Công nghệ gene đến Protein part 4

Chia sẻ: Ashdkajd Daksdjk | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

64
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cấu trúc của ribosome phản ánh chức năng của nó là mang mARN cùng với tARN đã nạp axit amin. Ngoài vị trí đính kết mARN, mỗi ribosome đều có ba vị trí liên kết tARN (xem Hình 17.16). Vị trí P (vị trí petidyl-tARN) giữ tARN đang mang chuỗi polypeptit đang đ−ợc kéo dài, trong khi vị trí A (vị trí aminoacyl-tARN) giữa tARN mang axit amin tiếp theo được bổ sung vào chuỗi polypeptit. tARN tự do (không liên kết với axit amin) được giải phóng khỏi ribosome tại vị trí E (Exit). Ribosome giữ mARN và tARN...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Công nghệ gene đến Protein part 4

CÊu tróc cña ribosome ph¶n ¸nh chøc n¨ng cña nã lµ mang ®−îc cung cÊp tõ sù thñy ph©n GTP (guanosine triphosphate) lµ mét dÉn xuÊt cña ATP (chø kh«ng ph¶i tõ ATP). mARN cïng víi tARN ®· n¹p axit amin. Ngoµi vÞ trÝ ®Ýnh kÕt mARN, mçi ribosome ®Òu cã ba vÞ trÝ liªn kÕt tARN (xem L¾p r¸p ribosome vµ khëi ®Çu dÞch m· H×nh 17.16). VÞ trÝ P (vÞ trÝ petidyl-tARN) gi÷ tARN ®ang Giai ®o¹n khëi ®Çu dÞch m· liªn quan ®Õn viÖc huy ®éng c¸c mang chuçi polypeptit ®ang ®−îc kÐo dµi, trong khi vÞ trÝ A (vÞ thµnh phÇn cña phøc hÖ dÞch m·, gåm: b¶n hiªn m· mARN, trÝ aminoacyl-tARN) gi÷a tARN mang axit amin tiÕp theo ®−îc mét ph©n tö tARN vËn chuyÓn axit amin ®Çu tiªn cña chuçi bæ sung vµo chuçi polypeptit. tARN tù do (kh«ng liªn kÕt víi polypeptit, vµ hai tiÓu phÇn cña ribosome (H×nh 17.17). §Çu axit amin) ®−îc gi¶i phãng khái ribosome t¹i vÞ trÝ E (Exit). tiªn, tiÓu phÇn nhá cña ribosome sÏ ®Ýnh kÕt vµo mARN vµ mét Ribosome gi÷ mARN vµ tARN ë nh÷ng vÞ trÝ ¸p s¸t vµo nhau, tARN khëi ®Çu dÞch m· ®Æc biÖt lu«n mang axit amin ®Çu tiªn ®ång thêi ®−a c¸c axit amin míi tíi s¸t c¹nh ®Çu C (®Çu lµ methionine. ë vi khuÈn, tiÓu phÇn nhá cña ribosome cã thÓ cacboxyl) cña chuçi polypeptit ®ang kÐo dµi. Sau ®ã, nã xóc t¸c l¾p r¸p víi hai thµnh phÇn trªn ®©y theo trËt tù bÊt kú; nã liªn sù h×nh thµnh liªn kÕt peptit. Khi chuçi polypeptit ®· ®ñ dµi, nã kÕt ®−îc víi mARN qua mét tr×nh tù ARN ®Æc thï n»m ng−îc chui qua mét kªnh tho¸t (kªnh ®i ra) thuéc tiÓu phÇn lín cña dßng bé ba b¾t ®Çu dÞch m· (AUG). ë sinh vËt nh©n thËt, tiÓu ribosome. Khi chuçi polypeptit ®· ®−îc tæng hîp xong, nã ®−îc phÇn nhá ribosome ®Çu tiªn liªn kÕt víi tARN khëi ®Çu dÞch gi¶i phãng vµo phÇn bµo tan ë tÕ bµo chÊt qua kªnh tho¸t. m·; sau ®ã, phøc hÖ nµy míi liªn kÕt vµo mò ®Çu 5’ cña ph©n tö NhiÒu nghiªn cøu gÇn ®©y ñng hé cho gi¶ thiÕt lµ chÝnh mARN. B¾t ®Çu tõ ®©y, phøc hÖ gåm tiÓu phÇn nhá ribosome vµ tARN khëi ®Çu dÞch m· tr−ît däc (xu«i dßng) ph©n tö rARN, chø kh«ng ph¶i protein, gi÷ vai trß träng yÕu trong cÊu mARN cho ®Õn khi nã gÆp bé ba m· b¾t ®Çu dÞch m·; ë vÞ trÝ tróc vµ chøc n¨ng cña ribosome. C¸c protein, chiÕm phÇn lín nµy, tARN khëi ®Çu dÞch m· sÏ h×nh thµnh liªn kÕt hydro víi phÇn bao ngoµi ribosome, gióp thay ®æi cÊu h×nh kh«ng gian mARN. ë c¶ vi khuÈn vµ sinh vËt nh©n thËt, bé ba m· b¾t ®Çu cña c¸c ph©n tö rARN khi nh÷ng ph©n tö nµy thùc hiÖn vai trß dÞch m· ®Òu lµ tÝn hiÖu b¾t ®Çu dÞch m·; nã rÊt quan träng v× cã xóc t¸c trong qu¸ tr×nh dÞch m·. C¸c ARN ribosome lµ thµnh vai trß x¸c ®Þnh khung ®äc cho mét ph©n tö mARN. phÇn chÝnh t¹o nªn giao diÖn tiÕp xóc gi÷a hai tiÓu phÇn Sau khi phøc hÖ gåm mARN, tARN khëi ®Çu dÞch m· vµ ribosome t¹i c¸c vÞ trÝ A vµ P, ®ång thêi nã còng lµ trung t©m tiÓu ph©n nhá ribosome ®· h×nh thµnh, tiÓu phÇn lín ribosome xóc t¸c h×nh thµnh liªn kÕt peptit. V× vËy, ribosome cã thÓ ®−îc sÏ liªn kÕt vµo ®Ó t¹o nªn phøc hÖ khëi ®Çu dÞch m . C¸c coi nh− mét ribozyme "khæng lå"! protein cã tªn lµ c¸c yÕu tè khëi ®Çu dÞch m gióp ®−a c¸c Sù h×nh th nh mét chuçi polypeptit thµnh phÇn cña phøc hÖ trªn ®©y tæ hîp víi nhau. §Ó h×nh thµnh ®−îc phøc hÖ khëi ®Çu dÞch m·, tÕ bµo dïng n¨ng l−îng Chóng ta cã thÓ chia qu¸ tr×nh dÞch m·, tøc lµ sù tæng hîp mét ë d¹ng ph©n tö GTP. Khi qu¸ tr×nh khëi ®Çu dÞch m· kÕt thóc, chuçi polypeptit, thµnh ba giai ®o¹n (gièng nh− c¸c giai ®o¹n tARN khëi ®Çu dÞch m· ®ang ë vÞ trÝ P cña ribosome, trong khi cña phiªn m·), ®ã lµ: khëi ®Çu dÞch m·, kÐo dµi chuçi vµ kÕt vÞ trÝ A cßn trèng vµ s½n sµng tiÕp nhËn mét aminoacyl-tARN thóc dÞch m·. C¶ ba giai ®o¹n ®Òu cÇn sù cã mÆt cña mét sè tiÕp theo. CÇn l−u ý r»ng, qu¸ tr×nh tæng hîp mét chuçi “yÕu tè” protein ®Æc thï gióp cho sù dÞch m· cã thÓ diÔn ra. ë polypeptit lu«n diÔn ra theo mét chiÒu, b¾t ®Çu tõ axit amin mét sè b−íc cña giai ®o¹n khëi ®Çu dÞch m· vµ kÐo dµi chuçi, methionine t¹i ®Çu amino (cßn gäi lµ ®Çu N) cho tíi axit amin n¨ng l−îng cÇn ®−îc cung cÊp. Tuy vËy, nguån n¨ng l−îng nµy cuèi cïng ë ®Çu cacboxyl (cßn gäi lµ ®Çu C; xem H×nh 5.18). H×nh 17.17 Sù khëi ®Çu dÞch m·. TiÓu phÇn lín VÞ trÝ P tARN khëi ®Çu dÞch m· mARN Codon b¾t ®Çu TiÓu phÇn nhá VÞ trÝ liªn kÕt mARN Khi tiÓu phÇn lín cña ribosome liªn kÕt TiÓu phÇn nhá ribosome liªn kÕt vµo ph©n tö vµo, phøc hÖ khëi ®Çu dÞch m· h×nh thµnh. mARN. ë tÕ bµo vi khuÈn, tiÓu phÇn nµy nhËn C¸c protein gäi lµ c¸c yÕu tè khëi ®Çu dich ra mét tr×nh tù nucleotit ®Æc thï trªn mARN m· (kh«ng vÏ ë ®©y) gióp tæ hîp c¸c thµnh n»m ng−îc dßng bé ba m· b¾t ®Çu dÞch m· phÇn cña phøc hÖ khëi ®Çu dÞch m·. GTP (codon b¾t ®Çu). Mét tARN khëi ®Çu dÞch m· cung cÊp n¨ng l−îng cho sù tæ hîp nµy. mang bé ba ®èi m· UAC kÕt cÆp baz¬ bæ tARN khëi ®Çu dÞch m· ë vÞ trÝ P; cßn vÞ trÝ A sung víi bé ba m· b¾t ®Çu dÞch m· AUG. s½n sµng cho viÖc tiÕp nhËn tARN mang tARN nµy lu«n mang axit amin methionine. axit amin tiÕp theo. khèi kiÕn thøc 3 340 Di truyÒn häc
§Çu amino cña chuçi polypeptit ADN NhËn biÕt codon. Bé ba ®èi m· Phiªn m· (anticodon) trªn ph©n tö aminoacyl-tARN mARN kÕt cÆp baz¬ bæ sung víi bé ba m· hãa Ribosome DÞch m· (codon) trªn ph©n tö mARN t¹i vÞ trÝ A. Polypeptit Sù thñy ph©n GTP lµm t¨ng hiÖu qu¶ vµ tÝnh chÝnh x¸c cña b−íc nµy. mARN Ribosome s½n sµng cho aminoacyl-tARN tiÕp theo H×nh th nh liªn kÕt peptit. Mét ph©n tö rARN thuéc tiÓu ChuyÓn vÞ. Ribosome phÇn lín cña ribosome xóc t¸c chuyÓn vÞ trªn mARN mét cho sù h×nh thµnh liªn kÕt bé ba m· hãa, dÉn ®Õn sù peptit gi÷a axit amin míi ë vÞ trÝ dÞch chuyÓn tARN tõ vÞ trÝ A A víi ®Çu cacboxyl cña chuçi sang vÞ trÝ P. §ång thêi polypeptit ®ang kÐo dµi ë vÞ trÝ tARN tù do ë vÞ trÝ P P. B−íc nµy ®ång thêi chuyÓn chuyÓn sang vÞ trÝ E, råi chuçi polypeptit tõ tARN ë vÞ trÝ ®−îc gi¶i phãng ra ngoµi. P vµ g¾n nã vµo axit amin trªn Sù chuyÓn vÞ cña mARN tARN ®ang ë vÞ trÝ A. ®−a codon tiÕp theo vµo vÞ trÝ dÞch m· t¹i vÞ trÝ A. H×nh 17.18 Chu kú kÐo dµi chuçi trong dÞch m·. Sù thñy ph©n GTP gi÷ vai trß quan träng trong giai ®o¹n kÐo dµi chuçi. ë ®©y kh«ng vÏ c¸c protein tham gia vµo giai ®o¹n nµy ®−îc gäi lµ c¸c yÕu tè kÐo dµi chuçi. KÐo dµi chuçi polypeptit Sù kÕt thóc dÞch m· §©y lµ giai ®o¹n cuèi cïng cña qu¸ tr×nh dÞch m· (H×nh 17.19 ë Trong giai ®o¹n kÐo dµi chuçi cña qu¸ tr×nh dÞch m·, c¸c axit amin ®−îc lÇn l−ît bæ sung vµo chuçi polypeptit ®ang kÐo dµi. trang sau). C¸c b−íc kÐo dµi chuçi polypeptit tiÕp tôc diÔn ra Mçi b−íc bæ sung axit amin liªn quan ®Õn mét sè protein ®−îc cho ®Õn khi mét bé ba m· kÕt thóc tiÕp cËn vÞ trÝ A cña gäi lµ c¸c yÕu tè kÐo dµi chuçi vµ diÔn ra thµnh chu kú gåm 3 ribosome. C¸c bé ba UAG, UGA vµ UAA kh«ng m· hãa cho b−íc (H×nh 17.18). Sù tiªu thô n¨ng l−îng x¶y ra ë c¸c b−íc bÊt cø mét axit amin nµo; mµ thay vµo ®ã, chóng lµ c¸c tÝn hiÖu thø nhÊt vµ thø ba. ViÖc nhËn ra mét bé ba m· hãa cÇn thñy kÕt thóc dÞch m·. Mét protein gäi lµ yÕu tè gi¶i phãng chuçi sÏ ph©n mét ph©n tö GTP; ®iÒu nµy gãp phÇn vµo viÖc lµm t¨ng liªn kÕt trùc tiÕp vµo c¸c bé ba m· kÕt thóc (c¸c codon kÕt hiÖu qu¶ vµ møc ®é chÝnh x¸c cña b−íc nµy. Mét ph©n tö GTP thóc). YÕu tè gi¶i phãng chuçi nµy sÏ bæ sung mét ph©n tö kh¸c sÏ ®−îc thñy ph©n ®Ó cung cÊp n¨ng l−îng cho b−íc n−íc vµo chuçi polypeptit ®ang kÐo dµi (thay cho axit amin nh− chuyÓn vÞ ribosome tíi codon tiÕp theo trªn ph©n tö mARN. b×nh th−êng ë c¸c bé ba m· hãa). Ph¶n øng nµy lµm ®øt g·y Ph©n tö mARN tr−ît qua ribosome theo mét chiÒu nhÊt (thñy ph©n) liªn kÕt gi÷a m¹ch polypeptit (lóc nµy ®· hoµn ®Þnh, b¾t ®Çu tõ ®Çu 5’; nãi c¸ch kh¸c, ribosome tr−ît trªn ph©n chØnh) víi tARN (lóc nµy ®ang ë vÞ trÝ P), lµm gi¶i phãng chuçi polypeptit qua kªnh tho¸t trªn tiÓu phÇn lín cña ribosome (xem tö mARN theo chiÒu 5’ → 3’. §iÓm quan träng lµ ribosome vµ H×nh 17.16a). C¸c thµnh phÇn cña bé m¸y dÞch m· sau ®ã sÏ mARN dÞch chuyÓn t−¬ng ®èi so víi nhau theo mét chiÒu duy t¸ch khái nhau qua mét qu¸ tr×nh gåm nhiÒu b−íc d−íi sù hç nhÊt, mçi lÇn mét codon. ë vi khuÈn, mçi chu kú kÐo dµi chuçi trî cña mét sè yÕu tè protein kh¸c n÷a. Mçi lÇn ph©n t¸ch c¸c (l¾p r¸p mét axit amin) diÔn ra trong kho¶ng thêi gian Ýt h¬n thµnh phÇn cña bé m¸y dÞch m· ë b−íc nµy cÇn tiªu thô thªm mét phÇn m−êi (0,1) gi©y vµ lÆp l¹i b¾t ®Çu tõ axit amin ®Çu n¨ng l−îng tõ hai ph©n tö GTP. tiªn cho ®Õn axit amin cuèi cïng cña chuçi polypeptit. Ch−¬ng 17 341 Tõ gen ®Õn protein
Chuçi polypeptit tù do YÕu tè gi¶i phãng chuçi Codon kÕt thóc dÞch m· (UAG, UAA hoÆc UGA) YÕu tè gi¶i phãng chuçi thóc ®Èy sù thñy Khi ribosome tiÕp cËn mét bé ba (codon) kÕt Hai tiÓu phÇn cña ribosome vµ ph©n liªn kÕt gi÷a tARN t¹i vÞ trÝ P vµ axit thóc dÞch m· trªn mARN, vÞ trÝ A cña c¸c thµnh phÇn kh¸c cña bé m¸y amin cuèi cïng trªn chuçi polypeptit, dÉn ®Õn ribosome sÏ tiÕp nhËn yÕu tè gi¶i phãng dÞch m· t¸ch rêi khái nhau. viÖc gi¶i phãng chuçi polypeptit khái ribosome. chuçi; protein nµy cã h×nh d¹ng gièng tARN. H×nh 17.19 Sù kÕt thóc dÞch m·. Gièng víi giai ®o¹n kÐo dµi chuçi, giai ®o¹n kÕt thóc dÞch m· còng cÇn sù thñy ph©n GTP vµ c¸c yÕu tè protein bæ sung (mét sè protein kh«ng ®−îc vÏ trªn h×nh). Polyribosome Chuçi polypeptit C¸c chuçi polypeptit hoµn chØnh Mét ribosome cã thÓ tæng hîp mét chuçi polypeptit kÝch th−íc ®ang kÐo dµi trung b×nh trong vßng d−íi mét phót. Tuy vËy, th−êng th× sù dÞch m· mét phÇn tö mARN ®−îc tiÕn hµnh ®ång thêi bëi C¸c tiÓu nhiÒu ribosome kh¸c nhau; nghÜa lµ, mét ph©n tö mARN cã thÓ phÇn ribosome ®−îc dïng lµm khu«n ®Ó cïng lóc t¹o nªn nhiÒu b¶n sao cña ®i vµo mét chuçi polypeptit. Mét khi ribosome ®· v−ît qua codon b¾t ®Çu, th× mét ribosome thø hai cã thÓ ®Ýnh kÕt ®−îc vµo mARN; Polyribosome kÕt qu¶ lµ mét lo¹t ribosome nèi tiÕp nhau tr−ît däc trªn ph©n §Çu 5' cña tö mARN. Mét chuçi gåm nhiÒu ribosome nh− vËy ®−îc gäi lµ §Çu 3' cña ph©n tö mARN ph©n tö mARN polyribosome (hay polysome); nã cã thÓ ®−îc quan s¸t thÊy b»ng kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö (H×nh 17.20). CÊu tróc polyribosome (a) Mçi ph©n tö mARN th−êng ®−îc dÞch m· ®ång thêi bëi mét cã c¶ ë c¸c tÕ bµo vi khuÈn vµ tÕ bµo sinh vËt nh©n thËt. Chóng sè ribosome tËp hîp thµnh côm ®−îc gäi lµ polyribosome. gióp cho tÕ bµo trong mét thêi gian rÊt ng¾n cã thÓ tæng hîp ®−îc nhiÒu b¶n sao cña mét chuçi polypeptit nhÊt ®Þnh. Sù ho n thiÖn v vËn chuyÓn protein Qu¸ tr×nh dÞch m· ®¬n thuÇn th−êng lµ ch−a ®ñ ®Ó cã thÓ t¹o Ribosome nªn mét ph©n tö protein ë d¹ng ho¹t ®éng chøc n¨ng. Trong phÇn nµy, chóng ta sÏ ®Ò cËp ®Õn nh÷ng biÕn ®æi cña protein mARN sau dÞch m· vµ mét sè c¬ chÕ vËn chuyÓn protein tíi ®Ých trong tÕ bµo, ë n¬i mµ chóng biÓu hiÖn chøc n¨ng. Sù biÕn ®æi vµ gËp xo¾n cña protein sau dÞch m· (b) ¶nh kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö truyÒn qua (TEM) Ngay trong qu¸ tr×nh tæng hîp, chuçi polypeptit b¾t ®Çu cuén xo¾n vµ gËp mét c¸ch tù ph¸t do kÕt qu¶ t−¬ng t¸c gi÷a c¸c nµy cho thÊy mét polyribosome kÝch th−íc lín ë mét tÕ bµo vi khuÈn. ®o¹n tr×nh tù axit amin (cÊu tróc bËc 1) ë c¸c phÇn kh¸c nhau cña chuçi, tõ ®ã h×nh thµnh nªn mét ph©n tö protein cã h×nh H×nh 17.16 CÊu tróc vµ ho¹t ®éng cña ribosome. d¹ng ®Æc thï: nghÜa lµ, mét ph©n tö cã cÊu h×nh kh«ng gian ba chiÒu bËc 2 vµ bËc 3 (xem H×nh 5.21). Nh− vËy, gen x¸c ®Þnh cÊu tróc bËc 1; cßn cÊu tróc bËc 1 qui ®Þnh h×nh d¹ng cña ph©n sau dÞch m . Trong qu¸ tr×nh nµy, nh÷ng axit amin nhÊt ®Þnh tö. Trong nhiÒu tr−êng hîp, mét nhãm c¸c protein gäi lµ ®−îc biÕn ®æi vÒ mÆt hãa häc, ch¼ng h¹n th«ng qua viÖc chóng chaperone (hoÆc chaperonin) gióp gËp xo¾n ph©n tö protein ®−îc g¾n thªm c¸c gèc ®−êng, lipit, c¸c nhãm phosphate, hoÆc theo ®óng c¸ch mµ tÕ bµo cÇn (xem H×nh 5.24). mét sè gèc hãa häc kh¸c n÷a. HoÆc, c¸c enzym ®Æc hiÖu sÏ lo¹i Tuy vËy, ®èi víi nhiÒu protein, chóng chØ ®¹t ®−îc tr¹ng bá bít mét hoÆc mét sè axit amin tõ ®o¹n dÉn ®Çu (®Çu amino) th¸i ho¹t ®éng chøc n¨ng ®óng cña chóng sau khi ®· tr¶i qua cña chuçi polypeptit. Trong mét sè tr−êng hîp, mét chuçi mét sè b−íc biÕn ®æi bæ sung ®−îc gäi lµ c¸c biÕn ®æi protein polypeptit cã thÓ ®−îc mét enzym c¾t thµnh hai hay nhiÒu ph©n khèi kiÕn thøc 3 342 Di truyÒn häc
®o¹n ng¾n. Ch¼ng h¹n nh− insulin lóc ban ®Çu míi ®−îc tæng §iÒu g× quyÕt ®Þnh viÖc mét ribosome sÏ tån t¹i ë tr¹ng th¸i hîp lµ mét chuçi polypeptit duy nhÊt; nh−ng ®Ó trë thµnh d¹ng tù do trong phÇn bµo tan hay liªn kÕt víi m¹ng l−íi néi chÊt th« ho¹t ®éng chøc n¨ng, chuçi polypeptit nµy ®−îc c¾t bá mét vµo mét thêi ®iÓm nhÊt ®Þnh? ViÖc tæng hîp mét chuçi ®o¹n ë gi÷a; hai ph©n ®o¹n cßn l¹i sau ®ã ®−îc g¾n víi nhau polypeptit lu«n b¾t ®Çu trong phÇn bµo tan, khi mét ribosome tù bëi c¸c cÇu disufit (-S-S-) ®Ó t¹o nªn mét ph©n tö protein gåm do b¾t ®Çu dÞch m· mét ph©n tö mARN. ë ®ã, qu¸ tr×nh dÞch hai tiÓu phÇn. Trong c¸c tr−êng hîp kh¸c, hai hay nhiÒu chuçi m· cø tiÕp diÔn cho ®Õn khi kÕt thóc - trõ khi chuçi polypeptit polypeptit ®−îc tæng hîp riªng rÏ (do c¸c gen kh¸c nhau m· ®ang kÐo dµi tù ®éng “nh¾c nhë” ribosome h·y ®Ýnh kÕt vµo hãa) tæ hîp víi nhau; chóng trë thµnh c¸c tiÓu ®¬n vÞ cña cïng ER. C¸c chuçi polypeptit thuéc c¸c protein mµ sau nµy lµ thµnh mét ph©n tö protein cã cÊu tróc bËc bèn ®Æc thï. Mét vÝ dô phÇn cÊu t¹o nªn c¸c hÖ thèng néi mµng hoÆc ®−îc xuÊt bµo cã quen thuéc nh− vËy lµ hemoglobin (xem H×nh 5.21). c¸c peptit tÝn hiÖu; chÝnh tÝn hiÖu nµy gióp ®−a protein tíi ER (H×nh 17.21). Peptit tÝn hiÖu th−êng lµ mét ®o¹n tr×nh tù gåm §−a protein tíi ®Ých kho¶ng 20 axit amin ë s¸t hoÆc gÇn ®Çu amino (®Çu ra tr−íc) cña chuçi polypeptit. TÝn hiÖu nµy ®−îc nhËn biÕt bëi mét phøc C¸c h×nh ¶nh tõ kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö chôp c¸c tÕ bµo sinh vËt hÖ gåm cã ARN vµ protein cã tªn lµ h¹t nhËn biÕt tÝn hiÖu nh©n thËt ®ang tæng hîp m¹nh protein cho thÊy cã hai lo¹i quÇn (signal-recognition particle, hay SRP). C¸c h¹t nµy cã chøc thÓ ribosome (vµ polyribosome) kh¸c nhau: mét lo¹i lµ d¹ng tù do cßn lo¹i kia lµ d¹ng liªn kÕt (xem H×nh 6.11). C¸c ribosome n¨ng nh− nh÷ng thÓ tiÕp hîp (adapter) gióp mang c¸c ribosome tù do ph©n t¸n kh¾p phÇn bµo tan ë tÕ bµo chÊt vµ chñ yÕu tæng tíi mét lo¹i protein thô thÓ ®Æc hiÖu trªn mµng ER. Thô thÓ nµy hîp c¸c protein mµ sau nµy ®−îc l−u l¹i vµ ho¹t ®éng trong lµ mét phÇn cña phøc hÖ chuyÓn vÞ gåm nhiÒu protein. Sù tæng phÇn bµo tan. Ng−îc l¹i, c¸c ribosome ë d¹ng liªn kÕt th−êng hîp chuçi polypeptit sÏ tiÕp tôc diÔn ra ë ®ã, ®ång thêi chuçi ®Ýnh kÕt trªn líp mÆt h−íng vÒ phÇn bµo tan cña m¹ng l−íi néi polypeptit ®ang kÐo dµi sÏ tr−ên vµ l¸ch qua c¸c lç protein trªn chÊt (ER) hoÆc mµng nh©n. C¸c ribosome ë d¹ng liªn kÕt tæng mµng ®Ó ®i vµo khoang ER. Peptit tÝn hiÖu th−êng ®−îc c¾t bá hîp c¸c protein lµ thµnh phÇn cña c¸c hÖ thèng néi mµng (vÝ dô sau ®ã bëi mét enzym. Trong tr−êng hîp protein ®−îc xuÊt bµo, nh− mµng nh©n, ER, bé m¸y Golgi, lyz«som, kh«ng bµo vµ phÇn cßn l¹i cña chuçi polypeptit hoµn chØnh sÏ ®−îc phãng mµng nguyªn sinh cña tÕ bµo), ngoµi ra lµ c¸c protein xuÊt bµo thÝch vµo phÇn dÞch cã trong khoang ER. Cßn nÕu ng−îc l¹i, (vÝ dô nh− insulin). Tuy vËy, c¸c ribosome cã thÓ chuyÓn tr¹ng khi protein lµ thµnh phÇn cña hÖ thèng néi mµng, nã sÏ ®−îc th¸i tõ d¹ng tù do sang d¹ng liªn kÕt. duy tr× vµ “nhóng” mét phÇn vµo mµng ER. Mét SRP g¾n Sù tæng hîp SRP rêi khái chuçi PhÇn cßn l¹i cña SRP liªn kÕt vµo protein Mét enzym vµo peptit tÝn hiÖu, chuçi polypeptit polypeptit; sù dÞch m· chuçi polypeptit hoµn thô thÓ trªn mµng ER. Thô c¾t ®o¹n peptit lµm dõng ®«i chót b¾t ®Çu tõ mét ®−îc kh«i phôc vµ diÔn ra tÝn hiÖu khái chØnh rêi khái ribosome thÓ nµy lµ mét phÇn cña qu¸ tr×nh tæng hîp ribosome tù do ®ång thêi víi viÖc chuçi chuçi polypeptit vµ gËp xo¾n thµnh phøc hÖ chuyÓn vÞ. Phøc hÖ trong bµo tan polypeptit tr−ên xuyªn d¹ng cÊu h×nh ho¹t nµy cßn cã protein lç mµng qua mµng. (Peptit tÝn hiÖu ®éng chøc n¨ng vµ enzym c¾t peptit tÝn hiÖu ®−îc gi÷ l¹i t¹i phøc hÖ (kh«ng vÏ riªng ë ®©y) chuyÓn vÞ) Ribosome mARN Peptit tÝn hiÖu Mµng ER Peptit tÝn H¹t nhËn hiÖu ®−îc biÕt tÝn hiÖu c¾t bá Protein (SRP) Protein PhÇn thô thÓ bµo tan cña SRP Phøc hÖ Xoang ER chuyÓn vÞ H×nh 17.21 C¬ chÕ tÝn hiÖu ®−a tr×nh tù axit amin ®Æc thï víi ER. H×nh Protein nµy tiÕp tôc ®−îc biÕn ®æi vµ protein vµo m¹ng l−íi néi chÊt (ER). trªn minh häa qu¸ tr×nh dÞch m· mét hoµn thiÖn. Cuèi cïng c¸c nang vËn protein ®−îc xuÊt bµo diÔn ra ®ång thêi chuyÓn sÏ vËn chuyÓn nã ®Õn mµng Mét chuçi polypeptit cuèi cïng ®−îc xuÊt bµo víi viÖc nã ®−îc nhËp vµo xoang ER. nguyªn sinh vµ tiÕn hµnh xuÊt bµo hoÆc ®−a ®Õn hÖ thèng néi mµng th−êng b¾t Trong ER vµ sau ®ã lµ trong Golgi, (xem H×nh 7.10) ®Çu tõ mét ®o¹n peptit tÝn hiÖu, ®ã lµ mét ®o¹n Ch−¬ng 17 343 Tõ gen ®Õn protein
C¸c ®o¹n peptit tÝn hiÖu kh¸c ®−îc dïng ®Ó vËn chuyÓn c¸c lo¹n hoÆc c¸c bÖnh di truyÒn. VÝ dô nh−, chóng ta sÏ thÊy c¬ së chuçi polypeptit tíi ti thÓ, l¹p thÓ, qua mµng nh©n vµo trong di truyÒn häc cña bÖnh thiÕu m¸u hång cÇu h×nh liÒm lµ do mét nh©n tÕ bµo hoÆc tíi c¸c bµo quan kh¸c kh«ng ph¶i lµ thµnh ®ét biÕn ë mét cÆp baz¬ duy nhÊt trªn gen m· hãa chuçi β- phÇn cña hÖ thèng néi mµng. §iÓm kh¸c biÖt quan träng nhÊt ë globin cña hemoglobin. Sù thay ®æi cña mét nucleotit ®¬n lÎ nh÷ng tr−êng hîp nµy lµ qu¸ tr×nh dÞch m· diÔn ra hoµn toµn trªn m¹ch khu«n ADN dÉn ®Õn sù h×nh thµnh mét protein bÊt trong phÇn bµo tan tr−íc khi c¸c chuçi polypeptit ®−îc nhËp th−êng (H×nh 17.22; xem thªm H×nh 5.22). ë nh÷ng ng−êi khÈu vµo c¸c bµo quan t−¬ng øng cña chóng. C¬ chÕ vËn ®ång hîp tö vÒ alen ®ét biÕn, viÖc c¸c tÕ bµo hång cÇu trë nªn chuyÓn c¸c protein ®Õn ®Ých rÊt ®a d¹ng, nh−ng trong mäi cã h×nh liÒm do sù biÕn ®æi cña hemoglobin dÉn ®Õn nhiÒu triÖu tr−êng hîp ®· ®−îc nghiªn cøu ®Õn nay, “m· ®Þa chØ” h−íng chøng bÖnh lý kh¸c nhau (xem Ch−¬ng 14). Mét vÝ dô kh¸c lµ dÉn vÞ trÝ ®Þnh vÞ trong tÕ bµo cña c¸c protein còng nh− n¬i mét d¹ng bÖnh tim dÉn ®Õn ®ét tö trong tËp luyÖn thÓ thao ë chóng ®−îc xuÊt bµo ®Òu lµ c¸c tr×nh tù peptit tÝn hiÖu ®Æc thï. mét sè vËn ®éng viªn trÎ, ®−îc gäi lµ bÖnh c¬ tim theo dßng hä. Vi khuÈn còng sö dông c¸c peptit tÝn hiÖu ®Ó x¸c ®Þnh c¸c Nguyªn nh©n g©y bÖnh nµy ®−îc x¸c ®Þnh lµ do ®ét biÕn ®iÓm protein xuÊt bµo. x¶y ra ë mét sè gen cã liªn quan; trong ®ã, mçi ®ét biÕn ®Òu cã nguy c¬ g©y bÖnh. KiÓm tra kh¸i niÖm 17.5 C¸c lo¹i ®ét biÕn ®iÓm 1. Hai qu¸ tr×nh nµo ®¶m b¶o cho viÖc bæ sung ®óng mét axit amin vµo chuçi polypeptit ®ang kÐo dµi? C¸c ®ét biÕn ®iÓm x¶y ra trong c¸c gen cã thÓ chia thµnh hai 2. Nªu tÝnh −u viÖt cña sù h×nh thµnh cÊu tróc polyribosome nhãm lín: i) sù thay thÕ cÆp baz¬ vµ ii) sù mÊt hoÆc thªm cÆp trong qu¸ tr×nh dÞch m· ®èi víi tÕ bµo. baz¬. H·y xem nh÷ng ®ét biÕn nµy cã thÓ g©y ¶nh h−ëng ®Õn protein nh− thÕ nµo. 3. M« t¶ b»ng c¸ch nµo mét chuçi polypeptit xuÊt bµo cã thÓ ®−îc vËn chuyÓn tíi hÖ thèng néi mµng. C¸c ®ét biÕn thay thÕ ®iÒu g× nÕu 4. Th¶o luËn b»ng c¸ch nµo mµ c¸c C¸c ®ét biÕn thay thÕ cÆp baz¬ lµ nh÷ng ®ét biÕn mµ ë ®ã ®Æc ®iÓm cÊu tróc cña rARN cã thÓ tham gia thùc mét cÆp nucleotit nµy ®−îc thay thÕ b»ng mét cÆp nucleotit hiÖn chøc n¨ng cña ribosome. kh¸c (H×nh 17.23a). Mét sè d¹ng thay thÕ ®−îc gäi lµ c¸c ®ét biÕn c©m, bëi v× do tÝnh tho¸i hãa cña m· di truyÒn, chóng Xem gîi ý tr¶ lêi ë Phô lôc A. kh«ng g©y ¶nh h−ëng ®Õn kiÓu h×nh vµ biÓu hiÖn chøc n¨ng cña protein do gen (mµ ë ®ã ®ét biÕn x¶y ra) m· hãa. Nãi c¸ch 17.5 kh¸c, sù thay ®æi mét cÆp baz¬ cã thÓ chuyÓn mét bé ba m· Kh¸i niÖm hãa nµy thµnh mét bé ba m· hãa kh¸c, nh−ng c¶ hai bé ba ®Òu §ét biÕn ®iÓm cã thÓ ¶nh h−ëng cïng m· hãa cho mét axit amin. VÝ dô: nÕu 3’-CCG-5’ trªn m¹ch khu«n bÞ ®ét biÕn thµnh 3’-CCA-5’, th× bé ba m· hãa trªn ®Õn cÊu tróc v chøc n¨ng protein mARN lµ GGC sÏ bÞ biÕn ®æi thµnh GGU; nh−ng víi c¶ hai bé ba m· hãa nµy, axit amin ®−îc chän cµi vµo chuçi polypeptit ®Òu lµ glycine (xem H×nh 17.5). C¸c ®ét biÕn thay thÕ còng cã B©y giê chóng ta sÏ t×m hiÓu qu¸ tr×nh biÓu hiÖn cña gen; qua thÓ diÔn ®Õn c¸c ®ét biÕn sai nghÜa. Mét ®ét biÕn sai nghÜa nh− ®ã, chóng ta cã thÓ hiÓu ®−îc b»ng c¸ch nµo nh÷ng thay ®æi vËy cã thÓ chØ g©y ¶nh h−ëng Ýt ®Õn protein, nÕu nh− axit amin trong th«ng tin di truyÒn cña mét tÕ bµo (hoÆc virut) cã thÓ g©y míi cã c¸c thuéc tÝnh gièng víi axit amin mµ nã thay thÕ, hoÆc nªn c¸c ¶nh h−ëng vÒ kiÓu h×nh. Nh÷ng thay ®æi nµy, ®−îc gäi khi nã n»m ë trong miÒn cÊu tróc Ýt cã tÝnh quyÕt ®Þnh ®Õn ho¹t lµ c¸c ®ét biÕn, chÝnh lµ nguyªn nh©n dÉn ®Õn sù ®a d¹ng, ®éng chøc n¨ng cña protein. phong phó cña c¸c gen ë mäi loµi sinh vËt; nãi nh− vËy bëi v× c¸c ®ét biÕn chÝnh lµ nguån gèc tËn ADN hemoglobin kiÓu d¹i ADN hemoglobin ®ét biÕn cïng cña mäi gen míi. Trªn H×nh Trªn ADN, m¹ch khu«n ®ét biÕn (bªn trªn) cã A 15.15, chóng ta ®· thÊy c¸c d¹ng ®ét thay thÕ cho T ë m¹ch biÕn ë qui m« lín; ®ã lµ c¸c ®ét biÕn khu«n kiÓu d¹i s¾p xÕp l¹i nhiÔm s¾c thÓ g©y ¶nh h−ëng ®Õn c¸c ®o¹n dµi cña ADN. Cßn ë ®©y, chóng ta chØ tËp trung ®Ò cËp ®Õn c¸c ®ét biÕn ®iÓm, tøc lµ mARN mARN M¹ch mARN ®ét biÕn nh÷ng thay ®æi hãa häc x¶y ra ë mét cã U thay cho A ë mét bé ba m· hãa cÆp baz¬ nucleotit duy nhÊt cña gen. NÕu ®ét biÕn ®iÓm xuÊt hiÖn trong c¸c tÕ bµo giao tö hoÆc c¸c tÕ Hemoglobin ®ét biÕn Hemoglobin b×nh th−êng Hemoglobin tÕ bµo h×nh liÒm (tÕ bµo h×nh liÒm) cã bµo ph¸t sinh giao tö, th× nã cã thÓ valine (Val) thay thÕ ®−îc chuyÒn cho thÕ hÖ con vµ c¸c cho axit glutamic (Glu) thÕ hÖ con, ch¸u sau nµy. NÕu ®ét ë hemoglobin kiÓu d¹i biÕn g©y ¶nh h−ëng bÊt lîi ®Õn kiÓu h×nh cña con vËt th× tr¹ng th¸i ®ét H×nh 17.22 C¬ së ph©n tö cña bÖnh hång cÇu h×nh liªm: ®ét biÕn ®iÓm. Alen biÕn g©y nªn ®−îc gäi lµ c¸c rèi g©y bÖnh hång cÇu h×nh liÒm kh¸c víi alen kiÓu d¹i (b×nh th−êng) bëi mét cÆp baz¬ ADN duy nhÊt. khèi kiÕn thøc 3 344 Di truyÒn häc