Protein và dịch mã

I. Khái niệm

Quá trình dịch mã (giải mã) là quá trình tổng hợp chuỗi polipeptit (prôtêin) diễn ra trong tế bào chất.

Các thành phần tham gia

II. Quá trình dịch mã

Quá trình dịch mã có thể chia ra làm hai giai đoạn:

Giai đoạn 1: Hoạt hoá axit amin

+ Dưới tác động của 1 số enzim, các a.a tự do trong môi trường nội bào được hoạt hoá nhờ gắn với hợp chất ATP:       

a.a + ATP → a.a hoạt hoá

+ Nhờ tác dụng của enzim đặc hiệu, a.a được hoạt hoá liên kết với tARN tương ứng→ phức hợp a.a – tARN:  

 a.a hoạt hoá + tARN → Phức hợp a.a – tARN

Giai đoạn 2: Tổng hợp chuỗi pôlipeptit 

Quá trình tổng hợp chuỗi polipeptit diễn ra theo ba bước: 

Bước 1. Mở đầu

Tiểu đơn vị bé của ribôxôm gắn với mARN ở vị trí nhận biết đặc hiệu (gần bộ ba mở đầu) và di chuyển đến bộ ba mở đầu (AUG).

a.a mở đầu - tARN tiến vào bộ ba mở đầu (đối mã của nó – UAX- khớp với mã mở đầu – AUG – trên mARN theo nguyên tắc bổ sung), sau đó tiểu phần lớn gắn vào tạo ribôxôm hoàn chỉnh.

Bước 2. Kéo dài chuỗi polipeptit

Phức hợp aa1 - tARN vào ribôxôm khớp bổ sung đối mã với côđon tiếp sau mã mở đầu trên mARN, 1 liên kết peptit được hình thành giữa aa mở đầu và aa1.

Ribôxôm dịch chuyển qua côđon tiếp theo, tARN mở đầu rời khỏi ribôxôm, phức hợp aa2 - tARN vào ribôxôm khớp bổ sung đối mã với côđon đó, 1 liên kết peptit nữa được hình thành giữa aa1 và aa2.

Quá trình cứ tiếp diễn như vậy cho đến khi ribôxôm tiếp xúc với mã kết thúc (UGA, UAG hay UAA). 

Bước 3. Kết thúc

Khi ribôxôm chuyển dịch sang bộ ba kết thúc (UAA, UAG, UGA) thì quá trình dịch mã ngừng lại2 tiểu phần của ribôxôm tách nhau ra.

Một enzim đặc hiệu loại bỏ axit amin mở đầu và giải phóng chuỗi pôlipeptit, quá trình dịch mã hoàn tất.

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. 

Chú ý: Trong dịch mã, mARN thường không gắn với từng riboxom riêng rẽ mà đồng thời gắn với một nhóm ribôxôm (pôliribôxôm hay pôlixôm) giúp tăng hiệu suất tổng hợp.

Ý nghĩa 

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

+ Từ thông tin di truyền trong nhân được biểu hiện thành các tính trạng ở bên ngoài kiểu hình.

III. Protein

- Protein là hợp chất hữu cơ gồm 4 nguyên tố chính: C, H, O, N và có thể gồm 1 số nguyên tố khác.

- Đại phân tử, có kích thước và khối lượng lớn.

- Cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là các axit amin, có hơn 20 loại axit amin

- Thành phần, số lượng và sự sắp xếp của các axit amin tạo nên vô số các phân tử protein khác nhau, đảm nhận các chức năng khác nhau → tính đa dạng và đặc thù của protein.

- Tính đa dạng và đặc thù còn được thể hiện ở cấu trúc không gian của protein.

* Lưu ý:

+ Cấu trúc thể hiện tính đặc thù của protein là cấu trúc bậc 1

+ Chức năng sinh học của protein thể hiện ở cấu trúc bậc 3 và 4

Chức năng của Protein:

Đối với tế bào và cơ thể protein có nhiều chức năng quan trọng

Chức năng cấu trúc

Thành phân cấu tạo chất nguyên sinh.

Hợp phần quan trọng xây dựng các bào quan và màng sinh chất → hình thành các đặc điểm giải phẫu, hình thái của các mô, cơ quan, hệ cơ quan và cơ thể.

Ví dụ: histon là protein tham gia vào cấu trúc của NST, collagen và elastin là thành phần chủ yếu của da và mô liên kết...

Chức năng xúc tác các quá trình trao đổi chất

Enzim có bản chất là prôtêin, một số là ARN.

Enzim tham gia vào quá trình xúc tác của nhiều phản ứng trao đổi chất trong cơ thể.

Ví dụ: trong quá trình tổng hợp ARN có sự tham gia của enzim ARN – polimeraza.

Chức năng điều hòa các quá trình trao đổi chất

Protein là thành phần của các hoocmôn  điều hòa các quá trình trao đổi chất trong tế bào và cơ thể.

Một số hoocmôn có hoạt tính sinh học cao: insulin điều hòa hàm lượng đường trong máu...

Ngoài ra, prôtêin còn có các chức năng khác như: bảo vệ cơ thể (kháng thể), vận động cơ thể, dự trữ năng lượng cung cấp cho cơ thể khi thiếu hụt gluxit và lipit...

IV. Một số dạng bài tập

1. Liên hệ giữa sô nuclêôtit, chiều dài của gen – số ribonuclêôtit của ARN với số axit amin môi trường cung cấp

Chỉ một mạch của gen làm mạch khuôn.

Mã di truyền là mã bộ ba.

Mã kết thúc không quy định axit amin nào.

Chú ý: Trong prôtêin hoàn chỉnh, số axit amin giảm đi 1 so với chuỗi polipeptit ba đầu do axit amin mở đầu bị cắt đi.

2. Liên hệ giữa số axit amin cần – số liên kết peptit – số phân tử nước được giải phóng.

Mỗi axit amin dài trung bình 3 Å và có khối lượng trung bình là 110 đvC.

Cứ hai axit kế tiếp nhau loại chung một phân tử nước hình thành một liên kết peptit.

Số phân tử nước được giải phóng =  Số liên kết peptit được hình thành = Số aa −1

3. Tương quan giữa số lượng, số lượt tARN, số lượng, số lượt ribôxôm 

Số axit amin cần được cung cấp = Số lượt tARN tham gia dịch mã.

Mỗi tARN có thể dịch mã một hay nhiều lượt, do vậy số lượt ≥ số lượng tARN (số lượt bằng số lượng khi mỗi tARN đều dịch mã một lần).

Nếu có k riboxom trượt qua = k lần dịch mã = k chuỗi polipeptit

Mối ribôxôm có thể dịch mã một hay nhiều lượt. Do vậy số lượt ribôxôm ≥ số lượng ribôxôm (số lượt bằng số lượng khi mỗi ribôxôm đều dịch mã một lần).

4. Xác định số ribôxôm và khoảng cách giữa các ribôxôm

Do kích thước của ribôxôm nên khi ribôxôm trước chuyển dịch từ 50 – 100   thì ribôxôm sau mới có thể tiếp xúc với mARN.

Ribôxôm chuyển dịch từng đơn vị mã nên khoảng cách giữa các ribôxôm kế tiếp phải là bộ số nguyên dương của 3.3,4 = 10,2   và là 51  , 61,2, 71,4, 81,6  hay 91,8

Luyện bài tập vận dụng tại đây!