Bài giảng Sinh tổng hợp Protein

SINH TỔNG HỢP PROTEIN (PROTEIN TRANSLATION) ThS. Nguyễn Kim Thạch BM. Hóa Sinh – Sinh Học Phân Tử Trường ĐH Y Khoa Phạm Ngọc Thạch E-mail: nguyenkimthach@pnt.edu.vn 1 Từ Gene đến Protein Nhân Tế bào chất Điều hòa sao mã Chu trình điều hòa RNA Điều hòa vận chuyển RNA Điều hòa dịch mã Điều hòa thoái hóa RNA mRNA mất hoạt tính Điều hòa sau dịch mã MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ Sự hoạt hóa tRNA của giai đoạn dịch mã Ribosome: 3 vị trí gắn và tunnel RNA 5S RNA 23S Protein RNA 16s E P A Sự dịch mã của mRNA AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN AAAAAA 3 vị trí của ribosome: A (vị trí gắn), P (vi trí Peptide) và E (vị trí đầu ra) Phức hợp tRNA-Met đầu tiên đến gắn vào vùng P (tín hiệu của cho sự dịch mã), tiểu đơn vị ribosome đến gắn vào vị trí mã hóa khởi đầu AUG (hoặc CUG). Đơn vị lớn ribosome đến gắn tạo nên cấu trúc ribosome hoàn chỉnh, bước này diễn ra rất nhanh. Khi đó, quá trình dịch mã bắt đầu. Phức hợp tRNA-aa tiếp theo đến gắn nối tiếp ở vùng A. Lúc này liên kết peptid chưa hình thành. Giai đoạn khởi đầu E P A AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN AAAAAA Nếu đơn vị mã hóa và đối mã bắt cặp đúng ở vùng A, cấu trúc ribosome mới được hình thành. Nếu bắt cặp không đúng, phức hợp tRNA-aa khác đến gắn tuần tự cho đến khi gắn đúng. Vùng mã đọc (PROOFREADING) từ vị trí A đến mã kết thúc UAG. Giai đoạn kéo dài Sự dịch mã của mRNA E P A AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN AAAAAA Sau khi tRNA và Ribosome gắn yên vị trên bộ 3 mã gốc, ngay lập tức amino acid chuyển vị gắn với amino acid trên tRNA ờ vùng A và liên kết peptid được hình thành (do peptidyltranferase xúc tác). Sự dịch mã của mRNA E P A AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN AAAAAA Phân tử Ribosome dịch chuyển qua mã bộ 3 kế tiếp. Ở vùng E, tRNA ở trạng thái đơn lẻ. Ở vùng P, tRNA mang 1 liên kết peptid (2 amino acids). Sự dịch mã của mRNA E P A AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN AAAAAA Một tRNA-aa mới đến gắn vào vùng A , tRNA ở vùng E tách rời. Sự dịch mã của mRNA E P A AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN AAAAAA Nếu bộ 3 đối mã trên tRNA gắn phù hợp với bộ 3 mã sao ở vùng A, ribosome sẽ được dịch chuyển qua vùng A. Sự dịch mã của mRNA E P A AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN AAAAAA 2 aa trên tRNA ở vùng P chuyển vị qua tRNA ở vùng A, liên kết peptid được hình thành. Sự dịch mã của mRNA E P A AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN AAAAAA Khi có sự chuyển vị, ribosome dịch chuyển qua bộ 3 mã sao kế tiếp, đồng thời tRNA-aa mới đến gắn vào vùng A. Sự dịch mã của mRNA E P A AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN AAAAAA Khi sự chuyển vị đến vùng A - bộ 3 kết thúc (STOP codon), không có một tRNA nào có thể gắn vào vị trí này, chỉ có 1 protein gắn vào (có hình dạng 3D tương tự tRNA). Chuỗi peptid được giải phóng. Giai đoạn kết thúc Sự dịch mã của mRNA AUG NNN NNN NNN NNN UAG NNN AAAAAA Sự tái sinh của quá trình giải mã Sự dịch mã của mRNA GIAI ĐOẠN KHỞI ĐẦU CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ Ở PROKARYOTE Giai đoạn khởi đầu của Prokaryote 1. 2 đơn vị của ribosome phân tách (IF-1) 2. IF-3 gắn vào 30S 3. IF-1 và IF-2/GTP gắn vào 30S 4. 30S/IFs kết hợp với tRNA khởi đầu tạo thành phức hợp khởi đầu 5. 50S gắn vào phức hợp khởi đầu và loại bỏ IF-1, IF-3 6. Tách loại IF-2, thủy phân GTP thành GDP và Pi GIAI ĐOẠN KÉO DÀI CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ Ở PROKARYOTE Sự chọn lọc: tRNA-aa GTP Các yếu tố kéo dài (eF-Tu) Tạo thành liên kết peptid ở 23S rRNA do các yếu tố xúc tác. Sự chuyển vị giải phóng EF-G Tái sinh của EF-Tu bằng EF-Ts aa GTP Tu GDP Tu Ts GDP Tu Ts GTP GDP GTP Tu Ts E P AE P A Tu Tu E P A Peptidyl-transférase E P A EF-G E P A EF-G Ribosome chuyển vị theo chiều xuôi (3 nucleotides) Sự chuyển vị GIAI ĐOẠN KẾT THÚC CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ Ở PROKARYOTE GIAI ĐOẠN KẾT THÚC CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ Ở PROKARYOTE Không có tRNA đến gắn tương ứng với bộ 3 kết thúc (UAG, UAA hoặc UGA). Sự phân tách chuỗi polypeptide ở giai đoạn kết thúc như thế nào? Sự tái sử dụng ribosome như thế nào? Các yếu tố tham gia ở giai đoạn kết thúc 2 yếu tố tham gia nhận biết phóng thích chuỗi: - RF-1 nhận biết UAA hoặc UAG, - RF-2 nhận biết UAA hoặc UGA. 2 yếu tố tham gia giai đoạn kết thúc: - RF-3 - RF-4 RF1 và RF2 hiện diện với số lượng ít (600 molecules/cell, 1 dùng cho 50 ribosomes). Ở đơn bào nhân sơ (halobacteria, arman) yếu tố RF1 nhận biết cho cả 3 bộ 3 kết thúc (UAA, UAG và UGA) GIAI ĐOẠN KHỞI ĐẦU CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ Ở EUKARYOTE Hình thành phức hợp tiền khởi đầu ở eukaryotic 40S 60S 40SeIF-6 60S 6 eIF-3 + eIF-1A 40S 31A Met GTP 2eIF-2-GTP Met Met-RNAti Gắn mũ ở đầu kết thúc 5’ của mRNA và đọc lướt 40S 31A Met GTP 2 AUG GAU GAA CUU AAU UGA (A)n Met GTP 2 31A AUG GAU GAA CUU AAU UGA (A)n eIF-4A + eIF-4B 4B 31A Met GTP 2 AUG GAU GAA CUU AAU UGA (A)n «đọc lướt» ATP 4A ADP 4E 4G P A1A Met GTP 2 ACCAUG CAU GAA Đọc lướt đến AUG 4E 4G P A 1A ATP 4A3 Met GTP 2 ACCAUG GAU GAA « đọc lướt» 4B P A 1A ADP 3 Met GTP 2 G «đọc lướt» ATP 4B 4A Sự lắp ráp ribosome A Met GTP 2 31A AUG GAU GAA CUU AAU UGA (A)n GDP 2 3 1A AUG GAU GAA CUU AAU UGA (A)n 6 P A 6 60S Met eIF-5 Sự tương tác đầu 5’ và 3’ của mRNA PABP: polyA Binding Protein, PABP cũng đồng thời tương tác với eIF-4G Hình thành cấu trúc vòng của mRNA eIF4G tương tác trực tiếp với PABP và eIF3 GIAI ĐOẠN KHỞI ĐẦU CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ Ở EUKARYOTE eIF4G 5 ’ 3 ’ eIF4E PABP P A aa aa aa aa AUG CAU GAA CUU UUG GCG UGA PABP AAAAAAAAA aa 2 vai trò của đuôi poly (A): - giúp mRNA bền - hiệu suất của quá trình dịch mã. Sự tái dùng các ribosome Vai trò của elF4G làm nền cho sự hoạt hóa cho PABP, elF3 và elF4E GIAI ĐOẠN KÉO DÀI CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ Ở EUKARYOTE Các yếu tố kéo dài ở eukaryote eEF1A = EF-Tu eEF1B* = EF-Ts * yếu tố chứa 2, 3 hoặc 4 tiểu đơn vị tùy thuộc loại sinh vật. eEF2 = EF-G Peptidyl- transférase eEF2 E P A E P A GTP GDP E P A GTP eEF1A E P A translocation GTPGDP GTP GDP eEF1B Giai đoạn kéo dài của dịch mã ở eukaryote GIAI ĐOẠN KẾT THÚC CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ Ở EUKARYOTE Các yếu tố kết thúc ở eukaryote Yếu tố eRF-1 hoạt hóa giải phóng chuỗi polypeptide và nhận biết 3 bộ 3 kết thúc. eRF1 được hoạt hóa bởi eRF-3 Giai đoạn kết thúc của dịch mã ở eukaryote Giai đoạn kết thúc của dịch mã ở eukaryote Sự quan trọng của vùng trình tự gần bộ 3 kết thúc Hiệu suất giai đoạn kết thúc của dịch mã phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau: - Bộ 3 mã kết thúc - Vùng trình tự gần bô 3 mã kết thúc - Phức hợp tRNA–peptidyl - 2 amino acid cuối cùng của chuỗi polypeptide . Câu 1: Trong dịch mã, liên kết peptide được hình thành nhờ: A. Ribonuclease H B. Ligase C. Polymerase III D. Cacboxylase E. Peptidyltranferase Các câu hỏi trắc nghiệm lượng giá Câu 2: Quá trình dịch mã trên mRNA của tế bào A. Diễn ra liên tục từ codon khởi đầu theo chiều 5’ đến 3’ B. Diễn ra liên tục từ codon khởi đầu theo chiều 3’ đến 5’ C. Diễn ra ở vùng mã đọc (proofreading) D. A và C đúng E. B và C đúng Câu 3: Chuỗi peptid đang hình thành gắn vào ở A. Vùng A B. Vùng P C. Vùng E D. Vùng P, E E. Các câu trên đều sai Câu 4: Giai đoạn khởi đầu của quá trình dịch mã ở prokaryote có các yếu tố tham gia A. IF1, IF2 và IF3 B. IF1, IF2/GTP và IF3 C. IF1, GTP và IF3 D. EF-Tu, EF-G E. EF-G/GTP Câu 5: Giai đoạn kéo dài của quá trình dịch mã ở eukaryote có các yếu tố tham gia A. eEIF1A, eEIF1B và eEIF2 B. IF1, IF2/GTP và IF3 C. IF1, GTP và IF3 D. EF-Tu, EF-Ts và EF-G E. EF-G/GTP