XI. SINH TỔNG HỢP PROTEIN.
1.Các yếu tố cần thiết cho sinh tổng hợp protein và các giai đoạn của quá trình này.
quá trình này.
Sinh tổng hợp protein, mà sinh học phân tử gọi là quá trình dịch mã (translation) là một quá trình phức tạp xảy ra trong ribosome, mà như ta đã biết, được cấu tạo chủ yếu từ protein và acid nucleic. Nguyên liệu để tổng hợp protein, tức aminoacid, được tARN mang đến đây, để dưới sự điều khiển của mARN và sự xúc tác của hàng loạt enzyme tập hợp thành chuỗi polypeptide với thành phần và trật tự aminoacid đã được định sẵn trong các gen tương ứng. Nguồn năng lượng để tạo ra các đại phân tử protein là ATP hoặc các hợp chất tương tự sẵn cĩ mặt trong tế bào. Ngồi ra, trong các tế bào nhân thật việc tổng hợp hàng loạt protein cịn địi hỏi sự tham gia của các hệ thống cấu trúc màng của tế bào mà trước hết là hệ thống màng của mạng nội chất.
Tồn bộ quá trình sinh tổng hợp protein cĩ thể được chia thành 4 giai đoạn chủ yếu. Đĩ là: 1/ hoạt hĩa aminoacid; 2/ xây dựng phức hệ mở đầu; 3/ tăng trưởng mạch polypeptide và 4/ kết thúc chuỗi polypeptide.
Hoạt hĩa aminoacid là quá trình bao gồm hai bước;
a/ Aminoacid + ATP → Aminoacyladenylate + PPvc;
b/ Aminoacyladenylate + tARN → Aminoacyl-tARN + AMP.
Cả hai phản ứng đều được xúc tác bởi một enzyme aminoacyl-tARN-synthetase đặc hiệu cho mỗi aminoacid. Nhờ trong phân tử enzyme chứa 2 trung tâm xúc tác, một đặc hiệu với aminoacid và một đặc hiệu với tARN vận chuyển aminoacid đĩ, nên enzyme cho phép aminoacid tìm gắn với tARN đặc hiệu của mình.
Cơng thức cấu tạo của aminoacyladenylate và aminoacyl-tARN được trình bày trong hình 11.5. Qua đĩ ta cĩ thể thấy năng lượng của ATP đã được chuyển cho liên kết ester giàu năng lượng giữa nhĩm carboxyl của aminoacid và nhĩm 3'-OH của gốc adenylate tận cùng của tARN. Nhờ đĩ aminoacyl-tARN trở thành một sản phẩm hoạt động, dễ dàng tham gia phản ứng polymer-hĩa sau này.
A B
Hình 11.5. Aminoacyladenylate (A) và minoacyl-tARN (B)
Để chuẩn bị cho phản ứng polymer hĩa, các phân tử aminoacyl-tARN lần lượt được đưa vào khu vực A của phần dưới đơn vị lớn của ribosome, như mơ tả trong hình 11.6. Tại đây, như ta sẽ thấy, nĩ cĩ điều kiện thuận lợi để liên kết với chuỗi polypeptide đang tăng trưởng vốn gắn với ribosome tại khu vực P.
Hình 11.6. Vị trí của aminoacyl-tARN trong ribosome
Xây dựng phức hệ mở đầu ở E. coli là một quá trình gồm nhiều bước như mơ tả trong hình 11.7 với sự tham gia của formylmethionyl-tARNf, và các yếu tố mở đầu IF1, IF2 và IF3, vốn là những protein đặc hiệu.
Việc xây dựng phức hệ mở đầu trong các tế bào nhân thật trên những nét chính cũng giống như ở E. coli, song với các yếu tố mở đầu khác, ký hiệu là eIF1 , eIF2 và eIF3. Thêm vào đĩ, methionyl-tARN tham gia xây dựng phức hệ mở đầu khơng bị formyl-hĩa. Các ribosome, như ta đã biết, cũng cĩ kích thước lớn hơn.
Hình 11.7. Qúa trình hình thành phức hệ mở đầu.
Tăng trưởng chuỗi polypeptide bao gồm 3 bước chính (hình 11.8):
Bước 1: Sau khi fMet-tARNf gắn với ribosome tại khu vực P, aminoacyl- tARN tiếp theo mà codon của nĩ nằm kế cận codon của fMet sẽ đi vào khu vực A của ribosome. Quá trình này cần GTP để cung cấp năng lượng và một loại protein cĩ tên là yếu tố T, bao gồm hai loại: Tu và Ts.
Bước 2: Nhờ peptidyltransferase, Liên kết peptide được hình thành giữa nhĩm - NH2 của aminoacid mới đi vào với nhĩm -COOH của aminoacid đứng trước. Dipeptide mới xuất hiện được gắn với tARN của aminoacid thứ hai tại khu vực A, cịn tARN của aminoacid thứ nhất (bây giờ được gọi là tARNp) vẫn nằm lại khu vực P. Năng lượng cần cho sự hình thành liên kết peptide được nhận từ liên kết ester cao năng của aminoacyl-tARN.
Bước 3: Peptidyl-tARN được chuyển từ khu vực A sang khu vực P nhờ translocase (yếu tố G) và GTP. Yếu tố G được đưa ra khỏi ribosome. Ribosome di chuyển một đoạn để cho codon tiếp theo tiếp nhận khu vực A, tạo điều kiện cho aminoacid thứ ba tham gia phản ứng polymer-hĩa...
Quá trình tăng trưởng chuỗi polypeptide sẽ kết thúc khi một trong các codon chấm câu (UAA, UAG, UGA) đi vào vị trí đối diện với khu vực A. Nhờ yếu tố giải phĩng R, peptidyl-tARN tách khỏi ribosom; tARN tách khỏi chuỗi polypeptide; ribosome 70S phân ly thành các phần dưới đơn vị 30S và 50S để sau đĩ lại tham gia xây dựng phức hệ mở đầu cho sinh tổng hợp chuỗi polypeptide khác.
Trong quá trình sinh tổng hợp protein nhiều ribosome cùng gắn trên một phân tử mARN, tạo thành phức hệ cĩ tên là polyribosome hay polysome. Trong phức hệ này mỗi ribosome tổng hợp một sợi polypeptide. Trong E. coli và các tế bào tiền nhân khác
qúa trình dịch mã cĩ thể bắt đầu ngay khi phân tử mARN cịn đang tăng trưởng trên khuơn ADN.
Hình 11.8. Các bước tăng trưởng chuỗi polypeptide.