Bài giảng Sinh học phân tử - Bài: Sinh tổng hợp protein (Protein translation) (Phần 1) - Nguyễn Kim Thạch

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
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
ARN 5S
ARN 23 S
protéines
ARN 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 trấu 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 (PROOREADING) 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
The lacZYA 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
Vị trí IF1, IF3 và
IF2-GTP-
itRNAMet trong
đơn vị 30S. IF3
sẽ bám vào vùng
E, IF2 bám vào
vùng P và IF1
báo vào vùng A
trên mRNA.
Vị trí các yếu tố khởi đầu trong phức hợp khởi đầu
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
Vùng mã hóa trong quá trình dịch mã
Phức hợp tRNA-aa *GTP*EF-Tu gắn vào codon ở vị trí vùng A. EF-Tu điều khiển hình
thành liên kết peptid.
Nếu sự bắt cặp chính xác của codon-anticodon GTP thủy phân và EF-Tu giảm hoạt tính.
Liên kết peptid được hình thành.
EF-Tu giúp nhận biết và loại bỏ phức hợp aa-tRNA đến gắn không đúng
Tái sinh của EF-Tu bằng EF-Ts
aa
GTP
Tu
GDP
Tu Ts
GDP
Tu
Ts
GTP
GDP
GTP
Tu
Ts
Sự hoạt động peptidyl-transferase: vai trò chính
của 23S rRNA
Xác định vị trí của peptidyl-transferase
CCdAp-puromycine, nhân tố ức chế
sự hoạt động của peptidyl-
transferase activity (blue)
nucleotides bảo tồn (red)
Variable nucleotides (grey)
Vùng peptidyl transferase chỉ
chứa RNA: vòng trung tâm 23S 
rRNA domain V
Current Opinion in Structural Biology, 2001,11:144-154
Sự chuyển vị: vai trò của EF-G -GTP
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
EF-Tu gắn kết tRNA-aa-GTP và EF-G: các cấu
trúc giống nhau
VII L’élongation 
EF-G cần thiết
cho sự chuyển vị
EF-Tu: gắn kết
với tRNA-aa-GTP 
2 GTP được thủy phân
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 KẾT THÚC CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ 
CỦA PROKARYOTE