XI. SINH TOƠNG HỢP PROTEIN 3 8-
1.Các yêu tô caăn thiêt cho sinh toơng hợp protein và các giai đốn cụa quá trình
quá trình này.
Sinh toơng hợp protein, mà sinh hĩc phađn tử gĩi là quá trình dịch mã (translation) là moơt quá trình phức táp xạy ra trong ribosome, mà như ta đã biêt, được câu táo chụ yêu từ protein và acid nucleic. Nguyeđn lieơu đeơ toơng hợp protein, tức aminoacid, được tARN mang đên đađy, đeơ dưới sự đieău khieơn cụa mARN và sự xúc tác cụa hàng lốt enzyme taơp hợp thành chuoêi polypeptide với thành phaăn và traơt tự aminoacid đã được định sẵn trong các gen tương ứng. Nguoăn naíng lượng đeơ táo ra các đái phađn tử protein là ATP hoaịc các hợp chât tương tự sẵn có maịt trong tê bào. Ngoài ra, trong các tê bào nhađn thaơt vieơc toơng hợp hàng lốt protein còn đòi hỏi sự tham gia cụa các heơ thông câu trúc màng cụa tê bào mà trước hêt là heơ thông màng cụa máng noơi chât.
Toàn boơ quá trình sinh toơng hợp protein có theơ được chia thành 4 giai đốn chụ yêu. Đó là: 1/ hốt hóa aminoacid; 2/ xađy dựng phức heơ mở đaău; 3/ taíng trưởng mách polypeptide và 4/ kêt thúc chuoêi polypeptide.
Hốt hóa aminoacid là quá trình bao goăm hai bước;
a/ Aminoacid + ATP → Aminoacyladenylate + PPvc;
b/ Aminoacyladenylate + tARN → Aminoacyl-tARN + AMP.
Cạ hai phạn ứng đeău được xúc tác bởi moơt enzyme aminoacyl-tARN-synthetase đaịc hieơu cho moêi aminoacid. Nhờ trong phađn tử enzyme chứa 2 trung tađm xúc tác, moơt đaịc hieơu với aminoacid và moơt đaịc hieơu với tARN vaơn chuyeơn aminoacid đó, neđn enzyme cho phép aminoacid tìm gaĩn với tARN đaịc hieơu cụa mình.
Cođng thức câu táo cụa aminoacyladenylate và aminoacyl-tARN được trình bày trong hình 11.5. Qua đó ta có theơ thây naíng lượng cụa ATP đã được chuyeơn cho lieđn kêt ester giàu naíng lượng giữa nhóm carboxyl cụa aminoacid và nhóm 3'-OH cụa gôc adenylate taơn cùng cụa tARN. Nhờ đó aminoacyl-tARN trở thành moơt sạn phaơm hốt đoơng, deê dàng tham gia phạn ứng polymer-hóa sau này.
A B
Hình 11.5. Aminoacyladenylate (A) và minoacyl-tARN (B)
Đeơ chuaơn bị cho phạn ứng polymer hóa, các phađn tử aminoacyl-tARN laăn lượt được đưa vào khu vực A cụa phaăn dưới đơn vị lớn cụa ribosome, như mođ tạ trong hình 11.6. Tái đađy, như ta sẽ thây, nó có đieău kieơn thuaơn lợi đeơ lieđn kêt với chuoêi polypeptide đang taíng trưởng vôn gaĩn với ribosome tái khu vực P.
Hình 11.6. Vị trí cụa aminoacyl-tARN trong ribosome
Xađy dựng phức heơ mở đaău ở E. coli là moơt quá trình goăm nhieău bước như mođ tạ trong hình 11.7 với sự tham gia cụa formylmethionyl-tARNf, và các yêu tô mở đaău IF1, IF2 và IF3, vôn là những protein đaịc hieơu.
Vieơc xađy dựng phức heơ mở đaău trong các tê bào nhađn thaơt tređn những nét chính cũng giông như ở E. coli, song với các yêu tô mở đaău khác, ký hieơu là eIF1 , eIF2 và eIF3. Theđm vào đó, methionyl-tARN tham gia xađy dựng phức heơ mở đaău khođng bị formyl-hóa. Các ribosome, như ta đã biêt, cũng có kích thước lớn hơn.
Hình 11.7. Qúa trình hình thành phức heơ mở đaău.
Taíng trưởng chuoêi polypeptide bao goăm 3 bước chính (hình 11.8):
Bước 1: Sau khi fMet-tARNf gaĩn với ribosome tái khu vực P, aminoacyl- tARN tiêp theo mà codon cụa nó naỉm kê caơn codon cụa fMet sẽ đi vào khu vực A cụa ribosome. Quá trình này caăn GTP đeơ cung câp naíng lượng và moơt lối protein có teđn là yêu tô T, bao goăm hai lối: Tu và Ts.
Bước 2: Nhờ peptidyltransferase, Lieđn kêt peptide được hình thành giữa nhóm - NH2 cụa aminoacid mới đi vào với nhóm -COOH cụa aminoacid đứng trước. Dipeptide mới xuât hieơn được gaĩn với tARN cụa aminoacid thứ hai tái khu vực A, còn tARN cụa aminoacid thứ nhât (bađy giờ được gĩi là tARNp) văn naỉm lái khu vực P. Naíng lượng caăn cho sự hình thành lieđn kêt peptide được nhaơn từ lieđn kêt ester cao naíng cụa aminoacyl-tARN.
Bước 3: Peptidyl-tARN được chuyeơn từ khu vực A sang khu vực P nhờ translocase (yêu tô G) và GTP. Yêu tô G được đưa ra khỏi ribosome. Ribosome di chuyeơn moơt đốn đeơ cho codon tiêp theo tiêp nhaơn khu vực A, táo đieău kieơn cho aminoacid thứ ba tham gia phạn ứng polymer-hóa...
Quá trình taíng trưởng chuoêi polypeptide sẽ kêt thúc khi moơt trong các codon châm cađu (UAA, UAG, UGA) đi vào vị trí đôi dieơn với khu vực A. Nhờ yêu tô giại phóng R, peptidyl-tARN tách khỏi ribosom; tARN tách khỏi chuoêi polypeptide; ribosome 70S phađn ly thành các phaăn dưới đơn vị 30S và 50S đeơ sau đó lái tham gia xađy dựng phức heơ mở đaău cho sinh toơng hợp chuoêi polypeptide khác.
Trong quá trình sinh toơng hợp protein nhieău ribosome cùng gaĩn tređn moơt phađn tử mARN, táo thành phức heơ có teđn là polyribosome hay polysome. Trong phức heơ này moêi ribosome toơng hợp moơt sợi polypeptide. Trong E. coli và các tê bào tieăn nhađn khác
qúa trình dịch mã có theơ baĩt đaău ngay khi phađn tử mARN còn đang taíng trưởng tređn khuođn ADN.
Hình 11.8. Các bước taíng trưởng chuoêi polypeptide.
2. Đieău hòa sinh toơng hợp protein; mođ hình operon và lý thuyêt đieău hòa cụa Jacob và Monod.
Lý thuyêt đieău hòa sinh toơng hợp protein được Jacob và Monod đeă xuât tređn cơ sở những dăn lieơu thực nghieơm veă hieơn tượng cạm ứng và trân áp toơng hợp protein thu được đôi với tê bào E. coli. Những dăn lieơu này cho thây raỉng sinh toơng hợp các enzyme
β-galactosidase (E1), β-galactoside permease (E2) và thyogalactoside transacetylase (E3) trong tê bào E. coli cùng được cạm ứng bởi cơ chât cụa chúng là galactose. Tức là những enzyme này (enzyme cạm ứng) chư xuât hieơn trong tê bào khi có maịt lactose trong mođi trường dinh dưỡng.
Cơ chê đieău hòa sinh toơng hợp các enzyme cạm ứng được Jacob và Monod giại thích như sau thođng qua ví dú các enzyme dị hóa lactose E1, E2 và E3 nói tređn (hình 11.9).
Ba enzyme được mã hóa bởi các gen câu trúc X, Y và Z. Chúng cùng nhau táo thành moơt operon (trong trường hợp này là lac-operon). Hốt đoơng cụa operon như moơt theơ thông nhât dưới sự đieău khieơn cụa moơt gen khởi đoơng O (operator). Veă phaăn mình, operator lái chịu sự đieău khieơn cụa gen đieău hòa R (regulator) thođng qua moơt chât trân áp có bạn chât protein do gen này táo ra. Khi gaĩn với operator, chât trân áp sẽ làm cho
các gen câu trúc tređn operon khođng hốt đoơng, mARN khođng được sao chép và do đó protein (tức 3 enzyme nói tređn) khođng được toơng hợp.
Hình 11.9. Đieău hòa sinh toơng hợp enzyme cạm ứng theo Monod và Jacov.
Khi chât cạm ứng allolactose (moơt sạn phaơm cụa lactose) gaĩn với chât trân áp, làm cho nó mât hốt tính, táo đieău kieơn cho operon hốt đoơng. Tuy nhieđn, vieơc sao chép thođng tin từ các gen câu trúc X, Y và Z chư thực sự baĩt đaău khi cAMP cùng với moơt lối protein đaịc bieơt có teđn là CAP táo thành phức heơ hốt đoơng đeơ gaĩn vào khu vực promoter naỉm kê caơn với với operator và gôi moơt phaăn leđn operator, giúp chât cạm ứng làm mât hốt tính cụa chât trân áp và đaơy nó ra khỏi khu vực này. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sự hình thành cAMP bị ức chê bởi moơt sạn phaơm dị hóa nào đó cụa glucose. Vì vaơy khi có maịt glucose trong mođi trường dinh dưỡng thì cAMP khođng được táo ra và CAP tự nó khođng theơ gaĩn vào operator. Vì vaơy dù có maịt chât cạm ứng allolactose, các enzyme thuoơc lac-operon văn khođng được toơng hợp.
Hốt đoơng cụa operon tryptophan (Trp operon) đieău hòa toơng hợp các enzyme xúc tác các quá trình sinh toơng hợp tryptophan (hình 11.10) cũng tương tự như hốt đoơng cụa Lac operon, nhưng có đieơm khác là bình thường trong tê bào thiêu tryptophan thì chât trân áp ở tráng thái khođng hốt đoơng. Khi đó operator “mở”, sự sao chép và phieđn dịch các gene câu trúc được tiên hành bình thường, toơng hợp neđn các enzyme caăn thiêt đeơ táo sạn phaơm cuôi cùng là tryptophan. Nhưng khi tê bào đã sạn xuât đụ tryptophan, hoaịc khi theđm tryptophan vào mođi trường nuođi tê bào thì tryptophan sẽ kêt
hợp với chât trân áp với tư cách là chât đoăng trân áp, biên nó thành dáng hốt đoơng. Chât trân áp hốt đoơng sẽ laơp tức kêt hợp với operator, làm cho nó bị khóa lái và sự sao mã sẽ bị đình chư.
Hình 11.10. Operon tryptophan (Trp operon)
Theo cơ chê này hàm lượng tryptophan trong tê bào đã kieơm tra sự toơng hợp neđn chính nó. Đó là môi lieđn heơ ngược trong sự đieău hòa các phạn ứng enzyme baỉng sạn phaơm cuôi cùng. Đieău này cho phép tê bào thích nghi với những thay đoơi đoơt ngoơt cụa mođi trường cũng như tránh được những hao toơn veă nguyeđn lieơu và naíng lượng dùng đeơ toơng hợp dư thừa moơt chât nào đó.
Sinh toơng hợp protein ở đoơng vaơt baơc cao còn có theơ được đieău hòa nhờ heơ thông hormone. Moơt sô hormone có tác dúng hốt hóa hoaịc ức chê enzyme adenylate cyclase và do đó theơ hieơn tác dúng đieău hòa sinh toơng hợp protein thođng qua tác dúng chi phôi hàm lượng cAMP trong tê bào. Moơt sô hormone khác, đaịc bieơt là các hormone steroid, do có khạ naíng di chuyeơn xuyeđn qua màng, neđn có theơ trực tiêp can thieơp vào cơ chê đieău hòa baỉng cách gaĩn với chât trân áp khođng hốt đoơng đeơ biên nó thành dáng hốt đoơng.
CHƯƠNG 2. EMZYME
Enzyme là những protein có chức naíng chuyeđn hóa rât cao, làm nhieơm vú xúc tác hàng nghìn phạn ứng hóa hĩc mà từ đó táo neđn toàn boơ quá trình trao đoơi chât trong tê bào và mođ.
Ngày nay đã xác định được hàng ngàn enzyme khác nhau, trong đó có hàng traím lối thu nhaơn được ở dáng tinh theơ rât tinh khiêt. Tuy vaơy, các dăn lieơu di truyeăn hĩc cho thây raỉng còn rât nhieău enzyme caăn phại được tiêp túc tìm kiêm.
Những phát minh mới veă sự đieău khieơn cụa quá trình sinh toơng hợp enzyme ở mức đoơ gen, veă khạ naíng tự đieău hòa cụa các heơ thông enzyme, veă vai trò cụa enzyme trong các quá trình sinh trưởng, phát trieơn và phađn hóa v.v... là những thành tựu vođ cùng to lớn cụa sinh hĩc hieơn đái, làm naơy sinh hàng lốt lĩnh vực nghieđn cứu mới cụa enzyme hĩc.