Protein ribosome là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Protein ribosome là các thành phần cấu trúc và chức năng của ribosome, giúp ổn định rRNA và hỗ trợ quá trình dịch mã mRNA thành protein trong tế bào sống. Chúng không trực tiếp xúc tác phản ứng tạo liên kết peptide nhưng đóng vai trò thiết yếu trong lắp ráp ribosome, định vị tRNA, mRNA và điều hòa hoạt động dịch mã.

Định nghĩa protein ribosome

Protein ribosome (ribosomal proteins, r‑proteins) là các protein cấu trúc và chức năng hợp thành một phần thiết yếu của ribosome — bào quan chịu trách nhiệm dịch mã mRNA thành chuỗi polypeptide. Ribosome gồm hai tiểu đơn vị (nhỏ và lớn), mỗi tiểu đơn vị được cấu tạo từ rRNA và nhiều loại protein ribosome gắn vào rRNA theo vị trí đặc thù. Các protein ribosome đảm bảo ổn định cấu trúc, hỗ trợ hình thành vùng hoạt động, tương tác với các yếu tố phiên mã và dịch mã.

Những protein này không trực tiếp xúc tác phản ứng hình thành liên kết peptide (chức năng này do rRNA đảm nhiệm), nhưng chúng đóng vai trò quan trọng trong việc gắn mRNA, neo giữ tRNA, điều hòa tốc độ dịch mã và hỗ trợ cấu hình động cho ribosome hoạt động. Các r-protein cũng ảnh hưởng lên quá trình lắp ráp ribosome, đảm bảo các tiểu đơn vị hợp nhất một cách chính xác. Chức năng “ngoài ribosome” (extraribosomal) của một số r-protein còn tham gia điều hòa chu kỳ tế bào, ổn định p53, hoặc tham gia sửa chữa DNA.

Cấu trúc tổng thể của ribosome và vị trí protein ribosome

Ribosome là phức hợp macromolecule lớn, nặng khoảng 2–4,5 MDa, có ở cả vi sinh vật và sinh vật nhân thực, cấu trúc gồm tiểu đơn vị nhỏ (SSU) và lớn (LSU). Mỗi tiểu đơn vị chứa một số lượng rRNA và nhiều protein ribosome bao quanh và xen kẽ giữa các vùng rRNA.

Ở vi khuẩn, ribosome 70S bao gồm tiểu đơn vị 30S và 50S; ở sinh vật nhân thực là ribosome 80S gồm 40S và 60S. Số lượng r-protein khác nhau, chẳng hạn E. coli có ~55 protein (21 protein ở 30S, 34 protein ở 50S).

Sự phân bố không gian của các protein ribosome thường nằm dọc theo bề mặt rRNA và đôi khi gửi các “cánh” hay “vòi” (extensions) xuyên sâu vào lõi rRNA để ổn định cấu trúc. Những phần mở rộng này có thể khác nhau giữa các loài để thích nghi chức năng.

Vai trò của protein ribosome trong quá trình dịch mã

Trong tiến trình dịch mã, ribosome thực hiện ba chức năng chính: giải mã (decoding), hình thành liên kết peptide (peptidyl transfer), và dịch chuyển (translocation). rRNA thực hiện chức năng xúc tác hình thành liên kết peptide, nhưng các protein ribosome giúp ổn định cấu trúc và điều phối chuyển động của tRNA và mRNA.

Một số r-protein tiếp xúc trực tiếp với các yếu tố phiên mã (initiation factors, elongation factors) và hỗ trợ việc mở rộng hoặc co lại các phần cấu trúc RNA trong quá trình chuyển pha. Họ protein như uS3, uL2, eL24 có vai trò kết nối các phần của ribosome với yếu tố ngoại lai.

Sự linh động trong cấu trúc ribosome — các chuyển động xoay, trượt giữa các tiểu đơn vị nhỏ và lớn, và các biến dạng cấu trúc RNA khi tRNA di chuyển — đều được hỗ trợ, điều chỉnh bởi r-protein.

Phân loại và ký hiệu protein ribosome

Các protein ribosome được ký hiệu theo hệ thống mã hóa như “S” (small subunit) và “L” (large subunit), kết hợp với chữ cái tiền tố để chỉ loại sinh vật (ví dụ “u” = universal, “b” = bacteria, “e” = eukaryote). Ví dụ: uS7 là protein ribosome phổ biến trong tiểu đơn vị nhỏ của nhiều loài.

Hệ ký hiệu này giúp phân loại chức năng và nguồn gốc tiến hóa của các r-protein. Ngoài phần lõi cấu trúc, nhiều r-protein có phần mở rộng không cầu (nonglobular extensions) – những đoạn này khác nhau giữa các loài, có thể liên quan đến quá trình lắp ráp ribosome hoặc tương tác đặc hiệu với rRNA hoặc các yếu tố phụ trợ.

Một số protein ribosome chỉ có trong vi khuẩn hoặc chỉ trong sinh vật nhân thực, thể hiện sự đa dạng tiến hóa của ribosome và sự thích nghi chức năng đa dạng giữa các nhóm sinh vật.

Sinh tổng hợp protein ribosome

Sinh tổng hợp protein ribosome là một phần trong quá trình lắp ráp ribosome – một trong những tiến trình sinh học phức tạp và có kiểm soát nghiêm ngặt nhất trong tế bào. Ở sinh vật nhân thực, các gen mã hóa r-protein được phiên mã trong nhân tế bào, dịch mã ở bào tương, sau đó sản phẩm được vận chuyển vào hạch nhân (nucleolus) để lắp ráp cùng rRNA. nature.com

Lắp ráp ribosome diễn ra theo ba giai đoạn chính:

  1. Tổng hợp rRNA và r-protein: rRNA được phiên mã từ các cụm gen rDNA bởi RNA polymerase I và III; r-protein được dịch mã từ mRNA riêng biệt.
  2. Lắp ráp tiểu đơn vị: các r-protein kết hợp với rRNA trong hạch nhân để tạo thành các tiểu đơn vị 40S và 60S (ở sinh vật nhân thực).
  3. Xuất bào: sau khi hoàn thiện, các tiểu đơn vị được vận chuyển ra bào tương qua lỗ nhân để tham gia vào quá trình dịch mã.

Một số protein đóng vai trò như “hướng dẫn viên” (chaperones) trong việc định hướng gắn kết đúng thời điểm giữa r-protein và rRNA, như Rpf2, Rrs1, Nop7. Lỗi trong các giai đoạn này có thể dẫn đến sự hình thành ribosome không chức năng hoặc kích hoạt cơ chế giám sát chất lượng ribosome. sciencedirect.com

Ribosomopathies: rối loạn liên quan đến protein ribosome

Ribosomopathies là các bệnh di truyền liên quan đến rối loạn trong quá trình sinh tổng hợp hoặc cấu trúc ribosome. Nhiều bệnh trong nhóm này xuất phát từ đột biến gen mã hóa r-protein hoặc các yếu tố hỗ trợ lắp ráp ribosome, gây rối loạn tạo máu, chậm phát triển và tăng nguy cơ ung thư. nejm.org

Các ví dụ tiêu biểu:

Tên bệnh Gen liên quan Biểu hiện chính
Diamond-Blackfan anemia (DBA) RPS19, RPL5, RPL11 Thiếu máu hồng cầu đơn thuần, dị tật sọ mặt
Shwachman-Diamond syndrome SBDS, RPL5 Thiếu bạch cầu trung tính, suy tụy ngoại tiết
Treacher Collins syndrome TCOF1, POLR1C, POLR1D Biến dạng sọ mặt, giảm sản xương gò má

Cơ chế bệnh sinh của ribosomopathies thường liên quan đến việc kích hoạt trục p53 do stress ribosome, làm giảm tăng sinh tế bào hoặc cảm ứng chết tế bào ở các mô nhạy cảm như tủy xương. Một số thể bệnh có nguy cơ chuyển thành ung thư máu hoặc ung thư biểu mô. cell.com

Vai trò ngoài ribosome của protein ribosome

Ngoài chức năng chính trong dịch mã, một số r-protein có vai trò độc lập – được gọi là chức năng ngoài ribosome (extraribosomal functions). Những chức năng này bao gồm điều hòa phiên mã, sửa chữa DNA, cảm ứng stress, và đặc biệt là điều hòa p53 – một protein kiểm soát chu trình tế bào và ức chế khối u. frontiersin.org

Ví dụ:

  • RPL11, RPL5: ức chế MDM2, làm tăng p53 → ức chế tăng sinh tế bào bị tổn thương
  • RPS3: tham gia sửa chữa DNA qua đường BER (base excision repair)
  • RPL13a: điều hòa phiên mã gen gây viêm trong đáp ứng miễn dịch

Các vai trò này cho thấy r-protein không chỉ là thành phần “thụ động” trong ribosome, mà còn là yếu tố điều tiết hoạt động tế bào phức tạp, ảnh hưởng đến nhiều bệnh lý không liên quan trực tiếp đến dịch mã. journals.asm.org

Các công nghệ nghiên cứu protein ribosome

Nhiều công nghệ tiên tiến đã giúp giải mã chức năng, cấu trúc và cơ chế hoạt động của r-protein trong ribosome. Một số công nghệ chính bao gồm:

  • Cryo-Electron Microscopy (Cryo-EM): cung cấp hình ảnh ribosome ở độ phân giải nguyên tử, giúp định vị chính xác các r-protein.
  • Mass Spectrometry: xác định và định lượng thành phần r-protein từ mẫu sinh học.
  • Ribosome Profiling (Ribo-seq): xác định vị trí ribosome trên mRNA để phân tích hoạt động dịch mã toàn cục.
  • Knockdown/Knockout gen: dùng CRISPR hoặc RNAi để khảo sát vai trò từng r-protein cụ thể.

Các cấu trúc ribosome và protein liên quan có thể tra cứu tại rcsb.org hoặc pdbe.

Ý nghĩa tiến hóa và bảo tồn

Protein ribosome là một trong những thành phần được bảo tồn tiến hóa cao nhất trong toàn bộ giới sinh vật. Trình tự axit amin của nhiều r-protein cho thấy độ tương đồng lớn giữa vi khuẩn, nấm, động vật có xương sống và người. Điều này phản ánh vai trò thiết yếu và lâu đời của ribosome trong quá trình tiến hóa của sự sống. ncbi.nlm.nih.gov

Một số r-protein thậm chí được dùng làm chỉ dấu phân tử trong nghiên cứu phát sinh loài (phylogenetics). Sự đa dạng hóa chức năng của các phần mở rộng trong r-protein nhân thực phản ánh sự thích nghi của ribosome với nhu cầu biểu hiện gen ngày càng phức tạp. nature.com

Tài liệu tham khảo

  1. Wilson, D. N., & Doudna Cate, J. H. (2012). The structure and function of the eukaryotic ribosome. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 4(5), a011536. DOI
  2. Klinge, S., & Woolford, J. L. (2019). Ribosome assembly coming into focus. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 20(2), 116–131. DOI
  3. Mills, E. W., & Green, R. (2017). Ribosomopathies: there's strength in numbers. Science, 358(6363), eaan2755. DOI
  4. RCSB Protein Data Bank. rcsb.org
  5. NCBI Protein Database – Ribosomal Proteins. ncbi.nlm.nih.gov

Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề protein ribosome:

Chuyển giao điện di của protein từ gel polyacrylamide sang tấm nitrocellulose: Quy trình và một số ứng dụng. Dịch bởi AI
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America - Tập 76 Số 9 - Trang 4350-4354 - 1979
Một phương pháp đã được đưa ra để chuyển giao điện di protein từ gel polyacrylamide sang tấm nitrocellulose. Phương pháp này cho phép chuyển giao định lượng protein ribosome từ gel có chứa ure. Đối với gel natri dodecyl sulfate, mô hình ban đầu của dải vẫn giữ nguyên mà không mất độ phân giải, nhưng việc chuyển giao không hoàn toàn định lượng. Phương pháp này cho phép phát hiện protein bằn...... hiện toàn bộ
#chuyển giao điện di #protein ribosome #gel polyacrylamide #nitrocellulose #ure #natri dodecyl sulfate #chụp ảnh phóng xạ tự động #miễn dịch học #kháng thể đặc hiệu #detection #peroxidase #phân tích protein.
Chuyển giao protein qua màng. I. Sự hiện diện của các chuỗi nhẹ miễn dịch đã qua xử lý proteolytic và chưa qua xử lý trên ribosome liên kết với màng của u bướu tế bào plasma chuột. Dịch bởi AI
Journal of Cell Biology - Tập 67 Số 3 - Trang 835-851 - 1975
Việc phân tách các khối u MOPC 41 DL-1 đã chỉ ra rằng mRNA cho chuỗi nhẹ của immunoglobulin chỉ được định vị trong các ribosome liên kết với màng. Thực nghiệm cho thấy sản phẩm dịch mã của mRNA chuỗi nhẹ được tách ra trong một hệ thống tổng hợp protein dị hợp trong ống nghiệm lớn hơn chuỗi nhẹ tiết ra thực sự; điều này xác nhận các kết quả tương tự từ một số phòng thí nghiệm. Quá trình tổn...... hiện toàn bộ
The tails of ubiquitin precursors are ribosomal proteins whose fusion to ubiquitin facilitates ribosome biogenesis
Nature - Tập 338 Số 6214 - Trang 394-401 - 1989
Fragile X Mental Retardation Protein: Nucleocytoplasmic Shuttling and Association with Somatodendritic Ribosomes
Journal of Neuroscience - Tập 17 Số 5 - Trang 1539-1547 - 1997
Fragile X syndrome, a leading cause of inherited mental retardation, is attributable to the unstable expansion of a CGG-repeat within the FMR1 gene that results in the absence of the encoded protein. The fragile X mental retardation protein (FMRP) is a ribosome-associated RNA-binding protein of uncertain function that contains nuclear localization and export signals. We show here detailed ...... hiện toàn bộ
In vitro virus: Bonding of mRNA bearing puromycin at the 3′‐terminal end to the C‐terminal end of its encoded protein on the ribosome in vitro
FEBS Letters - Tập 414 Số 2 - Trang 405-408 - 1997
Adequate means for genotype assignment to phenotype is essential in evolutionary molecular engineering. In this study, construction of ‘in vitro virus’ was carried out in which a genotype molecule (mRNA) covalently binds to the phenotype molecule (protein) through puromycin on the ribosome in a cell‐free translation system. Bonding efficiency was ∼10%, thus indicating a population of the i...... hiện toàn bộ
Messenger RNA-protein complexes and newly synthesized ribosomal subunits: Analysis of free particles and components of polyribosomes
Journal of Molecular Biology - Tập 35 Số 1 - Trang 37-59 - 1968
The SsrA–SmpB system for protein tagging, directed degradation and ribosome rescue
Springer Science and Business Media LLC - Tập 7 Số 6 - Trang 449-455 - 2000
Initiation of mammalian protein synthesis: the importance of ribosome and initiation factor quality for the efficiency of in vitro systems
Journal of Molecular Biology - Tập 73 Số 3 - Trang 329-349 - 1973
Architecture of the Protein-Conducting Channel Associated with the Translating 80S Ribosome
Cell - Tập 107 Số 3 - Trang 361-372 - 2001
Requirement of an Escherichia coli 50 S Ribosomal Protein Component for Effective Interaction of the Ribosome with T and G Factors and with Guanosine Triphosphate
Journal of Biological Chemistry - Tập 247 Số 3 - Trang 805-814 - 1972
Tổng số: 521   
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 10

Chủ đề khác

#tạo xương bất toàn

Tạo xương bất toàn là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

#tia x mềm

Tia x mềm là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

#điện cực vàng

Điện cực vàng là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

#phytophthora infestans

Phytophthora infestans là gì? Nghiên cứu khoa học liên quan

#dòng điện một chiều

Dòng điện một chiều là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học

#cú sốc cầu

Cú sốc cầu là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

#tiêu xương

Tiêu xương là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

#điện áp đánh thủng

Điện áp đánh thủng là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

#bệnh still khởi phát ở người lớn

Bệnh still khởi phát ở người lớn là gì? Các nghiên cứu

#sửa chữa dna

Sửa chữa DNA là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan


Xem thêm