Sinh học đại cương: Cấu trúc và chức năng của Protein
MỤC LỤC
MÀNG TẾ BÀO
Protein cú nhiều ủặc tớnh khụng cú ở bất kỳ hợp chất hữu cơ nào như tớnh ủa dạng về mặt cấu trỳc, tớnh ủặc hiệu loại rất cao, khả năng phản ứng lớn, khả năng thớch ứng ủối với tỏc dụng của mụi trường ngoài và tỏi lập trạng thỏi ban ủầu khi ngừng tỏc dụng → Chớnh những ủặc tớnh này ủảm bảo chức năng '' cơ sở sự sống '' của Protein. Các quá trình oxy hóa khử sinh học thuộc loại các phản ứng dị hóa khụng những chỉ là nguồn năng lượng quan trọng dựng ủể thực hiện cỏc phản ứng tổng hợp khác nhau, mà còn là nguồn cung cấp các hợp chất trung gian làm nguyờn liệu cho cỏc phản ứng tổng hợp và ủúng vai trũ hết sức quan trọng trong việc liờn hợp cỏc quỏ trỡnh trao ủổi chất. Chất xỳc tỏc thực hiện ủược ủiều ấy bằng cỏch tạo thành phức hợp trung gian khụng bền vững với cơ chất, gõy những biến ủổi trong nội phõn tử cơ chất làm cho cơ chất dễ dàng tham gia vào phản ứng và sau ủú phức hợp ấy phõn hủy thành sản phẩm của phản ứng và giải phóng chất xúc tác tự do.
• Giữa cỏc nhúm chức tham gia tạo thành tõm hoạt ủộng của enzyme thường phân biệt các nhóm của" tâm xúc tác" tham gia trực tiếp vào hoạt ủộng xỳc tỏc của enzyme và cỏc nhúm của " miền tiếp xỳc" làm nhiệm vụ ủảm bảo tớnh ủặc hiệu của enzyme, nghĩa là sự kết hợp ủặc hiệu ủể tạo thành phức E−S. • Ngoài ra, ở một số enzyme còn có "tâm dị không gian"- là phần của enzyme, khi kết hợp với cỏc chất cú phõn tử nhỏ nào ủú thỡ cấu trỳc bậc 3 của toàn bộ phõn tử enzyme sẽ bị biến ủổI dẫn ủến làm biến ủổi cấu trỳc của tõm hoạt ủộng, do ủú kốm theo sự biến ủổi hoạt tớnh của enzyme. Nếu làm thay ủổi nồng ủộ của cơ chất và xỏc ủịnh xem ủiều ủú ảnh hưởng thế nào tới tốc ủộ của phản ứng enzyme thỡ núi chung sẽ thấy rằng, với một lượng E khụng ủổi, ở pH khụng ủổi, lực ion khụng ủổi, ủể ủạt ủược tốc ủộ ban ủầu cực ủại cần phải cú một lượng tương ủối lớn cơ chất.
Vỡ cỏc nhúm chức của trung tõm hoạt ủộng của enzyme chỉ cú thể hoàn thành chức năng xỳc tỏc khi ở trạng thỏi ion húa thớch hợp nhất ủịnh nờn bằng cỏch xỏc ủịnh hằng số ion húa của cỏc nhúm ủú cú thể nhận biết ủược sự cú mặt của nhúm này hoặc nhúm khỏc trong trung tõm hoạt ủộng của enzyme. Hô hấp tế bào là một tập hợp những quá trình xảy ra trong từng tế bào do enzyme xúc tác, kết quả của những quá trình ấy là các phân tử gluxit, axit bộo và axit amin cuối cựng bị phõn hủy ủến khớ cacbonic và nước, cũn năng lượng sinh học giải phúng ra một phần ủược sử dụng cho cỏc hoạt ủộng sống của tế bào, phần cũn lại ủược tế bào tớch lũy lại dưới dạng cỏc liờn kết cao năng. Chất tiếp nhận hydro cuối cùng trong quá trình lên men thường là một hợp chất hữu cơ, hợp chất hữu cơ này sau khi tiếp nhận hydro khụng thể tiếp tục chuyển húa tiếp và nếu tớch tụ lại trong tế bào với nồng ủộ cao sẽ ảnh hưởng xấu ủến quỏ trỡnh sống của chỳng nờn và sau ủú khuyếch tán ra ngoài môi trường và tích tụ lại trong môi trường.
NUCLEOTIT VÀ AXIT NUCLEIC
Dựa trên kết quả nghiên cứu,Watson và Crick ủó thiết lập mẫu hỡnh cấu tạo xoắn của phõn tử ADN như sau: Phõn tử ADN ủược hỡnh thành từ hai chuỗi polynucleotit với cực trỏi ngược nhau, cuộn xoắn lấy nhau xung quanh một trục chung tạo nờn một vũng xoắn ủụi tương tự như một cầu thang xoắn ốc. Dạng cấu tạo mà Watson và Crick xỏc ủịnh ủược ủú là dạng tồn tại B cũn dạng A ủược xỏc ủịnh với chiều cao của mỗi vũng xoắn là 28Å (ở dạng B là 34Å), mỗi vũng xoắn gồm 11 bậc (tương ứng với 11 nucleotit ở mỗi vòng xoắn, như vậy khoảng cách giữa mỗi bậc là 2,56Å, như vậy chiều dài của phân tử sẽ rút ngắn khoảng 25%. Các công trình nghiên cứu cho thấy rằng các nhiễm sắc thể cũng tồn tại riêng lẻ, tách biệt nhau về mặt sinh lý và cấu trúc cả trong khoảng thời gian giữa hai lần phõn bào kế tiếp, mặc dự trong thời gian ủú người ta khụng nhỡn thấy ủược chỳng.
Khi tỏch nhõn ra khỏi tế bào vào thời ủiểm khụng phõn chia và cho nhõn dung giải thỡ cỏc nhiễm sắc thể ủược giải phúng ra, mỗi cỏi chứa một ADN sợi kép nguyên vẹn, ADN này liên kết với protein ở dạng một phức gọi là chất nhiễm sắc thể (chromatin), trong chất này có các protein bazơ (các histon) và protein axit (khụng cú histon) liờn kết với ADN và ủú là tớnh ủặc trưng của cỏc nhiễm sắc thể nhõn chuẩn. Trong tế bào của nhiều loài ủộng vật và thực vật khỏc cũng cú thể cú số nhiễm sắc thể là 46, như vậy cỏc loài ủộng vật, thực vật khác nhau, phân biệt nhau không phải chỉ ở số lượng nhiễm sắc thể mà chủ yếu là bản chất các nhân tố di truyền chứa trong các nhiễm sắc thể. Khi nhiễm sắc thể trong giai ủoạn phỏt triển của tế bào, khi nhuộm màu và ủem quan sỏt dưới kớnh hiển vi, người ta quan sỏt thấy hai kiểu bắt màu khỏc biệt, một kiểu ủược nhuộm rất nhạt gọi là chất nguyờn nhiễm sắc, kiểu kia ủược nhuộm rất ủậm ủược gọi là chất dị nhiễm sắc.
Vì sự phân cực ngược chiều nhau của hai sợi ADN khuôn nên chỉ cú một trong hai sợi là ủược tổng hợp liờn tục (sợi cú chiều thuận 5'−3') cũn sợi kia (sợi cú chiều ngược 3'−5') quỏ trỡnh tổng hợp giỏn ủoạn, nghĩa là sự tổng hợp ủược tiến hành theo từng ủoạn một (mỗi ủoạn gọi là một Okazaki).
TỔNG HỢP PROTEIN
Ngày nay, người ta ủó xỏc ủịnh ủược rằng: polyxom của quỏ trỡnh tổng hợp phõn tử hemoglobin gồm 4 ủến 6 và nếu tổng hợp một protein cú phõn tử lượng từ 30.000 ủến 50.000 dalton thỡ cần một polyxom khoảng từ 12 ủến 20 riboxom. Trong pha này các nhiễm sắc thể biến ủổi từ trạng thỏi kết ủặc (xoắn mạnh) sang trạng thỏi kộo dài (ít xoắn vặn hơn và có hoạt tính phiên mã tăng lên). Thời gian của pha này dao ủộng nhiều nhất giữa cỏc tế bào cựng loại, người ta cho rằng sự dao ủộng này tương quan với hàm lượng protein cú trong tế bào. G1 là pha quan trọng ủối với toàn bộ chu trỡnh tế bào - vỡ những biến ủổi về tốc ủộ sinh sản của cỏc tế bào liờn quan mật thiết với những biến ủổi diễn ra trong pha G1. - Pha S tiếp theo pha G1, trong pha này vật liệu di truyền của nhiễm sắc thể ủược nhõn ủụi. Sự sao chộp ADN diễn ra theo kiểu nửa giỏn ủoạn. coli) cú một ủiểm khởi ủầu duy nhất trờn nhiễm sắc thể. Khi nhiễm sắc thể co ngắn tối ủa và chỳng trở thành những thể hỡnh que ngắn, nhuộm màu ủậm thỡ màng nhõn biến mất và cỏc nhiễm sắc thể ủến sắp xếp ở mặt phẳng xớch ủạo của thoi ủược tạo thành, ủến lỳc này kết thúc kỳ trước.
Sau khi hỡnh thành cỏc bộ bốn, cú giai ủoạn, cỏc nhiễm sắc thể duỗi xoắn và dài ra và người ta quan sát thấy sự tạo thành các hình chéo giống như X (bắt chộo cỏc cromatit), tức là cú sự trao ủổi cỏc ủoạn cựng. Ngoài những nột ủặc trưng riờng ủú ra, cỏc quỏ trỡnh cũn lại giống như kỳ trước của nguyên phân, nghĩa là trung tử cũng phân chia và hai trung tử con cũng ủi về cỏc cực ủối diện của nhõn, giữa cỏc trung tử hỡnh thành thoi vụ sắc, màng nhõn tan biến, cỏc bộ bốn xếp ở xớch ủạo của thoi vụ sắc. Lần phõn chia thứ hai bắt ủầu bằng sự phõn chia trung tử, trong mỗi tế bào tạo thành thoi mới thẳng gúc với thoi của lượt chia thứ nhất và ở mặt xớch ủạo của thoi mới ủược xếp số ủơn bội nhiễm sắc thể kộp ủụi, tiếp sau ủú là cỏc tõm ủộng phõn chia và cỏc nhiễm sắc thể con phõn li và ủi về cỏc cực ủối diện.
Dù sao thì cũng cần nhấn mạnh rằng, sự di truyền ngoài nhân không thể tuân theo các qui luật chặc chẽ như di truyền qua nhiễm sắc thể vì khi phõn bào thỡ tế bào chất khụng chia ủều chớnh xỏc cho cỏc tế bào con. Trong nhiều trường hợp một tớnh trạng cú thể ủược qui ủịnh bỡi sự tương tác của một số cặp gen, ngược lại một cặp gen có thể ảnh hưởng trực tiếp ủến một số tớnh trạng, hoặc cú thể một gen cú thể làm lệch lạc hay ức chế tỏc ủộng của một cặp khỏc. Màu sắc ủược biểu hiện trong trường hợp cú ớt nhất một gen trội, do ủú sự phõn li thành dạng cú màu và khụng màu là 15:1, nhưng mức ủộ màu sắc phụ thuộc vào số lượng các gen trội, số gen trội càng nhiều thì màu càng mạnh.
