2 bước chính liên quan đến cơ chế tổng hợp protein: Phiên mã và dịch mã
Các bước chính liên quan đến cơ chế tổng hợp protein là 1. Phiên mã và 2. Dịch thuật!
Sinh tổng hợp protein nằm dưới sự kiểm soát trực tiếp của DNA trong hầu hết các trường hợp hoặc dưới sự kiểm soát của RNA di truyền khi không có DNA.
Thông tin về cấu trúc của một polypeptide được lưu trữ trong chuỗi polynucleotide. Năm 1958, Crick đề xuất rằng thông tin có trong DNA (ở dạng chuỗi cơ sở) được chuyển sang RNA và sau đó từ RNA, nó được chuyển sang protein (dưới dạng chuỗi axit amin) và thông tin này không chảy trong hướng ngược lại, nghĩa là từ protein thành RNA sang DNA.
Các phân tử DNA cung cấp thông tin cho sự sao chép của chính họ. Mối quan hệ này giữa DNA, RNA và các phân tử protein được gọi là giáo điều trung tâm. Temin (1970) đã báo cáo rằng retrovirus vận hành một giáo điều ngược trung tâm (dòng thông tin ngược) hoặc nữ quyền bên trong tế bào chủ.
RNA genomic của những virus này đầu tiên tổng hợp DNA thông qua phiên mã ngược; quá trình này được xúc tác bởi enzyme sao chép ngược, DNA sau đó chuyển thông tin sang RNA thông tin, tham gia dịch mã thông tin được mã hóa để tạo thành polypeptide.
Cơ chế tổng hợp protein:
(i) Hai bước chính liên quan đến tổng hợp protein; (i) phiên mã, liên quan đến việc chuyển thông tin di truyền từ DNA sang mRNA và (ii) dịch mã, liên quan đến việc dịch ngôn ngữ của axit nucleic sang protein.
I. Phiên âm:
Việc chuyển thông tin di truyền từ DNA sang mRNA được gọi là phiên mã. Một RNA polymerase duy nhất đảm nhận tổng hợp tất cả các RNA (bao gồm mRNA, rRNA và tRNA) ở vi khuẩn. Sinh vật nhân chuẩn, mặt khác chứa ít nhất ba polymerase RNA riêng biệt.
Một trong số chúng nằm trong nucleolus được chỉ định là RNA polymerase I hoặc 'A' và chịu trách nhiệm tổng hợp rRNA. RNA polymerase nhân chuẩn thứ hai được tìm thấy trong nucleoplasm, được chỉ định là RNA polymerase II hoặc 'B' và chịu trách nhiệm tổng hợp các tiền chất mRNA được gọi là RNA hạt nhân dị hợp (HnRNA).
RNA polymerase eukaryote thứ ba cũng được tìm thấy trong nucleoplasm và được gọi là RNA polymerase III hoặc 'C' chịu trách nhiệm tổng hợp 5S RNA và tRNA. Sinh vật nhân chuẩn cũng chứa các polymerase RNA khác trong ty thể và plastid.
RNA polymerase của vi khuẩn bao gồm bốn chuỗi polypeptide khác nhau: enzyme lõi x (hai chuỗi và chuỗi đơn mỗi chuỗi β 'và) và yếu tố sigma (a)
1. Phiên mã mRNA từ DNA:
Với sự hiện diện của enzyme RNA polymerase phụ thuộc DNA, thông điệp di truyền được mã hóa trong DNA được phiên mã thành mRNA. Hai chuỗi của phân tử DNA cụ thể uncoil và một trong hai chuỗi này, hoạt động như một khuôn mẫu (chuỗi này được gọi là chuỗi antisense), từ đó trình tự chính xác của các nucleotide được phiên mã thành phân tử mRNA. Kết quả là, chuỗi cơ sở của phân tử mRNA bổ sung cho chuỗi antisense được dùng làm mẫu. Giống như tổng hợp DNA, quá trình tổng hợp RNA cũng tiến hành từ hướng 5 ′ đến 3 ((5 ′ - »3 ′).
(a) Phiên mã ở sinh vật nhân sơ:
Ở vi khuẩn chỉ có RNA polymerase đơn xúc tác cho sự tổng hợp các loại RNA khác nhau. RNA polymerase bao gồm bốn chuỗi polypeptide (αββ'α 2 ) tạo thành enzyme lõi và yếu tố sigma (), được gắn lỏng lẻo với enzyme lõi. Yếu tố sigma giúp nhận biết tín hiệu bắt đầu trên phân tử DNA và chỉ đạo RNA polymerase trong việc lựa chọn vị trí bắt đầu. Khi không có, enzyme lõi bắt đầu tổng hợp RNA một cách ngẫu nhiên.
Sau khi tổng hợp RNA được bắt đầu, một enzyme phân tách và enzyme cốt lõi mang lại sự kéo dài của mRNAA.
Do đó cơ chế phiên mã ở sinh vật nhân sơ bao gồm các bước sau:
1. Liên kết RNA polymerase holoenzyme với một vị trí quảng bá. Một số lượng lớn các trang web này, chủ yếu là trước điểm bắt đầu (tức là ngược dòng), nhưng hiếm khi cũng sau điểm bắt đầu (tức là hạ lưu), đã được xác định.
2. Không liên kết DNA, dẫn đến tách hai chuỗi trong đó chỉ có một chuỗi được phiên mã.
3. Phân ly nhân tố sigma (a).
4. Độ giãn dài của bản phiên mã mRNA với sự trợ giúp của enzyme lõi.
5. Chấm dứt tổng hợp mRNA được tạo ra bởi codon kết thúc trên DNA. Ở vi khuẩn, tín hiệu kết thúc này được công nhận bởi yếu tố rho (P).
(b) Phiên mã mRNA ở sinh vật nhân chuẩn:
Ở sinh vật nhân chuẩn có ít nhất hai loại RNA polymerase. RNA polymerase-A chịu trách nhiệm tổng hợp rRNA. RNA polymerase-B mang lại sự tổng hợp Hn-RNA (RNA hạt nhân không đồng nhất, từ DNA. Một chuỗi gồm khoảng 200 nucleotide của axit adenylic có tên là poly A (axit poly-adenylic) được gắn vào đầu 3 của Hn-RNA. Đồng thời Hn-RNA tan rã ở đầu 5 .. Sản phẩm cuối cùng được gọi là poly-A-mRNA.
Nó khuếch tán ra khỏi nhân vào tế bào chất, nơi nó được sử dụng để tổng hợp protein (Cả hai đầu đều mang trình tự nucleotide cụ thể. Đầu 5 của phân tử mRNA có 7-methyl guanosine, trong khi đầu 3 kết thúc theo trình tự poly A. Trình tự nucleotide ở hai đầu của tất cả các phân tử mRNA là như nhau. Do đó, các phân tử mRNA được cho là có các đầu được đánh dấu.
Sự hình thành của Aminoacyl-tRNA:
Các nghiên cứu của Lipmann và đồng nghiệp trong những năm 1950 cho thấy các axit amin gắn vào các phân tử tRNA: tệp đính kèm này có hai bước sau:
1. Bước đầu tiên bao gồm kích hoạt các aminoaxit; một phân tử axit amin phản ứng với một phân tử ATP (adenosine triphosphate) để tạo ra một phân tử aminoacyl-AMP (amino-acyl adenylate) và một phân tử pryophosphate (PP).
2. Trong bước thứ hai, axit amin từ phân tử aminoacyl-AMP được chuyển đến một phân tử tRNA cụ thể và phân tử AMP (adenosine monophosphate) được giải phóng.
Cả hai phản ứng được xúc tác bởi cùng một loại enzyme, aminoacyl-tRNA synthetase. Phức hợp axit amin-AMP liên kết chặt chẽ với enzyme trong toàn bộ phản ứng. Nhóm carboxyl của axit amin phản ứng với nhóm -OH của dư lượng phốt phát của AMP để tạo thành aminoacyl adenylat, trong khi nó gắn vào một trong các nhóm -OH của ribose của nucleotide adenine cuối cùng để tạo ra aminoacyl-tRNA.
Mỗi axit amin có aminoacyl tRNA-synthetase riêng biệt và một số axit amin có thể có nhiều hơn một enzyme kích hoạt.
II. Dịch:
Bước dịch liên quan đến việc dịch ngôn ngữ của axit nucleic (có sẵn ở dạng mRNA) sang ngôn ngữ của protein.
Quá trình dịch thuật có thể được chia thành các bước riêng biệt sau:
(1) bắt đầu
(2) kéo dài và
(3) chấm dứt.
1. Khởi đầu chuỗi polypeptide:
Sự khởi đầu của chuỗi polypeptide luôn được tạo ra bởi axit amin methionine, được mã hóa bởi codon AUG. Trong E.coli, hai tRNA khác nhau nhận được methionine (i) tRNA m đã gặp (tRNA không thể điều chỉnh được) và (ii) tRNA f đã gặp (tRNA có thể định hình). tRNA f mot lắng đọng methionine là axit amin đầu tiên của chuỗi polypeptide và do đó bắt đầu hình thành chuỗi polypeptide. tRNA m gặp tiền gửi methionine ở vị trí xen kẽ trong chuỗi polypeptide.
Nó có nghĩa là mọi thông điệp bắt đầu với codon AUG.
(i) Khởi đầu chuỗi polypeptide ở sinh vật nhân sơ:
Trong prokaryote bắt đầu được đưa ra bởi methionine formylated.
Trong E.coli formylated methionine được chọn bởi một tRNA khác được chỉ định bởi tRNA f met (tRNA formylitable). Methionine ở vị trí xen kẽ trong chuỗi polypeptide được lắng đọng bởi một tRNA-tRNA khác đã gặp (tRNA không thể biến dạng).
Methionine công thức gắn vào tRNA f đáp ứng tạo thành f-met-tRNA f đáp ứng . Tiểu đơn vị nhỏ của ribosome (30S) gắn vào đầu 5 of của mRNA mang codon AUG để tạo thành phức hợp khởi đầu (30S-mRNA). Điều này được hỗ trợ bởi yếu tố protein khởi đầu 1F 3 f-met-tRNA f met gắn vào phức hợp khởi đầu hình thành 30S-mRNA-f-met-tRNA f đã gặp ; yếu tố khởi đầu 1F 2 là điều cần thiết cho bước này. Điều này kết hợp với tiểu đơn vị lớn (50S) hoàn thành sự hình thành các ribosome 70S. Sự liên kết này sử dụng năng lượng do sự phân tách của một phân tử GTP.
2. Độ giãn dài của chuỗi Polypeptide:
Sau khi hình thành 70S-mRNAf-met-tRNA f gặp phức tạp, sự kéo dài chuỗi polypeptide xảy ra bằng cách bổ sung thường xuyên các axit amin trong các bước sau: -
(i) Liên kết với AA-tRNA tại vị trí-A của tiểu đơn vị lớn hơn của ribosome:
Rất có thể là phức hợp aminoacyl tRNA (AA-tRNA / - Met-tRNA t đã gặp được gắn vào vị trí chấp nhận trên tiểu đơn vị lớn hơn của ribosome (vị trí A) và chuỗi peptide mang tRNA được gắn vào vị trí peptidyl hoặc nhà tài trợ (P - site). Quá trình này liên quan đến một phân tử GTP cung cấp năng lượng cần thiết. aminoacyl tRNA thứ hai gắn vào vị trí A và liên kết với codon thứ hai trên mRNA. A-site để gắn tRNA.
(ii) Hình thành liên kết peptide:
Một liên kết peptide được hình thành giữa nhóm COOH của peptidyl tRNA tại vị trí-P và nhóm NH 2 của aminoacyl tRNA của trang web-A. Sau khi hình thành liên kết peptide, tRNA từ P-site được giải phóng và chuỗi polypeptide được chuyển đến tRNA có mặt trên A-site.
(iii) Sự di chuyển của peptidyl tRNA từ vị trí A sang vị trí P:
Ngay khi tRNA từ P-site được phát hành, peptidyl-tRNA từ A-site chuyển trở lại site-P. Quá trình này được hoàn thành với sự trợ giúp của một phân tử GTP và yếu tố chuyển hoặc enzyme translocase.
Trong quá trình này, ribosome dịch chuyển dọc theo mRNA theo hướng 5-3,, để codon tiếp theo trên mRNA có sẵn tại địa điểm A. Điều này đòi hỏi yếu tố G và GTP.
Khi một ribosome di chuyển dọc theo chiều dài của mRNA, điểm bắt đầu trên mRNA trở nên tự do. Nó có thể tạo thành một phức hợp khởi đầu với tiểu đơn vị 30S của một ribosome khác. Theo cách này, một số ribosome được gắn vào một phân tử mRNA duy nhất. Phức hợp này được gọi là phức hợp polyribosome.
Trong quá trình tổng hợp protein, một số ribosome có thể được nhìn thấy gắn vào một phân tử mRNA duy nhất tại một thời điểm, mỗi chuỗi có chuỗi polypeptide đang hình thành, kích thước chuỗi polypeptide trên các ribosome khác nhau là khác nhau.
Vẫn còn một yếu tố khởi đầu IF1; đó là yếu tố nhỏ nhất trong ba yếu tố khởi đầu (IF1- 9500 dalton, IF2 - 73.000 dalton; IF3 = 23.000 dalton) và vai trò của chúng không được hiểu rõ. Nó có thể liên quan đến việc hỗ trợ phát hành IF2 từ tổ hợp khởi đầu.
(iv) Bắt đầu chuỗi polypeptide ở sinh vật nhân chuẩn:
Ở sinh vật nhân chuẩn, sự khởi đầu của chuỗi polypeptide được mang đến bởi một met-tRNA đặc biệt nhưng methionine không được formyl hóa (vì tRNA f met không có ở thực vật và enzyme biến đổi enzyme không có ở động vật). Ở sinh vật nhân chuẩn, đơn vị nhỏ hơn (40 S) của ribosome liên kết với người khởi xướng tRNA được gọi là tRNAy f đã gặp .
40S + Met-tRNA tôi đã gặp 40S- Met-tRNA tôi đã gặp
40S - Met-tRNA + mRNA -> 40S-mRNA-met- tRNA đã gặp
40S - mRNA-met-tRNA tôi đã gặp + 60S -> 80S -mRNA-met- tRNA tôi đã gặp
Ở sinh vật nhân chuẩn có ít nhất mười yếu tố khởi đầu khác nhau. Đó là elF1, eIF2, eIF3, eIF4A, eIF4B, eIF4C, eIF4D, eIF4F, eIF5 và eIF6. eIF3 và eIF2 tương tự IF2 và IF3 của sinh vật nhân sơ.
3. Chấm dứt Polypeptide:
Nó được tạo ra bởi sự hiện diện của bất kỳ một trong ba codon kết thúc, cụ thể là UAA, UAG và UGA. Các codon kết thúc này được công nhận bởi một trong hai yếu tố giải phóng RF1 và RF2 trong E.coli. Trong số các yếu tố phát hành này, RF1 nhận ra UAA và UAG, trong khi RF2 nhận ra UGA và UAA. Họ giúp các ribosome nhận ra những bộ ba này.
Các yếu tố phát hành dường như hoạt động trên A 'vì tRNA của bộ triệt có khả năng nhận ra các codon kết thúc có thể cạnh tranh với các yếu tố phát hành bằng cách nhập tại trang A'. Một yếu tố phát hành thứ ba RF3 dường như kích thích hoạt động của RF1 và RF2.
Đối với phản ứng giải phóng, polypeptidyl tRNA phải có mặt trên trang web 'P' và các yếu tố giải phóng giúp phân tách nhóm carboxyl giữa polypeptide và tRNA cuối cùng mang chuỗi này. Do đó polypeptide được giải phóng và ribosome phân tách thành hai tiểu đơn vị với sự trợ giúp của IF-3.
Trong eukaryote chỉ có một yếu tố phát hành được biết đến, đó là eRF1.
4. Sửa đổi chuỗi Polypeptide được phát hành:
Nhóm formyl từ axit amin đầu tiên, methionine, của chuỗi polypeptide được giải phóng được loại bỏ bởi enzyme biến dạng. Một số enzyme khác như expeptidase loại bỏ một số axit amin từ đầu cuối N hoặc đầu cuối C hoặc từ cả hai đầu của chuỗi polypeptide. Cuối cùng, chuỗi polypeptide này một mình hoặc cùng với các chuỗi khác được gấp lại để đảm nhận cấu trúc bậc ba hoặc bậc bốn và biến đổi thành enzyme chức năng.
