mở đầu chuỗi peptide. Thuộc nhóm axit amin không thể thay thế với đời sống sinh vật nói chung, Met không được tổng hợp trong cơ thể người và động vật, mà phải lấy từ nguồn thức ăn bên ngoài có chứa Met. Ở thực vật và vi sinh vật, Met được tổng hợp từ axit aspartic và Cys. Sơ đồ sinh tổng hợp methionine được mô tả trên hình 1.
2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Quá trình sinh tổng hợp Methionine [20] 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Methionine và dẫn xuất S-adenosyl-L-methionine Một trong những dẫn xuất quan trọng của Met, được tổng hợp từ Met và ATP bởi enzyme AdoMet synthetase là S-adenosyl-L-methionine (AdoMet hay SAM). Thông qua SAM, Met tham gia vào các phản ứng chuyển hóa nhiều hợp chất quan trọng trong chu trình sinh trưởng và phát triển của tế bào.
Ở thực vật, SAM là cơ chất của một số lượng lớn các phản ứng xúc tác bởi enzyme. SAM không chỉ cung cấp nhóm methyl (–CH3) cho các enzyme vận chuyển methyltransferase trong phản ứng methyl hóa nhiều hợp chất sinh học (axit béo, pectin, alkaloid, phytosterol…) mà còn đóng vai trò tiền chất trong sinh tổng hợp polyamine, nicotianamine [44]. Polyamine là các hợp chất hữu cơ chứa nitơ như spermidine, spermine. Trong điều kiện pH của tế bào, do tích điện dương, chúng có khả năng tương tác hóa học với các đại phân tử như ADN (thúc đẩy phản ứng trùng hợp các cytoskeletal, ảnh hưởng đến cấu hình và tính ổn định của ADN), phospholipid (ảnh hưởng đến độ bền của màng tế bào), hoạt hóa phức hệ ribosome trong sinh tổng hợp protein.
Đặc biệt, ở thực vật bậc cao, polyamine liên quan đến kiểm soát phân chia tế bào, điều hòa quá trình sinh trưởng (tương tự các hormone sinh trưởng auxin và gibberellin), tạo rễ và hoa, đáp ứng với điều kiện bất lợi và làm chậm quá trình lão hóa tế bào. Tuy nhiên, cơ chế điều hòa của các polyamine ở mức độ nội bào vẫn chưa được giải thích rõ ràng [27]. Nicotianamine là một phức chất bền của sắt và các kim loại chuyển tiếp khác, xuất hiện phổ biến ở thực vật bậc cao. Đặc biệt ở các loài thuộc họ lúa, nicotianamine là tiền chất cho quá trình sản xuất các phytosiderophore-hợp chất cần thiết cho sự hấp thu sắt từ đất.
Khi thực vật chịu các điều kiện bất lợi liên quan đến thiếu sắt, rễ cây tăng tiết đáng kể lượng phytosiderophore vào đất, tại đây phytosiderophore sẽ liên kết tạo phức với các ion Fe3+ ít tan. Phức hệ phytosiderophore-Fe3+ sau đó được vận chuyển lên rễ, từ đó cung cấp lượng sắt cần thiết cho các quá trình trao đổi chất khác nhau ở thực vật [44]. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Methionine và chu trình sinh tổng hợp ethylene Ethylene (CH2 = CH2) là một hormone thực vật, được tạo thành ở tất cả các bộ phận thiết yếu của cây bao gồm rễ, thân, lá, hoa, quả, củ và hạt.
Sản xuất ethylene có vai trò quan trọng trong điều hòa các quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật bắt đầu từ giai đoạn nảy mầm cho đến khi lão hóa, đặc biệt lượng ethylene tăng lên đáng kể trong giai đoạn làm chín trái cây. Ethylene liên quan đến các đáp ứng với một loạt bất lợi sinh học và phi sinh học bao gồm tổn thương tế bào, dịch bệnh, ngập úng, hạn hán, suy giảm nồng độ oxi tế bào, thay đổi nhiệt độ, tác động của các hóa chất độc hại (O3, SO2) [60]. Ethylene cũng được cho là có vai trò ức chế làm giảm số lượng nốt sần được hình thành trong rễ ở nhiều loài thực vật như cỏ linh lăng, Lotus japonicus. Tuy nhiên, vai trò của ethylene đối với quá trình sinh tổng hợp các nốt sần của vi khuẩn cố định đạm vẫn chưa thực sự rõ ràng [6].
Do cấu trúc hóa học đơn giản, ethylene có thể được chuyển hóa từ nhiều hợp chất thông qua các phản ứng hóa học khác nhau. Một danh sách các hợp chất được đề xuất với vai trò là tiền chất của ethylene bao gồm: axit linoleic, axit axetic, axit acrylic, axit fumaric, ethionine, β-alanine, ethanol, propanal và Met. Điều đáng chú ý là, ở thực vật bậc cao, Met được xác nhận là tiền chất đáp ứng tốt nhất đối với nhu cầu sinh tổng hợp ethylene [60]. Trong một nghiên cứu của Lieberman và Mapson (1965), liên quan đến quá trình tổng hợp ethylene trên hệ thống mô hình hóa học, nhóm tác giả nhận thấy, sự phân hủy các phân tử axit linoleic đã bị peroxit hóa (xúc tác phản ứng: ion Cu +) đã tạo thành ethane (C2H6), ethylene (C2H4) và các hidrocacbon khác.
Vì các gốc tự do có vai trò trung gian trong phản ứng peroxit hóa axit linoleic, do đó để kiểm tra thực sự có hay không sự hình thành ethylene từ phản ứng trên, nhóm nghiên cứu tìm cách ức chế phản ứng bằng cách bổ sung Met – axit amin được biết đến trong vai trò “dọn dẹp” các gốc tự do. Trái ngược với kết quả mong đợi, quá trình sản xuất ethylene tăng lên rất nhiều sau khi Met được bổ sung vào môi trường phản ứng. Như vậy, khi vắng mặt các phân tử axit linoleic đã bị peroxit hóa, Met có khả năng hoạt động như một tiền chất của ethylene và ethylene tạo thành có nguồn gốc từ cacbon C3 và C4 trên phân tử Met (hình 1. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Tổng hợp ethylene trong hệ thống mô hình hóa học [60] Báo cáo của Lieberman và Mapson là một bằng chứng trực tiếp về vai trò của Met đối với sinh tổng hợp ethylene trong hệ thống sinh học. Do C2H4 và CO2 đều được tạo ra trong hệ thống hóa học lẫn trong mô tế bào thực vật, nên ban đầu người ta cho rằng cơ chế sản xuất ethylene trong cơ thể và trong hệ thống hóa học là tương tự nhau. Tuy nhiên, sự chuyển hóa Met thành ethylene trong hai hệ thống này diễn ra theo 2 cách thức khác biệt [60]. Quá trình sinh tổng hợp ethylene từ tiền chất Met gồm hai bước đươc minh họa trong hình 1.4, trong đó S-adenosyl-methionine (S-AdoMet) và 1- aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) là các chất trung gian chính.
Con đường sinh tổng hợp ethylene [5] Trong bước đầu tiên, SAM được chuyển hóa thành ACC nhờ enzyme ACC synthase. Sản phẩm phụ được tạo thành trong bước này là 5′-methylthioadenosine (MTA) sẽ tham gia chu trình Met (chu trình Yang) để tái tạo tiền chất Met thông qua các phản ứng enzyme kế tiếp nhau với hai chất trung gian là 5-methylthioribose (MTR), 2-keto-4-methylthiobutyrate (KMB). Bước thứ hai là quá trình oxi hóa 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ACC nhờ enzyme ACC oxidase (ACO) để tạo thành ethylene và sản phẩm phụ gồm CO2 và hydrogen cyanide (HCN). Hoạt tính của enzyme ACO kiểm soát quá trình sản xuất ethylene trong cơ thể và có đóng góp quan trọng trong giai đoạn nảy mầm hạt [5].
Methionine – tiền chất của quá trình chuyển hóa glucosinolate Glucosinolate là nhóm tương đối nhỏ nhưng đa dạng của các hợp chất chuyển hóa thứ cấp chứa lưu huỳnh ở thực vật. Có hơn 120 glucosinolate khác nhau đã được xác định và chúng gần như chỉ được tìm thấy ở các thành viên thuộc bộ Cải (bộ Mù tạt) – Brassicales bao gồm: bắp cải, bông cải xanh, mù tạt, cải dầu và Arabidopsis. Bên cạnh hướng nghiên cứu từ lâu đã thu hút nhiều sự quan tâm, liên quan đến ảnh hưởng của glucosinolate lên hương vị, mùi thơm và hàm lượng tinh dầu của các cây họ Cải thì thời gian gần đây, các nhà khoa học đang hướng đến vai trò của glucosinolate trong việc cải thiện sức đề kháng của cây trồng đối với các loại côn trùng, nấm và sâu bệnh. Các nghiên cứu trên cây mô hình A.
thaliana cho thấy, các glucosinolate chính của A. thaliana được tổng hợp từ 3 axit amin: Met, tryptophan (Trp) và phenylalanine (Phe), trong đó các glucosinolate có nguồn gốc từ Met chiếm số lượng lớn nhất. Điều này cũng xảy ra tương tự ở nhiều loài khác thuộc bộ Cải. Con đường sinh tổng hợp glucosinolate từ tiền chất Met được mô tả trong hình 1.
Trong đó, đáng chú ý là giai đoạn gắn lần lượt từ 1 – 6 nhóm methylene để kéo dài mạch bên của Met trước khi bước vào tổng hợp chính glucosinolate [56]. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Sơ đồ sinh tổng hợp Glucosinolate từ Methionine [56]. Như vậy, với vai trò tiền chất cơ bản của quá trình chuyển hóa Glucosinolate ở nhóm thực vật họ Cải, Met liên quan đến khả năng tăng cường sức đề kháng trong điều kiện bất lợi gây ra bởi dịch bệnh và côn trùng ở thực vật.
8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Quá trình oxi hóa methionine bởi các gốc tự do chứa oxi ROS (Reactive Oxygen Species) là một thuật ngữ dùng để chỉ các phân tử hóa học chứa oxi, bị mất một điện tử ở lớp vỏ ngoài cùng như superoxide, hydroperoxide, hydroxyl (hình 1. ROS được tạo ra chủ yếu ở lục lạp, ty thể và peroxisome, một phần là kết quả của quá trình trao đổi chất hiếu khí (hô hấp và quang hợp) trong tế bào, một phần là do sự hoạt hóa hệ thống enzyme liên kết với màng tế bào như phức hệ NADPH oxidase [31]. Sơ đồ hình thành các gốc tự do chứa oxi [4] Ở thực vật, trong điều kiện sinh lý bình thường, ROS được tạo thành với vai trò của các phân tử dẫn truyền tín hiệu nội bào, kiểm soát nhiều quá trình khác nhau trong tế bào gồm: (i) Điều hòa sinh trưởng tế bào: vai trò của H2O2 trong chuỗi tín hiệu auxin ở rễ ngô đã được báo cáo [28].
(ii) Tham gia các đáp ứng bảo vệ tế bào khỏi tác nhân gây bệnh liên quan đến vi khuẩn, nấm và virus. Báo cáo đầu tiên ghi nhận vai trò này của ROS thuộc về Doke (1985) đã chứng minh sự tạo thành hydrogen peroxide trong mô củ khoai tây có tác dụng kháng lại sự lây nhiễm của vi khuẩn Phytopthera infestans [4]. (iii) Hoạt động của khí khổng: ROS là tín hiệu trung gian cần thiết trong việc cảm ứng ABA (Abscisic acid) để đóng khí khổng. Một nghiên cứu trên Arabidopsis cho thấy, H2 O2 được tạo thành và tham gia chuỗi tín hiệu ABA, cảm ứng đóng khí khổng thông qua kích hoạt các kênh Ca2+ trên màng tế bào trong các đáp ứng liên quan đến stress nước [41], (iv) Quá trình apoptosis (tế bào chết theo chương trình).
Cho đến này, chưa có khẳng định rõ ràng về những hợp chất nào có vai trò loại bỏ các gốc −OH để bảo vệ tế bào khỏi những tổn thương oxi hóa gây ra bởi gốc −OH. Nhiều nghiên cứu được ghi nhận chứng 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.