Bài giảng lý thuyết sinh học phân tử Proteine translation

Nhiều ribosome gắn vào một phân tử mRNA polysomes Nhiều phân tử polypeptides được tổng hợp cùng một lúc... Ribosome cấu thành từ 2 đơn vị :Đơn vị nhỏ: 1 phân tử rRNA 30 phân tử proteine

Translation : quá trình dịch mã ( tổng hợp chuỗi polypeptide )

MỤC TIÊU :

Mô tả được quá trình dịch mã

Phân biệt được quá trình dịch mã giữa tế bào procaryote và eucaryote Trình bày được ví dụ về quá trình ức chế tổng hợp proteine

Mỗi mARN mang thông tin di truyền quy định trình tự các a.a

trên chuỗi polypeptit.

Cấu trúc mARN :

– Đoạn dẫn đầu 5’ – UTR: không mã hoá

– Khung đọc mở:

• 1 bộ ba mở đầu 5’- AUG

• các bộ ba mã hoá cho trình tự các axit amine

• 1 bộ ba kết thúc: UAG hoặc UGA hoặc UAA

– Đoạn theo sau: 3’ – UTR : không mã hoá

Prokaryotes : Polycistronic mRNA

Ở prokaryot, mRNA chứa các thông tin di truyền để tổng hợp nhiều chuỗi polypeptide (polycistromic)

Eukaryotes : Monocistronic mRNA

Ở sinh vật Eucaryote , mRNA chứa thông tin di truyền tổng hợp

cho 1 chuỗi polypeptide ( Monocistronic)

• 4 loại Nucleotit -> 64 bộ ba:

61 mã ứng với 20 axit amin, 3

1 a.amin được mã hóa bởi 1 codon ( 3 a.nucleic liên tiếp)

4 loại nucleotide  4 3 = 64 codon phân biệt bởi thành phần và trật tự của các nucleotide Trong đó 3 codon stop, 61 codon còn lại có nhiều codon cùng mã hóa cho một a.a

Sợi DNA khuôn

QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ (TỔNG HỢP CHUỖI POLYPEPTITE)

XẢY RA TẠI RIBOSOME

ribosome

Sau khi được phiên mã tại nhân, mRNA mang các thông tin di truyền đi đến ribosome để tổng

Nhiều ribosome gắn vào một phân tử mRNA

(polysomes) Nhiều phân tử polypeptides được tổng

hợp cùng một lúc

Ribosome có thể kết hợp với bất kz mRNA và

tất cả các tRNAs

Một ribosome có thể sử dụng để sản xuất nhiều

polypeptide khác nhau

Ngoài ribosome trong tế bào chất , tế bào eukaryotic còn có ribosome trong ty lạp thể và lục lạp thể

Ribosome cấu thành từ 2 đơn vị :

Đơn vị nhỏ: 1 phân tử rRNA 30 phân tử proteine

Đơn vị lớn : 3 phân tử rRNA 45 phân tử proteine

Khi không tổng hợp proteine, mỗi đơn vị tồn tại tách rời trong tế bào chất

Sau khi mRNA được phiên mã gắn vào đơn vị nhỏ của ribosomeđơn vị lớn sẽ kết hợp vào  sự dịch mã bắt đầu

Các vị trí trên tiểu phần lớn của ribosome

A : vị trí tiếp nhận tRNA mang a.a

P : giữ chuỗi polypeptide đang tổng hợp E: vị trí các tRNA sau khi đã giải phóng a.a

Quá trình dịch mã xảy

ra theo ba giai đoạn :

Khởi động Kéo dài

Kết thúc

Ribosome dịch

chuyển theo chiều 5’

đến 3’

mRNA gắn vào tiểu đơn vị

nhỏ ở đầu 5, gần vị trí khởi

động Codon khởi đầu luôn

luôn là AUG mã hóa cho

methionine

tRNA đặc hiệu cho

methionine nhờ

anticodon bắt cặp với

mRNA tại vị trí khởi đầu

Tiểu đơn vị lớn của

Giai đoạn khởi đầu

Khởi đầu dịch mã ở prokaryote

Tiểu phần Rbs nhỏ gắn vào mRNA

nhờ liên kết bổ sung giữa rRNA16S với

TT đầu 5’UTR của mRNA

(Shine-Dalgarno ở SV Prokaryota) -> dò tìm mã

khởi đầu (AUG)

Met – tRNAiMet , có Anticodon của

Met-ARNtimet bắt cặp với AUG

Tiểu phần lớn kết hợp với tiểu phần

nhỏ-> Met-tRNAiMet nằm vị trí P > Sự dịch

mã bắt đầu.

Khởi đầu dịch mã ở eukaryote

tRNAi- Met gắn lên Rbs nhờ các yếu tố

khởi đầu eIF và năng lượng từ GTP

Phức hợp này nhận biết mũ cap ở đầu

5’ của mRNA và dịch chuyển dọc theo

chiều 5’ dò tìm cho đến khi thấy được

codon mở đầu AUG

Sau khi một codon khởi đầu thích hợp

AUG đã được định vị , tiểu đơn vị lớn sẽ

được liên kết tạo thành phức hợp khởi

đầu

tRNA mang a.a tiếp nối có anticodon bắt cặp với codon tiếp theo trên mRNA sẽ đến vị trí tiếp nhận A

KÉO DÀI

Tiểu đơn vị lớn xúc tác cho 2 phản ứng :

Cắt cầu nối giữa tRNA và

a.a ở vị trí P

1

2

Hình thành cầu nối peptide giữa a.a này với

a.a trên tRNA ở vị trí A

tRNA đầu tiên sau khi đã giải phóng

methionine dich chuyển sang vi trí E ,

ra khỏi ribosome và tiếp tục lại chu

trình vận chuyển mới

Ribosome dịch chuyển về hướng 3’

Vi trí A tiếp tục nhận tRNA mang

a.a tiếp nối.

Quá trình này được lặp lại, các a.a

được nối tiếp theo trình tự quy

định của các mã di truyền trên

mRNAvà phân tử polypeptide được

kéo dài

Các proteine tham gia vào giai đoạn này được gọi là yếu tố kéo dài EF

Kết thúc : quá trình dịch mã kết thúc khi

condon kết thúc [UAA, UAG, UGA] đi đến

vị trí A

Nhân tố kết thúc RF gắn

trí P

Mạch polypeptide có đầu NH2 và đuôi COOH hoàn chỉnh thoát ra ngoài

Các enzyme phá

hủy mRNA

Các tiểu đơn vị

ribosome tách rời ra

Primary structure of a protein

peptide bonds

codon 2 codon 3 codon 4 codon 5 codon 6 codon 7 codon 1

So sánh quá trình dịch mã ở Prokaryote và Eukaryote

mARN đa cistron ( chứa thông tin nhiều

gen nối tiếp nhau)

mARN đơn cistron (chứa thông tin của một gen)

Phiên mã và dịch mã đồng thời Phiên mã & dịch mã không đồng thời Không có mũ Cap ở đầu 5’ của mARN Có mũ Cap ở đầu 5’ của mARN

Codon khởi đầu nằm ngay sau vị trí gắn

Rbs

Không có vị trí gắn Rbs ở trước mã khởi đầu AUG

aa đầu tiên là formyl-Met aa đầu tiên không bị cải biến

Rbs 30S: 16S rARN + 21 Pr Rbs 40S: 18S rARN + 33 Pr

Rbs 50S: 23S, 5S rARN + 31 Pr Rbs 60S: 28S, 5.8 S 5S rARN +49Pr

Nhân tố khởi đầu: IF1, IF2 IF3 Nhân tố khởi đầu: eIF1, eIF2,Eif3…

Nhân tố kéo dài: EF-Tu, EF-G Nhân tố kéo dài: eEF1, eEF2

4 Cải biến sau dịch mã

Pr sau dịch mã được biến đổi tiếp để trở thành dạng hoạt động.

• Ở VK: loại bỏ gốc formyl của Pr.

• Loại bỏ một vài aa đầu tiên nhờ enzyme amino peptidase.

• Gắn thêm đường vào Pr (giúp định hướng di chuyển và hđ của Pr).

• Gắn gốc phosphat vào Pr bởi enzyme kinase.

• Hình thành các liên kết disulphate (S - S) giữa các polypeptide tạo

thành một Pr phức hoặc enzyme phức hoạt động.

• Cắt bỏ một đoạn polypeptide:

– Loại bỏ peptide di chuyển

– Loại bỏ trình tự tín hiệu của protein giúp chúng tiến vào mạng

lưới nội chất hạt (ER)

– Cắt bỏ polypeptide để tăng hoạt tính của enzyme.

Sự biếnđổi sau dịch mã

ĐIỀU HÒA PHIÊN MÃ

Làm cách nào để protein chỉ được

tổng hợp khi cần đến ?

Jacob and Monod (1961) đề xuất cơ

chế giải thích sự biểu hiện gen

‘ switched on and off ’ của bacteria

• Đối với vi trùng, các genes được phân chia

thành các operons ,

• Mỗi operon gồm:

P romoter – ví trí gắn của RNA polymerase

Operator – Vị trí điều hành (“on-off” switch)

 Genes mã hóa sự tổng hợp protein

• Operon có thể bị khóa (switched off ) bởi một

protein được gọi repressor

Điều hòa biểu hiện gen ở prokaryote

O perons của E coli

trúc được xác định

Lac operon of E coli

Genes cấu trúc + đoạn DNA kiểm soát quá trình

phiên mã lactose

Lac operon của E coli

Phần màu đỏ được Jacob & Monod giải thích

Phần màu xanh được các nhà khoa học khác giải thích sau này

Lac operon của E coli

Promoter (p lac ) – vị trí gắn

của RNA polymeras

Operator (o) – vị trí gắn chât ức chế repressor

RNA polymerase không thể

gắn vào promoter

Có lactose lactose

Bất hoạt chất ức chế

Họat động của gen mã hóa enzyme trong quá

trình chuyển hóa lactose

Terminator

Structural genes Inducibility gene

i

Operator Promoter

[Promoter for i gene is NOT

shown]

The repressor molecule is made all the

Proteine ức chế (Repressor) luôn được tổng hợp và gắn vào operator ( O )

Repressor-protein

i

Không có Lactose

Khi có lactose  Lactose gắn vào repressor

 vị trí 0peron được giải phóng

Lactose Present

Kết quả là các enzyme cần thiết cho chuyển

hóa lactose được tổng hợp

T

mRNA

polycistronic –

 3 loại enzyme

sẽ cùng được tổng hợp

Điều hòa thoái dưỡng: Kiểm soát âm-cảm ứng

Operon lactose : 3 enzyme phân hủy lactose a. Không có lactose

gắn vào operator ngăn cản sự

phiên mã

Proteine điều hòa sẽ gắn với lactose và trở nên bị bất hoạt không gắn được vào operator RNA polymerase gắn vào và quá trình phiên mã, địch mạ được thực hiện

Điều hòa biến dưỡng: Kiểm soát âm-ức chế

Operon tryptophan :5 enzyme để tổng hợp tryptophan

Gen điều hòa của hệ thống tryptophan tổng hợp thường xuyên aporepressor protein, là chất kìm hãm mà

gen cấu trúc được phiên mã & dịch mã