Bài giảng Sinh học phân tử - Chương VII: Mã di truyền và quá trình dịch mã

Chương VII. Mã di truyền và quá trình dịch mã. Mã bộ 3: cứ 3 Nu trên phân tử ADN mang thông tin qui định trình tự axit amin trên phân tử polypeptit. Tính chất: • Tính phổ biến : mã di truyền giống nhau hoặc rất gần giống nhau ở tất các các loài sinh vật. Có một số trường hợp ngoại lệ xảy ra ở ty thể người, nấm men và một số loài khác, ở đó mã UGA quy định tryptophane khác so với ngoài ty thể thì mã này lại là mã kết thúc... MÃ DI TRUYỀN Axit amin trong chuỗi polypeptit của protein • Tính suy thoái: 1 axit amin có thể được mã hóa bởi nhiều bộ 3 codon. Có 2 dạng suy thoái: – Suy thoái cục bộ: xảy ra khi Nu ở thứ 3, nếu thay nu thứ 3 từ một purine sang một pyrimidine và ngược lại sẽ làm thay đổi axit amin mà mã đó mã hoá. – Trường hợp suy thoái hoàn toàn: xảy ra thay đổi bất kz ở Nu thứ 3 của codon thì codon đó vẫn mã đặc thù cho cùng một axit amin (trường hợp 4 codon cùng mã hóa 1 axit amin). Mã đầu và kết thúc • Mã mở đầu: 5’-AUG-3’ • Có 3 mã đặc thù kết thúc dịch mã tạo chuỗi polypeptide là UAA, UAG và UGA • mARN: Mỗi phân tử mARN mang thông tin di truyền xác định trình tự một polypeptide, thông tin này được sao chép từ ADN gen qua quá trình phiên mã • tARN: Phân tử tARN vận chuyển axit amin đến chuỗi polypeptide đang kéo dài trong quá trình dịch mã. Phân tử tARN là loại axit nucleic hoạt động sinh học nhỏ nhất. Thí dụ tARN vận chuyển alanine của nấm men chỉ có 77 nu. – Cấu trúc không gian: cuộn tạo 3 thùy, do các trình tự bổ xung nhau – Tất cả các tARN đều đính axit amin ở đầu 3’ thứ tự ở đây là 5’-ACCA-3’OH adenylic còn đầu 5’ luôn luôn là guanylic axit (G), C là cytidilic. – tARN có chứa một số purine và pyrimidine hiếm không phổ biến ở các ARN khác. – Vị trí bộ 3 đối mã (anticodon) nằm từ nu thứ 36-38. – Mỗi sinh vật tiền nhân có số lượng tARN khác nhau, thường có từ 30-40, còn ở động thực vật là 50, nhưng đều có cấu trúc rất giống nhau. Các nhân tố tham gia dịch mã Ribosome P Tiểu phần lớn của Ribosome Tiểu phần nhỏ của Ribosome mARN - Ribosome được cấu tạo từ rARN và hơn 50 loại protein khác nhau, phân thành 2 tiểu đơn vị. Tiểu đơn vị lớn chứa 1 rARN lớn còn tiểu đơn vị nhỏ chứa 1 rARN nhỏ. Trừ một vài sai khác về kích thước và thành phần, ribosome cũng như rARN của sinh vật tiền nhân và nhân thật về cơ bản là giống nhau. - Chức năng Ribosome là tạo vị trí tiếp xúc giữa 2 axit amin từ đó hình thành liên kết polypeptit giữa các phân tử này. • GIAI ĐOẠN KHỞI ĐỘNG Prokaryote: - Vị trí gắn của Ribosome: là trình tự AGGAGG phía đầu 5’ mã mở đầu AUG - Hoạt hóa aa: aa liên kết với tRNA đặc hiệu nhờ enzyme aminoacyl- RNA synthetase và ATP tạo phức hợp aa-tRNA Aa + ATP = aminoacyl-AMP + PP aminoacyl-AMP + tRNA = aa- tRNA + AMP - Quá trình tổng hợp bắt đầu với việc hình thành phức hợp khởi đầu gồm: mARN, Methionyl – tARNfMet và tiểu đơn vị ribosome 30S. Quá trình này cần 3 nhân tố khởi động là: IF-1, IF-2 và IF-3 và GTP cung cấp năng lượng. - Phức hợp khởi động sau đó kết hợp với tiểu đơn vị ribosome 50S và methionyl-tARNfMet mang đối mã 5’-CAU-3’ với mã khởi đầu 5’- AUG-3’ bọc lấy vị trí P - Tại vị trí A tiếp tục thu nhận Axit amin-tARN tiếp theo. Eukaryote: • Tiểu phầnnhỏ của Ribosome gắn vào vị trí mũ 5’cap của mARN • Tiểu phần nhỏ di chuyển 5’-3’ đến vị trí mã mở đầu AUG • tARN mang axit amin Methionine đến vị trí khởi đầu • Tiểu phần lớn Ribosome gắn với tiểu phần nhỏ, tARN- methionine gắn vào vị trí P. • Sau khi Met được đặt vào vị trí đầu tiên của chuỗi peptide thì aminoacyl– tARN kế tiếp có anticodon tương ứng với codon kế tiếp của mARN đến xếp vào đúng vị trí trên ribosome nhờ một trong các tác nhân kéo dài EF. • Có 2 vị trí đặc biệt trên ribosome: – A: tiếp nhận aminoacyl-tARN kế tiếp – P: giữ phức hợp peptidyl-tARN là chuỗi polypeptide đang hình thành • Sự tiếp xúc giữa axit amin kế tiếp nhau sẽ dẫn đến sự hình thành nên liên kết peptide gắn axit amin mới vào chuỗi polypeptide. • Tố độ dịch mã: 2-25 axit amin/giây. Ở prokarytote nhanh hơn ở Eukaryote • Quá trình này được lặp lại cho đến khi gặp dấu hiệu kết thúc dịch mã. Giai đoạn kéo dài PolyRibosome: thực tế thường có nhiều ribosome cùng hoạt động trên một phân tử mARN, kết quả tạo ra nhiều chuỗi polypeptit trên cùng một bản mã sao mARN Giai đoạn kết thúc • Quá trình dịch mã kết thúc khi gặp 1 trong 3 codon UAG, UAA, UGA. • Khi một trong ba codon trên tiến vào vị trí A thì chuỗi polypeptide, tARN ở vị trí P và mARN sẽ tách rời nhau và 2 tiểu đơn vị ribosome tách nhau ra • Quá trình kết thúc đòi hỏi 1 trong 2 protein, protein này là nhân tố giải thoát được gọi là RF-1 và RF-2. Hai tiểu phần Ribosome tách rời nhau, trở nên tự do sẵn sàng bước vào quá trình dịch mã mới. Biến đổi Polypeptit sau dịch mã tạo protein chức năng I II, III IV