Di truyền phân tử ( phần 11 ) Protein_- Giải mã protein I. Protein: - Là thành phần cấu trúc bắt buộc của tế bào, được cấu tạo từ các nguyên tố: C,H,O,N,P, S … - Là đại phân tử cấu tạo theo nguyên tắc đa phân gồm nhiều đơn phân là các Acid amin. Có 20 loại acid amin khác nhau. Từ 20 loại này có thể cấu tạo nên vô số các protein khác nhau về thành phần, số lượng, và trình tự các acid amin, đảm bảo tính đa dạng và đặc thù của từng loại protein. - Cấu tạo mỗi đơn phân gồm có3 thành phần chính: Nhóm COOH, nhóm NH2 và gốc R liên kết với cacbon trung tâm (Cả COOH và NH2 , cả 1ngtử H đều lk với C - C này gọi là C alpha). Sự khác nhau về thành phần cấu trúc của nhóm R chia 20 loại aicd amin làm 4 nhóm: Acid, Bazo, Phân cực, Không phân cực. Cấu trúc 4 bậc của phân tử Protein: Bậc 1: Các đơn phân acid amin của protein liên kết với nhau bằng liên kết peptit loại một nước, tạo thành chuỗi polipeptit mạch thẳng. Bậc 2: Cấu trúc bậc 2 là cấu trúc vòng xoắn lò xo đều đặn hoặc gấp nếp beta, các nếp gấp và vòng xoắn được cố định bởi các liên kết hidro giữa các acid amin gần nhau. Bậc 3: Chuỗi xoắn cuộn xếp tạo thành cấu trúc đặc thù trong không gian 3 chiều, tạo nên tính đặc trưng cho từng loại protein bằng các liên kết đisunfua, liên kết ion, vander_van… tăng tính bền vững của phân tử protein Bậc 4: 2 hay nhiều chuỗi cuộn xếp bậc 3 liên kết với nhau tạo thành phần phân tử protein hoàn chỉnh, có cấu hình không gian đặc trưng cho từng loại protein, giúp nó thực hiện được chức năng hoàn chỉnh. II. Vai trò của ARN trong dịch mã: Các loại ARN tham gia vào quá trình dịch mã đó là: mARN, rARN, và tARN. - mARN: là bản phiên mã từ mã gốc của gen chứa đựng thông tin giải mã trình tự, số lượng, thành phần của các acid amin trong phân tử protein. - tARN: là ARN vận chuyển có 2 đầu, 1 đầu mang bộ 3 đối mã và đầu còn lại mang các acid amin tương ứng làm chức năng vận chuyển các acid amin đến mARN để tổng hợp protein. - rARN: tham gia vào thành phần của Riboxom, nơi tổng hợp nên chuỗi polipeptit. III. Dịch mã: Dịch mã hay còn gọi là giải mã được thực hiện ở ngoài tế bào chất, giúp tế bào tổng hợp nên các loại protein khác nhau tham gia vào chức năng và cấu trúc tế bào. Lí thuyết cơ bản cần nắm: Gồm 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: Tổng hợp ARN để chuyển thông tin di truyền từ gen sang sản phẩm prôtêin (xem phần tổng hợp ARN) Giai đoạn 2: Tổng hợp prôtêin ở tế bào chất gồm 4 bước cơ bản: (Một số sách chia là 2 giai đoạn: khởi đầu, kéo dài và kết thúc) + Bước 1: Hoạt hoá axit amin. Các axit amin tự do có trong bào chất được hoạt hoá nhờ gắn với hợp chất giàu năng lượng ađenôzintriphôtphat (ATP) dưới tác dụng của một số loại enzim. Sau đó, nhờ một loại enzim đặc hiệu khác, axit amin đã được hoạt hoá lại liên kết với tARN tương ứng để tạo nên phức hợp axit amin – tARN (aa – tARN). + Bước 2: Mở đầu chuỗi pôlipeptit có sự tham gia của ribôxôm , bộ ba mở đầu AUG(GUG ở sinh vật nhân sơ), tARN axit amin mở đầu tiến vào ribôxôm đối mã của nó khớp với mã mở đầu trên mARN theo NTBS. Kết thúc giai đoạn mở đầu + Bước 3: Kéo dài chuỗi pôlipeptit, tARN vận chuyển axit amin thứ nhất tiến vào ribôxôm đối mã của nó khớp với mã mở đầu của mARN theo nguyên tắc bổ sung. aa1 – tARN tới vị trí bên cạnh, đối mã của nó khớp với mã của axit amin thứ nhất trên mARN theo nguyên tắc bổ sung. Enzim xúc tác tạo thành liên kết peptit giữa axit amin mở đầu và axit amin thứ nhất. Ribôxôm dịch chuyển đi một bộ ba trên mARN (sự chuyển vị) làm cho tARN mở đầu rời khỏi ribôxôm. Tiếp đó, aa2 – tARN tiến vào ribôxôm, đối mã của nó khớp với mã của axit amin thứ hai trên mARN theo nguyên tắc bổ sung. Liên kết peptit giữa aa1 và aa2 được tạo thành. Sự chuyển vị lại xảy ra, và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi ribôxôm tiếp xúc với bộ ba tiếp giáp với bộ ba kết thúc phân tử chuỗi polipeptit lúc này có cấu trúc aaMĐ – aa1 – aa2 aan vẫn còn gắn với tARN axit amin thứ n. + Bước 4: Kết thúc chuỗi pôlipeptit, Ribôxôm chuyển dịch sang bộ ba kết thúc lúc này ngừng quá trình dịch mã 2 tiểu phần của ribôxôm tách nhau ra tARN, axit amin cuối cùng được tách khỏi chuỗi polipeptit. Một enzim khác loại bỏ axit amin mở đầu giải phóng chuỗi pôlipeptit. Cần lưu ý trên mỗi mARN cùng lúc có thể có nhiều ribôxôm trượt qua với khoảng cách là 51Å ® 102Å. Nghĩa là trên mỗi mARN có thể tổng hợp nhiều prôtêin cùng loại. Sự tổng hợp prôtêin góp phần đảm bảo cho prôtêin thực hiện chức năng biểu hiện tính trạng và cung cấp nguyên liệu cấu tạo nên các bào quan va` đảm nhận nhiều chức năng khác nhau. Những điểm cần lưu ý: - Dịch mã bắt đầu khi tARN đặc biệt cho khởi sự gắn với đơn vị nhỏ của roboxom, phức hợp sẽ bám vào các trình tự nhận biết đặc biệt của roboxom ở đầu 5’ của mARN phía trước đoạn mã hoá cho protein. Nhờ đó anticodon (bộ 3 đối mã) của tARN-methionine khở sự bắt cặp với codon(bộ 3 mã hoá) xuất phát AUG trên mARN, ở điểm P (P-site). Sau đó các đơn vị lớn và nhỏ gắn vào nhau tạo thành roboxom nguyên vẹn. - Ở bước kết thúc, mã kết thúc không có anticodon. Thay vào đó các nhân tố phóng thích RF làm kết thúc quá trình. Mạch polipeptit có NH2- và –COOH hoàn chỉnh sẽ thoát ra ngoài nhờ nhân tố phóng thích đó. Hình ảnh quá trình dịch mã: Quá trình dịch mã. Ở sinh vật nhân thực, sau khi mARN được tổng hợp, hoàn thiện, nó sẽ rời khỏi nhân, ra ngoài tế bào chất, làm khuôn mẫu cho quá trình dịch mã. Ở sinh vật nhân sơ, vì không có màng nhân, nên quá trình phiên mã và dịch mã xảy ra gần như đồng thời. Trong quá trình dịch mã, mARN liên kết với riboxom. Quá trình dịch mã được thực hiện theo 3 bước: Hoạt hoá a.a Dưới tác dụng của enzim, và sử dụng năng lượng, 1 phân tử a.a sẽ liên kết với 1 phân tử tARN tại vị trí xác định, tạo thành phức hệ aa – tARN. Ta coi rằng mỗi loại tARN chỉ liên kết với 1 loại a.a; nhưng mỗi loại a.a có thể liên kết với nhiều hơn 1 loại tARN (tính chất tương tự với mã bộ ba) Dịch mã và hình thành chuỗi polipeptit Tiểu phần bé của riboxom liên kết với mARN, sau đó phân tử tARN mang a.a mở đầu (Met ở nhân thực, f-Met ở nhân sơ) đến. Bộ ba đối mã trên phân tử tARN sẽ liên kết theo nguyên tắc bổ sung với bộ ba mã hoá trên phân tử mARN. Sau đó, tiểu phần lớn của riboxom sẽ liên kết, tạo thành phức hệ mARN-riboxom, bắt đầu quá trình dịch mã. Quá trình này còn có sự tham gia của các yếu tố khác (If-I, If-II…) tARN mang a.a thứ nhất tới vị trí A (tARN mang Met ở vị trí P có sẵn), trong đó bộ ba đối mã của nó liên kết bổ sung với bộ ba mã hoá tiếp theo (sau vị trí mở đầu) trên mARN. Enzim xúc tác hình thành liên kết peptit giữa a.a mở đầu và a.a thứ nhất. Tiếp đó, riboxom dịch chuyển 1 nấc trên mARN, khiến các tARN dịch chuyển 1 vị trí: + tARN mang a.a mở đầu -> vị trí E. Liên kết giữa tARN và a.a của nó bị phá vỡ, tARN rời khỏi riboxom. + tARN mang a.a thứ nhất -> vị trí P. + 1 tARN khác, mang a.a thứ 2 vào liên kết với bộ ba mã hoá kế tiếp trên mARN. Cứ như thế, liên kết peptit được hình thành giữa các a.a theo thứ tự nhất định. Quá trình tiếp tục cho tới khi gặp bộ ba kết thúc thì dừng lại. Các tiểu phần riboxom tách nhau và rời khỏi mARN, giải phóng chuỗi polipeptit mới được tổng hợp. Axit amin mở đầu rời khỏi chuỗi. Chuỗi polipeptit tiếp tục được hoàn thiện và tạo thành phân tử protein hoàn chỉnh. Poliriboxom: Trên mỗi phân tử mARN thường có 1 số riboxom cùng hoạt động, tại các vị trí khác nhau, lần lượt tổng hợp nên các chuỗi polipeptit giống nhau. Nhờ đó, trong 1 khoảng thời gian ngắn, 1 lượng lớn protein có thể được hình thành, đáp ứng nhu cầu của tế bào. Các riboxom, tARN được tái sử dụng nhiều lần, dùng để tổng hợp nên mọi loại protein trong cơ thể. Còn các mARN sau khi sử dụng thường sẽ bị phân huỷ. Đời sống của 1 mARN cũng là 1 cơ chế điều hoà hoạt động gen. IV. Mã di truyền 1. Giới thiệu Trình tự các Nu trên gen, tương ứng với trình tự các ribôNu trên mARN quy định trình tự các a.a trong chuỗi polipeptit theo 1 quy tắc nhất định, được gọi là mã di truyền. Bằng lý thuyết và thực nghiệm, người ta đã chứng minh được rằng cứ 3 Nucleotit trên gen, tương ứng là 3 riboNucleotit trên mARN quy định 1 a.a; ta gọi mã di truyền là mã bộ ba. 2.Đặc điểm của mã di truyền: Mã di truyền là mã bộ ba, nghĩa là cứ 3 Nu kế tiếp mã hoá cho 1 a.a. Mã di truyền được đọc từ 1 điểm xác định và liên tục (không chồng gối lên nhau) Mã di truyền có tính đặc hiệu, tức là 1 bộ ba chỉ mã hoá cho 1 a.a Mã di truyền có tính thoái hoá (dư thửa) nghĩa là có nhiều bộ ba khác nhau có thể cùng mã hoá cho 1 a.a. Mã di truyền có tính phổ biến, trừ 1 vài ngoại lệ, hầu hết các loài đều dùng chung 1 bộ mã di truyền. Trong 64 bộ ba, có 3 bộ ba không mã hoá a.a: UAA, UAG, UGA - bộ ba kết thúc. Bộ ba mở đầu là AUG, quy định axit amin metionin (Met) ở sinh vật nhân thực hoặc foomin metionin (f-Met) ở sinh vật nhân sơ. . Di truyền phân tử ( phần 11 ) Protein_ - Giải mã protein I. Protein: - Là thành phần cấu trúc bắt buộc của tế bào, được cấu tạo từ các nguyên tố: C,H,O,N,P, S … - Là đại phân tử cấu. điểm của mã di truyền: Mã di truyền là mã bộ ba, nghĩa là cứ 3 Nu kế tiếp mã hoá cho 1 a.a. Mã di truyền được đọc từ 1 điểm xác định và liên tục (không chồng gối lên nhau) Mã di truyền có tính. loại protein bằng các liên kết đisunfua, liên kết ion, vander_van… tăng tính bền vững của phân tử protein Bậc 4: 2 hay nhiều chuỗi cuộn xếp bậc 3 liên kết với nhau tạo thành phần phân tử protein