Chương IV: Sự biến dưỡng Protein và Amino acid potx

1
Chương IV
SỰ BIẾN DƯỢNG PROTEIN VÀ AMINO ACID
1. Vai trò và đặc điểm của biến dưỡng protein
2. Sự tiêu hóa protein và hấp thu amino acid
3. Sự biến dưỡng trung gian của amino acid
4. Quá trình sinh tổng hợp protein
5. Sự điều hòa biểu hiện gene
6. Biến dưỡng các protein phức tạp
7. Rối loạn biến dưỡng protein
1. VAI TRÒ VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA
BIẾN DƯỢNG PROTEIN
• 1.1. VAI TRÒ
• - Tổng hợp các protein cấu trúc -> xây dựng mô bào -> sinh
vật sinh trưởng và phát triển.
• - Tổng hợp các
protein phi cấu trúc -> là các chất có hoạt
tính sinh học cần cho mọi hoạt động sống :
enzyme,
hormone, kháng thể ….
• - Khi oxy hóa protein có thể cung cấp 10-15% nhu cầu
năng lượng của cơ thể.
• - Lưu ý
giá trò sinh vật học của protein thức ăn có nguồn
gốc động vật (thòt, trứng, sữa…) và protein thức ăn có
nguồn gốc thực vật
1.2. ĐẶC ĐIỂM
 :
Về sự ấp thu AA: ở
ruột non các amino acid được
hấp thu theo một

tương quan số lượng nhất đònh, phần
còn thừa của một amino acid nào đó nằm ngoài tương
quan sẽ bò đào thải -> khẩu phần cần có
tỷ lệ các
amino acid thiết yếu phù hợp với đặc điểm hấp thu của
từng loài.
AA giới hạn
2

Cơ thể động vật không dự trữ protein mà tùy theo lứa
tuổi, tùy giai đoạn sinh trưởng và trạng thái sinh lý mà
có sự cân bằng nhất đònh giữa lượng protein thu vào và
thải ra. Sự cân bằng này được thể hiện qua chỉ số gián
tiếp là
“cân bằng nitrogen” :
CÂN BẰNG N = ∑N THU VÀO - ∑N THẢI RA
Ba trạng thái căn bằng có thể gặp :
 Cân bằng dương :
∑N thu vào 〉
〉〉
〉 ∑N thải ra -> đồng hóa 〉
〉〉
〉 dò hóa
(đv non đang phát triển)
 Thăng bằng
∑N thu vào = ∑N thải ra -> đồng hóa = dò hóa
(động vật trưởng thành)
 Cân bằng âm
∑N thu vào 〈
〈〈

〈 ∑N thải ra -> đồng hóa 〈
〈〈
〈 dò hóa
(động vật già)

Lượng protein tối thiểu cho một số loài động vật
1 - 1.50Người
1.00Bò sữa (đang cho sữa)
0.60 – 0.70Bò sữa (khô sữa–cạn sữa)
0.70 – 1.42Ngựa
1.00Heo
1.00Cừu
Lượng protein tối thiểu
(gr pro/kg P / ngày đêm)Loài động vật
3
2.TIÊU HÓA PROTEIN
 Tiêu hóa protein ở dạ dày
 Tiêu hóa protein ở ruột non
 Tiêu hóa protein ở ruột già
 Sự phân hủy protein mô bào
 Đặc điểm tiêu hóa protein ở thú nhai lại
 TIÊU HÓA Ở DẠ DÀY
- Pepsinogen HCl + pepsin Pepsin + Peptide
Protein Albumose + Peptone + A. acid
-
Chimosin (rennin) : enzyme làm đông vón sữa
Caseinogen (hòa tan) Ca
++
Caseinate calci
(vón)

- Trypsinogen Enterokinase Trypsin
- Chimotrypsinogen Enterokinase Chimotrypsin
Protein Peptide và amino acid
-Các peptidase :
Aminopeptidase
Carboxypeptidase amino acid
Dipeptidase
TIÊU HÓA Ở RUỘT NON : các enzyme do vách ruột
và tuyến tụy tiết ra :
Các enzyme thủy phân protein trong dòch tiêu hóa
1 2 3 5
6
4
H
2
N
COOH
Đầu N
Đầu C
Amino-
peptidase
(ruột non)
Pepsin
(dạ dày)
Trypsin
(tụy)
1 : Glu
2 : Tyr, Phe
Chymotripsin
(tụy)

3 : AA kiềm
(Arg, Lys)
5 : Tyr, Phe
Leu, Met
Carboxypeptidase
(tụy)
Endopeptidase
Exopeptidase
4
 TIÊU HÓA Ở RUỘT GÌA : quá trình tiêu hóa xảy ra
do tác động của các
enzyme từ ruột non đưa xuống và
do tác động của
vi sinh vật.
 Qúa trình lên men (chủ yếu ở manh tràng) : do các vi
sinh vật hữu ích
lên men cellulose và các chất bột đường
chưa tiêu hóa ở ruột non đưa xuống :
. các acid béo bay hơi -> hấp thu qua thành ruột gìa,
theo máu đến gan,
. các chất khí -> đánh hơi qua hậu môn.
 Loài ăn cỏ dạ dày đơn (ngựa, thỏ) manh tràng rất
phát triển, 40-50% cellulose được tiêu hóa ở đây.
 Qúa trình thối rữa : vi khuẩn gây thối rữa (trực khuẩn
E.coli) phân hủy protein còn sót lại chưa tiêu hóa từ ruột
non đưa xuống tạo ra nhiều chất độc và chất khí có mùi
hôi :phenol, cresol, indol, scatol, H
2
S, CO
2

, CH
4
.
 Các chất trên ngấm vào máu, gây độc cho cơ thể. Chúng
được
khử độc ở gan bằng cách thành lập các hợp chất kép
với acid glucuronic hoặc gốc sulfate
và thải theo nước tiểu
dưới tên hợp chất indican -> sử dụng chỉ tiêu này khi thăm
dò chức năng khử độc của gan.
 Loài ăn thòt : qúa trình thối rữa > lên men -> phân thối.
Loài ăn tạp : tùy thuộc thành phần thức ăn.
HẤP THU SẢN PHẨM TIÊU HÓA PROTEIN
-
Lòng ruột : AA và một ít peptide ngắn 4-8 a.a
- Trên vách ruột :
Peptide đi qua màng nhung mao niêm
mạc
ruột non p/g
→
di , tri-peptide,
- các peptide này cùng với AA đi vào cytosol của
tế bào lớp
biểu bì
nhờ vật tải ATPase-Na
+
,
→ AA.
- Như vậy sản phẩm tiêu hóa protein được hấp thu có mặt
trong

tónh mạch cửa đều là amino acid.
- Nói chung các AA được hấp thu theo cơ chế vận chuyển
ngược bậc thang nồng độ, cần tiêu tốn năng lượng.
SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT
TẾ BÀOỐNG TIÊU HÓA
Peptid
Protein
Tiêu hóa
Hấp thu
Amino acid
Protein
CO
2
, H
2
O
Urea, NL,
SP sinh học
quan trọng
5
SỰ PHÂN HỦY PROTEIN MÔ BÀO
 Đây là qúa trình phân hủy để đổi mới mô bào cũng như
các chất có hoạt tính sinh học (enzyme, hormone, kháng
thể…)
 Được thực hiện nhờ các
cathepsin của mô bào.
 Thời gian đổi mới của các mô bào khác nhau, được thể
hiện qua chỉ số
“chu kỳ bán rã”. Thí dụ :
gan : 8 -12 ngày đêm,

protein huyết tương : 18 -45 ngày đêm
enzyme, hormone có thể đổi mới từng giờ….
 Sự phân hủy mô bào tạo nguồn
amino acid nội sinh,
tham gia qúa trình chuyển hóa.
ĐẶCĐIỂM TIÊU HÓA PROTEIN Ở THÚ NHAI LẠI
 Ở dạ dày trước : xảy ra qúa trình cơ bản tiêu hóa
protein và các chất chứa N phi protein (
NPN - non protein
nitrogen) nhờ
enzyme của vi sinh vật.

Ở dạ múi khế : 20-30% protein chưa tiêu hóa ở dạ cỏ
được đưa xuống dạ múi khế (còn gọi là
bypass protein) và
được tiêu hóa
như ở dạ dày đơn (dòch tiêu hóa dạ múi khế
chưa HCl, rennin và pepsin).
Các vi khuẩn
Bacteroides và Peptostreococus phân giải
protein
-> peptide, amino acid và NH
3
tự do. Các sản
phẩm này được
vi khuẩn sử dụng một phần để sinh sôi
phát triển và đa phần amino acid tham gia vào
các phản
ứng biến dưỡng trung gian ở dạ cỏ
.

 Hệ vi khuẩn dạ cỏ có khả năng phân hủy và sử dụng
các
chất NPN để tổng hợp thành amino acid cho chúng sử
dụng. Khi
xuống dạ múi khế, protein vi sinh vật là nguồn
cung
protein có giá trò sinh vật học cao quan trọng cho
thú nhai lại. Chất NPN quan trọng, thường được sử dụng
bổ sung vào thức ăn thú nhai lại là
urea (50-70g/bò/ngày):
NH
2
C = O CO
2
+ 2 NH
3
NH
2
NH3 được vi khuẩn sử dụng trong phản ứng amin hóa-
hoàn nguyên
các alpha keto acid để tạo thành amino
acid. Đây là con đường
biến đổi N vô cơ thành N hữu cơ
rất quan trọng trong dạ cỏ.
Urease VSV
3. SỰ BD TRUNG GIAN CỦA AMINO ACID
3.1. Sự tổng hợp aminno acid
 Cơ chế
chuyển amin ở mô bào động vật;
 Cơ chế

amine hóa–hoàn nguyên các α
αα
α-ketoacid bởi
NH
3
ở vi sinh vật và thực vật
3.2. Sự thoái biến của amino acid
 Sự khử amine của amino acid

Sự khử carboxyl của amino acid
3.3. Các đường hướng đào thải NH
3
6
3.1. SỰ TỔNG HP AMINO ACID
 CƠ CHẾ CHUYỂN AMIN Ở MÔ BÀO ĐV
-Chỉ tổng hợp được các amino acid không thiết yếu
α
αα
α - A.acid - α
αα
α-Ketoglutarate
α
αα
α AA mới
- Oxaloacetate -> Asp
-Pyruvate -> Ala
α
αα
α -Ketoacid GLUTAMATE α
αα

α-Ketoacid
mới
-NH
2
-NH
2
Phản ứng tổng quát :
R
R’ R R’
CH-NH
2
+ C = O C = O + CH-NH
2
COOH COOH COOH COOH
α
αα
α-Aminoacid α
αα
α-Ketoacid α
αα
α-ketoacid α
αα
α-aminoacid
mới mới
 Hai hệ thống transaminase quan trọng trong mô bào đ/v :
- GOT : Glutamate Oxaloacetate Transaminase
- GPT : Glutamate Pyruvate Transaminase
Aminotransferase
-CH
2

O–
HO-
H
3
C-
N
CHO
CH
2
-NH
2
Pyridoxamine
P
-CH
2
O–
HO-
H
3
C-
N
P
COOH
(CH
2
)
2
H
2
N-CH-COOH

COOH
(CH
2
)
2
O=C-COOH
CH
3
O=C-COOH
CH
3
H
2
N-CH-COOH
Pyridoxalphosphate
Glutamate Alanine
Pyruvate
α
αα
α-
Ketoglutarate
COOH
(CH
2
)
2
O=C-COOH
Hình 4.6 : Sự chuyển amine của
GLUTAMATE- PYRUVATE -TRANSAMINASE
7

 Cơ chế amin hóa–hoàn nguyên các α
αα
α- ketoacid bởi NH
3
ở vi sinh vật và thực vật:
R R
NAD
+
R’
C =O + NH
3
C = NH
NADH+H
+
CH-NH
2
COOH H
2
O COOH COOH
α
αα
α-Ketoacid Iminoacid α
αα
α-Aminoacid
-Đây là con đường biến đổi N vô cơ thành N hữu cơ ở thực
vật và vi sinh vật.
- Trong mô bào động vật con đường trên có thể xẩy ra ở
gan, thận.
- Để tổng hợp AA thiết yếu cần 5-15 bước, AA không
thiết yếu < 5 bước.

3.2. SỰ THOÁI HÓA CỦA AMINO ACID
3.2.1. Sự khử amine của amino acid
(1) Khử amin-oxy hóa trực tiếp
(2) Khử amin gián tiếp qua giai đoạn chuyển amin
(3) Sự oxy hóa sườn C của amino acid
3.2.2. Sự khử carboxyl của amino acid
• (20 AA)
α
αα
α-
Ketoacid
R-CH-COOH
NH
2
R-C -COOH
O
CO
2
, H
2
O, NL
NH
2
O = C
NH
2
CT Krebs
Chuyển amine
Transaminase
Nhóm NH

2
của
glutamate
Nhóm NH
2
của
aspartate
1
Khử amine
L.Glutamate
dehydrogenase
NH
3
Khử amine
Nhóm NH
2
của
glutamine
Glutamine synthetase
3
4
GAN
UREA
THOÁI HÓA CHUNG CỦA AMINO ACID
2
5
3.2.1. SỰ KHỬ AMINE
(1) SỰ KHỬ AMIN-OXY HÓA TRỰC TIẾP
Mục đích : phân hủy các amino acid sinh ra từ sự phân hủy đổi
mới mô bào; cũng là phương thức p/h AA để lấy năng lượng

• Sơ đồ của
sự khử amine trực tiếp (H 4.7, T.103)
8
COOH
(CH
2
)
2
H
2
N-CH-COOH
COOH
(CH
2
)
2
O=C-COOH
CH
3
O=C-COOH
CH
3
H
2
N-CH-COOH
Glutamate
Alanine
Pyruvate
α
αα

α-
Ketoglutarate
NH
3
Ammonia
NAD(P)H + H
+
Glutamate
dehydrogenase
NAD(P)
+
(2) SỰ KHỬ AMINE GIÁN TIẾP QUA GIAI ĐOẠN
CHUYỂN AMINE
(H.4.8 , T.104)
GĐ chuyển amine GĐ khử amine
Alanine transferase
(3) SỰ OXY HÓA SƯỜN C CỦA
AMINO ACID
(H.4.11, T.108)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
3.2. 2. SỰ KHỬ CARBOXYL CỦA AMINO ACID

Trong mô bào động vật chỉ có một số amino acid bò
khử carboxyl tạo ra các amin hữu cơ có hoạt tính sinh
học. Enzyme xúc tác là
decarboxylase có coenzyme là

pyridoxal phosphate :
R – CH –
COOH CO
2
+ R – CH
2
NH
2
NH
2
Decarboxylase
Amino acid Amin hữu cơ
(pyridoxal P)
9
CH
2
-SH CH
2
-SO
3
H CH
2
-SO
3
H
CH-NH
2
CH-NH
2
CH

2
-NH
2
COOH COOH
Cysteine A.cysteinic Taurine
+ 3/2O
2
- CO
2
3.3. CÁC CON ĐƯỜNG ĐÀO THẢI NH
3
• Nguồn gốc của NH
3
trong mô bào :
• - Từ sự khử amine của amino acid,
• - Từ sự phân giải các gốc base của sự trao đổi nucleic
acid
•
NH3 tích tụ trong mô bào -> rối loạn cân bằng acid-
base ->
trúng độc kiềm -> ảnh hưởng hệ thần kinh ->
tê liệt, hôn mê, có thể dẫn đến tử vong.
Ba phương cách chủ yếu loại thải ammonia :
 THÀNH LẬP MUỐI AMMONIUM
NH
4
+
+ R – COOH R – COO-NH
4
 TỔNG HP CÁC AMIDE Ở NÃO

- Với glutamate -> glutamine
- Với aspartate -> asparagine
 TỔNG HP UREA THEO CHU TRÌNH
ORNITHINE Ở GAN
10
Hình 4.9 : Phản ứng tổng hợp glutamine
ở gan
COOH
(CH
2
)
2
H
2
N-CH-COOH
Glutamate
NH
3
Ammonia
Glutaminase
COOH
(CH
2
)
2
H
2
N-CH-COOH
Glutamate
O=C- NH

2
(CH
2
)
2
H
2
N-CH-COOH
Glutamine
Glutaminsynthease
H
2
O
ADP + Pi
+
H
2
O
ởû não
+ ATP
UREA
SỰ TỔNG HP UREA Ở GAN
(chu trình ornithine của Krebs và Henseleit)
• Urea được tạo thành ở gan qua 5 bước :
1. TL carbamyl phosphate do sự gắn NH
3
tự do với CO
2
nhờ
xúc tác của carbamyl phosphate synthetase ở trong matrix

của ty thể. ATP cung cấp năng lượng.
2. Chuyển nhóm carbamyl phosphate tới
ornithine tạo thành
citruline nhờ ornithine carbamyl transferase (OCT) ở
trong matrix của ty thể.
3. Tạo thành argino-succinate ở tế bào chất do sự
kết hợp của
citruline với aspartate, Enzyme xúc
tác là
argino-succinate synthetase, ATP cung cấp
năng lượng.
4. Phân ly argino-sucinate thành
arginine và
fumarate
nhờ argino-succinase (ligase).
5. Tạo urea : arginase thủy phân arginine tách urea
ra và tái tạo lại ornithine -> có tên
“chu trình
ornithine”.
H
2
N-CH-COOH
CH
2
CH
2
CH
2
NH
2

H
2
N-CH-COOH
CH
2
CH
2
CH
2
NH
C
HN NH2
COOH
CH
2
H
2
N–CH - COOH
H
2
N-CH-COOH
CH
2
CH
2
CH
2
NH
C
H

2
N O
NH
3
+ CO
2
+ 2ATP + H
2
O
Carbamyl phosphate
synthetase
H
2
N – COO
~ Carbamine-P
P
Ornithyl-Carbamyl transferase
COOH
CH
2
N–CH - COOH
H
2
N-CH-COOH
CH
2
CH
2
CH
2

NH
C
H
2
N
COOH
CH
CH
COOH
Fumarate
O
C
H
2
N NH
2
UREA
Arginase
H
2
O
Arginine
Arginosuccinase
ATP
AMP + H
4
P
2
O
7

Arginosuccinate synthetase
Aspartate
Arginosuccinate
ORNITHINE
2ADP + Pi
Citruline
CHU TRÌNH
ORNITHINE
(
1
)
(2)
(3)
(4)
(5)
11
4. SINH TỔNG HP PROTEIN
DNA
Pre-mRNA
snRNA
mRNA
rRNA
tRNA
PROTEIN
TRANSCRIPTION (mRNA synthesis)
- Sao mã từ DNA
→ Pre-mRNA
- Processing
Pre-mRNA
→ mRNA

TRANSLATION (protein synthesis)
 1959 - ARTHUR KORNBERG (cha) : Giải Nobel
Y h
ọ
c về cơ chế tổng hợp DNA.
 2006 - ROGER KORNBERG (con) : Giải Nobel
hóa học về cơ chế sao chép thơng tin di truyền từ
DNA → RNA ở eukaryotic cell.
 2006 – ANDREW FIRE & CRAIG MELLO :
Giải Nobel Y học về cơ chế điều khiển dòng thơng
tin của gene qua RNA (phát hiện được cơng bố từ
1998).
H4.18 : Lý thuyết trung tâm của sinh học phân tử
(2)
(1)
(3)
(2’)
(1’)
(1)Sao chép TTDT từ DNA bố mẹ sang DNA con;
(2)Chuyển đổi mã di truyền từ DNA sang RNA – qúa
trình phiên mã (transcription);
(3) Dòch mã di truyền (translation) : TTDT từ mRNA
được chuyển sang trình tự sắp xếp đặc hiệu của
amino acid trong phân tử protein.
(1*) Một số vi sinh vật TTDT được bảo tồn trong RNA
->
RNA tự tái bản
(2*) Sự sao chép ngược
: RNA -> DNA -> mRNA
12

Các hiểu biết trên đây chính là nền tảng cho sự ra
đời và phát triển của
công nghệ DNA tái tổ hợp
– hiện là nền tảng cho sự ra đời và phát triển
như vũ bão của ngành
Công nghệ sinh học hiện
đại.
46
SINH TỔNG HP PROTEIN
4.1 CÁC YẾU TỐ THAM GIA
- DNA
- CÁC RNA
- RIBOSOME
- NĂNG LƯNG (ATP & GTP)
- CÁC AMINO ACID
4.2. TIẾN TRÌNH TỔNG HP PROTEIN
- TÁI BẢN DNA
- SAO CHÉP MẬT MÃT
- GIẢI MÃ DI TRUYỀN Ở RIBOSOME
4.1. CÁC YẾU TỐ THAM GIA
DNA
–Cấu trúc xoắn kép của DNA.
–Tính chất của DNA.
–Vai trò - Bảng mã di truyền.
–Chromosome
CẤU TẠO DNA
. Xoắn kép : Hai chuỗi polynucleotide xoắn kép,
.
Đối song : một sợi hướng 5’ →
→→

→ 3’ (trên xuống)
sợi kia 3’ →
→→
→ 5’ (dưới lên)
.
Bổ sung : Purine (G) ……… Pyrimidine (C)
Pyrimidine (T) …. Purine (A)
13
TÍNH CHẤT QUAN TRỌNG CỦA DNA
 DNA có khả năng tự tách đôi và tái bản nhân đôi theo
nguyên tắc bán bảo thủ →
→→
→
bảo toàn đầy đủ TTDT khi tế
bào phân chia.
 DNA có khả năng sao mã, tổng hợp nên các p/t mRNA
tương tự chúng (theo nguyên tắc bổ sung, thay T trên
DNA bằng U trên mRNA) →
→→
→
TTDT được sao chép
chính xác từ DNA sang khuôn thứ cấp mRNA, mRNA
trực tiếp làm khuôn mẫu t/h protein ở ribosome →
→→
→
TTDT mã hoá trong nhân được biểu thị thành các tính
trạng của sinh vật.
 CHỨC NĂNG CỦA DNA
 Trong hầu hết các sinh vật DNA giữ vai trò bảo tồn và truyền
đạt TTDT từ thế hệ này sang thế hệ khác Chỉ ở một số loài

virus chức năng này được đảm nhận bởi RNA.
TTDT từ DNA →
→→
→ enzyme →
→→
→ E kiểm soát các đặc điểm cơ
bản của quá trình TĐC →
→→
→ biểu hiện các tính trạng của sinh vật.
 Mỗi bộ ba nucleotide (triplet-codon) mã hóa một AA.
4 loại gốc base →
→→
→ 64 codon :
 Codon mở đầu (xác định khung đọc mật mã) :
AUG - Met
 Codon mã hóa : 60 codon/20 AA
 Codon chấm dứt (3 codon vô nghĩa) : UAG, UAA & UGA
BAÛNG MAÕ DI TRUYEÀN
14
CÁC RNA
Messenger RNA (m.RNA)
Transfer RNA (t.RNA)
Ribosomal RNA (r.RNA)
:Kết hợp với
protein -> ribosome (ribonucleoprotein)
 Messenger RNA (m.RNA) : được sao chép từ sợi
template của DNA theo nguyên tắc bắt cặp bổ sung ->
mang TTDT đến ribosome
 Transfer RNA (t.RNA) :
- Đầu 3’ liên kết với amino acid để vận chuyển

-
DHU (dihydrouracil) loop : nhận biết enzyme
- Tϕ
ϕϕ
ϕ C (thymine pseudouridine cytidine) loop : nhận
biết
ribosome đang hoạt động
(ϕ
ϕϕ
ϕ = 5-ribosyl uridilic acid – uridilic acid giả)
-
ANTICODON loop : tìm codon mã hóa AA
trên mRNA
t.RNA
 Ribosomal RNA (r.RNA) : kết hợp với protein để
hình thành ribosome.
 RIBOSOME :
- Prokaryote : 70S -> 50 S + 30 S (S = Svedberg)
50S (2 rRNA + 34 r-protein)
30S (1 rRNA + 21 r-protein)
- Eukaryote : 80S -> 60 S + 40 S
60S (3 rRNA + 45 r-protein)
40S (1 rRNA + 33 r-protein)
 NĂNG LƯNG : ATP, GTP
 Các amino acid
15
P site A site
60S (50S) ->
40S (30S) ->
mRNA

3’
5’
Hình 4.21 : Ribosome
- R60S (R50S) : Aminoacyl site (A site) : tiếp nhận amino acid
Peptidyl site (P site) : chứa chuỗi peptide
- R40S (R30S) : gắn với mRNA
RIBOSOME
5.2. TIẾN TRÌNH TỔNG HP PROTEIN
 TÁI BẢN DNA (DNA replication )
 SỰ TRUYỀN MÃ TỪ DNA SANG mRNA
(transcription)
GIẢI MÃ DI TRUYỀN (translation - tiến trình
tổng hợp protein ở ribosome)
(1). DNA REPLICATION
Sao chép TTDT từ DNA bố mẹ sang DNA con
-> bảo tồn nguyên vẹn TTDT khi tế bào phân chia
 Nguyên tắc : sợi template được đọc từ 3' -> 5',
• sợi DNA được tổng hợp từ 5‘ -> 3'
 Các đặc tính
- Bán bảo thủ (một sợi mới bổ sung với sợi cũ),
- Bắt cặp theo nguyên tắc bổ sung (A -> T, G -> C)
- Các nucleotide được thêm vào luôn luôn theo hướng
5’ -> 3’
- Vùng NST tái bản gọi là
replicon
16
 Các yếu tố cần thiết (bảng 4.7-t.117)
 RNA primer (10-20 nucleotides)
 Enzyme helicase để tháo xoắn.
 Protein SSB (single strand DNA binding) :

ngăn
cản tái bắt cặp
và ngăn cản sợi đơn tự xếp lại.
 DNA polymerase III :
tổng hợp DNA trên mồi.
 DNA polymerase I :
thủy giải mồi và thay thế
chúng bởi DNA.
 Các ligase để nối các đoạn DNA.
 Các deoxyribonucleoside triphosphate (dATP,
dTTP, dCTP vàdGTP)
Các yếu tố thực hiện qúa trình tái bản
Sự tái bản DNA ở eukaryote
64
Sự tái bản 2 sợi DNA
theo mô hình của Kornberg (1988)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
17
(2). TRANSCRIPTION
Chuyển đổi mã di truyền từ DNA sang RNA
(qúa trình phiên mã, truyền mã)
 Đặc tính : Template DNA được đọc từ 3’-> 5',
m RNA được tổng hợp từ 5’ -> 3'
- Sao chép theo

nguyên tắc bổ sung các gốc ba
Base trên DNA sense : T A C G
Base DNA template : A T G C
Base trên mRNA : U A C G
- Các yếu tố cần thiết :
. các nucleotide triphosphate : UTP, ATP, GTP,ø CTP
. ARN polymerase.
Sao chép theo nguyên tắc bổ sung các gốc base
Hình 4.19 : Sao chép và dòch MMTTDT (t.118)
 Ở prokaryote : sự sao chép tiến hành song song với sự
dòch mã. Cùng lúc sao chép một nhóm gene liên quan ->
tạo thành
poly-cistronic mRNA -> tổng hợp cùng lúc
nhiều hơn một protein
18
 Ở eukaryote : Gene gồm các vùng exons (mã hóa) và các
vùng introns (không mã hóa) xen kẽ nhau.
• sao chép ở nhân trước, dòch mật mã ở ribosome sau. Chỉ có
monocistronic mRNA -> chỉ tổng hợp một protein
• B1 :
sao chép tất cả exons và introns -> pre-mRNA
• B2 :
RNA processing :
 thêm mũ 7 methyl G ở đầu 5’
 thêm đuôi poly A ở đầu 3’,
 Splicing :
loại bỏ introns v
à
nối các exons -> mature m-RNA
Eukaryote monocistronic- mRNA

(3). SỰ DỊCH MẬT MÃ THÔNG TIN DI TRUYỀN
(Translation- QÚA TRÌNH TỔNG HP PROTEIN)
Các yếu tố tham gia :
 Messenger RNA (mRNA)
 Transfer RNA (tRNA)
 Ribosomes (complexes of protein and ribosomal
RNA [rRNA])
 Amino acids
 Năng lượng (ATP và GTP)
19
Qúa trình dòch mật mã trải qua 4 giai đoạn:
-
GĐ 1: tRNA charging : gắn AA vào tRNA
-
GĐ 2: Initiation : thành lập tổ hợp mRNA,
ribosomes và aminoacyl- tRNA.
-
GĐ 3: Elongation : đọc mã (codon) và dòch sang
chuỗi peptide có trật tự aminoacid tương ứng.
-
GĐ 4: Termination : chấm dứt tổng hợp protein)
Ba
û
ng
4.10
:
Ca
ù
c
ye

á
u
to
á
protein
hoa
ø
tan
trong
sinh
to
å
ng
hơ
ï
p
protein
ơ
û
E. coli
Kích thích sự liên kết RF –1 và RF -246RF -3
Ghi nhận codon chấm dứt UAA và UGA38RF -2
Ghi nhận codon chấm dứt UAA và UAG36RF -1
Các yếu tố phóng thích (Releasing factor)
Xúc tiến sự chuyển vò của ribosome77EF -G
Tách GDP từ EF -Tu74EF -Ts
Liên kết với aminoacyl-t.RNA và GTP43EF -Tu
Các yếu tố nối dài chuỗi polypeptide (Elongation factor)
Gắùn tiểu đơn vò 30S vào m.RNA tại codon mở đầu22IF -3
Gắùn t.RNA mở đầu và GTP vào codon khởi dẫn97IF -2

Trợ giúp cho sự kết hợp 2 tiểu đơn vò ribosome9IF -1
Các yếu tố mở đầu (Initiation factors)
Chức năngPTT (kD)Yếu tố
 GĐ 1 : gắn amino acid với tRNAs đặc hiệu
 enzyme (aminoacyl synthetase) nhận diện cả
amino acid và tRNA
 Phản ứng có tính đặc hiệu cao
 Tiêu tốn năng lượng (ATP)
Bước hoạt hóa :
R–CH–COOH + ATP R–CH–CO ∼
∼∼
∼ AMP
NH
2
NH
2
Amino acid Aminoacyl adenylate
Aminoacyl synthetase
- H
4
P
2
O
7
t RNA
AMP
AA
Bước gắn amino acid vào
tRNA ->
tRNA- aminoacyl

Anticodon 3 – 2 - 1
Codon 1 – 2 - 3
20
GĐ 2 : Initiation –KHỞI DẪN (H.4.22,t.125)
 Codon khởi dẫn AUG (mã hóa Met)
. prokaryote ->
f Met -tRNA
. Xác đònh khung đọc mật mã từ AUG
 Initiation factor (IF1, IF2 & IF3)

B1 : R30S gắn với IF1 & IF3 -> tách R50S

B2 : mRNA gắn vào R30S nhờ IF3
 fMet-tRNA liên kết vào codon khởi dẫn nhờ
phức hợp IF2-GTP.

B3 : GTP -> GDP + Pi cung cấp năng lượng
R50S + R30S ->
R70S hoạt động. Các IF rời khỏi
ribosome.
f Met-tRNA ở P site, A site trống.
Khởi dẫn tổng hợp protein
GĐ 3 : Elongation (hình 4.23, T127)
 Cần năng lượng (GTP)
 Elongation factor (EF-Tu, EF-Ts & EF-G)

B1 : Binding – phức hợp AMINOACYL-tRNA nhờ phức
hợp (EF-Tu.GTP) sẽ gắn vào codon trống ở A site do sự
tương tác bổ sung ANTICODON – CODON.
 B2 : Transpeptidation : chuỗi peptide ở P site chuyển

sang A site,
tạo liên kết peptide mới nhờ peptidyl -
synthetase
xúc tác, sử dụng NL từ bước 1 còn dư.

B3 :Translocation : GTPcung cấp NL, ribosome dòch
chuyển 1 codon theo hướng 5’->3’ ->
đọc mật mã kế tiếp.
Chuỗi polypeptide sang P site. tRNA rời khỏi ribosome.
A site có codon trống.
Chu kỳ mới tiếp tục.
Bước đầu tiên trong giai đoạn dòch MMTTDT
21
Hình 4.28 : Tiếp tục nối dài mạch peptide
GĐ 4 : Termination (hình 4.24, t.128)
 Sự dòch mã chấm dứt khi xuất hiện codon vô nghóa
ở A site
(stop codons : UAA, UAG , UGA)
 Cần năng lượng (GTP)
 Các yếu tố phóng thích (releasing factor - RF 1,
RF2 & RF3

B1 :Phức hợp RF3.GTP + RF1(RF2) liên kết vào A
site và
RF1 gắn với codon UAA.
 B2 :
Polypeptide được phóng thích vào tế bào chất
 B3 : GTP -> GDP + Pi -> cung cấp năng lượng ->
ribosome trượt hết mRNA và trở thành bất hoạt
Chấm dứt tổng hợp polypeptide

- Polypeptide mới được phóng thích sẽ được cắt bỏ
phân tử fMet
(nếu phân tử này không phải là amino
acid cấu trúc).
- Cơ chế hình thành cấu trúc bậc II, bậc IIIvà bậc IV
đặc trưng cho từng loại phân tử protein hiện chưa
được giải thích đầy đủ. Người ta cho rằng các dạng
cấu trúc này đã được
tiên quyết bởi cấu trúc bậc nhất
(bởi trật tự sắp xếp của amino acid trong polypeptide)
22
Hoạt động của polyribosome
5. KIỂM SOÁT BIỂU HIỆN GENE
5.1 KIỂM SOÁT BIỂU HIỆN GENE Ở PROKARYOTES
 Lactose operon của E.coli (Lac operon) (H 4.25)
 Gene I (không thuộc t/p lac operon) : mã hóa
protein ức chế. Khi chất ức chế liên kết với
operator -> rào cản của sự sao chép -> tạo nên sự
kiểm soát ngược.
 Vùng kiểm soát :CAP (catabolite gene activator
protein) binding site; lac promoter và operator.
 Vùng gene cấu trúc (cistrons) : Z, Y và A.
 Gene hoạt động sao chép khi có chất cảm ứng
allolactose
(H 4.33).
Hình 4.25 : Lac operon
Cistrons
H 4.26 : Hoạt động “đóng” và “mở” của lac.operon
23
H 4.26 : Hoạt động “đóng” và “mở” của lac.operon

Gene “mở” khi có mặt chất cảm ứng allolactose
5.2 KIỂM SOÁT BIỂU HIỆN GENE Ở
EUKARYOTES
Ng/tắc kìm hãm và cảm ứng điều hòa ở prokaryotes
được áp dụng cho eukaryotes. Ở eukaryotes có một số
đặc điểm :
 Các gene không tổ chức thành operon, mà các gene
họ hàng tổ chức thành gia đình.
 Có các
exons (vùng mã hóa) xen kẽ introns (vùng
không mã hóa
 Histone liên kết với gene -> điều hòa hoạt động gene
ở giai đoạn phân chia tế bào.
 DNA eukaryotes chứa nhiều đoạn lặp lại vô nghóa.
Điều hòa biểu hiện gene là cơ sở của sự phát triển
sinh học
và tạo ra tính đa hình của tế bào trong các
tổ chức khác nhau.
 Điều hòa biểu hiện gene ở eukaryote xẩy ra ở nhiều
giai đoạn :
 GĐ sao chép;
 GĐ sau sao chép;
 GĐ trong và sau dịch mật mã;
 Biên tập lại protein sau khi tổng hợp.
24
Hình 4.27 : Cấu trúc gene eukaryotic cell
- Vùng điều hòa : enhancer (chứa các trình tự nhận biết chuyên
biệt của các yếu tố điều hòa); promoter (chứa các trình tự nhận
biết gián tiếp RNA polymerase, như TATA box, GC box- vùng
giàu A và T, hoặc giàu C và G).

- Vùng mã hóa: gồm các
exon và các intron xen kẽ nhau.
Các yếu tố tham gia điều hòa khởi dẫn sao chép
 Kiểm sốt sao chép mã
 Kiểm soát biểu hiện gene sau sao chép :
 Gắn mũ 7 methyl GMP ở đầu 5’;
 Thêm poly A ở đầu 3’ : giúp mRNA ra khỏi nhân và
bảo vệ mRNA trong qúa trình dòch mã.
 RNA splicing : các introns được “cắt bỏ” và các
exons được
“ráp nối” .
 Tế bào “cắt-ráp” theo nhiều cách -> tạo nên nhiều
phân tử mRNA khác nhau từ cùng một bản sao
mRNA sơ cấp ->
có thể có hai hay nhiều kiểu
polypeptide từ một gene duy nhất.
 Kiểm soát biểu hiện gene trong và sau dòch mã
 Các yếu tố kéo dài (EF-Tu, EF-Ts, EF-G) : đó là
các protein chuyên biệt thuộc họ
protein G (chỉ
hoạt động khi liên kết với GTP thay vì ATP, chúng
cũng có hoạt lực GTPase, thủy giải GTP
->cung cấp năng lượng cho quá trình dòch mã, tổng
hợp protein. Thí dụ điển hình là sự kiểm soát tổng
hợp hemoglobin bởi nhóm heme trong hồng cầu
lưới
(hình 4.39).
25
Hình 4.29 : Heme kiểm soát tổng hợp globin ở hồng cầu lưới
 Biên tập lại polypeptide sau khi tổng hợp : thí dụ về

sự tổng hợp peptide insulin
(H 4.40) : phân tử
proinsulin gồm 86 amino acid. Qúa trình biên tập cắt
đoạn peptide từ amino acid 31 -> 65 (35 amino acid).
Insulin gồm :
chuỗi A : amino acid 66 -> 86 (21 amino acid)
chuỗi B : amino acid 1 -> 30 (30 amino acid).
b
Hình 4.30 : Proinsulin (a) và insulin (b)
a
Một số chất ức chế các tiến trình ở ribosome
Protein thực vật có độc tính tác động làm bất hoạt tiểu đơn vò 60S ribosome
eukaryotic
Ricin / abrin
Tác động làm bất hoạt yếu tố eEF-2 bởi sự phosphoryl hoá –ADPDiphtheria toxin
Ức chế sự liên kết aminoacyl-t.RNA vào tiểu đơn vò 30S ribosome prokaryoticTetracycline
Gây ra sự nhầm lẫn trong việc giải mã di truyền của m.RNA và ức chế tiến
trình mở đầu tổng hợp protein prokaryotic
Streptomycin
Cấu trúc tương tự như aminoacyl-t.RNA gây ra sự chấm dứt tổng hợp protein
sớm ở prokaryotic và eukaryotic
Puromycin
Ức chế tiến trình nối dài chuỗi peptide của prokaryotic bằng cách ngăn ngừa
sự kết hợp EF-G.GDP vào tiểu đơn vò 50S ribosome
Fusidic acid
Ức chế sự chuyển dòch của tiểu đơn vò 50S ribosome prokaryoticErythromycin
Ức chế peptidyl transferase trên tiểu đơn vò 60S ribosome eukaryoticCycloheximide
Ức chế peptidyl transferase trên tiểu đơn vò 50S ribosome prokaryoticChloramphenicol
Tác động sinh họcChất ức chế