sinh tổng hợp protein

I SINH TỔNG HỢP PROTEIN: - Sinh tổng hợp protein là trung tâm của mọi q trình trao đổi chất, nó quyết định tồn bộ q trình sinh trưởng, phát triển của cơ thể. Ccá q trình trao đổi khác như q trình trao đổi axit nuclêic (AND, ARN) , trao đổi gluxit, lipit, trao đổi khống… đều phục vụ cho q trình trao đổi protein. - Về tổng thể, q trình tổng hợp protêin là q trình dịch mã di truyền trên khn mẫu ARN m , gồm 3 giai đoạn: khởi động, kéo dài, kết thúc với sự tham gia của nhiều yếu tố và các enzym khác nhau. II CÁC YẾU TỐ THAM GIA Q TRÌNH SINH TỔNG HỢP PROTEIN: 1. ARN m và mã di truyền:  ARN thơng tin: Chúng ta biết có sự liên quan tuyến tính giữa DNA và phân tử protêin, từ đó dễ dàng dự đoán rằng trình tự đặc hiệu của các amino acid trên protêin sẽ được mã hoá bằng nhóm các nucleotide trên DNA. ARN m thuộc loại đơn phân tử được hình thành do sự sao chép theo ngun tắc bổ sung các bazơ nitơ với 1 sợi AND, khi có mặt enzym ARN- polymeraza. Chúng có thành phần nuclêotic rất khác nhau, dao động từ vài chúc đến vài trăm, tới vài nghìn mononucleotit. Khối lượng phân tử khoảng 3.10 5 – 4.10 6 , với độ dài khoảng 5.10 4 – 50.10 4 A 0 . ARN m có đời sống rất ngắn, khoảng 2 – 3 phút ở tế bào prokaryot, khoảng 2 – 4 giờ ở tế bào eukaryot. ARN m của tế bào prokaryot khơng được sao chép dưới dạng một chuỗi polynucleotit cùng kích thích với ADN mà dưới dạng nhiều phân tử ARN m với kích thích khác nhau; tại đây mỗi phân tử ARN m mã hố cho nhiều chuỗi polypeptit, gọi là ARN m polycistronic. Ngược lại ở eukaryot, mỗi phân tử protein được mã hố bởi một ARN m đặc hiệu, tương ứng với một gen cấu trúc, gọi là ARN m monocistronic. Vì thế cũng có 2 kiểu sao chép ADN tương ứng và phân tử ARN m rất đa dạng, tương ứng với sữ đa dạng của protein.  Mã di truyền: Mỗi phân tử ARN m mang thong tin di truyền xác định trình tự của chuổi polypeptit được tổng hợp. Thơng tin này được sao chép từ ADN sang ARN m trong q trình phiên mã. AND và ARN được cấu tạo từ 4 loại nuclêotit, trong khi phân tử protein được hình thành từ 20 axit amin khác nhau. Như vậy, thong tin di truyền mã hố trong AND và ARN dưới dạng tổ hợp của 4 loại nucleotit cần được giải mã thành 20 loại aa cấu tạo nên protein. Vì thế, tối thiểu phải sử dụng 3 nucleotit để mã hố cho một aa và số lượng sẽ là 4 3 = 64. Trong bộ mã di truyền một mã tương ứng với 1 bộ 3 nucleotit được gọi là codon. Để xác đònh chính xác codon nào mã hoá cho từng amino acid thì ông M.W.Nireberg và H.Matthaei (Mỹ) đã dùng enzyme theo phương pháp của Ochoa tổng hợp RNA nhân tạo. Vào 1964, H.G.Khorana tìm ra phương pháp tạo mRAN tổng hợp nhân tạo với trình tự lặp lại của các codon (như AAG AAG AAG…)và nhờ đó giải quyết xong các vấn đề còn chưa rõ • Mã di truyền có tính “suy thoái”, tức 1 aminoacid có nhiều codon mã hóa, trừ methionine và tryptophane chỉ có 1 codon.Các codon đồng nghóa tức mã hoá cho cùng 1 aminoacid có 2 base đầu tiên giống nhau nhưng khác nhau ở cái thứ ba. • Trừ 1số ngoại lệ, mã di truyền có tính vạn năng tức toàn bộ sinh vật có chung bộ mã di truyền. - 1 - • Mã di truyền gồm 64 codon :được tóm tắt trên bảng bảng : Mã di truyền vị trí thứ 1 (đầu 5’ ) vị trí thứ 2 vị trí thứ 3 (đầu 3’ ) U U C A G Phe Ser Tyr Cys U Phe Ser Tyr Cys C Leu Ser Stop Stop A Leu Ser Stop Trp G C Leu Pro His Arg U Leu Pro His Arg C Leu Pro Gln Arg A Leu Pro Gln Arg G A Ile Thr Asn Ser U Ile Thr Asn Ser C Ile Thr Lys Arg A Met Thr Lys Arg G G Val Ala Asp Gly U Val Ala Asp Gly C Val Ala Glu Gly A val Ala Glu Gly G  Một số đặc điểm của mã di truyền: Mã di truyền có tính thối hố và các thay đổi xảy ra ở chữ thứ 3 , nghĩa là 1 aa được mã hố bởi nhiều codon khác nhau. Trên ARN m có hang loạt các codon lien tiếp nhau. Nếu có một bazơ được xen vào hoặc mất đi làm cho sự lien tục bị ngắt qng và trình tự sắp xếp của aa trên chuỗi polynucletit sẽ bị sai lệch. Việc thay thế các bazơ sẽ gây đột biến có thể là trung tính hay bảo thủ 2. ARN vận chuyển và sự đọc mã : Năm 1957, M.Hoagland tìm ra tRNA vận chuyển ( transfer ) và chứng minh rằng mỗi phân tử tRNA gắn với một phân tử amino acid và mang đến ribosome. Hiện nay biết rằng ít nhất mỗi loại tRNA đặc hiệu cho một trong 20 amino acid. Tuy nhiên tất cả các tRNA có một số đặt tính cấu trúc chung : chiều dài khoảng 73 đến 93 nucleotide, cấu trúc gồm một mạch cuộn lại như hình lá chẻ 3 nhờ bắt cặp bên trong phân tử, và đầu mút 3 có trình tự kết thúc CCA. Amino acid luôn luôn gắn vào đầu CCA. Mỗi enzyme đặc hiệu cho một loại amino acid riêng biệt và xúc tác phản ứng gắn với tRNA của nó nhờ năng lượng ATP tạo ra amonoacyl – tRNA. ARN t là phận tử tương đối nhỏ, bao gồm khoảng 75 – 90 mononucleotit, khối lượng phân tử bằng 23.000 – 30.000, hằng số sa lắng khoảng 4S, làm nhiệm vụ vận chuyển aa đến riboxom. Trong ARNt có chứa khoảng 8 – 10% các bazơ hiếm, chính điều này tạo nên cấu trúc chác bacủa ARN t - một cấu trúc có tới 60 – 70% cuộn xoắn và đã tạo thành 3 vòng lớn, một chút nhỏ. Trên một vòng lớn có chứa bộ ba - 2 - đối mã (anticodon), anticodon trên ARN t sẽ nhận biết codon trên ARN m nhờ quy tắc mã - đối mã, được cặp đôi theo chiều đối xong. Mô hình cấu trúc của phân tử tARN Mỗi một ARN t sẽ vận chuyển 1 aa nhất định. Số lượng các ARN t biến động theo loài: 30-40 ở prokaryot và 50-60 ở eukeryot nhưng đều có cấu trúc gần giống nhau. Đáng chú ý là 1 ARN t có thể kết hợp với hai codon khác nhau cùng mã hoá cho 1 aa. Quá trình gắn aa vào ARN t cần có sự tham gia của enzyme aminoacyl – ARN t synthetaza. Có 20 enzym tương ứng với 20 aa. Đ ây là quá trình tiêu tốn năng lượng và trải qua 2 bước: - Enzyme nhận biết và gắn với 1 aa đặc hiệu : - aa được chuyển từ phức hợp enzyme – aminoacyl – adenylat sang ARN t tương ứng : 3. Ribosom và ARN ribosom: Quá trình sinh tổng hợp protein diễn ra với tốc độ 1 triệu liện kết peptit trong 1 giây. Để đạt được điều này, các thành phần tham gia quá trình dịch mã phải lien kết với 1 phức hợp ribonucleoprotein, đó chính là ribosom được tạo thành từ các ARN r và hơn 50 loại protein. Robosom của mọi loại tế bào đều có cấu trúc chung là gồm hai tiểu phần : một tiểu phần lớn có vị trí A để tiếp nhận aminoacyl – ARN t và vị trí P để tiếp nhận peptidyl – ARN t và một tiểu phần nhỏ. Giữa hai tiểu phần này có 1 đường rãnh để tiếp nhận và gắn ARN m . Trên ribosom còn có các vị trí gắn các yếu tố mở đầu, kéo dài và kết thúc. Trong quá trình dịch mã, hai quá trình này có thể phân li và tái hợp liên - 3 - tục. Nhiều ribosom cùng gắn lên một phân tử ARN m trong quá trình tổng hợp protein tạo thành polyribosome hay polysom. 4. Các enzyme quan trọng xúc tác cho quá trình dịch mã: - Aminoacyl – ARN t – syntheaza: làm nhiệm vụ xúc tác cho quá trình tổng hợp phức aminoacyl – ARN t . Hiện nay đã tinh chế được hầu hết các aminoacyl – ARN t – synthetaza của 20 aa khác nhau dưới dạng tinh khiết. Chúng có hiệu quả cao. - Peptidyl transferaza: xúc tác cho phản ứng tạo lien kết peptit, có ở tiểu phần lớn của ribosom. 5. Các yếu tố mở đầu, kéo dài, kết thúc: chúng đều là protein cần thiết cho các giai đoạn sinh tổng hợp protein ở ribosom. 6. Năng lượng và các cation cần thiết cho quá trình dịch mã: Cần 4 nucleotit cho một aa khi di vào tổng hợp protein : - 2 GTP thuỷ phân thành 2 GDP và P i dùng để thay đổi cấu hình cần thiết cho việc di chuyển của ARN t và ARN m trên ribosom. - 2 ATP cần thiết cho việc phosphoryl hoá AMP vốn được giải phóng ra khi tạo phức aminoacyl – ARN t - Sự hình thành lien kết peptit sẽ sử dụng năng lượng được giải phóng ra khi thuỷ phân phức hợp trên. 7. Nguyên liệu để tổng hợp protein Nguyên liệu để tổng hợp protein là 20aa - 4 - III Các giai đoạn của quá trình dịch mã 1. Giai đoạn khởi đầu : Với sự có mặt của yếu tố khở đầu ( eIF – 6) , hai tiểu phần của ribosom 80S tách rời nhau. Tiểu phần nhỏ 40S gắn với các yếu tố mở đầu eIF-3, eIF-4C và trở thành dạng hoạt hoá. Với sự tham gia của GTP thì Met – ARN t gắn vào tiểu phần nhỏ hoạt hoá rồi chuyển đến gắn vào một vị trí chuyên biệt của ARN m - gần codon AUG để hình thành phức khởi đầu. tiếp đó, khi có sự tham gia của ATP, các yếu tố mở đầu lần lượt được giải phóng tạo thành phức hợp khởi đầu. Phức hợp khởi đầu kết hợp với tiểu phần lớn 60S để hình thành ribosom 80S hoạt động. - 5 - 2. Giai đoạn kéo dài chuỗi polypeptit: Là quá trình gắn các axit amin vào chuỗi polypeptit theo một trình tự nhất định đã được mã hoá ở ARN m , được chia thành 3 bước: Bước 1 : gắn aminoacyl – ARN t tiếp theo vào vị trí A của ribosom theo lệnh của codon tiếp theo. Cần có sự tham gia của các yếu tố kéo dài EF 1 và GTP cung cấp năng lượng. Bước 2: dưới sự tác dụng của enzym peptidl – ARN t transferaza, nhóm –NH 2 vừa mới đi vào tại vị trí A sẽ kết hợp với nhóm –COOH tự do của Met ở vị trí P của ribôsom, loại trừ 1 phân tử nước và hình thành liên kết –CO-NH-. Dipeptidyl – ARN t vừa được tạo ra vẫn găn ở vị trí A , liên kết giữa Met và ARN t bị cắt đứt, giải phóng năng lượng, cung cấp năng lượng cho sự tạo liên kết peptit, còn ARN t Met vẫn ở vị trí P. Bước 3: dịch chuyển dipeptidyl – ARN T từ vị trí A sang vị trí P. Để thực hiện quá trình này, ribosom dịch chuyển dọc theo ARN m từng codon một theo hướng đến đầu 3’ , cần có sự tham gia của yếu tố kéo dài EF-2. GTP thuỷ phân để cung cấp năng lượng cho sự dịch chuyển của ribosom. - 6 - 3. Giai đoạn kết thúc : Khi trên phân tử ARN m xuất hiện các codon kết thúc : UAA, UAG, UGA, các yếu tố kết thúc RF 1 , RF 2 , RF 3 cũng xuất hiện ở tiểu phần lớn của ribosom. Ribosom tiếp tục dịch chuyển một codon và polipeptidyl – ARN t chuyển từ vị trí A sang vị trí P, mã kết thúc ứng với vị trí A được nhận biết bởi các yếu tố kết thúc đã không cho aminoacyl – ARN t tiếp theo vào vị trí A. Chuỗi polipeptit được giải phóng, ARN t , ARN m tách khỏi ribosom. Ribosom lại tiếp tục phân li và lại tham gia vvào chu kì tổng hợp mới. - 7 - IV. Các chất ức chế quá trình dịch mã Kháng kháng sinh: tính kháng sinh có thể xuất phát từ sự thay đổi của màng vi khuẩn hoặc xuất hiện các enzyme phá huỷ hoạt tính của kháng sinh bằng cách thay đổi cấu tạo hoá học của chất kháng sinh Chất kháng sinh : điển hình là puromycin - một kháng sinh ức chế tổng hợp protein ở cả tế bào prokaryot và eukaryot. V. Sự điều hòa quá trình sinh tổng hợp Protein: 1. Ý nghĩa: - Bảo đảm cho tế bào tổng hợp loại protêin cần thiết vào lúc cần thiết trong quá trình phát triển cá thể. - Bảo đảm cho tế bào của từng loại mô khác nhau tổng hợp đúng loại Protêin 2. Các loại gen tham gia vào cơ chế: - Gen cấu trúc: mã hóa thông tin cấu trúc của 1 Protein xác định - Gen vận hành: có nhiệm vụ vận hành sự hoạt động của gen cấu trúc - Gen điều hòa: kích thích hoặc ức chế gen vận hành,qua đó điều hòa hoạt động của gen cấu trúc - 8 - . I SINH TỔNG HỢP PROTEIN: - Sinh tổng hợp protein là trung tâm của mọi q trình trao đổi chất, nó quyết định tồn bộ q trình sinh trưởng, phát. lượng được giải phóng ra khi thuỷ phân phức hợp trên. 7. Nguyên liệu để tổng hợp protein Nguyên liệu để tổng hợp protein là 20aa - 4 - III Các giai đoạn