TỔNG HỢP PROTEIN
Mục tiíu
Trình băy được:
- Quâ trình gắn amino acid vă tRNA
- Câc giai đoạn cơ bản trong quâ trình dịch mê
- Quâ trình điều hoă sinh tổng hợp protein ở prokaryote vă eukaryote
QUÂ TRÌNH DỊCH MÊ
GẮN AMINO ACID VĂO tRNA
Trong băo tương enzyme amino acyl-tRNA synthetase đặc hiệu cho từng loại amino
acid sẽ gắn amino acid văo tRNA qua liín kết ester giău năng lượng tại vị trí nucleotide adenine ở đầu 3' của tRNA. Trong quâ trình dịch mê, bộ ba đối mê (anticodon) của tRNA sẽ bổ sung với bộ ba mê sao (codon) trín mRNA trín cơ sở nguyín tắc bổ sung để đảm bảo câc amino acid được lắp đặt chính xâc văo chuỗi
polypeptide. (hình 1)
Hình 1: Quâ trình gắn amino acid đặc hiệu (Phenylalanine) văo tRNA qua tâc động của enzyme amino acyl-tRNA synthetase vă hiện tượng bổ sung giữa bộ ba mê sao (codon)
trín mRNA với bộ ba đối mê (anticodon) trín tRNA.
RIBOSOME
Trong tất cả tế băo, ribosome tồn tại dưới dạng 2 tiểu phần: tiểu phần lớn vă tiểu phần bĩ. Mỗi tiểu phần chứa câc rRNA với chiều dăi khâc nhau vă câc phđn tử protein khâc nhau. Hình 2 giới thiệu thănh phần rRNA vă protein tham gia văo cấu trúc của câc tiểu phần lớn vă của ribosome ở prokaryote vă eukaryote. Lưu ý lă ở eukaryote, rRNA 5,8S bắt cặp với rRNA 28S.
Hình 2: Câc thănh phần tham gia văo cấu trúc của ribosome ở prokaryote vă eukaryote.
CÂC GIAI ĐOẠN CỦA QUÂ TRÌNH DỊCH MÊ
Quâ trình dịch mê xảy ra tại ribosome qua ba giai đoạn: giai đoạn mở đầu (initiation), giai đoạn kĩo dăi (elongation) vă giai đoạn kết thúc (termination). Khơng có sự khâc biệt lớn trong quâ trình dịch mê giữa prokaryote vă eukaryote.
Giai đoạn mở đầu
Giai đoạn năy được thực hiện với sự tham gia của mRNA, câc ribosome vă câc
yếu tố khởi động (IF: Initiation Factor), ở eukaryote câc yếu tố tố năy được ký hiệu lă eIF.
Trín mRNA, bộ ba mê AUG, mê hoâ cho methionine (Met) sẽ bắt đầu cho q
trình dịch mê. Tuy nhiín cần lưu ý lă mặc dù chỉ có 1 codon mê hô cho Met nhưng
có tới hai loại tRNA mang Met đến ribosome. tRNAMet kết hợp với codon nằm giữa phđn tử mRNA vă tRNAiMet kết hợp với codon ở vị trí khởi động để bắt đầu cho việc dịch mê, gắn Met đầu tiín văo chuỗi polypeptide.
Việc dịch mê bắt đầu khi tiểu đơn vị nhỏ của ribosome gắn với Met-tRNAiMet
bâm văo mRNA ở một vị trí gần với vị trí của codon AUG khởi động ở đầu 5' của
mRNA với sự tham gia của câc IF vă năng lượng do GTP cung cấp. Hình 3 giới thiệu câc bước trong giai đoạn khởi đầu ở eukaryote.
Giai đoạn kĩo dăi
Giai đoạn năy không phức tạp như giai đoạn mở đầu. Sau khi amino acid đầu tiín (Met) đê được đặt văo đúng vị trí trín cơ sở sự bắt cặp theo nguyín tắc bổ sung giữa
anticodon trín tRNA với codon tương ứng trín mRNA, q trình kĩo dăi chuỗi polypeptide bắt đầu.
Phức hợp aminoacyl-tRNA kế tiếp sẽ đến xếp văo đúng vị trí trín ribosome nhờ câc EF (elongation factor: yếu tố kĩo dăi). Sự tiếp xúc giữa peptidyl-tRNA vă aminoacyl-tRNA sẽ lăm hình thănh liín kết peptide để gắn amino acid mới văo chuỗi polypeptide đang tổng hợp dưới sự xúc tâc của enzyme peptidyl
transferase. Quâ trình năy cứ lập đi
lập lại theo chiều từ 5' đến 3' trín mRNA cho đến khi tiếp xúc với dấu
hiện kết thúc dịch mê. Hình 4 giới thiệu câc bước trong giai đoạn kĩo dăi chuỗi
polypeotide.
Hình 3: Giai đoạn mở đầu. Câc tiểu đơn vị lớn vă bĩ của ribosome lần lượt gắn với eIF6 vă eIF3 tạo thănh phức hợp để bắt đầu dịch mê. (1) Phức hợp 40S, eIF3 gắn với eIF1 vă phức hợp eIF2, GTP vă tRNAiMet tạo thănh phức hệ tiền khởi đầu (preinitiation complex). (2) mRNA gắn với eIF4 ở vị trí mũ (cap) vă cho phĩp mRNA kết hợp với phức hợp khởi đầu để tạo thănh phức hợp khởi đầu (initiation complex). (3) Phức hệ tiền khởi đầu cùng với eIF4 trượt trín mRNA để đến vị trí codon khởi đầu, q trình địi hỏi năng lượng do ATP cung cấp, sau đó câc eIF được giải phóng. (4) Phức hệ tiểu phần 60S vă eIF6 của ribosome đến gắn văo tiểu phần bĩ với sự hỗ trợ của eIF5 vă GTP
Hình 4: Giai đoạn kĩo dăi: (1) Khi ribosome 80S vă Met-tRNAiMet đê nằm ở vị trí P (ví trí kĩo dăi chuỗi polypeptide) của ribosome, thì phức hợp aa-tRNA mang amino acid thứ 2(aa2) đến codon tương ứng trín mRNA đang nằm ở vị trí A (vị trí tiếp nhận amino acid) của ribosome. (2) Sự thuỷ phđn của GTP trong phức hợp EF1α-GTP thănh EF1α-GTP, quâ trình năy lăm thay đổi cấu trúc của ribosome. (3) Phđn tử rRNA lớn xúc tâc cho quâ trình tạo thănh liín kết peptide giữa aa2 vă Met. (4) Sự thuỷ phđn của GTP trong phức hợp EF2-GTP sẽ gđy ra tiếp sự thay đổi cấu trúc của ribosome lăm cho ribosome đi tiếp đến codon tiếp theo trín mRNA vă tRNAMet đê tâch Met tiến văo vị trí E (vị trí chuẩn bị giải phóng tRNA) vă tRNA với câc amino acid gắn với nhau qua liín kết peptide sẽ nằm ở vị trí P của ribosome. Quâ trình lắp câc phức hợp tRNA mang aa3, aa4 ... tiếp tục diễn ra theo câch trín.
Giai đoạn kết thúc
Khi bộ ba mê kết thúc (UAA, UAG hoặc UGA) được nhận biết bởi câc RF
(Release Factor: yếu tố phóng thích), phức hợp peptidyl-tRNA lập tức tâch thănh phđn tử tRNA tự do vă chuỗi polypeptide hoăn chỉnh có đầu lă -NH2 vă đuôi lă
-COOH. Ribosome sẽ tâch trở lại thănh hai tiểu
đơn vị để bắt đầu cho chu kỳ dịch mê mới. (hình
5)
Hình 5: Giai đoạn kết thúc: khi robosome di chuyển đến bộ ba mê kết thúc (UAA, UAG hoặc UGA), eRF1 sẽ đi văo phức hợp ribosome ở vị trí A hoặc gần đó cùng với eRF3-GTP. Sự thuỷ phđn guanine ở eRF3-GTP sẽ cắt chuỗi peptide khỏi tRNA ở vị trí P, giải phóng câc tRNA vă câc tiểu phần ribosome.
POLYSOMES
Hình 6: Cơ chế gia tăng tốc độ dịch mê trín mRNA qua polysomes vă tạo nín cấu trúc dạng vịng của mRNA.
Để tăng cường tốc độ tổng hợp protein (trung bình ở eukaryote, mỗi protein được
tổng hợp trong vòng 30 - 60 giđy), nhiều ribosome sẽ cùng tham gia dịch mê trín 1mRNA gọi lă polyribosomes hay polysomes vă tăng cường tốc độ quay vòng của câc
tiểu đơn vị ribosome sau khi chúng hoăn tất q trình dịch mê. Nhiều nghiín cứu cho
thấy câc protein gắn văo đuôi poly A (PABPI) vừa có thể tâc động trín đi polyA ở
đầu 3' vừa có thể tâc động lín tiểu đơn vị 4G vă 4E của eIF4 ở đầu 5' lăm cho mRNA
trở nín có dạng vịng tạo điều kiện dễ dăng cho câc tiểu đơn vị của ribosome sau khi kết thúc dịch mê ở đầu 3' có thể bắt đầu ngay quâ trình dịch mê mới ở đầu 5' (hình 6).
ĐIỀU HOĂ SỰ BIỂU HIỆN CỦA GENE
ĐIỀU HOĂ SỰ BIỂU HIỆN CỦA GENE Ở PROKARYOTE
Ở prokaryote mục đích của việc điều hoă sự biểu hiện của gene nhằm điều chỉnh
hệ enzyme cho phù hợp để phục vụ cho quâ trình tăng trưởng vă sinh sản của tế băo. Tuỳ thuộc văo điều kiện môi trường mă câc gene mê hô cho câc enzyme có thể được biểu hiện hoặc ngưng biểu hiện ở bđt cứ một thời điểm năo trong chu kỳ tế băo.
Quâ trình điều hoă chủ yếu xảy ra ở quâ trình phiín mê thơng qua operon. Mỗi operon bao gồm:
- Một số gen cấu trúc mê hoâ cho câc polypeoptide nằm gần nhau gọi lă
cistron.
- Câc trình tự DNA khâc tham gia văo hoạt động điều hoă với những vai trò
khâc nhau.
Căn cứ văo câch thức điều hoă người ta chia lăm hai loại operon chính: operon
cảm ứng vă operon kìm hêm.
Operon cảm ứng (inducible operon)
Một ví dụ điển hình cho kiểu operon cảm ứng năy lă operon lactose.
Đường lactose đóng vai trị của chất cảm ứng. Khi khơng có lactose câc gene mê
hô cho enzyme chuyển hoâ lactose sẽ khơng hoạt động phiín mê. Khi lactose lă
nguồn carbohydrat duy nhất có mặt trong môi trường thi vi khuẩn sẽ sản xuất câc enzyme cần thiết cho q trình chuyển hô lactose qua hoạt động phiín mê câc gene
mê hơ cho câc enzyme năy. Hình 7 mơ tả quâ trình điều hoă hoạt động phiín mê của operon lac ở E.coli.
(a) Khi mơi trường khơng có lactose, mRNA được tổng hợp rất ít do một protein gọi lă lac repressor (yếu tố kìm hêm) gắn văo operator, ngăn cản hoạt động phiín mê của RNA polymerase-σ70 (hình 7a).
(b) Khi mơi trường có cảì glucose vă lactose, một phần lac repressor sẽ gắn với lactose vă giải phóng operator cho phĩp RNA polymerase-σ70 thực hiện phiín mê ở cường độ thấp (hình 7b).
(c) Khi mơi trường chỉ có lactose vă khơng có glucose, q trình phiín mê sẽ diễn ra ở mức tối đa do ở tình trạng khơng có glucose, cAMP sẽ tạo thănh phức hợp
CAP-cAMP, gắn văo vị trí CAP vă qua đó tâc động lín RNA polymerase thúc đẩy