Giáo trình Hóa Sinh học - Chương 11 Trao đổi Protein

 P của 
ribosome 
 197 
Ribosome 
80S không 
hoạt động 
RNAm
Sơ đồ của giai đoạn mở đầu chuỗi polypeptide ở Eucariota 
11.3.2.3. Giai đoạn kéo dài chuỗi polypeptide 
Sau khi phức mở đầu được tạo nên, quá trình tổng hợp chuỗi 
polypeptide bắt đầu tiến hành. Tham gia giai đoạn kéo dài chuỗi có các 
yếu tố kéo dài (EF ở procariote, eEF ở Eucariote) GTP cung cấp năng 
lượng, các enzyme, các amino acid-RNAt và phức hệ mở đầu. 
Quá trình kéo dài chuỗi polypeptide xảy ra theo trật tự các bộ ba trên 
RNAm kể từ sau bộ ba mở đầu, theo chiều 5’-3’. Ứng với các bộ ba đó các 
RNAt tương ứng mang các amino acid của nó trong phức hợp aminoacid-
RNAt đến gắn đúng vị trí bằng cách nhận biết giữa bộ ba mã hóa của 
RNAm với bộ ba đối mã của RNAt theo nguyên lý bổ sung. Bằng cách đó 
đặt đúng vị trí các amino acid trên chuỗi polypeptide. 
Mở đầu giai đoạn kéo dài chuỗi, amino acid-RNAt mang amino acid 
đầu tiên đến gắn vào vị trí A của ribosome đang bỏ trống nhờ tạo liên kết 
bổ sung giữa bộ ba mã hóa trên RNAm với bộ ba đối mã của RNAt. 
Sau khi phức hợp amino acid-RNAt gắn vào vị trí A của ribosome, 
amino acid mở đầu ở vị trí P được tách khỏi RNAt của nó và chuyển sang 
vị trí A đế liên kết với amino acid ở đó bằng liên kết peptid. Quá trình đó 
được xúc tác bởi peptidyl Transferase. Như vậy ở vị trí P chỉ còn RNAt 
không mang amino acid còn ở vị trí A có RNAt mang 2 amino acid. Bước 
 198 
tiếp theo là nhờ locaferase xúc tác ribosome trượt trên RNAm theo chiều 
5’-3’ một đoạn 3 nucleotide. Kết quả là tổ hợp RNAt mang 2 amino acid 
chuyển sang vị trí P còn vị trí A của ribosome lại bỏ trống như phức hệ 
mở đầu và kết thúc việc nối dài thêm 1 amino acid vào chuỗi polypeptide. 
Các amino acid tiếp theo vào nối dài chuỗi cũng được tiến hành qua 
các bước như với amino acid thứ nhất ở trên. Thứ tự các bộ ba trên RNAm 
quy định trình tự các amino acid tương ứng vào tham gia quá trình nối dài 
chuỗi polypeptide. Như vậy trật tự các bộ ba trên RNAm quyết định trật tự 
các amino acid trên chuỗi polypeptide. 
RNAtAla + GTP+ EF 
Trans peptidase 
RNAt mở đầu 
Trans locase 
Sơ đồ giai đoạn kéo dài chuỗi 
11.3.2.4. Giai đoạn kết thúc sự tổng hợp chuỗi polypeptide 
Quá trình kéo dài chuỗi sẽ ngừng khi gặp tín hiệu kết thúc. Tín hiệu 
kết thúc là bộ ba kết thúc. Khi bộ ba kết thúc của RNAm (trên một RNAm 
có 1 trong 3 bộ ba UAG, UGA và UAA) nằm vào vị trí A của ribosome. 
Sự xuất hiện 1 trong 3 bộ ba trên, quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide 
 199 
được kết thúc do các bộ ba này không mã hóa amino acid nên quá trình 
kéo dài chuỗi bị ngắt quãng, chuỗi polypeptide đã được tổng hợp bị tách 
khỏi RNAt cuối cùng mà không có RNAt tiếp để gắn vào nên được giải 
phóng ra khỏi ribosome và kết thúc quá trình tổng hợp. Tham gia vào quá 
trình kết thúc có yếu tố giải phóng RF làm nhiệm vụ nhận biết mã kết thúc 
và giải phóng chuỗi polypeptide ra khỏi ribosome. 
11.3.3. Hoàn thiện phân tử protein 
Chuỗi polypeptide được tổng hợp tại ribosome phải qua nhiều biến 
đổi mới trở thành phân tử protein hoàn thiện. Trước hết methionine ở đầu 
chuỗi bị cắt bỏ nhờ peptidase xúc tác. Sau đó từ các nhóm chức trên các 
amino acid của chuỗi hình thành các liên kết nội phân tử tạo nên protein 
có các mức cấu trúc khác nhau. Trước hết từ chuỗi polypeptide liên kết 
hydro được hình thành từ các nhóm CO và NH của các amino acid để tạo 
nên cấu trúc bậc II của protein. Từ protein bậc II các liên kết disulfua, liên 
kết ion, liên kết kỵ nước tạo ra làm cho phân tử protein có cấu trúc bậc II 
cuộn xoắn để tạo nên phân tử protein bậc III. Từ một số phân tử protein 
bậc III cùng chức năng có thể liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen, 
tương tác Van der Waals để tạo nên protein có cấu trúc bậc IV. 
Các phân tử protein đã được hoàn thiện sẽ được đưa đến các nơi sử 
dụng để thực hiện chức năng của chúng trong tế bào. 
11.3.4. Điều hòa tổng hợp protein 
Quá trình tổng hợp protein xảy ra trong tế bào được điều hòa phù 
hợp với nhu cầu của cơ thể. Khi cơ thể cần loại protein nào thì quá trình 
điều hòa tự điều chỉnh cho quá trình tổng hợp protein đó xảy ra, ngược lại 
khi không cần một loại protein nào đó nữa thì quá trình tổng hợp protein 
đó bị ức chế. 
Công trình có giá trị đầu tiên về cơ chế điều hòa tổng hợp protein do 
J.Monod và Jacob (1956) đề xuất. Các tác giả này đã đưa ra thuyết Operon 
để giải thích cơ chế điều hòa tổng hợp protein. Theo thuyết operon phân tử 
DNA chứa nhiều loại gen: 
- Gen cấu trúc-cistron,structural gene (S): gen này mã hóa phân tử 
protein. Mỗi operon có thể có nhiều gen cấu trúc mã hóa cho một nhóm 
protein có chức năng liên quan nhau như các enzyme xúc tác một chuỗi 
phản ứng. 
- Gen tác động operator (O). 
- Gen khởi động promotor (P). 
Bên cạnh mỗi operon có gen điều hòa Regulator (R) vai trò điều hòa 
hoạt động của operon, quyết định sự đóng hay mở của operon. 
 200 
 Trật tự các gen trong operon như sau 
R P O S1 S2 S3 S4
Mỗi operon chịu trách nhiệm điều hòa sự tổng hợp một nhóm 
protein-enzyme cùng tham gia xúc tác một chuỗi phản ứng, trong đó mỗi 
protein-enzyme do một gen cấu trúc mã hóa. 
Có nhiều hình thức điều hòa tổng hợp protein theo operon như điều 
hòa âm tính, điều hòa dương tính. Trong mỗi loại trên lại có nhiều hình 
thức khác nhau như điều hòa bằng cách cảm ứng, điều hòa bằng cách ức 
chế. 
11.3.4.1. Điều hòa âm tính 
Điều hòa âm tính là cơ chế điều hòa mà khi không có phức hệ ức 
chế bám vào operon thì operon mở và tổng hợp protein xảy ra. Có 2 hình 
thức điều hòa theo dạng này là điều hòa cảm ứng âm tính và điều hòa ức 
chế âm tính. 
* Điều hòa cảm ứng âm tính. Điển hình của dạng điều hòa này là 
hoạt động điều hòa của operon lac. Bản chất của dạng điều hòa này là khi 
trong môi trường có chất cảm ứng thì operon mở , quá trình tổng hợp 
protein xảy ra. Chất cảm ứng ở đây là cơ chất của các enzyme do operon 
kiểm soát, đó là lactose. Khi trong môi trường có lactose thì operon mở và 
quá trình tổng hợp nên các enzyme tham gia phân giải lactose xảy ra. 
Ngược lại khi trong môi trường không có lactose thì operon đóng và quá 
trình tổng hợp protein không xảy ra. Cơ chế quá trình điều hòa xảy ra như 
sau: operon lac có gen khởi động, gen tác động và 3 gen cấu trúc Z.Y.A 
trong đó 
- Gen Z: mã hóa enzyme β.galactosidase. 
- Gen Y: mã hóa enzyme permease . 
- Gen A: mã hóa enzyme transacetylase. 
Ba enzyme trên tham gia quá trình phân giải lactose. 
Gen điều hòa tổng hợp protein ức chế. Chất ức chế này nếu ở trạng 
thái tự do sẽ có ái lực với operon và bám vào operon làm cho operon bị 
đóng. Còn khi có chất cảm ứng do chất cảm ứng có ái lực với chất ức chế 
mạnh hơn operon nên liên kết với chất ức chế tạo phức không họat động. 
Phức này không bám được vào operon nên operon mở. 
Như vậy trong tế bào có lactose làm chất cảm ứng liên kết với chất 
ức chế do gen điều hòa tổng hợp ra làm cho chất ức chế không bám vào 
operon, gen khởi động họat động kích hoạt RNA – polymerase. RNA – 
 201 
polymerase sẽ xúc tác cho quá trình sao mã các gen cấu trúc thành các 
RNAm, từ các RNAm sẽ tổng hợp ra 3 loại enzyme trên. Ba enzyme đó xúc 
tác cho quá trình phân giải lactose. 
Khi lactose bị phân giải hết, không còn chất cảm ứng để liên kết với 
chất ức chế nên chất ức chế bám vào operon, ức chế hoạt động của RNA – 
polymerase, RNA – polymerase không họat động sao mã được nên quá 
trình tổng hợp protein cũng không xảy ra. 
RNAm RNAm
* Điều hòa ức chế âm tính. Điển hình của dạng điều hòa này là họat 
động điều hòa của operon Tryp. Bản chất của dạng điều hòa này là khi 
trong môi trường có chất đồng ức chế thì operon đóng, quá trình tổng hợp 
protein không xảy ra. Còn khi không có chất đồng ức chế thì operon mở, 
quá trình tổng hợp protein xảy ra. Chất đồng ức chế ở đây là sản phẩm của 
các enzyme do operon đó kiểm soát, đó là Tryptophan. Khi trong môi 
trường không có Tryptophan, operon mở, quá trình tổng hợp các enzyme 
tham gia tổng hợp Tryptophan xảy ra. Ngược lại, khi trong môi trường có 
Tryptophan, operon đóng, quá trình tổng hợp các enzyme đó không xảy ra. 
Cơ chế điều hòa đó xảy ra như sau. 
Operon Tryp có 5 gen cấu trúc mã hóa cho 5 enzyme tham gia quá 
trình tổng hợp Triptophan trong tế bào: Tryp E, Tryp D, Tryp C, Tryp B 
và Tryp A. 
Gen điều hòa tổng hợp protein ức chế. Khi trong tế bào có 
Tryptophan đóng vai trò chất đồng ức chế thì chất ức chế kết hợp với chất 
đồng ức chế tạo phức họat động. Phức này có ái lực với operon nên bám 
vào operon làm cho operon không hoạt động, RNA-polymerase không sao 
 202 
mã nên không có các RNAm cho quá trình tổng hợp protein, tổng hợp 
protein-enzyme không xảy ra. 
Khi trong tế bào không có Triptophan, chất ức chế do gen điều hòa 
tổng hợp ra không có ái lực với operon nên không bám vào operon, RNA-
polymerase không bị ức chế nên xúc tác cho quá trình sao mã từ các gen 
cấu trúc tạo ra các RNAm tương ứng. Từ các RNAm tiến hành quá trình 
tổng hợp protein để tạo nên các protein-enzyme. 
RNAm RNAm
11.3.4.2. Điều hòa dương tính 
Điều hòa dương tính là cơ chế điều hòa tổng hợp protein mà khi có 
phức hệ ức chế bám vào operon thì operon mở, quá trình tổng hợp protein 
xảy ra. Khi không có phức hệ ức chế bám vào operon thì operon đóng, quá 
trình tổng hợp protein dừng lại. Cơ bản của quá trình này là có cơ chế điều 
hòa ngược hình thức điều hòa âm tính đã phân tích ở trên. 
 203 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Tài liệu tiếng Việt 
1. Trần Thị Ân (chủ biên). 1979. Hóa sinh đại cương (tập I, II). NxB KH&KT. 
Hà Nội. 
2. Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng. 2000. Hóa sinh học. Nxb Giáo dục. Hà 
Nội. 
3. Nguyễn Bá Lộc. 1997. Hóa sinh. Nxb Giáo dục. Hà Nội 
Tài liệu dịch 
1. Musil J.G., Kurz .K., Novakava .O. 1982 
Sinh hóa học hiện đại theo sơ đồ. Nxb Y học. Hà Nội. 
Tài liệu tiếng nước ngoài 
1. Farkas G. 1984. Növényi anyagcsereélettan. Akadémiai Kiadó Budapest. 
2. Lehninger A. L., 2004. Principle of Biochemistry, 4th Edition. W.H 
Freeman.