Sinh tong hop protein

Nguyễn Thị Hồng Lộc
Trần Thị Châu Pha
Nguyễn Lê Hoài Thương

Lớp 08DMT1
1. Cấu trúc và chức năng của Protein.
- Protein có 4 bậc cấu trúc: bậc 1,bậc 2, bậc 3,bậc 4.
+ Cấu trúc bậc 1:là trình tự sắp xếp của các amino acid trong chuổi polypeptide dược liên kết với nhau bởi liên kết peptide.Gồm 3 nguyên tử: nito của nhóm amino,cacbon α và cacbon của nhóm cacboxyl trong mỗi phân tử amino acid.
+Cấu trúc bậc 2 :được tạo thành bởi liên kết hidrogen. Có hai dạng cấu trúc xoắn α, cấu trúc dạng phiến β.

Cấu trúc xoắn α: chuỗi polypeptide xoắn theo hướng tay phải theo kiểu cái vặn nút chai, được tạo thành nhờ liên kết hidrogen.
Cấu trúc dạng phiến β:được tạo thành từ hai chuỗi polypeptide hoặc nhiều hơn các chuỗi này phải nằm cạnh nhau,được ổn định nhờ liên kết hidrogen giữa nhóm –N-H trên một chuỗi và nhóm –C=O trên chuỗi kia.
+ Cấu trúc bậc 3: được hình thành do chuỗi polypeptide uốn lại và gấp nếp ,tại một số vị trí đặt biệt trong phân tử Protein tạo thành cấu trúc bậc 3,được tạo ra nhờ liên kết hidrogen, liên kết cộng hóa trị, liên kết ion…
Cầu nối disufide có thể được hình thành giữa các vi trí đặt biệt của cystein làm cho chuỗi polypeptide cuộn lại.
Các chuỗi kỵ nước cuộn lại phía bên trong phân tử Protein để tránh nước làm cho phân tử Protein cuộn lại.
Tương tác Vanderwaals giúp ổn định các phần bên trong của các chuỗi kỵ nước.
Liên kết ion có thể được hình thành giữa các chuỗi tích điện trái dấu cuộn sâu bên trong phân tử Protein.
+ Cấu trúc bậc 4:được tạo thành do sự kết hợp của nhiều tiểu đơn vị với nhau,phân tử Protein có thể gồm hai hay nhiều chuỗi polypeptide cuộn laijthanhf các tiểu đơn vị nhờ cấu trúc bậc 3, sau đó các tiểu đơn vị kết họp với nhau tạo thành một đơn vị thống nhất,tạo thành cấu trúc bậc 4.
- Chức năng của Protein:ở trạng thái tự nhiên Protein có cấu trúc không gian 3 chiều và có nhiều chức năng khác nhau.


+ Chức năng xúc tác: đa số các phản ứng trong cơ thể sống xảy ra đều có sự xúc tác của enzyme.Đây là nhóm Protein lớn nhất quan trọng nhất và có hoạt tính đặt hiệu cao.
+ Chức năng vận chuyển: các Protein có chức năng vận chuyển như hemoglobin trong tế bào hồng cầu vận chuyển Oxygen cung cấp cho mọi tế bào trong cơ thể.
+ Chức năng vận chuyển các chất qua màng: một cơ chất có thể đi vào trong tế bào bằng cách liên kết với một Protein vận chuyển ở trên màng tế bào.
+ Chức năng vận động:tronh mỗi tế bào sự vận động của một số bào quan được thực hiện nhờ các vi sợi,vi ống,được tạo nên từ các phân tử Protein hình cầu là tubuline.
+ Chức năng dự trữ: albumine trong lòng trắng trứng gà,casein trong sữa là các Protein.
+ Chức năng cấu trúc: Protein tham gia vào cấu trúc của màng nguyên sinh chất, là thành phần của vi sợi, vi ống trong bộ xương tế bào.

+ Chức năng bảo vệ: kháng thể có bản chất là Protein có thể nhận ra vỏ của virus và liên kết với nó để làm bất hoại virus.
+ Chức năng nhận biết thông tin: các thông tin hóa học như hormon có thể liên kết với Protein trên bề mặt màng tế bào.
+ Chức năng liên kết tế bào: hai tế bào nằm cạnh nhau có thể dính với nhau bởi vì Protein trên màng của tế bào nhô ra có thể tương tác với Protein của tế bào kia.


ADN

ARN
Prôtêin
Tự sao
Giải mã
Sao mã
Sinh tổng hợp prôtêin
Sao mã
(trong nhân)

Giải mã
(trong tế bào chất)
QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HỢP PRÔTÊIN TRONG TẾ BÀO
2. Sao mã
Sao mã (hay Phiên mã) là quá trình sao chép thông tin di truyền(là thông tin quy định trình tự các amino acid trên chuỗi polypeptide của mọi phân tử protein trong tế bào.)được mã hoá dưới dạng trình tự các nucleotide trên gen thành dạng trình tự các ribonucleotide trên RNA thông tin (mRNA) nhờ đó mà tổng hợp những protein đặc thù cho gen.

ARN được phiên mã từ ADN nhờ phức hệ enzim ARN polymeraz. Phức hệ này vừa liên kết với ADN, vừa mở xoắn. Giống như ADN polymeraz, phức hệ phiên mã di chuyển từ đầu 3 đến đầu 5 của ADN và tổng hợp một sợi có chiều ngược lại (5 - 3) trong trường hợp nầy là một sợi gồm các ribonucleotid. Ở nhóm sơ hạch, một loại ARN polymeraz chịu trách nhiệm cho sự tổng hợp tất cả các ARN. Ở nhóm chân hạch, ARN polymeraz II chịu trách nhiệm đối với sự tổng hợp mARN. Hai loại ARN polymeraz khác tổng hợp tARN và rARN và các ARN khác sử dụng trong cấu trúc tế bào hoặc enzim.
Tuy có những điểm khác biệt, ADN vẫn có thể dễ dàng làm khuôn cho sự tổng hợp ARN. Ngày nay chúng ta biết rằng sự tổng hợp ARN xảy ra theo cách thức tương tự như sự tạo thành ADN mới : hai sợi của phân tử ADN tách rời nhau ra, ARN được tổng hợp dọc theo một trong hai sợi nhờ enzim ARN polymeraz. Ứng với adenin trên sợi khuôn của ADN là uracil trên sợi ARN, với timin là adenin, với guanin là cytosin và với cytosin là guanin.
a. Sự phiên mã ở nhóm sơ hạch
Làm thế nào ARN polymeraz nhận biết nơi bắt đầu và kết thúc thông tin? Câu trả lời là những trình tự kiểm tra chuyên biệt chỉ nơi bắt đầu và kết thúc trên sợi ADN.
Trước tiên là vùng khởi động (promotor).Các vị trí hoạt động của ARN polymeraz gắn vào vùng mang trình tự baz của vùng này.Vùng khởi động của E.coli,đọc từ 3’ đến 5’ trên sợi khuôn, thường bắt đầu với AACTGT hoặc một trình tự tương tự.Theo sau đó là một trình tự của khoảng 17 baz với chức năng khác, rồi đến ATATAA hoặc một trình tự tương tự (Hình A). Enzim polymeraz nhận ra cả hai trình tự này trên ADN và liên kết với cả hai cùng một lúc.Các trình tự baz nầy được gọi là trình tự phổ biến (consensus sequence) ở nhóm sơ hạch, còn ở nhóm chân hạch vùng này chưa được biết nhiều.
Cần lưu ý rằng trình tự vùng khởi động của phần lớn các gen ít nhiều khác với trình tự phổ biến nầy.Thí dụ có hơn 100 vùng khởi động khác nhau ở E.coli.Những sự khác nhau rất nhỏ trong trình tự vùng khởi động làm cho polymeraz gắn thiếu chặt chẽ hoặc không thường xuyên vào vùng này.Vì thế một số gen được sao chép ít hơn các gen khác.Một khi đã liên kết, polymeraz không bắt đầu tổng hợp ARN ngay.Nó phải tìm tín hiệu mở đầu, thường là GTA, cách điểm liên kết khoảng 7 baz về phía đầu của sợi khuôn.
Ở phần lớn nhóm sơ hạch, sự tổng hợp mARN tiếp tục đến khi polymeraz gặp tín hiệu kết thúc (Hình B).Tín hiệu nầy gồm hai thành phần.Ðầu tiên có một vùng với một trình tự baz cho phép các baz tương ứng ở đuôi của mARN bắt cặp và liên kết với nhau để tạo thành một vòng hình kẹp tóc (hairpin loop).Tiếp theo là sự phiên mã trên mạch khuôn 4 đến 8 adenin.Khi ARN polymeraz di chuyển vào vùng adenin thì do vòng vừa được tạo ra ở mARN và do sự sốc vật lý, vùng nầy gắn vào phức hệ enzim, làm chậm hoặc dừng hẳn sự phiên mã.
Lúc này có 2 việc xảy ra làm ngừng sự tổng hợp ARN: một là trình tự của vòng kéo ra khỏi ADN,hai là do sự liên kết yếu giữa các adenin của ADN và các uracil của mARN (mỗi cặp baz chỉ có hai liên kết hydro) không đủ sức để giữ ARN trên ADN khuôn.Sự dừng và sự kéo làm cho bản phiên mã (ARN) và enzim polymeraz tách rời khỏi nhiễm sắc thể (Hình C).

b.Sự phiên mã ở nhóm chân hạch
Cơ chế của sự tổng hợp mARN vừa mô tả được tìm ra ở nhóm sơ hạch,ở ty thể và lục lạp trong tế bào của nhóm chân hạch.Sự phiên mã trong nhân của nhóm chân hạch thì phức tạp hơn.Sự phức tạp đó là mARN ở nhóm chân hạch được làm dấu ở cả hai đầu : một đầu gồm mũ 7-methylguanosin được thêm vào ở đầu 5’ trong khi cái đuôi có khoảng 100-200 adenin ở đầu 3’. Sản phẩm tạo thành là bản phiên mã sơ cấp, còn là một bản thông tin chưa sử dụng được, nói cách khác chỉ là bản nháp.

khi nghiên cứu gen của nhóm chân hạch bị nhiễm siêu khuẩn đã khám phá ra là mặc dù bản nháp có khoảng 6000 baz nhưng mARN thực sự được giải mã chỉ bằng khoảng 1/3 chiều dài này. Những công trình tiếp theo đã cho thấy sự phiên mã gen của nhóm chân hạch bình thường cũng tương tự: những vùng chuyên biệt lớn trong bản nháp của nhóm chân hạch bị di dời đi trong nhân để tạo ra một phân tử mARN chức năng (Hình 2A).Những vùng của bản nháp còn tồn tại và hoạt động trong suốt quá trình tổng hợp protein được gọi là exon (vì chúng được biểu hiện) còn vùng của bản nháp đã bị di dời đi trong nhân được gọi là intron




3. Giải mã

Giải mã hay còn gọi là dịch mã được thực hiện ở ngoài tế bào chất,giúp tế bào tổng hợp nên các loại protein khác nhau tham gia vào chức năng và cấu trúc tế bào
Gồm 2 giai đoạn:


Các loại ARN tham gia vào quá trình giải mã đó là: mARN, rARN, và tARN.
         mARN: là bản phiên mã từ mã gốc của gen chứa đựng thông tin giải mã trình tự, số lượng, thành phần của các acid amin trong phân tử protein.
         tARN: là ARN vận chuyển có 2 đầu, 1 đầu mang bộ 3 đối mã và đầu còn lại mang các acid amin tương ứng làm chức năng vận chuyển các acid amin đến mARN để tổng hợp protein.
        rARN: tham gia vào thành phần của Riboxom, nơi tổng hợp nên chuỗi polipeptit.
Giai đoạn 1: Tổng hợp ARN để chuyển thông tin di truyền từ gen sang sản phẩm prôtêin (xem phần tổng hợp ARN)
Giai đoạn 2: Tổng hợp prôtêin ở tế bào chất gồm 4 bước cơ bản: (Một số sách chia là 2 giai đoạn: khởi đầu, kéo dài và kết thúc)

+ Bước 1: Hoạt hoá axit amin. Các axit amin tự do có trong bào chất được hoạt hoá nhờ gắn với hợp chất giàu năng lượng ađenôzintriphôtphat (ATP) dưới tác dụng của một số loại enzim. Sau đó, nhờ một loại enzim đặc hiệu khác, axit amin đã được hoạt hoá lại liên kết với tARN tương ứng để tạo nên phức hợp axit amin – tARN (aa – tARN).
+ Bước 2: Mở đầu chuỗi pôlipeptit có sự tham gia của ribôxôm , bộ ba mở đầu AUG(GUG ở sinh vật nhân sơ), tARN axit amin mở đầu tiến vào ribôxôm đối mã của nó khớp với mã mở đầu trên mARN theo NTBS. Kết thúc giai đoạn mở đầu
+ Bước 3: Kéo dài chuỗi pôlipeptit, tARN vận chuyển axit amin thứ nhất tiến vào ribôxôm đối mã của nó khớp với mã mở đầu của mARN theo nguyên tắc bổ sung. aa1 – tARN tới vị trí bên cạnh, đối mã của nó khớp với mã của axit amin thứ nhất trên mARN theo nguyên tắc bổ sung. Enzim xúc tác tạo thành liên kết peptit giữa axit amin mở đầu và axit amin thứ nhất. Ribôxôm dịch chuyển đi một bộ ba trên mARN (sự chuyển vị) làm cho tARN mở đầu rời khỏi ribôxôm. Tiếp đó, aa2 – tARN tiến vào ribôxôm, đối mã của nó khớp với mã của axit amin thứ hai trên mARN theo nguyên tắc bổ sung.

Liên kết peptit giữa aa1 và aa2 được tạo thành. Sự chuyển vị lại xảy ra, và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi ribôxôm tiếp xúc với bộ ba tiếp giáp với bộ ba kết thúc phân tử chuỗi polipeptit lúc này có cấu trúc aaMĐ – aa1 – aa­2 ... aan vẫn còn gắn với tARN axit amin thứ n.

+ Bước 4: Kết thúc chuỗi pôlipeptit, Ribôxôm chuyển dịch sang bộ ba kết thúc lúc này ngừng quá trình dịch mã 2 tiểu phần của ribôxôm tách nhau ra tARN, axit amin cuối cùng được tách khỏi chuỗi polipeptit. Một enzim khác loại bỏ axit amin mở đầu giải phóng chuỗi pôlipeptit.
Cần lưu ý trên mỗi mARN cùng lúc có thể có nhiều ribôxôm trượt qua với khoảng cách là 51Å  102Å. Nghĩa là trên mỗi mARN có thể tổng hợp nhiều prôtêin cùng loại.
Sự tổng hợp prôtêin góp phần đảm bảo cho prôtêin thực hiện chức năng biểu hiện tính trạng và cung cấp nguyên liệu cấu tạo nên các bào quan va` đảm nhận nhiều chức năng khác nhau.
Hình ảnh quá trình dịch mã:

Quá trình dịch mã.
-Ở sinh vật nhân thực, sau khi mARN được tổng hợp, hoàn thiện, nó sẽ rời khỏi nhân, ra ngoài tế bào chất, làm khuôn mẫu cho quá trình dịch mã.
-Ở sinh vật nhân sơ, vì không có màng nhân, nên quá trình phiên mã và dịch mã xảy ra gần như đồng thời.
Trong quá trình dịch mã, mARN liên kết với riboxom.Quá trình dịch mã được thực hiện theo 3 bước:
+ Hoạt hoá a.a
+ Dịch mã và hình thành chuỗi polipeptit
+ Enzim xúc tác hình thành liên kết peptit giữa a.a mở đầu và a.a thứ nhất.
a.Hoạt hoá a.a
- Dưới tác dụng của enzim, và sử dụng năng lượng, 1 phân tử a.a sẽ liên kết với 1 phân tử tARN tại vị trí xác định, tạo thành phức hệ aa – tARN.
- Ta coi rằng mỗi loại tARN chỉ liên kết với 1 loại a.a; nhưng mỗi loại a.a có thể liên kết với nhiều hơn 1 loại tARN (tính chất tương tự với mã bộ ba)
b.Dịch mã và hình thành chuỗi polipeptit
- Tiểu phần bé của riboxom liên kết với mARN, sau đó phân tử tARN mang a.a mở đầu (Met ở nhân thực, f-Met ở nhân sơ) đến. Bộ ba đối mã trên phân tử tARN sẽ liên kết theo nguyên tắc bổ sung với bộ ba mã hoá trên phân tử mARN. Sau đó, tiểu phần lớn của riboxom sẽ liên kết, tạo thành phức hệ mARN-riboxom, bắt đầu quá trình dịch mã.
- Quá trình này còn có sự tham gia của các yếu tố khác (If-I, If-II…)
- tARN mang a.a thứ nhất tới vị trí A (tARN mang Met ở vị trí P có sẵn), trong đó bộ ba đối mã của nó liên kết bổ sung với bộ ba mã hoá tiếp theo (sau vị trí mở đầu) trên mARN.
c.Enzim xúc tác hình thành liên kết peptit giữa a.a mở đầu và a.a thứ nhất.
- Tiếp đó, riboxom dịch chuyển 1 nấc trên mARN, khiến các tARN dịch chuyển 1 vị trí:
+ tARN mang a.a mở đầu -> vị trí E. Liên kết giữa tARN và a.a của nó bị phá vỡ, tARN rời khỏi riboxom.
+ tARN mang a.a thứ nhất -> vị trí P.
+ 1 tARN khác, mang a.a thứ 2 vào liên kết với bộ ba mã hoá kế tiếp trên mARN.
- Cứ như thế, liên kết peptit được hình thành giữa các a.a theo thứ tự nhất định.
- Quá trình tiếp tục cho tới khi gặp bộ ba kết thúc thì dừng lại.
- Các tiểu phần riboxom tách nhau và rời khỏi mARN, giải phóng chuỗi polipeptit mới được tổng hợp. Axit amin mở đầu rời khỏi chuỗi. Chuỗi polipeptit tiếp tục được hoàn thiện và tạo thành phân tử protein hoàn chỉnh.
Những điểm cần lưu ý:
- Dịch mã bắt đầu khi tARN đặc biệt cho khởi sự gắn với đơn vị nhỏ của roboxom, phức hợp sẽ bám vào các trình tự nhận biết đặc biệt của roboxom ở đầu 5’ của mARN phía trước đoạn mã hoá cho protein. Nhờ đó anticodon (bộ 3 đối mã) của tARN-methionine khở sự bắt cặp với codon(bộ 3 mã hoá) xuất phát AUG trên mARN, ở điểm P (P-site). Sau đó các đơn vị lớn và nhỏ gắn vào nhau tạo thành roboxom nguyên vẹn.
- Ở bước kết thúc, mã kết thúc không có anticodon. Thay vào đó các nhân tố phóng thích RF làm kết thúc quá trình. Mạch polipeptit có NH2- và –COOH hoàn chỉnh sẽ thoát ra ngoài nhờ nhân tố phóng thích đó.