SINH TỔNG HỢP PROTEIN
(PROTEIN TRANSLATION)
ThS. Nguyễn Kim Thạch
BM. Hóa Sinh – Sinh Học Phân Tử
Trường ĐH Y Khoa Phạm Ngọc Thạch
E-mail: nguyenkimthach@pnt.edu.vn
1
Từ Gene đến Protein
Nhân
Tế bào chất
Điều hòa thoái
hóa RNA
mRNA mất
hoạt tính
Điều hòa dịch mã
Điều hòa
sao mã
Chu trình
điều hòa RNA
Điều hòa
vận
chuyển
RNA
Điều hòa sau
dịch mã
MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ
Sự hoạt hóa tRNA của
giai đoạn dịch mã
Ribosome: 3 vị trí gắn và tunnel
RNA 16s
RNA 5S
RNA 23S
Protein
Sự dịch mã của mRNA
Giai đoạn khởi đầu
AAAAAA
AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN
3 vị trí của ribosome: A (vị trí gắn), P (vi trí Peptide) và E (vị trí đầu ra)
Phức hợp tRNA-Met đầu tiên đến gắn vào vùng P (tín hiệu của cho sự dịch mã),
tiểu đơn vị ribosome đến gắn vào vị trí mã hóa khởi đầu AUG (hoặc CUG). Đơn vị
lớn ribosome đến gắn tạo nên cấu trúc ribosome hoàn chỉnh, bước này diễn ra rất
nhanh.
Khi đó, quá trình dịch mã bắt đầu. Phức hợp tRNA-aa tiếp theo đến gắn nối tiếp ở
vùng A. Lúc này liên kết peptid chưa hình thành.
E P A
Sự dịch mã của mRNA
Giai đoạn kéo dài
AAAAAA
AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN
Nếu đơn vị mã hóa và đối mã bắt cặp đúng ở vùng A, cấu trúc ribosome mới
được hình thành. Nếu bắt cặp không đúng, phức hợp tRNA-aa khác đến gắn tuần
tự cho đến khi gắn đúng. Vùng mã đọc (PROOFREADING) từ vị trí A đến mã
kết thúc UAG.
E P A
Sự dịch mã của mRNA
AAAAAA
AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN
Sau khi tRNA và Ribosome gắn yên vị trên bộ 3 mã gốc, ngay lập tức amino
acid chuyển vị gắn với amino acid trên tRNA ờ vùng A và liên kết peptid được
hình thành (do peptidyltranferase xúc tác).
E P A
Sự dịch mã của mRNA
AAAAAA
AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN
Phân tử Ribosome dịch chuyển qua mã bộ 3 kế tiếp. Ở vùng E, tRNA ở trạng thái
đơn lẻ. Ở vùng P, tRNA mang 1 liên kết peptid (2 amino acids).
E P A
Sự dịch mã của mRNA
AAAAAA
AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN
Một tRNA-aa mới đến gắn vào vùng A , tRNA ở vùng E tách rời.
E P A
Sự dịch mã của mRNA
AAAAAA
AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN
Nếu bộ 3 đối mã trên tRNA gắn phù hợp với bộ 3 mã sao ở vùng A, ribosome
sẽ được dịch chuyển qua vùng A.
E P A
Sự dịch mã của mRNA
AAAAAA
AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN
2 aa trên tRNA ở vùng P chuyển vị qua tRNA ở vùng A, liên kết peptid được
hình thành.
E P A
Sự dịch mã của mRNA
AAAAAA
AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN
Khi có sự chuyển vị, ribosome dịch chuyển qua bộ 3 mã sao kế tiếp, đồng thời
tRNA-aa mới đến gắn vào vùng A.
E P A
Sự dịch mã của mRNA
Giai đoạn kết thúc
AAAAAA
AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN
Khi sự chuyển vị đến vùng A - bộ 3 kết thúc (STOP codon), không có một tRNA
nào có thể gắn vào vị trí này, chỉ có 1 protein gắn vào (có hình dạng 3D tương tự
tRNA). Chuỗi peptid được giải phóng.
E P A
Sự dịch mã của mRNA
AAAAAA
Sự tái sinh của quá trình giải mã
AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN
GIAI ĐOẠN KHỞI ĐẦU CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ
Ở PROKARYOTE
Giai đoạn khởi đầu của Prokaryote
1. 2 đơn vị của ribosome
phân tách (IF-1)
2. IF-3 gắn vào 30S
3. IF-1 và IF-2/GTP gắn vào
30S
4. 30S/IFs kết hợp với tRNA
khởi đầu tạo thành phức
hợp khởi đầu
5. 50S gắn vào phức hợp
khởi đầu và loại bỏ IF-1,
IF-3
6. Tách loại IF-2, thủy phân
GTP thành GDP và Pi
GIAI ĐOẠN KÉO DÀI CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ
Ở PROKARYOTE
Sự chọn lọc:
tRNA-aa
GTP
Các yếu tố kéo dài (eF-Tu)
Tạo thành liên kết peptid ở 23S
rRNA do các yếu tố xúc tác.
Sự chuyển vị giải phóng
EF-G
Tái sinh của EF-Tu bằng EF-Ts
aa
GTP
GDP
Tu
Tu
Ts
GDP
Tu
GTP
Ts Tu
GTP
Ts
GDP
Sự chuyển vị
Tu
Tu
Peptidyl-transférase
E P A E P A
E P A
EF-G
EF-G
E P A
Ribosome chuyển vị theo chiều xuôi (3 nucleotides)
E P A
GIAI ĐOẠN KẾT THÚC CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ
Ở PROKARYOTE
GIAI ĐOẠN KẾT THÚC CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ
Ở PROKARYOTE
Không có tRNA đến gắn tương ứng với bộ 3 kết thúc (UAG, UAA hoặc
UGA).
Sự phân tách chuỗi polypeptide ở giai đoạn kết thúc như thế nào? Sự tái sử
dụng ribosome như thế nào?
Các yếu tố tham gia ở giai đoạn kết thúc
2 yếu tố tham gia nhận biết phóng thích chuỗi:
- RF-1 nhận biết UAA hoặc UAG,
- RF-2 nhận biết UAA hoặc UGA.
2 yếu tố tham gia giai đoạn kết thúc:
- RF-3
- RF-4
RF1 và RF2 hiện diện với số lượng ít (600 molecules/cell, 1 dùng cho 50 ribosomes).
Ở đơn bào nhân sơ (halobacteria, arman…) yếu tố RF1 nhận biết cho cả 3 bộ 3 kết thúc
(UAA, UAG và UGA)
GIAI ĐOẠN KHỞI ĐẦU CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ
Ở EUKARYOTE
Hình thành phức hợp tiền khởi đầu ở eukaryotic
60S
6
60S
3 eIF-3 + eIF-1A
eIF-6
40S
1A
40S
40S
Met
Met
GTP
2
eIF-2-GTP
Met-RNAti
Met
2
GTP
31A
40S
Gắn mũ ở đầu kết
thúc 5’ của mRNA và
đọc lướt
(A)n
AUG GAU GAA CUU AAU UGA
eIF-4A + eIF-4B
Met
«đọc lướt»
2
GTP
31A
(A)n AUG GAU GAA CUU AAU UGA
4B
4A
ATP
ADP
Met
2
GTP
31A
(A)n AUG GAU GAA CUU AAU UGA
Đọc lướt đến AUG
Met
GTP
2
ATP
4A
4G
3
ACCAUG GAU GAA
1A
4E
P
A
« đọc lướt»
Met
Met
GTP
GTP
2
2
4G
4G
3
4B
4B 4A
1A
4E
4E
ATP
ACCAUG GAU GAA
ACCAUG CAU GAA
A1A
P
P
A
ADP
«đọc lướt»
Sự lắp ráp ribosome
Met
2
GTP
31A
(A)n AUG GAU GAA CUU AAU UGA
eIF-5
60S
GDP
1A
3 2
P A
6
6
Met
A
(A)n AUG GAU GAA CUU AAU UGA
Sự tương tác đầu 5’ và 3’ của mRNA
PABP: polyA Binding Protein, PABP cũng đồng thời tương tác với
eIF-4G
Hình thành cấu trúc vòng của mRNA
eIF4G tương tác trực tiếp với PABP và eIF3
GIAI ĐOẠN KHỞI ĐẦU
CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH
MÃ Ở EUKARYOTE
5 ’
eIF4G eIF4E
PABP
PABP
AAAAAAAAA
3 ’
aa
aa
aa
aa
aa
AUG CAU GAA CUU UUG GCG UGA
P
A
2 vai trò của đuôi poly (A):
- giúp mRNA bền
- hiệu suất của quá trình dịch mã.
Sự tái dùng các ribosome
Vai trò của elF4G làm nền cho sự hoạt hóa cho PABP, elF3 và elF4E
GIAI ĐOẠN KÉO DÀI CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ
Ở EUKARYOTE
Các yếu tố kéo dài ở eukaryote
eEF1A = EF-Tu
eEF1B* = EF-Ts
* yếu tố chứa 2, 3 hoặc 4 tiểu đơn vị
tùy thuộc loại sinh vật.
eEF2 = EF-G
Giai đoạn kéo dài của dịch mã ở eukaryote
GTP
Peptidyl-
transférase
eEF1A
GDP
GDP
eEF1B
GTP
translocation
eEF2
E P A E P A GTP
E P A
GDP
GTP
E P A
GIAI ĐOẠN KẾT THÚC CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ
Ở EUKARYOTE
Các yếu tố kết thúc ở eukaryote
Yếu tố eRF-1 hoạt hóa giải
phóng chuỗi polypeptide và
nhận biết 3 bộ 3 kết thúc.
eRF1 được hoạt hóa bởi eRF-3
Giai đoạn kết thúc của dịch mã ở eukaryote
Giai đoạn kết thúc của dịch mã ở eukaryote
Sự quan trọng của vùng trình tự gần bộ 3 kết thúc
Hiệu suất giai đoạn kết thúc
của dịch mã phụ thuộc vào
các yếu tố khác nhau:
- Bộ 3 mã kết thúc
- Vùng trình tự gần bô 3 mã
kết thúc
- Phức hợp tRNA–peptidyl
- 2 amino acid cuối cùng của
chuỗi polypeptide .
Các câu hỏi trắc nghiệm lượng giá
Câu 1: Trong dịch mã, liên kết peptide được
hình thành nhờ:
A. Ribonuclease H
B. Ligase
C. Polymerase III
D. Cacboxylase
E. Peptidyltranferase
Câu 2: Quá trình dịch mã trên mRNA của tế
bào
A. Diễn ra liên tục từ codon khởi đầu theo chiều 5’ đến 3’
B. Diễn ra liên tục từ codon khởi đầu theo chiều 3’ đến 5’
C. Diễn ra ở vùng mã đọc (proofreading)
D. A và C đúng
E. B và C đúng
Câu 3: Chuỗi peptid đang hình thành gắn vào ở
A. Vùng A
B. Vùng P
C. Vùng E
D. Vùng P, E
E. Các câu trên đều sai
Câu 4: Giai đoạn khởi đầu của quá trình dịch
mã ở prokaryote có các yếu tố tham gia
A. IF1, IF2 và IF3
B. IF1, IF2/GTP và IF3
C. IF1, GTP và IF3
D. EF-Tu, EF-G
E. EF-G/GTP
Câu 5: Giai đoạn kéo dài của quá trình dịch mã
ở eukaryote có các yếu tố tham gia
A. eEIF1A, eEIF1B và eEIF2
B. IF1, IF2/GTP và IF3
C. IF1, GTP và IF3
D. EF-Tu, EF-Ts và EF-G
E. EF-G/GTP
