Quá trình dịch mã

rRNA ● rRNA cùn với 50 loại protein cấu thành nên ribosome ribonucleprotein ● ribosome gồm 2 loại tiểu đơn vị: 1 tiểu đơn vị lớn và 1 tiểu đơn vị nhỏ ● Trừ một vài sai khác về kích thước

31BÀI 7: QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ

I Quá trình dịch mã:

Dịch mã hay còn có tên gọi khác là giải mã là quá trình chuyển từ mã di truyền chứa trong phân tử mARN thành trình tự các axit amin trong chuỗi polipeptit của phân tử protein, quá trình này diễn ra ở tế bào chất Qúa trình này gồm 2 giai đoạn: tổng hợp chuỗi polipeptit và hoạt hóa axit amin

Thành phần tham gia vào quá trình này bao gồm:

Thứ nhất, Mạch khuôn mARN mang thông tin mã hóa axit amin (a.a)

Thứ hai, Nguyên liệu gồm 20 loại a.a tham gia vào quá tình tổng hợp chuỗi polipeptit.

Thứ ba, tARN và riboxom hoàn chỉnh (tiểu phần bé, tiểu phần lớn liên kết với nhau).

Thứ tư, Các loại enzyme hình thành liên kết gắn a.a với nhau và a.a với tARN.

II Vai trò của 3 loại RNA trong quá trình dịch mã:

Vai trò của 3 loại RNA trong quá trình dịch mã

1 mRNA

● Là bản phiên mã trực tiếp trên mạch khuôn của gen chứa đựng thông tin về số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp của các loại axit amin trong chuỗi polipeptit cấu thành phân tử protein

● Hệ thống tương ứng giữa tổ hợp 3 nucleotide (codon) với 1 amino acid được gọi là mã

di truyền

● mRNA ở sinh vật nhân sơ là một đơn vị phiên mã của nhiều gen, ngay sau khi được tạo

ra đã được dịch mã, thậm chí phiên mã đến đâu thì đọc mã đến đó

● Ở sinh vật nhân thực chỉ mRNA trưởng thành là đơn vị phiên mã của 1 gen và khi rời nhân vào tế bào chất mới được dịch mã

0 rRNA

● rRNA cùn với 50 loại protein cấu thành nên ribosome (ribonucleprotein)

● ribosome gồm 2 loại tiểu đơn vị: 1 tiểu đơn vị lớn và 1 tiểu đơn vị nhỏ

● Trừ một vài sai khác về kích thước và thành phần, ribosome cũng như rARN ở sinh vật nhân sơ và nhân thực có cấu trúc cơ bản giống nhau

0 tARN

● tARN vận chuyển các acid amin đã được hoạt hóa vào ribosome để dịch mã

● tARN thực hiện được chức năng nhờ các enzyme aminoacyl-tARN synthetase Mỗi loại enzyme này nhận biết mỗi loại acid amin đặc hiệu và cả tARN tương ứng Sự liên kết giữa các thành phần này nhờ vào năng lượng từ ATP hoặc NADPH2

● Quá trình tạo phức hợp tARN-aminoacyl gồm 2 bước

+ B1: enzyme (E) nhận biết và gắn với một amino acid đặc hiệu

E + amino acid + ATP → E-aminoacyl-AMP + P-P

+ B2: amino acid được chuyển từ phức hợp E-aminoacyl sang tRNA tương ứng

E-aminoacyl-AMP + tRNA → tRNA-aminoacyl + AMP + E

III Ứng dụng khác của rRNA:

- Trình tự gen mã hóa rRNA có thể được sử dụng như marker để xác định loài, xây dựng cây phát sinh loài (phylogenetic tree) và nghiên cứu về tiến hóa của sinh vật

- Phân loại sinh vật trước khi nghiên cứu về rRNA ra đời:

- Phân loại sinh vật dựa vào rRNA:

Tất cả các sinh vật sống đều chứa vi sinh vật nhỏ (16S hoặc 18S) và rRNA tiểu đơn vị lớn (23S hoặc 28S) Vì các tiểu đơn vị này rất cần thiết cho quá trình tổng hợp protein, chúng đều có chức năng giống nhau và phải được phát triển trong giai đoạn đầu đời đột biến trong

những gen này có thể ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động bình thường của ribosome và do

đó, chỉ được phép những thay đổi nhỏ trong những gen này Nếu không, ribosome có thể mất chức năng dẫn đến việc loại bỏ sinh vật biến dị Vì 16S rRNA khá nhạy cảm với các đột biến nên gen tương ứng dường như chứa một số lượng lớn các khu vực được bảo tồn cao Một số trong số chúng không ảnh hưởng đến chức năng của ribosome và các đột biến có thể tích lũy theo thời gian tiến hóa Với các khía cạnh trên, 16S rRNA, cũng như 18S rRNA, là một máy đo thời gian tiến hóa hữu ích để ước tính mối quan hệ của các sinh vật

IV Các giai đoạn của quá trình dịch mã:

1 Giai đoạn khởi động:

- Để quá trình dịch bắt đầu, chúng ta cần một vài thành phần chính Bao gồm các:

+ Một ribosome (có hai mảnh, lớn và nhỏ)

+ Một mRNA với các hướng dẫn về protein mà chúng ta sẽ xây dựng

+ Một tRNA "khởi xướng" mang axit amin đầu tiên trong protein, hầu như luôn luôn là methionine (Met)

+ Codon mở đầu (AUG): tín hiệu mở đầu dịch mã

- Có các yếu tố khởi đầu (initiation factor) xúc tác cho tiểu đơn vị nhỏ trong việc hình thành phức hợp khởi đầu:

Đó là IF1, IF2, IF3 Mỗi yếu tố khởi đầu có tác dụng như sau:

+ IF1 giúp tiểu đơn vị nhỏ gắn vào mRNA và ngăn cản các tRNA gắn vào vùng thuộc vị trí A trên tiểu đơn vị nhỏ

+ IF2 là một protein gắn và thủy phân GTP IF2 thúc đẩy sự liên kết giữa fMet-tRNA-ifMet và tiểu đơn vị nhỏ, ngăn cản những aminoacyl-tRNA khác đến gắn vào tiểu đơn vị nhỏ

+ IF3 ngăn cản tiểu đơn vị nhỏ tái liên kết với tiểu đơn vị lớn và gắn với các tRNA mang amino acid IF3 gắn vào tiểu đơn vị nhỏ vào cuối vòng dịch mã trước, nó giúp tách ribosome 70S thành tiểu đơn vị lớn và tiểu đơn vị nhỏ

Khi tiểu đơn vị nhỏ đã được gắn ba yếu tố khởi đầu, nó sẽ gắn tRNA khởi đầu và mRNA Sự gắn hai RNA này là hoàn toàn độc lập với nhau

- Eukaryotic initiation factors (eIFs)

+ eIF1 và eIF1A đều liên kết với phức hợp 40S ribosome tiểu đơn vị-mRNA Cùng nhau, chúng tạo ra cấu trúc "mở" của kênh liên kết mARN, kênh liên kết này rất quan trọng để quét, phân phối tRNA và bắt đầu nhận dạng codon

+ eIF2 là phức hợp protein chính chịu trách nhiệm vận chuyển tRNA của chất khởi đầu đến vị trí P của phức hợp tiền khởi đầu, dưới dạng phức hợp bộ ba chứa Met- tRNA i Met và GTP (eIF2-TC)

+ eIF3 liên kết độc lập với tiểu đơn vị 40S của ribosom, nhiều yếu tố khởi đầu và mARN của tế bào và vi rút

+ eIF5 là một protein kích hoạt GTPase, giúp tiểu đơn vị lớn của ribosome liên kết với tiểu đơn vị nhỏ

+ eIF6 thực hiện quá trình ức chế tổng hợp ribosome tương tự như eIF3, nhưng liên kết với tiểu đơn vị lớn

- Là giai đoạn phức tạp với sự tham gia của các nhân tố khởi động (IF ở prokaryote hoặc eIF ở eukaryote)

• phức hợp “tiểu đơn vị nhỏ Rb-Met-tRNAi -mRNA” được hình thành với sự tham gia của các nhân tố khởi động,

• IF2 (hoặc eIF4 ở eukaryote) phát hiện codon mở đầu, ngay sau đó tiểu đơn vị lớn của Rb đến kết hợp với phức hợp trên Quá trình dịch mã bắt đầu

2 Giai đoạn kéo dài:

của mARN tại vị trí A Sự thủy phân của GPT làm tăng mật độ chính xác và hiệu quả của bước này

2 Sự hình thành liên kết peptide: Một phân tử rARN của tiểu phần lớn xúc tác sự hình thành cầu nối peptide giữa amino acid mới ở vị trí A và đầu cuối vị trí P site Bước này chuyển chuỗi polypeptide sang tARN ở vị trí A

3 Sự chuyển dịch vị trí : Ribosome chuyển vị trí của tARN ở vị trí A sang vị trí P tARN trống ở P được chuyển sang E, nơi nó được giải phóng mARN dịch chuyển với sự ngảy của các tARN, đưa codon kế tiếp tại A để dịch mã

Cơ chế sửa sai

Trong suốt quá trình kéo dài, một aa-tRNA có anticodon không đúng (mismatched) với codon

sẽ bị đẩy ra khỏi vị trí A nhờ cơ chế sửa sai Cơ chế này hướng đến việc loại ra tRNA bắt cặp không đúng Cơ chế này hoạt động theo ba bước

1 Dựa vào việc bắt cặp Codon – Anticodon: Khi quá trình bắt cặp đúng xảy ra, hai cầu nối hình thành giữa 16S rRNA và anticodon Khi bắt cặp sai của tRNA và codon, sẽ thiếu sự thêm vào hai cầu nối này nên quá trình phân ly dễ dàng xảy ra hơn

2 Sự định vị của aa – tRNA trong vị trí A bởi EF-Tu/GTP: Nếu bắt cặp đúng thì vị trí của EF-Tu/ GTP năm tại Factor binding center (FBC) vì vậy GTP có thể bị thủy phân và EF-Tu tách khỏi aminoacyl-tRNA Nếu bắt cặp sai, FE-Tu/GTP tạo phức hợp với aa-tRNA sẽ không tiếp xúc với FBC theo đúng cách GTP không được thủy phân và EF-Tu/GTP/ aa-tRNA bị đẩy ra

3 Sự thích nghi: Nếu bắt cặp đúng sẽ giúp cho tRNA ở vị trí A dễ dàng hình thành liễn kết peptide giữa aa và chuỗi polypeptide đang hình thành Nếu tRNA ở vị trí A sai thí nó sẽ bị đẩy

ra khỏi Ribosome

3 Giai đoạn kết thúc:

- Khi ribosome tiếp xúc với mã kết thúc (một trong 3 bộ kết thúc UAA, UAG, UGA) thì quá trình dịch mã hoàn tất

- Hai tiểu phần của ribosome tách nhau ra

- Chuỗi polipeptide được giải phóng, axit amin mở đầu được cắt ngay khỏi chuỗi polipeptide vừa được tổng hợp nhờ enzyme đặc hiệu

- Kết quả quá trình Dịch mã:

+ Từ một phân tử mARN trưởng thành có 1 riboxom trượt qua sẽ tạo thành một chuỗi polipeptit cấu trúc bậc 1 hoàn chỉnh

+ Chuỗi polipeptide sau khi được tổng hợp thì tiếp tục biến đổi để hình thành các cấu trúc bậc 2, 3, 4 để thực hiện các chức năng sinh học

%20dich%20ma.pdf