Dịch mã sinh học

Trong sinh học phân tử và di truyền học, dịch mã là quá trình ribosome trong tế bào chất hoặc mạng lưới nội chất tổng hợp protein sau khi phiên mã từ DNA thành RNA trong nhân. Quá trình này gọi chung là biểu hiện gen.

Trong quá trình dịch mã, RNA thông tin được giải mã trong ribosome ngoài nhân để tạo ra chuỗi amino acid hoặc polypeptide. Polypeptide sau đó gấp lại thành protein hoạt động và thực hiện chức năng trong tế bào. Ribosome hỗ trợ sự giải mã bằng cách tạo ra trình tự bộ ba bổ sung với tRNA mang mã di truyền của mRNA. Mỗi tRNA mang một amino acid cụ thể và được kết nối thành một polypeptide khi mRNA được ribosome 'đọc'.

Dịch mã bao gồm ba giai đoạn chính:

1. Khởi đầu: Ribosome bám vào đầu mRNA và các tRNA đầu tiên gắn vào bộ ba mở đầu.
2. Kéo dài: tRNA đưa một amino acid tới tRNA tương ứng với codon kế tiếp. Sau đó, ribosome di chuyển đến bộ ba mRNA tiếp theo để tiếp tục tổng hợp chuỗi amino acid.
3. Kết thúc: Khi ribosome gặp bộ ba dừng, nó giải phóng polypeptide.

Ở sinh vật nhân sơ (vi khuẩn), dịch mã diễn ra trong tế bào chất, nơi các tiểu đơn vị ribosome liên kết với mRNA. Ở sinh vật nhân thực, dịch mã xảy ra trong bào tương hoặc trên màng lưới nội chất trong quá trình chuyển dịch đồng dịch. Ribosome/DNA gắn vào màng ngoài của lưới nội chất hạt (ER) và protein mới được tổng hợp và giải phóng vào bào tương; các polypeptide mới có thể được lưu trữ trong ER để vận chuyển và tiết ra ngoài tế bào hoặc ngay lập tức được tiết ra.

Nhiều loại RNA được phiên mã như tRNA, rRNA và RNA nhân tế bào không trải qua quá trình dịch thành protein.

Một số kháng sinh hoạt động bằng cách ngăn chặn dịch mã. Các kháng sinh này bao gồm anisomycin, cycloheximide, chloramphenicol, tetracycline, streptomycin, erythromycin và puromycin. Ribosome của sinh vật nhân sơ có cấu trúc khác với ribosome của sinh vật nhân thực nên các kháng sinh đặc hiệu có thể tấn công nhiễm trùng do vi khuẩn mà không gây hại cho các tế bào nhân thực của vật chủ.

Cơ chế cơ bản của dịch mã

Quá trình dịch mã cơ bản là bổ sung từng amino acid một cho đến khi hoàn thành polypeptide. Quá trình này diễn ra trong ribosome. Ribosome gồm hai tiểu đơn vị, tiểu đơn vị nhỏ 40S và tiểu đơn vị lớn 60S. Các tiểu đơn vị này kết hợp lại trước khi dịch mã mRNA thành protein, cung cấp vị trí cho dịch mã và tạo polypeptide. Loại amino acid được thêm vào xác định bởi mã di truyền trên mỗi phân tử mRNA. Mỗi amino acid được thêm vào phù hợp với bộ ba đối mã của mRNA. Đối với mỗi bộ ba, amino acid tương ứng được gắn thêm. Các amino acid được thêm vào tương ứng với chuỗi mã hóa mRNA. Theo cách này, trình tự nucleotide trong mRNA xác định trình tự chuỗi amino acid được tạo ra. Bổ sung một amino acid diễn ra ở đầu cuối C của peptide và do đó dịch mã được gọi là định hướng amino-đến-carboxyl.

mRNA mang thông tin di truyền mã hóa dưới dạng chuỗi ribonucleotide từ nhiễm sắc thể đến ribosome. Các ribonucleotide được 'dịch' thành các bộ ba nucleotide gọi là codon. Mỗi bộ ba mã hóa cho một amino acid cụ thể.

Mỗi ribosome có 3 vị trí gắn đặc biệt cho tRNA. Trong giai đoạn khởi đầu, amino acid được hoạt hóa bằng ATP để tạo thành amino acid hoạt hóa. Enzyme Aminoacyl tRNA synthetase xúc tác liên kết giữa amino acid hoạt hóa và tRNA tương ứng. Sản phẩm của quá trình này là phức hợp amino acid - tRNA (Aminoacyl-tRNA).

Quá trình dịch mã

Giai đoạn khởi đầu

Tiểu đơn vị nhỏ của ribosome (chứa bộ ba của rRNA) gắn với mRNA tại vị trí nhận biết đặc hiệu (gần bộ ba mở đầu) và di chuyển đến bộ ba mở đầu (AUG). Aminoacyl-tRNA phù hợp gắn vào bộ ba mở đầu theo nguyên tắc bổ sung (UAX - AUG), sau đó tiểu đơn vị lớn gắn vào để tạo thành ribosome hoàn chỉnh.

Giai đoạn kéo dài

Aminoacyl-tRNA tiếp theo khớp với codon kế tiếp trên mRNA theo nguyên tắc bổ sung đối mã. Tiểu đơn vị lớn xúc tác hình thành liên kết peptit giữa các amino acid ban đầu và amino acid kế tiếp. Ribosome tiếp tục dịch chuyển, tRNA tách ra và rời khỏi ribosome, quá trình kéo dài tiếp tục khi ribosome di chuyển dọc theo mRNA.

Giai đoạn kết thúc

Khi ribosome đến codon kết thúc (UAA, UAG, UGA - không mã hóa cho amino acid nào) thì quá trình dịch mã dừng lại, hai tiểu đơn vị ribosome tách rời. Ngay sau đó, một enzyme đặc hiệu loại bỏ amino acid đầu tiên, hoàn tất quá trình dịch mã.

Một mRNA có thể được dịch bởi nhiều ribosome, tạo ra nhiều bản sao protein giống nhau.

• Sinh tổng hợp protein

Tham khảo thêm

• Champe PC, Harvey RA, Ferrier DR (2004). Lippincott's Illustrated Reviews: Biochemistry (ấn bản 3). Hagerstwon, MD: Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 0-7817-2265-9.
• Cox M, Nelson DR, Lehninger AL (2005). Lehninger principles of biochemistry (ấn bản 4). San Francisco...: W.H. Freeman. ISBN 0-7167-4339-6.
• Malys N, McCarthy JE (tháng 3 năm 2011). “Translation initiation: variations in the mechanism can be anticipated”. Cellular and Molecular Life Sciences. 68 (6): 991–1003. doi:10.1007/s00018-010-0588-z. PMID 21076851.

Liên kết tham khảo

• Bộ sưu tập hình ảnh động ảo: Giới thiệu về quá trình Dịch mã Lưu trữ 2021-05-02 tại Wayback Machine
• Công cụ dịch (từ chuỗi DNA hoặc ARN)