sinh tổng hợp protein

SINH TỔNG HP PROTEIN
• 1
.
Cấu tạo các tiểu đơn vị ribosom ở tế bào nhân ngun
thủy và tế bào nhân thật
Ribosome nhân ngun thủy
• Gồm 2 tiểu đơn vò, cấu tạo bởi rARNvà protein :
•  Tiểu đơn vò lớn: gồm 2 phân tử rARN ( 23S và 5S )và 34
phân tử protein
•  Tiểu đơn vò nhỏ có một rARN 16s và 21 phân tử protein
•  rARN có cấu trúc không gian phức tạp do nhiều đoạn bắt
cặp với nhau nhờ có trình tự nucleotid bổ sung.
1
Ribosome nhân nguyên
thủy

34 protein
23S rARN
(

3000 base)
16S rARN
(

1500 base)

21 protein
5S rARN
(

120 base)

+
30S
50S
Ribosom 70S
-Mg
2+
+Mg
2+
L1 L34
S1
S21
2
Ribosome nhân thật
Tiểu đơn vị 40S
Tiểu đơn vị
60S
Ribosom 80S
cïûa eïcaryote
-Mg
2+

45 protein
28S rARN
(

5000 base)
18S rARN
(

2000 base)


33 protein
5.8S rARN
(160 base)
+
5S rARN
(120 base)
+
3
A U G
mARN
3’
5’
50S
U
A
C
Acid amin 1
30S
(a)
3’
5’
Acid amin 2
mARN
A U G
A U G
U
A C
Codon
xuất phát

Codon thứ
2
(b)
4
Polysome
•  Có ở cả nhân nguyên thủy lẫn nhân thật
•  Khi ribosom đầu tiên dòch mã mARN được một
đoạn, các ribosome khác có thể tiếp tục gắn vào
phía trước để dòch mã.
•  Khoảng 15-20 ribosome có thể gắn cùng lúc
trên mARN.
•  Các ribosome xếp thành chuỗi trên mARN tạo
nên cấu trúc polyribosome hay còn gọi là
polysome
5
2. Cấu trúc ARN thông tin (mARN) ở tế bào nhân ngun
thủy và nhân thật
• Thông tin di truyền là một trình tự thẳng của các
base nucleotid tạo thành các codon trên mARN
trong đó lần lượt chứa các vùng sau :
•  Vùng không mã hóa ở đầu 5’được gọi là trình tự
dẫn bao gồm một trình tự bổ xung với rARN của
ribosom để gắn ribosome vào mARN. Các trình tự
dẫn đầu 5’ rất khác nhau về độ dài ở các loại
mARN khác nhau, nhìn chung, ở các tế bào nhân
thật đều dài hơn ở nhân nguyên thủy.
6
• “Chóp” (CAP) : Ngoài trình tự không mã hóa ở đầu
5’ và 3’, các mARN tế bào chất nhân thật có gắn thêm
“chóp” (CAP) 7-methyl Guanosine Triphosphat ở đầu

5’. Đặc điểm này liên quan đến sự tương tác giữa
mARN và ribosome
•  Phần mở đầu : chứa một bộ ba mở đầu (thường là
AUG),
•  Vùng mã hóa (coding region) của mARN chứa các
codon qui đònh trình tự acid amin của protein.Trình tự
codon được đọc theo hướng 5’ đến 3’ trên mARN.
7
•  Phần kết thúc là một trong các bộ ba kết thúc
(codon stop : UAA, UGA, hoặc UAG).
•  Trình tự không mã hóa nằm tại phần chấm dứt
của phân tử mARN. Các trình tự 3’ và 5’ không mã
hóa còn được gọi là các vùng không phiên dòch,
viết tắt là UTR (untranslated regions).
• Các vùng không phiên dòch ở đầu tận cùng 3’ có
chiều dài rất khác nhau
8
•  Đuôi poly(A): Hầu hết các phân tử mARN tế bào
nhân thật ở đầu 3’ có thêm đuôi 100-200 Adenin
(polyA).
• Chức năng của đuôi poly (A) chưa rõ ràng. Chúng
đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ mARN
khỏi bò thủy giải của exonuclease, nhưng không
cần thiết cho sự dòch mã.
• Một vài loại mARN như histon-mARN và mARN vi
khuẩn không có đuôi poly(A).
9
Vùng không
phiên dòch
Vùng không

phiên dòch
Vùng không
phiên dòch
Vùng không
phiên dòch
P P P
5’3’
Stop
Vùng 3’ không
phiên dòch
(UTR)
AAAAAAAA
Vùng 5’ không
phiên dòch
(UTR)
Star
Chóp 5’
Đuôi
poly A
7- methyl
gïanosine
Khung dòch
mã (ORF)
Vùng mã hoá
(b)
5’ 3’
Start Stop Start Stop
Vùng 5’ không
phiên dòch
(UTR)

Vùng xen giữa
không phiên
dòch (UTR)
Vùng 3’ không
phiên dòch
(UTR)
Khung dòch
mã 1 (ORF)
Khung dòch
mã 2 (ORF)
Vùng mã hoá,
cistron 1
Vùng mã hoá,
cistron 2
(a)
10
CẤU TRÚC CHÓP (CAP) CỦA NHÂN THẬT
N
N
N
N
O
H
2
N
CH
3
O
O
H H

O
CH
2
O P
O
O
O P
O
O
O
P
O
O
O CH
2
O
O
P OO
O
CH
2
OCH
3
O
O(CH
3
)
Base 1 (= A hay G)
Base 2
Liên kết 5’ – 5’

7- Methyl Gïanosine
Thường bò
methyl hoá
Có thể bò
methyl hoá
11
3. ARN vận chuyển và các enzym tổng hợp tARN-
aminoacyl synthetase).
• tARN
•  Các ARN vận chuyển có 1 anticodon tương ứng với acid amin
mà nó vận chuyển
•  Mỗi tARN đặc hiệu cho một loại acid amin riêng biệt.
•  Có thể có vài tARN giải mã cho cùng một acid amin. Các loại
tARN chuyên chở cùng một acid amin thì được gọi là tARN đồng
nhận
•  Có vài bộ ba trong mã di truyền cùng giải mã cho một loại acid
amin, ngoại trừ methionin và tryptophan. Những bộ ba đồng loại
(synonym) này được gọi là codon chéo, đây là điểm khác nhau
quan trọng nhất giữa loài này và loài khác.
12
3. ARN vận chuyển và các enzym tổng hợp tARN-
aminoacyl synthetase).
•  Số lượng các tARN biến động theo loài : nhân nguyên
thủy 30-40, nhân thật 50.
•  Các tARN phải được nhận biết chuyên biệt đồng thời bởi
mARN và bởi enzyme gắn acid amin vào tARN tương ứng
(enzyme tARN-aminoacyl synthetase). Điều này giúp giải
quyết trở ngại không gian trong quá trình dòch mã.
•  Kích thước của codon lớn hơn so với acid amin, nên nếu
một acid amin nhận biết và gắn trực tiếp lên một codon trên

mARN thì nó sẽ cách với acid amin tương ứng với codon kế
cận để hình thành liên kết peptid.
13
• tARN-aminoacyl synthetase
• 
Chỉ có một loại aminoacyl-tARN synthetase cho một loại
acid amin.
• Có 20 loại acid amin khác nhau cấu trúc nên bản dòch, nên
cần phải có tới 20 loại aminoacyl-tARN synthetase khác
nhau.
•  Sự nhận diện chính xác tARN của synthetase thông qua
việc nhận diện anticodon. Enzyme aminoacyl-tARN
synthetase phải phù hợp và chọn đúng tARN : tARN chỉ
đúng cho một synthetase thì được gọi là tARN duy nhất
(cognate tARN).
14
4. Amynoaxyl hóa
• Hai bước aminoacyl hóa
• 1. Hình thành aminoacyl-adenylate hoạt hóa
•  Acid amin phản ứng với ATP có enzyme xúc tác để tạo thành
aminoacyl adenylate hoạt hóa.
•  Pyrophosphat tạo ra bò thủy giải thành 2 phân tử phosphat vô
cơ. Phản ứng này tạo ra một năng lượng thủy giải tự do tương
đối cao, đẩy phản ứng theo chiều tạo aminoacyl-AMP trung gian
15
4. Amynoaxyl hoùa
ATP +
Acid
amin
Aminoacyl

-AMP + PP
i
2Pi
H
2
O
Acid
amin
ATP
PP
2Pi
H
2
O
Aminoacyl
synthetase
(Acid amin hoaït hoaù)
P
O
O
O
O
C
O
C
H
(
R
)
N

H
+
Adenosine
16
4. Amynoaxyl hóa
• 2. Hình thành aminoacyl-tARN
• Aminoacyl-AMP được chuyển tới phân tử tARN tương ứng
bằng synthetase :
AMINO ACYL -
AMP
+ tARN
AMINOACYL – t ARN
+ AMP
17
4. Amynoaxyl hoùa
18
4. Amynoaxyl hoùa
Trong quá trình dịch mã, ribosom không có khả năng xác
định tARN có gắn đúng với acid amin tương ứng hay không,
nó chỉ đơn thuần đảm bảo sự ăn khớp giữa codon trên mARN
và anticodon trên tARN, nếu khớp thì acid amin trên tARN dù
đúng hay sai đều được nối vào chuỗi polypeptid.
Bước aminoacyl hóa phải chính xác: nếu một tARN chấp
nhận một acid amin sai dẫn đến việc gắn acid amin không
đúng vào protein và sẽ không có “bước đọc sửa sai” theo
sau bước aminoacyl hóa.
19
4. Amynoaxyl hoùa
 Bước đọc sửa sai chỉ được thực hiện ở giai đoạn aminoacyl
hóa bởi chính enzym aminoacyl-tARN synthetase.

 Quá trình aminoacyl hóa cùng lúc thực hiện 2 chức năng: -
- Cung cấp sự liên hệ duy nhất của mã di truyền (dựa vào
acid nucleic) và cấu trúc protein (với các acid amin).
- Hoạt hóa acid amin trước khi kết nối vào protein. Liên kết
ester aminoacyl giữa acid amin và tARN dự trữ một năng
lượng tự do tương đối cao, năng lượng này rất cần thiết cho
việc hình thành liên kết peptid trong quá trình dịch mã.
20
5. Các tARN và Codon khởi đầu
• Trình tự mã của phân tử mARN được khởi đầu với bộ ba
AUG, rất hiếm các bộ ba khác (AUU, UUG)
• Chỉ có một codon mã hóa cho Met, nhưng trong tế bào chất
lại hiện diện 2 loại tARN có khả năng mang Met đến kết hợp
với codon đó :
• (1) tARNm
Met
kết hợp với codon AUG nằm giữa phân tử
mARN, có nhiệm vụ gắn Met vào chuỗi polypeptid đang hình
thành.
• (2) tARNi
Met
kết hợp với codon AUG khởi động, gắn Met mở
đầu vào chuỗi polypeptid.
• vi khuẩn, tARNi
Met
khởi đầu không chỉ vận chuyển
methionin mà còn vận chuyển formyl-methionin : tARN này
được gọi là tARNf
Met
(viết tắt là fMet) .

21
5. Các tARN và Codon khôûi ñaàu
C
O
H
NH CH C
O
CH
2
CH
2
S
CH
3
tARN
f
Nhoùm formyl
Nhoùm methionyl
22
5. Các tARN và Codon khởi đầu
• Sự tổng hợp tất cả protein ở vi khuẩn đều bắt đầu bằng
formyl-methionin. Nhóm formyl, cũng như nhóm methionyl,
thường bò loại bỏ sau khi tổng hợp xong phân tử protein. Ví
dụ, ở E. coli, chỉ có 45% các protein hoàn chỉnh bắt đầu
bằng methionin.
• Ở tế bào nhân thật, các tARN chuyên biệt cho các bộ ba
AUG khởi đầu và AUG bên trong mARN, những tARNMet mở
đầu chỉ vận chuyển methionin khởi đầu được gọi là
tARNiMet và tARNmMet cho các bộ ba AUG bên trong
23

5. Các tARN và Codon khởi đầu
Các bộ ba khởi đầu và tARN khởi đầu


Vi khuẩn Nhân thật
Bộ ba khởi đầu AUG (GUG) AUG
tARN khởi đầu tARN
f
Met
tARN
I
Met

tARN mang a.a

Formyl-
methionin
Methionin

24
5. Các tARN và Codon khởi đầu
• GIAI ĐOẠN KHỞI ĐẦU
• Giai đoạn khởi đầu, có sự tham gia của :
•  2 tiểu đơn vò của ribosome,
•  Một phần tử mARN (được sắp thẳng hàng với ribosome)
•  tARN khởi đầu mang methionin hoặc formyl-methionin ở nhân
nguyên thủy.
•  Các nhân tố khởi đầu (initiation factors) như IF1, IF2, IF3 ở vi
khuẩn và 10 nhân tố eIF (nhân thật F) như eIF1, eIF2, eIF3, eIF-
4A, eIF-4B… ở nhân thật

25