Các giai đoạn của cơ chế tổng hợp protein trên 70S Ribosome

Cơ chế tổng hợp protein trên các ribosome 70S bao gồm các giai đoạn sau:

1. Phiên âm:

Quá trình tổng hợp protein được bắt đầu bằng việc giải nén các chuỗi phân tử DNA. Một chuỗi phân tử DNA đóng vai trò là khuôn mẫu cho sự hình thành mRNA. MRNA được hình thành theo mã bộ ba của DNA bằng quá trình sao chép hoặc sao chép.

Hình ảnh lịch sự: Pictures.fineartamerica.com/false-color-tem-of-ribosomes-photo-researchers-inc.jpg

Ngay khi mRNA được hình thành, nó rời khỏi nhân và đến trong tế bào chất nơi nó gắn với tiểu đơn vị 30S của các ribosome. MRNA mang các bộ ba mã hóa để tổng hợp protein.

2. Sự gắn kết của mRNA với ribosome 30S và sự hình thành polyribosome:

Trong các tế bào nhân sơ, người ta đã quan sát thấy rằng trước quá trình tổng hợp protein, các ribosome xảy ra ở trạng thái phân ly và không hoạt động. MRNA liên kết với tiểu đơn vị ribosome 30S với sự có mặt của yếu tố protein F ₂ . Chẳng bao lâu, N-formylmethionyl-tRNA (F-met-t RNAf) xuất phát từ tế bào chất và liên kết với bộ ba mã hóa đầu tiên (AUG hoặc AUA) của mRNA để bắt đầu quá trình tổng hợp protein và hình thành phức hợp khởi đầu.

Sự hình thành phức hệ khởi đầu được hỗ trợ bởi GTP (Guanosine triphosphate) và 3 yếu tố protein (F ₁, F ₂ và F ₃ ). Sau khi hình thành phức hệ khởi đầu, tiểu đơn vị ribosome 30S kết hợp với tiểu đơn vị ribosome 50S để tạo thành ribosome 70S. Sự kết hợp của các tiểu đơn vị ribosome xảy ra với sự có mặt của các ion Mg ++ và các yếu tố F ₁ và F ₂ .

Các mã của mRNA không chỉ được đọc bởi một ribosome mà nhiều ribosome di chuyển và đọc mã của mRNA. Khi nhiều ribosome liên kết với mRNA, sự hình thành polysome hoặc polyribosome xảy ra.

3. Việc chuyển axit amin vào vị trí tổng hợp protein:

Các axit amin được chuyển từ nhóm axit amin trong tế bào đến các ribosome bởi tRNA. Các quá trình chuyển giao xảy ra trong các giai đoạn khác nhau như sau.

(a) Kích hoạt các axit amin:

Mỗi trong số 20 axit amin xảy ra trong tế bào chất ở trạng thái không hoạt động. Mỗi axit amin trước khi gắn với tRNA cụ thể của nó được kích hoạt bởi một enzyme kích hoạt cụ thể được gọi là aminoacyl synthetase và ATP. Các axit amin tự do phản ứng với ATP, dẫn đến việc sản xuất aminoacyl adenylate và pyrophosphate:

Enzim AA + ATP + → AA ~ AMP - enzyme + PP

Aminoacyl Aminoacyl synthetase Aminoacyl adenylate Pyrophosphate synthetase phức tạp

Sản phẩm phản ứng aminoacyl adenylate liên kết với enzyme ở dạng phức hợp đơn trị. Phức hợp enzyme aminoacyl adenylate này sau đó ester hóa thành phân tử tRNA cụ thể. Tế bào có ít nhất 20 enzyme aminoacyl synthetase cho 20 axit amin. Mỗi enzyme là cụ thể và nó gắn với axit amin cụ thể mà không có bất kỳ lỗi nào.

(b) Gắn axit amin hoạt hóa vào tRNA:

Các aminoacyl adenylate vẫn được liên kết với enzyme cho đến khi nó va chạm với phân tử tRNA cụ thể. Sau đó, nhóm axit cacboxyl của dư lượng axit amin của aminoacyl adenylate được chuyển sang nhóm 3 OH của ribose của adenosine cuối ở cuối CCA của tRNA. Kết quả là AMP và enzyme được giải phóng và một sản phẩm cuối cùng là aminoacyl tRNA được hình thành theo phương pháp sau:

'A' = trang web aminoacyl hoặc trang web giải mã, 'P' = trang web peptidyl hoặc trang web ngưng tụ, 'E' = trang web tồn tại,

AA ₁ = N-formyl methionine.

Aa ₂ = threonin.

Ailen AMP của Enzyme Enzyme + tRNA → AA - tRNA + AMP + Enzyme

Aminoacyl adenylate và enzyme Aminoacyl Nam tRNA

Các aminoacyl-tRNA di chuyển đến vị trí tổng hợp protein, tức là các ribosome với mRNA.

4. Bắt đầu tổng hợp protein:

Như chúng ta đã đề cập rằng sự bắt đầu tổng hợp protein ở vi khuẩn Escherichia coli (E. coli) liên quan đến sự hình thành phức hợp 70S. Trong đó, mRNA luôn có codon bộ ba đầu tiên là AUG ở đầu (nghĩa là 5 ′ end). Các codon AUG là mã cho axit amin methionine.

Methionine vẫn được điều chế và nó có vai trò rất quan trọng trong việc bắt đầu quá trình tổng hợp protein. Trong mọi loại protein, formyl methionine chiếm vị trí đầu tiên trong phân tử và khi phân tử protein được tổng hợp hoàn toàn thì formyl methionine thường tách ra khỏi phân tử protein mới được tổng hợp bởi hoạt động của enzyme thủy phân.

Vì trong quá trình tổng hợp protein, chuỗi peptide luôn phát triển theo trình tự từ nhóm amino đầu cuối tự do (UNHNH ₂ ) về phía cuối carboxyl (NottCOOH), chức năng của formyl methionine NotttRNA (AA ₁ MufftRNA trong quả sung 38, 22 và 38, 23 ) là để đảm bảo rằng protein được tổng hợp theo hướng đó.

Trong nhóm tRNA formyl methionine, nhóm amino (UNHNH ₂ ) bị chặn bởi nhóm formyl chỉ để lại nhóm nhómCOOH có sẵn để phản ứng với nhóm NH ₂ của axit amin thứ hai (AA ₂ ). Theo cách này, sự tổng hợp chuỗi protein theo trình tự chính xác.

5. Độ giãn dài của chuỗi polypeptide:

Với sự hình thành của ribosome 70S chức năng (nghĩa là 70S, mRNA, F đã gặp tRNA), sự kéo dài chuỗi polypeptide được tạo ra bằng cách bổ sung thường xuyên các axit amin và chuyển động tương đối của ribosome và mRNA khi có mặt các phân tử GTP, do đó một codon bộ ba mới vẫn có sẵn cho aminoacyl tRNA mới ở phần giải mã hoặc vị trí 'A' của ribosome trong mỗi bước. Do đó, F-met tRNA, phải chuyển từ vị trí giải mã (trang web 'A') sang trang web peptidyl hoặc trang web 'P' trước khi aminoRyl thứ hai tRNA (nghĩa là, tRNA của AA ₂ ) có thể liên kết với bộ ba mã hóa tiếp theo xảy ra khi giải mã hoặc Site Một trang web của ribosome.

Các aminoacyl-tRNA (AA ₂ tRNA) liên kết với codon của trang 'A' với sự hiện diện của GTP và hai protein, được gọi là các yếu tố chuyển giao (được chỉ định là Tn và Ts) vẫn còn liên kết với ribosome. Trong quá trình liên kết này, một phức chất được hình thành giữa GTP, các yếu tố chuyển giao và aminoacyl tRNA (viz., AA ₂ -tRNA), cuối cùng gửi aminoacyl tRNA tại vị trí 'A' của ribosome với sự giải phóng các yếu tố chuyển giao-GDP phốt phát phức và vô cơ.

Trong bước tiếp theo, do sự di chuyển tương đối của ribosome và mRNA khi có sự hiện diện của phân tử GTP đơn lẻ, bộ ba mã hóa tiếp theo (tức là codon UUU trong hình 38, 21 và 38, 22) sẽ có sẵn cho aminoacyl tRNA tiếp theo (viz. AA ₃ -tRNA ) tại trang web 'A' của ribosome. Ở giai đoạn này, f met-tRNA xảy ra khi thoát khỏi trang web 'E', trong khi đó, AA ₂ -tRNA xảy ra tại trang web peptidyl 'P'. Bây giờ, một enzyme có tên là transferase I đã khởi động tRNA từ formyl-methionine (f-met hoặc AA ₁ ) và chuyển formyl-methionine sang aminoacyl-tRNA (AA ₂ -tRNA) liên kết tại vị trí peptidyl hoặc 'P'. Yếu tố 'G' được cho là sẽ giải phóng tRNA được thải ra hoặc khử hoạt tính từ vị trí 'E' của ribosome.

Nó tuân theo giai đoạn tiếp theo của quá trình kéo dài bao gồm sự tổng hợp liên kết peptide bằng phản ứng giữa nhóm amino tự do của axit amin sắp tới (nghĩa là AA ₂ ) và nhóm carboxyl của axit amin đầu tiên (AA ₁ ) este hóa thành tRNA. Enzym xúc tác phản ứng này được gọi là peptidyl transferase (hay peptide synthetase) và là một phần không thể thiếu của tiểu đơn vị 50S. Năng lượng để tổng hợp liên kết peptide có nguồn gốc từ sự phân tách liên kết este giữa một axit amin và tRNA của nó.

Do đó, trong quá trình kéo dài chuỗi polypeptide, mỗi tRNA được nạp hoặc nạp (Aminoacyl tRNA) đi vào giải mã hoặc vị trí 'A', di chuyển đến vị trí ngưng tụ hoặc 'P', chuyển axit amin của nó vào đầu carboxyl của polypeptide, di chuyển đến vị trí thoát, nơi chuỗi polypeptide được chuyển đến tRNA liền kề trên vị trí ngưng tụ và tRNA sau đó được giải phóng khỏi ribosome.

Quá trình này được gọi là dịch. Điều này dẫn đến việc codon thứ ba đi vào vị trí A và một tRNA thích hợp được nạp với một axit amin thứ ba sẽ liên kết tại vị trí A. Quá trình hình thành và dịch chuyển liên kết peptide sẽ được lặp lại.

Do đó, khi mRNA di chuyển liên quan đến ribosome, tất cả các codon sẽ được phơi bày tại vị trí A và chuỗi peptide phát triển. Chuỗi các sự kiện liên quan đến kéo dài phải diễn ra rất nhanh vì đã được tính toán rằng, E.coli phát triển trong điều kiện tối ưu, chuỗi polypeptide gồm khoảng 40 axit amin có thể được tạo ra trong 20 giây.

6. Chấm dứt và giải phóng chuỗi polypeptide:

Khi quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide được hoàn thành theo các codon của mRNA, thì quá trình chấm dứt và giải phóng chuỗi polypeptide diễn ra. Việc chấm dứt chuỗi polypeptide và giải phóng chuỗi hoàn thành khỏi ribosome được kiểm soát bởi hai yếu tố.

Việc chấm dứt chuỗi được biểu thị bằng ba bộ ba kết thúc đặc biệt trong mRNA, ở vi khuẩn, là UAG, UAA và UGA. Đây là những codon không có ý nghĩa không mã hóa cho bất kỳ axit amin nào. Tuy nhiên, chuỗi polypeptide vẫn liên kết với tRNA, lần lượt được gắn vào mRNA.

Chuỗi được giải phóng khỏi ribosome dưới sự chỉ đạo của ba protein riêng biệt được gọi là các yếu tố giải phóng và được chỉ định R ₁ R ₂ và S. Chúng được liên kết với ribosome và kiểm soát quá trình thủy phân liên kết este giữa tRNA và chuỗi polypeptide. Khi chuỗi đã bị chấm dứt và giải phóng, ribosome tách khỏi mRNA và phân tách thành hai tiểu đơn vị của nó do tác động của yếu tố F ₃ . Nó đã sẵn sàng để bước vào một chu kỳ tổng hợp polypeptide mới.

7. Sửa đổi polypeptide được giải phóng:

Chuỗi polypeptide được giải phóng có chứa methionine được điều chế ở một đầu của nó. Một biến dạng enzyme loại bỏ nhóm formyl của methionine. Enzym exopeptidase có thể loại bỏ một số axit amin từ đầu N hoặc đầu C của chuỗi polypeptide.

Ở giai đoạn này, polypeptide (protein) sở hữu cấu trúc chính của nó; ít nhất một phần của nhiều protein có cấu trúc thứ cấp ở dạng chuỗi xoắn alpha. Chuỗi protein sau đó có thể tự gấp lại, tạo thành các liên kết bên trong (bao gồm lưu trữ các liên kết disulphide) giúp ổn định cấu trúc cấp ba của nó thành một mô hình gấp chính xác và thường phức tạp. Hai hoặc nhiều cấu trúc cấp ba có thể hợp nhất thành một cấu trúc bậc bốn chức năng. Ví dụ, huyết sắc tố bao gồm bốn chuỗi polypeptide, hai chuỗi tương tự và hai chuỗi P giống hệt nhau. Một protein không trở thành một enzyme hoạt động cho đến khi nó đã giả định kiểu bậc ba hoặc bậc bốn của nó.

Quá trình bắt đầu, kéo dài và chấm dứt liên quan đến sự trung gian của một số yếu tố protein và thủy phân GTP (guanosine triphosphate) để cung cấp năng lượng. Các bước chi tiết được thảo luận có thể áp dụng cho Procaryote và với một số sửa đổi cũng cho eucaryote.