Bạn đã bao giờ tự hỏi làm thế nào tế bào tạo ra protein từ thông tin di truyền? Bài viết này sẽ giải thích chi tiết quá trình dịch mã (translation), một bước quan trọng trong sinh học phân tử, giúp bạn hiểu rõ cách thông tin từ mRNA được sử dụng để tổng hợp protein. Chúng ta sẽ đi qua từng giai đoạn, từ khởi đầu, kéo dài chuỗi polypeptide, đến kết thúc và tái chế ribosome, cùng với vai trò của các yếu tố tham gia.
Dịch mã là quá trình "giải mã" một phân tử mRNA (messenger RNA) và sử dụng thông tin này để xây dựng một polypeptide, hay một chuỗi các amino acid. Về cơ bản, một polypeptide có thể được coi là một protein, mặc dù một số protein lớn được tạo thành từ nhiều chuỗi polypeptide khác nhau.
Trong một phân tử mRNA, hướng dẫn để xây dựng một polypeptide được mã hóa thành các nhóm ba nucleotide, được gọi là codon. Dưới đây là một số điểm quan trọng cần ghi nhớ về codon:
Mối quan hệ giữa các codon mRNA và các amino acid được gọi là mã di truyền.
Trong quá trình dịch mã, các codon của một mRNA được đọc theo thứ tự (từ đầu 5' đến đầu 3') bởi các phân tử gọi là tRNA (transfer RNA).
Mỗi tRNA có một anticodon, một bộ ba nucleotide liên kết với một codon mRNA phù hợp thông qua cơ chế ghép cặp base. Đầu kia của tRNA mang amino acid được chỉ định bởi codon.
tRNA liên kết với mRNA bên trong một cấu trúc protein-RNA được gọi là ribosome. Khi tRNA đi vào các khe trong ribosome và liên kết với các codon, các amino acid của chúng được liên kết với chuỗi polypeptide đang phát triển trong một phản ứng hóa học. Kết quả cuối cùng là một polypeptide có trình tự amino acid phản ánh trình tự của các codon trong mRNA.
Dịch mã có ba giai đoạn chính: khởi đầu, kéo dài và kết thúc.
Trong giai đoạn này, ribosome tập hợp với mRNA và tRNA khởi đầu để quá trình dịch mã có thể bắt đầu. Các thành phần chính cần thiết bao gồm:
Các yếu tố khởi đầu (initiation factors) giúp các thành phần này tìm thấy nhau một cách có trật tự và có kiểm soát. Quá trình này tiêu thụ năng lượng dưới dạng GTP.
Ở eukaryote, tRNA mang methionine gắn vào tiểu đơn vị ribosome nhỏ. Cùng nhau, chúng liên kết với đầu 5' của mRNA bằng cách nhận ra mũ 5' GTP. Sau đó, chúng "đi bộ" dọc theo mRNA theo hướng 3', dừng lại khi chúng đến codon bắt đầu (thường là AUG).
Ở vi khuẩn, tiểu đơn vị ribosome nhỏ gắn trực tiếp vào các trình tự nhất định trong mRNA, được gọi là trình tự Shine-Dalgarno, ngay trước codon bắt đầu.
Trong giai đoạn này, chuỗi polypeptide dài ra. tRNA mang amino acid đến ribosome, nơi chúng được liên kết với nhau để tạo thành một chuỗi. Các bước chính bao gồm:
Quá trình này lặp đi lặp lại, cho đến khi polypeptide đạt đến độ dài mong muốn.
Quá trình dịch mã kết thúc khi ribosome gặp một codon dừng (UAA, UAG hoặc UGA) trên mRNA. Các protein gọi là yếu tố giải phóng (release factors) nhận ra các codon dừng. Yếu tố giải phóng làm cho enzyme peptidyl transferase thêm một phân tử nước vào amino acid cuối cùng của chuỗi, tách chuỗi khỏi tRNA. Sau đó, polypeptide mới được giải phóng và các tiểu đơn vị ribosome tách ra để tái sử dụng.
Sau khi được dịch mã, polypeptide có thể cần được chỉnh sửa. Amino acid có thể được thay đổi hóa học hoặc loại bỏ. Polypeptide cũng sẽ gấp thành một cấu trúc 3D đặc biệt, có thể liên kết với các polypeptide khác để tạo thành một protein đa thành phần. Một số protein cũng chứa các trình tự amino acid đặc biệt hướng chúng đến các phần nhất định của tế bào.
Quá trình dịch mã là nền tảng cho sự sống. Hiểu rõ cơ chế này không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách tế bào hoạt động mà còn mở ra cánh cửa cho các ứng dụng y học, ví dụ như phát triển các loại thuốc kháng sinh mới, nhắm mục tiêu vào quá trình dịch mã của vi khuẩn.
Bài viết liên quan