Sinh tổng hợp protein

Tổng hợp protein• Các nội dung thông tin của DNA là các trình tự của các nucleotide dọc theo sợi DNA • DNA được thừa hưởng sẽ thể hiện những đặc điểm tiêu biểu bằng cách đưa

Sinh tổng hợp protein.

replication

Tổng hợp protein

• Các nội dung thông tin của DNA là các trình

tự của các nucleotide dọc theo sợi DNA

• DNA được thừa hưởng sẽ thể hiện những đặc điểm tiêu biểu bằng cách đưa ra mệnh lệnh tổng hợp các protein

• Quá trình mà DNA chỉ đạo tổng hợp protein, biểu hiện gen bao gồm hai giai đoạn, được gọi là phiên mã và dịch mã

Phiên mã và dịch mã

• Trong tế bào prokaryotes, sự phiên mã

và dịch mã xảy ra cùng lúc

Figure 17.3a

Prokaryotic cell In a cell lacking a nucleus, mRNA

produced by transcription is immediately translated without additional processing.

(a)

TRANSLATION

mRNA Ribosome

Polypeptide

Phiên mã và dịch mã

• Trong một tế bào

Eukaryotic, sự hiện diện

của nhân tế bào ngăn cách

quá trìnhphiên mã (nhân)

và qua trình dịch mã (tế bào

chất) Quá trình sao chéo

RNA sơ khai (pre-mRNA)

xảy ra trong nhân và được

hoàn thiện thành mARN

trưởng thành trước khi rời

khởi nhân

Sự phiên mã

Phiên mã : tổng hợp RNA với được chỉ đạo bởi DNA

Tổng hợp RNA

• Được xúc tác bởi RNA

polymerase, mà pries các sợi DNA ra và móc cùng các nucleotide RNA

• Sau các quy tắc cơ bản,

cặp đôi giống như DNA,

ngoại trừ trong RNA, uracil thay thế cho thymine

Table 17.1

• RNA là chuỗi đơn, DNA: chuỗi đôi

• RNA ngắn hơn DNA, chỉ có 1 gen dài, trong khi DNA là rất dài và chứa nhiều gen

• RNA sử dụng đường ribose thay vì deoxyribose như trong DNA

• RNA sử dụng bazo uracil (U) thay vì thymine (T) trong DNA.

Tổng hợp ARN

RNA transcript

3 

3 

Completed RNA transcript

Unwound DNA

RNA transcript

Template strand of DNA

DNA

1 Initiation After RNA polymerase binds to

the promoter, the DNA strands unwind, and the polymerase initiates RNA synthesis at the start point on the template strand.

2 Elongation The polymerase moves downstream, unwinding the

DNA and elongating the RNA transcript 5   3  In the wake of transcription, the DNA strands re-form a double helix.

3 Termination Eventually, the RNA

transcript is released, and the polymerase detaches from the DNA.

Tín hiệu hoạt hóa cho sự

bắt đầu tổng hợp RNA

• Các yếu tố phiên mã giúp

enzyme RNA polymerase

của eukaryous nhận ra

các chuỗi hoạt hóa

(promoter)

• Promoter: một trình tự

định giai đoạn bắt đầu

được gọi là TATA box

Đây là nơi ARN

polymerase gắn vào và

phiên mã bắt đầu

Tổng hợp ARN- giai đoạn bắt đầu

ARN polymerase có khả năng tháo xoắn hai sợi DNA

• Có thể bắt đầu một chuỗi ngay từ đầu mà không cần đoạn mồi

• Chỉ có thể lắp ráp theo hướng 5 '→ 3'

Vi khuẩn có một loại ARN polymerase duy nhất và có thể liên kết trực tiếp với promoter

Eukaryote có ba loại ARN polymerase, được đánh số I,

II, và III ARN polymerase II sử dụng tổng hợp mRNATrong eukaryous, một bộ sưu tập của các protein được gọi là

• yếu tố phiên mã làm trung gian liên kết RNA

polymerase và khởi đầu phiên mã (phức hợp khởi

động phiên mã)

ARN polymerase

Tổng hợp ARN-giai đoạn kéo dài

Elongation

RNA polymerase

Non-template strand of DNA

Direction of transcription

strand of DNA

• RNA polymerase tổng

hợp một sợi đơn RNA

dựa trên mẫu DNA

sợi, bằng cách bổ

sung bắt cặp

nucleotide vào đầu 3

'của chuỗi RNA

• Khi RNA polymerase

di chuyển dọc theo

DNA nó vẫn tiếp tục

tháo xoắn các chuỗi

xoắn kép, phơi bày

khoảng 10 đến 20

bazo trên DNA tại một

thời điểm cho bắt cặp

với nucleotide của

RNA

Trình tự cụ thể trong tín hiệu kết thúc phiên

mã của DNA

thúc trên ADN, RNA phiên mã được phóng thích từ DNA và các chuỗi xoắn kép của ADN được «kéo khóa» lại.

Tổng hợp ARN-giai đoạn kết thúc

• Hầu hết các mRNA của Eukaryous chưa sẵn sàng để được dịch ra protein trực tiếp sau khi được phiên mã từ DNA.

• Sự phiên mã tổng hợp RNA xảy ra trong nhân Sau đó, mARN di chuyển ra tế bào chất để dịch mã.

• Tế bào thêm một nắp bảo vệ vào một đầu tận cùng, và một đuôi A ở đầu còn lại

• Hầu hết các gen bao gồm các vùng không mã hóa được gọi là

intron Vùng không mã hóa có chức năng nhiễm sắc thể cụ thể hoặc

có mục đích quy định

• Intron cũng cho phép thay thế RNA được cắt nối

• Do đó, pre-mRNA của một gen được chuyển đổi thành mRNA bằng cách: thêm bazo bảo vệ đầu tận cùng và cắt intron để loại bỏ khỏi pre-mARN

Giai đoạn sau quá trình kết thúc tổng hợp ARN

Sự thay đổi ở các đầu kết thúc của ARN

• Mỗi đầu của một phân tử pre-mRNA được sửa đổi một cách đặc biệt

• Đầu 5’ nhận được một nắp nucleotide (5’ cap)

• Các 3’ được gắn một đuôi poly-A (adenine)

A modified guanine nucleotide

50 to 250 adenine nucleotides

Poly-A tail

Stop codon Start codon

TRANSLATION

Ribosome Polypeptide

G P P P

Vai trò của 5’ cap và Poly A tai l

• Tạo thuận lợi cho mRNA rời khỏi nhân

RNA – ghép nối

• Các intron được loại

bỏ bằng một quá

trình gọi là cắt nối để

sản xuất mRNA

RNA – ghép nối

• Ribozymes là các phân tử “RNA xúc tác” có

chức năng như các enzyme và có thể ghép RNA

• RNA loại bỏ các intron và kết nối các exon

Figure 17.10

TRANSCRIPTION

RNA PROCESSING

DNA Pre-mRNA mRNA

TRANSLATION

Ribosome Polypeptide

RNA transcript (pre-mRNA)

Other proteins

Protein snRNA

snRNPs

Spliceosome

Spliceosome components

Cut-out intron mRNA

Ghép nối thay thế(Exons)

• Ghép nối thay thế đề cập đến những cách ghép nối khác nhau của exon, sản xuất các protein khác nhau trong cùng một vùng mã gen.

• Ghép nối thay thế pre-mARN là một cơ chế quan trọng trong việc điều chỉnh biểu hiện gen ở Eukaryous

• Trong nhiều trường

hợp, exon khác nhau

domain khác nhau

trong một protein

Gene DNA

Exon 1 Intron Exon 2 Intron Exon 3 Transcription

RNA processing Translation

Domain 3

Domain 1 Domain 2

Polypeptide

Amino acids

tRNA with amino acid attached Ribosome

tRNA Anticodon

Gene 1

Gene 2

Gene 3

DNA strand (template)

• 64 codon mã hóa cho 20 acid amin, do đó sẽ có

nhiều codon mã hóa cho 1 amino acid

• 3 trong số 64 codon được sử dụng như là tín hiệu STOP; chúng được tìm thấy ở phần cuối của tất cả các gen và đánh dấu sự kết thúc của tổng hợp

polypeptide

• Một codon được sử dụng như một tín hiệu START: bắt đầu tổng hợp polypeptide

Phe Leu

Leu

lle

Val

UCU UCC UCA UCG CCU CCC CCA CCG ACU ACC ACA ACG GCU GCC GCA GCG

UGU UGC

CAU CAC CAA CAG

CGU CGC CGA CGG AAU

AAC AAA AAG

AGU AGC AGA AGG GAU

GAC GAA GAG

GGU GGC GGA GGG

UGG

UAA UAG Stop

Trp His

Gln Asn Lys

Asp

Arg

Ser Arg

Gly

U C A G U C A G U C A G U C A G

tRNA- ARN vận chuyển

• Bao gồm một sợi

RNA đơn chỉ dài

khoảng 80 nucleotide

• Mang một amino acid

đặc biệt trên một đầu

• tRNA mang amino

acid tới ribosome,

TC

DHU

Hydrogen bonds

Ribosome có ba vị trí

găn kết với tRNA

• Vi trí P: hình thành

liên kết peptide giữa

amino acid cũ với

amino acid mới

được mang đến bởi

E site (Exit site)

mRNA binding site

A site tRNA binding site)

(Aminoacyl-Large subunit

Small subunit

Schematic model showing binding sites A

ribosome has an mRNA binding site and three tRNA binding sites, known as the A, P, and E sites This schematic ribosome will appear in later diagrams.

(b)

• Sau khi rRNA được phiên mã, các rRNA và protein hình thành các tiểu đơn vị trong hạch nhân Các tiểu đơn vị thoát khỏi nhân thông qua lỗ trên màng nhân.

• Các tiểu đơn vị lớn và nhỏ tạo thành một ribosome chỉ khi chúng gắn với một phân tử mRNA.

• Mặc dù tương tự về cấu trúc và chức năng,nhưng

ribosome của prokaryote và eukaryous có sự khác biệt mà một số thuốc kháng sinh (như tetracycline hoặc streptomycin) có thể làm tê liệt ribosome

prokaryote nhưng không ức chế ribosome eukaryous

Ribosome

Amino end Growing polypeptide

Next amino acid

to be added to polypeptide chain

Schematic model with mRNA and tRNA A tRNA fits into a binding site when its anticodon

base-pairs with an mRNA codon The P site holds the tRNA attached to the growing polypeptide The A site holds the tRNA carrying the next amino acid to be added to the polypeptide chain Discharged tRNA leaves via the E site.

(c)

Tổng hợp chuỗi Polypeptide

Aminoacyl-tRNA synthetase (enzyme)

Active site binds the amino acid and ATP

Activated amino acid

is released by the enzyme.

4

Xây dựng chuỗi polypeptide

• Ba giai đoạn: bắt đầu, kéo dài chuỗi và kết thúc

• AUG: codon bắt đầu được nhận bởi tRNA hoặc Met

methionyl-• Khi codon khởi đầu đã được xác định, ribosome nối các amino acid vào chuỗi polypeptide

• RNA được giải mã bởi tRNA để vận chuyển các amino acid đến kéo dài thêm chuỗi polypeptide

• Dịch mã kết thúc khi xuất hiện một stop codon (UAA, UAG, UGA)

Dịch mã: giai đoạn bắt đầu

• mRNA liên kết với một ribosome tại vị trí

START codon (AUG) tARN với anticodon

(UAC) tương ứng sẽ mang Met đến ribosome

Dịch mã: giai đoạn kéo dài

• Kéo dài: ribosome di chuyển trên sợi mARN, bổ sung các amino acid mới vào chuỗi

polypeptide đang kéo dài

• Các ribosome có 2 vị trí để liên kết với tRNA (1 vị trí E để phóng thích tARN) tRNA đầu tiên mang amino acid thứ nhất đến sẽ gắn vào vị trí P và khi ribosome di chuyển trên

tARN mới mang theo amino acid thứ 2 sẽ đến vi trí P.

Dịch mã: giai đoạn kéo dài

Dịch mã: giai đoạn kéo dài

• Ribosome loại bỏ amino acid thứ nhất trên tARN đầu tiên và gắn nó vào amino acid thứ hai

• Lúc này, tRNA đầu tiên không có amino acid nào

được đính kèm trong khi tRNA thứ hai có một chuỗi gồm 2 amino acid gắn liền với nó

• Chu kỳ kéo dài lặp đi lặp lại khi ribosome di chuyển trên mARN

• Quá trình này lặp đi lặp lại cho đến khi gặp một

codon STOP

Dịch mã: giai đoạn kết thúc

Completed polypeptide

Incoming ribosomal subunits

Start of mRNA (5  end)

End of mRNA (3  end)

An mRNA molecule is generally translated simultaneously

by several ribosomes in clusters called polyribosomes.

Sụ phiên mã và dịch mã trên tế bào Eukaryous

RNA

transcript

RNA PROCESSING

In eukaryotes, the

RNA transcript

(pre-mRNA) is spliced and

modified to produce

mRNA, which moves

from the nucleus to the

cytoplasm.

Exon

RNA transcript (pre-mRNA) Intron

NUCLEUS

FORMATION OF INITIATION COMPLEX

After leaving the nucleus, mRNA attaches

Aminoacyl-tRNA synthetase

Amino acid tRNA

AMINO ACID ACTIVATION

Each amino acid attaches to its proper tRNA with the help of a specific enzyme and ATP.

Activated amino acid

TRANSLATION

A succession of tRNAs add their amino acids to the polypeptide chain

as the mRNA is moved through the ribosome one codon at a time.

(When completed, the polypeptide is released from the ribosome.)

thành các protein trưởng thàh.

• Thông thường dịch mã chưa đủ để tạo ra protein

chức năng, chuỗi polypeptide phải được sửa đổi sau khi dịch mã

• Đôi khi các phân tử khác cũng được gắn vào

polypeptide: carbohydrate, lipid, phosphate…Tất cả cho mục đích đặc biệt là hoàn thiện chức năng của protein