kéo dài chuỗi cung cấp từ thủy phân GTP và liên kết giàu lượng phức hợp axit amin – tARN Chúng ta biết thiên nhiên có khoảng 20 axit amin thường gặp protein Mỗi axit amin có thể có một vài ARN vận chuyển có khả hoạt hóa axit amin tạo phức chất gắn ghép vào ba mã hóa (triplet) khác ARN thông tin ribosom SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.2 ATP và tổng hợp protein theo thuyết khuôn: Mặt khác phân tử protein có tới vài chục đến hàng nghìn axit amin Do đó số lượng dùng để hoạt hóa tất các axit amin quá trình tổng hợp mọt phân tử protein nào đó phải lên tới hàng trăm, hàng nghìn phân tử ATP Sau kết thúc quá trình tổng hợp chuỗi polipeptid ribosom, đề đặt là phải giải phóng chuỗi polipeptid ribosom Giải phóng protein vừa tổng hợp khỏi ribosom phụ thuộc vào ba nhân tố môi trường là: SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.2 ATP và tổng hợp protein theo thuyết khuôn: - Enzym đặc hiệu - Chất cung cấp lượng ATP - Các ion K+ và Mg2+ Trong phạm vi này thì Atp cùng với calcium và magnesium giữ vai trò ổn định hoạt tính enzym có thể cung cấp lượng để phá vỡ liên kết phosphoamid protein và ribosom SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.3 ATP và tổng hợp protein theo đường khác: Các enzyme phân giải protein,trong điều kiện định có thể xúc tác tổng hợp protein không cần khuôn mẫu AND Con đường này chủ yếu tổng hợp các peptit có trọng lượng phân tử 1000 và người ta thường gọi quá trình này là quá trình peptit hóa Nhưng người ta còn thấy ty thể gan chuột có quá trình peptit hóa từ các axit amin tự do, đó có các enzyme xúc tác để móc nối các axit amin N- đầu cùng hay C- tận cùng peptit nào đó có ATP tham gia, như: gắn arginin, glutamic, methionin, tryptophan và leucin Nhưng có số axit amin gắn không cần ATP như: alanin, cystein và glycin SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.3 ATP và tổng hợp protein theo đường khác: Trong quá trình nghiên cứu sinh tổng hợp các peptit chuỗi ngắn, người ta thấy chúng có thể diễn theo đường khác với tổng hợp protein là chỗ chúng không có axit nucleic tham gia Ví dụ tổng hợp chất kháng sinh Gramicidin S là deca peptit Bacillus xảy khác với quá trình tổng hợp protein theo thuyết khuôn trên Quá trình này phụ thuộc vào ATP và nồng độ phosphat cao (khoảng 400 mM) SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.3 ATP và tổng hợp protein theo đường khác: Trong quá trình tổng hợp thì các axit amin hoạt hóa các enzyme xúc tác, enzyme này không giống với synthetase đường sinh tổng hợp protein thông thường.Khi hoạt hóa các axit amin trạng thái kích thích dạng liên kết aminoacyladeninlat giàu lượng, nên có thể dễ dàng tham gia phản ứng để tạo thành peptit Ví dụ: Ornithin + ATP → Ornithin ~ AMP + P ~ P SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.3 ATP và tổng hợp protein theo đường khác: Từng axit amin hoạt hóa tương tự tạo thành peptit Cơ chế tạo thành peptid theo kiểu này giống trường hợp tạo thành acetyl tổn hợp axit béo, có hệ thống ezym đa chức xúc tác Trong phức hợp enzym tổng hợp Gramicidin S người thấy ít có 18 chức xúc tác hoàn thành chuỗi decapeptid vòng Quá trình tổng hợp này có thể mô tả tóm tắc sau: Phenylalanyl AMP cố định vào enzym E2 liên kết thioester SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.3 ATP và tổng hợp protein theo đường khác: C6H5 - CH2 - CH - COOH + E2SH E - S - CO - CH - NH2 NH2 CH2 – C6H5 SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.3 ATP và tổng hợp protein theo đường khác: axit amin còn lại gắn vào vị trí khác trên phân tử enzym E1: HS – Pantothenic – P – E1 S – Pro – NH2 S – Val – NH2 S – Orn – NH2 S – Leu – NH2 SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.3 ATP và tổng hợp protein theo đường khác: Sau đó E2 và E1 tiếp xúc với nhau, phenylalanin hoạt động chuyển đến prolin E1, gọi là chuyển peptid hóa Đáng chú ý là L- phenylalanin từ còn E2 đã chuyển thành D- phenylalanin enzym racemase xúc tác Từng bước các axit amin có các bước hoạt hóa và chuyển tiếp tương tự trên để tạo thành peptid SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.3 ATP và tổng hợp protein theo đường khác: S – Pro – Phe – NH2 E1 S – Val – Pro – Phe – NH2 S – Orn – Val – Pro – Phe – NH2 S – Leu - Orn – Val – Pro – Phe – NH2 SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.3 ATP và tổng hợp protein theo đường khác: Trình tự chính xác các axit amin này enzym chuyên hóa không gian quy định Sau đã hoàn thành chuỗi pentapeptid thì hai chuỗi này có thể gắn với để tạo thành peptid D – Phe → L – Pro → L – Val → L – Orn → L - Leu Gramicidin S L – Leu ← L – Orn ← L – Val ← L – Pro ← D - Phe SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN ATP và tổng hợp protein: 2.3 ATP và tổng hợp protein theo đường khác: Cơ chế tổng hợp này người ta đã ứng dụng để tổng hợp nhiều peptit chuỗi ngắn, đó có các chất kháng sinh như: Gramicidin S, Tyroxin, Bacitracin,… còn nhiều vấn đề chưa lý giải KÍNH CHÀO QUÝ THẦY CÔ GIÁO! CHÀO CÁC BẠN HỌC VIÊN!