Phát hiện những enzim thực vật quan trọng ppt

Phát hiện những enzim thực vật quan
trọng
]
Các nhà khoa học thuộc
phòng thí nghiệm
Brookhaven - Bộ năng
lượng Hoa Kỳ đã tìm thấy
những enzim quan trọng
tham gia vào quá trình
biến đổi isoflavonoid - sản
phẩm thực vật tự nhiên
giúp thực vật không bị lây nhiễm nấm.
Chúng có thể có lợi cho sức khỏe của con
người.



Nghiên cứu được công bố trực tuyến ngày 22
tháng 5 năm 2008 trên tạp chí The Plant.
Nghiên cứu có thể sẽ mang lại cách thức cấy
isoflavonoid tổng hợp vào cây trồng năng
lượng sinh học nhằm tăng khả năng đ
ề kháng,
giảm thiệt hại mùa màng, và tăng sản lượng
cho các nguyên liệu hóa học khác.

Sử dụng phương pháp miêu tả trong bài báo,
các nhà nghiên cứu nhận biết được những
enzim làm thay đổi cấu trúc thành tế bào thực
v
ật. Chúng giữ vai trò rất quan trọng trong việc

thay đổi khả năng tiêu hóa của thành tế bào,
tạo ra sinh khối phù hợp cho việc chuyển hóa
thành nguyên liệu sinh học.
Trong t
ự nhiên, isoflavonoid xuất hiện chủ yếu
trong các cây họ đậu như cỏ ba lá, đậu nành,
và cỏ linh lăng. Nó làm tăng khả năng chống
chịu của thực vật đối với bệnh dịch, giúp duy
trì quan hệ cộng sinh giữa thực vật và vi sinh
vật sống trong rễ của chúng để tạo ra sinh
khối. Một số nghiên cứu cũng nhận định rằng
những sản phẩm thực vật tự nhiên này có thể
ngăn ngừa một số bệnh ung thư, bệnh tim
mạch, và các triệu chứng mãn kinh.

Khi nhóm nghiên cứu Brookhaven đánh
dấu enzim tổng hợp isoflavonoid bằng
một loại protein phát huỳnh quang xanh,
họ đã rất ngạc nhiên vì tìm thấy loại
enzim đã được đánh d
ấu nằm trong nhân
tế bào thực vật (a). Đây là sự khác biệt
về cách phân bố thông thường của các
loại enzim khác cùng họ (c), từ đó cho
thấy có tồn tại chức năng sinh học tiềm
năng chưa hề được phát hiện của enzim
trong nhân tế bào. Khi protein này thu
ngắn lại, không thể xác định được vị trí
của nhân được nữa (b), tiết lộ một hình
thức phân bố khác (d). (Ảnh: Phòng thí

nghiệm quốc gia Brookhaven)
Nhà sinh vật học Brookhaven Chang-Jun Liu,
tác giả của bài báo cho biết: “Rất nhiều người
quan tâm đến việc cấy isoflavonoid tổng hợp
vào các cây không thuộc họ đậu để mang lại
lợi ích cho cả thực vật và con người.”

Đây không phải là một công việc đơn giản.
Thứ nhất, isoflavoniod sinh tổng hợp rất phức
tạp, với nhiều bước và cần sự tham gia của
nhiều loại enzim. Một thách thức khác là sự
tích lũy ở nồng độ cao đối với những phân tử
trung cấp có thể độc hại đối với thực vật.
Liu cho biết: “Những cây họ đậu đã tìm ra bi
ện
pháp tự bảo vệ bằng cách chuyển tích lũy từ
những phân tử trung cấp sang không bào
hoặc thành tế bào”. Enzim thực hiện quá trình
chuyển hóa này chính là enzim mà Liu mong
muốn tìm thấy.

Liu và các đồng tác giả suy luận rằng loại
enzim này có thể thuộc về một họ enzim lớn
thực hiện rất nhiều chức năng sinh học gây
ảnh hưởng đến sự gia tăng, phát triển, đề
kháng, sinh tổng hợp, cũng như làm thay đổi
cấu trúc thành tế bào. Vì vậy họ bắt đầu tìm
kiếm những gen chỉ dẫn tế bào tạo ra nhóm
protein nói trên.

May mắn là gen sản xuất nhóm protein đó có
những trình tự thông tin di truyền giống nhau.
Sử dụng trình tự “dấu hiệu” như một bản đồ,
các nhà khoa học đã tìm kiếm những gen có
dấu hiệu tương tự trong dữ liệu gen của một
loại cây họ đậu. Lần tìm kiếm đầu tiên cho ra
76 loại gen có vẻ như thu
ộc về nhóm gen này,
bao gồm những gen ra chỉ thị cho tế bào sản
xuất enzim isoflavonoid.

Dựa trên phân tích tin sinh học và thí nghiệm
gen, các nhà khoa học tập trung vào 9 gen.
Sau đó họ cấy 9 gen này vào vi khuẩn E. coli
để tạo ra protein, rồi kiểm tra khả năng thực
hiện chức năng enzim của những protein đó.
Các nhà khoa học đã phát hiện thấy 3 loại
enzim có những phản ứng mà họ đang tìm
kiếm – chuyển phân tử trung gian trong
isoflavonoid sinh tổng hợp thành một dạng có
thể lưu giữ bằng cách thêm vào những chuỗi
cácbon ngắn, quá trình này được gọi là acyl
hóa.

Bước tiếp theo là kiểm tra 3 loại enzim acyl
hóa này trong thực vật. Các khoa học gia
thêm gen của từng loại enzim vào thực vật
thông thường ở môi trường phòng thí nghiệm,
không phải cây họ đậu, đã có chứa một số
gen hình thành isoflavone không hoàn chỉnh,

cuối cùng kiểm tra sản phẩm isoflavonoid acyl
hóa.

Liu giải thích: “Áp dụng phương pháp này,
chúng tôi đã có thể khẳng định rằng ít nhất
một loại enzim có phản ứng acyl đối với
isoflavonoid thực vật”
Bên cạnh việc tìm ra enzim, thí nghiệm chứng
minh các nhà nghiên cứu đã thành công trong
vi
ệc cấy sinh tổng hợp isoflavonoid vào những
loài thực vật không phải họ đậu, khiến triển
vọng cấy sinh tổng hợp vào cây trồng năng
lượng sinh học tiến gần hơn với thực tiễn.

Liu cho biết: “Những enzim chúng tôi tìm thấy
rõ ràng đã thực hiện biến đổi rất nhiều hóa
chất có cấu trúc tương tự. Chúng có thể được
sử dụng trong ứng dụng trao đổi chất của
nguyên liệu hóa học giá trị gia tăng bằng cách
thúc đẩy tích lũy hóa chất trong cây trồng
năng lượng sinh học”.

Nghiên cứu được Phòng khoa học thuộc Cơ
quan nghiên cứu sinh học và môi trường - Bộ
năng lượng Hoa Kỳ phối hợp với Chương
trình nghiên cứu và phát triển - Phòng thí
nghiệm Brookhaven đồng tài trợ. Ngoài Liu,
đội nghiên cứu bao gồm Xiao-Hong Yu - nhà
nghiên cứu bậc sau tiến sĩ đang làm việc tại

phòng thí nghiệm Brookhaven, và Min-Huei
Chen thuộc đại học Stony Brook.