Translation : quá trình dịch mã

( tổng hợp chuỗi polypeptide )

MỤC TIÊU :

Mô tả được quá trình dịch mã

Phân biệt được quá trình dịch mã giữa tế bào procaryote và eucaryote

Trình bày được ví dụ về quá trình ức chế tổng hợp proteine

3

Mỗi mARN mang thông tin di truyền quy định trình tự các a.a

trên chuỗi polypeptit.

Cấu trúc mARN :

– Đoạn dẫn đầu 5’ – UTR: không mã hoá

– Khung đọc mở:

• 1 bộ ba mở đầu 5’- AUG

• các bộ ba mã hoá cho trình tự các axit amine

• 1 bộ ba kết thúc: UAG hoặc UGA hoặc UAA

– Đoạn theo sau: 3’ – UTR : không mã hoá

Prokaryotes : Polycistronic mRNA

Ở prokaryot, mRNA chứa các thông tin di truyền để

tổng hợp nhiều chuỗi polypeptide (polycistromic).

Eukaryotes : Monocistronic mRNA

Ở sinh vật Eucaryote , mRNA chứa thông tin di truyền tổng hợp

cho 1 chuỗi polypeptide ( Monocistronic)

6

Mã di truyền:

• Tổ hợp 3 nucleotit qui định

cho một aa -> mã bộ ba

(codon)

• 4 loại Nucleotit -> 64 bộ ba:

61 mã ứng với 20 axit amin, 3

mã kết thúc (UAA, UGA,

UAG).

• Đặc điểm của mã di truyền:

– Là mã bộ ba

– Có tính đặc hiệu

– Có tính phổ biến

– Có tính thoái hoá

7

1 a.amin được mã hóa bởi 1 codon ( 3 a.nucleic liên tiếp)

4 loại nucleotide 43 = 64 codon phân biệt bởi thành phần và trật tự của các nucleotide

Trong đó 3 codon stop, 61 codon còn lại có nhiều codon cùng mã hóa cho một a.a.

Sợi DNA khuôn

Phiên mã

mRNA

protein

Dịch mã

DNA mang các

thông tin di truyền

QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ (TỔNG HỢP CHUỖI POLYPEPTITE)

XẢY RA TẠI RIBOSOME

ribosome

Sau khi được phiên mã tại nhân,

mRNA mang các thông tin di

truyền đi đến ribosome để tổng

hợp proteine

Khi quá trình phiên mã

kết thúc, mRNA được

giải phóng khỏi ribosome

và bị phá hủy

Nhiều ribosome gắn vào một phân tử mRNA (polysomes)

Nhiều phân tử polypeptides được tổnghợp cùng một lúc

Ribosome có thể kết hợp với bất kz mRNA và tất cả các tRNAs.

Một ribosome có thể sử dụng để sản xuất nhiềupolypeptide khác nhau

Ngoài ribosome trong tế bào chất , tế bào eukaryotic còn có ribosome trong ty lạp thể và lục lạp thể .

Chloroplast Mitochondrion

Ribosome cấu thành từ 2 đơn vị :

Đơn vị nhỏ: 1 phân tử rRNA 30 phân tử proteine

Đơn vị lớn : 3 phân tử rRNA 45 phân tử proteine

Khi không tổng hợp proteine, mỗi đơn vị tồn tại tách rời trong tế bào chất

Sau khi mRNA được phiên mã gắn vào đơn vị nhỏ của ribosomeđơn vị lớn sẽ kết hợp

vào sự dịch mã bắt đầu

Các vị trí trên tiểu phần lớn của ribosomeA : vị trí tiếp nhận tRNA mang a.aP : giữ chuỗi polypeptide đang tổng hợpE: vị trí các tRNA sau khi đã giải phóng a.a

Quá trình dịch mã xảy ra theo ba giai đoạn :

Khởi độngKéo dàiKết thúc

Ribosome dịchchuyển theo chiều 5’

đến 3’

mRNA gắn vào tiểu đơn vị

nhỏ ở đầu 5, gần vị trí khởi

động. Codon khởi đầu luôn

luôn là AUG mã hóa cho

methionine.

tRNA đặc hiệu cho

methionine nhờ

anticodon bắt cặp với

mRNA tại vị trí khởi đầu

Tiểu đơn vị lớn của

ribosome sẽ kết hợp vào

tRNA mang metionine

nằm vào vị trí P .

Quá trình dịch mã bắt đầu

Các proteine tham gia vào giai đoạn này được gọi là yếu tố khởi động IF

KHỞI ĐỘNG

19

Giai đoạn khởi đầu

Khởi đầu dịch mã ở prokaryote

Tiểu phần Rbs nhỏ gắn vào mRNA

nhờ liên kết bổ sung giữa rRNA16S với

TT đầu 5’UTR của mRNA (Shine-

Dalgarno ở SV Prokaryota) -> dò tìm mã

khởi đầu (AUG)

Met – tRNAiMet , có Anticodon của Met-

ARNtimet bắt cặp với AUG

Tiểu phần lớn kết hợp với tiểu phần nhỏ-

> Met-tRNAiMet nằm vị trí P > Sự dịch

mã bắt đầu.

Khởi đầu dịch mã ở eukaryote

tRNAi- Met gắn lên Rbs nhờ các yếu tố

khởi đầu eIF và năng lượng từ GTP

Phức hợp này nhận biết mũ cap ở đầu

5’ của mRNA và dịch chuyển dọc theo

chiều 5’ dò tìm cho đến khi thấy được

codon mở đầu AUG

Sau khi một codon khởi đầu thích hợp

AUG đã được định vị , tiểu đơn vị lớn sẽ

được liên kết tạo thành phức hợp khởi

đầu

tRNA mang a.a tiếp nối có anticodon bắt cặp với codon tiếptheo trên mRNA sẽ đến vị trí tiếp nhận A.

KÉO DÀI

Tiểu đơn vị lớn xúc tác cho 2 phản ứng :

Cắt cầu nối giữa tRNA và a.a ở vị trí P

1

2

Hình thành cầu nối peptide giữa a.a này với a.a trên tRNA ở vị trí A

tRNA đầu tiên sau khi đã giải phóng methionine dich chuyển sang vi trí E , ra khỏi ribosome và tiếp tục lại chu trình vận chuyển mới

Ribosome dịch chuyển về hướng 3’. Vi trí A tiếp tục nhận tRNA mang a.a tiếp nối.

Quá trình này được lặp lại, các a.a được nối tiếp theo trình tự quy định của các mã di truyền trên mRNAvà phân tử polypeptide được kéo dài

Các proteine tham gia vào giai đoạn này được gọi là yếu tố kéo dài EF

Kết thúc : quá trình dịch mã kết thúc khicondon kết thúc [UAA, UAG, UGA] đi đếnvị trí A

Nhân tố kết thúc RF gắn

vào codon stop thủy

phân cầu nối giữa chuỗi

polypeptide và tRNA ở vị

trí P

Mạch polypeptide có đầu NH2 và đuôi COOH hoàn chỉnh thoát ra ngoài

Các enzyme phá hủy mRNA

Các tiểu đơn vịribosome tách rời ra

Translation

methionine glycine serine isoleucine glycine alanine stopcodon

protein

A U G G G C U C C A U C G G C G C A U A AmRNA

startcodon

Primary structure of a protein

aa1 aa2 aa3 aa4 aa5 aa6

peptide bonds

codon 2 codon 3 codon 4 codon 5 codon 6 codon 7codon 1

So sánh quá trình dịch mã ở Prokaryote và Eukaryote

Prokaryota Eukaryota

Chỉ một loại RNA polymerase tổng hợp

tất cả các loại RNA

3 loại RNA polymerase

RNA-polymerase 2mRNA

mARN đa cistron ( chứa thông tin nhiều

gen nối tiếp nhau)

mARN đơn cistron (chứa thông tin của

một gen)

Phiên mã và dịch mã đồng thời Phiên mã & dịch mã không đồng thời

Không có mũ Cap ở đầu 5’ của mARN Có mũ Cap ở đầu 5’ của mARN

Codon khởi đầu nằm ngay sau vị trí gắn

Rbs

Không có vị trí gắn Rbs ở trước mã

khởi đầu AUG

aa đầu tiên là formyl-Met aa đầu tiên không bị cải biến

Rbs 30S: 16S rARN + 21 Pr Rbs 40S: 18S rARN + 33 Pr

Rbs 50S: 23S, 5S rARN + 31 Pr Rbs 60S: 28S, 5.8 S. 5S rARN +49Pr

Nhân tố khởi đầu: IF1, IF2. IF3 Nhân tố khởi đầu: eIF1, eIF2,Eif3…

Nhân tố kéo dài: EF-Tu, EF-G Nhân tố kéo dài: eEF1, eEF2

4. Cải biến sau dịch mãPr sau dịch mã được biến đổi tiếp để trở thành dạng hoạt động.

• Ở VK: loại bỏ gốc formyl của Pr.

• Loại bỏ một vài aa đầu tiên nhờ enzyme amino peptidase.

• Gắn thêm đường vào Pr (giúp định hướng di chuyển và hđ của Pr).

• Gắn gốc phosphat vào Pr bởi enzyme kinase.

• Hình thành các liên kết disulphate (S - S) giữa các polypeptide tạo

thành một Pr phức hoặc enzyme phức hoạt động.

• Cắt bỏ một đoạn polypeptide:

– Loại bỏ peptide di chuyển

– Loại bỏ trình tự tín hiệu của protein giúp chúng tiến vào mạng

lưới nội chất hạt (ER)

– Cắt bỏ polypeptide để tăng hoạt tính của enzyme.

Polypeptide gấp khúcsau khi ra khỏi

ribosome

Yếu tố quy định gấpkhúc ?

Chính trình tự amino acid quy định sự gấp khúccủa chuỗi polypeptite

Sự biếnđổi sau dịch mã

ĐIỀU HÒA PHIÊN MÃ

Làm cách nào để protein chỉ được

tổng hợp khi cần đến ?

Jacob and Monod (1961) đề xuất cơchế giải thích sự biểu hiện gen

‘switched on and off’ của bacteria

• Đối với vi trùng, các genes được phân chiathành các operons,

• Mỗi operon gồm:

Promoter – ví trí gắn của RNA polymerase

Operator – Vị trí điều hành (“on-off” switch)

Genes mã hóa sự tổng hợp protein

• Operon có thể bị khóa (switched off ) bởi mộtprotein được gọi repressor

Điều hòa biểu hiện gen ở prokaryote

Operons của E. coli

75 operons kiểm soát 250 genes cấu

trúc được xác định

Lac operon of E. coli

Genes cấu trúc + đoạnDNA kiểm soát quá trình

phiên mã

lactose

Lac operon của E. coliPhần màu đỏ được Jacob & Monod giải thích

Phần màu xanh được các nhà khoa học khác giảithích sau này

Lac operon của E. coli

Promoter (plac) – vị trí gắncủa RNA polymeras

Operator (o) – vị trí gắnchât ức chế repressor

RNA polymerase không thể

gắn vào promoter

Không có sự phiên mã

Khi không có lactose

Chất ức chế gắn

vào operator

gắn vào promoter

Có lactose lactose

Bất hoạt chất ức chế

Họat động của gen mã hóa enzyme trong quá trình chuyển hóa lactose

Terminator

Structural genes

Inducibility gene

i

Operator

Promoter

[Promoter for i gene is NOT

shown]

The repressor molecule is

made all the time

i

Transcription

Translation

Repressor-protein

mRNA

Proteine ức chế (Repressor) luôn

được tổng hợp và gắn vào operator (O)

Repressor-protein

i

Không có Lactose

RNA polymerase không thể gắn vào

promoter (P)

Repressor-protein

i

RNA polymerase

i

Khi có lactose Lactose gắn vào repressor

vị trí 0peron được giải phóng

i

Repressor changes shape on binding to

lactose

RNA polymerase gắn vào promoter và quá trình phiên mã được thực hiện

Lactose Present

mRNA

i

Lactose Present

Kết quả là các enzyme cần thiết cho chuyểnhóa lactose được tổng hợpT

mRNA polycistronic –

3 loại enzyme sẽ cùng được

tổng hợp

Điều hòa thoái dưỡng: Kiểm soát âm-cảm ứng

Operon lactose : 3 enzyme phân hủy lactose a. Không có lactose

Proteine điều hòa hoạt động

gắn vào operator ngăn cản sự

liên kết của RNA polymerase

các gen cấu trúc không được

phiên mã

b. Khi có lactose

Proteine điều hòa sẽ gắn với

lactose và trở nên bị bất hoạt

không gắn được vào operator.

RNA polymerase gắn vào và

quá trình phiên mã, địch mạ

được thực hiện

Điều hòa biến dưỡng: Kiểm soát âm-ức chế

Operon tryptophan :5 enzyme để tổng hợp tryptophana. Nồng độ tryptophan thấp

Gen điều hòa của hệ

thống tryptophan tổng hợp

thường xuyên aporepressor

protein, là chất kìm hãm mà

riêng nó không có hoạt tính

gắn vào Operator được các

gen cấu trúc được phiên mã &

dịch mã

b.Nồng độ tryptophan cao :

tryptophan dư thừa trở

thành chất corepressor (đồng

kìm hãm) & kết hợp với

aporepressor phức hợp kìm

hãm có hoạt tính.gắn vào

operator làm dừng phiên

mã các gen cấu trúc