RNA và ứng dụng của RNA trong nghiên cứu y học và sinh học (Phần 3)
Nhãn:
Ebook sinh học
·
Một số ARN có kích thước nhỏ có hoạt tính xúc tác giống như enzyme được gọi là ribozyme .Bản thân của một số sno ARN và M1 ARN tham gia vào các quá trình hoàn thiện rARN và tARN nêu ở trên cũng có hoạt tính xúc tácSự khám phá ra RNA có thể hoạt động như chất xúc tác đưa đến một triển vọng nhanh mới về vai trò của RNA (giải Nobel hóa học dành cho Sidney Alatman và Thomas Cech vào 1989).
[Press Release 12 October 1989 The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the 1989 Nobel Prize in chemistry jointly to Professor Sidney Altman, Yale University, New Haven, Connecticut, USA and Professor Thomas Cech, University of Colorado, Boulder, USA For their discovery of catalytic properties of RNA.
1. Giới thiệu:
- Trong công trình nghiên cứu này hai nhà khoa học Sidney Altman và Thomas Cech đã phát hiện ra rằng RNA có thể xúc tác cho phản ứng tự nhân đôi và tổng hợp nên những phân tử RNA khác (ribozyme), mở đầu cho luồng ý kiến cho rằng RNA là nguyên liệu di truyền đầu tiên trên trái đất. Một "thế giới" RNA được tin là tồn tại trước khi DNA đón nhận vai trò là nguyên liệu di truyền then chốt, và RNA chuyển đến giữ vai trò liên lạc giữa DNA và protein. Sự khám phá chất xúc tác RNA không những liên hệ mật thiết với tiến hóa mà còn đề xuất được RNA giữ vai trò hoạt động nhiều hơn trong biểu hiện gene đã nhận ra từ sớm. RNA ribosome xúc tác hình thành liên kết peptide trong dịch mã.
- Năm 1989 hai nhà khoa học này đã đạt giải noben cho phát minh của họ “phân tử ARN (ribonucleic acid) trong các tế bào sống không chỉ là các phân tử đóng vai trò quan trọng trong truyền đạt thông tin di truyền mà còn có chức năng như là một chất xúc tác sinh học.Phát hiện của họ đã gây một bất ngờ rất lớn cho các nhà khoa học – và những người quan tâm đến khoa học sự sống.Rất nhiều chương trong các cuốn giáo trình đã phải sửa lại và bổ xung một chức năng mới của ARN. Đa số các phản ứng hoá học không thể xảy ra nếu không có các chất xúc tác. Các phản ứng hoá học sảy ra trong cơ thể sống cũng cần đến những chất xúc tác , các chất xúc tác sinh học đó có tên là enzyme . Ví dụ như trong tuyến nước bọt có một enzyme có khả năng chuyển hoá tinh bột thành glucose , trong gan có các enzyme có khả năng phân giải alcohol.Trong cơ thể thực vật cũng có các enzyme có khả năng chuyển hoá acid cacbonic trong không khí thành đường và tinh bột.
- Trước khi công trình nghiên cứu của Altman and Cech , tất cả các enzyme đều được coi là các protein. Các tính chất và chức năng cụ thể của protein được xác định bằng các nhân tố di truyền hay còn gọi là gene. Thông tin di truyền trên ADN quy định cấu trúc và chức năng của protein , tuy nhiên trước khi những thông tin đó có thể được sử dụng trực tiếp để tổng hợp nên protein , các mã di truyền cần phải được sao mã thành một dạng phân tử acid nuleic khác là RNA (ribonucleic acid). Altman và Cech đã tiến hành những nghiên cứu độc lập và phát hiện ra rằng RNA không chỉ là một phân tử có chức năng di truyền mà còn có vai trò như là một chất xúc
tác sinh học. Không chỉ có ý nghĩa trong nghiên cứu cơ bản phát minh này cũng cung cấp một công cụ mới trong kĩ thuật di truyền với tiềm năng hứa hẹn trong ngăn cản sự lây nhiễm virus.
- Những khám phá của Altman and Cech rằng ARN không chỉ có chức năng di truyền mà còn có chức năng xúc tác sinh học như là các enzyme đã gây ra một bất ngờ rất lớn vì đã từ lâu các nhà snh học tin rằng axit nucleic là các phân tử sinh học giữ vai trò trong di truyền còn protein là các phân tử chức năng cấu trúc và chức năng xúc tác. Các enzyme là các chất xúc tác sinh học mà nó có vai trò quyết định trong gần như là tất cả các phản ứng sảy ra trong cơ thể sống, các enzyme có khả năng tăng tốc độ phản ứng của phản ứng lên rất nhiều lần. Các phản ứng trong cơ thể sống thực sự rất khó sảy ra nếu như vắng mặt của các enzyme, hay nói một cách đơn giản, nếu không có enzyme thì sẽ không có sự sống.
3. Qúa trình nghiên cứu:
- Đã từ lâu, các nhà khoa học tin rằng enzyme chỉ được xem xét như là các protein, các phân tử protein là một trong 4 đại phân tử được cấu trúc nên từ hơn 20 acid amin và cấu trúc của gene mã hoá cho cấu trúc và chức năng của các phân tử protein và cấu trúc của gene quy định thành phần và chức năng của các phân tử protein trong tế bào. Cơ chế đó được mô tả như sau:
- Năm 1978 Altman đã nghiên cứu một enzyme có khả năng cắt RNA từ vi khuẩn Ecoli .Enzyme đó có tên hoá học là RNAs P một hợp phần có cấu trúc phức tạp giữa một protein và một phân tử acid nuleic. Khi Altman và cộng sự của ông tách chiết RNAs P sau đó phân cắt và tách protein từ acid nuleic thì enzyme này bị mất chức năng. Tuy nhiên ông đã phục hồi lại hoạt động của enzyme đó bằng cách trộn lại hai thành phần của enzyme đó với nhau. Và thí nghiệm đó là thí nghiệm đầu tiên chứng minh rằng phân tử ARN có vai trò quan trọng trong xúc tác. Tuy nhiên, tận đến tận 5 năm sau đó Altman mới có thể chỉ ra rằng bản thân chính phân tử ARN đã thực hiện phản ứng cắt ARN (RNA-shearing).
- Như đã đề cập đến ở trên , những khám phá về vai trò xúc tác của ARN đa biến đổi nguyên lý trung tâm của khoa học sự sống. Hơn nữa nó cũng có những ảnh hưởng sâu sắc đến những cách hiểu của chúng ta về vấn đề “sự sống trên trái đất đã hình thành và phát triển như thế nào”. Chúng ta cũng biết thêm rằng sự truyền đạt thông tin di truyền từ ADN đến protein cũng yêu cầu các enzyme và các phân tử protein khác.
- Và có một câu hỏi đặt ra là “ đại phân tử nào xuất hiện đầu tiên – là acid nucleic hay là protein”.Những nghiên cứu về chức năng xúc tác của ARN đã giải quyết vần đề con gà và quả trứng và nó là cơ sở dẫn đến quan điểm cho rằng phân tử ARN – phân tử vừa có chức năng mang thông tin di truyền và chức năng xúc tác có thể là đại phân tử sinh học đầu tiên xuất hiện trong tiến hoá(chứ không phải là ADN hay là protein như các giả thiết trước đây). Có thể tưởng tượng về một dạng sống nguyên thuỷ chỉ có ARN . Ở dạng sống này ARN vừa có vai trò là vật chất mang thông tin di truyền vừa biểu hiện chức năng của enzyme .Dạng sống đó dần biến đổi thành thế giới sống dựa trên 3 loại đại phân tử là AND , ARN và Protein. Một bằng chứng ủng hộ quan điểm protein xuất hiện của ARN là chức năng của ARN trong ribosome. Trong ribosome chính thành phần có vai trò xúc tác hình thành liên kết peptit ( enzyme peptidyl transferase ) là ARN . Điểm khác biệt giữa peptidyl transferase với các loại ribozyme khác (như là ARN antisen , P RNAase …) là các ribozyme khác đều gây tác động xúc tác lên trung tâm phản ứng là photpho còn peptidyl transferase gây hiệu ứng xúc tác lên trung tâm phản ứng là Cacbon qua đó hình thành liên kết peptit.Có thể ribozyme của ribosome là một “ dấu vết’’ sót lại của dạng sống nguyên thuỷ vốn chỉ có các enzyme ARN.
* Chức năng xúc tác của RNA cũng đã cung cấp một công cụ hoàn toàn mới trong công nghệ gen. Đặc biêt là các công nghệ có sử dụng ribozyme sẽ có thể được sử dụng trong việc phân cắt ARN để có thể phá huỷ những phân tử ARN có những đặc điểm gây hại và không mong muốn trong các cơ thể sinh vật nhất định. Nói một cách cụ thể hơn,các nhà khoa học hy vọng rằng khả năng cắt xén gene bằng phương thức cắt và phá huỷ ARN của virus sẽ là cơ chế bảo vệ cơ thể chống lại sự lây nhiễm virus, công nghệ liên quan đến các ribozyme cũng đã giúp tạo ra các thực vật kháng virus và góp phần điều trị có hiệu quả các bệnh do nhiễm virus như là bệnh cảm lạnh, do đó cần có các nghiên cứu tiếp theo sau Altman và Cech về chức năng xúc tác của ARN .
Tài liệu tham khảo:
Nobel lecture 1989 and related documents.
MEOCON BIO 2008
Đăng ký:
Đăng Nhận xét (Atom)
.jpg)
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét