Ribosome và Quá trình Dịch mã

Dịch mã là quá trình ribosome đọc các codon của RNA thông tin (mRNA) và lắp ráp chuỗi axit amin tương ứng. Ribosome là một phức hợp lớn gồm RNA ribosome và protein, được tổ chức thành một tiểu đơn vị nhỏ giải mã mRNA và một tiểu đơn vị lớn xúc tác hình thành liên kết peptit. Các nghiên cứu cấu trúc cho thấy quá trình xúc tác này được thực hiện bởi RNA ribosome, biến ribosome thành một ribozyme.

Definition

Dịch mã là quá trình tổng hợp chuỗi polypeptit do ribosome làm trung gian, trong đó các RNA vận chuyển (tRNA) mang các axit amin phù hợp với các codon mRNA liên tiếp và lõi RNA của ribosome xúc tác hình thành liên kết peptit giữa chúng.

Scope

Chủ đề này bao gồm cấu trúc của ribosome và các tiểu đơn vị của nó, ba giai đoạn của quá trình dịch mã (khởi đầu, kéo dài, kết thúc), vai trò của RNA vận chuyển và mã di truyền, cũng như sự điều hòa khởi đầu dịch mã như một điểm kiểm soát biểu hiện gen. Đây là một tài liệu tham khảo về sinh học phân tử và không đưa ra lời khuyên lâm sàng.

Core questions

• Làm thế nào để một codon mRNA khớp với axit amin chính xác?
• Vai trò của các tiểu đơn vị ribosome nhỏ và lớn là gì?
• Sự khởi đầu và kết thúc của quá trình dịch mã được xác định như thế nào?
• Tại sao khởi đầu là bước điều hòa chính của quá trình dịch mã?

Key concepts

• Các tiểu đơn vị ribosome nhỏ và lớn
• RNA ribosome và protein ribosome
• Các vị trí gắn tRNA A, P và E
• RNA vận chuyển và aminoacyl hóa
• Mã di truyền và sự bắt cặp codon-anticodon
• Khởi đầu, kéo dài và kết thúc
• Trung tâm peptidyl transferase
• Khởi đầu dịch mã phụ thuộc mũ

Key theories

Ribosome như một ribozyme

Các cấu trúc độ phân giải cao của tiểu đơn vị lớn chỉ đặt RNA ribosome, chứ không phải protein, tại trung tâm peptidyl transferase, ủng hộ quan điểm rằng sự hình thành liên kết peptit được xúc tác bởi RNA và phù hợp với nguồn gốc của dịch mã từ thế giới RNA.

Mechanisms

Một ribosome lắp ráp trên mRNA với tiểu đơn vị nhỏ định vị codon khởi đầu và một tRNA khởi đầu; ở sinh vật nhân chuẩn, quá trình khởi đầu phụ thuộc mũ (cap-dependent initiation) này là bước điều hòa chính, được kiểm soát thông qua các yếu tố khởi đầu (Sonenberg & Hinnebusch, 2009). Trong quá trình kéo dài, các aminoacyl-tRNA đi vào vị trí A, trung tâm peptidyl transferase của tiểu đơn vị lớn hình thành liên kết peptit, và ribosome dịch chuyển để chuỗi phát triển từng codon một; các nghiên cứu cấu trúc đã xác định hoạt tính xúc tác này nằm ở RNA ribosome (Nissen et al., 2000). Sự nhận diện codon dừng bởi các yếu tố giải phóng sẽ chấm dứt quá trình tổng hợp và giải phóng chuỗi polypeptit hoàn chỉnh, sau đó chuỗi này sẽ gấp cuộn theo trình tự của nó (Anfinsen, 1973).

Clinical relevance

Bởi vì dịch mã quyết định loại protein mà một tế bào tạo ra và số lượng của chúng, sự điều hòa của nó là trung tâm đối với sự phát triển tế bào bình thường, và một số loại kháng sinh hoạt động bằng cách nhắm mục tiêu vào ribosome của vi khuẩn. Mục này mô tả cơ chế và ý nghĩa chung của nó; nó không phải là hướng dẫn lựa chọn thuốc hoặc chăm sóc bệnh nhân.

History

Khái quát về dịch mã, mã di truyền và vai trò bộ điều hợp của tRNA đã được thiết lập thông qua sinh học phân tử giữa thế kỷ XX. Các cấu trúc tinh thể độ phân giải nguyên tử của các tiểu đơn vị ribosome vào khoảng năm 2000, bao gồm cả việc chứng minh rằng RNA tạo thành lõi xúc tác (Nissen et al., 2000), đã làm thay đổi sự hiểu biết về cách ribosome hoạt động và đã được công nhận bằng Giải Nobel Hóa học năm 2009.

Key figures

• Thomas Steitz
• Venkatraman Ramakrishnan
• Ada Yonath
• Nahum Sonenberg

Seminal works

• nissen-2000
• sonenberg-2009

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa phiên mã và dịch mã là gì?

Phiên mã sao chép một gen DNA thành RNA thông tin; dịch mã đọc RNA thông tin đó trên ribosome và xây dựng protein tương ứng. Dịch mã là bước tạo protein.

Tại sao ribosome được gọi là ribozyme?

Bởi vì vị trí xúc tác của nó, nơi hình thành các liên kết peptit giữa các axit amin, được xây dựng từ RNA ribosome chứ không phải protein, ribosome là một enzyme RNA, hay ribozyme.