Bài giảng trình bày về sinh tổng hợp protein, cấu trúc và chức năng của protein, cũng như các yếu tố tham gia trong quá trình này. Nó bao gồm các phương pháp phân tích như tinh thể học tia X và phổ cộng hưởng từ hạt nhân, cùng với các khái niệm về genomics và proteomics. Các protein có vai trò quan trọng trong cơ thể và sự sai lệch trong gập và chức năng của chúng có thể dẫn đến các bệnh lý như Alzheimer's, Huntington và Creutzfeldt-Jakob.

1. Trao đổi trực tuyến tại:
http://www.mientayvn.com/Y_online.html

2. SINH TỔNG HỢP PROTEIN
TS.BS.Đỗ Thị Thanh Thủy 1

3. NỘI DUNG BÀI GIẢNG
SINH TỔNG HỢP PROTEIN
Nhắc lại về cấu trúc của Protein
Nhắc lại về các liên kết trong phân tử protein
Các phương pháp phân tích cấu trúc của protein
Liên quan giữa cấu trúc và chức năng của protein
Sinh tổng hợp protein (Y1, Y2)
Các biến đổi để tạo protein chức năng
2

4. MỤC TIÊU BÀI GIẢNG
1. Mô tả được ba giai đoạn và các yếu tố
tham gia sinh tổng hợp protein (Y1, Y2)
2. Nêu được các biến đổi chính để tạo
protein chức năng.
3

5. GENOMICS VÀ PROTEOMICS
4
GENOME
Bộ gen (hệ gen)
GENOMICS
Nghiên cứu về bộ gen (hệ gen)
PROTEOME
Bộ protein của tế bào hay mô
PROTEOMICS
Nghiên cứu về bộ protein của các loài

6. 5
TỪ GENE ĐẾN PROTEIN CHỨC NĂNG

7. PDB (Protein Data Bank)
2000-2008:48891 cấu trúc
 2011: 65998 cấu trúc
6
BỘ PROTEIN NGƯỜI
Rất phức tạp
Ước tính > 100.000 phân tử Protein
 Do vị trí splicing khác nhau
 Do biến đổi sau dịch mã

8. CẤU TRÚC PROTEIN
7

9. LIÊN KẾT TRONG PT PROTEIN
8

10. CẤU TRÚC PROTEIN
Motifs: các dạng cấu trúc bậc 2 trong nhiều polypeptid.
HAIRPIN BETA SHEET motif
helix-loop-helix motif gắn Calci
9

11. CẤU TRÚC PROTEIN
Domains là những vùng chức năng của polypeptid
Pyruvate kinase có 3 domain
ADP + phosphoenolpyruvate = ATP + pyruvate
10

12. NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA PROTEIN
Cung cấp hình ảnh tĩnh
Tinh thể học tia X là khoa học xác định
sự sắp xếp của các nguyên tử bên trong
một tinh thể dựa vào sự phân tán của các
tia X sau khi chiếu vào các electron của
tinh thể để thu thập mật độ các electron
trong tinh thể, vị trí của nguyên tử, các
liên kết hóa học...
1. Tinh thể học tia X
(X ray crystallography)
11

13. Photographic film
Diffracted X-rays
X-ray
source
X-ray
beam
X-ray
diffraction pattern
Crystal
Crystal diffracts X-rays
Sơ đồ mật độ Electron
khít với dữ liệu
Sơ đồ nguyên tử khít với
bản đồ mật độ điện tử model
12

14. NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA PROTEIN
2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
(Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy)
Cung cấp hình ảnh động học về cấu trúc protein trong dung dịch,
cấu hình và các tương tác của protein.
13

15. LIÊN QUAN GIỮA CẤU TRÚC VÀ
CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN
 Protein có vai trò quan trọng trong cơ thể.
 Mỗi protein có một cấu trúc ba chiều duy nhất
được xác định bởi trình tự aa.
 Cấu trúc của protein liên quan chặt chẽ với
chức năng của nó.
 Cấu trúc của protein có thể được tiên đoán nhờ
các chương trình tin sinh học.
14

16. enzyme A
B
A
Binding to A
enzyme
Hormone receptor AntibodyExample of enzyme reaction
enzyme
substrates
15
LIÊN QUAN GIỮA CẤU TRÚC VÀ
CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN

17. 16

18. HbA HbS
OXY-STATE DEOXY-STATE
17

19. LUẬN THUYẾT TRUNG TÂM
Central Dogma of Biology
Chuyển mã (sao chép)
Giải mã (phiên mã)
ARNm
DNA RNA ProteinTranscripti on translation
Replication
Francis Crick 1958
Reverse
Transcription
(Retrovirus)
Transcription
DNA
RNA
Protein
(David Baltimore
và Howard
Temin)
RNA viruses
Prions: scrapie và mad cow
Stanley Pruisner:1997 Nobel Prize 18

20. TÓM TẮT QT BIỂU HIỆN GEN
19

21. 30 năm nghiên cứu cấu trúc của Ribosome
Nobel hóa học 2009: Venkatraman Ramakrishnan,
Thomas A. Steitz, Ada E. Yonath
Cấu trúc và chức năng của Ribosome
Hiểu được những vấn đề cơ bản trong STH protein
EM: Electron Microscopy
20

22. ĐIỀU HÒA SINH TỔNG HỢP PROTEIN
Điều hòa sinh tổng hợp protein
xảy ra ở mỗi bước của quá trình
Figure 7-5 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
21

23. ĐIỀU HÒA STH PROTEIN
Genes Can Be Turned On/Off
Protein hoạt hóa
Vùng điều hòa
22

24. Biểu hiện gen ở các mức độ khác nhau
ĐIỀU HÒA STH PROTEIN
23

25. Biểu hiện gen của Hb
Phôi 2 tháng:
Hb Gower I: 
Cho đến khi gần sinh:
Hb F: 
Sau khi sinh:
Hb A: ββ
NST 11
NST 16
24

26. Protein sẽ
gấp và xoắn
( helices, β
sheets…)
và biến đổi
(phosphoryl
hóa, acetyl
hóa, glycosyl
hóa …).
25
TẠO HÌNH PROTEIN CHỨC NĂNG

27.  Protein có khuynh hướng gấp và xoắn thành cấu hình có năng
lượng tự do thấp nhất.
 Protein bắt đầu gấp và xoắn từ khi đang được tổng hợp.
 Protein đưa các phần kỵ nước vào trong để tạo dạng α helix.
 Hầu hết protein đều có dạng cấu trúc bậc 2: α helice và β
sheet.
26
TẠO HÌNH PROTEIN CHỨC NĂNG

28. 27
TẠO HÌNH PROTEIN CHỨC NĂNG

29. 28
TẠO HÌNH PROTEIN CHỨC NĂNG

30. SỐ PHẬN CỦA PROTEIN SAU GIẢI MÃ
≈ 50%
- AA đột biến
- Nhiệt độ,
nồng độ chất
tan, pH…
29

31. 30

32. 31

33. Hsp 70 - prevent folding of nascent chain Chaperonins – reverse misfolded structures
Phân tử chaperon
32
TẠO HÌNH PROTEIN CHỨC NĂNG

34. Chaperonin
33
TẠO HÌNH PROTEIN CHỨC NĂNG

35. THOÁI HÓA PROTEIN
34

36. THOÁI HÓA PROTEIN
35

37. SOD1 (Superoxide dismutase 1) gắn Cu và Zn,
phân hủy các gốc superoxide tự do.
Đột biến (>100) gây bệnh Amyotrophic lateral sclerosis gia đình
(ALS, bệnh Lou Gehrig): Xơ cột bên teo cơ
nhà vật lý nổi tiếng thế giới Stephen Hawking: bức xạ của lỗ đen
Amyotrophic lateral sclerosis
PROTEIN MISFOLDING DISEASES
36

38. Tích tụ các protein liên quan
mật thiết với nhau được gọi là
Abeta peptit, tạo thành những
mảng Amyloid bất thường
và các nhóm mô xơ sợi cuộn
rối nằm trong hoặc bao xung
quanh TB thần kinh, làm chết
tế bào não và hậu quả là mất
khả năng tái tạo các tế bào
thần kinh.
PROTEIN MISFOLDING DISEASES
Alzheimer’s Disease: Aβ protein
37

39. An actual AD tangle
An actual AD plaque
 Mảng beta-amyloid tích tụ
xung quanh và bên ngoài
các tế bào thần kinh.
“Amyloid”: 1850s do nhuộm
bắt màu với iodine. Thành
phần chính là protein.
 cuộn rối xơ sợi thần kinh
phía bên trong tế bào thần
kinh
PROTEIN MISFOLDING DISEASES
Alzheimer’s Disease: Aβ protein
38

40. Mảng β amyloid
Amyloid precursor protein (APP)
là tiền chất của các mảng bám
dạng bột
1. APP xuyên màng TB thần kinh.
2. Enzyme cắt APP thành các
đoạn, có đoạn gọi là β Amyloid.
3. Các đoạn β Amyloid có khuynh
hướng tạo thành cụm gọi là mảng
1.
2.
3.
PROTEIN MISFOLDING DISEASES
Alzheimer’s Disease: Aβ protein
39

41. Tau protein:
Giữ hệ thống vi ống bền
vững.
Trong AD, Tau protein bị
thay đổi, tích tụ lại với
nhau tạo thành các cuộn
rối xơ sợi thần kinh
PROTEIN MISFOLDING DISEASES
Alzheimer’s Disease: Aβ protein
40

42. Transmissable spongiform
encephalopathies (TSEs),
gồm bệnh bò điên (BSE) và
bệnh Creutzfeld Jakob
(CJD) ở người.
Bệnh xảy ra khi protein tên
PRION xoắn sai lệch (binh
thường là thành phần màng
TB TK)
Khi xoắn sai, goi là
infectious prion, gây hiệu
ứng domino tới các prion
bình thường khác, truyền
qua đường ăn uống.
Stanley Ben Prusiner, 1997
PrPc
(Prion Protein cellular)
PrPsc
(Prion Protein scrapie)
Bề mặt não của Bn CJD
PROTEIN MISFOLDING DISEASES
Mad Cow Disease - Prion Protein
41

43. Hiệu ứng domino của các prion (proteinaceous infectious particle)
PrPsc
PrPc (Prion Protein cellular)
PrPsc (Prion Protein scrapie)
PROTEIN MISFOLDING DISEASES
Mad Cow Disease - Prion Protein
42

44. Gen Huntington: vùng lập lại trinucleotide (CAG mã
hóa cho glutamine) ở exon 1(NST 4).
Bệnh Huntington: vùng lập lại CAG mở rộng, tạo ra
protein sai lệch. Polyglutamin của protein Huntingtin
folding không đúng, gây tích tụ các protein này, phá
hủy tế bào thần kinh
PROTEIN MISFOLDING DISEASES
Huntington’s disease - Huntingtin protein
43

45. Bệnh lý Protein
Alzheimer Amyloid-β
Parkinson α-Synuclein
Diabetes type 2 Amylin
Amyotrophic lateral sclerosis Superoxide dismutase 1
Haemodialysis-related amyloidosis β2-microglobulin
Cystic fibrosis Cystic fibrosis transmembrane
regulator
Sickle cell anemia Hemoglobin
Hungtington Huntingtin
Creutzfeldt-Jakob Prion protein
Amyloidosis 10 protein khác
BỆNH LÝ LIÊN QUAN
ĐẾN PROTEIN TẠO HÌNH SAI
44

46. Sau khi tổng hợp hoặc đồng thời trong khi giải mã
 Cắt bỏ một hay nhiều đoạn peptid
H2N-
H2N-
H2N-
H2N-
disulfide
bonds
INSULIN
Tổng hợp dưới dạng PREPROINSULIN
- Loại bỏ signal sequence (PRE)
- Loại bỏ đoạn peptid (PRO)
- Cầu disulphide nối 2 đoạn peptide
ZYMOGEN
45
BIẾN ĐỔI TẠO PROTEIN CHỨC NĂNG

47.  Biến đổi hóa trị: thường xảy ra sau khi giải mã
Collagen: Proline  Hydroxyproline (cấu trúc bền)
(hydroxylation)
Cần Vitamin C
Thiếu Vitamin C  không Hydroxyproline
 Scurvy
H2N CH C
CH2
OH
O
CH2
C
O-
O
H2N CH C
CH2
OH
O
CH
C
O-
OCO
O-
N
C R
O
R
HN
C OH
O
OH
H
OH
Prothrombin:
Glutamate  gamma- Carboxy Glutamate
(carboxylation)
Cần Vitamin K
Thiếu vitamin K  RL đông máu
46
BIẾN ĐỔI TẠO PROTEIN CHỨC NĂNG

48. protein activityAsn, Ser, ThrGlycosylation
various
Lys
C-terminus
Tyr
Lys, N-terminus
N-terminus
Cys
Cys
Tyr
Pro, Lys, Asn, Asp
Arg, Lys, His, Glu
Ser, Thr, Tyr
target site
activation
degradation
bioactive peptides
protein-protein intera’n
gene expression
membrane association
membrane association
signalling
protein-protein intera’n
collagen structure
prot. repair, chemotaxis
signalling, activation
cellular process
Ubiquitylation
Truncation
Amidation
Sulfation
Acetylation
Myristoylation
Palmitoylation
Prenylation
Sulfation
Hydroxylation
Methylation
Phosphorylation
modification
47
BIẾN ĐỔI TẠO PROTEIN CHỨC NĂNG

49. 48
NGHIÊN CỨU VỀ PROTEIN

50. 49
NGHIÊN CỨU VỀ PROTEIN

51. 50
NGHIÊN CỨU VỀ PROTEIN

52. Gene  Protein  3D Structure  Function
51
NGHIÊN CỨU VỀ PROTEIN

53. 52
Giúp theo dõi về các protein trong 1 TB
hay trong một loại mô, tạo cơ sở dữ liệu
VÍ DỤ VỀ NGHIÊN CỨU PROTEIN

54. Autoimmunity: rheumatoid arthritis (RA): thấp khớp
multiple sclerosis (MS): đa xơ cứng
Osteoarthritis (OA): Viêm khớp xương
53
VÍ DỤ VỀ NGHIÊN CỨU PROTEIN