Bài giảng Hóa sinh động vật - Bài: Trao đổi protein và acid amin

hất như NO 3 - , NH 4 + hay dưới dạng các h/chất ph/tạp hơn như các aa. 
Các VSV cố định nitơ có kh/năng khử N 2 thành NH 4 + . Rồi NH 4 + lại được các VSV nitrite hoá và nitrate hoá chuyển thành NO 2 - và NO 3 - Các ion NO 3 - là dạng hợp chất chính của nitơ mà th/vật có thể hấp thu được. Trong cơ th/vật NO 3 - lại bị khử thành NH 4 + , rồi từ đây hình thành nên các aa, protein và các hợp chất chứa nitơ khác. 
Động vật sử dụng protein thực vật và protein động vật khác làm nguồn nitơ. Động vật lại thải NH 4 + và ure (là sản phẩm bài tiết của trao đổi các hợp chất chứa nitơ). Ure lại bị phân giải cho ra NH 4 + , đồng thời trong đất NH 4 + cũng là sản phẩm phân giải xác động thực vật chết. Ở đất, các sản phẩm này lại bị các vi sinh vật nitrit hoá và nitrat hoá ôxy hoá thành NO 2 - và NO 3 - và chất này lại được thực vật hấp thu và sử dụng. 
8.6.2. Tổng hợp acid amin 
Khả năng t/hợp aa không giống nhau ở các sv khác nhau. 
1) Thực vật có kh/năng t/hợp tất cả các aa từ các nguồn nitơ như NH 4 + , NO 3 - hay NO 2 - . (loài cây họ đậu, nhờ các vsv cố định nitơ cộng sinh, có thể t/hợp được aa từ N 2 
2) Ở vi sinh vật , kh/năng t/hợp aa khác nhau. Phần lớn cần NH 4 + làm nguồn nitơ; một số vsv giống như th/vật, có kh/năng s/dụng NO 3 - , t/hợp được tất cả các aa. Với một số loài, một số aa cũng là EAA. 
3) Động vật sử dụng N hữu cơ trong các aa (hình thành trong qt th/phân protein TĂ hay của TB) để t/hợp các aa. Nhiều loại aa không được t/hợp ở ĐV; ĐV nhận các aa này qua TĂ. Đây là các EAA. 
Các EAA ở người trưởng thành: 
 Aa mạch nhánh: Val, Leu, Ile 
 Aa mạch vòng: Phe, Trp 
 Aa tiếp theo: Thr, Met và Lys. 
(Người trưởng thành t/hợp được His và Arg, nhưng hai acid amin này lại không thay thế được ở trẻ con) 
Cys và Tyr là hai NEAA trong điều kiện đủ các EAA –ng/liệu để t/hợp nên chúng, tương ứng là Met và Phe. 
Các con đường tổng hợp từng aa rất khác nhau. 
Sự tổng hợp các aa có những nét chung: 
- Bộ khung carbon của aa bắt nguồn từ các sptg của q/trình đường phân, vòng pentosephosphate hay vòng Krebs. 
- Sự t/hợp một số aa bắt nguồn từ những tiền chất chung và qua nhiều SPTG giống nhau. 
- Nhìn chung có 6 con đường STH các acid amin: 
8.7. Sinh tổng hợp protein 
- Cùng với AN, protein là chất liệu cơ bản của sự sống. STH protein là vấn đề c/bản của s/học ph/tử. Vai trò s/học của protein vô cùng q/trọng và ph/phú. C/năng hàng đầu của protein là x/tác cho các p.ứ. h/sinh trong cơ thể sống. Protein còn th/gia vào c/trúc của TB. 
- Mỗi ph/tử protein có th/phần, tỷ lệ và tr/tự sắp xếp của các aa khác nhau → protein của các loài khác nhau, các loại protein ở trong cùng một cơ thể cũng có những t/chất và ch/năng khác nhau, không thể th/thế cho nhau được. Đó là tính đặc hiệu của protein. 
- Bằng cách nào cơ thể sống đã « xâu » lại trong các chuỗi polipeptide chứa hàng trăm aa theo một trật tự đã cho mà không hề sai sót? Bằng cách nào mà một dãy liên tục các nucleotit trong AN lại được ph/ánh chính xác trong một chuỗi liên lục các aa trong protein? 
- ADN nằm trong NST; qt STH protein lại xảy ra ở tế bào chất. Nếu thông tin mã hoá trong ADN dùng để chỉ huy việc STH protein ở riboxôm thì thông tin đó phải được chuyển từ nhân đến riboxôm nhờ một chất chuyền trung gian. 
- Thông tin d/truyền chứa trong ADN được s/chép lại trong mARN. Chính mARN là chất chuyển tr/gian đã chỉ huy gắn các aa theo một trật tự nhất định (sự dịch mã). 
Từ ADN đến protein có hai quá trình nối tiếp : 
 Crick: « luận thuyết trung tâm » của sinh học phân tử, 1958. 
- Th/tin được giữ trong AN (ADN hoặc trong một số virus là ARN) có thể truyền theo hướng AN → protein, nhưng không được truyền ngược lại từ protein đến AN. 
Nội dung chủ yếu của luận thuyết này: 
- Th/tin được sao trong mARN chỉ có thể dùng để dịch ra protein mà không thể quay trở lại dùng để t/hợp gen được. 
 (Đến nay đã khám phá ra qt sao mã ngược ở virus: 
TN cho th ấy: khi xâm nhập vào TB, gen của virus gồm 1 chuỗi ARN được dùng làm khuôn để t/hợp ADN hai chuỗi hoặc tái tạo lại ARN bằng chính ng/liệu và các enzyme của TB chủ. Mặc dù sp của sự sao chép ngược, cũng như tái tạo ARN của virus không được TB chủ sử dụng 
 Chứng tỏ: nếu có những enzyme thích hợp, hoàn toàn có thể truyền hoặc tái tạo lại thông tin giữa các dạng AN khác nhau và giống nhau 
Do những phát hiện mới trên, năm 1970 luận thuyết trung tâm của Crick đã được bổ sung thêm: 
Theo luận thyết trung tâm của s/học ph/tử, th/tin của gen chứa trong AN có thể truyền cho hàng loạt thế hệ. Phổ biến cho hàng loạt tế bào, thông tin được truyền theo hướng: ADN → ADN; ADN → ARN → protein. Khả năng ARN → ARN; ARN → ADN chỉ đặc trưng cho gen của virus (xảy ra trong đ/kiện đ/biệt khi TB nhiễm virus). Th/tin DT được lưu giữ và truyền lại cho th/hệ sau theo cơ chế tái tạo ADN. 
Theo q/điểm h/đại, qt STH protein t/hiện ở các TB SV dựa theo khuôn mẫu di truyền được định trong AN. Thứ tự các codon trong chuỗi polynucleotid q/định trình tự các aa trong chuỗi polypeptid 
Khi nc qt này, người ta phân ra 2 bước : 
- Sao chép mã di truyền 
- Phiên dịch mã di truyền 
8.6.1. Sao chép mã di truyền (tổng hợp mARN) 
- Sao chép mã dt: qt tạo mARN làm khuôn mẫu cho sự t/hợp chuỗi polypeptide. 
- Ở VSV, qt này tiến hành trực tiếp trên ADN, nhờ h/thống enzyme ARN-polymerase. mARN hình thành đến đâu được dùng làm khuôn mẫu ngay để t/hợp protein đến đó. Do đó, VSV có q/t sinh trưởng, phát triển nhanh chóng. 
- Ở sinh vật cấp cao, TB có nhân, qt sao chép th/hiện trong nhân TB và thường tạo ra dạng mARN chưa hoàn chỉnh (gọi là pro-mARN). Sau đó ph/tử pro-ARN phải trải qua q/trình hoàn thiện (splicing): những phần không mang thông tin (intron) bị loại bỏ, những đoạn mang mã (exon) được lắp ghép lại để tạo thành ph/tử mARN hoàn chỉnh. 
(Xem ph ần acid Nucleic) 
- Một trong những thành tựu rực rỡ nhất cúa SHPT: phát hiện ra mã di truyền, ghi dưới dạng bộ ba nucleotide. 
- Mã di truyền là chung cho toàn bộ sinh giới. 
base 
thứ nhất 
(đầu 5’) 
base thứ hai 
base 
thứ ba 
(đầu 3’) 
U 
C 
A 
G 
U 
UUU Phe 
UCU Ser 
UAU Tyr 
UGU Cys 
U 
UUC Phe 
UCC Ser 
UAC Tyr 
UGC Cys 
C 
UUA Leu 
UCA Ser 
UAA Stop 
UGA Stop 
A 
UUG Leu 
UCG Ser 
UAG Stop 
UGG Trp 
G 
C 
CUU Leu 
CCU Pro 
CAU His 
CGU Arg 
U 
CUC Leu 
CCC Pro 
CAC His 
CGC Arg 
C 
CUA Leu 
CCA Pro 
CAA Gln 
CGA Arg 
A 
CUG Leu 
CCG Pro 
CAG Gln 
CGG Arg 
G 
A 
AUU Ile 
ACU Thr 
AAU Asn 
AGU Ser 
U 
AUC Ile 
ACC Thr 
AAC Asn 
AGC Ser 
C 
AUA Ile 
ACA Thr 
AAA Lys 
AGA Arg 
A 
AUG Met* 
ACG Thr 
AAG Lys 
AGG Arg 
G 
G 
GUU Val 
GCU Ala 
GAU Asp 
GGU Gly 
U 
GUC Val	 
GCC Ala 
GAC Asp 
GGC Gly 
C 
GUA Val 
GCA Ala 
GAA Glu 
GGA Gly 
A 
GUG Val 
GCG Ala 
GAG Glu 
GGG Gly 
G 
8.6.2. Phiên dịch mã di truyền ở E. coli 
Quá trình có 4 giai đoạn: 
- Hoạt hoá acid amin 
- Tạo phức hợp mở đầu 
- Kéo dài chuỗi peptide 
- Kết thúc 
Giai đoạn hoạt hoá aa: 
- enzyme aminoacyl-tRNA-synthetase 
Bước 1: Tạo h/chất tr/gian aminoacyladenylate. Trong pứ này, nhóm carboxyl của aa tạo l/kết anhydrid với 5’ phosphate của AMP, g/phóng PPi, hợp chất vẫn gắn với TTHĐ của enzyme. 
 Aminoacid + ATP → aminoacyl-AMP + PPi 
- C ó hai bước: 
Bước 2: Tạo aminoacyl-tARN. Trong pứ này, nhóm aminoacyl được chuyển sang tARN tương ứng. 
 Aminoacyl-AMP + tRNA → aminoacyl-tRNA + AMP 
Enzyme x/tác cho g/đoạn h/hoá aa, tạo aminoaxyl-tARN, đặc hiệu cho từng aa. Mỗi aminoacyl-tARN-synthetase đều nhận ra aa của mình và tARN của aa ấy. Mỗi aa trước khi đi vào chuỗi polypeptide đều phải được h/hoá (gắn với tARN tương ứng). 
Giai đoạn tạo phức hợp mở đầu: 
Khi chưa hđ (chưa xảy ra qt phiên dịch mã), hai tiểu phần 30S và 50S của riboxôm 70S (ở E. coli) tách rời nhau. 
G/đoạn tạo ph/hợp mở đầu có các thành viên th/gia: tiểu phần 30S, các yếu tố mở đầu IF (bản chất protein) như IF3, IF2 và IF1, mARN và aa mở đầu đã được hoạt hoá. 
Ở E. coli, aa mở đầu là f.Met (metionin được formyl hoá) 
ở SV bậc cao (tế bào Eukaryote), Met không bị formyl hoá. 
- Khi IF3 gắn với tiểu phần 30S, cấu trúc tiểu phần này thay đổi, làm cho mARN có thể gắn vào được. 
 - IF2 là protein gắn với GTP (là một loại protein G), có hoạt tính của GTP-ase, có nhiệm vụ gắn aa mở đầu đã được h/ hoá và đưa vào tiểu phần 30S. Khi GTP bị thuỷ phân, NLphân giải GTP làm cho tiểu phần 30 th/đổi cấu hình, do đó 50S có thể gắn vào. 
Giai đoạn kéo dài chuỗi peptide có ba bước: 
- Định vị aa 2 -tRNA ở khu A 
- Tạo liên kết peptide 
- Chuyển vị 
Aa thứ hai (tiếp theo) đi vào ribosome nhờ yếu tố kéo dài EF.Tu (một protein không bền với nhiệt -temperature unstable), gắn với GTP. Sau khi aa thứ hai được định vị ở khu A, NL th/phân GTP làm EF.Tu-GDP bị đẩy ra ngoài. 
EF.Ts là yếu tố kéo dài bền với nhiệt (temperature stable) có v/trò xúc tiến việc tái tạo lại EF.Tu-GTP. 
Sau khi aa 2 -tARN (sau này là một aa-tARN tiếp theo nào đó) định vị ở khu A, liên kết peptide được hình thành nhờ enzyme peptidyltransferase. fMet (sau này là một peptidyl) được chuyển sang khu A, góp nhóm COOH để kếp hợp với nhóm NH 2 của aa vào sau tạo liên kết peptid. 
Sự chuyển vị có yếu tố EF.G th/gia (cũnng là một protein gắn GTP). Khi EF.G-GTP đi vào mARN sẽ được chuyển dịch sao cho x/hiện một codon mới ở khu A : Khi GTP bị th/phân sẽ c/cấp NL cho ribosome t/đổi cấu hình, peptidyl-tRNA bị chuyển từ khu A sang khu P. Khu A được gi/phóng để aa-tRNA tiếp theo đi vào. tRNA Met (hay tRNA của aa vào trước) bị đẩy ra ngoài. Sau khi EF.G tách ra, ribosome sẵn sàng nhận aa 3 -tRNA (hay aa-tRNA tiếp theo). 
- Khi x/hiện một trong các codon UAA, UAG hay UGA ở khu A thì qt STH protein sẽ dừng. Các yếu tố kết thúc RF1 và RF2 nhận biết các mã kết thúc trên mRNA (RF1 nhận ra UAA và UAG, RF2 nhận ra UAA và UGA). 
- Enzyme peptidyl-transferase với vai trò tạm thời của một esterase sẽ thuỷ phân liên kết giữa chuỗi peptide và tRNA ở khu P. 
- Chuỗi peptide gi/phóng khỏi ribosome; tRNA và mRNA được tách ra. 
- Ribosome lại phân li thành hai tiểu phần tách rời nhau. 
Giai đoạn kết thúc :