Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.pdf

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.pdf

Tải bản đầy đủ - 0trang

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI



KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC



DANH MỤC CÁC BẢNG



Bảng 3.1 Các họ GH chứa enzyme xylan 1-4 beta xylosidase theo

CAZy.

Bảng 3.2 Tổng hợp dữ liệu đã được nghiên cứu chi tiết về xylan 1-4

beta xylosidase.

Bảng 3.4 So sánh tương đồng giữa probe với các trình tự thuộc

GH43.

Bảng 3.5.1 So sánh số lượng trình tự khai thác bằng probe với dự

đoán của BGI.

Bảng 3.5.2 So sánh số lượng trình tự khai thác bằng probe với dự

đốn của BGI.

Bảng 3.6 Ước đoán cấu trúc bậc ba của các trình tự bằng Swiss Prot.



Vũ Trường Đức – 1302.K20



II



18



20



28



29



31



33



Khóa luận tốt nghiệp



VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI



KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC



DANH MỤC CÁC HÌNH



Hình 1.1 Cấu trúc bậc 2 của enzyme β-xylosidase tách từ

Thermoanaerobacterium saccharolyticum JW/SL-YS485 có khối



5



lượng 73 kDa.

Hình 1.2 Cấu trúc bậc 3 của beta-1,4-xylanases from Chaetomium



7



thermophilum.

Hình 1.3 Cấu trúc bậc 4 của enzyme β-xylosidase tách từ



8



Thermoanaerobacterium saccharolyticum JW/SL-YS485.

Hình 3.3 Kết quả so sánh sự tương đồng các trình tự axit amin của



26



xylan 1-4 beta xylosidase thuộc họ GH43.

Hình 3.4 Trình tự probe cho enzyme xylan 1-4 beta xylosidase thuộc



27



họ GH43.

Hình 3.5 Kết quả dự đốn tương đồng đặc hiệu trình tự và các gốc



32



hoạt động của các trình tự được lựa chọn bằng probe GH43.

Hình 3.6 Cấu trúc bậc ba của các xylan beta xylosidase khuôn

(template) 2exk.1.A (A), 1yrz.1.A (B), 1yi7.1.A (C), 3c7g.1.A (D) họ



37



GH43 tương đồng với các trình tự được khai thác bằng probe sử dụng

Swiss prot.



Vũ Trường Đức – 1302.K20



III



Khóa luận tốt nghiệp



VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI



KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC



LỜI MỞ ĐẦU

Mối Coptotermes gestroi thuộc mối bậc thấp trong họ Rhinotermitidae

rất phổ biến ở Việt Nam cũng như một số quốc gia trên thế giới. Có ít nhất 16

họ GH của vi sinh vật cộng sinh trong ruột sau bao gồm: GH2, 3, 5, 7, 10, 11,

16, 20, 26, 30, 42, 45, 47, 53, 77, 92. Ứng dụng kỹ thuật metagenomics theo

hướng phân tích dữ liệu thu được từ việc giải tồn bộ trình tự metagenome,

Do và đồng tác giả đã khai thác được 125.431 khung đọc mở (ORF) với tổng

chiều dài lên tới 78.271.365 bp của hệ vi khuẩn sống tự do trong ruột mối,

trong đó ước đốn gồm rất nhiều trình tự mã hóa cho enzyme xylan 1-4 beta

xylosidase hay gọi tắt là enzyme beta xylosidase. Phương pháp dự đoán gen

từ dữ liệu khổng lồ DNA metagenome của vi sinh vật trong ruột mối bước

đầu đã sử dụng các phần mềm tin sinh học, thường dựa trên số liệu các trình

tự tương đồng với các lồi đã được cơng bố trong ngân hàng gen.

Việc lựa chọn các trình tự gen mong muốn được thực hiện bằng nhiều

phần mềm dự đoán cấu trúc và chức năng của protein. Đầu tiên là việc sử

dụng công cụ BLASTP để xác định chức năng bằng cách so sánh độ tương

đồng và mức độ bao phủ của trình tự đã ước đốn chức năng ban đầu từ DNA

metagenome, với các trình tự có trên ngân hàng gen của NCBI. Kết quả

BLASTP giúp cho việc ước đốn rất nhiều các thơng số của enzyme như vị trí

các vùng bảo tồn, họ enzyme, nguồn vi sinh vật chứa enzyme, …. Trước khi

đưa vào thực nghiệm, các gen này tiếp tục sử dụng phần mềm dự đoán về tính

chất như khả năng chịu kiềm/axit, chịu nhiệt ,… của enzyme. Mặc dù dữ liệu

trình tự axit amin/nucleotit của NCBI vơ cùng lớn, nhưng có rất nhiều trình tự

nucleotit mã hóa cho enzyme xylan 1-4 beta xylosidase chưa được nghiên cứu

tính chất, mà chỉ dựa trên sự so sánh tương đồng đối với trình tự có sẵn trong

NCBI. Do đó số liệu dự đoán của BLAST và các phần mềm khác sử dụng

những dữ liệu của NCBI chưa được nghiên cứu chi tiết sẽ trở nên kém tin cậy

Vũ Trường Đức – 1302.K20



1



Khóa luận tốt nghiệp



VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI



KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC



khi đưa vào thực nghiệm. Đây là một trong những khó khăn trong việc lựa

chọn gen từ số liệu DNA metagenome của ruột mối nếu chỉ sử dụng các cơng

cụ trên. Do đó việc tìm kiếm phương pháp để có thể khai thác, lựa chọn được

gen mã hóa xylan 1-4 beta xylosidase từ dữ liệu này và có thể thực nghiệm

hiệu quả là rất cần thiết.

 Mục tiêu nghiên cứu

Đưa ra được phương pháp để xây dựng probe cho enzyme xylan 1-4

beta xylosidase.



Vũ Trường Đức – 1302.K20



2



Khóa luận tốt nghiệp



VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI



KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC



PHẦN I: TỔNG QUAN

1.1 Khái quát về xylan 1-4 beta xylosidase

1.1.1 Định nghĩa

Xylan 1,4-beta-xylosidase (EC 3.2.1.37, xylobiase, beta-xylosidase,

exo-1,4-beta-xylosidase, beta-D-xylopyranosidase, exo-1,4-xylosidase, exo1,4- beta-D-xylosidase, 1,4-beta-D-xylan xylohydrolase) là một enzyme xúc

tác cho phản ứng hóa học.

Thủy phân (1-> 4) -beta-D-xylan, để loại bỏ dư lượng D-xylose tiếp

từ-giảm không trạm cuối enzym này cũng thủy phân xylulose.

1.1.2 Phân loại

Xylan 1,4-beta-xylosidase thuộc nhóm enzyme glycoside hydrolase

(EC 3.2.1.x). Đây là một nhóm enzyme lớn, có khả năng thủy phân liên kết

glycoside giữa cacbonhydrat và các thành phần khác. Dựa trên cơ chất đặc

hiệu, cơ chế phản ứng và trình tự amino axit, đến nay đã có 135 họ glycoside

hydrolase được phân loại. 14 bộ gồm các họ enzyme tương đồng cũng đã

được thống kê.

Xylan 1,4-beta-xylosidase, từ các nguồn đã được tìm thấy hiện nay,

được sắp xếp vào các họ glycoside hydrolase 1, 3, 30, 39, 43, 51, 52, 54, 116

và 120. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều loại xylosidases chưa được phân loại rõ, bởi

chúng khơng có đặc tính rõ ràng hoặc mang đặc tính của nhiều họ.

Xylan 1,4-beta-xylosidase ở các họ GH 1, 39, 52, 116, 120 đều có

nguồn gốc vi khuẩn, và ở họ GH 51, 54 đều có nguồn gốc nấm. Các họ còn lại

chứa β-xylosidase có nguồn gốc hỗn hợp.



Vũ Trường Đức – 1302.K20



3



Khóa luận tốt nghiệp



VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI



KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC



1.1.3 Hoạt tính của xylan 1-4 beta xylosidase

Xylan 1,4-beta-xylosidase, là một enzyme có khả năng xúc tác phản

ứng cắt ở đầu không khử của chuỗi polyme (reducing end exo-acting). Hoạt

tính chủ yếu của chúng là loại bỏ các gốc khử D-xylose khỏi đầu không khử

(non-reducing end) của (1,4)-β-D-xylan oligosaccharide, nhờ đó (1,4)-β-Dxylan oligosaccharide được thủy phân thành các tiểu phần β-Dxylanpyranose. Ngồi ra, β-xylosidase còn có khả năng thủy phân xylobiose.

Một số hoạt tính exoglycosidase khác của enzyme này cũng đã được tìm thấy

ở gan cừu.

1.1.4 Cấu trúc của xylan 1-4 beta xylosidase

Về bản chất xylan 1-4 beta xylosidase là một phân tử protein. Xét về

mặt cấu trúc và các dạng tồn tại trong không gian người ta phân biệt 4 loại

cấu trúc:

1.1.4.1 Cấu trúc bậc I của xylan 1-4 beta xylosidase

Cấu trúc bậc I của protein là thành phần và trình tự sắp xếp của các gốc

axit amin trong mạch polypeptide. Hiện nay, cấu trúc bậc I của nhiều protein

đã được thiết lập. Đa số các protein có số gốc axit amin giữa 100 và 500,

nhưng cũng có nhiều protein có số lượng gốc axit amin lớn hơn nhiều.

1.1.4.2 Cấu trúc bậc II của xylan 1-4 beta xylosidase

Cấu trúc bậc II của phân tử protein biểu thị sự xoắn của chuỗi

polypeptide, là tương tác không gian giữa các gốc axit amin ở gần nhau trong

mạch polypeptide. Nói cách khác, cấu trúc bậc II là dạng không gian cục bộ

của từng phần trong mạch polypeptide. Cấu trúc này được làm bền nhờ các

liên kết hydro được tạo thành giữa liên kết peptide ở kề gần nhau, cách nhau



Vũ Trường Đức – 1302.K20



4



Khóa luận tốt nghiệp



VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI



KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC



những khoảng xác định. Theo Pauling và Cori (1951) cấu trúc bậc II của

protein bao gồm 2 kiểu chính là xoắn α và phiến gấp nếp β [12].

Một khung đọc mở có chứa 1.914 bp của



xylC tách từ



Thermoanaerobacterium saccharolyticum JW/SL-YS485 mã hóa enzyme βxylosidase có khối lượng 73 kDa. Cấu trúc bậc 2 của enzyme này được minh

họa ở Hình 1.1. [16]



Hình 1.1 Cấu trúc bậc 2 của enzyme β-xylosidase tách từ

Thermoanaerobacterium saccharolyticum JW/SL-YS485 có khối lượng 73

kDa. a. cấu trúc dự đốn sử dụng trình tự gốc; b. cấu trúc dự đốn sử dụng

trình tự đã được biến đổi.

1.1.4.3 Cấu trúc bậc 3 của xylan 1-4 beta xylosidase

Cấu trúc bậc III là tương tác không gian giữa các gốc axit amin ở xa

nhau trong mạch polypeptide, là dạng cuộn lại trong không gian của tồn

mạch polypeptide (hình dạng chung của chuỗi polypeptide). Trong thực tế,

Vũ Trường Đức – 1302.K20



5



Khóa luận tốt nghiệp



VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI



KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC



nhiều protein có cấu trúc bậc III dạng hình cầu. Ngun nhân làm cho các

phân tử protein có thể cuộn lại thành hình cầu là do sự tương tác của các

nhóm bên (gốc R) của axit amin. Do sự tương tác này mà cấu trúc bậc II đều

đặn bị biến dạng, dẫn đến hình thành cấu trúc bậc III. Như vậy, ở cấu trúc bậc

III, chuỗi polypeptide có những vùng có cấu trúc bậc II xác định, có những

vùng có cấu trúc gấp nếp β và những vùng xoắn ngẫu nhiên làm cho phân tử

cuộn lại có dạng hình cầu. Myoglobin là một protein có cấu trúc bậc III được

Kendrew xác định bằng phương pháp chụp nhiễu xạ tia X.

Đặc điểm quan trọng trong cấu trúc bậc III là sự hình thành những vùng

kỵ nước do các gốc bên không phân cực của các axit amin hợp thành. Nhiều

nghiên cứu đã chứng minh rằng, cấu trúc bậc III được giữ vững và ổn định

chủ yếu do sự tương tác kỵ nước và liên kết hydro.

Ngồi ra, người ta cũng tìm thấy liên kết disulfur (-S-S) ở một số

protein có cấu trúc bậc III, song sự hình thành cầu disunfua khơng phải là lực

chủ đạo làm cho mạch polypeptide cuộn lại, mà nó được hình thành ngẫu

nhiên khi các nhóm –SH của các gốc axit amin trong chuỗi polypeptide đã

cuộn lại nằm kề nhau.

Cầu disunfua đóng vai trò giữ vững và ổn định cấu trúc bậc III. Phần

lớn các protein hình cầu có cấu trúc bậc III, có các gốc axit amin kỵ nước

quay vào trong, còn các gốc axit amin ưa nước phân bố trên bề mặt.

Ví dụ về cấu trúc bậc III của beta-1,4-xylanases from Chaetomium

thermophilum trình bày ở Hình 1.2. [4].



Vũ Trường Đức – 1302.K20



6



Khóa luận tốt nghiệp



VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI



KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC



Hình 1.2 Cấu trúc bậc 3 của beta-1,4-xylanases

from Chaetomium thermophilum

1.1.4.4 Cấu trúc bậc IV của xylan 1-4 beta xylosidase

Cấu trúc bậc IV biểu thị sự kết hợp của các chuỗi có cấu trúc bậc III

trong phân tử protein. Hay nói cách khác, những phân tử protein có cấu trúc

từ 2 hay nhiều chuỗi protein hình cầu, tương tác với nhau trong khơng gian

tạo nên cấu trúc bậc IV. Mỗi một chuỗi polypeptide đó được gọi là một tiểu

đơn vị (subunit), chúng gắn với nhau nhờ các liên kết hydro, tương tác

VanderWaals giữa các nhóm phân bố trên bề mặt của các tiểu đơn vị để làm

bền cấu trúc bậc IV.

Ví dụ về cấu trúc bậc 4 của phân tử enzyme β-xylosidase tách từ

Thermoanaerobacterium saccharolyticum JW/SL-YS485 (Hình 1.3) [16].



Vũ Trường Đức – 1302.K20



7



Khóa luận tốt nghiệp



VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI



KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC



Hình 1.3 Cấu trúc bậc 4 của enzyme β-xylosidase tách từ

Thermoanaerobacterium saccharolyticum JW/SL-YS485

1.2 Khái quát về các enzyme hoạt hóa carbohydrate (CAZy)

1.2.1 Khái niệm các enzyme hoạt hóa carbohydrate (CAZy)

Các enzyme hoạt hóa carbohydrate - CAZy (Carbohydrate-Active

enzymes) là một hệ thống phân loại chứa cơ sở dữ liệu về enzyme tham gia

vào quá trình tổng hợp, trao đổi và vận chuyển carbohydrate.

1.2.2 Lịch sử phát triển của các enzyme hoạt hóa carbohydrate

Các enzyme hoạt hóa carbohydrate bao gồm các enzyme kiến tạo và

phân hủy phức hợp carbohydrate và phức hợp liên kết glyco. Tính đến năm

2008, các enzyme hoạt hóa carbohydrate đã được tập hợp trong cở sở dữ liệu

tại trang thông tin điện tử http://www.cazy.org là 113 glycoside hydrolase, 91

glycosyltransferase, 19 polysaccharide lyase, 15 carbohydrate esterase và 52

họ liên quan đến carbohydrate. Những họ enzyme này được tạo ra dựa trên

các đặc tính của protein thu được từ thực nghiệm, các trình tự gen mã hóa và

Vũ Trường Đức – 1302.K20



8



Khóa luận tốt nghiệp



VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI



KHOA CƠNG NGHỆ SINH HỌC



trình tự protein được cơng bố trên mạng. từ các cơ sở dữ liệu cơng cộng có sự

tương đồng đáng kể. Các thơng tin sinh hóa protein liên tục được cập nhật

dựa trên các tài liệu sẵn có và thông tin về cấu trúc. Hơn 6400 protein đã có

mã số EC và 700 protein đã biết cấu trúc vùng bám của enzyme PDB (Protein

domain binding) [1].

Dữ liệu về CAZy liên tục được cập nhật, cho đến nay đã có dữ liệu của

GenBank về chuỗi thơng tin của gần 340.000 enzyme [13]. CAZy xác định

các họ thủy phân các liên kết glycoside (Glycosyl Hydrolases: GH) có liên

quan tiến hóa được giới thiệu bởi Henrissat năm 1991 và 1997 [5], [6]. Đến

năm 2015, CAZy chứa 135 họ GH với các đặc điểm nhận biết khác nhau.

1.3 Khai thác cơ sở dữ liệu các gen

1.3.1 Khai thác dữ liệu từ Ngân hàng Gen quốc tế

1.3.1.1 Khái niệm về cơ sở dữ liệu các gen

Cơ sở dữ liệu là một hệ thống các thơng tin có cấu trúc được lưu trữ

trên các thiết bị lưu trữ thông tin thứ cấp (như băng từ, đĩa từ ...) để có thể

thỏa mãn yêu cầu khai thác thông tin đồng thời của nhiều người sử dụng hay

nhiều chương trình ứng dụng với nhiều mục đích khác nhau.

1.3.1.2 Phương pháp tìm kiếm thơng tin về các gen

Hai nguồn thơng tin chính để tìm kiếm trình tự axit amin của enzyme

này là CAZy và NCBI.

1.3.1.3 Một số phần mềm hỗ trợ tìm kiếm thơng tin về các gen

Cơ sở dữ liệu về CAZy lưu trữ tại http://www.cazy.org/ được sắp xếp

thành các họ enzyme thủy phân liên quan đến cấu trúc và các cấu trúc modul

liên kết carbohydrate có khả năng phân hủy, biến đổi hoặc hình thành liên kết.

Các dữ liệu, thông tin liên quan đến enzyme liên tục được cập nhật vào cơ sở

Vũ Trường Đức – 1302.K20



9



Khóa luận tốt nghiệp



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.pdf

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×