Bài tập lớn môn học sinh học phân tử và di truyền Đề tài cơ chế kết thúc dịch mã ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực

MỞ ĐẦU Quá trình dich mé mRNA thanh protein trén nbosome bi chấm dứt khi một codon kết thúc trên mRNA được nhân diện bởi yếu tổ giải phóng RF.. Việc liên kết RF với một ribosome được lập

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HCM TRUONG DAI HOC BACH KHOA KHOA KY THUAT HOA HOC

BK TP.HCM

BÀI TẬP LỚN MON HOC SINH HOC PHAN TU VA DI TRUYEN

ĐÈ TÀI

CO CHE KET THUC DICH MA O SINH VAT NHAN SO

VA SINH VAT NHAN THUC GVHD: TS HOANG MY DUNG

SINH VIEN THUC HIEN

¬ 2110659 | Hồ Trọng Tường

2114102 | Hồ Thị Hoàng Mỹ

+>

2114311 | Lê Quỳnh Nhi

Thành phó Hô Chí Minh - 2024

TP HO CHi MINH - NAM HỌC 2023 - 2024 BAO CAO KET QUA LAM VIEC NHOM

%sHoàn thành công

viec

MỤC LỤC l0 10001010 3

1 _ Kết thúc dịch mã ở sinh vật nhân chuẩn 2222 S2 S212 S222121212121212112121212121 5212521121016 4

2 Kết thúc dịch mã ở sinh vật nhân sơ cece cece cece 5212221212121212121111112221 8111 7 2.1 Nhận diện codon kết thúC ST TT TT TH HH HH HH H111 1121k rệc 7

VN 7/17 .ä/ 11.01700120 nnìầầàaa 9

KẾT LUẬN - - S11 121212222 HỰ T112 2111111121111 1111111111111111 01115111 HH 10 TÀI LIỆU THAM KHÁO - 01T 11 115 1212111111111111121221515111111111111111111 11H HH Hay 11

MỞ ĐẦU

Quá trình dich mé mRNA thanh protein trén nbosome bi chấm dứt khi một codon kết thúc trên mRNA được nhân diện bởi yếu tổ giải phóng (RF) Ở vi khuân eubacteria co hai RF (RF! va RF2), trong khi ở sinh vật nhân chuẩn chỉ có một RF duy

nhất (eRF1) RE1 nhận biết các codon đừng UAA/UAG và RF2 nhận ra UAA/UGA,

trong khi eRF1 nhận ra cả ba codon dừng Việc liên kết RF với một ribosome được lập trình bằng codon dừng sẽ kích hoạt quá trình thủy phân liên kết este nối chuỗi peptide với tRNA ở vị trí P của ribosome Từ đó giải phóng chuỗi polypeptide, các thành phần

dịch mã (tRNA, mRNA, ribosome) và kết thúc quá trình dịch mã Quá trình kết thúc

dịch mã khá tương đồng giữa sinh vật nhân sơ và nhân thực, chủ yếu phân biệt nhờ các

yếu tố giải phóng Trong tiêu luận nảy, nhóm 3 tập trung trình bày về cơ chế kết thúc

của quá trình dịch mã ở sinh vật nhân sơ và nhân thực; từ đó so sánh điểm giống và khac nhau gitra chúng

1 Kết thúc dịch mã ở sinh vật nhân chuẩn

Termination

eRF1-eRF3 a oe

Stop codon NIKS GGQ

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát quá trình kết thúc địch mã ở sinh vật nhân chuẩn

Sự chấm dứt quá trinh dịch mã xảy ra khi một trone ba bộ mã kết thúc tiếp cận vị tri A cua ribosome Cac b6 ba UAG, UGA va UAA khong ma héa cho bất cứ một amino acid nao; ma thay vao do, chúng là các tín hiệu kết thúc dịch mã Các protein kết thúc (yếu tố giải phóng) là eRF1 giúp nhận biết codon kết thúc và eRF3 sẽ giải phóng chuỗi polypeptide

GGQ se Domain C k

©_ -

c^ >" -

MA

Domain XH⁄ »

`"

Domain N

v 4 O

Hình 1.2 Cấu trúc của eRF1 (A) và eRF3 (B)

eRFI có 3 phân chính:

e©_ Miền đầu cuối amino (N): nhận biết codon kết thúc ở vị trí A Chứa trình

tự tetrapeptide được bảo tổn tiến hoa , Asn-Ile-Lys-Ser (NIKS) Trinh tự này có thể có chức năng tương đương với anticodon RE peptide của vi

khuẩn

1.1

A

GO\

® Miền trung gian (M): chứa mô-đun GGQ ở đỉnh được bảo tồn tién hóa, giải phóng chuỗi polypeptide từ polypeptide-tRNA ở vị trí P của ribosome

¢ Miền đầu cuối carboxy (C): liên kết với eRF3 và ABCEI, đồng thời chứa miền nhỏ ảnh hưởng, đến tính đặc hiệu của codon dừng

eRF3 bao gồm 4 phần:

® Miền đầu cuối amino (N): miền đầu cuối amino không được bảo tôn, không cần thiết cho chức năng chấm đứt của eRF3, nhưng liên kết với protein liên kết poly(A) (PABP) gián đoạn tương tác eRF3::PABP sẽ ngăn

cản quá trình tái chế ribosome trên cùng mét mRNA

¢ Miền (G): như một GTPase, lién két va thiy phan guanosine triphosphate

(GTP)

® Hai miền (2 và 3): chứa các yếu tổ dịch mã EF-Tu, eEF1A khi được gắn vào ribosome sẽ bắt đầu quá trình thủy phan GTP

e Miền đầu cuối carboxy (C): chứa yếu tổ giải phong ribosome Hbs1 Nhận diện codon kết thúc và giải phóng chuỗi polppeptide

eRF3-GTP

eRF1

Binding of GTP hydrolysis Accommodation Peptide eRF1/eRF3eGTP and by eRF3 of eRF1 in the PTC release

nre-TC stan eevlen raeevvnitien nost-TC

1.2

Hình 1.3 Giai đoạn nhận diện codon kết thúc và giải phóng chuỗi polypeptide eRFI liên kết với phức hợp eRF3-GTP tạo phức hợp eRF1/eRF3-GTP Miền N của eRF1 tiến vào vị trí A, nhận biết và liên kết với codon kết thúc eEFIA/EE-

Tu được gắn với ribosome, kích thích miền G của eRF3 tiến hành thủy phân GTP GTP xúc tác mô-đun GGQ ở đầu miền M của eRF1 bô sung một phân tử nước vào chuỗi polypeptide đang kéo dài (thay cho amino acid như bình thường

ở các bộ ba mã hóa) Phản ứng này làm đứt gãy (thủy phân) liên kết giữa mạch polypeptide đã được tông hợp xong với tRNA đang ở vị trí P, giải phóng chuỗi

polypeptide ra khoi ribosome

Phan tach va tai ché ribosome

+ oY F— ®

—+re cat

EPA Binding ATP hydrolysis Dissociation 40S

post-TC of ABCE1 by ABCE1 of post-TCs

Hinh 1.4, Giai doan phan tach va tai ché ribosome eRF1 van 6 vi tri A cua ribosome Protein ABCE1 cé thé lién két véi ribosome

va voi eRF 1, protein này ở trạng thái “đóng” khi liên kết với ATP, “mở” khi thủy phân

ATP và giải phóng ADP Những thay đôi về hình dạng ở protein nảy được cho là làm

mất ôn định các cầu nối giữa các tiêu đơn vị, dẫn đến sự phân tách ribosome Sự phân tach ribosome thanh 2 tiêu đơn vị kèm theo sự giải phóng của ABCEI va eRF1 1.3 Gidi phong mRNA va tRNA khoi ribosome

elF1A © + huy cap Co >

[ana Ligatin (elF2D) or DENR + MCT1 E&ÁP^^

LG

Hình 1.5 Giai đoạn giải phóng mRNA, tRNA

Các thành phần của bộ máy dịch mã tRNA và mRNA sẽ được tách khỏi nhau và tách khỏi tiêu đơn vị 40S qua một quá trinh gồm nhiều bước dưới sự hỗ trợ của một số yếu tố protein khác nữa Mỗi lần phân tách các thành phần của bộ máy dịch mã ở bước

nảy cần tiêu thụ thêm năng lượng từ hai phân tứ GTP Các yếu tô giải phóng gồm

elF1, elF1A, eIF3 và tiểu đơn vị eIF3j liên kết yêu của nó eIF3 liên kết với tiểu đơn vị 40S, kéo dải từ lối vào mRNA đến lỗi ra, cùng với elIF1 liên kết với tRNA ở vị trí P;

làm mất ôn định liên kết của chúng và giải phóng tRNA elF1A giúp tăng cường sự phân tách eIF3j liên kết sau và giải phóng mRNA Quá trình giải phóng cũng có thể được xúc tác bởi ligatin (elF2D) hoặc bằng nhiều bản sao trong u lympho tế bảo T-1 (MCTI) và protein điều chỉnh mật độ (DENR) Các chất nảy có cấu trúc tương tự trên

bề mặt của tiêu đơn vị 40S, tương tác với vùng chứa tRNA tại vị trí P và đây nó ra

2 Kết thúc dịch mã ở sinh vật nhân sơ

Ở sinh vật nhân sơ, có 2 loại yếu tố giải phóng: RF1 nhận biết UAG, trong khi

RF2 đặc hiệu cho UGA Cả hai yếu tố đều nhận ra UAA Sau khi nhận biết codon dừng, RF1 và RF2 thúc đây quá trình thủy phân liên kết este trong peptidyl tRNA ở vị

trí P, dẫn đến giải phóng protein hoản chỉnh và chấm dứt quá trình tông hợp protein

Sau do, su phan ly cua RF1 va RF2 từ ribosome được kích thích bởi REF3 Cuối củng, yếu tố tái chế ribosome (RRE) cùng với yếu tô kéo dai G (EF-G) tai ché ribosome cho vòng dịch mã tiếp theo trong một quá trình liên quan đến việc tách hai tiêu đơn vị ribosome

RF3-GDP

RF1⁄2

preTerm

GDP ah

RF3

POstTerm den,

30S counter- =

ne

rotation

RRF

: Độ 2 2 es

i

30S counter-clockwise

subunit rotalion

dissociation *

tRNA

Hình 2.1 Sơ đồ tông quát quá trình kết thúc dịch mã ở sinh vật nhân sơ

2.1 Nhận diện codon kết thúc

Sự nhận biết codon dừng của RF được thực hiện thông qua mô típ tripeptide được bảo tồn : Pro-Ala-Thr (PAT) trong RF1 và Ser-Pro-Phe (SPF) trong RF2 Những tripeptide nay được gọi 1a anticodon peptide

Uracil ở vị trí đầu tiên của cả ba codon dừng được nhận biết bởi đầu amino của chuỗi xoắn œ5 của RF1 (UAG/UAA) và RF2 (UGA/UAA) Trong RFI, các tương tác của phần dư Thr trong mô típ PAT hạn chế việc đọc ở vị trí A ở vị trí thứ hai của cođon Ngược lại, trong RF2, đư lượng Ser trone mô-đun SPF có thể liên kết với cả A

va G Kha nang RF1 doc ca A va G 6 vi tri codon thứ ba được siải thích bang Sự quay của chuỗi bên amit của dư lượng Gin được bảo toàn trong RF1, nhưng không được

bảo toản trong RF2 RF2 có dư lượng Val ky nước ở vị tri tương đồng và bị giới hạn ở

A ở vị trí codon thứ ba

2.2 Giải phóng chuỗi polppeptide

Miền chức năng quan trọng khác của RE I vả II chứa mô-đun axit amin được

bảo tồn cao Gly-Gly-Gin (GGQ) và chính miền này sẽ kích hoạt quá trình thủy phân liên kết protein-tRNA Khi RF2 liên kết với ribosome bằng codon đừng ở vị trí A, RF2

sẽ thay đôi cấu hình ba chiều của nó sao cho miền có “anticodon peptide” được bảo

tồn (SPF) tương tác với mRNA ở trung tâm giải mã và miền chứa GGQ tiếp xúc với

trung tâm tông hợp chuỗi polypeptide PTC (peptidyl transferase ribosome) 6 tiéu don

vị lớn đề kích hoạt quá trình thủy phân liên kết peptidyl-tRNA

Bound RF2

Decoding center

Peptidyl transferase center

GGQ

Hình 2.2 Cấu hình ba chiều của yếu tố giải phóng thay đổi khi nó liên kết với ribosome (A) Phức hợp ribosome RF2: biểu thị các điểm tiếp xúc giữa RF2 và trung tâm giải mã cũng như PTC của ribosome (B) Cấu trúc ba chiều của dạng RF2 của vi

8

khuẩn không liên kết và liên kết (C), chỉ ra vị trí của chuỗi “peptide anticodon” Ser- Pro-Phe (SPF) và mô típ axit amin Gly-Gly-Gin (GGQ) được bảo tổn

2.3 Giải phóng yếu tô RFI, RF2

RF3 là protein gắn với GTP giúp tăng tốc độ phân ly của RF1 hoặc RF2 khỏi vị

trí A của ribosome sau khi giải phóng chuỗi polypeptide hoàn chỉnh khỏi ribosome

Đầu tiên, RF3 liên kết với GDP tiếp cận ribosome, phức hợp liên kết với RF1 hoặc RF2, hoạt động như các yếu tố trao đôi nucleotide guanine (GEE) và kích hoạt sự phân

ly GDP khỏi RF3 Điều này dẫn đến sự hình thành phức hợp RF3 ribosome-RFI1 (hoặc

RF2-) ôn định Quá trình thủy phân liên kết peptidyl-tRNA được kích hoạt bởi RF1 hoặc RF2 cho phép GTP liên kết với RF3 Điều này gây ra sự thay đổi câu hình RF3

có ái lực cao với ribosome và dẫn đến sự phân ly nhanh chóng của RF1 hoặc RF2 khỏi phức hợp kết thúc Để rời khỏi ribosome, RF3 yêu cầu quá trình thủy phân GTP, chuyền đổi nó thành dạng RF3 gan với GDP, có ái lực thấp hơn với ribosome Khi RF3 rời khỏi ribosome, nó sẵn sàng bước vào chu kỳ dịch mã tiếp theo

2.4, Tai ché ribosome va phan tach cac yéu to dich ma

Qua trinh phan tach cac tiểu đơn vị được xúc tác bởi yếu tố tái chế ribosome (RRE) và EE-G RRF liên kết với vị trí A của ribosome và ổn định trạng thái xoay

hoan toan cua ribosome, Phirc hop EF-G-GTP liên kết với RRF, khiến RRE liên kết với tRNA ở vị trí P ở trạng thái liên kết Quá trình thủy phân GTP bằng EF-G thúc đây

lực đây RRE chống lại cầu nối liên tiểu đơn vị quan trọng, từ đó thúc đấy quá trình phân tách 2 tiểu đơn vị của ribosome Sự phân ly của tRNA được thúc đấy bởi IF3,

quá trình thủy phân GTP bằng EF-G thúc đây giải phóng mRNA

KÉT LUẬN

Quá trình kết thúc dịch mã gitra sinh vat nhan sơ và sinh vật nhân thực có nhiều

điểm tương đồng nhưng cũng nhiều điểm khác biệt Nhìn chung, sự kết thúc dịch mã

bao gồm ba sự kiện chính: (1) Nhận biết codon đừng, (2) thủy phân liên kết peptidyl- tRNA cuối cùng và giải phóng chuỗi polypeptide, và (3) tái chế ribosome và tháo gỡ phức hợp kết thúc Ở mỗi bước với từng cơ chế khác nhau, yếu tố giải phóng khác nhau tạo nên sự khác biệt giữa sinh vật nhân sơ và nhân thực Kết quả đều làm chuỗi

polypeptide được giải phóng, cái yêu tổ phiên mã như mRNA, tRNA, ribosome được

tái chế và sử dung cho các chu ky dich ma tiếp theo

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nadja Koloteva-Levin, Mick F Tuite, 2004 Translation Termination and Ribosome Recycling In Encyclopedia of Biological Chemistry

[2] Christopher U.T Hellen (2018) Translation Termination and Ribosome Recycling in Eukaryotes Truy cập từ: 10.1101/cshperspect.a032656

[3] Marina V Rodnina (2018) Translation im Prokaryotes Truy cập từ: 10.1101/cshperspect.a032664

[4] Mans Ehrenberg, Vasili Hauryliuk (2007) Translation termination, prion [PSI+], and ribosome recycling