Phát hiện những enzim thực vật quan trọng

Các nhà khoa học thuộc phòng thí nghiệm Brookhaven - Bộ năng lượng Hoa Kỳ đã tìm thấy những enzim quan trọng tham gia vào quá trình biến đổi isoflavonoid - sản phẩm thực vật tự nhiên giúp thực vật không bị lây nhiễm nấm. Chúng có thể có lợi cho sức khỏe của con người.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phát hiện những enzim thực vật quan trọng Phát hiện những enzim thực vật quan trọngCác nhà khoa học thuộc phòng thínghiệm Brookhaven - Bộ nănglượng Hoa Kỳ đã tìm thấy nhữngenzim quan trọng tham gia vào quátrình biến đổi isoflavonoid - sảnphẩm thực vật tự nhiên giúp thựcvật không bị lây nhiễm nấm. Chúngcó thể có lợi cho sức khỏe của conngười.Nghiên cứu được công bố trựctuyến ngày 22 tháng 5 năm 2008trên tạp chí The Plant. Nghiên cứucó thể sẽ mang lại cách thức cấyisoflavonoid tổng hợp vào câytrồng năng lượng sinh học nhằmtăng khả năng đề kháng, giảm thiệthại mùa màng, và tăng sản lượngcho các nguyên liệu hóa học khác.Sử dụng phương pháp miêu tảtrong bài báo, các nhà nghiên cứunhận biết được những enzim làmthay đổi cấu trúc thành tế bào thựcvật. Chúng giữ vai trò rất quantrọng trong việc thay đổi khả năngtiêu hóa của thành tế bào, tạo rasinh khối phù hợp cho việc chuyểnhóa thành nguyên liệu sinh học.Trong tự nhiên, isoflavonoid xuấthiện chủ yếu trong các cây họ đậunhư cỏ ba lá, đậu nành, và cỏ linhlăng. Nó làm tăng khả năng chốngchịu của thực vật đối với bệnh dịch,giúp duy trì quan hệ cộng sinh giữathực vật và vi sinh vật sống trong rễcủa chúng để tạo ra sinh khối. Mộtsố nghiên cứu cũng nhận định rằngnhững sản phẩm thực vật tự nhiênnày có thể ngăn ngừa một số bệnhung thư, bệnh tim mạch, và cáctriệu chứng mãn kinh.Khi nhóm nghiên cứuBrookhaven đánh dấu enzimtổng hợp isoflavonoid bằngmột loại protein phát huỳnhquang xanh, họ đã rất ngạcnhiên vì tìm thấy loại enzimđã được đánh dấu nằm trongnhân tế bào thực vật (a). Đâylà sự khác biệt về cách phânbố thông thường của các loạienzim khác cùng họ (c), từ đócho thấy có tồn tại chức năngsinh học tiềm năng chưa hềđược phát hiện của enzimtrong nhân tế bào. Khi proteinnày thu ngắn lại, không thểxác định được vị trí của nhânđược nữa (b), tiết lộ một hìnhthức phân bố khác (d). (Ảnh:Phòng thí nghiệm quốc giaBrookhaven)Nhà sinh vật học BrookhavenChang-Jun Liu, tác giả của bài báocho biết: “Rất nhiều người quantâm đến việc cấy isoflavonoid tổnghợp vào các cây không thuộc họđậu để mang lại lợi ích cho cả thựcĐây không phải là một công việcđơn giản. Thứ nhất, isoflavoniodsinh tổng hợp rất phức tạp, vớinhiều bước và cần sự tham gia củanhiều loại enzim. Một thách thứckhác là sự tích lũy ở nồng độ caođối với những phân tử trung cấp cóthể độc hại đối với thực vật.Liu cho biết: “Những cây họ đậuđã tìm ra biện pháp tự bảo vệ bằngcách chuyển tích lũy từ những phântử trung cấp sang không bào hoặcthành tế bào”. Enzim thực hiện quátrình chuyển hóa này chính làenzim mà Liu mong muốn tìmthấy.Liu và các đồng tác giả suy luậnrằng loại enzim này có thể thuộc vềmột họ enzim lớn thực hiện rấtnhiều chức năng sinh học gây ảnhhưởng đến sự gia tăng, phát triển,đề kháng, sinh tổng hợp, cũng nhưlàm thay đổi cấu trúc thành tế bào.Vì vậy họ bắt đầu tìm kiếm nhữnggen chỉ dẫn tế bào tạo ra nhómprotein nói trên.May mắn là gen sản xuất nhómprotein đó có những trình tự thôngtin di truyền giống nhau. Sử dụngtrình tự “dấu hiệu” như một bảnđồ, các nhà khoa học đã tìm kiếmnhững gen có dấu hiệu tương tựtrong dữ liệu gen của một loại câyhọ đậu. Lần tìm kiếm đầu tiên chora 76 loại gen có vẻ như thuộc vềnhóm gen này, bao gồm những genra chỉ thị cho tế bào sản xuất enzimisoflavonoid.Dựa trên phân tích tin sinh học vàthí nghiệm gen, các nhà khoa họctập trung vào 9 gen. Sau đó họ cấy9 gen này vào vi khuẩn E. coli đểtạo ra protein, rồi kiểm tra khả năngthực hiện chức năng enzim củanhững protein đó. Các nhà khoahọc đã phát hiện thấy 3 loại enzimcó những phản ứng mà họ đang tìmkiếm – chuyển phân tử trung giantrong isoflavonoid sinh tổng hợpthành một dạng có thể lưu giữ bằngcách thêm vào những chuỗi cácbonngắn, quá trình này được gọi là acylhóa.Bước tiếp theo là kiểm tra 3 loạienzim acyl hóa này trong thực vật.Các khoa học gia thêm gen củatừng loại enzim vào thực vật thôngthường ở môi trường phòng thínghiệm, không phải cây họ đậu, đãcó chứa một số gen hình thànhisoflavone không hoàn chỉnh, cuốicùng kiểm tra sản phẩmisoflavonoid acyl hóa.Liu giải thích: “Áp dụng phươngpháp này, chúng tôi đã có thểkhẳng định rằng ít nhất một loạienzim có phản ứng acyl đối vớiisoflavonoid thực vật”Bên cạnh việc tìm ra enzim, thínghiệm chứng minh các nhà nghiêncứu đã thành công trong việc cấysinh tổng hợp isoflavonoid vàonhững loài thực vật không phải họđậu, khiến triển vọng cấy sinh tổnghợp vào cây trồng năng lượng sinhhọc tiến gần hơn với thực tiễn.Liu cho biết: “Những enzim chúngtôi tìm thấy rõ ràng đã thực hiệnbiến đổi rất nhiều hóa chất có cấutrúc tương tự. Chúng có thể đượcsử dụng trong ứng dụng trao đổichất của nguyên liệu hóa học giátrị gia tăng bằng cách thúc đẩy tíchlũy hóa chất trong cây trồng nănglượng sinh học”.Nghiên cứu được Phòng khoa họcthuộc Cơ quan nghiên cứu sinh họcvà môi trường - Bộ năng lượng HoaKỳ phối h ...