Dịch mã và Tổng hợp protein
Dịch mã là quá trình thông tin di truyền mang trong RNA thông tin được giải mã bởi ribosome để xây dựng protein, các đại phân tử chức năng của tế bào. Đây là bước chính thứ hai của biểu hiện gen sau phiên mã và hoàn thành dòng thông tin từ gen đến sản phẩm chức năng được mô tả bởi giáo điều trung tâm của sinh học phân tử.
Definition
Dịch mã là quá trình tổng hợp polypeptide được xúc tác bởi ribosome, trong đó trình tự axit amin được xác định, từng codon một, bởi khuôn RNA thông tin, với các RNA vận chuyển đóng vai trò là bộ điều hợp khớp từng codon với axit amin của nó.
Scope
Lĩnh vực này định hướng cho người đọc về cách một chuỗi nucleotide được đọc theo bộ ba và chuyển đổi thành một chuỗi axit amin có thứ tự. Nó bao gồm mã di truyền và nhận diện codon, các pha khởi đầu, kéo dài và kết thúc của quá trình tổng hợp polypeptide, cũng như cấu trúc và chức năng xúc tác của ribosome. Nó coi dịch mã là một chủ đề phân tử nền tảng hơn là hướng dẫn lâm sàng.
Sub-topics
Core questions
- Trình tự nucleotide tuyến tính của mRNA được chuyển đổi thành trình tự axit amin của protein như thế nào?
- Bộ máy phân tử nào đọc các codon và hình thành các liên kết peptide?
- Sự bắt đầu và kết thúc của quá trình tổng hợp được xác định và kiểm soát như thế nào?
- Làm thế nào để quá trình dịch mã vừa nhanh vừa chính xác?
Key concepts
- Khuôn RNA thông tin
- Bộ điều hợp RNA vận chuyển
- Codon bộ ba
- Khung đọc
- Các pha khởi đầu, kéo dài và kết thúc
- Ribosome như một ribozyme
- Độ chính xác của dịch mã
Key theories
- Giáo điều trung tâm của sinh học phân tử
- Thông tin trình tự chảy từ axit nucleic đến protein và không quay ngược trở lại từ protein; dịch mã là bước truyền thông tin cuối cùng chuyển đổi trình tự mRNA thành trình tự polypeptide.
- Giả thuyết bộ điều hợp
- Crick đề xuất rằng các phân tử bộ điều hợp nhỏ, sau này được xác định là RNA vận chuyển, làm trung gian giữa các codon và axit amin, vì các bazơ nucleotide không thể trực tiếp nhận diện các chuỗi bên axit amin.
Mechanisms
Một mRNA được đọc theo các bộ ba không chồng chéo gọi là codon, mỗi codon quy định một axit amin hoặc một tín hiệu dừng. Các RNA vận chuyển axit amin (aminoacyl-tRNA) cung cấp các axit amin có anticodon bắt cặp bazơ với các codon liên tiếp trong ribosome, ribosome này xúc tác hình thành liên kết peptide và di chuyển dọc theo thông điệp. Quá trình tổng hợp diễn ra theo ba pha: khởi đầu, lắp ráp ribosome trên một codon khởi đầu; kéo dài, lặp lại việc thêm các axit amin; và kết thúc, giải phóng chuỗi hoàn chỉnh tại một codon dừng. Các hệ thống không tế bào của Nirenberg và các đồng nghiệp lần đầu tiên chứng minh rằng các chuỗi RNA xác định hướng dẫn sự kết hợp của các axit amin cụ thể, và các nghiên cứu cấu trúc sau đó đã chỉ ra rằng bản thân ribosome, một cỗ máy RNA-protein, thực hiện quá trình hóa học này.
Clinical relevance
Nhiều loại kháng sinh hoạt động bằng cách ức chế chọn lọc quá trình dịch mã của vi khuẩn, và các khiếm khuyết di truyền trong các thành phần của bộ máy dịch mã là nguyên nhân gây ra một loạt các rối loạn, làm cho lĩnh vực này trở nên liên quan đến việc hiểu dược lý học và cơ chế bệnh tật. Nó mô tả các quá trình phân tử giải thích cách thuốc và đột biến ảnh hưởng đến sản xuất protein và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.
Evidence & guidelines
Các cơ chế được tóm tắt ở đây dựa trên hàng thập kỷ bằng chứng sinh hóa và cấu trúc, bao gồm các thí nghiệm mã di truyền từ những năm 1960 và cấu trúc ribosome ở độ phân giải nguyên tử, và được củng cố trong các sách giáo khoa sinh học phân tử tiêu chuẩn và các tài liệu tổng quan chính.
History
Khung khái niệm về dịch mã xuất hiện vào những năm 1950 và 1960: Crick đã trình bày giáo điều trung tâm và giả thuyết bộ điều hợp, trong khi Nirenberg, Khorana và những người khác đã giải mã mã di truyền bằng cách sử dụng các khuôn RNA tổng hợp trong các hệ thống không tế bào. Cỗ máy phân tử chịu trách nhiệm, ribosome, sau đó đã được giải quyết ở chi tiết nguyên tử, tiết lộ rằng lõi xúc tác của nó là RNA.
Key figures
- Francis Crick
- Marshall Nirenberg
- Thomas Steitz
- Rachel Green
Related topics
Seminal works
- crick-1970
- nirenberg-1961
- steitz-2008
Frequently asked questions
- Dịch mã khác với phiên mã như thế nào?
- Phiên mã sao chép DNA của gen thành RNA thông tin, trong khi dịch mã đọc RNA thông tin đó trên ribosome để lắp ráp một protein; phiên mã hoạt động trong một bảng chữ cái hóa học (nucleotide), trong khi dịch mã chuyển đổi giữa hai bảng chữ cái (nucleotide và axit amin).
- Tại sao ribosome được gọi là ribozyme?
- Các nghiên cứu cấu trúc cho thấy liên kết peptide được hình thành bởi RNA ribosome chứ không phải bởi protein, vì vậy ribosome xúc tác quá trình tổng hợp như một enzyme RNA, hay ribozyme.