Bài giảng sinh tổng hợp protein

4. SINH TỔNG HP PROTEIN
4.1. Đại cương
Protein, A. nucleic

Protein

Tế bào con có những
protein đặc hiệu của
tế bào mẹ

Chất liệu cơ bản của sự
sống
- tính đặc hiệu cao

- quyết đònh tính đặc hiệu
cho mỗi loại tế bào

Tính đặc hiệu được
truyền lại cho thế hệ
sau


4.2. Luận thuyết trung tâm
Crick (1958) đưa ra luận thuyết trung tâm:
- Thông tin di truyền được lưu giữ trong ADN (hoặc ARN ở
một số virus)
- Truyền theo hướng ADN qua ARN rồi tới protein và không
thể truyền theo hướng ngược lại.
Nhân
đôi

Phiên mã

ADN

Phiên dòch

ARN

Protein


- Phát hiện transcriptase ngược (ở một số virus gây ung thư)
xúc tác sự tổng hợp ADN dựa trên khuôn là ARN virus, theo
nguyên tắc bổ sung đôi base, tạo thành các ADN bổ sung.
Các ADN này có thể nhân đôi và xen vào bộ gen của tế bào
chủ gây ung thư.
- Trong E. coli cũng phát hiện ARN polymerase phụ thuộc
ARN (hay ARN replicase) xúc tác sự tạo thành một ARN bổ
sung với ARN virus mà nó bò nhiễm được dùng làm khuôn.
Crick (1970) đã bổ sung luận thuyết trung tâm như sau:
Nhân đôi

ADN

Phiên mã

Phiên mã ngược

ARN

Phiên dòch
Nhân đôi

Protein


4.3. Bộ ba mật mã (codon)
Nucleotid

Nucleotid thứ hai

Nucleotid

thứ nhất

U

C

A

G

U

Phe
Phe
Leu
Leu

Ser
Ser
Ser
Ser

Tyr
Tyr
Stop
Stop

Cys
Cys
Stop*
Trp

Leu
Leu
Leu
Leu

Pro
Pro
Pro
Pro

His
His
Gln
Gln

Arg
Arg
Arg
Arg

Ile

Thr

Asn

Ser

U

Val
Val
Val

Ala
Ala
Ala

Asp
Glu
Glu

Gly
Gly
Gly

C
A
G

C

A

G

thứ ba

U
C
A
G

UGA mã hóa cho Trp ở
ty thể loài có
U vú
C
A
G

ỞIlety thể loàThr
i có vú ,Asn
AUA mãSerhóa
C
Ile*

Thr
Lys
Arg*
A
cho
Met
AGA
và
AGG sử
Met
Thru ở tế bà
Lyso loài có
Arg*vú và mã
G
Mã mở đầ
dụng như codon stop
hóa cho Met trong phân tử protein. ởÛ ty thể loài có vú
Val
Ala
Asp
Gly
U


4.4. Các yếu tố tham gia quá trình sinh tổng hợp protein:
4.4.1. Vai trò của ADN
1 Protein



1 đoạn ADN

1 acid amin



bộ ba mononucleotid (codon)

thứ tự các aa 

thứ tự các codon

ADN có 2 hướng hoạt động
nhân đôi (tái bản) ADN (ở nhân tế bào khi
phân chia)
điều khiển quá trình STH protein


STH protein = Söï phieân dòch

ADN

Phieân maõ

ARNm

Phieân dòch

Protein

4.4.2. Vai trò của ARN thông tin (ARNm)
- 5% ARN của tế bào
ADN

A
ARN polymerase
phụ thuộc ADN U

T

A

G

C

C
ARNm

G

ARNm – ADN (phiên ma)õ
ARNm

Tế bào chất (Ribosom)


4.4.3. Vai trò của ARN vận chuyển (ARNt)
- 15% ARN của tế bào

- Vận chuyển các aa một cách đặc hiệu đến Ribosom

 Có ít nhất 20 loại ARNt
Khoảng 60 loại ARNt đã xác đònh được cấu trúc


Liên kết ester
với aa  đặc
hiệu

Alanin
UUU

GMP

Tay TC (Thymin, Pseudo
uridin, Cytosin)

Tay DHU

Cuộn TC
Cuộn DHU
Tay đối mã

A
U

A A
U U

Anticodon

ARNm


4.4.4. Vai trò của ARNribosom (ARNr) và ribosom
- 8O% ARN của tế bào
Tế bào không nhân

50s
Rãnh gắn ARNm
30s
Vò trí P
(Tiếp nhận peptidylARNt)

Vò trí A
(Tiếp nhận aminoacyl-ARNt)

Ribosom 70s


Teá baøo coù nhaân
60s
40s

80s

Polypeptid

ARNm

5'

3'

Polyribosom


4.4.5. Vai trò của enzym
+ Aminoacyl- ARNt synthetase
- tạo phức hợp aminoacyl- ARNt (aa-ARNt)
+ Peptidyl transferase
- ở tiểu đơn vò lớn của Ribosom
- xúc tác phản ứng tạo liên kết peptid


4.4.6. Vai trò của năng lượng và các ion

+ GTP
- chuyển vò từ A sang P
- gắn f-Met và aa-ARNt vào Ribosom
+ ATP
- STH aa-ARNt
+ Creatin phosphat
- tái tạo lại ATP
+ Mg ++ (5-10 mM)
- gắn aa-ARNt và ARNm vào ribosom

- làm ổn đònh ribosom

4.4.7- Vai trò của các yếu tố khởi đầu, kéo dài và kết thúc
+ IF (Initiation factor)

: gắn f-Met-ARNt (Met-ARNt)
vào Ribosom

+ EF (Elongation factor) : tạo phức hợp với GTP và aaARNt, gắn aa-ARNt vào Ribosom
+ RF (Release factor)

: chấm dứt STH, tách polypeptrid ra
Ribosom

4.4.8- Nguyên liệu : 20 aa


4.5. Sinh tổng hợp protein = Sự phiên dòch
4.5.1. Cơ chế
STH xảy ra ở Ribosom

4.5.1.1.Kích hoạt acid amin
Aminoacyl synthetase + aa + ATP

aaAMPEnz + PP
Adenylat a.a.enzym

+ ARNt

aa-ARNt + AMP + Enzym

4.5.1.2. Sự sinh tổng hợp
+ ARNt vận chuyển aa chuyên biệt đến ARNm
+ aa được đặt theo 1 thứ tự ấn đònh bởi ARNm
+ Sự đònh vò của aa-ARNt thực hiện trên « P » và « A »
+ Ribosom xúc tác việc thành lập gạch nối peptid


GIAI ĐOẠN MỞ ĐẦU
Ribosom 30s

IF 3

+
5'

AUG

3'

Mã khởi đầu

ARNm
Codon
AUG

5'

3'
IF3

H
C
O
Met

GTP
IF 2
f-Met-ARNt

ARNt

1

f-Met-ARNt

Anticodon

5'

3'

Codon khởi đầu

IF2

IF 3
R 50S

IF 1
IF 3

5'

Vò trí P

IF2
IF 1
GDP + Pi

Vò trí A

3'
Phức hợp mở đầu


GIAI ĐOẠN KÉO DÀI
Vò trí A
f-Met-ARNt

ARNm

1

3'

5'
Mã khởi đầu

Mã của aa2
EF-Tu

EF-Ts
GTP

aminoacyl-ARNt

2

GDP + Pi

5'

Cố đònh
aminoacyl
-ARNt2

3'

EF-Tu
EF-Ts

5'

Peptidyl transferase

Tạo nối
peptid

3'
EF-G
GTP

ARNt1

3'

5'

Hoán vò

EF-G
GDP + Pi

5'

3'
Mã khởi đầu


R

A
P

3'

5'
Mã của a.a
tận cùng

Mã kết thúc
UAA, UAG, UGA.

Polypeptid

3'

5'

ARNtn

3'

5'

50s
R

5'

3'
ARNm

GIAI ĐOẠN KẾT THÚC

30s


Haäu phieân dòch
f-Met--------------------------------------------------aa-COOH
Deformylase

H2NMet-----------------------------------------------aa-COOH
Methionylaminopeptidase

H2N-aa----------------------------------------aa-COOH


Cấu trúc bậc I
(thứ tự các aa do
gen qui đònh)

Gấp dây
polypeptid

Diễn tiến tự nhiên

Dạng có tính
chất sinh lý (cấu
trúc bậc II, III,
IV)


4.5.3. Sinh tổng hợp protein ở tế bào có nhân (eukaryot)
4.5.3.1. So sánh với sinh tổng hợp ở tế bào không nhân
TB KHÔNG NHÂN

TB CÓ NHÂN

-70s = 30s và 50s

-80s = 40s và 60s

- Mã khởi đầu : AUG

- Mã khởi đầu : AUG,
GUG

- aa khởi đầu : f-Met
IF1, IF2, IF3
Sự kéo dài
-Peptidyl transferase ở
50s
-EF-T chia thànhTu và
Ts
- G (70s)

- aa khởi đầu : Met
- 2 ARNt cho Met
- F1, F2, F3

Sự kéo dài
-Peptidyl transferase ở
60s

- T1
- T2 (80s)


4.5.3.2. Sinh tổng hợp protein ở ty thể (tế bào có nhân)
Giống tế bào không nhân vì ribosom của ty thể là 70s.
4.5.4. Một số tác nhân ảnh hưởng đến sinh tổng hợp

protein
4.5.4.1. Các chất kháng sinh:


ADN

A
ARN polymerase
phụ thuộc ADN

U

T

G

C

A

C

G

Kháng sinh tác động trên sự biến
dưỡng của acid nucleic
Rifampin ,
Quinolone
(diệt khuẩn)

ARNm

50s

ARNm

ARNm

Erythromycine
Kháng sinh(Macrolid)
tác động trên chức
năng của ribosom viLincomycine
khuẩn gây ức
chế thuận nghòch quá trình sinh
Clindamycine
tổng hợp protein.
Chloramphenicol

Kháng sinh tác động do sự kế30s
t hợp với bán đơn vò
30s và gây sự tích tụ phức chất khởi đầu của sinh
tổ
ng hợp protein do đọc sai lầm mã của ARNm và
Aminoglycosid
tạ
o rat khuẩ
nhữnng)polypeptid bất bình thường
(diệ

Tetracycline

4.5.4.2. Một số chất khác

- Emetin (alcaloid): Ức chế sự gắn acid amin-ARNt.
- Độc tố của vi khuẩn bạch hầu: khử hoạt T2 của tế bào có
nhân.
- Abrin và Ricin (protein thực vật): Ức chế sinh tổng hợp ở
ribosom ở tế bào có nhân bằng cách làm mất hoạt tính bán đơn
vò 60s và ngăn chận sự kéo dài. Tuy nhiên có một số bằng chứng
chứng tỏ protein thực vật này độc đối với tế bào ung thư hơn tế
bào thường.
- Puromycin: cấu tạo tương tự như Tyrosinyl-ARNt, tạo thành
peptidyl-puromycin theo cơ chế cạnh tranh và tách rời khỏi
ribosom, làm ngừng sự kéo dài chuổi polypeptid. Puromycin tác
động ức chế sinh tổng hợp protein ở cả tế bào có nhân và không
nhân.