Sinh tổng hợp protein (protein translation) - Ths. 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