Trình bày và phân tích cơ chế dịch mã trong quá trình tổng hợp prôtêin. Làm rõ vai trò của mARN, tARN, rARN và enzim trong quá trình này.

Dưới đây là trình bày và phân tích cơ chế dịch mã (translation) trong quá trình tổng hợp prôtêin ở tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực, tập trung làm rõ vai trò của mARN, tARN, rARN và các enzym liên quan. 1. Sơ đồ chung của quá trình dịch mã – Dịch mã gồm ba giai đoạn chính: Khởi đầu (Initiation), Kéo dài chuỗi polipeptid (Elongation) và Kết thúc (Termination). – Xúc tác và điều khiển bởi ribôxôm (gồm rARN + protein), các yếu tố dịch mã (initiation/elongation/release factors) và aminoacyl-tRNA synthetase. 2. Vai trò của mARN (messenger RNA) – Mang thông tin di truyền (bản mã) phiên mã từ gen trên DNA dưới dạng codon (bộ ba nuclêôtit). – Mỗi codon (ví dụ AUG, UUU, GGC…) mã hóa cho một axit amin cụ thể hoặc tín hiệu kết thúc. – Ở nhân thực, mARN còn có thêm “mũ” 5′ cap và đuôi poly-A giúp ổn định, nhận biết ribôxôm; ở nhân sơ, mARN thường không biến đổi đầu cuối. 3. Vai trò của tARN (transfer RNA) – Là phân tử nhỏ mang hình dáng “cỏ 3 lá,” chứa anticodon đặc hiệu bắt cặp với codon trên mARN. – Mỗi tARN được “đeo” một axit amin tương ứng nhờ enzym aminoacyl-tRNA synthetase. – Trong giai đoạn kéo dài, tARN mang axit amin đến ribôxôm, bắt cặp anticodon–codon, đưa axit amin nối vào chuỗi polipeptid. 4. Vai trò của rARN (ribosomal RNA) và ribôxôm – rARN kết hợp với protein tạo thành hai tiểu đơn vị ribôxôm (lớn và nhỏ). – Tiểu đơn vị nhỏ nhận biết và bắt mARN; tiểu đơn vị lớn chứa trung tâm peptidyl transferase (enzym xúc tác liên kết peptid giữa các axit amin). – rARN vừa làm “khung” cơ học, vừa đóng vai trò xúc tác (ribôzym) trong phản ứng nối peptid. 5. Vai trò của enzym và các yếu tố dịch mã a) Aminoacyl-tRNA synthetase – Mỗi loại synthetase đặc hiệu với một axit amin và bộ tARN tương ứng. – Xúc tác 2 bước: hoạt hóa axit amin (hình thành aminoacyl-AMP), sau đó gắn axit amin vào tARN (mồi tARN). b) Yếu tố khởi đầu (IF ở nhân sơ, eIF ở nhân thực) – Giúp liên kết mARN với tiểu đơn vị ribôxôm nhỏ, sau đó tập hợp tiểu đơn vị lớn để tạo phức hợp khởi đầu. c) Yếu tố kéo dài (EF) – EF-Tu (ở vi khuẩn) vận chuyển aminoacyl-tRNA vào vị trí A của ribôxôm; EF-G đẩy khung đọc mARN chuyển dịch 3 nuclêôtit sang phải (translocation). – Ở nhân thực tương ứng là eEF1 và eEF2. d) Yếu tố kết thúc (RF ở nhân sơ, eRF ở nhân thực) – Nhận diện codon kết thúc (UAA, UAG, UGA), xúc tác thủy phân nối giữa chuỗi polipeptid và tARN ở vị trí P, giải phóng prôtêin. 6. Diễn biến chi tiết ba giai đoạn a) Khởi đầu (Initiation) - Ribôxôm nhỏ + mARN + tARNi​Met (anticodon CAU bắt AUG) + IF tụ họp thành phức hợp khởi đầu. - Tiếp đó ribôxôm lớn gắn vào tạo phức hợp hoàn chỉnh, vị trí P chứa Met-tRNAi, vị trí A sẵn sàng nhận tARN thứ hai. b) Kéo dài (Elongation) - Bước 1: Nhận tARN mới: aminoacyl-tRNA + EF-Tu·GTP vào vị trí A, kiểm tra bắt cặp chính xác. - Bước 2: Hình thành liên kết peptid giữa axit amin ở P và A do trung tâm peptidyl transferase (rARN). - Bước 3: EF-G (hoặc eEF2) xúc tác translocation: ribôxôm dời 3 nuclêôtit, tARN đã nhường axit amin chuyển từ A→P, vị trí A trống để nhận tARN tiếp theo. - Quá trình lặp lại cho đến khi toàn bộ codon được dịch. c) Kết thúc (Termination) - Cuối mARN xuất hiện codon dừng (UAA/UAG/UGA), không có tARN phù hợp. - RF/eRF nhận diện, kích hoạt thủy phân liên kết giữa chuỗi polipeptid và tARN ở P. - Ribôxôm tháo rời, giải phóng prôtêin mới tổng hợp và mARN, tARN, các yếu tố dịch mã tái sử dụng. 7. Kết luận – Sự phối hợp nhịp nhàng giữa mARN (bản mã), tARN (đầu tay chuyên chở axit amin), rARN (giá đỡ + ribôzym), aminoacyl-tRNA synthetase và các yếu tố dịch mã đảm bảo dịch mã chính xác, hiệu quả. – Mọi sai sót trong quá trình này (mismatch codon–anticodon, tARN “lỗi” gắn nhầm axit amin, rARN hay yếu tố dịch mã biến dị) có thể dẫn đến prôtêin bất hoạt hoặc độc hại, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tế bào.