Đề tài Quá trình sinh tổng hợp protein

toång hôïp protein, nhöng noù ñoøi hoûi phaûi coù chöông trình rieâng ñeå taïo thöù töï amono acid ñaëc hieäu. Thoâng tin maõ hoùa treân mARN seõ ñöôïc dòch maõ nhôø caùc ribosome . ◊ Soá löôïng mARN thöôøng chieám soá löôïng khoâng nhieàu nhöng noù coù yù nghóa quyeát ñònh ñeán qua trình truyeàn thoâng tin ( mARN thöôøng chieám khoaûng 5% toång soá ARN cuûa teá baøo). mARN tröôït treân ribosome vaø maõ hoùa treân cô sôû caùc codon cua noù.Khi xay ra quaù trình toång hôïp protein caùc yeáu toá môû ñaàu seõ giuùp Ribosome gaén vôùi mARN. Söï gaén naøy thöôøng töông öùng vôùi caùc codon. Codon môû ñaàu cho quaù trình laø AUG maõ hoùa cho methyonin.Cöù nhö vaäy vieäc gaén seõ ñöôïc maõ hoùa theo thöù töï nhaát ñònh cuûa caùc codon treân mARN. Thöôøng thì mARN coù ñoaïn ñaàu mang tín hieäu cho ribosome nhaän bieát ñeå gaén vaøo dòch maõ. Ngoaøi ra ôû ñuoâi 3’ sau daáu keát thuùc (stop signal ) coù ñoaïn 3’ khoâng maõ hoùa (3’- noncoding) laø nôi gaén Poly – A. ◊ Caùc mARN cua procaryote coù caáu truùc ñôn giaûn. Thôøi gian toàn taïi khoaûng 2 phuùt. mARN cua Eucaryote coù thôøi gian toàn taïi laø 30 phuùt ñeán 14 giôø. b)Baûn chaát maõ di truyeàn: Thöù töï amino acid ñöôïc cuûa protein ñöôïc maõ hoùa bôûi thöù töï cuûa gene, töø ñoù noù ñöôïc dòch maõ ra. Do chi coù 4 loaïi nucleotide treân ADN vaø mARN , trong khi coù ñeán 20 loaïi acid amin cho neân 1 hoaëc 2 base thì khoâng ñuû maõ hoùa cho 20 acid amin ñoù. Toái thieåu phaûi coù 3 base trong boä maõ codon (codon laø taäp hôïp caùc nucleotide treân mADN maõ ñaëc bieät hieäu cho 1 amino acid): Taäp hôïp 3 base seõ töông öùng vôùi 43 = 64 codon khac nhau.Moãi heä nhö vaäy goïi laø moät triplet. Maõ di truyeàn : codon treân mARN (Ñoïc theo chieàu 5’" 3’) Vò trí thöù nhaát (Ñaàu 5’) Vò trí thöù 2 Vò trí thöù 3 (Ñaàu 3’) U U C A G U C A G Phe Phe Leu Leu Ser Ser Ser Ser Tyr Tyr Stop Stop Cys Cys Stop Trp C Leu Leu Leu Leu Pro Pro Pro Pro His His Glu Glu Arg Arg Arg Arg U C A G A Ile Ile Ile Met Thr Thr Thr Thr Asp Asp Lys Lys Ser Ser Arg Arg U C A G G Val Val Val VAl Ala Ala Ala Ala Asp Asp Glu Glu Gly Gly Gly Gly U C A G *Ghi chuù: Tìm acid amino töông öùng vôùi codon baèng caùch ñoïc theo chieàu 5’"3’ töø coät thöù 1 sang coät thöù 3 Löu yù: -Coù 64 maõ (codon) cho 20 acid amino: 61 codi\on chöùa thoâng tin vaø phaàn lôùn caùcamino acid ñeàu coù nhieàu hôn moät codin maõ cho baûn thaân mình. Caùc amino acid baát thöôøng ñöôïc hình thaønh do quaù trình caûi bieán sau dòch maõ cua protein. -Coù söï thoaùi hoùa nghóa laø thöôøng coù hôn 1 codon maõ hoùa cho 1 amino acid cuï theå. Haàu heát caùc thay ñoåi xaûy ra ôû base thöù 3, vieäc naøy aûnh höôûng ñeán phöông caùch ñoái maõ (anticodon) treân tARN gaén vôùi MARN. Noùi chung, soá luôïng amino acid caøng nhieàu treân protein,thì soá löôïng codon cho noù caøng lôùn. Moät loaøi nhaát ñònh coù khuynh höôùng chæ söû duïng moät soá löôïng haïn cheá caùc codon. -Caùc codon UAA, UAG, UGA laø caùc tín hieäu keát thuùc gaây neân söï keát thuùc sôïi vaø taùch sôïi polypeptid ra khoi ribosome. -Vieäc baét ñaàu sôïi polypeptide luoân ñöôïc maõ hoùa bôûi AUG (methionine), nhöng codon naøy cuõng maõ hoùa cho methionine neáu noù ôû trong sôïi. -Treân mARN thoâng tin laø moät loaït caùc codon lieân tieáp nhau, khoâng phuû leân nhau vaø khoâng caùch nhau. Tuy coù söï thoaùi hoùa nhöng maõ thoâng tin vaãn khoâng mô hoà vì chæ coù moät amino acid töông öùng vôùi moät codon. Thoâng tin ñöôïc ñoïc moät caùch lieân tuïc, cöù 3 nucleotide moät , keå töø codon baét ñaàu laø AUG.Söï caét quaõng tính lieân tuïc naøy do söï xen vaøo hoaëc maát ñi moät base seõ laøm sai khung ñoïc: töø choã bi7 ñoät bieán thoâng tin ñoïc theo boä ba triplet khaùc, do vaäy polypeptide toång hôïp seõ coù thöù töï amino acid kjhaùc so vôùi thoâng tin ban ñaàu, vaø noù seõ ngaén hôn neáu khung ñoïc taïo neân codon keát thuùc. Vieäc gaén xen hoaëc maát ñi cuûa base tieáp theo coù theå vaãn giöõ nguyeân khung ñoïc nguyeân thuûy, nhöng khi aáy saûn phaåm protein seõ coù thöù töï ngaén hôn. - ñoät bieán baèng söï thay theá base(ñoät bieán ñieåm) coù theå laø trung tính( khoâng gaây ra söï thay ñoåi amino acid vì tính thoaùi hoùa cuûa maõ) hay baûo thuû(gaây ra söï thay theá 1 amino acid naøy baèng 1 amino acid khaùc coù cuøng kích thöôùc vaø tích ñieän) hoaëc cô baûn( gaây ra söï thay theá 1 amino acid naøy baèng 1 amino acid khaùc). + Neáu söï thay theá sinh ra codon stop môùi(codon nonsense) thì protein seõ bò ngaén ñi vaø gaàn nhö khoâng coù hoaït tính. - Thoâng tin ñöôïc ñoïc theo chieàu 5’" 3’ cuøng chieàu vôùi vieäc sao maõ. codon ñaàu tieân ñaëc tröng cho ñaàu N taän cuøng cuûa protein. 3. tARN(ARN vaän chuyeån) Tröôùc naêm 1955 ngöôøi ta vaãn chöa hieåu taïi sao thoâng tin laïi ñöôïc truyeàn töø ADN ñeán protein .Trong khi ADN ñöôïc toång hôïp vaø hoaït ñoäng trong nhaân, protein laïi ñöôïc toång hôïp ôû Ribosome, ngoaøi nhaân. Nhö vaäy phaûi coù 1 chaát naøo ñoù laøm trung gian cho quaù trình naøy. Naêm 1955 F.Crick ñaõ ñöa giaû thuyeát veà chaát noái(adapteur) giaû thuyeát naøy cho raèng tröôùc khi gaén thaønh polypeptide caùc amino acid phaûi ñöôïc gaén qua 1 chaát trung gian. Chaát naøy seõ ñöôïc baét caëp ñaëc bieät vôùi caùc base treân mARN. Naêm 1957 M.Hoagland vaø caùc coäng söï ñaõ tìm ra tARN vaän chuyeån, ñoàng thôøi chöùng minh raèng moãi phaân töû tARN gaén vôùi 1 phaân töû amino acid vaø gaén vôùi ribosome. Toái thieåu moãi acid ain phaûi 3 coù 1 tARN ñaëc hieäu. Maëc duø moãi tARN coù tính ñaëc hieäu rieâng nhöng chuùng laïi coù 1 soá ñaëc tính caáu truùc chung. a) Caáu truùc tARN : -Moãi moät tARN coù chieàu daøi khoaûng 73-93 nucleotide vôùi MW khoaûng 25000 Dalton. -Hình daïng cuûa chuùng coù caáu truùc baäc 2 xoaén goàm moät maïch cu6oïn lai nhö moät laù cheû ba( laù coù 3 thuøy) beân trong phaân töû. -Haàu heát caùc tARN coù thaønh phaàn : + Guanosine ôû ñaàu 5’ vaø thöù töï CCA ôû ñaàu 3’. Amino acid qua nhoùm –COOH cuûa mình gaén vôùi nhoùm –OH cuûaôû C-2 ribose cua adenisine taän cuøng baèng caàu noái ester. + Nuùt DHU vôùi 8-12 base ñôn bao giôø cuõng chöùa base kieàm dihidroucracil. + Nuùt 7 base ñôn chöùa thöù töï T, pseudouridine, C + Nuùt 7 base ñôn chöùa anticodon.Anticodon luoân coù Uridine ôû ñaàu 5’ vaø purine ( thöôøng bò methyl hoùa) ôû ñaàu 3’. + Moät nuùt nhoû kích thöôùc thay ñoåi naèm giöõa nuùt T, pseudouridine, C vaø nuùt antocodon. -Caùc nuùt base ñôn caùch nhau bôûi nhöõng cuoáng base keát ñoâi . -Chöùc naêng cuûa cuoáng anticodon laø baét caëp vôùi base codon töông öùng cuûa noù treân mARN . -Caùc nuùt khaùc laøm nhieäm vuï gaén tARN vôùi Ribosome vaø nhaän bieát amino acid ñaõ ñöôïc enzyme hoùa ñeå gaén vôùi noù moät caùch chính xaùc. -Caáu truùc thöc söï cuûa tARN coøn phöùc tap hôn vì nuùt DHU vaø T, pseudouridine, C coøn noái vôùi nhau qua nhieàu caàu noái hydrogen. b) tARN nhaän bieát codon: -Do coù 61 codon cho caùc amino acid khaùc nhau, neân veà maët lyù thuyeát coù theå nghó raèng cuõng coù töøng aáy tARN khaùc nhau vôùi moãi anticodon töông öùng. Thöïc teá, con soá aáy ít hôn raát nhieàu . -Ñoái vôùi moät soá amino acid coù ñeán 6 thuï theå ñoàng phaân( isoaceptor) tARN, nhöng coù nhieàu tröôøng hôïp moät tARN ñôn coù theà nhaän bieát nhieàu codon khaùc nhau ( cho cuøng moät amino acid). Ñieàu naøy coù theà giaûi thích raèng sö baét caëp giöõa base thöù 3 cuûa codon ( ôû ñaàu 3’ ) vaø base thöù nhaát cuûa anticodon ( ôû ñaàu 3’ cuûa noù) laø khoâng ñaëc hieäu baèng base kia. Ngöôøi tagoi hieän töôïng naøy laø söï “baét caëp loûng leûo”. Baûng caùc ñoâi base ñaõ ñöôïc phaùt hieän trong lieân keát codon- anticodon Anticodon A C G U I Codon U G U hoaëc C A hoaëc G A,U hoaëc C -Vieäc baét caëp loûng leûo laøm giaûm soá ARN caàn thieát ñeå gaén ñöôïc vôùi codon töø 61 xuoáng coøn 32,maëc duø trong vaøi tröôøng hôïp söï phaân bieät roõ raøng ôû base thöù 3 cuûa codon laø caàn thieát -Goác inosine thænh thoaûng coù trong anticodon cho pheùp tARN nhaän bieát ñöôïc ñeán 3 codon löïa choïn. -Trong ti theå, nôi coù moät soá khaùc bieät veà maõ di truyeàn ( ribosome vaø ADN chöùa trong ti theå nhoû hôn ribosome cua nguyeân sinh chaát, coù leõ vì theá maø khaû naêng di truyeàn cuûa noù bò haïn cheá), moät vaøi tARN coù khaû naêng nhaän bieát ñeán 4 codon vaø nhö vaäy soá tARN caàn thieát giaûm xuoáng coøn 22. -Khoâng coù tARN töông öùng vôùi codon keát thuùc maø thay vaøo ñoù caùc codon naøy laïi ñöôïc nhaän bieát bôûi caùc protein yeáu toá taùch rôøi. -tARN chöù a moät tyû leä cao caùc nucleotide hieám, nhö inosine, pseudouridine, robothymidine vaø haøng loaït caùc daãn xuaát methyl hoùa. inosine pseudouridine -Coù khoaûng 60 loaïi tARN ñaõ ñöôïc phaùt hieän, vaø taát caû ñeàu ñöôïc hình thaønh nhôø caûi bieán bôûi emzyme sau khi sao maõ. -Caùc gene cuûa tARN taäp trung treân nhöõng vuøng nhaát ñònh cua genome, vaø caû 2 loaïi ñeàu ñeày ñöôïc toång hôïp ôû daïng tieàn thaân daøi hôn ñeå sau ñoù trôû thaønh daïng chín muoài nhôø emzyme nuclease caét. -Caùc amino acid chæ ñöôïc nhaän bieát vaø tham gia vaøo toång hôïp protein sau khi ñöôïc hoaït hoùa ,nghóa laø gaén ñoàng hoùa trò vôùi tARN xaùc ñònh.Vieäc gaén naøy do emzyme hoaït hoùa laø aminoacyl-tARN synthetase xuùc taùc( enzyme naøy ñaëc hieäu vôùi caû amino acid vaø tARN). -Naêng löôïng ñeå hình thaønh lieân keát ester do söï thuûy phaân ATP thaønh AMP caø pyrophosphate.Ñaây laø phaûn öùng ligase ñaëc tröng: Amino acid + ATP + tARN + H2O " Aminoacyl-tARN + AMP + 2Pi -Phaûn öùng xaûy ra qua trung gian gaén vôùi aminoacyldenylate, noù laø hoàn hôïp anhydride cua AMP caø amino acid, nhoùm acyl sau ñoù chuyeån sang tARN taïo thaønh caàu noái ester vôùi adenosine ñaàu taän cuøng 3’. Amino acid coù theà gaén vaøo hoaëc 2’ hoaëc 3’ tuøy thuoäc vaøo choã enzyme hoaït hoùa tARN. Toái thieåu laø 1 hay ñoâi khi nhieàu hôn enzyme hoaït hoùa cho moãi amino acid caø emzyme naøy thöôøng nhieàu thuï theå ñoàng phaân cuûa caùc tARN. 4. Aminoacyl-tARN synthetase: -Aminoacyl-tARN synthetase chæ laø thaønh vieân cuûa heä toång hôïp protein nhaän bieát caùc amino acid moät caùch tröïc tieáp, sau khi hoaït hoùa khoâng coù caùch naøo ñeå nhaän bieát vaø loaïi boû caùc amino acid gaén vaøo tARN khoõng ñuùng.Vì vaäy, caùc emzyme naøy phaûi coù khaû naêng phaân bieät moät caùch thaän troïng giöõa caùc amino acid vaø giöõa caùc tARN. -Nhieàu chaát töông töï amino acid öùc cheá Aminoacyl-tARN synthetase baèng caùch caïnh tranh vôùi cô chaát amino acid, nhöng raát hieám tröôøng hôïp chaát töông töï hoaït hoùa vaø gaén vaøo protein. 5.Söï caûn ñoät bieán: Neáu moät ñoät bieán voâ nghóa xaûy ra treân gene taïo neân codon stop vaø gaây neân vieäc keát thuùc sôm vieäc dòch maõ, thì sau ñoù moät ñoät bieán thöù 2 coù theå caûn trôû hieäu quaû naøy. Hieän töôïng naøy xaõy ra khi ñoät bieán treân anticodon cuûa tARN vaø laøm cho noù nhaän bieát coson ñoät bieán vaø xen 1 amino acid vaøo (hoaëc laø 1 amino acid goác hoaëc laø 1 amino acid khaùc) vaø vaãn giöõ nguyeân hoaït tính cuûa protein ñoät bieán. Daïng ñoäi bieán thöù 2 goïi laø söï caûn ñoät bieán (suppressor mutation). D- Sinh toång hôïp protein:             Như chúng ta đã xem ở chương trước, một phức hệ enzim tạo ra các bản sao mới ADN trong các nhiễm sắc thể và sửa chữa hầu hết các sai sót.  Nhưng tất cả trình tự baz quan trọng trong ADN không chỉ được sao chép và sửa chữa mà còn phải được dùng để tạo ra các protein cấu trúc của tế bào và các enzim cho sự biến dưỡng của tế bào.  Trong chương này chúng ta sẽ xem xét làm thế nào thông tin thật sự được mã hóa ở ADN, và làm thế nào thông tin được phiên mã thành ARN trong đó một số được sử dụng trực tiếp và số còn lại được giải mã thành protein. I. Söï phiên mã (transcription) Vào đầu những năm 40, các nhà sinh học phân tử đã cho thấy tế bào tụy tạng của động vật có xương sống, nơi sự tổng hợp protein xảy ra hết sức tích cực, có chứa một lượng lớn ARN.  Vì acid nucleic này chỉ có với một lượng giới hạn trong những tế bào không sản xuất protein, như trong các tế bào cơ và thận nên dường như có một mối liên hệ chặc chẽ giữa sự tổng hợp protein và ARN.  Hơn nữa, không giống như ADN, ARN có cả trong tế bào chất cũng như trong nhân.  Những thí nghiệm đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ đã chứng minh rằng ARN được tổng hợp trong nhân và được chuyển từ nhân vào tế bào chất.  Tất cả những bằng chứng nầy cho thấy rằng ARN là chất liên lạc giữa ADN của nhân và ribô thể ở tế bào chất trong sự tổng hợp protein. ARN được phiên mã từ ADN nhờ  phức hệ enzim ARN polymeraz.  Phức hệ nầy 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 t ARN 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. 1. Sự phiên mã ở nhóm sơ hạch Những điểm vừa mô tả trên làm nảy sinh ra một câu hỏi quan trọng : 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.  Hình 1.  Tín hiệu phiên mã ở ADN của E. coli             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 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 1A).  Enzim polymeraz nhận ra cả hai trình tự nầy 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 1B).  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 nầy 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 1C). 2.  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. (A) (B) Hình 2.  Sự di dời intron và nối exon ở nhóm chân hạch Năm 1977 A.  Sharp (Viện kỹ thuật Massachustte) trong khi nghiên cứu gen của nhóm chân hạch bị nhiễm siêu khuẩn đã khám phá ra là mặc dù bản nháp có khoảng 6.000 baz nhưng mARN thực sự được giải mã chỉ bằng khoảng 1/3 chiều dài nầy.  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. Nhiều thí nghiệm cho thấy mặc dù bị dời đi rất sớm, nhiều intron rất cần thiết cho hoạt động của ARN: các mARN được phiên mã từ các gen tổng hợp nhân tạo thiếu intron không vào được tế bào chất trong khi các gen có vài intron nguyên vẹn thì sự phiên mã thường chính xác và bản phiên mã len lõi qua lỗ nhân vào tế bào chất. Sự di dời các intron là một công việc độc đáo.  Một số gen có đến 50 intron và chỉ sai sót một baz trong quá trình cắt intron cũng làm cho mARN trở nên vô dụng.  Nơi bắt đầu và kết thúc của intron trên bản nháp được đánh dấu bằng những tín hiệu để có thể nhận biết và tách ra.  Tín hiệu ngoại vi của intron được nhận diện bởi một đoạn ngắn của ARN trong phức hệ ARN-Protein, những hạt nhỏ riboprotein nhân được ký hiệu là snRNP (small nuclear ribonucleoprotein particles).  Có ít nhất 4 loại snRNP tham gia trong việc cắt ráp.  ARN trong hạt nầy giống như ARN ribô thể, vì nó được sử dụng trực tiếp và có cả hai chức năng enzim và cấu trúc.  Phức hệ snRNP được biết nhiều nhất có một trình tự baz bổ sung cho vùng ranh giới giữa phần cuối của exon và nơi bắt đầu intron.  Phức hệ snRNP phá vỡ các cầu nối giữa các nucleotid trên bản nháp tại mỗi ranh giới exon-intron.  Intron được tách ra và bị tiêu hủy bởi những enzim khác.  Kế đó những thành phần khác của snRNP ráp 2 exon lại.  Một khi tất cả các intron đã được loại bỏ thì mARN hoàn chỉnh được đưa vào tế bào chất (Hình2B). Như chúng ta đã thấy, sự phiên mã được bắt đầu khi một ARN polymeraz gắn vào vùng khởi động, phức hệ polymeraz bắt đầu tạo ra một bản sao ARN tại trình tự mở đầu và ngừng lại tại tín hiệu kết thúc.  Trong nhóm chân hạch, bản nháp nầy được biên tập để tách các intron, trong khi đó ở nhóm sơ hạch công việc nầy không cần thiết.  ARN thông tin được tạo ra có chứa trình tự các baz qui định thành phần và thứ tự các acid amin trong phân tử protein do gen mã hóa.  Trước trình tự nầy là phần mở đầu và cuối nó là phần kết thúc ngắn.  Trình tự này được giải mã trên ribô thể bởi một quá trình gọi là quá trình giải  mã.  Thông tin được phiên dịch từ một ngôn ngữ phân tử nầy sang một ngôn ngữ phân tử khác.  Chúng ta sẽ xem hai ngôn ngữ và quá trình giải mã. a) Mã di truyền Ÿ  Ðơn vị mã (Codon) Khi Watson và Crick khám phá ra rằng ADN gồm 4 loại baz có N : adenin, cytosin, guanin và timin xếp theo đường thẳng thì rõ ràng là trình tự của các acid amin trong một phân tử protein phải được mã hóa bởi những nhóm baz.             Nếu như mỗi baz của ADN qui định một acid amin thì phải có 20 loại baz thay vì chỉ có 4 loại.  Nếu cùng một lúc 2 baz qui định 1 acid amin thì chỉ có thể có 16 tổ hợp : AA, AC, AG, AT...  Vì có 20 loại acid amin thường hiện diện trong protein nên thông tin phải được mã hóa dưới dạng bộ 3 hoặc nhiều hơn.  Những đơn vị mã nầy gọi là codon. Crick & CSV (Ðại học Cambridge) đã xác lập số nucleotid của một codon vào năm 1961.  Vi khuẩn bị nhiễm siêu khuẩn được xử lý với những hợp chất gọi là Acridin, chất nầy có thể làm mất hoặc thêm nucleotid trên ADN.  Crick lý luận rằng sự thêm hoặc bớt 1 nucleotid sẽ làm cho thông tin trở nên vô nghĩa vì nó có thể làm ngừng quá trình giải mã do có sự thay đổi điểm khởi đầu đối với các đơn vị mã kế tiếp.  Giả sử thông tin là               TỐI  NAY TÔI DẠO PHỐ VỚI BẠN ...             Bỏ ký tự I ở chữ TỐI (mã mở đầu) sẽ làm thông tin trở thành :                                     TỐN  AYT ÔID ẠOP HỐV ỚIB ẠN...             Chỉ xóa một nucleotid làm xáo trộn trình tự các codon theo sau và nếu nó xảy ra gần nơi bắt đầu của thông tin, trình tự của các acid amin trong phân tử protein hoàn toàn bị đảo lộn.  Mất hai nucleotid cũng sẽ dẫn tới kết quả tương tự nhưng nếu số lượng nucleotid bị mất bằng với chiều dài của codon và nếu chúng xảy ra gần nơi bắt đầu, sự giải mã sẽ tạo protein gần đúng, có lẽ có một enzim duy trì hoạt động nầy                                     TxÍxAx TÔI DẠO PHỐ VỚI BẠN ...             Crick & CSV đã dùng acridin với nhiều nồng độ khác nhau làm mất số nucleotid để xác định những nồng độ nào tạo ra enzim hoạt động.  Từ những kết quả được phân tích thống kê, họ đã kết luận rằng codon có độ dài bằng 3 baz. Ÿ.  Sự chuyển đổi đơn vị mã Vấn đề tiếp theo trong sự giải mã là phải xác định mối tương quan chính xác giữa các codon và các acid amin. M.  W.  Nirenberg và H.  Matthaei (Viện Y Tế Quốc Gia Hoa Kỳ) đã sử dụng phương pháp enzim của Ochoa (Ðại học New York) để liên kết các nucleotid tổng hợp ra ARN.  Thí dụ khi chỉ dùng một loại nucleotid là uracil thì một chuỗi polyuracil sẽ được tạo thành.  Tương tự như vậy đối với adenin. Khi dùng polyuracil được tạo ra bằng phương pháp nầy (thay vì mARN bình thường) để tổng hợp protein trong một môi trường nhân tạo có đủ tất cả các loại acid amin, chỉ có chuỗi polypeptid với 1 loại acid amin là phenylalanin được tạo ra, điều này cho thấy codon UUU mã hóa cho phenylalanin.  Nirenberg và Matthaei cũng cho thấy AAA mã hóa cho lysin, GGG cho glycin và CCC cho prolin. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều khó khăn để giải thích codon cấu tạo từ hai hoặc ba loại nucleotid khác nhau.  Thí dụ nếu dùng nucleotid uracil và guanin với tỉ lệ 2 : 1 thì mARN nhân tạo được tổng hợp sẽ chứa chủ yếu các codon GUU, UGU và UUG.  Khi mARN nầy được dùng làm khuôn để tổng hợp polypeptid thì chuỗi polypeptid sẽ có chủ yếu là các acid amin cystein, valin và leucin, nhưng bằng cách nầy không thể xác định được bộ ba nào đã mã hóa cho acid amin nào. Năm 1964 Nirenberg và P.  Leder  đã đưa ra một kỹ thuật cho ribô thể gắn vào bộ 3 nucleotid ARN có thành phần đã được xác định (3 nucleotid liên kết nhau theo trình tự).  Từng  ba nucleotid hoạt động như là một đoạn ngắn của mARN sẽ làm cho ribô thể gắn với một loại acid amin chuyên biệt - giai đoạn đầu của sự giải mã.  Thí dụ, nếu dùng một ribô thể gắn với 3 nucleotid gồm UUU thì phenylalanin sẽ liên kết với ribô thể đó.  Việc tổng hợp 3 nucleotid theo một trình tự baz riêng tương đối dễ nên từng bộ 3 trong số 64 tổ hợp bộ ba có thể được tổng hợp và liên kết với các ribô thể, từ đó sự tổ hợp các acid amin có thể được xác định.  Tuy nhiên, có một số bộ ba nucleotid không hoàn toàn chuyên biệt trong sự liên kết, vì vậy còn một vài tồn tại trong sự giải thích các đơn vị mã.              Sau kỹ thuật gắn các bộ ba nucleotid, H.  G.  Khorona (Ðại học Wiscosin) đưa ra phương pháp trùng hợp mARN với những trình tự lặp lại đã biết trước (chẳng hạn AAGAAGAAG) và nhờ đó đã giải quyết được những vấn đề còn tồn tại về mã di truyền.            Bảng 9.1 tổng kết các codon đã được xác định. Bảng 1.  Mã di truyền (trong mARN) Baz thứ I         Baz thứ II Baz thứ III           U            C            A            G Phenylalanin Serin Tyrosin Cystein U Phenylalanin Serin Tyrosin Cystein C U Leucin Serin Kết thúc Kết thúc A Leucin Serin Kết thúc Tryptophan G Leucin Prolin Histidin Arginin U Leucin Prolin Histidin Arginin C C Leucin Prolin Glutamin Arginin A Leucin Prolin Glutamin Arginin G Isoleucin Threonin Asparagin Serin U Isoleucin Threonin Asparagin Serin C A Isoleucin Threonin Lysin Arginin A Methionin Threonin Lysin Arginin G Valin Alanin A.  Aspartic Glycin U Valin Alanin A.  Aspartic Glycin C G Valin Alanin A.  Glutamic Glycin A Valin Alanin A.  Glutamic Glycin G           Bảng mã di truyền cho thấy, trừ hai acid amin là methionin và tryptophan, tất cả các acid amin còn lại đều được mã hóa bởi nhiều hơn một bộ ba.  Những mã đồng nghĩa (mã hóa cho cùng một acid amin) thường có hai baz đầu tiên giống nhau nhưng khác nhau ở baz thứ ba.  Thí dụ: CCU, CCC, CCA, CCG cùng mã hóa cho prolin.  Cần lưu ý thêm là bốn codon AUG, UAA, UAG, UGA dùng để chỉ nơi bắt đầu và kết thúc thông tin trên mARN. 3.  Vai trò của ribô thể     Sự giải mã xảy ra ở ribô thể.  Mỗi ribô thể gồm hai bán đơn vị lớn và nhỏ.  Khi không có sự tổng hợp protein, mỗi bán đơn vị tồn tại riêng rẽ trong tế bào chất (Hình3A, B).  Ribô thể ở nhóm sơ hạch gồm hai bán đơn vị 50S và 30S hợp thành ribô thể 70S (S = Svedberg, là đơn vị đo độ lắng của ribô thể khi đem ly tâm).  Ở nhóm chân hạch hai bán đơn vị 60S và 40S hợp thành ribô thể 80S.  Mỗi bán đơn vị có các phân tử rARN riêng.  Các rARN này kết hợp với các protein để tạo thành các bán đơn vị.  Ribô thể của nhóm sơ hạch có các rARN 23S, 16S và 5S trong khi ribô thể của nhóm chân hạch có các rARN 28S,18S, 5.8S và 5S (Bảng 2). Bảng 2.  Các thành phần của ribô thể ở nhóm sơ hạch và chân hạch NHÓM SƠ HẠCH NHÓM CHÂN HẠCH Thành phần Bán đơn vị RARN 23S (2.900 nu.) + rARN 5S (120 nu.) + 31 protein ¯ 50S rARN 16S ( 1540 nu.) + 21 protein ¯ 30S rARN 28S (4.800 nu.) + rARN 5.8S (160 nu.) + rARN 5S (120 nu.) + 50 protein ¯ 60S rARN 18S (1.900 nu.) + 33 protein ¯ 40S Ribô thể 70S 80S Hình 3.  Tổng hợp sợi polypeptid ở ribô thể             Ở nhóm sơ hạch, đầu 5 của mARN bám vào bán đơn vị nhỏ (Hình 3 B, C), sau đó sẽ liên kết phần nầy với bán đơn vị lớn.  ARN thông tin bám vào bằng sự bắt cặp baz của rARN và một tín hiệu của mARN (thường là AGGAGGU) gần đầu của mARN.  Tín hiệu nầy gắn trong khe của bán đơn vị nhỏ, rồi đến mã mở đầu AUG nằm cách đó vài baz trên mARN.  Các protein chuyên biệt gọi là yếu tố mở đầu tham gia vào quá trình nầy.  Khi việc liên kết với bán đơn vị lớn hoàn tất thì sự giải mã có thể bắt đầu (Hình 3D).  AUG mã hóa cho methionin vì methionin luôn luôn là acid amin đầu tiên trong suốt quá trình giải mã.  Về sau, một enzim khác tách methionin ra khỏi đầu của chuỗi polypeptid.             Vì nhóm sơ hạch không có màng nhân, quá trình phiên mã không bị tách biệt với ribô thể và các yếu tố giải mã khác trong tế bào chất nên ribô thể có thể bám vào một đầu của phân tử mARN và bắt đầu giải mã tạo ra protein trong khi ARN polymeraz vẫn phiên mã phần thông tin còn lại từ NST (trường hợp tương tự cũng xảy ra trong sự giải mã ở lục lạp và ty thể của nhóm chân hạch).  Ở nhóm sơ hạch và các bào quan của nhóm chân hạch, trong khi ribô thể đầu tiên bám vào và đang giải mã phần sau của thông tin, các ribô thể khác có thể bám vào và bắt đầu giải mã (Hình 4).  Trường hợp nầy khác với mARN được tổng hợp trong nhân của nhóm chân hạch.  Dù rằng phần lớn ribô thể của nhóm chân hạch được tổng hợp trong nhân, sự giải mã không thể xảy ra ở đây vì bước cuối cùng tập hợp ribô thể xảy ra trong tế bào chất. Hình 4.  Phiên mã và giải mã cùng lúc             Ở nhóm chân hạch có 4 bước đan xen vào nhau trong sự phiên mã và giải mã.  Chúng ta đã đề cập 3 bước đầu: thay đổi của bản phiên mã ở đầu 5, thay đổi ở đầu 3, và sự nối các đoạn ARN sau khi tách bỏ intron (Hình 2).  Bước thứ tư là sự di chuyển của mARN qua các lỗ của màng nhân để đi vào tế bào chất, nơi đây các ribô thể tự do sẵn sàng giải mã.  Phần lớn ARN được giải mã bởi ribô thể trong tế bào chất nhưng mARN mã hóa cho một số protein đặc biệt luôn luôn được giải mã ở mạng nội chất sần.  Các mARN loại nầy bắt đầu quá trình giải mã theo phương thức thông thường bằng cách gắn với các bán đơn vị nhỏ của ribô thể trong tế bào chất, từ đó liên kết với bán đơn vị lớn và bắt đầu giải mã, nhưng sự giải mã hầu như đình chỉ ngay: đầu đoạn protein vừa được tổng hợp chứa một trình tự gắn vào một phức hệ nhận diện làm cho quá trình giải mã bị ngừng lại.  Sau đó, tổ hợp phức hệ nhận diện mARN-ribô thể nầy bám vào mạng nội chất sần.  Phần protein vừa được tổng hợp chui vào mạng nội chất, sự giải mã lại bắt đầu và chuỗi acid amin dài ra được đưa vào các khoang của mạng nội chất.  Khi chấm dứt sự giải mã, các bán đơn vị nhỏ tách khỏi mARN và rời mạng nội chất.  Các protein được tổng hợp ở  mạng nội chất sần không có nhiệm vụ trong tế bào chất mà chúng có thể hòa tan, hoặc trôi nổi trong khoang của mạng nội chất hoặc được tích tụ lại trong mạng nội chất láng và bị bao lại thành các túi chuyên chở.  Mặt khác, chúng có thể bám vào màng của mạng nội chất, nơi đây chúng có chức năng, hoặc bị bao lại bởi màng của mạng nội chất hay chính màng tế bào.  Ngược lại, phần lớn protein được tổng hợp tại ribô thể trong tế bào chất đều ở lại trong đó. 4.  Vai trò của ARN vận chuyển     Như đã biết, trong nhóm chân hạch, mARN được tổng hợp từ ADN trong nhân, di chuyển đến ribô thể và làm khuôn cho sự tổng hợp protein.  Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng mỗi acid amin được gắn vào một tARN tương ứng trước khi đến ribô thể. Họ cũng đã kết luận rằng mỗi phân tử tARN chỉ mang một phân tử acid amin, hoạt hóa nó với năng lượng ATP và chuyên chở nó đến ribô thể.  Tại ribô thể acid amin này gắn thêm các acid amin khác để tạo chuỗi polypeptid. Hình 5.   Sự gắn acid amin vào tARN tương ứng Các enzim (aminoacyl tARN synthetaz) xúc tác phản ứng ghép mỗi acid amin với tARN tương ứng.  Mỗi enzim chuyên biệt với một loại acid amin và tARN tương ứng, và xúc tác phản ứng kết hợp cả hai lại với nhau.  Ðầu tiên enzim phản ứng với một acid amin và một phân tử ATP, tạo ra một phức hợp giàu năng lượng AMP- acid amin vẫn còn gắn với enzim.  Sau đó enzim xúc tác sự chuyển acid amin từ AMP sang gắn vào đầu 3 của tARN.  Cuối cùng enzim sẽ phóng thích tARN đã gắn acid amin (Hình 5).  ARN vận chuyển mang acid amin đến ribô thể đã bám vào sợi mARN.  Tại đây tARN sẽ gắn vào mARN bằng sự bắt cặp giữa các baz bổ sung.  Chúng ta đã thấy rằng mỗi codon mã hóa cho một acid amin là một trình tự của ba baz trên sợi đơn mARN.  Mỗi tARN có bộ 3 baz gọi là đối mã (anticodon-một bộ 3 chưa bắt cặp) bổ sung codon trên mARN cho acid amin riêng biệt.  Thí dụ mã trên mARN là CCG mã hóa cho prolin thì tARN chuyên chở prolin có đối mã là GGC để bổ sung cho CCG.  Khi phân tử tARN vận chuyển prolin đi đến gần mARN thì đối mã GGC của tARN chỉ có thể liên kết với mARN tại bộ 3 CCG... Mỗi acid amin có một hay nhiều hơn một ARN chuyên chở mang nó (vì mã di truyền có 64 mã) vì hầu hết acid amin có nhiều hơn một đơn vị mã.  Hai ARN chuyên chở mang một loại acid amin được gọi là isoacceptor.  5.  Chu kỳ giải mã Sự gắn phân tử tARN vào mARN và nối các acid amin mà chúng mang đến lại với nhau được thực hiện từng bước ở bán đơn vị lớn của ribô thể sau khi các bước cơ bản sau được hoàn tất: trước hết tARN có đối mã cho methionin gắn vào bán đơn vị nhỏ. Ở nhóm sơ hạch và nhóm chân hạch thì trình tự nầy bổ sung cho mã mở đầu trên mARN, đồng thời làm cho bán đơn vị nầy gắn vào mARN.  Sau đó bán đơn vị lớn được gắn vào bán đơn vị nhỏ.  Khi sự giải mã tiến hành, ribô thể di chuyển dọc theo sợi mARN với phần thông tin đang được giải mã nằm trong khe giữa hai bán đơn vị.   Hai vị trí gắn tARN (trên bán đơn vị lớn của ribô thể) - vị trí P và vị trí A - kế cận nhau ráp các trình tự nucleotid (mã) lại với nhau.  Khi chu trình bắt đầu, đối mã của tARN thứ nhất bắt cặp với mã mở đầu của mARN tại vị trí P. Vị trí A kế sau mang một tARN có đối mã thích hợp với mã kế tiếp trên mARN. Khi tARN nầy gắn vào vị trí A, enzim peptidyl transferaz chuyển acid amin từ tARN ở vị trí P và gắn nó vào acid amin ở vị trí A, tARN ở vị trí P phóng thích acid amin và được giải phóng.  Trong khi ribô thể chuyển dịch dọc mARN được một mã, mang mã ở vị trí A (và tARN với chuỗi polypeptid đang được tổng hợp) đến vị trí P. Kết quả là mã được phiên dịch tiếp vào ở vị trí A. Cứ 1 giây, sợi polypeptid được gắn thêm khoảng 15 acid amin. Sự giải mã sẽ kết thúc  khi ribô thể gặp mã kết thúc với sự tham gia của một protein gọi là yếu tố giải phóng (release factor) làm cho sợi polypeptid vừa hình thành được phóng thích (Hình 6). Các chi tiết về ribô thể hoạt động như thế nào, chúng chọn lựa các tARN thích hợp trong số rất nhiều phân tử chuyên chở ra sao, hoặc nó di chuyển trên mARN theo từng mã như thế nào thì chưa biết hết, mặc dù ảnh hưởng của các kháng sinh trên các bước khác nhau trong sự giải mã đã cung cấp thêm một số thông tin trong quá trình nầy.  Thí dụ : tetracyclin gắn vào vị trí A trên ribô thể vi khuẩn mà không tách ra khỏi vị trí nầy được, streptomycin khóa mã mở đầu lại còn  erythromycin thì ngăn cản sự di chuyển từ vị trí A & P trên ribô thể vi khuẩn và ribô thể bào quan.  Mặc dù việc làm giảm tỉ lệ giải mã ở các vi khuẩn gây bệnh có giá trị lớn trong điều trị nhưng nếu nồng độ kháng sinh quá cao thì sẽ giết chết các ty thể). Khả năng sản xuất protein của ribô thể rất to lớn.  Trung bình một ribô thể có thể tổng hợp một sợi protein có 300-500 acid amin chỉ trong khoảng 25-35 giây.  Trong tế bào số ribô thể nhiều hơn mARN gấp 10 lần và một mARN có thể được giải mã bởi nhiều ribô thể cùng một lúc, do đó một chuỗi polypeptid được tạo ra từ một mARN chỉ trong khoảng 3 giây.  Một tế bào chân hạch ở trạng thái hoạt động tích cực có khoảng 300.000 phân tử mARN tham gia vào sự tổng hợp protein cần thiết, do đó nếu đủ nguyên liệu, 100.000 protein có thể được tổng hợp mỗi giây.  Ở những tế bào tiết thì hoạt động còn tích cực hơn nữa. Hình 6.  Chu kỳ giải mã trên ribô thể Tóm tắt sự phiên mã và giải mã ở nhóm chân hạch             Trước hết, khi sợi đôi ADN của một gen được hoạt hóa, ARN polymeraz có thể nhận biết và gắn vào vùng khởi đầu phiên mã.  ADN dùng làm khuôn tổng hợp phân tử mARN sợi đơn.  Sự phiên mã của ADN bắt đầu ở dấu hiệu khởi đầu và chấm dứt ở trình tự kết thúc.  Phiên bản nháp ở đầu có mũ 7-methylguanosin và đuôi polyadenin, intron được dời khỏi phiên bản và các đoạn được ráp lại, những bước nầy không cần thiết ở nhóm sơ hạch.  mARN hoàn chỉnh rời khỏi nhân và di chuyển vào tế bào chất để phối hợp với ribô thể.              mARN mang thông tin dưới dạng mã bộ ba, dùng làm khuôn để tổng hợp protein.  Khi ribô thể di chuyển dọc mARN, chúng đọc các mã từ đầu của sơi ARN.  Các acid amin tạo ra chuỗi polypeptid được chuyên chở bởi tARN chuyên biệt cho mỗi acid amin.             Mỗi phân tử tARN có đối mã bổ sung cho mã trên mARN đã mã hóa cho một acid amin chuyên biệt.  Sau khi nhặt một acid amin trong tế bào chất nhờ một enzim gắn dính vào nó, tARN di chuyển đến ribô thể và bám vào mARN ở vị trí mang mã thích hợp.  Thứ tự của các tARN dọc mARN cũng là thứ tự của các acid amin mà nó mang theo.  Các liên kết peptid gắn các acid amin với nhau.  Sau khi bỏ lại acid amin, tARN rời khỏi mARN để nhặt và chuyên chở tiếp tục.  Khi ribô thể đến mã kết thúc, nó sẽ phóng thích sợi polypeptid.             Tóm lại, ADN của gen xác định trình tự mARN, trình tự nầy xác định cơ cấu của protein là chất kiểm soát các phản ứng hóa học cũng như qui định các đặc tính của sinh vật. 6.Caùc chaát öùc cheá dòch maõ Maëc duø cô cheá dòch maõ veà cô baûn laø gioáng nhau ôû prokaryote vaø eukryote, song coù nhieàu ñieåm khaùc bieät veà caáu truùc ribosome vaø caùc yeáu toá protein hoøa tan , neân coù nhieàu chaát coù theå duøng ñeå öùc cheá quaù trình toång hôïp protein ôû prokaryote vaø eukaryote moät caùch choïn loïc . Ñieàu ñoù thaät tuyeät vôøi vì coù nhieàu khaùng sinh öùc cheá raát maïnh vieäc toång hôïp protein vi khuaån , nhöng laïi khoâng heà coù taùc ñoäng naøo ñeán toång hôïp protein ôû ñoäng vaät coù vuù .MOÄt soá khaùng sinh coøn phaân bieät giöõa caùc loaøi prokarypote khaùc nhau , thí duï lincomycin vaø streptogramin coù taùc ñoäng ñoái vôùi vi khuaån gram döông maïnh hôn gram aâm. Do protein virus ñöôïc toånh hôïp bôûi ribosome teá baøo chuû cho neân khaû naêng öùc cheá choïn loïc ít hôn , nhöng moät vaøi saûn phaåm gene virus tham gia vaøo vieäc taùi baûn virus, nhö DNA polymerase hoaëc RNA polymerase thì laïi coù theå bò öùc cheá moät caùch choïn loïc. a)Khaùng khaùng sinh Ngöôøi ta ñaõ bieát nhieàu veà caáu truùc hoùa hoïc cuûa nhieàu loaïi khaùng sinh nhöng kieán thöùc aáy thöôøng khoâng giuùp laøm saùng toû cô cheá hoaït ñoäng cuûa chuùng . ÔÛ vi sinh vaät , caùc chuûng ñoät bieán khaùng khaùng sinh thöôøng coù moät soá ñoät bieán veá thöù töï moät soá protein ribosome, quyeát ñònh choã gaén cuûa khaùng sinh . Nhöng thoâng thöôøng caùc thaønh phaàn ribosome tham gia vaøo vieäc gaén thuoác laïi khoâng phaûi laø thaønh phaàn laøm giaûm tính ñeà khaùng cuûa theå ñoät bieán( thí duï erythromycin gaén vôùi protein L15 vaø L16 treân tieåu phaàn 50S ribosome, nhöng tính ñeà khaùng laïi do L14 va øL22 treân rRNA 23S quyeát ñònh).Ñieàu naøy phaûn aùnh moái töông taùc cua 3caùc protein khaùc nhau beân trong caáu truùc ribosome. Tính khaùng khaùng sinh coù theå xuaát phaùt töø söï thay ñoåi cuûa maøng vi khuaån hoaëc qua vieäc sinh ra enzyme phaù huûy hoaït tính cuûa khaùng sinh baèng caùch caûi tieán hoùa hoïc chaát khaùng sinh. Nhöõng enzyme naøy thöôøng ñöôïc maõ hoùa bôûi moät ñoaïn DNA ngoaøi nhieãm saéc theå goïi laø plasmid. b)Puromycin Caáu truùc cuûa puromycin , moät khaùng sinh öùc cheá toång hôïp protein ôû caû prokaryote vaø eukaryote ñöôïc moâ taû ôû hình 25.7. Noù gioáng ñaàu 3’ cuûa tyrosyl-tRNA gaén vaøo vuøng P sang nhoùm amin töï do cuûa noù.Tuy vaäy, phöùc hôïp naøy khoâng di chuyeån ñöôïc vaø trong baát kì tröôøng hôïp naøo sôïi peptide khoâng theå taùch khoûi puromycin nhôø enzyme peptidyltransferase ñöôïc , bôûi vì noù laø lieân keát amide chöù khoâng phaûi lieân keát ester. Peptidylpuromycin taùch khoûi ribosome, vaø hieäu quaû cuûa khaùng sinh laø laøm cho sôïi keát thuùc sôùm , taïo neân polypeptide ngaén coù gaén puromycin ôû ñaàu C taän cuøng. Ngay caû formylmethionylRNAfmet cuõng phaûi traûi qua phaûn öùng vôùi puromycin. Cho raèng noù gaén tröïc tieáp vaøo vuøng P trong giai ñoaïn baét ñaàu dòch maõ. Do khoâng coù tínhñaëc hieäu neân puromycin khoâng coù öùng duïng laâm saøng, nhöng noù cuõng gioáng caùc khaùng sinh khaùc thöôøng ñöôïc duøng trong vieäc phaân bieät caùc giai ñoaïn khaùc nhau cuûa quaù trình noái daøi sôïi ôû prokaryote. Treân baûng 25.4 trình baøy toùm taét hieäu quaû cuûa vaøi khaùng sinh. Baûng 25.4 Khaùng sinh öùc cheá toång hôïp protein Khaùng sinh Phaûn öùng bò öùc cheá Choã gaén Ñaëc hieäu Edein Kasugamycin Neomycin Negamycin Tetracylin Steptogramin Puromycin Chloramphenicol Lincomycin Sparsomycin Kanamycin Cycloheximide Erythromycin Furidic acid Gaén vôùi mRNA Gaén vôùi formyl-met-tRNAf Nt Nt Gaén vôùi aminoacyl-tRNA Nt Noái daøi sôïi Chuyeån thaønh peptide Nt Nt Nt Nt Di chuyeån Phaân raõ EF-G Tieåu phaàn nhoû Nt Nt Nt 70 S ribosome Tieåu phaàn lôùn nt nt nt nt nt nt nt EF-G,EF-2 P,E P P P P P E,P P P E,P P E P E,P Ghi chuù:P-prokaryote;E-eukaryote 7.ÖÙc cheá toång hôïp protein eukaryote. Ngöôøi ta cuõng phaùt hieän thaáy nhieàu chaátt öùc cheá caùc giai ñoaïn toång hôïp protein ôû eukaryote.Moät trong soá ñoù laø cycloheximide öùc cheá peptidyl-transferase cuûa ribosome 80S.Caùc protein thöïc vaät abrin vaø ricin laø nhöõng chaát ñoäc nhaát cho tôùi nay bieát ñöôïc coù taùc ñoäng leân tieåu phaân 60S . Chuùng laøm bieán ñoåi protein ribosome nhöng baûn chaát hoùa hoïc cuûa moái quan heä naøy nhö theá naøo thì chöa ñöôïc bieát nhieàu . Ñoäc toá baïch haàu(toxin diphtheria)do vi khuaån gay beänh baïch haàu tieát ra laø moät protein öùc cheá toång hôïp protein eukaryote baèng caùc xuùt taùc vieäc caûi tieán protein yeáu toá noái daøi EF-2.Trong phaûn öùng naøy,ADP-ribose sinh ra töø NAD+ gaén ñoàng hoùa trò vôùi protein. Toxin diphtheria NAD+ + EF-2 ▬> Niotinamide+ADP-ribose-EF-2 Do toxin diphtheria laø chaát xuùc taùc laøm maát hoaït tính cuûa EF-2 , neân phaân töû toxin coù khaû naêng laøm ñình treä hoaøn toaøn vieäc toång hôïp protein trong teá baøo. Interferon .Interferon laø glycoprotein do moät soá teábaøo eukaryote sinh ra khi bò nhieãm virus hoaëc bò kích thích. NoÙ coù hieäu quaû baûo veä teá baøo khaùc trong cuøng cô theå choáng laïi söï nhieãm virus. Caùc interferoncho moät teá baøo ñaõ ñuû ñeå laøm giaûm söï nhaân leân cuûa virus moät caùch roõ raøng. Interferon coù hai hieäu quaû rieâng bieät :moät laø laøm taêng tæ leä caùc mRNA virus bò phaù huûy vaø thöù hai laø laøm vieäc dòch maõ caù thoâng tin virus . Interferon caûm öùng sinh ra nhieàu enzyme , keå caû protein kinase xuùc taùc phaûn öùng phosphoryl hoùa phuï thuoäc ATP ñoái vôùi yeáu toá baét ñaàu elF-2, neân cuõng öùc cheá dòch maõ, vaø oligosodenylate synthetase, enzyme xuùc taùc hình thaønh loaïi nucleotide baát bình thöôøng ppApApA. Hoaït tính hai enzyme naøy phuï thuoäc vaøo söï coù maët cuûa RNA hai sôïi sinh ra khi bò nhieãm virus .RNA virus bò ribonuclease F phaân giaûi , ñoù laø enzyme coù maët trong teá baøo ngay caû khi khoâng coù maët interferon, nhöng noù ñöôïc oligoadenylate hoaït hoùa. Moät phosphotae taùch phosphor-elF-2 vaø moät phosphodiesterase phaân giaûi oligodenylate cuõng ñöôïc taïo thaønh .Do teá baøo interferon “caûnh baùo”caùc teá baøo khaùc ñeå chuùng cuõng saün saøng öùc cheá vieäc toång hôïp protein virus neân beänh khoâng xaûy ra . Gaàn ñaây ngöôøi ta thöôøng cho raèng interferon coù khaû naêng choáng moät soá beänh ung thö, laøm cho nhieàu nganøh saûn xuaát interferon tinh saïch baèng kó thuaät nhaân doøng.Caùc teá baøo khaùc nhau coù khaû naêng khaùc nhau. 8.Vieäc toång hôïp protein ôû caùc baøo quan. Ti theå coù töø 2 ñeán 10 baûn sao nhieåm saéc theå hai sôïi voøng DNA . Kích thöôùc cuûa chuùng bieán ñoåi theo loaøi:DNA ti theå ñoäng vaät coù MW khoaûng 107 vaø maõ cho rRNA., tRNA vaø mRNa cho vaøi protein . Caùc protein naøy laø nhöõng phaân ñoaïn raát nhoû cuûa nhieàu loaïi protein ôû maøng trong ti theå , nhöng chuùng raát caàn cho vieäc phospohryloxy hoùa. Chuùng bao goàm caùc thaønh phaàn cuûa heä hoâ haáp I, II. IV vaø cuûa ATP synthetase . Toång hôïp protein trong ti theå coù nhieàu ñieåm gioáng trong prokaryote, neân cho raèng ti theå coù nguoàn goác laø prokaryote coäng sinh . Noù baét ñaàu vôùi formyl-methionine-RNAfmet vaø xaûy ra trong ribosome nhoû hôn ribosome trong teá baøo chaát , khoâng nhaäy caûm vôùi cycloheximide, nhöng nhaäy caûm vôùi khaùng sinh nhö chloramphenicol- chaát öùc cheá toång hôïp protein prokaryote. Duøng khaùng sinh chöõa beänh nhieãm khuaån ñoâi khi aûnh höôûng tôùi ti theå . Maëc daàu nhieàu khaùng sinh vaãn khoù ñeán matrix ti theå neân vaán ñeà naøy khoâng ñaùng lo ngaïi laém , nhöng ñoâi khi vaãn xaûy ra haäu quaû phuï, thí duï beänh “grey baby” sinh ra do chloramphelnicol laøm true ngoä ñoäc . Khoâng coù baèng chöùng veà vieäc mRNA töø teá baøo chaát chuyeån vaøo ti theå ñeå tieán haønh dòch maõ , maø vieäc ñoù khoù coù theå xaûy ra vì maõ di truyeàn duøng trong teá baøo chaát khaùc vôùi maõ di truyeàn ti theå. II.Nhöõng söï kieän sau dòch maõ cuûa toång hôïp protein Cho tôùi khi hoaøn taát vaø taùch khoûi ribosome, caùc protein phaûi ñaûm nhaän caáu truùc 3 chieàu hôïp lí ñeå coù hoaït tính sinh hoïc. Trong nhieàu tröôøng hôïp vieäc aáy xaûy ra sau khi caûi bieán ñoàng hoùa trò polypeptide, ñöôïc goïi laø söûa ñoåi sau dòch maõ(post-translation processing). Nhieàu baèng chöùng cho thaáy raèng söï saép xeáp protein xaåy ra töùc thôøi In vitro bieán tính ñöôïc hoài phuïc, vaø söï hoài phuïc aáy dieãn ra theo con ñöôøng chính xaùc daãn ñeán caáu hình cuoái cuøng maø caàn ít naêng löôïng töï do. Coù theå vieäc saép xeáp xaûy ra tröôùc khi keát thuùc toång hôïp sôïi , khi sôïi môùi sinh ra coøn baùm vaøo polysome. Khi aáy caùc coenzymegaén vaøo vaø protein ñaõ theå hieän hoaït tính coenzyme .Vieäc caûi bieán sau dòch maõ maø haàu heát caùc protein phaûi thöïc hieän laø loai boû amino acid baét daàu.ÔÛ prokaryote,N-taän cuøng taùch boû formyl vaø trong moät soá tröôøng hôïp töï methionine bò loaïi boû sau khi sôïi hoaøn taát.ÔÛ eukaryote, N-taän cuøng methionie cuõng bò loaïi ra trong luùc sôïi môùi sinh coøn baùm vaøo ribosome vaø caû truoùc luùc sôïi hoaøn taát. 1. Daïng tieàn thaân cuûa protein Nhieàu protein döôïc toång hôïp ôû daïng tieàn thaân , chuùng seõ ñöôïc söûa ñoåi ñeå trôû thaønh daïng chin muoài coù hoaït tính . Caùc potease tuyeán tuïy chymotrypsin, trypsin, elatase vaø carboxypeptidase ñöôïc toång hôïp ôû danïg khoâng hoaït tính, chung ñöôïc hoaït hoùa baèng caùch nhôø enxyme protease caét ñaëc hieäu boû ñi nhöõng phaàn khoâng caàn thieát . Ñaëc dieåm naøy giuùp chuùng khoâng theå hieän hoaït tính protease tröôùc khi tôùi ñöôøng tieâu hoùa.Insulin sinh ra tröôùc heát daïng preproinsulin coù hoaït tính sinh hoïc raát thaáp . Noù chuyeån thaønh daïng proinsulin baèng caùch boû ñi peptide”tín hieäu” roài sau ñoù môùi thaønh daïng insulin boû ñi moät thöù töï daøi 30 amino acid goïi laø peptide C, giöõ laïi sôïi A vaø B noái vôùi nhau baèng caàu noái S-S. Thöù töï “tín hieäu”(24 amino acid ôû taän cuøng N) vaø C-peptide bò caét boû baèng enzyme protease. Sôïi A vaøB ñöôïc giöõ laïi , chuùng noái vôùi nhau baèng caàu S-S. Moät thí duï quan troïng nöõa cho vieäc söûa ñoåi sau dòch maõ protein laø tröôøng hôïp pre-pro-opiometanocortin, chaát tieàn thaân cuûa nhieàu loaïi hormone vaø peptide thaàn kinh . Khoângphaûi taát caû chuùng ñeàu do cuøng moät loaïi moâ toång hôïp neân, vì theá caùch caûi tieán chuùng cuõng phuï thuoäc vaøo töøng loaïi teá baøo , phuï thuoäc vaøo söï coù maët cuûa enzyme protease coù trong teá baøo ñoù. Ngöôøi ta bieát nhieàu caùch söûa ñoåi sau dòch maõ:glycosyl hoùa, gaén ñoàng hoùa trò caùc nhoùm prothetic nö biotin hay folic acid , vaø boå sung nhoùm phosphate, sulfate va acyl.Caùc amino acid “ khoâng thoâng thöôøng “ khoâng gaén vaøo sôïi luùc dòch maõ maø ñöôïc hình thaønh sau dòch maõ töø caùc amino acid thoâng thöôøng.Trong toång hôïp collagen-protein caáu truùc cuûa noâ lieân keát , ngöôøi ta thaáy haøng loaït kieåu söûa ñoåi sau dòch maõ nhö glycosyl hoùa, htdroxyl hoùa polime vaø lysine, vaø hình thaønh caùc lieân keát cheùo beân trong sôïi. 2.Toång hôïp caùc protein baøi tieát . Kính hieån vi ñieän töû cho thaáy nhieàu ribosome baùm treân maøng löùôi noäi chaát. Maøng löôùinoäi chaát naøy traøn ngaäp trong teá baøo baøi tieát( secretory cells) vaø caùc polysome ôû ñaây toång hôïp neân caùc protein hoaëc vôùi muïc ñích baøi tieát ra ngoaøi hoaëc tham gia vaøo thaønh phaàn enzyme, trong khi ñoù caùc polysome töï do trong teá baøo chaát thì toång hôïp neân caùc protein noäi baøo . Khoâng coù söï khaùc bieät veà caáu truùc giöõa maøng gaén vaø khoâng gaén ribosome . Vieäc gaén ribosome vôùi maøng löôùi noäi chaát chính laø nhôø caùc protein do chuùng toång hôïp neân vaø ñaûm nhieäm vaø taïo ra moái lieân quan cuûa chuoãi thöù töï “tín hieäu” treân sôïi môùi sinh vôùi protein treân maøng .Tín hieäu naøy thöôøng laø 15-30 amino acid kò nöôùc ôû ñaàu N taän cuøng , noù bò boû ngay sau khi hoaëc thaäm chí trong luùc toång hôïp .Ñaây khoâng phaûi laø thöù töï thoáng nhaát (consensus), nhöng noù laø caáu truùc bao truøm cuûa vuøng tín hieäu vaø coøn quan troïng hôn caû laø choå ñeå cho moät thöù töï rieâng bieät naøo ñoù ñeå nhaän bieát . Caùc protein mang tín hieäu nhö vaäy goïi laø preprotein vaø chuyeån sang daïng chin muoài nhôø proteinase( peptidase tín hieäu )trong maøng löôùi noäi chaát .Thí duï proinsulin ñöôïc toång hôïp ôû daïng preproinsulin vôùi tín hieäu goàm 21 amino acid ôû N taän cuøng , haàu heát caùc amino acid naøy laø kò nöôùc: H2N-TrpMetArgPheLeu Leu AlaValLeuLeuValLeuTrpGluProLysPheAlaGluAla-… Caùc protein tuïy (preproteinpancreatic) khaùc nhö pretrypsinogene vaø preprocarboxypeptidase cuõng coù caùc tín hieäu N-taän cuøng deã bò caét boû, nhöng khoâng phaûi loaïi protein naøo cuõng laøm nhö vaäy .Ñoái vôùi caùc protein baøi tieát hoaëc maøng maø khoâng coù caûi bieán theo kieåu caét nhö vaäy thì thöù töï amino acid seõ ñoùng vai troø chöùc naêng tín hieäu . Trình töï caùc söï kieän xaåy ra trong toång hôïp baøi tieát nhö sau: 1)Dòch maõ mRNA baét ñaàu treân ribosome töï do thao con ñöôøng thoâng thöøông 2)Khi noái daøi ,th öù töï tín hieäu xuaát hieän töø ribosome 3)Phöùc heä SRP-ribosome lieân keát vôùi beà maët maøng löôùi noäi chaát , gaén vôùi phöùc heä protein noäi taïi , moät trong soá ño ùgoïi laø protein bean ñaäu. 4)Vieäc noái daøi ra vaãn tieáp dieãn , protein môùi toång hôïp ñi vaøo trong maøng löôùi noäi chaát .ÔÛ giai ñoaïn naøy xaåy ra vieäc glycosylhoùa nhôø caùc sôïi glycosyl chuyeån töø dolichol ñeán protein môùi sinh ra trong luùc noái daøi sôïi 5)Trong haàu heát caùc tröôøng hôïp thöù bò taùch boû theo con ñöôøng thuûy phaân protein , tröôùc khi vieäc dòch maõ hoaøn taát. 6)Khi keát thuùc dòch maõ caùc tieåu phaàn ribosome taùch ra khoûi maøng :protein hoaøn chænh dôøi vaøo phía trong maïng löôùi noäi chaát . Trong tröøong hôïp ti theå , chæ vaøi protein ñöôïc DNA ti theå maõ hoùa seõ ñöôïc toång hôïp ôû phaàn chaát neàn ti theå (matrix), coøn phaàn lôùn laø nhaäp töø ngoaøi vaøo. Caùc protein naøy ñöôïc maõ hoùa bôûi DNA nhaân vaø toång hôïp treân ribosome töï do roài ti theå thu nhaän sau khi dòch maõ( hôn laø trong luùc dòch maõ).Trong phaàn lôùn tröôøng hôïp chuùng ñöôïc hình thaønh ôû dnaïg tieàn thaân coù thöù töï nhaän bieát ôû N taän cuøng.Thöù töï naøy sau ñoù bò loaïi boû ñi. Khaùc vôùi thöù töï theá treân protein baøi tieát , thöù töï tín hieäu ti theå chöùa nhieàu amino acid kieàm.