Kéo dài, hình thành liên kết peptide (phản ứng transpeptid hóa). Chuyển vị. Chuyển ngữ. Chấm dứt. Vai trò của yếu tố protein ở từng giai đoạn dịch mã

Sau khi hoàn thành quá trình khởi đầu, ribosome nằm trên mRNA sao cho ở trung tâm P có một codon khởi đầu AUG với Met-tRNAshMet được gắn vào nó và ở trung tâm A có một bộ ba mã hóa sự bao gồm của axit amin đầu tiên của protein tổng hợp được. Tiếp theo, giai đoạn dài nhất của quá trình tổng hợp protein bắt đầu - giai đoạn kéo dài, trong đó ribosome, sử dụng aa-tRNA, tuần tự “đọc” mRNA dưới dạng bộ ba nucleotide theo sau codon khởi đầu theo hướng từ 5” đến 3” kết thúc, mở rộng chuỗi polypeptide ra ngoài nhờ sự bổ sung tuần tự các axit amin.

Sự kết hợp của mỗi axit amin vào protein xảy ra theo 3 giai đoạn, trong đó: 1) aa-tRNA của mỗi axit amin có trong protein liên kết với tâm A của ribosome; 2) peptide từ peptidyl-tRNA nằm ở trung tâm P kết hợp với nhóm b-NH2 của gốc aminoacyl của aa-tRNA của trung tâm A để tạo thành liên kết peptide mới; 3) peptidyl-tRNA, được mở rộng bởi một gốc axit amin, di chuyển từ trung tâm A đến trung tâm P do sự chuyển vị trí của ribosome.

Liên kết của aminoacyl-tRNA tại vị trí A. Codon mRNA nằm ở trung tâm A bên cạnh codon khởi đầu xác định bản chất của aa1tRNAaa1 sẽ được đưa vào trung tâm A. aa1tRNAaa1 tương tác với ribosome dưới dạng phức hợp bậc ba bao gồm yếu tố kéo dài EF-1, aa1tRNAaa1 và GTP. Phức hợp chỉ tương tác hiệu quả với ribosome nếu anticodon aa-tRNAaa1 bổ sung và đối song với codon mRNA ở trung tâm A. Sự kết hợp của aa-tRNAaa1 vào ribosome xảy ra do năng lượng thủy phân GTP thành GDP và photphat vô cơ. Sự hình thành liên kết peptit xảy ra ngay sau khi phân tách phức hợp EF-1 và GDP khỏi ribosome. Giai đoạn này của quá trình được gọi là phản ứng transpeptid hóa

Trong phản ứng này, dư lượng methionine Met-tRNAIMet liên kết với nhóm a-amino của axit amin đầu tiên gắn với tRNAaa1 và nằm ở tâm A, liên kết peptide đầu tiên được hình thành.

Chuyển vị - giai đoạn kéo dài thứ ba. Yếu tố kéo dài EF-2 gắn vào ribosome và sử dụng năng lượng của GTP, đẩy ribosome dọc theo mRNA từ một codon đến đầu 3". Kết quả là, dipeptidyl-tRNA, không thay đổi vị trí của nó so với mRNA , di chuyển từ trung tâm A đến trung tâm P. tRNAiMet không có methionine rời khỏi ribosome và codon tiếp theo đi vào vùng trung tâm A.

Sau khi hoàn thành giai đoạn kéo dài thứ ba, ribosome có dipeptidyl-tRNA ở trung tâm P và bộ ba mã hóa sự bao gồm axit amin thứ hai trong chuỗi polypeptide đi vào trung tâm A. Chu kỳ tiếp theo của giai đoạn kéo dài bắt đầu, trong đó các sự kiện được mô tả ở trên lại diễn ra trên ribosome. Việc lặp lại các chu trình như vậy tùy theo số lượng codon cảm giác trong mRNA sẽ hoàn thành toàn bộ giai đoạn kéo dài.

Chấm dứt quá trình dịch mã xảy ra khi một trong các codon kết thúc: UAG, UAA hoặc UGA đi vào tâm A của ribosome. Không có tRNA tương ứng cho codon dừng. Thay vào đó, 2 yếu tố giải phóng protein RF hoặc yếu tố kết thúc được gắn vào ribosome. Một trong số đó, sử dụng trung tâm peptidyl transferase, xúc tác quá trình thủy phân peptide được tổng hợp từ tRNA. Loại thứ hai, do năng lượng thủy phân của GTP, gây ra sự phân ly ribosome thành các tiểu đơn vị

Do đó, bản chất khuôn mẫu của quá trình dịch mã được thể hiện ở chỗ trình tự đưa aminoacyl-tRNA vào ribosome để tổng hợp protein được xác định chặt chẽ bởi mRNA, tức là Thứ tự của các codon dọc theo chuỗi mRNA quyết định duy nhất cấu trúc của protein được tổng hợp. Ribosome quét chuỗi mRNA ở dạng bộ ba và lần lượt chọn các aa-tRNA “cần thiết” từ môi trường, giải phóng các tRNA đã khử acyl trong quá trình kéo dài.

Các tiểu đơn vị nhỏ và lớn của ribosome thực hiện các chức năng khác nhau trong quá trình dịch mã: tiểu đơn vị nhỏ gắn mRNA và giải mã thông tin bằng tRNA và cơ chế dịch mã, còn tiểu đơn vị lớn chịu trách nhiệm hình thành các liên kết peptide.

Trong lúc chương trình phát sóng Thông tin được ghi trên mRNA dưới dạng trình tự các bazơ nucleotide được chuyển đổi thành trình tự axit amin. Quá trình này diễn ra trên các ribosome và để thực hiện thành công, cần có một loại RNA khác - RNA chuyển ngắn (tRNA). Mỗi phân tử tRNA có một cấu hình không gian cụ thể, phần nào gợi nhớ đến chiếc lá cỏ ba lá.

Ở trung tâm của phân tử (ở phía trên cùng của lá cỏ ba lá ở giữa) có một bộ ba - anticodon, có khả năng ghép nối với bộ ba bổ sung (codon) của mRNA. Bộ ba ở cuối tRNA có thể tạo thành liên kết cộng hóa trị với một axit amin cụ thể. Trong tế bào có các tRNA với các anticodon khác nhau tương ứng có khả năng liên kết với từng loại axit amin cần thiết cho quá trình tổng hợp protein.

Bản thân ribosome là một hệ thống sinh hóa phức tạp được thiết kế để tổng hợp protein theo hướng dẫn được ghi trong cấu trúc của mRNA. Đầu tiên, ribosome liên kết với mRNA, sau đó là tRNA mang axit amin, anticodon của nó bổ sung cho codon đầu tiên của mRNA, được thêm vào phức hợp mRNA-ribosome. Sau đó, bên cạnh tRNA đầu tiên, tRNA thứ hai được thêm vào một anticodon bổ sung cho codon thứ hai của mRNA, v.v. Một enzyme đặc biệt liên kết với hai axit amin do hai tRNA này cung cấp và vẫn còn gắn với phức hợp. Sau đó, tRNA đầu tiên rời khỏi ribosome để gắn một phân tử mới chứa axit amin tương ứng. Trong khi đó, ribosome di chuyển dọc theo mRNA và tRNA thứ hai có axit amin gắn vào sẽ thay thế tRNA thứ nhất. Tất cả điều này được lặp lại nhiều lần cho đến khi ribosome chạm đến codon dừng trên mRNA, kết thúc bất kỳ gen cấu trúc nào. Sau khi đạt được nó, ribosome và protein mới được tổng hợp sẽ được tách ra khỏi mRNA và di chuyển vào tế bào chất của tế bào.

Nhiều ribosome thường được gắn vào một phân tử mRNA, di chuyển dọc theo nó sẽ dịch mã các phân tử protein mới thành codon. Cấu trúc này được gọi là đa thể. Ribosome hoạt động rất hiệu quả: trong 1 giây, cơ thể con người tổng hợp được 5 · 10 14 phân tử huyết sắc tố - một loại protein có trình tự độc đáo gồm 574 axit amin.

Quá trình sinh tổng hợp protein là một trong những phản ứng tiêu tốn nhiều năng lượng nhất trong quá trình chuyển hóa chất dẻo của tế bào. Để hình thành một liên kết peptide trong protein tổng hợp cần có bốn phân tử ATP - hai phân tử khi một axit amin được thêm vào tRNA và hai phân tử trực tiếp trên ribosome.

Các axit amin có thể kết nối với nhau thông qua liên kết gọi là liên kết peptide, từ đó tạo thành phân tử polymer. Nếu số lượng axit amin không vượt quá 10 thì hợp chất mới được gọi là peptit; nếu từ 10 đến 40 axit amin – polypeptide, nếu có nhiều hơn 40 axit amin – chất đạm.

Liên kết peptit là liên kết giữa nhóm α-carboxyl của axit amin này với nhóm α-amino của axit amin khác.

Sự hình thành liên kết peptit

Nếu cần đặt tên cho peptide thì hậu tố “-yl” được thêm vào tất cả các tên axit amin, chỉ axit amin cuối cùng là giữ nguyên tên. Ví dụ, Alan phù sa-ser phù sa-tryptoph vi hoặc γ-glutamine phù sa-cystein phù sa-glitz Và n (còn gọi là glutathione).

Tính chất của liên kết peptit bao gồm:

1. Tính đồng phẳng

Tất cả các nguyên tử trong nhóm peptide đều nằm trong cùng một mặt phẳng, với các nguyên tử “H” và “O” nằm ở phía đối diện của liên kết peptide.

2. Vị trí chuyển vị của nhóm thế

Các gốc axit amin liên quan đến trục peptide C-N- các kết nối ở các phía “khác nhau”, ở vị trí chuyển tiếp.

3. Hai hình thức tương đương

Liên kết peptide được tìm thấy ở dạng keto và dạng enol.

4. Khả năng hình thành liên kết hydro.

Các nguyên tử oxy và hydro có trong nhóm peptide có khả năng hình thành liên kết hydro với các nguyên tử oxy và hydro của các nhóm peptide khác.

5. Liên kết peptit có một phần tính chất của liên kết đôi.

Độ dài của liên kết peptide ngắn hơn liên kết đơn, nó là một cấu trúc cứng và khó quay quanh nó. Nhưng vì ngoài liên kết peptide, còn có các liên kết khác trong protein nên chuỗi axit amin có khả năng quay quanh trục chính, tạo cho protein những hình dạng khác nhau (sự sắp xếp không gian của các nguyên tử).

Ribosome- các bào quan nội bào có đường kính 20-22 nm thực hiện quá trình sinh tổng hợp protein. Chúng được tìm thấy trong tế bào của tất cả các sinh vật sống. Hình dạng của ribosome gần giống hình cầu. Tế bào nhân sơ (vi khuẩn, tảo xanh lam), cũng như lục lạp và ty thể của sinh vật nhân chuẩn, được đặc trưng bởi 70 ribosome S; Ribosome 80 S được tìm thấy trong tế bào chất của tất cả các sinh vật nhân chuẩn. S là chỉ tiêu về tốc độ lắng đọng (lắng), số S càng cao thì tốc độ lắng đọng càng cao. Vị trí của ribosome trong tế bào chất có thể tự do, nhưng hầu hết chúng thường liên kết với EPS, tạo thành các polysome (liên kết của ribosome).
Các bosome trong tế bào chất có thể tự do, nhưng hầu hết chúng thường liên kết với EPS, tạo thành các polysome (đơn vị ribosome sử dụng RNA thông tin).
Thành phần và cấu trúc của ribosome. Ribosome bao gồm hai tiểu đơn vị: lớn và nhỏ. Tiểu đơn vị lớn của mỗi ribosome được gắn vào màng của ER thô nhất và tiểu đơn vị nhỏ nhô vào ma trận tế bào chất. Loại nhỏ kết hợp 1 phân tử rRNA và 33 phân tử protein khác nhau, loại lớn - ba phân tử rRNA và khoảng 40 protein. rRNA (ribosome) có chức năng như một khung cho protein (chúng đóng vai trò cấu trúc và enzyme), đồng thời đảm bảo sự liên kết của các ribosome với trình tự nucleotide cụ thể của mRNA (RNA thông tin K). Giáo dục

Ribosome trong tế bào tiến hành bằng cách tự lắp ráp từ RNA và protein được tổng hợp trước. Tiền chất RNA ribosome được tổng hợp trong nucleolus trên DNA nucleol.
Chức năng của ribosome:
. liên kết và lưu giữ đặc hiệu các thành phần của hệ thống tổng hợp protein (RNA thông tin; RNA vận chuyển, (GTP) và các yếu tố dịch mã protein);
. chức năng xúc tác (hình thành liên kết peptide, thủy phân guanosine triphosphate);
. chức năng chuyển động cơ học của cơ chất (RNA thông tin và vận chuyển), hoặc chuyển vị.
Phát tin- quá trình hình thành chuỗi polypeptide trên ma trận và RNA. Sự tổng hợp các phân tử protein xảy ra trên các ribosome nằm tự do trong tế bào chất hoặc trên ER thô.
Các giai đoạn dịch (Hình 13):


Cơm. 13. Sơ đồ phát sóng
Các giai đoạn liên tiếp của quá trình tổng hợp polypeptide:
. tiểu đơn vị ribosome nhỏ liên kết với met-tRNA, sau đó với mRNA;
. ribosome được trộn dọc theo RNA, kèm theo đó là nhiều lần lặp lại của chu trình bổ sung axit amin tiếp theo vào chuỗi polypeptide đang phát triển;
. Ribosome đạt đến một trong các codon dừng của mRNA và chuỗi polypeptide được giải phóng và tách ra khỏi ribosome.
Kích hoạt axit amin. Mỗi axit amin trong số 20 axit amin của protein được liên kết bằng liên kết cộng hóa trị với một tRNA cụ thể sử dụng năng lượng của ATP. Phản ứng được xúc tác bởi một loại enzyme chuyên biệt cần có sự có mặt của ion magiê - aminoacyl-tRNA synthetase.
Sự khởi đầu của chuỗi protein Trong tiểu đơn vị nhỏ của ribosome có một trung tâm chức năng với hai phần - peptidyl (phần P) và aminoacyl (phần A). Ở vị trí đầu tiên có một tRNA mang một axit amin cụ thể, ở vị trí thứ hai có một tRNA chứa một chuỗi axit amin. Đầu 5” của mRNA, chứa thông tin về protein này, liên kết với vị trí P bằng một hạt nhỏ của ribosome và với axit amin khởi đầu (formylmethionine ở sinh vật nhân sơ; methionine ở sinh vật nhân chuẩn) gắn vào tRNA tương ứng. tRNA bổ sung cho bộ ba có trong mRNA, báo hiệu sự bắt đầu của chuỗi protein.
Sự kéo dài là một sự kiện lặp đi lặp lại theo chu kỳ trong đó xảy ra sự kéo dài peptide. Chuỗi polypeptide được kéo dài bằng cách bổ sung tuần tự các axit amin, mỗi axit amin được chuyển đến ribosome và đưa vào một vị trí cụ thể bằng cách sử dụng tRNA tương ứng. Một liên kết peptide được hình thành giữa một axit amin từ chuỗi peptide và một axit amin nối với tRNA. Ribosome di chuyển dọc theo mRNA và tRNA cùng với một chuỗi axit amin đi vào vị trí A. Chuỗi sự kiện này được lặp lại cho đến khi ribosome đến một codon kết thúc mà không có tRNA tương ứng.
Chấm dứt. Sau khi hoàn thành quá trình tổng hợp chuỗi, được báo hiệu bởi cái gọi là. codon dừng của mRNA (UAA, UAG, UGA). Trong trường hợp này, nước được thêm vào axit amin cuối cùng trong chuỗi peptide và đầu carboxyl của nó được tách ra khỏi tRNA và ribosome chia thành hai hạt con.
Sự tổng hợp peptide xảy ra không phải bởi một ribosome mà bởi hàng nghìn ribosome, tạo thành một phức hợp - polysome.
Gấp và xử lý. Để có được hình dạng bình thường, protein phải gấp lại thành một cấu hình không gian cụ thể. Trước hoặc sau khi gấp, polypeptide có thể trải qua quá trình xử lý, được thực hiện bởi các enzyme và bao gồm việc loại bỏ các axit amin dư thừa, bổ sung phốt phát, metyl và các nhóm khác, v.v.

Bài giảng, trừu tượng. Ribosome, thành phần và cấu trúc của nó. Phát sóng - khái niệm và các loại. Phân loại, bản chất và đặc điểm.

Dưới dịch thuật trong sinh học đề cập đến sự tổng hợp các polypeptide từ axit amin xảy ra trong tế bào chất trên ribosome với sự tham gia của 1) mARN dưới dạng ma trận, 2) tARN là chất vận chuyển axit amin, cũng như 3) một số yếu tố protein, thực hiện chức năng xúc tác ở các giai đoạn khác nhau của quá trình. Dịch mã xảy ra trong tế bào của mọi sinh vật sống; đó là một quá trình cơ bản của tự nhiên sống.

Từ quan điểm thông tin, dịch mã có thể được định nghĩa là một cơ chế dịch một chuỗi các bộ ba mRNA thành chuỗi axit amin protein.

Chức năng của ribosome là giữ các yếu tố mRNA, tRNA và protein ở đúng vị trí cho đến khi một phản ứng hóa học nào đó xảy ra. Thông thường đây là sự hình thành liên kết peptide giữa các axit amin lân cận.

Dịch mã và sinh tổng hợp proteinMỘT thường có nghĩa tương tự. Tuy nhiên, khi chúng ta nói về quá trình sinh tổng hợp protein, nó thường bao gồm các biến đổi sau dịch mã của các polypeptide (sự thu nhận các cấu trúc bậc hai, bậc ba và bậc bốn) và đôi khi cũng có thể bao gồm quá trình phiên mã. Từ quan điểm này, dịch mã được coi là một bước quan trọng trong quá trình sinh tổng hợp protein.

Quá trình dịch mã ở sinh vật nhân chuẩn và sinh vật nhân sơ có một số điểm khác biệt, chủ yếu liên quan đến tính đa dạng và hoạt động của các yếu tố protein.

Có thể có nhiều ribosome trên một sợi mRNA, tạo thành đa thể. Trong trường hợp này, một số polypeptide giống hệt nhau được tổng hợp cùng một lúc (nhưng mỗi polypeptide đều ở giai đoạn tổng hợp riêng).

Quá trình tổng hợp một protein thường mất vài giây.

Các axit amin mà polypeptide được tổng hợp nhất thiết phải trải qua giai đoạn kích hoạt. Bản thân quá trình dịch mã bao gồm ba giai đoạn: bắt đầu, kéo dài và kết thúc.

Quá trình dịch thuật có tính chất đặc trưng. Thứ nhất, các codon mRNA cụ thể có tRNA riêng. Thứ hai, các axit amin chỉ được gắn vào tRNA “của chúng”.

Kích hoạt axit amin

Việc kích hoạt các axit amin là cần thiết, vì chỉ ở trạng thái này chúng mới có thể kết hợp với tRNA và sau đó hình thành liên kết peptide với nhau.

Tế bào chất của tế bào luôn chứa các axit amin tự do (không kết hợp với các chất khác). Các enzym cụ thể, với sự có mặt của ATP, sẽ chuyển đổi axit amin thành aminoacyladenylat, vốn đã có thể liên kết với tRNA.

Có một loại enzyme - aminoacyl-tRNA tổng hợpS, - kích hoạt các axit amin sử dụng năng lượng của ATP. Mỗi axit amin được kích hoạt bởi enzyme riêng của nó, sau đó nó chỉ gắn vào tRNA của nó. Một phức hợp axit amin với tRNA được hình thành - aminoacyl-tRNA (aa-tRNA).

Bắt đầu phát sóng

Quá trình khởi đầu dịch mã bao gồm các giai đoạn tuần tự sau đây với sự tham gia của các yếu tố khởi đầu:

Gắn đầu 5" của mRNA vào tiểu đơn vị nhỏ của ribosome. Trong trường hợp này, codon khởi đầu (AUG) nằm ở vị trí P chưa hoàn chỉnh (do không có tiểu đơn vị lớn) của ribosome.

Phức hợp aa-tRNA với anticodon tương ứng được gắn vào codon khởi đầu của mRNA. Ở sinh vật nhân chuẩn, codon AUG mã hóa cho axit amin methionine; ở sinh vật nhân sơ, nó mã hóa cho formyl-methionine. Những axit amin ban đầu này sau đó được tách ra khỏi polypeptide thành phẩm.

Các tiểu đơn vị ribosome được hợp nhất, do đó vị trí P và A của chúng được hoàn thiện.

Sơ đồ cấu trúc của ribosome (A, P, E - vị trí của phân tử tRNA)

Do đó, ở giai đoạn khởi đầu, ribosome nhận ra codon khởi đầu và chuẩn bị cho quá trình tổng hợp bắt đầu.

Kết nối thu được giữa ribosome và mRNA là thuận nghịch; sau khi tổng hợp polypeptide, mRNA có thể bị ngắt khỏi ribosome. Sau đó, mRNA được sử dụng lại hoặc bị phá hủy bởi các enzyme đặc biệt.

Codon khởi đầu AUG khác với các codon tương tự khác ở giữa mRNA ở chỗ nó đứng trước một mũ và một số trình tự nucleotide nhất định. Nhờ họ mà AUG được công nhận là người khởi đầu. (Điều này chủ yếu áp dụng cho sinh vật nhân chuẩn.)

kéo dài phát sóng

Ở giai đoạn này, quá trình tổng hợp trực tiếp chuỗi polypeptide diễn ra. Quá trình kéo dài bao gồm nhiều chu kỳ. Một chu kỳ kéo dài là việc bổ sung một axit amin vào chuỗi polypeptide đang phát triển.

Ở giai đoạn bắt đầu, vị trí P của ribosome bị chiếm giữ bởi tRNA đầu tiên mang axit amin methionine. Trong chu kỳ kéo dài đầu tiên, phức hợp aa-tRNA thứ hai đi vào vị trí A của ribosome. Đây sẽ là tRNA có anticodon bổ sung cho codon tiếp theo (sau AUG bắt đầu).

Vị trí A(aminoacyl) và P(peptidyl) định vị phức hợp aa-tRNA sao cho phản ứng hóa học xảy ra giữa các axit amin và liên kết peptide được hình thành.

Sau đó, tRNA đầu tiên (nằm ở vị trí P) được giải phóng khỏi axit amin của nó. Kết quả là, axit amin thứ hai dường như chỉ được kết nối với axit amin thứ hai bằng liên kết peptit. Axit amin thứ hai liên kết với tRNA thứ hai nằm ở vị trí A.

Ribosome di chuyển dọc theo bộ ba của chuỗi mRNA. Trong trường hợp này, tRNA đầu tiên kết thúc ở vị trí E (lối ra) của ribosome, sau đó nó rời khỏi ribosome. tRNA thứ hai, liên kết với hai axit amin, đi đến vị trí P. Vị trí A được giải phóng để phức hợp aa-tRNA thứ ba xâm nhập.

Các chu kỳ kéo dài tiếp theo tiến hành tương tự như chu kỳ đầu tiên. Khi vị trí A bị bỏ trống, aa-tRNA có thể xâm nhập vào đó, anticodon của nó bổ sung cho codon mRNA hiện đang nằm ở vị trí A.

Chấm dứt phát sóng

Sự kết thúc là sự hoàn thành quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide và tách nó ra. Sự kết thúc xảy ra khi ribosome gặp một trong các codon kết thúc (UAA, UAG, UGA), không có tRNA. Những phần này của mRNA được nhận biết bởi các protein đặc biệt - yếu tố chấm dứt.