Công thức về cơ chế tổng hợp Protein và cách giải các dạng bài tập (2024) chi tiết nhất

Công thức về cơ chế tổng hợp Protein và cách giải các dạng bài tập

I .Tính số aa tự do cần dùng

Trong quá tình giải mã , tổng hợp prôtein, chỉ bộ ba nào của mARN có mã hoá aa thì mới được ARN mang aa đến giải mã.

1. Giải mã tạo thành 1 phân tử prôtein

- Khi riboxom chuyển dịch từ đầu này đến đầu nọ của mARN để hình thành chuỗi polipeptit thì số aa tự do cần dùng được ARN vận chuyển mang đến là để giải mã mở đầu và các mã kế tiếp, mã cuối cùng không được giải. Vì vậy số aa tự do cần dùng cho mỗi lần tổng hợp chuỗi polipeptit là:

Số aa tự do cần dùng:

$\mathit{a}{\mathit{a}}_{\mathbf{t}\mathbf{d}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{N}}{\mathbf{2}\mathbf{\times }\mathbf{3}}\mathbf{-}\mathbf{1}\mathbf{=}\frac{\mathbf{r}\mathbf{N}}{\mathbf{3}}\mathbf{-}\mathbf{1}$

- Khi rời khỏi riboxom , trong chuỗi polipeptit không còn a amin tương ứng với mã mở đầu. Do đó, số aa tự do cần dùng để cấu thành phân tử protein (tham gia vào cấu trúc protein để thực hiện chức năng sinh học) là:

Số aa tự do cần dùng để cấu thành protein hoàn chỉnh:

$\mathit{a}{\mathit{a}}_{\mathbf{p}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{N}}{\mathbf{2}\mathbf{\times }\mathbf{3}}\mathbf{-}\mathbf{2}\mathbf{=}\frac{\mathbf{r}\mathbf{N}}{\mathbf{3}}\mathbf{-}\mathbf{2}$

2. Giải mã tạo thành nhiều phân tử protein

- Trong quá trình giải mã, tổng hợp protein, mỗi lượt chuyển dịch của riboxom trên mARN sẽ tạo thành 1 chuỗi polipeptit.

- Có n riboxomchuyển dịch qua mARN và không trở lại là có n lượt trượt của riboxom. Do đó số phân tử protein ( gồm 1 chuỗi polipeptit) = số lượt trượt của riboxom.

- Một gen sao mã nhiều lần, tạo nhiều phân tử mARN cùng loại. Mỗi mARN đều có n lượt riboxom trượt qua thì quá trình giả mã bởi K phân tử mARN sẽ tạo ra số phân tử protein :

∑ số P = tổng số lượt trượt RB = K×n

- Tổng số aa tự do thu được hay huy động vừa để tham gia vào cấu trúc các phần từ protein vừa để tham gia mã mở đầu. Vì vậy :

+ Tổng số aa tự do được dùng cho quá trình giải mã là số aa tham gia vào cấu trúc phần tử protein và số aa tham gia vào việc giải mã mở đầu (được dùng 1 lần mở mà thôi).

∑ aa_td= $\mathbf{S}\mathbf{ố}\mathbf{ }\mathbf{P}\mathbf{\times }\mathbf{(}\frac{\mathbf{r}\mathbf{N}}{\mathbf{3}}\mathbf{-}\mathbf{1}\mathbf{)}\mathbf{=}\mathbf{K}\mathbf{n}\mathbf{(}\frac{\mathbf{r}\mathbf{N}}{\mathbf{3}}\mathbf{-}\mathbf{1}\mathbf{)}$

- Tổng số aa tham gia cấu trúc protein để thực hiện chức năng sinh học (không kể a amin mở đầu):

∑aaP=$\mathbf{ }\mathit{P}\mathbf{\times }\mathbf{(}\frac{\mathbf{r}\mathbf{N}}{\mathbf{3}}\mathbf{-}\mathbf{2}\mathbf{)}$

II. Tính số phân tử nước và số liên kết peptit

- Trong quá trình giải mã khi chuỗi polipeptit đang hình thành thì cứ 2 aa kế tiếp nối nhau bằng liên kết peptit thì đồng thời giải phóng 1 phân tử nước, 3 aa nối nhau bằng 2 liên kết peptit, đồng thời giải phóng 2 phân tử nước ... Vì vậy:

+ Số phân tử nước được giải phóng trong quá trình giải mã tạo 1 chuỗi polipeptit là

Số phân tử H₂O giải phóng = $\frac{\mathbf{r}\mathbf{N}}{\mathbf{3}}$- 2

+ Tổng số phân tử nước được giải phóng trong quá trình tổng hợp nhiều phân tử protein (mỗi phân tử protein là 1 chuỗi polipeptit).

$\sum _{}$ H₂O giải phóng = số phân tử protein $\mathbf{(}\frac{\mathbf{r}\mathbf{N}}{\mathbf{3}}\mathbf{-}\mathbf{2}\mathbf{)}$

+ Khi chuỗi polipeptit rời khỏi riboxom tham gia chức năng sinh học thì aa mở đầu tách ra 1 mối liên kết peptit với aa đó không còn → số liên kết peptit thực sự tạo lập được là $\frac{\mathbf{r}\mathbf{N}}{\mathbf{3}}$ - 3= Số aa_P -1

Vì vậy tổng số liên kết peptit thực sự hình thành trong các phân tử protein là:

$\mathit{t}\mathit{ổ}\mathit{n}\mathit{g}\mathbf{ }\mathit{s}\mathit{ố}\mathbf{ }\mathit{p}\mathit{h}\mathit{â}\mathit{n}\mathbf{ }\mathit{t}\mathit{ử}\mathbf{ }\mathit{p}\mathit{r}\mathit{o}\mathit{t}\mathit{e}\mathit{i}\mathit{n}\mathbf{\times }\mathbf{(}\frac{\mathbf{r}\mathbf{N}}{\mathbf{3}}\mathbf{-}\mathbf{3}\mathbf{)}\mathbf{=}\mathit{S}\mathit{ố}\mathbf{ }\mathit{P}\mathbf{\times }\mathbf{(}\mathit{s}\mathit{ố}\mathbf{ }\mathit{a}{\mathit{a}}_{\mathbf{P}}\mathbf{ }\mathbf{-}\mathbf{1}\mathbf{)}$

III. Tính số ARN vận chuyển (tARN)

- Trong quá trình tổng hợp protein, tARN nang aa đến giải mã. Mỗi lượt giải mã, tARN cung cấp 1 aa → một phần tử ARN giải mã bao nhiêu lượt thì cung cấp bấy nhiêu aa.

- Sự giải mã của tARN có thể không giống nhau : có loại giải mã 3 lần, có loại 2 lần, 1 lần .

- Nếu có x phân tử giải mã 3 lần → số aa do chúng cung cấp là 3x.

  y phân tử giải mã 2 lần → ... là 2 y

  z phân tử giải mã 1 lần → ... là z

- Vậy tổng số aa cần dùng là do các phân tử tARN vận chuyển 3 loại đó cung cấp → phương trình:

3x + 2y + z = a tự do cần dùng

IV. Sự dịch chuyển riboxm trên mARN

1. Vận tốc trượt của riboxom trên mARN

- Khái niệm: Là độ dài mARN mà riboxom chuyển dịch được trong 1 giây.

- Có thể tính vận tốc trượt bằng cách chia chiều dài mARN cho thời gian riboxom trượt từ đầu nọ đến đầu kia. (trượt hết mARN)

$\mathit{V}\mathbf{=}\frac{\mathbf{L}}{\mathbf{t}}$

* Tốc độ giải mã của RB :

- Là số aa của chuỗi polipeptit kéo dài trong 1 giây (số bộ ba được giải trong 1 giây) = Số bộ ba mà RB trượt trong 1 giây .

- Có thể tính bằng cách chia số bộ ba của mARN cho thời gian RB trượt hết mARN.

$\mathit{t}\mathit{ố}\mathit{c}\mathbf{ }\mathit{đ}\mathit{ộ}\mathbf{ }\mathit{g}\mathit{i}\mathit{ả}\mathit{i}\mathbf{ }\mathit{m}\mathit{ã}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\frac{\mathbf{S}\mathbf{ố}\mathbf{ }\mathbf{b}\mathbf{ộ}\mathbf{ }\mathbf{b}\mathbf{a}\mathbf{ }\mathbf{c}\mathbf{ủ}\mathbf{a}\mathbf{ }\mathbf{m}\mathbf{A}\mathbf{R}\mathbf{N}}{\mathbf{r}}$

2. Thời gian tổng hợp 1 phân tử protein (phân tử protein gồm 1 chuỗi polipeptit)

- Khi riboxom trượt qua mã kết thúc, rời khỏi mARN thì sự tổng hợp phân tử protein của riboxom đó được xem là hoàn tất. Vì vậy thời gian hình thành 1 phân tử protein cũng là thời gian riboxom trượt hết chiều dài mARN (từ đầu nọ đến đầu kia).

${\mathit{T}}_{\mathbf{h}\mathbf{t}\mathbf{ }\mathbf{p}\mathbf{r}\mathbf{o}\mathbf{t}\mathbf{e}\mathbf{i}\mathbf{n}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{L}}{\mathbf{t}}$

3. Thời gian mỗi riboxom trượt qua hết mARN (kể từ lúc riboxom 1 bắt đầu trượt)

Gọi Δt : khoảng thời gian ribixom sau trượt chậm hơn riboxom trước

- Đối với RB 1 : t

- Đối với RB 2 : t + Δt

- Đối với RB 3 : t + 2Δt

- Tương tự đối với các RB còn lại

V. Tính số aa tự do cần dùng đối với các riboxom còn tiếp xúc với mARN

- Tổng số aa tự do cần dùng đối với các riboxom có tiếp xúc với 1 mARN là tổng của các dãy polipepti mà mỗi riboxom đó giải mã được:

∑aa_td = a₁ + a₂ + ......+ a_x

Trong đó : x = số riboxom ; a1 , a2 ... = số aa của chuỗi polipeptit của RB1, RB2...

* Nếu trong các riboxom cách đều nhau thì số aa trong chuỗi polipeptit của mỗi riboxom đó lần lượt hơn nhau là 1 hằng số → số aa của từng riboxom họp thành 1 dãy cấp số cộng:

- Số hạng đầu a1 = số 1 aa của RB1

- Công sai d = số aa ở RB sau kém hơn số aa trước đó .

- Số hạng của dãy x = số riboxom có tiếp xúc mARN (đang trượt trên mARN)

Tổng số aa tự do cần dùng là tổng của dãy cấp số cộng đó:

$\mathbf{Sx}\mathbf{=}\frac{\mathbf{x}}{\mathbf{2}}[2a_1+\left(x-1\right)\times d]$