Khởi đầu dịch mã và gắn kết ribosome

Khởi đầu dịch mã là giai đoạn đầu tiên của quá trình tổng hợp protein, trong đó một ribosome được lắp ráp trên RNA thông tin, định vị tại codon khởi đầu và sẵn sàng bắt đầu kéo dài chuỗi. Đây là bước được điều hòa chặt chẽ nhất của quá trình dịch mã và là một điểm chính mà tại đó sản lượng protein được kiểm soát.

Definition

Khởi đầu dịch mã là quá trình lắp ráp, trên một codon khởi đầu, một ribosome hoàn chỉnh mang RNA vận chuyển khởi đầu tại vị trí P, đạt được nhờ sự trợ giúp của các yếu tố khởi đầu và, ở sinh vật nhân chuẩn, quá trình quét RNA thông tin phụ thuộc năng lượng.

Scope

Chủ đề này bao gồm cách tiểu đơn vị ribosome nhỏ, RNA vận chuyển khởi đầu và các yếu tố khởi đầu nhận diện mRNA và định vị codon khởi đầu, bao gồm quá trình quét phụ thuộc mũ 5' ở sinh vật nhân chuẩn và ghép cặp Shine-Dalgarno ở vi khuẩn, và cách tiểu đơn vị lớn gắn vào để tạo thành một ribosome có khả năng kéo dài chuỗi. Đây là một chủ đề về cơ chế, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Ribosome tìm và chọn codon khởi đầu chính xác như thế nào?
• Các yếu tố khởi đầu đóng vai trò gì?
• Quá trình khởi đầu ở vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn khác nhau như thế nào?
• Tại sao khởi đầu là điểm kiểm soát chính của quá trình dịch mã?

Key concepts

• Tiểu đơn vị ribosome nhỏ (tải vị trí P)
• RNA vận chuyển khởi đầu
• Các yếu tố khởi đầu ở sinh vật nhân chuẩn (eIFs)
• Mũ 5' và quá trình quét
• Trình tự Shine-Dalgarno (vi khuẩn)
• Lựa chọn codon khởi đầu (AUG)
• Gắn kết tiểu đơn vị

Key theories

Mô hình quét của quá trình khởi đầu ở sinh vật nhân chuẩn

Ở sinh vật nhân chuẩn, tiểu đơn vị nhỏ, được tải với tRNA khởi đầu và các yếu tố, được tuyển chọn tại mũ 5' và quét RNA thông tin cho đến khi nó nhận diện AUG phù hợp đầu tiên, nơi tiểu đơn vị lớn gắn vào.

Mechanisms

Quá trình khởi đầu bắt đầu khi tiểu đơn vị ribosome nhỏ, liên kết với RNA vận chuyển khởi đầu và một tập hợp các yếu tố khởi đầu, tương tác với mRNA. Ở sinh vật nhân chuẩn, phức hợp tiền khởi đầu được tuyển chọn tại mũ 5' và quét dọc theo thông điệp cho đến khi nó ghép cặp với AUG thích hợp đầu tiên trong ngữ cảnh trình tự tốt; quá trình thủy phân GTP và giải phóng yếu tố sau đó cho phép tiểu đơn vị lớn gắn vào, tạo thành một ribosome sẵn sàng cho quá trình kéo dài. Ở vi khuẩn, một trình tự Shine-Dalgarno nằm ở phía thượng nguồn của codon khởi đầu ghép cặp bazơ với RNA ribosome để định vị trực tiếp tiểu đơn vị nhỏ. Bởi vì có rất nhiều bước và yếu tố liên quan, khởi đầu là một điểm kiểm soát quan trọng: các con đường tín hiệu điều chỉnh sự sẵn có và hoạt động của các yếu tố để điều chỉnh quá trình tổng hợp protein toàn cầu và đặc hiệu thông điệp.

Clinical relevance

Các yếu tố khởi đầu và các chất điều hòa của chúng bị rối loạn điều hòa trong nhiều bệnh ung thư và bị ảnh hưởng bởi các con đường tín hiệu được nhắm mục tiêu bởi thuốc, làm cho bước này có liên quan đến cơ chế bệnh tật và dược lý. Mục này mô tả các quá trình phân tử 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 được rút ra từ các nghiên cứu sinh hóa, di truyền và cấu trúc về quá trình khởi đầu ở vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn, được củng cố trong các tài liệu tổng quan lớn và sách giáo khoa tiêu chuẩn.

History

Các yếu tố khởi đầu của vi khuẩn và cơ chế Shine-Dalgarno được xác định vào những năm 1970, trong khi hệ thống sinh vật nhân chuẩn phức tạp hơn, với nhiều yếu tố khởi đầu và quá trình quét phụ thuộc mũ 5', được phát triển trong các thập kỷ tiếp theo thông qua tái cấu trúc sinh hóa và, gần đây hơn, các nghiên cứu cấu trúc về phức hợp tiền khởi đầu.

Key figures

• Alan Hinnebusch
• Jon Lorsch
• Tatyana Pestova
• Richard Jackson

Seminal works

• hinnebusch-2012
• jackson-2010

Frequently asked questions

Tại sao codon khởi đầu hầu như luôn là AUG?

AUG được nhận diện bởi RNA vận chuyển khởi đầu đặc biệt mà ribosome sử dụng để bắt đầu tổng hợp; nó vừa thiết lập khung đọc vừa mã hóa cho axit amin đầu tiên (methionine ở sinh vật nhân chuẩn).

Vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn khác nhau như thế nào trong việc tìm codon khởi đầu?

Vi khuẩn định vị ribosome bằng cách ghép cặp bazơ một trình tự Shine-Dalgarno với RNA ribosome, trong khi sinh vật nhân chuẩn tuyển chọn tiểu đơn vị nhỏ tại mũ 5' và quét dọc theo RNA thông tin đến AUG phù hợp đầu tiên.