TS. Trần Huy Thịnh
Mục tiêu:
1. Phân tích các yếu tố tham gia sinh tổng hợp protein
2. Trình bày bằng sơ đồ cac giai đoạn sinh tổng hợp protein
3. Phân tích các cơ chế điều hòa sinh tổng hợp protein
Cấu tạo của Protein
Vai trò của Protein
1. Chống lại bệnh tật
2. Tham gia vào cấu trúc mô, cơ quan
3. Thành phần chính của enzyme
4. Tham gia vào cấu tạo màng sinh học
Quá trình phiên mã:
Protein được tổng hợp
tại Ribosome:
Sinh tổng hợp protein ở tế bào nhân sơ:
+ Các yếu tố tham gia
• DNA: là cơ sở vật chất di truyền
• mRNA: chất truyền thông tin di truyền
• tRNA: vận chuyển acid amin
• rRNA: là nơi sinh tổng hợp protein, gồm 2 tiểu đơn vị 30S và 50S tạo ribosom 70S
• Các
enzym
. Aminoacyl-tRNA
synthetase: tạo phức aa-tRNA
. Peptidyl
transferase: tạo liên kết peptidCác yếu tố tham gia
• Yếu tố mở đầu: IF1, IF2, IF3 (F1, F2, F3)
• Yếu tố kéo dài:
. EFT (EFTu, EFTs): hoạt tính GTPase (thủy phân GTPase GP năng lượng) giúp chuyển aa-tRNA đến ribosom
. EFG: cần cho sự chuyển vị của peptidyltRNA trong ribosom
• Yếu tố kết thúc: RF1, RF2, RF3
• Năng lượng: ATP, GTP
• Các ion: Mg2+, NH4+, K+
• Nguyên liệu: 20 acid amin
Các acid amin:
Quá trình dịch mã:
Vị trí: Xảy ra ở bào tương
Gồm 2 giai đoạn:
• Hoạt hóa acid amin
• Tổng hợp chuỗi polypeptid: 3 bước
- Mở đầu
- Kéo dài
- Kết thúc
Hoạt hóa acid amin:
Cấu trúc tRNA:
Có chức năng gắn kết
và vận chuyển aa trong bào tương tới nơi diễn ra quá
trình tổng hợp protein là
ribosom.
Cấu trúc ribosom:
and mitochondria:
Hoạt hóa acid amin:
* Gồm 2 bước:
• Bước 1: tạo aminoacyl-AMP
• Bước 2: tạo
phức hợp aminoacyl-tRNA
tRNAs are activated
by amino-acyl tRNA synthetases:
Tổng hợp chuỗi
polypeptid:
Gồm 3 bước:
• Bước 1: Mở đầu
• Bước 2: Kéo dài chuỗi
• Bước 3: Kết thúc
Structure of the
7-methyl guanosine cap:
The 7me-G cap is required for an mRNA to be translated
Bước 1: Mở đầu chuỗi
• Mã mở đầu: AUG mã hóa acid amin Met
• Quá trình:
- Tạo phức hợp mở đầu: tiểu phần 30S - IF3 - mRNA - IF1
- Gắn tiểu phần 50S: Giải phóng IF3
- Tạo ribosom 70S hoạt động: nhờ GTP gắn 2 tiểu phần, giải phóng nốt IF1 và IF2
Đầu tiên 30S gắn với IF3 và phức hợp này gắn với mRNA rồi
gắn với IF1.
Sau đó fMet-tRNA và GTP
gắn với IF2 tạo thành phức hợp.
Phức hợp này gắn với phức hợp 30S-IF3-mRNA-IF1 tạo nên
phức hợp mở đầu và giải phóng IF3
cho phép tiểu phần 50S kết hợp với
tiểu phần 30S.
Thuỷ phân GTP gắn trên IF2 tạo năng lượng gắn 50S vào
30S giải phóng IF1 và IF2, tạo
ribosom 70S hoạt động.
• Kết quả: Ribosom
70S hoạt động gắn với fMet-tRNA và
mRNA ở vị trí P tương ứng với mã mở đầu
AUG
Bước 2: kéo dài chuỗi
• Đây là giai đoạn lắp ráp các aa theo trình tự nhất định đã mã hóa trên mRNA
• Sau bước 1, vị trí P trên ribosom gắn với fMet-tRNA, vị trí A còn trống
→ tiếp nhận aa tiếp theo tương ứng bộ ba mã hóa ở vị trí A
• Quá trình:
. Tạo
phức hợp bộ ba EFTu –
GTP- (aa-tRNA)
. Phức hợp này gắn vào vị trí A nếu phù hợp bộ ba mã hóa nhờ thủy phân GTP, giải phóng EFTu-GDP
. Hình
thành liên kết peptid: nhờ enzym peptidyl
transferase và năng lượng thủy phân
fMet-tRNA
. Tạo thành: peptidyl-tRNA (fMet-aatRNA)
. Ribosom trượt đi 1 khoảng bằng 1 bộ ba mã hóa theo chiều 5’-3’
→ peptidyl-tRNA chuyển từ vị trí A sang P
→ vị trí A trống
→ tiếp tục nhận aa mới
. Quá trình nhờ EFG - CTP
Messenger RNAs are translated on polyribosomes:
Bước 3: kết thúc
- Quá
trình kéo dài dừng lại khi một codon kết
thúc (UAA,UGA, UAG) đi vào vị trí A
- Các
yếu tố kết thúc (RF) gắn vào ribosom làm
tách các thành phần riêng rẽ:
. chuỗi
polypeptid,
. tRNA
cuối cùng
. mRNA,
. 2
tiểu đơn vị 30S, 50S
Hoàn thiện chuỗi polypeptid:
• Loại bỏ fMet và một vài aa đầu N tận nhờ enzym deformylase hoặc aminopeptidase
• Cắt bỏ đoạn peptid tín hiệu bởi peptidase với protein tiết ngoài tế bào
• thay đổi một số aa: phosphoryl hóa Ser, Thr, Tyr ở các gốc –OH (casein sữa)
• Gắn thêm các nhóm chức năng khác: coenzym, hem
• Cắt bỏ một số đoạn aa hoạt hóa protein (enzym tiêu hóa)
• Tạo liên kết nội chuỗi hoặc với chuỗi khác tạo cấu trúc bậc 2-4 (liên kết
hidro, disunfua…)
Sinh tổng hợp protein ở tế bào nhân thật:
• Nhân sơ sao mã và dịch mã đều ở tế bào chất nên dịch mã xảy ra ngay cả khi sao mã chưa kết thúc. Nhân thật dịch mã chỉ xảy ra khi sao mã đã kết thúc và hoàn thiện mRNA
• Đòi hỏi nhiều yếu tố tham gia hơn, nhiều giai đoạn phức tạp hơn
• aa đầu tiên là Met, nhân sơ là formyl Met
• mRNA chỉ có 1 điểm xuất phát, nhân sơ nhiều điểm xuất phát chung một operon trên DNA
• Ribosom 80S với 2 tiểu phần 40S và 60S
Ý nghĩa sinh tổng hợp protein:
Nhờ quá
trình tổng hợp protein một cách chính xác từ trật tự sắp xếp các bộ ba mã hóa
quy định trật tự sắp xếp các acid amin trong phân tử protein, đảm bảo thông tin
di truyền được truyền đạt nguyên vẹn từ nhân ra tế bào chất.
Sinh tổng hợp Protein thường được điều hoà ở mức khởi đầu dịch mã:
Điều hòa sinh tổng hợp protein
(nhân sơ):
• Hiện tượng cảm ứng tổng hợp (operon lactose): điều hòa dương tính
• Hiện tượng kìm hãm tổng hợp (operon tryptophan): điều hòa âm tính
Operon lactose:
Operon tryptophan:
Điều hòa sinh tổng hợp protein (nhân thật):
* Điều
hòa tổng hợp chuỗi globin bởi Hem (kích
thích):
• HCR kết hợp với yếu tố mở đầu eIF2 làm ức chế quá trình tổng hợp globin
• Khi hem trong hồng cầu tăng tạo phức với HCR giải phóng yếu tố eIF2→ kích thích tổng hợp globin
* Điều hòa tổng hợp protein bởi interferon (ức chế tổng hợp)
Điều hòa sinh tổng hợp protein khác nhau ở tế bào nhân sơ và nhân thật:
• Tế bào nhân sơ điều hòa trực tiếp gen qua operon
• Tế bào nhân thật điều hòa phức tạp thông qua các yếu tố mở đầu
Kháng sinh ức chế quá trình sinh tổng hợp Protein:
A “Royal Disease”
Queen Victoria (1837 to 1901) passed hemophilia on to
German, Russian and Spanish royal
families. Her son, Leopold, had frequent hemorrhages (British Medical Journal,1868) and died of a brain hemorrhage at
31. His grandson also died of a
brain hemorrhage in 1928.
The Genetics of
Hemophilia:
Recombinant factor VIII:
