Ứng dụng adn tái tổ hợp trong sản xuất prôtêin có hoạt tính sinh học (insulin, hgh)

Sinh học phân tử Axit Nucleic Ứng dụng ADN tái tổ hợp trong sản xuất protein có hoạt tính sinh học(hormone insulin và hormone tăng trưởng người) Người thực hiện: Chu Thị Mến K13- Sinh học thực nghiệm(Bắc giang)-Sinh học phân tử là môn khoa học nghiên cứu giới sinh vật hay các hiện tượng sinh vật ở mức độ phân tử.- Mục đích của sinh học phân tử là tìm hiểu mối tương tác giữa các hệ thống khác nhau trong tế bào bao gồm cả mối liên hệ và tương tác giữa các phân tử ADN, ARN, quá trình tổng hợp protein cũng như tìm hiểu cơ chế điều hòa những mối tương tác này. ỨNG DỤNG ADN TÁI TỔ HỢP TRONG SẢN XUẤT PRÔTÊIN CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC(INSULIN, HGH)- Việc sản xuất các chất phòng và chữa bệnh là lĩnh vực mạnh nhất của sinh học phân tử với sự phát triển của hàng loạt công nghiệp sản xuất các chất có đặc tính phòng và trị bệnh, bao gồm các protein có hoạt tính sinh học, vaccine và thuốc kháng sinh. - Một trong những ứng dụng của sinh học phân tử là tạo ADN tái tổ hợp nhằm sản xuất prôtêin có hoạt tính sinh học như: Insulin chữa bệnh tiểu đường, hormone tăng trưởng người 1.Một số vấn đề chung về ADN tái tổ hợp ADN tái tổ hợp là phân tử ADN được tạo thành từ hai hay nhiều trình tự ADN của các loài sinh vật khác nhau.Trong kỹ thuật di truyền,ADN tái tổ hợp thường được tạo thành từ việc gắn những đoạn ADN có nguồn gốc khác nhau vào trong vectơ tách dòng.Những vectơ tách dòng mang ADN tái tổ hợp này có thể biểu hiện thành các prôtêin tái tổ hợp trong các sinh vật. -Để tạo ra ADN tái tổ hợp,ta cần phải tách chiết được thể truyền và gen cần chuyển ra khỏi tế bào. -Thể truyền thực chất là một phân tử ADN nhỏ có khả năng nhân đôi mọt cách độc lập với hệ gen của tế bào cũng như có thể gắn vào hệ gen của tế bào.Thể truyền có thể là các plasmit,virut hoặc một số nhiễm sắc thể nhân tạo. -Hệ gen của tế bào nhân thực gồm các phân tử ADN có kích thước lớn.Vậy làm thế nào để tách chính xác một gen,một đoạn ADN ra khỏi genome. 1.Một số vấn đề chung về ADN tái tổ hợp -Những vấn đề này trở nên dễ dàng giải quyết từ khi phát hiện ra enzym giới hạn(retrictaza). - Enzym giới hạn cắt ADN của thể truyền và gen cần chuyển tạo ra các đầu tù hoặc đầu dính.1.Một số vấn đề chung về ADN tái tổ hợp G T T A A C	G A A T T C C A A T T G	C T T A A G (a)	(b)Hình 1: Phân tử ADN bị cắt bởi enzym giới hạn(tạo đầu bằng-a; tạo đầu dính- b)1.Một số vấn đề chung về ADN tái tổ hợp - Để đưa đoạn ADN cần chuyến vào vector, phản ứng nối giữa các đầu dính của vector với ADN giữ vai trò quyết định. - Các đầu dính đó phải liên kết với nhau theo nguyên tắc tạo cặp bổ sung. Mỗi đầu dính của một đoạn ADN này có thể nối với đầu kia của đoạn ADN khác khi cả hai cùng bị cắt bởi một enzym tạo nên phân tử ADN tái tổ hợp nhờ enzym ligase.1.Một số vấn đề chung về ADN tái tổ hợpHình 2: Phân tử ADN tái tổ hợpHình 2: Phân tử ADN tái tổ hợp2. Ứng dụng của ADN tái tổ hợp trong sản xuất prôtêin có hoạt tính sinh học	a.Sản xuất Insuline chữa bệnh tiểu đường - Insulin là một hormone được tiết ra bởi tế bào beta trong đảo Langerhans của tuyến tụy khi động vật tiêu hoá thức ăn, đây là hormone quan trọng nhất cho quá trình lưu trữ, sử dụng đường, acid amin và acid béo và duy trì lượng đường trong máu. Hàm lượng đường trong máu là nguồn năng lượng thiết yếu cho cơ thể. Nếu lượng đường trong máu không duy trì ở mức bình thường có thể gây ra những căn bệnh nguy hiểm. Hàm lượng đường trong máu tăng có thể gây ra sự bài tiết đường qua nước tiểu, kết quả là bị mất glucose, hiện tượng này còn gọi là bệnh tiểu đường.- Insulin là hormone duy nhất có thể làm giảm lượng đường trong máu. -Insulin người là một polypeptide bao gồm một chuỗi A với 21 acid amin và một chuỗi B với 30 acid amin, có một cầu nối disulfur trong chuỗi A và 2 cầu nối disufur nối giữa hai chuỗi A và B. - Insulin ban đầu được tổng hợp ở dạng “preproinsulin” (tiền insulin) trên ribosome trong tế bào beta trong đảo Langerhans của tuyến tụy. -Preproinsulin là một phân tử dạng thẳng bao gồm: một peptide tín hiệu chứa 24 acid amin (SP), chuỗi B, peptide C với 31 acid amin (C) và chuỗi A nối với nhau theo thứ tự SP-B-C-A. -Khi vận chuyển qua lưới nội chất, peptide tín hiệu bị phân cắt tạo ra proinsulin (B-C-A). -Proinsulin hình thành cầu nối disulfur trong lưới nội chất, hình thành cấu trúc bậc ba. Proinsulin bị phân cắt bởi enzyme PC1/3 tại liên kết giữa chuỗi B và peptide C và sau đó bị phân cắt bởi enzyme PC2 ngay vị trí liên kết giữa chuỗi A và peptide C. - Hai acid amin đầu N của peptide nối với đầu C của chuỗi B khi bị phân cắt bởi PC1/3 sẽ được phân cắt ra khỏi chuỗi B bởi enzyme carboxypeptidase H. Kết quả cuối cùng của quá trình phân cắt tạo thành insulin.(Hình 3)Hình 3: Cấu trúc của phân tử InsulinCác phương pháp sản xuất insulinHình 4: Sản xuất insulin tái tổ hợp với chuỗi A và chuỗi B riêng biệt Các phương pháp sản xuất insulinHình 5: Sản xuất insulin tái tổ hợp trên vi khuẩn b.Hormone tăng trưởng người(HGH- Human Growth Hormone) - Hormone tăng trưởng HGH là một loại hormone peptide do thùy trước tuyến yên của não bộ tiết ra(Hình 6). - Đây là hormone chính kiểm soát các cơ quan và chức năng trong cơ thể, chịu trách nhiệm trực tiếp tái tạo mô, thay thế tế bào, cải thiện chức năng não và chức năng enzym, thiết lập lại giấc ngủ sinh lý Hình 6: Tuyến Yên và vị trí của nó ở não bộ - Hormone tăng trưởng hGH (Hình 7)là một chất đạm (protein) được tạo bởi một chuỗi gồm 190 amino acid và có phân tử lượng là 22 kilo daltons (khoảng 120 lần phân tử lượng của thuốc Aspirin). - Do cấu trúc phức tạp, hGH không thể được sản xuất bằng phương pháp hoá học tổng hợp bình thường. -Trước năm 1985, hGH phải được ly trích từ tuyến yên của xác người.Hình 7: Phân tử hGH và phân tử thụ cảm (receptor) -Khi kỹ thuật ghép di thể được khám phá và do đó công nghệ sinh học đã được áp dụng để ghép di thể hGH vào vi trùng E. Coli. Từ đó, việc sản xuất  hGH trên quy mô lớn được bắt đầu và hGH ly trích từ xác người không còn được phép sử dụng nữa. - hGH là một chất đạm có phân tử lượng cao nên không thể được bào chế thành thuốc viên để uống vì nó sẽ bị phân hủy bởi acid và các enzymes (như pepsin) trong bao tử và cơ quan tiêu hoá. -Hiện nay hGH được tổng hợp bằng công nghệ sinh học và đã cho phép sử dụng trong trường hợp trẻ em bị bệnh chậm lớn, hay người lớn không có khả năng điều tiết hGH. - Người ta đã tạo dòng cDNA hGH, gắn với một promotor mạnh(giúp tăng cường biểu hiện của gen) rồi đưa vào pBR322.Vector tái tổ hợp sau đó được đưa và E.coli và hGH sẽ được thu nhận lại sau một quá trình nuôi cấy vi khuẩn. - Cơ chế chính của hGH trong quá trình phát triển của cơ thể là kích thích gan và các mô khác tiết ra Insulin-like growth factor–1 (viết tắt là IGF-I).  Chính IGF-I kích thích sự tăng trưởng của tế bào xương và tế bào cơ bắp phát triển (Hình 8). - hGH còn có tác dụng trực tiếp lên mô mỡ, giúp biến mỡ thành fatty acid để cung cấp năng lượng cho các tế bào khác tăng trưởng. Thêm vào đó, hGH còn có ảnh hưởng quan trọng đến sự phân hóa và tổng hợp của chất đạm, chất béo và tinh bột. Do đó, hGH có ảnh hưởng quan trọng đế quá trình phát triển của cơ thể. Hình 8: Tác dụng của kích thích tố tăng trưởng đến tế bào xương, mỡ, và cơ bắp