Bài giảng Sinh học phân tử - Chương: Sinh tổng hợp protein - Nguyễn Thanh Tố Nhi

SINH TỔNG HỢP PROTEIN
ThS. Nguyễn Thanh Tố Nhi
KHÁI QUÁT
Sinh tổng hợp protein = Dịch mã = Giai đoạn cuối của sự biểu
hiện TTDT/mARN thành trình tự acid amin tƣơng ứng/chuỗi
polypeptid
Xảy ra trong tế bào chất
 Ở Prokaryote khác eukaryote (eukaryote phức tạp hơn)
CÁC YẾU TỐ CẦN THIẾT
Ribosom: bộ máy dịch mã
mARN: chứa thông tin quy định trình tự aa cần tổng hợp
tARN: vận chuyển aa đến rbs
Aminoacyl-tARN sythetase:
enzyme gắn aa vào tARN
RIBOSOM
Cấu tạo? Prokaryote, eukaryote
Trạng thái trƣớc khi dịch mã, dịch mã?
Ảnh hƣởng Mg2+?
Chức năng?
RIBOSOM
Cấu tạo? Prokaryote, eukaryote
Trạng thái trƣớc khi dịch mã, dịch mã?
Ảnh hƣởng Mg2+?
Chức năng?
mARN
Vùng mã hóa bắt đầu bằng codon khởi đầu (AUG), kết thúc 
bằng codon kết thúc (UAA, UAG, UGA)
tARN
Chất kết nối giữa TTDT đƣợc mã hóa ở mARN với trình tự aa 
của protein tƣơng ứng
Mỗi tARN vận chuyển 1 loại aa
Mỗi aa có thể đƣợc vận chuyển bởi một số tARN khác nhau
tARN duy nhất: aa liên quan đến 1 tARN
tARN đồng nhận: các loại tARN liên quan đến 1 aa 
Sự dị biệt codon: có 1 vài codon cho 1 aa đƣợc sử dụng
tARN
Là quá trình gắn amino acid với tARN
Xúc tác bởi aminoacyl-tARN synthetase
2 bƣớc:
Hoạt hóa aa: aa phản ứng với ATP hình thành
aminoacyl adenylate hoạt hóa
Gắn aa: enzym aminoacyl-tARN synthetase gắn aa
hoạt hóa với tARN tạo phức hợp aminoacyl-tARN
Aminoacyl hóa tARN
1) Amino acid + ATP 
aminoacyl-AMP + PPi 2Pi
2) Aminoacyl-AMP + tARN
Aminoacyl-tARN + AMP
Aminoacyl hóa tARN
Sơ đồ phản ứng
Aminoacyl hóa tARN
Câu hỏi:
20 loại tARN cho 20 loại aa?
20 loại tARN-aminoacyl synthetase cho 20 loại aa?
• Cung cấp sự liên hệ giữa mã di truyền (mARN) và
protein (aa), hoạt hóa aa trƣớc khi nối vào protein
• Liên kết ester giữa aa & tARN cung cấp năng lƣợng
cho việc hình thành liên kết peptid trong dịch mã
Aminoacyl hóa tARN
Chức năng
Aminoacyl hóa tARN
Trong quá trình dịch mã, Rbs 
Không xác định đƣợc tARN có gắn đúng với aa tƣơng ứng hay 
không
Chỉ đảm bảo sự ăn khớp giữa codon/mARN và anticodon/tARN, 
nếu khớp thì aa/tARN
dù đúng hay sai đều đƣợc 
nối vào chuỗi polypeptid.
Aminoacyl hóa tARN
“Bƣớc đọc sửa sai” chỉ xảy ra ở giai đoạn aminoacyl hóa bởi 
enzym aminoacyl-tARN synthetase. Tính chính xác của bƣớc 
này thể hiện ở việc nhận diện:
 Aa qua kích thƣớc, điện tích, cấu dạng
 tARN nhờ nhánh D và vòng anticodon
tARN VÀ CODON KHỞI ĐẦU
Eukaryote
• Codon khởi đầu: AUG (~methionin = Met)
• Có 2 loại tARN mang Met đến kết hợp với codon
AUG/mARN
tARNiMet: dùng cho AUG mở đầu chuỗi polypeptid
tARNmMet: dùng cho AUG khác nằm trong chuỗi
polypeptid
Prokaryote
Codon khởi đầu: AUG, GUG (formyl-methionin = fMet)
2 loại tARN:
tARNfMet: AUG mở đầu chuỗi polypeptid (chuỗi
peptid ở Prokar đƣợc khởi đầu = formyl-methione)
tARNmMet: dùng cho codon AUG khác trong chuỗi
polypeptid
tARN VÀ CODON KHỞI ĐẦU
Các tARN & codon khởi đầu
Vi khuẩn TB nhân thật
Codon khởi đầu AUG, GUG AUG
tARN mang Met 
khởi đầu
tARNfMet tARNiMet
tARN mang Met 
khác / protein
tARNmMet tARNmMet
Acid amin khởi
đầu chuỗi peptid
Formyl-methionin Methionine
TIẾN TRÌNH DỊCH MÃ
3 giai đoạn chính:
Khởi đầu
Nối dài
Kết thúc
KHỞI ĐẦU DỊCH MÃ
Yếu tố cần thiết
mARN
tARN mang acid amin mở đầu
2 tiểu đơn vị của ribosom
Yếu tố khởi đầu Prokaryote: IF1, IF2, IF3
Yếu tố khởi đầu Eukaryote : eIF1, eIF2,, eIF10
3 vị trí quan trọng/rbs
P (peptidyl-tARN): chuỗi
polypeptid đang hình thành gắn
với tARN
A (aminocyl): tARN mang 1 aa
đến đối mã – codon kế
tiếp/mARN chƣa đƣợc dịch mã
E (exit) tARN đến vị
trí này bị phóng thích
RIBOSOM
KHỞI ĐẦU CHUỖI PEPTID Ở VI KHUẨN
Trình tự Shine-Dalgarno/mARN
Giúp ribosom của VK hƣớng tới đúng codon khởi đầu của mARN
Là 1 tt ở đầu 5’ chứa polypurin ngắn bổ sung với 1 tt giàu
pyrimidin ở đầu 3’ của rARN 16S
Nằm gần điểm xuất phát của trình tự mã hóa mARN
Sự khởi đầu dịch mã không nhất thiết nằm gần điểm khởi đầu
5’ của mARN
Tiến trình khởi đầu gồm các bƣớc:
1. IF3 gắn vào tiểu ĐV nhỏ tại E
IF1 gắn vào tiểu ĐV nhỏ tại A. 
IF2 (GTPase) gắn vào IF1 và
chồm qua vị trí P để tiếp xúc với
tARNfMet
2. Tiểu ĐV nhỏ của ribosom gắn
mARN nhờ bắt cặp base giữa vị
trí gắn ribosom (rbs) trên mARN
với rARN 16S sao cho codon
khởi đầu nằm tại vị trí P.
3. tARNfMet gắn vào tiểu đơn vị
nhỏ tại vị trí P nhờ sự trợ giúp
của IF2 
4. Khi codon khởi đầu + tARNfMet
bắt cặp, tiểu ĐV nhỏ thay đổi cấu
hình
IF3 không gắn đƣợc & bị
phóng thích
Tiểu ĐV lớn gắn vào TĐV nhỏ
5. Sự gắn TĐV lớn kích hoạt
GTPase (IF2) thủy giải GTP thành
GDP phóng thích IF2 & IF1 khỏi
ribosom giải phóng vị trí A
KHỞI ĐẦU Prokaryote
Tiến trình khởi đầu
1.TĐV 30S gắn vào mARN (codon khởi đầu AUG/mARN
nằm tại vị trí P/rbs nhờ trình tự Shine-Dalgarno)
2. tARNfMet gắn vào phức hợp 1 tại P/rbs
3. TĐV 50S gắn vào phức hợp 2
TĐV 30S – mARN – tARNfMet – TĐV 50S
KHỞI ĐẦU Eukaryote
Trình tự Kozak: tiểu đơn vị nhỏ 40S của rbs gắn vào đầu 5’
mARN di chuyển để “quét” tìm codon AUG trong 1 “ngữ cảnh” 
đúng
KHỞI ĐẦU Eukaryote
1) Chuẩn bị TĐV 40S
eIF1A & eIF3 gắn vào TĐV nhỏ tại A và E
eIF1A giúp eIF5B-GTP gắn vào tđv nhỏ
eIF5B-GTP giúp phức eIF2-GTP với tARNiMet gắn vào, eIF5B-
GTP và eIF2-GTP định vị tARNiMet vào vị trí P/rbs 40S
2) Chuẩn bị mARN
eIF4E gắn chóp 5’ của mARN, giúp eIF4A và eIF4G gắn vào
mARN, 3 protein này tạo eIF4F hoàn chỉnh
eIF4B gắn trực tiếp vào và hoạt hóa hoạt tính helicase trên
eIF4F để loại bỏ cấu trúc bậc 2 ở đầu 5’ của mARN
KHỞI ĐẦU Eukaryote
3) eIF4F/B giúp tđv nhỏ gắn tARNiMet tiếp xúc với mARN từ chóp 5’
nhờ tƣơng tác eIF4F và eIF3. Tđv nhỏ trƣợt trên mARN theo hƣớng
5’ 3’ đến khi codon AUG khởi đầu (trong trình tự Kozak) vào đúng vị
trí P. Sự trƣợt của mARN phụ thuộc ATP nhờ hoạt tính helicase trong
eIF4F
4) Sự bắt cặp chính xác giữa anticodon của tARNiMet và AUG dẫn
đến phóng thích eIF2 và eIF3, tạo điều kiện cho tđv lớn gắn vào tđv
nhỏ
5) Sự gắn tđv lớn sẽ phóng thích các yếu tố khởi đầu còn lại do kích
thích thủy giải GTP nhờ eIF5B
tARNiMet đƣợc đặt đúng vị trí P
Vị trí A sẵn sàng tiếp nhận các tARN đã hoạt hóa khác cho giai
đoạn nối dài
KHỞI ĐẦU Eukaryote
KHỞI ĐẦU Eukaryote
Tiến trình khởi đầu
1.TĐV 40S gắn vào tARNiMet (định vị tARNiMet tại
P/rbs)
2. Phức hợp gắn vào mARN (rbs hƣớng vào đúng
AUG mở đầu/5’-mARN nhờ trình tự Kozak)
3. TĐV 60S gắn vào phức hợp 2
TĐV 40S – tARNiMet – mARN - TĐV 60S
YẾU TỐ KHỞI ĐẦU
Prokar Eukar Chức năng
IF1 eIF1A Ngăn không cho aminoacyl-tARN thường gắn
vào vị trí A
IF2 eIF2 Định vị tARNiMet/ tARNfMet vào P/rbs
eIF-2 gắn trực tiếp vào tARNiMet
IF3 eIF3 Ngăn cản 2 tiểu đơn vị rbs kết hợp thành rbs
hoàn chỉnh
eIF4 Gắn chóp 5’ vào tháo xoắn cấu trúc bậc 2 tạo 
điều kiện cho rbs gắn vào
eIF5 Giúp phức eIF-2_GTP/ tARNiMet gắn vào rbs
Giải phóng các yếu tố khởi đầu khỏi rbs sau khi
gắn tiểu đơn vị lớn
Hƣớng 5’ 3’. Tƣơng đối giống giữa prokaryote và eukaryote
 Tiến trình nối dài chu kỳ gồm 3 bƣớc, sau mỗi chu kỳ 1 acid 
amin mới đƣợc thêm vào mạch polypeptid
Cần các protein – 3 yếu tố nối dài
NỐI DÀI
Prokar Eukar Chức năng
EF-Tu EF-1α Mang các aminoacyl-tARN tới vị trí A/rbs
EF-Ts EF-1βγ Tái hồi EF-Tu hoặc EF-1α
EF-G EF-2 Tham gia vào bƣớc chuyển vị của chu kỳ
nối dài
1. 
 Aminoacyl-tRNA có đối
mã đúng đƣợc mang vào A 
nhờ EF-Tu-GTP
 GTP GDP, EF-
Tu phóng thích aminoacyl-
tRNA vào đúng vị trí A
NỐI DÀI
GTPase
2. Liên kết peptid đƣợc
hình thành giữa aminoacyl-
tRNA ở A với peptidyl-
tRNA ở P nhờ peptidyl
transferase (do rARN 23S 
đảm nhiệm) → chuyển
polypeptid đang tổng hợp
từ tRNA ở P sang 
aminoacyl-tRNA ở A
NỐI DÀI
3. Peptidyl-tRNA mới hình
thành ở A đƣợc chuyển vị
sang P nhờ EF-G-GTP: năng
lƣợng thủy phân GTP thành
GDP để giải phóng vị trí A cho
1 chu kỳ mới
4. EF-G, EF-Tu tái tạo lại GTP
để tham gia chu kỳ mới (EF-
Tu nhờ EF-Ts) 
NỐI DÀI
Năng lƣợng cho 1 chu kỳ nối dài: 
1ATP (aminoacyl hóa tARN) 
2GTP :
•1 cho EF-Tu để gắn tARN-aa vào A 
•1 cho EF-G để chuyển peptidyl-tARN từ A P)
NỐI DÀI
KẾT THÚC DỊCH MÃ
Tiến trình nối dài diễn ra đến khi codon kết thúc (UAA, UAG, 
UGA) đi vào vị trí A
Yếu tố kết thúc RF nhận diện codon kết thúc, kích hoạt kết thúc
dịch mã, phóng thích chuỗi polypeptid
KẾT THÚC DỊCH MÃ
Có 2 loại RF
Loại I: nhận diện codon stop & thủy phân chuỗi polypeptid khỏi
tARN ở vị trí P
•Eukaryote: 1 loại RF nhận diện cả 3 codon kết thúc
•Prokaryote: 2 loại RF: UAG (RF1), UGA (RF2), UAA (RF1&2)
Loại 2: kích thích sự tách yếu tố loại I ra khỏi rbs nhờ năng
lƣợng thủy giải GTP
•Eukaryote: eRF3, Prokaryote: RF3
Cấu trúc vòng của mARN khi dịch mã Eukaryote
Cấu trúc vòng của
mARN (5’CAP gắn với
polyA) nhờ poly A 
binding protein (PABP)
Rbs sau khi hoàn tất
1 chuỗi peptid quay lại
điểm xuất phát
khởi đầu chu trình
dịch mã mới nhanh
chóng
KẾT THÚC DỊCH MÃ
Sau khi kết thúc dịch mã, rbs vẫn gắn mARN và 2 tARN tại P & E
Yếu tố tái sử dụng rbs (RRF) giúp thu hồi bộ máy dịch mã:
RRF gắn vào vị trí A, kéo EF-G vào rbs, đẩy tARN ra khỏi rbs
RRF và EF-G phóng thích khỏi rbs cùng với mARN
TÓM TẮT QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ
POLYRIBOSOM/POLYSOME
Ở Prokar & eukar, khi rbs đầu tiên dịch mã đƣợc 1 đoạn thì
các rbs khác gắn vào phía trƣớc rbs đầu tiên trên mARN để
dịch mã
Do đó, các rbs xếp thành chuỗi trên mARN tạo nên cấu trúc
polyribosom (polysom)
Khoảng 15 – 20 rbs có thể gắn cùng lúc trên mARN tốc độ
tổng hợp protein tăng đáng kể ở Prokaryote & Eukaryote
POLYSOME
NHU CẦU NĂNG LƢỢNG CHO DỊCH MÃ
Để thực hiện các phản ứng đặc biệt: hoạt hoá aa bằng cách 
gắn chúng vào tARN
Cho 1 quá trình nào đó: tháo xoắn cấu trúc bậc 2 của mARN 
hoặc cho sự chuyển dịch rbs trong các bƣớc chuyển vị trong quá
trình nối dài
Duy trì các yếu tố ở trạng thái hoạt tính nhƣ EF - Tu
Cho sự biến dạng của ribosom: sau khi gắn kết aa – tARN vào 
vị trí A
NHU CẦU NĂNG LƢỢNG CHO DỊCH MÃ
Giai đoạn Prokaryote Eukaryote 
Aminoacyl hóa ATP ATP
Khởi đầu GTP
Kết hợp IF-2
GTP
Kết hợp eIF-2
ATP 
Gắn chóp và tháo xoắn
Nối dài GTP
Kết hợp EF-Tu
GTP
Kết hợp EF-G
GTP
Kết hợp EF-Tu
GTP
Kết hợp EF-G
Kết thúc GTP GTP
ĐỘ CHÍNH XÁC QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ
Aminoacyl hóa tARN
Tƣơng tác codon – anticodon
Kết thúc sớm – muộn
AMINOACYL HÓA tARN
Aminoacyl hóa sai:
tARN có thể nhận 1 aa không đúng
Enzym aa – tARN synthetase dùng tARN có anticodon không 
chuyên biệt cho các aa đƣợc gắn vào nó
Một số aa có cấu trúc tƣơng tự với aa cần đƣợc đƣa vào
TƢƠNG TÁC CODON - ANTICODON
Phức hợp sai giữa codon và anticodon sẽ dẫn đến việc gắn vào 
aa không đúng. Các nghiên cứu đột biến vi khuẩn cho thấy các 
protein chuyên biệt trong các tiểu đơn vị của rbs đảm bảo việc
gắn đúng các codon và anticodon trong suốt quá trình dịch mã
Các sai sót của giai đoạn kết thúc có thể xảy ra do kết thúc 
sớm (premature termination) hoặc kết thúc muộn do đọc quá. 
Sự đọc quá do lỗi của bộ máy dịch mã, không nhận ra codon 
dừng. Tất nhiên, aa đƣợc đƣa vào và dịch mã liên tục qua cả 
vùng không mã hoá 3’ mARN. Sự đọc quá cũng có thể do
một đột biến ở codon đối mã nào đó làm cho codon đối mã 
này giải mã đƣợc codon kết thúc
KẾT THÚC SỚM – KẾT THÚC MUỘN
YẾU TỐ ỨC CHẾ DỊCH MÃ
YẾU TỐ ỨC CHẾ DỊCH MÃ
YẾU TỐ ỨC CHẾ DỊCH MÃ