Đề tài Năng lượng sinh học: Sử dụng ATP trong tổng hợp prôtêin

 tổng hợp protein theo thuyết khuôn, nó đã được chứng minh bởi thuyết trung tâm. Con đường thứ 2 là tổng hợp protein không cân khuôn mẫu ADN , chủ yếu để tổng hợp các peptit có trọng lượng phân tử dưới 1000.SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.1. Sinh tổng hợp axit amin:	Theo quan điểm hiện đại, quá trình sinh tổng hợp protein được trình bày theo thuyết khuôn, và trải qua nhiều bước và đồng thời có sự tham gia của ATP.	Trong sinh tổng hợp protein, vấn đề đầu tiên cần phải quan tâm tới là chức năng vận chuyển của ARN vận chuyển tham gia trong quá trình vận chuyển axit amin. Dưới tác dụng của ATP, axit amin đã kết hợp với axit adenylic thành phức hợp amin-adenylat.SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.2. ATP và sự tổng hợp protein theo thuyết khuôn:SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.2. ATP và sự tổng hợp protein theo thuyết khuôn:R – C – COOH + A – Ri – P ~ P ~P ~P ↔ R – C – C – P – Ri – A + P~PHNH2NH2HO	Người ta cho rằng, quá trình này đầu tiên ATP gắn vào enzym đặc hiệu của từng axit amin, kết quả làm biến đổi liên kết giữa nhóm pyrophotphat và phần còn lại của ATP. Sau đó ATP tác dụng với axit amin và có sự tham gia của ion Mg2+. Do đó, phản ứng hoạt hóa axit amin có thể biểu diễn bằng quá trình sau:SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.2. ATP và sự tổng hợp protein theo thuyết khuôn:SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.2. ATP và sự tổng hợp protein theo thuyết khuôn:E + ATP 	 E - ATPMg2+E - ATP + Aa 	E ATPAaSỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.2. ATP và sự tổng hợp protein theo thuyết khuôn:Adenyl hóa Aa- P ~ PEATPAa2EAMPAa	Nhờ tính chất chuyên hóa và tính chất đọng học cao của enzym, mà nó có thể tham gia ngay vào vận chuyển axit amin đã họa hóa đến ARNvc, vận chuyển như sau:SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.2. ATP và sự tổng hợp protein theo thuyết khuôn:+EAMPAa1ARNvcAa1EAMPAa1ARNvcAa1SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.2. ATP và sự tổng hợp protein theo thuyết khuôn:EAMPAa1ARNvcAa1EAa1ARNvcAa1Aminoacyl hóa ARNvc- AMPSỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.2. ATP và sự tổng hợp protein theo thuyết khuôn:EAa1ARNvcAa1+ATPEATPAa1ARNvcAa1SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.2. ATP và sự tổng hợp protein theo thuyết khuôn:EATPAa1ARNvcAa1+Aa2EATPAa2+Aa1 ~ ARNvc	Người ta còn cho rằng axit amin được chuyển từ aminoacyladenylat đến gốc cuối cùng của adenosin trong phân tử ­ t ARN bằng cách kết hợp với nhóm hydroxyl ở nguyên tử cacbon thứ ba trong gốc ribose ạo thành liên kết ester giàu năng lượng.G – [- Ax – Cy – Gz – Un -]– C – C – A – O~CO – CHR – NH2SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.2. ATP và sự tổng hợp protein theo thuyết khuôn:	ARN vận chuyển có nhiệm vụ vận chuyển axit amin đã hoạt hóa đến ribosom để tiến hành các bước tiếp theo của quá tình sinh tổng hợp protein.	Trong qua trình hoạt hóa axit amin thì không thể thay thế ATP bằng các tri hay diphosphat khác; đồng thời thấy rằng dATP lại có tác dung kim hãm phản ứng hoạt hóa.	Bằng con đường tương tự thì hầu hết axit amin đều được hoạt hóa và vận chuyển đến các ARN vận chuyển tương ứng của chúng và dẫn đến tổng hợp liên kết peptit của proteinSỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.2. ATP và sự tổng hợp protein theo thuyết khuôn:	Tại ribosom xảy ra nhóm NH2 của axit amin gắn với gốc axit phosphoric của ARN thông tin (mARN) nhờ xúc tác của enzym và chất cho năng lượng là GTP. Tiếp theo thì phức hợp axit amin – tARN thứ hai chuyển vào vị trí cần thiết (vị trí A) do quy luật bổ sung từ thứ tự codon trến ARN thông tin quy định. Sau đó phức hợp được đẩy lùi về vị trí liên kết peptid (vị trí P) và xảy ra phản ứng trao đổi giữa nhóm cacboxyl của axit amin thứ nhất với nhóm amin của axit amin thứ hai tạo thành liên kết peptid bằng liên kết cộng hóa trị và peptid dài thêm một axit amin; đồng thời giải phóng ARN vận chuyển của axit amin thứ nhất. SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.2. ATP và sự tổng hợp protein theo thuyết khuôn:	Quá trình cứ tiếp diễn theo quy trình như vậy cho đến khi kết thúc tổng hợp chuỗi polipeptid cần thiết. Năng lượng cần thiết cho quá trình kéo dài chuỗi được cung cấp từ thủy phân GTP và liên kết giàu năng lượng trong phức hợp axit amin – tARN.	Chúng ta biết rằng trong thiên nhiên có khoảng 20 axit amin thường gặp trong protein. Mỗi axit amin có thể có một hoặc một vài ARN vận chuyển có khả năng hoạt hóa axit amin tạo phức chất gắn ghép vào bộ ba mã hóa (triplet) khác nhau của ARN thông tin trong ribosom. SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.2. ATP và sự tổng hợp protein theo thuyết khuôn:	Mặt khác mỗi phân tử protein có tới vài chục đến hàng nghìn axit amin. Do đó số năng lượng dùng để hoạt hóa tất cả các axit amin của quá trình tổng hợp mọt phân tử protein nào đó phải lên tới hàng trăm, hàng nghìn phân tử ATP.	Sau khi kết thúc quá trình tổng hợp chuỗi polipeptid ở ribosom, một vẫn đề đặt ra là phải giải phóng chuỗi polipeptid ở ribosom. Giải phóng protein vừa được tổng hợp ra khỏi ribosom phụ thuộc vào ba nhân tố trong môi trường là: SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.2. ATP và sự tổng hợp protein theo thuyết khuôn:	- Enzym đặc hiệu.	- Chất cung cấp năng lượng ATP.	- Các ion K+ và Mg2+.	Trong phạm vi này thì Atp cùng với calcium và magnesium giữ vai trò ổn định hoạt tính enzym có thể cung cấp năng lượng để phá vỡ liên kết phosphoamid giữa protein và ribosom.SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.2. ATP và sự tổng hợp protein theo thuyết khuôn:	Các enzyme phân giải protein,trong những điều kiện nhất định có thể xúc tác tổng hợp protein không cần khuôn mẫu AND. Con đường này chủ yếu tổng hợp các peptit có trọng lượng phân tử dưới 1000 và người ta thường gọi quá trình này là quá trình peptit hóa.	Nhưng người ta cũng còn thấy ở ty thể gan chuột có quá trình peptit hóa từ các axit amin tự do, trong đó có các enzyme xúc tác để móc nối các axit amin N- đầu cùng hay C- tận cùng của một peptit nào đó có ATP tham gia, như: gắn arginin, glutamic, methionin, tryptophan và leucin. Nhưng có một số axit amin gắn không cần cả ATP như: alanin, cystein và glycin.SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.3. ATP và sự tổng hợp protein theo con đường khác:	Trong quá trình nghiên cứu sinh tổng hợp các peptit chuỗi ngắn, người ta thấy chúng có thể diễn ra theo con đường khác với tổng hợp protein là ở chỗ chúng không có axit nucleic tham gia.	Ví dụ tổng hợp chất kháng sinh Gramicidin S là một deca peptit ở Bacillus xảy ra khác với quá trình tổng hợp protein theo thuyết khuôn ở trên. Quá trình này phụ thuộc vào ATP và nồng độ phosphat cao (khoảng 400 mM)SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.3. ATP và sự tổng hợp protein theo con đường khác:	Trong quá trình tổng hợp thì các axit amin cũng được hoạt hóa bằng các enzyme xúc tác, nhưng những enzyme này không giống với synthetase của con đường sinh tổng hợp protein thông thường.Khi hoạt hóa các axit amin ở trạng thái kích thích dưới dạng liên kết aminoacyladeninlat giàu năng lượng, nên có thể dễ dàng tham gia phản ứng để tạo thành peptit. Ví dụ:	SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.3. ATP và sự tổng hợp protein theo con đường khác:Ornithin + ATP 	→ Ornithin ~ AMP + P ~ P	Từng axit amin được hoạt hóa tương tự rồi mới tạo thành peptit. Cơ chế tạo thành peptid theo kiểu này cũng giống trường hợp tạo thành acetyl trong tổn hợp axit béo, có hệ thống ezym đa chức năng xúc tác. Trong phức hợp enzym tổng hợp Gramicidin S người thấy ít nhất có 18 chức năng xúc tác mới hoàn thành chuỗi decapeptid vòng. Quá trình tổng hợp này có thể mô tả tóm tắc như sau:	Phenylalanyl AMP cố định vào enzym E2 bằng liên kết thioester.SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.3. ATP và sự tổng hợp protein theo con đường khác:SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.3. ATP và sự tổng hợp protein theo con đường khác:C6H5 - CH2 - CH - COOH + E2SH E - S - CO - CH - NH2NH2CH2 – C6H5	4 axit amin còn lại gắn vào 4 vị trí khác nhau trên phân tử enzym E1: SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.3. ATP và sự tổng hợp protein theo con đường khác:HS – Pantothenic – P – E1S – Pro – NH2 S – Val – NH2 S – Orn – NH2 S – Leu – NH2 	Sau đó E2 và E1 tiếp xúc với nhau, phenylalanin hoạt động được chuyển đến prolin ở E1, gọi là chuyển peptid hóa. Đáng chú ý là L- phenylalanin ngay từ khi còn ở E2 đã được chuyển thành D- phenylalanin do enzym racemase xúc tác. Từng bước các axit amin có các bước hoạt hóa và chuyển tiếp tương tự như trên để tạo thành peptid.SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.3. ATP và sự tổng hợp protein theo con đường khác:SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.3. ATP và sự tổng hợp protein theo con đường khác:E1S – Pro – Phe – NH2 S – Val – Pro – Phe – NH2 S – Orn – Val – Pro – Phe – NH2 S – Leu - Orn – Val – Pro – Phe – NH2 	Trình tự chính xác các axit amin này do một enzym chuyên hóa không gian quy định. Sau khi đã hoàn thành chuỗi pentapeptid thì hai chuỗi này có thể gắn với nhau để tạo thành peptidSỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.3. ATP và sự tổng hợp protein theo con đường khác:D – Phe → L – Pro → L – Val → L – Orn → L - Leu L – Leu ← L – Orn ← L – Val ← L – Pro ← D - Phe Gramicidin S	Cơ chế tổng hợp này cho đến nay người ta đã ứng dụng để tổng hợp nhiều peptit chuỗi ngắn, trong đó có các chất kháng sinh như: Gramicidin S, Tyroxin, Bacitracin, nhưng cũng còn nhiều vấn đề chưa lý giải được.SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP PROTEIN2. ATP và sự tổng hợp protein:2.3. ATP và sự tổng hợp protein theo con đường khác:CHÀO CÁC BẠN HỌC VIÊN!KÍNH CHÀO QUÝ THẦY CÔ GIÁO!