Tổng hợp và Dịch mã Protein

Tổng hợp protein, hay dịch mã, là quá trình ribosome đọc trình tự của RNA thông tin và lắp ráp chuỗi axit amin tương ứng thành một protein. Đây là bước chuyển đổi mã di truyền thành các phân tử chức năng của tế bào và là đích đến của các axit amin được xử lý ở những nơi khác trong quá trình chuyển hóa protein và axit amin.

Definition

Dịch mã là quá trình tổng hợp polypeptide do ribosome xúc tác, trong đó trình tự axit amin được quy định bởi các codon của RNA thông tin, sử dụng các aminoacyl-transfer RNA làm bộ điều hợp để đọc mã di truyền.

Scope

Mục này bao gồm cách các axit amin được hoạt hóa và ghép nối với các codon thông qua quá trình tổng hợp aminoacyl-tRNA, cũng như các giai đoạn khởi đầu, kéo dài và kết thúc của quá trình dịch mã trên ribosome, cùng với các điểm chính mà quá trình này được điều hòa. Nó coi dịch mã là một quá trình sinh hóa và phân tử.

Core questions

• Mỗi axit amin được liên kết với transfer RNA nhận diện codon của nó như thế nào?
• Ribosome chọn vị trí bắt đầu và đọc các codon trong khung như thế nào?
• Tốc độ dịch mã được điều hòa như thế nào để đáp ứng với các điều kiện tế bào?

Key concepts

• Mã di truyền và sự ghép cặp codon-anticodon
• Aminoacyl-tRNA synthetase và sự nạp tRNA
• Ribosome và các vị trí A, P, và E
• Khởi đầu, kéo dài và kết thúc
• Các yếu tố khởi đầu dịch mã và sự điều hòa
• Hồ sơ ribosome như một phương pháp đo lường

Mechanisms

Mỗi axit amin trước tiên được gắn vào transfer RNA tương ứng của nó bởi một aminoacyl-tRNA synthetase, một phản ứng phụ thuộc ATP mà độ chính xác của nó, bao gồm cả việc sửa lỗi, thiết lập độ trung thực của mã di truyền. Các tRNA đã được nạp axit amin sẽ vận chuyển các axit amin đến ribosome, nơi quá trình dịch mã diễn ra qua ba giai đoạn. Trong giai đoạn khởi đầu, tiểu đơn vị ribosome nhỏ, được hỗ trợ bởi các yếu tố khởi đầu, định vị codon khởi đầu, thường bằng cách quét ở sinh vật nhân chuẩn, và tiểu đơn vị lớn sẽ gắn vào. Trong giai đoạn kéo dài, ribosome di chuyển từng codon một, xúc tác hình thành liên kết peptide giữa các axit amin kế tiếp trong trung tâm peptidyl-transferase của nó trong khi các tRNA luân chuyển qua các vị trí A, P và E của nó. Quá trình kết thúc xảy ra khi một codon dừng được nhận diện bởi các yếu tố giải phóng và polypeptide hoàn chỉnh được giải phóng. Khởi đầu là giai đoạn được điều hòa chặt chẽ nhất; sự kiểm soát của nó thông qua các yếu tố khởi đầu cho phép các tế bào nhanh chóng điều chỉnh sản lượng protein tổng thể và theo thông điệp cụ thể. Hồ sơ ribosome cho phép đo lường quá trình dịch mã trên toàn bộ bộ gen với độ phân giải gần codon.

Clinical relevance

Dịch mã là mục tiêu của một số loại kháng sinh khai thác sự khác biệt giữa ribosome của vi khuẩn và người, và sự điều hòa của nó bị thay đổi trong nhiều trạng thái bệnh. Mục này mô tả cơ chế và cách nó được nghiên cứu, và không cung cấp hướng dẫn điều trị cá nhân.

Evidence & guidelines

Cơ chế và sự điều hòa của nó là sinh học phân tử đã được thiết lập, được hỗ trợ bởi các tài liệu chính và tổng quan rộng rãi; đây là một chủ đề tham khảo hơn là một lĩnh vực hướng dẫn lâm sàng.

History

Mã di truyền được giải mã vào những năm 1960 thông qua công trình của Marshall Nirenberg, Har Gobind Khorana và những người khác, trong khi việc phát hiện ra transfer RNA như một bộ điều hợp bởi Mahlon Hoagland và các đồng nghiệp đã giải thích cách mã được đọc. Các nghiên cứu cấu trúc và sinh hóa sau này đã giải quyết ribosome và các yếu tố kiểm soát từng giai đoạn của quá trình dịch mã.

Key figures

• Marshall Nirenberg
• Har Gobind Khorana
• Mahlon Hoagland
• Alan Hinnebusch

Seminal works

• ibba-soll-2000
• sonenberg-hinnebusch-2009
• jackson-2010

Frequently asked questions

Vai trò của transfer RNA trong dịch mã là gì?

Transfer RNA hoạt động như một bộ điều hợp: mỗi tRNA đã được nạp mang một axit amin cụ thể và ghép cặp anticodon của nó với codon phù hợp trên RNA thông tin, để ribosome có thể thêm axit amin chính xác khi nó đọc mã.

Tại sao bước khởi đầu của dịch mã lại quan trọng đối với sự điều hòa?

Khởi đầu cam kết ribosome tạo ra một protein, vì vậy việc kiểm soát nó thông qua các yếu tố khởi đầu cho phép tế bào nhanh chóng tăng hoặc giảm sản xuất protein, nói chung hoặc cho các thông điệp cụ thể, để đáp ứng nhu cầu của nó.