Quá Trình Tổng Hợp Protein - Hoc24

QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP PROTEIN (DỊCH MÃ, GIẢI MÃ)

I. Khái niệm Dịch mã

- Quá trình tổng hợp Prôtêin là quá trình truyền thông tin di truyền từ mARN sang trình tự sắp xếp của các aa trong chuỗi polipeptid (Prôtêin).

II. Cơ chế dịch mã

1. Nơi xảy ra và thành phần tham gia

Nơi xảy ra: Dịch mã xảy ra ở Tế bào chất (Lưới nội chất hạt)

Thành phần tham gia:

- mARN (codon): mang thông tin mã hóa aa

- Nguyên liệu gồm 20 loại aa tham gia vào quá trình trổng hợp chuỗi polipeptit

- tARN

- Hệ enzim: hình thành liên kết gắn aa với nhau và aa với tARN

- Riboxom hoàn chỉnh (tiểu phần bé, tiểu phần lớn liên kết với nhau)

- Năng lượng ATP:

2. Cơ chế tổng hợp Prôtêin

- Gồm 2 giai đoạn:

• Hoạt hóa axit amin
• Tổng hợp chuỗi pôlipeptit

Giai đoạn 1: Hoạt hoá axit amin

\(aa + tARN \xrightarrow[ \ ATP] { \ Enzim \ }\underbrace{aa-tARN}\)

phức hợp

Giai đoạn 2: Tổng hợp chuỗi polypeptid

- Gồm 3 bước:

• Mở đầu
• Kéo dài chuỗi polypeptid
• Kết thúc

Bước 1: Mở đầu

- Tiểu phần bé của Riboxom tiếp xúc với mARN tại vị trí đặc hiệu (chứa bộ ba mở đầu - AUG)

- Phức hợp: aamđ - tARN khớp với bộ ba mã mở đầu trên mARN

- Tiểu phần lớn của riboxom sẽ hợp với tiểu phần bé → Riboxom hoàn chỉnh.

Bước 2: Kéo dài chuỗi polypeptid

- Phức hợp: aa1 - tARN đến riboxom khớp với bộ ba tiếp theo trên mARN

- Hình thành liên kết peptid giữa aamđ và aa1

- Riboxom tiếp tục dịch chuyển 1 bước (=1 bộ ba) → các phức họp aa tARN tiếp xúc lần lượt với các bộ ba tiếp theo trên mARN

Bước 3: Kết thúc

- Riboxom dịch chuyển trên mARN đến khi gặp 1 trong 3 bộ ba UAA hoặc UAG hoặc UGA ⇒ quá trình dịch mã dừng lại

- 2 tiểu phần riboxom tách nhau ra. Chuỗi polypeptid được giải phóng → để hình thành protein → Chuỗi polypeptit cắt bỏ aamđ

*Lưu ý:

- Trong dịch mã, mARN thường không gắn với từng riboxom riêng rẽ mà đồng thời gắn với một nhóm ribôxôm (nhiều riboxom cùng trượt trên mARN ) => pôliribôxôm hay pôlixôm => tăng hiệu suất tổng hợp protein.

- mARN làm khuôn tổng hợp protein sau một số lần sẽ tự hủy.

3. Kết quả và ý nghĩa của dịch mã

Kết quả:

- Từ một phân tử mARN trưởng thành có 1 riboxom trượt qua sẽ tạo thành một chuỗi polipeptit cấu trúc bậc 1 hoàn chỉnh .

- Chuỗi polipeptit sau khi được tổng hợp thì tiếp tục biến đổi để hình thành các cấu trúc bậc 2, 3, 4 để thực hiện các chức năng sinh học.

Ý nghĩa:

- Từ trình tự sắp xếp các nucleotit trên mARN được chuyển đổi thành trình tự sắp xếp các aa trong chuỗi polipeptit.

- Từ thông tin di truyền trong axit nucleotit được biểu hiện thành các tính trạng biểu hiện ở bên ngoài kiểu hình.

III. Mối quan hệ của ADN → ARN → Prôtêin → tính trạng.

- Trình tự các nuclêôtit trên ADN qui định trình tự các ribônuclêôtit trên mARN nên phân tử mARN là bản mã sao của gen cấu trúc. Enzim ARN - pôlimeraza tách 2 mạch đơn của gen đồng thời liên kết các ribônuclêôtit tự do trong môi trường nội bào với các nuclêôtit trên mạch mã gốc của gen theo NTBS (A-U,G-X) tạo ra phân tử mARN.

- Trình tự các ribônuclêôtit trên mARN qui định trình tự các axit amin trong prôtêin. Các ribôxôm tiếp xúc với mARN ở tế bào chất, tại từng bộ ba mã sao mà ribôxôm trượt qua trên mARN, các phức hợp aa - tARN vào ribôxôm so đối mã theo NTBS để gắn axit amin tạo thành chuỗi pôlipeptit. Sau đó chuỗi pôlipeptit hình thành các bậc cấu trúc cao hơn để trở thành phân tử prôtêin có hoạt tính sinh học.

- Prôtêin thực hiện chức năng theo từng loại và biểu hiện thành tính trạng

- Khi ADN thay đổi cấu trúc do đột biến sẽ dẫn tới thay đổi cấu trúc của mARN và của prôtêin tương ứng rồi có thể kéo theo sự thay đổi tính trạng tương ứng.

IV. Công thức và bài tập

Gọi N là số nu gen (ban đầu)

⇒ Số ribonu trên mARN: \(\frac{N}{2}\)

⇒ Số bộ ba mã hóa trên gen = \(\frac{N}{2.3}\)

⇒ Số aa trong chuỗi polipeptid: \(\frac{N}{2.3} - 1\)

⇒ Số aa trong phân tử protein: \(\frac{N}{2.3} - 2\)

1. Xác định số liên kết peptid hình thành

Số aa chuỗi polypeptid: \(\frac{N}{2.3} - 1\)

⇒ Số liên kết peptid trong chuỗi polypeptid: \(\frac{N}{2.3} - 1 - 1 = \frac{N}{6} - 2\)

⇒ Số liên kết peptid trong phân tử protein: \(\frac{N}{2.3} - 2 -1 = \frac{N}{6} - 3\)

2. Xác định số phân tử H2O được giải phóng

- Số phân tử H2O tạo ra trong quá trình tổng hợp chuỗi polypeptid: \(\frac{N}{2.3} - 1 - 1 = \frac{N}{6} - 2\)

- Số phân tử H2O giải phóng trong quá trình tổng hợp chuỗi protein: \(\frac{N}{2.3} - 2 -1 = \frac{N}{6} - 3\)

Ví dụ 1: Một gen có 2400 nu, gen này phiên mã tổng hợp mARN, phân tử ARN tạo ra tham gia giải mã tổng hợp chuỗi polypeptid

a) Xác đinh số phân tử H2O giải phóng.

b) Xác định số liên kết peptid hình thành.

Hướng dẫn giải:

Gen có 2400 nu

\(Gen \xrightarrow[]{Phien \ ma \ 1 \ lan} 1\ mARN \rightarrow polypeptid\)

a) Số phân tử H2O = \(\frac{N}{2.3} - 1 - 1 = \frac{N}{6} - 2 = 398\)

b) Số liên kết peptid = \(\frac{N}{2.3} - 1 - 1 = 398\)

3. Xác định số chuỗi polypeptid

Gọi m là số phân tử mARN, r là số riboxom trượt qua mARN

\(\Rightarrow \sum polypeptid = m.r\)

Ví dụ 2: Trên 1 phân tử ARN thông tin người ta thấy có 5 riboxom trượt qua không trở lại.

a) Xác định số chuỗi polypeptid được tạo thành.

b) Nếu phân tử mARN đó có chiều dài 5100Å thì tổng số tARN vận chuyển tham gia vào quá trình giải mã là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

1 mARN, 5 riboxom

a) Số chuỗi polypeptid = 5.1 = 5

b) ℓmARN = 5100Å ⇒ rN = 1500 nu

\(\sum\) tARN = Số aa chuỗi polypeptid \(= \frac{N}{2.3} - 1 = 499\)

4. Xác định số aa tự do

- Số aa tự do = Số aa chuỗi polypeptid = \(\frac{N}{2.3} - 1\)

5. Xác định số tARN tham gia

\(\sum\) phân tử tARN = Số aa tự do = \(\frac{N}{2.3} - 1\)

Ví dụ 3: Một gen có ℓ = 4080Å, gen phiên mã 4 lần để tạo ra các phân tử mARN. mARN tham gia dịch mã. Giả sử nếu có 2 riboxom trượt qua các phân tử mARN 1 lần thì số axit amin tự do là bao nhiêu? Tính số tARN tham gia?

Hướng dẫn giải:

ℓ = 4080 Å ⇒ Ngen = 2400 nu

- Gen phiên mã 4 lần => tạo ra 4 phân tử mARN

- Có 2 riboxom trượt qua các phân tử mARN => Số aa tự do của 1 chuỗi polypeptid \(= \frac{N}{2.3} - 1 = 399\)

⇒ \(\sum\)aa tự do quá trình giải mã = 4*2*399 = 3192

Số tARN tham gia = số aa tự do = 3192.