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.