Bài giảng lý thuyết sinh học phân tử Proteine translation

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 3 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)  Mã di truyền: • Tổ hợp 3 nucleotit qui định cho một aa -> mã bộ ba (codon) • 4 loại Nucleotit -> 64 bộ ba: 61 mã ứng với 20 axit amin, 3 mã kết thúc (UAA, UGA, UAG). • Đặc điểm của mã di truyền: – Là mã bộ ba – Có tính đặc hiệu – Có tính phổ biến – Có tính thoái hoá 6 1 a.amin được mã hóa bởi 1 codon ( 3 a.nucleic liên tiếp) 4 loại nucleotide  43 = 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.7 DNA mang các thông tin di truyền Sợi DNA khuôn Phiên mã mRNA Dịch mã protein 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 hợp proteine Khi quá trình phiên mã kết thúc, mRNA được giải phóng khỏi ribosome và bị phá hủy 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 . Chloroplast Mitochondrion 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’ KHỞI ĐỘNG 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 ribosome sẽ kết hợp vào  tRNA mang metionine nằm vào vị trí P . Quá trình dịch mã bắt đầu Các proteine tham gia vào giai đoạn này được gọi là yếu tố khởi động IF Giai đoạn khởi đầu 19 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 (ShineDalgarno ở SV Prokaryota) -> dò tìm mã khởi đầu (AUG) Met – tRNAiMet , có Anticodon của MetARNtimet 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 KÉO DÀI tRNA mang a.a tiếp nối có anticodon bắt cặp với codon tiếp theo trên mRNA sẽ đến vị trí tiếp nhận A. Tiểu đơn vị lớn xúc tác cho 2 phản ứng : 1 Cắt cầu nối giữa tRNA và a.a ở vị trí P 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 vào codon stop  thủy phân cầu nối giữa chuỗi polypeptide và tRNA ở vị trí P Mạch polypeptide có đầu NH2 và đuôi COOH hoàn chỉnh thoát ra ngoài Các tiểu đơn vị ribosome tách rời ra Các enzyme phá hủy mRNA Translation start codon A U G G G C U C C A U C G G C G C A U A A mRNA codon 1 protein methionine codon 2 codon 3 glycine serine codon 4 isoleucine codon 5 codon 6 codon 7 glycine alanine stop codon Primary structure of a protein aa1 aa2 aa3 peptide bonds aa4 aa5 aa6 So sánh quá trình dịch mã ở Prokaryote và Eukaryote Prokaryota Eukaryota Chỉ một loại RNA polymerase tổng hợp tất cả các loại RNA 3 loại RNA polymerase RNA-polymerase 2mRNA 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 Không có vị trí gắn Rbs ở trước mã Rbs 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. Polypeptide gấp khúc sau khi ra khỏi ribosome Yếu tố quy định gấp khúc ? Chính trình tự amino acid quy định sự gấp khúc của chuỗi polypeptite Sự biếnđổi sau dịch mã Làm cách nào để protein chỉ được tổng hợp khi cần đến ? ĐIỀU HÒA PHIÊN MÃ 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: Promoter – 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 Operons của E. coli 75 operons kiểm soát 250 genes cấu trúc được xác định Lac operon of E. coli lactose Genes cấu trúc + đoạn DNA kiểm soát quá trình phiên mã 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 (plac) – vị trí gắn của RNA polymeras Operator (o) – vị trí gắn chât ức chế repressor Khi không có lactose RNA polymerase không thể gắn vào promoter Chất ức chế gắn vào operator Không có sự phiên mã Có lactose lactose Bất hoạt chất ức chế gắn vào promoter Họat động của gen mã hóa enzyme trong quá trình chuyển hóa lactose i Promoter Operator Structural genes Inducibility gene Terminator [Promoter for i gene is NOT shown] i Transcription mRNA Translation Repressor-protein The repressor molecule is made all the time Không có Lactose i Proteine ức chế (Repressor) luôn được tổng hợp và gắn vào operator (O) Repressor-protein i RNA polymerase Repressor-protein RNA polymerase không thể gắn vào promoter (P) Khi có lactose  Lactose gắn vào repressor vị trí 0peron được giải phóng i Lactose Present i mRNA Repressor changes shape on binding to lactose RNA polymerase gắn vào promoter và quá trình phiên mã được thực hiện Lactose Present i Kết quả là các enzyme cần thiết cho chuyển T hóa lactose được tổng hợp 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 Proteine điều hòa hoạt động gắn vào operator ngăn cản sự liên kết của RNA polymerase  các gen cấu trúc không được phiên mã b. Khi có lactose 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 a. Nồng độ tryptophan thấp Gen điều hòa của hệ thống tryptophan tổng hợp thường xuyên aporepressor protein, là chất kìm hãm mà riêng nó không có hoạt tính gắn vào Operator được  các gen cấu trúc được phiên mã & dịch mã b.Nồng độ tryptophan cao : tryptophan dư thừa trở thành chất corepressor (đồng kìm hãm) & kết hợp với aporepressor phức hợp kìm hãm có hoạt tính.gắn vào operator  làm dừng phiên mã các gen cấu trúc [...]... tế bào eukaryotic còn có ribosome trong ty lạp thể và lục lạp thể Chloroplast Mitochondrion 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... 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 Chloroplast Mitochondrion Ribosome cấu thành từ 2 đơn vị : Đơn vị nhỏ: 1 phân tử rRNA 30 phân. .. 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 vào codon stop  thủy phân cầu nối giữa chuỗi polypeptide và tRNA ở vị trí P Mạch polypeptide có đầu NH2... methionine tRNA đặc hiệu cho methionine nhờ anticodon bắt cặp với mRNA tại vị trí khởi đầu Tiểu đơn vị lớn của ribosome sẽ kết hợp vào  tRNA mang metionine nằm vào vị trí P Quá trình dịch mã bắt đầu Các proteine tham gia vào giai đoạn này được gọi là yếu tố khởi động IF Giai đoạn khởi đầu 19 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... codon stop  thủy phân cầu nối giữa chuỗi polypeptide và tRNA ở vị trí P Mạch polypeptide có đầu NH2 và đuôi COOH hoàn chỉnh thoát ra ngoài Các tiểu đơn vị ribosome tách rời ra Các enzyme phá hủy mRNA Translation start codon A U G G G C U C C A U C G G C G C A U A A mRNA codon 1 protein methionine codon 2 codon 3 glycine serine codon 4 isoleucine codon 5 codon 6 codon 7 glycine alanine stop codon Primary... nào để protein chỉ được tổng hợp khi cần đến ? ĐIỀU HÒA PHIÊN MÃ 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: Promoter – 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 ... Operon lactose : enzyme phân hủy lactose a Không có lactose Proteine điều hòa hoạt động gắn vào operator ngăn cản liên kết RNA polymerase  gen cấu trúc không phiên mã b Khi có lactose Proteine. .. Promoter (plac) – vị trí gắn RNA polymeras Operator (o) – vị trí gắn chât ức chế repressor Khi lactose RNA polymerase gắn vào promoter Chất ức chế gắn vào operator Không có phiên mã Có lactose lactose... Không có Lactose i Proteine ức chế (Repressor) tổng hợp gắn vào operator (O) Repressor-protein i RNA polymerase Repressor-protein RNA polymerase gắn vào promoter (P) Khi có lactose  Lactose gắn