Sinh học phân tử chương 20

CHƯƠNG 20: TỔNG HỢP PROTEIN


I. Các điều kiện
Các phương tiện
Các phân tử ADN và ARN( mARN,tARN,rARN)
Các đơn vị cấu tạo acit amin
Các enzim và các protein khác
Các ri-bô thể
Năng lượng
Các điều kiện
tARN
- Tất cả các loại tARN gắn lên một vùng chung trên ribô thể
- Tất cả tARN gắn lên mARN tại codon trên mARN thông qua anticodon trên tARN
- Tất cả tARN gắn với a.a. bằng cầu nối este giữa gốc carboxyl của a.a. và carbon 2’ hay 3’ của adenin cuối ở đầu 3’ của tARN
- Mỗi tARN chỉ gắn với một loại a.a.; một a.a. có thể gắn với một hay nhiều loại tARN
- Các anticodon trên tARN chỉ gắn lên codon tương ứng, như vậy thứ tự codon trên mARN xác định thứ tự a.a. trên protein được tổng hợp




tARN
Các qui luật gì xãy ra trong sự bắt cặp của Codon-Anticodon?
Figure 30.9
Codon-anticodon pairing. Complementary trinucleotide sequence elements align in antiparallel fashion.
GCU
GCC
GCA
GCG
Alanin
Inosine (I) is a nucleoside that is formed when hypoxanthine is attached to a ribose ring via a β-N9- glycosidic bond
Inosine (I) có thể bắt cặp với U, C hay A
Các điều kiện
2 . Nguyên tắc tổng hợp
- Protein được tổng hợp từ 20 loại acit amin
- Mỗi lần chỉ một acit amin gắn vào sợi polypeptit đang được tổng hợp
- Polypeptit được tổng hợp bắt đầu từ điểm khởi đầu và chấm dứt tại điểm chấm dứt nhất định trên mARN
- Tổng hợp polypeptit khởi đầu ở đầu amin và chấm dứt ở đầu carboxyl
- Sợi polypeptit sau khi được tổng hợp biến đổi hình dạng tạo kiến trúc ba chiều đặc sắc cho từng chủng loại
Tổng hợp protein

Địa điểm tổng hợp:
- Trong cytosol (tế bào chân hạch và sơ hạch)

Trên mặt ngoài của màng (vùng sần) của mạng nội chất, mặt ngoài của màng ngoài vỏ nhân (tế bào chân hạch)

Trong cơ chất của các chất như ty thể, lục lạp
Tổng hợp protein

Cơ chế tổng hợp


Phản ứng tổng hợp dùng
mARN làm “khuôn”; khởi
đầu từ đầu 5’ của mARN


Tổng hợp protein

Thành lập chất trung gian acit amin-tARN
a.a. + ATP aminocyl-tARN ligaz
a.a.-AMP + PPi

a.a.-AMP + tARN ligaz a.a.-tARN + AMP

Mỗi a.a. có một ligaz riêng. Một loại phân tử tARN chỉ có thể kết hợp được với một loại a.a.; nhưng một loại a.a.có thể gắn lên nhiều loại tARN

Acit amin được kích tác trước khi gắn lên tARN
Hoạt điểm A: kích tác a.a. và chuyển đến tARN tương ứng
Hoạt điểm H: tách aa. Ra khỏi tARN
Ligaz có hai hoạt điểm A và H
valine and threonine are of roughly the same shape and volume. It is difficult even in a high resolution structure of a protein to distinguish valine from threonine
valine
threonine
Cơ chế tổng hợp
Tổng hợp protein liên quan đến 3 giai đoạn: khởi đầu kéo dài và kết thúc.
Khởi đầu liên quan đến sự gắn của mRNA và aminoacyl-tRNA khởi đầu vào bán đơn vị nhỏ, sau đó gắn vào bán đơn vị lớn
Kéo dài: Là tiến trình diễn tả về sự chuyển động của ri bô thể dọc theo phân tử mRNA và sự tổng hợp của tất cả các câu nối peptide –(with tRNAs bound to acceptor (A) and peptidyl (P) sites.
Sự kết thúc xảy ra khi gặp trình tự "stop codon"
In theory any mRNA can be translated in any of three different "reading frames" depending on the nucleotide sequence at which translation starts. Thus 3 different amino acid sequences can be obtained from a single mRNA
2 . Cơ chế tổng hợp

- Khởi dầu

* Tương tác giữa mARN và ribô thể ở E.coli
Nhờ sự hổ trợ của protein IF-3 và thông qua 16S rARN, bán đơn vị nhỏ 30S bám vào đầu 5’ của mARN, cách codon khởi đầu khoảng 10 nucleotid
Phức hợp“khởi đầu” formyl-methionin-tARN (Fmet- tARNFMet) liên kết với “yếu tố khởi đầu IF-2” và GTP cho ra phức hợp Fmet-tARNFMet-IF-2-GTP
Phức hợp Fmet-tARNFMet-IF-2-GTP kết với phức hợp 30S-IF-3-mARN trong đó anticodon trên tARN nối với codon AUG trên mARN
Với sự hổ trợ của protein F-1, bán đơn vị to 50S gắn lên phức hợp 30S-IF-3-mARN-Fmet-tARNFMet-IF-2-GTP tại vị trí P trên mARN
GTP bị thuỷ phân và các IF-1,IF-3, IF-2-GDP và Pi bị loại ra khỏi ribô thể


Nhờ sự hổ trợ của protein IF-3 và thông qua 16S rARN, bán đơn vị nhỏ 30S bám vào đầu 5’ của mARN, cách codon khởi đầu khoảng 10 nucleotid

Phức hợp“khởi đầu” formyl-methionin-tARN (Fmet- tARNFMet) liên kết với “yếu tố khởi đầu IF-2” và GTP cho ra phức hợp Fmet-tARNFMet-IF-2-GTP

Phức hợp Fmet-tARNFMet-IF-2-GTP kết với phức hợp 30S-IF-3-mARN trong đó anticodon trên tARN nối với codon AUG trên mARN
Với sự hổ trợ của protein F-1, bán đơn vị to 50S gắn lên phức hợp 30S-IF-3-mARN-Fmet-tARNFMet-IF-2-GTP tại vị trí P trên mARN
GTP bị thuỷ phân và các IF-1,IF-3, IF-2-GDP và Pi bị loại ra khỏi ribô thể
Figure 30.15
The structure of E. coli N-formyl-methionyl-tRNAifMet. The features distinguishing it from noninitiator tRNAs are highlighted.
Formyl
Vùng bắt cặp giữa đầu 3’ của 16S rARN và vùng khởi đầu trên mARN
Kéo dài: Tổng hợp sợi polypeptit( E.coli)

- Thành lập chất trung gian acit amin-tARN
a.a. + ATP aminocyl-tARN ligaz a.a.-AMP + PPi
a.a.-AMP + tARN ligaz a.a.-tARN + AMP
Cơ chế tổng hợp



Sự tham gia của phức hợp
EF-Tu vào tiến trình tổng
hợp protein
* Ch?t trung gian liín k?t v?i "y?u t? thănh l?p s?i dăi " EF-Tu vă GTP cho ra ph?c h?p a.a.-tARN-EF-Tu-GTP. Ph?c h?p năy bâm văo mARN ? v? tr� A.
* S? b?t c?p năy gđy ra s? thu? gi?i GTP b?i y?u t? thănh l?p s?i dăi vă ph?c EF-Tu:GDP tâch ra.
* EF-Ts lă m?t nhđn t? trao d?i nucleotid G (guanine exchange factor GEF) vă n� ph?c h?i tr? l?i thănh EF-Tu b?i s? trao d?i GTP cho GDP

Cơ chế kéo dài
-Tâi t?o EF-Tu.GTP

EF-Tu.GDP + EF-Ts EF-Tu.EF-Ts + GDP

GTP
EF-Tu-GTP + EF-Ts
Chi tiết tiến trình tổng hợp protein
- Peptidyl transferaz chuyển formyl methionin ở Fmet-tARNFMet ở vị trí P đến a.a.-tARN đang bám vào mARN ở A; đầu carboxyl của Fmet-tARNFMet thành lập cầu nối peptit với gốc amin trên a.a.-tARN cho ra Fmet-a.a.-tARN ở vị trí A
- Protein EF-G kết vơúi GTP cho ra EF-G-GTP bám vào ribô thể và di chuyển Fmet-a.a.-tARN từ vị trí A đến vị trí P và tARNFMet từ P ra E để sau đó tách ra khỏi ribô thể
- mARN di chuyển codon thứ ba đến vị trí A trên ribô thể và sẳn sàng nhận a.a.-tARN khác
- GTP trong EF-G-GTP bị thuỷ phân phóng thích EF-G va ìGDP
Tổng hợp protein

Kết thúc tổng hợp polypeptit
- phản ứng tổng hợp tiến hành cho đến khi ribo thể mang peptidyl-tARN di chuyển đến condon chấm dứt ( UAG,UAA hay UGA) ở đầu 3’ trên mARN
- Các protein”chấm dứt” RF1 và RF2 (ở E.coli) có lẽ bám vào ribô thể và kích tác peptidyl transferaz thuỷ phân cầu nối của peptidyl-tARN và phóng thích polypeptit và tARN ra cytosol
Sự tuần hoàn của ribô thể
Sau khi ra cytosol, các bán đơn vị của ribô thể tách nhau ra để sau đó ráp lại trên mARN. Bán đơn vị nhỏ 30S được cho là kết với IF-3 để được bền

Mô hình chấm dứt tổng hợp polypepetit
In theory any mRNA can be translated in any of three different "reading frames" depending on the nucleotide sequence at which translation starts. Thus 3 different amino acid sequences can be obtained from a single mRNA
Tổng hợp protein ở tế bào chân hạch ?
* mRNA ở tế bào chân hạch có gắn mũ 5`-methyl-GTP và đuôi poly A
Sử khởi đầu của tổng hợp protein ở tế bào chân hạch có sự tham gia của hơn 12 nhân tố khởi đầu
Codon đầu tiên là Met tRNAiMet (không bị formyl hóa), AUG nào nằm gần đầu 5’ nhất chính là codon khởi đầu
Tổng hợp Protein ở tế bào chân hạch như thế nào?
Figure 30.26: Đặc điểm cấu trúc của các mRNA ở tế bào chân hạch.
Các vùng không dịch mã chứa khoảng 40 tới 150 nucleotide nằm tại hai đầu 5`- và 3‘ của mRNA hoàn chỉnh (đã cắt bỏ các intron). Một codon không thay đổi AUG khởi đầu dịch mã nằm gần đầu 5‘ nhất sẽ là vị trí báo hiệu cho sự dịch mã
Có 3 giai đọan trong khởi đầu
Giai đoạn 1 bắt đầu là sự hình thành phức eIF-2, GTP và Met-tRNAiMet . Phúc này nối với bán đơn vị 40S, eIF-1A & elF-3: phức tiền khởi đầu 43S

Giai đoạn hai: mRNA cùng với một vài nhân tố khác hình thành một phức (có yêu cầu ATP!) và phức tiền khởi đầu 43S bám vào m RNA đề rà tìm codon AUG đầu tiên

- Giai đoạn ba: bán đơn vị 60S cùng với một vài nhân tố khác hình thành một phức và sau đó bám vào 40S
Nhiều sợi polypeptit được tổng hợp cùng lúc
Một số khác biệt mARN-
tế bào chân hạch & tế bào sơ hạch
mARN-Một số khác biệt

-Tiền mARN bị cắt/ráp ở tế bào chân hạch; ở tế bào sơ hạch thì không

- Ở tế bào chân hạch: chỉ chỉ đạo tổng hợp một loại protein; ở sơ hạch: chỉ đạo tổng hợp nhiều loại protein dọc theo chiều dài

- Ở chân hạch: chỉ hoạt động khi ra ngoài nhân; ở sơ hạch: chỉ đạo tổng hợp protein trong lúc được tổng hợp trong cytosol

- Ở chân hạch: có mũ ở đầu 5’ và đuôi polyA ở đuôi 3’, ở sơ hạch: không có cả hai

Protein sau dịch mã ?

Sự chế biến

Sự cuộn lại

Sự chuyển vị

Sự phân huỷ
Xem animation
Sự điều hòa biểu hiện gen của sinh vật sơ hạch như thế nào?
DNA  RNA  Protein  Protein hoạt động
Sự điều hòa biểu hiện gen ở mức độ phiên mã của sinh vật sơ hạch
Vùng Operon: Một vùng của DNA vi khuẩn mã hoá cho một dãy các gen có cùng chức năng liên quan
promoter – Là trình tự nằm trên phân tử DNA tại nơi đó RNA polymerase bám vào
2. operator - Là trình tự nằm trên phân tử DNA tại nơi đó một repressor bám vào
3. Các gen cấu trúc – Là vùng DNA mã hoá cho các protein (thí dụ như các enzyme).

Vùng operon = Vùng điều hòa + các gen cấu trúc

Gen điều hòa (Không chứa operon)
1. Gen điều hoà - Là vùng DNA mã hoá cho repressor (thường nằm cách xa operon).
2. repressor – Là protein, khi bám vào operator sẽ ngăn chặn phiên mã.
 
Cơ chế điều tiết ở lac operon của E.coli
Gen điều
hòa
Vùng điều
hòa
Điều tiết không tích cực:

Là kiểu điều hòa gen, trong đó sự phiên mã có thể xảy ra chỉ khi nào có một repressor bám vào vùng điều hòa trên DNA bị mất họat tính (không thể bám vào vùng operator)

Điều tiết tích cực:

Là kiểu điều hòa gen, trong đó sự phiên mã có thể xảy ra chỉ khi nào có một protein activator hiện diện và bám vào vùng điều hòa trên DNA

- Lactose được xem là chất kích hoạt (inducer) của Lac operon
Sự điều hòa biểu hiện gen của sinh vật chân hạch như thế nào?