Heat shock protein và định luật di truyền Menden

[Hoàng Đức Minh]

Hôm qua ngồi thảo luận về tính liên quan này ở mit7.013. Rồi hôm nay lại vớ được một loạt mục lục sách về cái này ở đây và cái link này do anh Lương cung cấp, tối hôm qua hơi hiểu hiểu một tí về mức độ liên quan giữa qui luật di truyền này và có thể giải thích nhiều vấn đề ở mức độ sinh học phân tử.

Xin trích đăng một phần thảo luận của anh Lương về heat shock protein

Leo Nwuen : hiện tượng heat shock protein là như thế này:
Leo Nwuen: trong trường hợp môi trường tăng nhiệt độ, môi trường nội bào sẽ tạo ra nhiều heat shock protein và giảm hàm lượng các protein khác
Leo Nwuen : mục đích không dính dáng gì đến bảo vệ cơ thể như người ta vẫn nghĩ
Leo Nwuen : mà nó là để phân biệt giữa ta với địch
Leo Nwuen : Các protein trong môi trường nội bào tạo nên một áp lực làm cho các protein cùng loại có xu hướng kết tụ khi nồng độ của chúng vượt quá ngưỡng hòa tan
Leo Nwuen: các protein của ta thì qua tiến hóa đã được điều chỉnh để không bị kết tụ, còn các protein của địch sẽ bị kết tụ. Protein của ta không kết tụ là do tế bào giảm sản xuất nó
Leo Nwuen : nhưng do khi giảm sản xuất các protein bình thường thì protein địch sẽ ít bị áp lực để kết tụ hơn nên tế bào sản xuất ra heat shock protein
Leo Nwuen: Ý nghĩa của heat shock protein là trong quá khứ xa xôi các protein của ta được bảo vệ chống lại các protein lạ xâm nhập theo cơ chế heat shock này
Leo Nwuen: cơ chế này được giữ lại cho đến khi hình thành các cơ thể thật sự, rồi tiếp cho đến ngày nay. Thế thì cơ thể cần phải có một cơ chế để đảm bảo rằng khi lượng protein phe ta giảm cơ thể vẫn vận hành bình thường. Để làm vậy thì bình thường lượng protein phải được sản xuất thừa ra để khi giảm cơ thể vẫn không bị ảnh hưởng

 

[Lê Đoàn Thanh Lâm]

Leo Nwuen <-- what's this? ?

 

[Nguyễn Ngọc Lương]

Để tôi dịch luôn cái bài đó rồi gửi vào "xã luận" đăng luôn thể.
To Lâm: Leo là tên tiếng Anh còn Nwuen là cách phát âm ngọng của bọn Tây Nguyễn đó.

 

[Lê Đoàn Thanh Lâm]

Bác Lương có tên Tây-Leo như diễn viên điện ảnh nhỉ, hihi. Em cũng phải tìm cái tên nào để đọc cho oai ?

 

[Dương Văn Cường]

Anh Lương cho em xem tài liệu tham khảo của đoạn thảo luận trên nhé.

Em đọc sơ sơ trên WIKI thì thấy thế này:

1. Heat shock protein (HSP) là những protein được biểu hiện mạnh một cách nhanh chóng (dramatically) khi tế bào / cơ thể gặp phải nhiệt độ tăng cao. Việc tăng nhanh cường độ biểu hiện HSP được kích hoạt bởi Heat Shock Factor (HSF).

2. Không chỉ nhiệt độ, nhiều tác nhân khác như xâm nhiễm, độc tố, đói, khát, thiếu nitrogen ... đều có thể làm tăng nồng độ HPS. Vì vậy, HPS được hiểu là stress proteins chứ không đóng gói trong khuôn khổ của yếu tố nhiệt độ như tên gọi của nó.

3. Điểm mấu chốt của các nghiên cứu về HPS hiện nay là cơ chế nào khiến cho tác động của môi trường kích hoạt được Heat Shock Factor.

4. HSP cũng tồn tại trong cả những tế bào bình thường, trong các điều kiện bình thường với vai trò điều khiển (monitoring) các protein khác. Ở đây có nhắc đến chức năng đem các protein già đến thùng rác và giúp các protein mới tổng hợp gấp nếp (folding) sao cho đúng.

 

[Dương Văn Cường]

Minh cho anh hỏi về cái tiêu đề topic do em đặt ra.

Heat shock protein và định luật di truyền Menden


Anh chưa hình dung được mối liên hệ giữa HSP và Định luật di truyền Menden. Em giải thích mối liên hệ này nhé. Nếu không mình có thể đổi lại tên để chủ đề tập trung vào HSP thôi.

 

[Hoàng Đức Minh]

Vì hồi đó tranh luận cái này khi học đến định luật di truyền Mendel ở mit, chả nhớ tranh luận thế nào nữa ? . Đại khái là loại protein này đóng vai trò trong việc minh họa định luật Mendel khi áp dụng vào các đối tượng khác nhau đặc biệt là ở mức phân tử. Nó có vai trò bảo vệ cơ thể trước những thay đổi đột ngột của môi trường, với cơ thể có kiểu gen AA hay kiểu gen Aa đều có phản ứng như nhau trước quá trình tăng nhiệt và lượng enzym này thường dư thừa để điều khiển quá trình đó. Kiểu dị hợp tử cũng như kiểu đồng hợp tử về gen đó đều đảm bảo yếu tố này chứ không như mình vẫn thường hiểu là gen AA thì nhất định phải mạnh hơn Aa về một đặc tính nào đó khi phân tích ở mức hóa sinh thì có khác nhau. 2 cái cùng dịch mã: A và a, A và A , chứ không chỉ có một cái dịch mã như ta tưởng tượng, sản phẩm vẫn khác nhau nhưng yếu tố bảo vệ cơ thể chống sốc nhiệt vẫn đảm bảo.

Em chỉ nhớ được có thế.

 

[Ngô Mạnh Đạt]

Tôi cũng thấy chủ đề này khá hay - tương đối thiết thực trong việc nghiên cứu và giảng dạy DLDT của Mendel trong chương trình PTTH. Nhưng tôi không tìm thấy tài liệu nói về vấn đề, mong các anh chị trong diễn đàn nói rõ thêm đặc biệt là: Khi giảng về tính trội và lặn ... Tại sao trong cơ thể có kiểu gen Aa (A>>a) thì chỉ BH tính trạng do gen A quy định. Có phải là gen a đã ko có vai trò gì !?

 

[Nguyễn Ngọc Lương]

The Heat-shock Response and the Molecular Basis of Genetic Dominance

by D. R. Forsdyke The Journal of Theoretical Biology (1994), 167, 1-5

1. Two Theories of Dominance

Wild-type alleles are usually dominant over deleterious mutant alleles (Mendel, 1866). Possible mechanisms of dominance have been the subject of much debate, notably the classic dual between Fisher and Wright. Fisher (1931) proposed that heterozygotes begin with codominant expression of alleles, which are then subject to modification by the products of other genes (modifier genes); eventually, following evolutionary selection acting on the heterozygote subpopulation, only the wild-type phenotype is observed in heterozygotes.

? ?Growing evidence against the generality of Fisher's theory (Charlesworth, 1979; Orr, 1991), makes it appropriate that an alternative theory, the "dose-response" or "physiological" theory (Haldane, 1930; Muller, 1932; Wright, 1977), should receive closer scrutiny. A detailed enzyme kinetic analysis of the latter has been provided by Kacser & Burns (1980). A simpler enzyme kinetic model presented here provides a better basis for understanding the possible role of heat-shock proteins in the evolution of dominance.

2. The Dose-Response Theory

The dose-response theory states that the quantity of the product of a dominant wild-type gene in a homozygote is so much in excess of the needs of the organism that halving this quantity, as might occur in a heterozygotic containing a wild-type allele and a mutant allele (encoding a non-functional product), will not change the phenotype. Figure 1 shows a plot of some quantifiable phenotypic feature against the dose of the product of a gene concerned with that phenotype.

FIG. 1. Hypothetical in vivo dose-response curve showing some quantitative measure of phenotype (such as the rate of formation of enzyme product) as a function of the dose of a gene product which contributes to that phenotype (such as the quantity of an enzyme).

? ?The vertical arrow indicates the normal concentration of a non-rate-limiting gene product in a diploid wild-type homozygous cell. Halving this dose (Y to Y') has a minimal effect on phenotype. X and X' indicate corresponding points for a rate-limiting gene product.

? ?Added is a chart of the flow of information from gene to phenotype, as considered in this paper. It is assumed that in most circumstances gene-product concentration is directly proportional to gene dosage.

At low doses of gene product (indicated by point X on the curve) the phenotype depends directly on gene-product quantity. Halving the dose (point X') halves the phenotypic parameter. At high doses of gene product a plateau is approached when some other factor becomes limiting (e.g. the availability of substrate A; see later). Under these conditions increasing the quantity of gene product has a minimal effect on the phenotype.

? ?In the case of the wild-type homozygote it is postulated that the normal amount of gene product corresponds to a point well along the plateau of the curve (indicated by point Y). This creates a "factor of safety" (Haldane, 1930), or "margin of stability and security" (Muller, 1932), so that halving the amount of the product (to point Y') has no effect on phenotype.

3. Difference between Rate-limiting and Non-rate-limiting Steps

In many cases the phenotype will be the result of a series of enzyme catalyzed reactions such as shown in Fig. 2.

FIG. 2. A hypothetical metabolic pathway catalyzed by enzymes E1, E2 and E3. A is the substrate of E1, which catalyzes the rate-limiting step in the pathway. A is also metabolized by another pathway. B is the product of E1 and the substrate of E2, which is normally not rate limiting. C is the product of E2 and the substrate of E3, which is also normally not rate limiting. D, the product of E3, is responsible for the phenotype and for pathway regulation by feedback inhibiting E1.

Substrate A is converted to end-product D through a series of intermediates (B, C), catalyzed by enzymes E1, E2, and E3. The first step of the pathway, the rate-limiting step, is subject to feedback inhibition by D. Using radioactively labelled A and short incubation periods, it has been shown experimentally that the system may be modeled as if in vivo the intermediate steps had no effect on the reaction rate (Forsdyke, 1971).

FIG. 3. Hypothetical in vivo dose-response curves for enzymes E1 , E2 , and E3 . Rates of formation of products (B, C, and D) are expressed as functions of the concentrations of substrates A, B, and C, respectively. The vertical arrows refer to the normal in vivo concentrations of these substrates as they interact with the enzymes.

Figure 3 shows hypothetical in vivo substrate dose-response curves for the three steps in the pathway. The vertical arrows indicate the normal substrate concentration existing in vivo. In the case of the rate-limiting enzyme El the in vivo concentration of A must, by definition, correspond with the plateau of the dose-response curve, so that enzyme concentration, and not substrate concentration, is rate limiting. This would correspond to point X on the plot of reaction rate versus enzyme concentration (Fig. 1).

? ?In the case of the non-rate-limiting enzymes E2 and E3, the normal substrate concentration corresponds to the ascending limbs of the corresponding substrate dose-response curves (Fig. 3). There is ample enzyme to accommodate fluctuations in availability of the substrates B and C (the products of El and E2, respectively). This quantity of enzyme would correspond to point Y on a plot of reaction rate versus enzyme concentration (Fig. 1).

? ?Thus, after a molecule of A has squeezed through the "bottle-neck" El to become B, subsequent chemical modifications by E2 and E3 do not influence the rate of accumulation of the end-product D.

? ?It can be seen that the situation with the non-rate-limiting enzymes (E2, E3) corresponds to the "margin-of-safety" scenario. In the case of the rate-limiting enzyme E1, halving of gene-product concentration (X to X' in Fig. 1) would have consequences for the phenotype.

? ?However, in general, rate-limiting enzymes are subject to complex controls by products of intermediary metabolism. The most common of these is end-product inhibition (Fig. 2). A decrease in D would decrease the inhibition. This would increase the activity per molecule of E1, so that the reaction rate would become the same as in the homozygote. Thus, in this case, feedback inhibition provides another "margin of safety" allowing a heterozygote to maintain the wild-type phenotype.

4. "Extreme Environmental Disturbances"

A major problem with what we might now call the margin-of-safety theory, is in determining what selective forces would have created and sustained the margins of safety. Some have argued that this can be explained entirely in metabolic terms (Kacser & Burns, 1980). In the case of a rate-limiting enzyme (E1) the margin could indeed be a simple consequence of the evolution of metabolic controls. It is in the case of non-rate-limiting enzymes that a further explanation must be sought. What sustains the enzyme activity in a wild-type homozygote at point Y rather than at point Y' (Fig. 1)?

? ? Haldane interpreted dominance in metabolic terms, but adopted Fisher's view that weak selective evolutionary forces acting on heterozygotes would be sufficient to maintain the margin of safety. Thus Haldane (1930) wrote:

"If we imagine a race whose genes were only just doing the work required of them, then any inactivation of one of a pair of genes would lead to a loss of total activity. Thus if "A1 ?A1" ?can just oxidize all of a certain substrate as fast as it is formed, its inactivation will produce a zygote "A1 a" which can only oxidize about half. If now ?A1 ? mutates to ?A2, which can oxidize at twice or thrice the rate of ?A1, if necessary, no effect will be produced, i.e. "A1 A2" and "A2 A2" zygotes will be indistinguishable from "A1 ?A1". But "A2 a" will be normal. Hence "A2 a" zygotes will have a better chance of survival than "A1 a", and ?A2 ? will be selected."

Muller (1932), however, thought that the evolutionary selection would act at the homozygote level. He postulated:

? ?"that the mutations favouring dominance .. . have been selected and are maintained, not so much for their specific protection against heterozygosis at the locus in question, but as to provide a margin of stability and security, to insure the organism against weakening or excessive variability of the character by other and more common influences -- environic and probably also genetic".

Along similar lines Wright (1977) stated that:

? ?"because of extreme environmental disturbances, a considerable excess [of gene product] is advantageous. This is likely to be so great that the correlated response of the rare heterozygote is also brought fairly close to the asymptote, thus giving a high degree of dominance."

The possible nature of the "extreme environmental disturbances" was not specified.

5. The Heat-shock Response

The heat-shock response follows a sudden change in various physical or chemical features of the environment, and is particularly notable following an increase in temperature (Nover, 1989). The response is detected as a rapid increase in the intracellular concentrations of a set of evolutionarily conserved "heat-shock" proteins, which is accompanied by a decrease in the concentrations of most normal proteins. The notion that the response is predominantly concerned with protection against thermal and other types of "stress" has recently lost ground (Bader et al., 1992; Fisher et al., 1992).

? ?It is proposed elsewhere (Forsdyke, 1985, 1991, 1992, 1995), that the response has evolved as part of a mechanism for distinguishing the proteins of intracellular pathogens ("not-self") from normal intracellular proteins ("self"). The proteins of the crowded cytosol exert a collective pressure tending to make individual protein species aggregate when their concentrations exceed their individual solubility limits. These concentrations have been fine-tuned over evolutionary time so as not to exceed these limits. Not-self proteins more readily "trip" an intracellular surveillance system because their concentrations have not been so fine tuned.

? ?The aggregations, however, being primarily entropy driven (Lauffer, 1975), are strongly increased by an increase in temperature. The organism exploits this (e.g. fever) to promote the aggregation of the proteins of a foreign pathogen (Nguyen et al., 1989). In this process self proteins might also be aggregated. To avoid this, the concentrations of normal proteins decrease. However, in turn, this decreases the collective pressure exerted by the cytosolic proteins to make the proteins of the pathogen aggregate. To compensate for this, a special set of proteins, the heat-shock proteins, are produced (Forsdyke, 1995).

? ?The main point to be made about the heat-shock response in the present context is that it probably reflects a fundamental process which appeared early in evolution when sets of replicators encased in a membrane (prototypic cells) had to be protected against invasion by foreign replicators (prototypic viruses; Forsdyke, 1991). All subsequent evolutionary developments would potentially be influenced by this pre-existing system. The sudden general fall in the concentration of normal self proteins as part of the heat-shock response would severely compromise cell function if there were not a margin of safety regarding function. Thus the heat-shock response would constitute a powerful evolutionary force acting on wild-type homozygotes.

? ?This would lead to the general evolution of proteins of a specific activity sufficient to sustain (or facilitate the recovery of), cell function, at a time when protein concentration had fallen. An incidental outcome of this would be that a heterozygote would normally have sufficient gene product so that it would be phenotypically indistinguishable from the wild type.

? ?However, having only one copy of the allele in question, a heterozygote would have sacrificed part of its margin of safety and this might have some impact on viability. Indeed, heterozygotes for lethal mutations do show some reduction in viability compared with the homozygous wild types and may be more temperature-sensitive (Plunkett, 1932; Simmons & Crow, 1977).

? ?A viral infection might trigger a fever and an associated heat-shock response; the quantity of a non-rate-limiting protein might then fall from level Y' to X in Fig. 1. Thus a protein unable to respond to normal metabolic controls (e.g. show increased activity in response to a loss of end-product inhibition), would now become rate limiting. The consequence of this would depend on timing and the nature of the end-product involved. A viral infection at a key developmental stage might have disastrous consequences.

6. X-Chromosome Dosage Compensation

The hypothesis offers a new way of looking at the problem of X-chromosome dosage compensation. This was first described as the process by which the function of the single X-chromosome in male fruit flies is made equivalent to the function of both X-chromosomes in females (Muller, 1948). Without dosage compensation, the situation would be formally equivalent to the points Y (in females) and Y' (in males) as shown in Fig. 1.

? ?Muller postulated that these "exceedingly minute" phenotypic differences (differences between the point Y and point Y' phenotypes) would constitute a sufficient selection pressure for dosage compensation to have evolved. The heat-shock response, however, in shifting heterozygote (male) gene product concentrations from point Y' to point X (Fig. 1), would have created a much greater selection force for the evolution of a margin of safety in males. Although this might have been a factor in the evolution of dosage compensation, it is argued in the accompanying paper (Forsdyke, 1994) that the major factor is probably the need to fine-tune protein concentrations, rather than protein functions, to be equal in male and female cells.

REFERENCES

BADER, S. B., PRICE, B. D., MANNHEIM-RODMAN, L. & CALDERWOOD, S. K. (1992). Inhibition of heat-shock gene expression does not block the development of thermotolerance. J. Cell. Physiol. 151, 56-62.

CHARLESWORTH, B. (1979). Evidence against Fisher's theory of dominance. Nature, Lond. 278, 848-849.

FISHER, B., KRAFT, P., HAHN, G. M. & ANDERSON, R. L. (1992). Thermotolerance in the absence of induced heat-shock proteins in a murine lymphoma. Cancer Res. 52, 2854-2861.

FISHER, R. A. (1931). The evolution of dominance. Biol. Rev. 6, 345-368.

FORSDYKE, D. R. (1971). Application of the isotope-dilution principle to the analysis of factors affecting the incorporation of 3H-uridine and 3H-cytidine into cultured lymphocytes. Biochem. J. 125, 721-732.

FORSDYKE, D. R. (1985). Heat-shock proteins defend against intracellular pathogens: a non-immunological basis for self/not-self discrimination. J. theor. Biol. 115, 471-473.

FORSDYKE, D. R. (1991). Early evolution of MHC polymorphism. J. theor. Biol. 150, 451-456 (1991).

FORSDYKE, D. R. (1992).Two signal model of self/not-self discrimination: an update. J. theor. Biol. 154, 109-118.

FORSDYKE, D. R. (1994). Relationship of X chromosome dosage compensation to intracellular self/not-self discrimination: a resolution of Muller's paradox. J. theor. Biol. 167, 7-12.

FORSDYKE, D. R. (1995). Entropy-driven protein self aggregation as the basis for self/not-self discrimination in the crowded cytosol. J. Biol. Systems 3, 273-287.

HALDANE, J. B. S. (1930). A note on Fisher's theory of the origin of dominance and on a correlation between dominance and linkage. Am. Nat. 64, 87-90.

KACSER, H. & BURNS, J. A. (1980). The molecular basis of dominance. Genetics 97, 639 666.

LAUFFER, M. A. (1975). Entropy-driven Processes in Biology. New York: Springer-Verlag.

MENDEL, G. (1866). Versuche uber Pfanzenhybriden. Verhandl. Naturforsch. Ver. Brunn 4, 3-47 (1866).

MULLER, H. J. (1932). Further studies on the nature and causes of gene mutations. In: Proc. 6th Int. Cong. Genet. 2, (Jones, D. F. ed.) pp. 213-255. Menasha, WI: Banta.

MULLER, H. J, (1948). Evidence on the precision of genetic adaptation. Harvey Lect. 43, 165-229.

NGUYEN, V. T., MORANGE, M. & BENSAUDE, 0. (1989). Protein denaturation during heat shock and related stress. E. coli beta-galactosidase and Photinus puralis luciferase inactivation in mouse cells. J. Biol. Chem. 264, 10487-10492.

NOVER, L. (1989). 125 years of experimental heat-shock research. Genome 31, 668-670.

ORR, H. A. (I 99 1). A test of Fisher's theory of dominance. Proc. natn. Acad. Sci. U.S.A. 88, 11413-11415.

PLUNKETT, C. R. (1932). Temperature as a tool of research in phenogenetics. In: Proc. 6th Int. Cong. Genet. 2, (Jones, D. F. ed.), pp. 158-160. Menasha, WI: Banta.

SIMMONS, M. J. & CROW, J. F. (1977). Mutations affecting fitness in Drosophila populations. A. Rev. Genet. 11, 49-78.

WRIGHT, S. (1977). The evolution of dominance. In: Evolution and the Genetics of populations, Vol, 3, pp. 498-526. Chicago: The University of Chicago Press.

 

[Trần Hoàng Dũng]

bài này hay, nhưng sẽ kô dễ tiêu hoá, BS Lương dịch hoặc soạn thuật đi

 

[Ngô Mạnh Đạt]

Bài này đúng thật là khó tiêu hóa quá anh ơi !? Bọn em TA kém lắm anh a` - nên post bài bằng TV thì bọn em mới có thể "nhậu" đc!

 

[Trần Hoàng Dũng]

bạn là SV hay Cán bộ Giảng mà bảo tiếng Anh kém vậy?

 

[Nguyễn Ngọc Lương]

Bài này là một bài thuộc báo Sinh học lý thuyết, tức cũng như Vật lý lý thuyết là một lĩnh vực sử dụng công cụ Toán học hoặc các công cụ phi thực nghiệm để đi đến kết quả. Mặc dù chưa có bằng chứng về vai trò của heat shock protein nhưng người ta đã làm thí nghiệm để bác bỏ thuyết của Fisher.

Fisher là một nhà Toán học người Anh có nhiều đóng góp trong nền Toán xác suất thế giới. Ông đưa ra giải thích cho hiện tượng trội như sau:
Fisher (1931) proposed that heterozygotes begin with codominant expression of alleles, which are then subject to modification by the products of other genes (modifier genes); eventually, following evolutionary selection acting on the heterozygote subpopulation, only the wild-type phenotype is observed in heterozygotes

Tức ban đầu cơ thể dị hợp là đồng trội, nhưng tất cả các gene biểu hiện ra kiểu hình đều chịu sự tác động của gene hiệu chỉnh và các gene hiệu chỉnh này chịu tác động của môi trường (cái này không nhớ rõ là của Fisher nói hay của ai đó khác). Cuối cùng môi trường tình cờ chọn lọc theo hướng chỉ có gene hoang dại (mặc nhiên coi là tốt) là biểu hiện.

Mặc dù ta có thể thắc mắc nhiều ở thuyết của Fisher vì nghe có vẻ lạ hoắc, nhưng có lẽ việc nó đứng vững với thời gian (mãi cho đến những năm 70) thì chắc Fisher đã có các phương án lập luận riêng cho mình. Tuy nhiên đã có nhiều thí nghiệm kiểm chứng tính tổng quát (generality) của thuyết của Fisher và dần đã loại bỏ nó. Một trong những thí nghiệm đó sử dụng một loại sinh vật (hình như là tảo) chỉ tồn tại ở dạng đơn bội trong suốt thời gian sống của nó (và vì vậy không chịu tác động chọn lọc của môi trường theo cách Fisher trình bày). Tuy nhiên bằng phương pháp tạo ra cơ thể dị hợp nhân tạo người ta chứng minh được trội và lặn không dính líu gì đến chọn lọc tự nhiên như cách Fisher đã đưa ra.

Thuyết đối lập với Fisher là thuyết của Wright và sau này được các nhà khoa học khác bổ sung thêm. Thuyết này cho rằng cơ thể đã tạo ra các lề an toàn (margin of security) để đương đầu với các điều kiện khắc nghiệt của môi trường (thực tế lề an toàn là kết quả chọn lọc tự nhiên thông qua những biến động đột ngột của môi trường). Nếu ta chấp nhận thuyết gene --> protein = enzyme --> tính trạng thì theo thuyết của Wright lượng enzyme do gene trội tạo ra là gấp đôi so với lượng cơ thể cần thiết do đó ở cơ thể dị hợp tử mà gene lặn thuộc loại đột biến không tạo sản phẩm (null mutant) thì gene trội vẫn đảm đương được vai trò bình thường của nó. Đây chính là lề an toàn mà cơ thể tạo ra. Thế thì biến động đột ngột của môi trường là gì?

Ở đây vai trò của protein shock nhiệt đã được tác giả vận dụng để giải thích cho biến đổi đột ngột của môi trường. Đề nghị một bạn học sinh dịch phần này vì nó đã tương đối dễ trong cái bối cảnh tôi đưa ra ở trên.

The heat-shock response follows a sudden change in various physical or chemical features of the environment, and is particularly notable following an increase in temperature (Nover, 1989). The response is detected as a rapid increase in the intracellular concentrations of a set of evolutionarily conserved "heat-shock" proteins, which is accompanied by a decrease in the concentrations of most normal proteins. The notion that the response is predominantly concerned with protection against thermal and other types of "stress" has recently lost ground (mất chỗ đứng/không còn đúng nữa) (Bader et al., 1992; Fisher et al., 1992).

? It is proposed elsewhere (Forsdyke, 1985, 1991, 1992, 1995), that the response has evolved as part of a mechanism for distinguishing the proteins of intracellular pathogens ("not-self") from normal intracellular proteins ("self"). The proteins of the crowded cytosol exert a collective pressure tending to make individual protein species aggregate when their concentrations exceed their individual solubility limits. These concentrations have been fine-tuned (điều chỉnh chăt chẽ) ?over evolutionary time so as not to exceed these limits. Not-self proteins more readily "trip" an intracellular surveillance system (hệ thống giám sát nội bào) because their concentrations have not been so fine tuned.

? The aggregations, however, being primarily entropy driven (do entropy chi phối chủ yếu) ?(Lauffer, 1975), are strongly increased by an increase in temperature. The organism exploits this (tận dụng cơ chế này - ví dụ phản ứng sốt) (e.g. fever) to promote the aggregation of the proteins of a foreign pathogen (Nguyen et al., 1989). In this process self proteins might also be aggregated. To avoid this, the concentrations of normal proteins decrease. However, in turn, this decreases the collective pressure exerted by the cytosolic proteins to make the proteins of the pathogen aggregate. To compensate for this, a special set of proteins, the heat-shock proteins, are produced (Forsdyke, 1995).

? The main point to be made about the heat-shock response in the present context is that it probably reflects a fundamental process which appeared early in evolution when sets of replicators encased in a membrane (prototypic cells) had to be protected against invasion by foreign replicators (prototypic viruses; Forsdyke, 1991). All subsequent evolutionary developments would potentially be influenced by this pre-existing system. The sudden general fall in the concentration of normal self proteins as part of the heat-shock response would severely compromise cell function (ảnh hưởng nghiêm trọng đến chức năng tế bào) if there were not a margin of safety regarding function. Thus the heat-shock response would constitute a powerful evolutionary force acting on wild-type homozygotes.

? This would lead to the general evolution of proteins of a specific activity sufficient to sustain (or facilitate the recovery of), cell function, at a time when protein concentration had fallen. An incidental outcome (kết quả ngẫu nhiên) of this would be that a heterozygote would normally have sufficient gene product so that it would be phenotypically indistinguishable from the wild type (không khác về kiểu hình so với đồng hợp trội).

? However, having only one copy of the allele in question, a heterozygote would have sacrificed part of its margin of safety and this might have some impact on viability (khả năng sống sót). Indeed, heterozygotes for lethal mutations (đột biến gây chết) do show some reduction in viability compared with the homozygous wild types and may be more temperature-sensitive (Plunkett, 1932; Simmons & Crow, 1977).

? A viral infection might trigger a fever and an associated heat-shock response; the quantity of a non-rate-limiting protein might then fall from level Y' to X in Fig. 1. Thus a protein unable to respond to normal metabolic controls (e.g. show increased activity in response to a loss of end-product inhibition), would now become rate limiting. The consequence of this would depend on timing and the nature of the end-product involved. A viral infection at a key developmental stage might have disastrous consequences (hậu quả nghiêm trọng).

 

[Ngô Mạnh Đạt]

bạn là SV hay Cán bộ Giảng mà bảo tiếng Anh kém vậy?

Em là GV nhưng TA phải nói là cực kì kém. trước kia khi học ĐH em phải học tiếng Pháp - còn kém hơn nữa !
Thông cảm cho em nha !