V. Tầm quan trọng của táI tổ hợp trong tự nhiên
4. Điều hoà ở mức độ dịch mã
* Protein liên kết với vùng không dịch mã của mARN dàn xếp sự điều khiển dịch mã âm tính: Sau khi phiên mã xong, một trong những con đ−ờng điều khiển hàm l−ợng sản phẩm protein là điều khiển b−ớc khởi đầu dịch mã. ở prokaryote, sự t−ơng tác giữa trình tự Shine- Delgarno với 16S ARN là con đ−ờng đơn giản để điều hòa sự tổng hợp protein thông qua cơ chế điềuhòa dịch mã âm tính. Sự t−ơng tác này bị cản trở có thể là do protein che phủ trình tự này hay sự bắt cặp bổ sung của trình tự trong vùng bắt cặp của phân tử mARN. Nhiều mARN của vi khuẩn có protein ức chế dịch mã đặc tr−ng có thể gắn vào vùng gần kề trình tự Shinne- Delgarno và do đó ức chế dịch mã một loại phân tử protein đặc hiệụ mARN của sinh vật nhân chuẩn không chứa đoạn trình tự này, thay vào đó, sự chọn lọc codon AUG đ−ợc xác định bằng sự gần kề với mũ 5' của mARN (nơi bám của tiểu phần nhỏ của ribosome). Tuy có sự khác nhau trong khỏi đầu dịch mã, Eukaryote cũng sử dụng các chất ức chế dịch mã. Một số gắn vào đầu 5' và do đó ức chế sự khởi đầu dịch mã. một số chất ức chế khác nhận ra trình tự nucleotid tại đầu 3'ủT của phân tử mARN đặc tr−ng và làm giảm sự khởi đầu dịch mã bằng cách xen ngang vào sự liên hệ giữa mũ 5' và đuôi 3' poly(A), là sự cần thiết cho sự dịch mã bình th−ờng.
Hình 6.18 : Cơ chế điều hoà tổng hợp feritin
Sự điều hoà âm tính cho phép sự tổng hợp protein feritin dự trữ sắt trong tế bào tăng nhanh khi nồng độ hoà tan của ion sắt trong tế bào chất tăng là một ví dụ điển hình ở sinh vật nhân chuẩn. Sự điều hoà sắt này là nhờ trình tự 30nu trong đoạn dẫn đầu của phân tử mARN feritin. khi mARN đã sẵn sàng cho việc dịch mã, nó có thể bị ức chế hay hoạt hoá. trong tế bà, Fe2+ đ−ợc dự trữ d−ới dạng protein feritin. Nếu nồng độ Fe thấp, protein ức chế sẽ tấn công mARN để lấy feritin và ngăn cản quá trình tổng hợp nhwngx protein khác. khi nồng độ Fe tăng lên, một số ion sẽ gắn vào protein ức chế và làm thay đổi cấu hình của nó, làm nó tách ra khỏi mARN và mARN có thể dịch mã.
* Sự khởi đầu tại các codon AUG phía tr−ớc vị trí khởi đầu dịch mã cvó thể điều hoà sự khởi đầu dịch mã: Các nucleotid xung quanh vị trí khởi đầu dịch mã cũng ảnh h−ởng đến ự nhận biết codon khởi đầu, do đó ảnh h−ởng đến hiệu quả của quá trình dịch mã. Nếu vị trí nhận biết là không đủ mạnh, quá trình nhận biết của tiểu phần nhỏ sẽ bỏ qua codon AUG đầu tiên và thay vào đó sẽ khởi đầu dịch mã với codon thứ 2 hoặc thứ 3...trên phân tử mARN. hiện t−ợng này đ−ợc gọi là "leaky scanning", là cách th−ờng dùng để tạo ra hai hay nhiều phân tử protein có quan hệ gần gũi từ cùng một phân tử mARN, sự khác nhau chỉ ở đầu tận cùng aminọ
Hình thức khác ở sinh vật nhân chuẩn là chúng sử dụng một hay nhiều trình tự đọc mở ngắn (ORFs) nằm trong vùng tận cùng 5' của mARN . Thông th−ờng thì trình tự axit amin của các trình tự đọc mở ng−ợc dòng (uORFs) không có chức năng then chốt, chúng chỉ có chức năng điều hoà. Một uORF có mặt trong một phân tử mARN sẽ làm giảm sự dịch mã của gen xuôi dòng bởi việc "bẫy" một phức hợp khởi đầu nhận biết của ribosome, dẫn đến các ribosome sẽ dịch mã các uORF và rời khỏi mARN tr−ớc khi tới trình tự mã hoá trên phân tử protein.
Hình 6.19: Sơ đồ minh hoạ sự điều hoà dịch mã trong hiện t−ợng "leaky scanning"
* Các vị trí ribosome khởi động bên trong (inteARNl ribosome entrp sites-IRES) cung cấp khả năng điều hoà dịch mã: Sự phiên mã hóa thể đ−ợc khởi đầu trực tiếp tại các trình tự mARN đặc hiệu, mỗi trình tự này đ−ợc gọi là một IRES có thể xuất hiện ở nhiều vùng khác nhau trên phân tử mARN, hay nói cách khác, IRES là trình tự vài trăm nucleotid đặc tr−ng gấp lại thành một cấu trúc đặc biệt gắn với nhiều protein t−ơng tự đ−ợc sử dụng để khởi đầu dịch mã phụ thuộc mũ thông th−ờng. IRES đầu tiên đ−ợc phát hiện ở virus động vật có vú, là con đ−ờng để virus tiếp quản bộ máy dịch mã của vật chủ. Sự đièu hoà này cũng xảy ra ở sinh vật nhân chuẩn, làm ảnh h−ởng đến tốc độ dịch mã của một số protein quan trọng liên quan đến các chu kỳ của tế bàọ
* Sự photphoryl hoá yếu tố khởi đầu điều hoà tổng thể sự sinh tổng hợp protein: Khi thiếu chất dinh d−ỡng, khi có sự xâm nhập của virus, những thay đổi đột ngột về nhiệt độ...tế bào nhân chuẩn giảm tốc độ sinh tổng hợp protein. Sự giảm tốc độ này có thể đ−ợc gây ra do sự photphoryl hoá yếu tố khởi đầu dịch mã eIF-2 bởi một phân tử kinase đặc hiệu đáp ứng với điều kiện thay đổị
Trong chu trình này, eIF-2 hình thành một phức hệ với GTP và điều khiển sự liên kết giữa tARN mang Met khởi đầu với tiểu phần nhỏ của ribosomẹ Khi AUG đ−ợc nhận ra thì GTP liên kết sẽ thuỷ phân sinh ra GDP bởi protein eIF-2 gây ra sự thay đổi cấu hình trong protein và giải phóng nó khỏi tiểu phần nhỏ. tiếp theo, tiểu phần lớn sẽ kết hợp để tạo thành ribosome hoàn chỉnh, bắt đầu sinh tổng hợp protein. eIF-2 gắn rất chặt với GDP nên càn có một yếu tố khác biến đổi nucleotid G, eIF-2B, cần thiết cho sự giải phóng GDP để eIF-2 có thể tái sử dụng. Sự tái sử dụng này bị ức chế khi eIF-2 bị photphoryl hoá, vì nó sẽ gắn chặt với eIF-2B, làm giảm nhanh tốc độ sinh tổng hợp protein
Đây là một có chế điều hoà đặc biệt quan trong trong tế bào Động vật có vú, là một phần cơ chế cho phép chúng đi vào giai đoạn không tăng sinh.
Hình 6.20: Chu trình của eIF-2