BÀI GIẢNG SỰ DỊCH MÃ - TRANSLATION

SỰ DỊCH MÃ - TRANSLATION BỘ MÁY DỊCH MÃ mRNA Ribosome tRNA Aminoacyl-t-RNA synthetase Acid amin Các nhân tố dịch mã Cấu trúc mRNA  Mã di truyền: • Tổ hợp nucleotide qui định cho aa -> mã ba (codon) • loại Nucleotide -> 64 ba: 61 mã ứng với 20 acid amin, mã kết thúc (UAA, UGA, UAG) • Đặc điểm mã di truyền: – Là mã ba – Có tính đặc hiệu – Có tính phổ biến – Có tính thoái hoá 5’-ATGCCTAGGTACCTATGA-3’ 3’-TACGGATCCATGGATACT-5’ DNA Phiên mã 5’-AUGCCUAGGUACCUAUGA-3’ mRNA Bộ ba mã hóa 5’-AUG CCU AGG UAC CUA UGA-3’ Dịch mã N-MET-PRO-ARG-TYR-LEU-C Protein ribosome • Ribosome: rRNA + Protein: thành phần quan trọng máy dịch mã • Mang vị trí tương tác với tRNA vị trí với mRNA – A: tiếp nhận tRNA mang aa – P: giữ tRNA mang chuỗi polypeptit tổng hợp – E: liên kết với tRNA chuyển giao aa, chuẩn bị khỏi phức hợp dịch mã 1.2 tRNA • tRNA vận chuyển aa đến chuỗi polypeptide kéo dài trình dịch mã • Đầu 3’ mang aa • Phần anticodon: khớp với codon mRNA theo NTBS • Thực chức nhờ enzyme đặc biệt: aminoacyltRNA synthetase, có 20 loại enzyme, tương ứng với 20 amino acid Hiện tượng Wobble base pairing Adenine Guanine tRNA 5' anticodon base Xanthine mRNA 3' codon base A U C G G C or U U A or G I A or C or U QUÁ TRÌNH KÉO DÀI Translocation (dịch chuyển vị trí): Ribosome dịch chuyển sang ba mã hóa khác mRNA tRNAfMet tự dịch chuyển sang vị trí E ribosome sau phóng thích khỏi ribosome Chuỗi acid amin gắn tRNA thứ hai dịch chuyển sang vị trí P, bỏ lại vị trí A trống để aminoacyl-tRNA thứ ba đến gắn vào Quá trình kéo dài tiếp diễn gặp tín hiệu kết thúc mRNA  Translocation: tRNA tự từ vị trí P chuyển sang vị trí E để phóng thích khỏi ribosome  Translocation có liên quan đến nhân tố EF-G  Kích thước hình dáng EF-G tương tự phức hợp EF-Tuaminoacyl-tRNA  Khi EF-G đến gắn xung quanh vị trí A ribosome gây chuyển động đặc biệt tiểu phần nhỏ tiểu phần lớn ribosome  Sự thay đổi đẩy tRNA với chuỗi polypeptide từ vị trí A sang vị trí P ribosome Cũng vậy, chuyển tRNA tự từ vị trí P sang vị trí E ribosome  Vì tRNA liên kết với mRNA nên mRNA di chuyển tương ứng theo large subunit tRNA EF-G small subunit mRNA location  Translocation hỗ trợ bởi: tRNA tự vị trí P có lực cao với vị trí E so với vị trí P tRNA với chuỗi peptide có lực cao với vị trí P so với vị trí A  Khi ribosome thủy giải EF-G-GTP hoạt tính GAP, nhân tố EF-G chuyển từ dạng EF-G-GTP sang EF-G-GDP tách khỏi ribosome  Nhân tố tự tái hoạt hóa vùng GEF phân tử để tạo dạng EF-G-GTP từ EF-G-GDP để tham gia vào trình dịch mã  Sự gắn tRNA tự mRNA vị trí E ribosome ngăn chận tượng frame-shift error, có nghĩa khơng có tRNA vị trí tRNA dịch chuyển tự nucleotide gây tình trạng lệch khung dịch mã  Khi aminoacyl-tRNA đến gắn vào vị trí A làm giảm lực tRNA tự vị trí E, thúc đẩy phóng thích tRNA khỏi ribosome Q TRÌNH KẾT THÚC  Khi ribosome trượt đến codon kết thúc (stop codon-AUG) trình dịch mã kết thúc  Cần có nhân tố kết thúc RF1, RF2, RF3 RF3 GTP-binding protein  RF1 RF2 nhận biết bám vào stop codon RF3 tạo điều kiện cho RF1 RF2 gắn vào ribosome  Khi nhân tố kết thúc đến gắn vào vị trí A ribosome có xúc tác cắt liên kết tRNA-chuỗi peptide chuyển phân tử nước đến gốc CO  Thủy giái GTP RF3 gây thay đổi cấu hình làm giải phóng RF khỏi ribosome  Một nhân tố RRF (Ribosomal recycling factor) với EF-G-GTP IF3 huy động để phóng thích tRNA tự khỏi vị trí P, phân ly ribosome khỏi mRNA tách tiểu phần ribosome trước dịch mã NĂNG LƯỢNG CHO SỰ DỊCH MÃ Một liên kết peptide hình thành cần có GTP ATP, đó: Một ATP cần để hình thành liên kết aminoacyl-tRNA Một GTP cần để phân phối tRNA ang acid amin đảm bảo liên kết codonanticodon xác Một phân tử GTP cần dịch chuyển từ A sang P với trợ giúp EF-G Đặc điểm dịch mã prokaryote Sự phiên mã dịch mã xảy đồng thời RNA polymerase DNA Có nhiều RNA polymerase tham gia phiên mã DNA Có nhiều ribosome dịch mã lúc phân tử mRNA  Số lượng lớn protein thời gian ngắn mRNA Polyribosome RNA polymerase Direction of transcription 0.25 µm DNA Polyribosome Polypeptide (amino end) Ribosome mRNA (5′ end) So sánh trình dịch mã Prokaryote Eukaryote Prokaryote Eukaryote mRNA đa gen mRNA đơn gen Phiên mã dịch mã đồng thời Phiên mã dịch mã khơng đồng thời Khơng có mũ Cap đầu 5’ mRNA Có mũ Cap đầu 5’ mRNA  scanning để tìm codon mở đầu Codon khởi đầu nằm sau vị trí gắn Ribosome Khơng có vị trí gắn Ribosome trước mã khởi đầu AUG aa formyl -Met aa bình thường Ribosome 30S: 16S rARN + 21 Pr Ribosome 40S: 18S rARN + 33 Pr Ribosome 50S: 23S, 5S rARN + 31 Pr Ribosome 60S: 28S, 5.8 S 5S rARN +49Pr CÁC NHÂN TỐ DỊCH MÃ Ở PROKARYOTE VÀ EUKARYOTE Prokaryote Khởi động IF1 IF3 Eukaryote Chức eIF3 eIF4c IF6 eIF4B eIF4F eIF2B eIF2 eIF5 Gắn vào tiểu phần ribosome Gắn vào mRNA Vận chuyển tRNA khởi động Thay đổi vị trí nhân tố khác Kéo dài EF-Tu EF-Ts EF-G eEF1α eEF1βγ eEF2 Vận chuyển aa-tRNA Tái hoạt hóa EF-Tu eEF1α Dịch chuyển ribosome mRNA Kết thúc RF1, RF2, RF3 eRF Giải phóng chuỗi polypeptide IF2 GIAI ĐOẠN KHỞI ĐỘNG Quá trình dịch mã bắt đầu với giai đoạn dò tìm (scanning) để tìm codon mở đầu 4 nhân tố khởi động (eIF1, eIF3, eIF5, and eIF1A) gắn vào tiểu phần nhỏ ribosome eIF2-GTP hộ tống tRNA khởi động gắn Met đến phức hợp ribosme-4 nhân tố khởi động  hình thành phức hợp 43S tiền khởi động Cùng lúc, eIF4E nhận biết mũ 5’ mRNA  huy động eIF4G eIF4A  eIF4B cạnh tranh với eIF4G để gắn vào eIF4E  eIF4B kích hoạt hoạt tính helicase eIF4A  phân cắt cấu trúc bắt cặp bổ sung có mRNA Phức hợp 43S tiền khởi động đến kết hợp với phức hợp protein mRNA  phức hợp tiền khởi động 48S  trượt mRNA để dò tìm codon mở đầu mRNA SCANNING ĐỂ TÌM CODON MỞ ĐẦU Giai đoạn dò tìm cần có lượng từ ATP Khi phức hợp 48S đến codon mở đầu AUG có bắt cặp bổ sung codon mRNA anticodon tRNA khởi đầu Cấu trúc bắt cặp codon/anticodon làm thay đổi cấu hình phức hợp 43S nhân tố eIF5  eIF5 kích thích eIF2 phân giải GTP gắn phân tử  làm cho nhân tố eIF2-GDP, eIF1, eIF3, eIF4B, eIF5 rời khỏi phức hợp eIF5B-GTP kích thích tiểu phần 60S ribosome đến kết hợp với tiểu phần nhỏ Khi tiểu phần 60S kết hợp vào 40S  thay đổi cấu hình phức hợp  eIF5B phân giải GTP  giải phóng eIF5B-GDP eIF1A khỏi phức hợp  hình thành phức hợp khởi động 80S Các nhân tố khởi đầu dịch mã giữ cho mRNA eukaryote dạng dịch mã hình tròn Đi polyA mRNA đóng vai trò lớn dịch mã eukaryote: protein bám vào polyA tương tác với eIF4G làm cho mRNA có hình tròn Các ribosome sau kết thúc dịch mã mRNA tái cấu trúc để bắt đầu chu kỳ dịch mã khác mRNA Giai đoạn kéo dài Giai đoạn kéo dài trình dịch mã eukaryote tương tự prokaryote Điểm khác biệt sử dụng nhân tố dịch mã eEF1α, eEF1βγ, eEF2 thay cho EF-Tu, EFTs, EF-G Giai đoạn kết thúc Eukaryote sử dụng nhân tố kết thúc eRF để nhận biết loại codon kết thúc (UAG, UAA, UGA) Các bước kết thúc tương tự prokaryote CÁC CƠ CHẾ ĐẢM BẢO SỰ CHÍNH XÁC TRONG DỊCH MÃ The energy difference a correct codon-anticodon pair and a near match cannot account for the high level of accuracy with the error rate of 10 -3 Three mechanisms select against incorrect pairings Two adjacent adenine residues in the 16S rRNA within the A site form additional hydrogen bonds within the minor groove Hoat tính GTPase EF-Tu kích hoạt có tương tác xác trung tâm gắn nhân tố mà điều xảy có bắt cặp xác codon-anticodon The third mechanism is a form of proofreading that occurs after EF-Tu is released To participate in the peptidyl transferase reaction, the tRNA must rotate into the peptidyl transferase center in a process called accommodation The 3’ end of tRNA moves almost 70A This rotation is likely to place strain on the codon-anticodon interaction ... 5’-ATGCCTAGGTACCTATGA-3’ 3’-TACGGATCCATGGATACT-5’ DNA Phiên mã 5’-AUGCCUAGGUACCUAUGA-3’ mRNA Bộ ba mã hóa 5’-AUG CCU AGG UAC CUA UGA-3’ Dịch mã N-MET-PRO-ARG-TYR-LEU-C Protein ribosome • Ribosome: rRNA... EF-G-GTP hoạt tính GAP, nhân tố EF-G chuyển từ dạng EF-G-GTP sang EF-G-GDP tách khỏi ribosome  Nhân tố tự tái hoạt hóa vùng GEF phân tử để tạo dạng EF-G-GTP từ EF-G-GDP để tham gia vào trình dịch. .. hoạt hóa chức EF-Tu-GTPase ribosome  Ribosome thủy giải GTP EFTu-GTP EF-Tu-GTP ribosome (GAP) Pi EF-Tu-GDP QUÁ TRÌNH KÉO DÀI  Khi EF-Tu chuyển aminoacyl-tRNA đến ribosome, aa-tRNA có cấu hình