Language
Country/Area
No result found
Bí mật về tỷ lệ lỗi: Tại sao quá trình tổng hợp protein lại cực kỳ chính xác?
Trong thế giới hóa sinh, tổng hợp protein là một trong những chức năng cốt lõi của sự sống. Tuy nhiên, tỷ lệ lỗi liên quan đến quá trình này khiến các nhà khoa học phải ngạc nhiên. Theo nghiên cứu, tỷ lệ lỗi trong quá trình tổng hợp protein tương đương với 10 lũy thừa âm 4, nghĩa là khi ribosome ghép cặp anticodon của tRNA với codon của mRNA, nó hầu như luôn có khả năng khớp chính xác các trình tự bổ sung này. Vậy điều gì về cơ chế khiến những khối xây dựng sự sống này trở nên chính xác đến vậy?
Hopfield lần đầu tiên đề xuất khái niệm "hiệu chỉnh động học", một quá trình cho phép các enzyme phân biệt giữa các đường phản ứng đúng và không chính xác, từ đó hoàn thành quá trình tổng hợp với độ chính xác cao hơn mong đợi.
Đằng sau tỷ lệ lỗi này, hiệu chỉnh động và tiêu tán năng lượng đóng một vai trò quan trọng. Nói một cách đơn giản, khi một enzyme phát hiện ra lỗi trong phản ứng, nó có thể khiến các chất phản ứng chuyển sang trạng thái không thể đảo ngược, khiến các chất phản ứng sai dễ dàng thoát ra khỏi con đường tổng hợp sớm hơn. Trọng tâm của quá trình này là mối quan hệ chặt chẽ giữa độ chính xác và mức tiêu thụ năng lượng.
Ví dụ: nếu so sánh quy trình này với dây chuyền sản xuất dược phẩm, chúng ta sẽ thấy rằng bằng cách tăng lực gió ở lối ra, các hộp rỗng có nhiều khả năng bị thổi bay khỏi dây chuyền sản xuất hơn, ngay cả khi phương pháp này làm giảm tốc độ vận chuyển tổng thể, nhưng có thể cải thiện đáng kể độ chính xác.
Cụ thể, tỷ lệ lỗi này được tối ưu hóa bằng cách đưa ra một bước không thể khắc phục được. Khi một phân tử đi vào con đường tổng hợp năng lượng, nó phải trải qua một loạt thử nghiệm. Nếu thử nghiệm thất bại, phân tử thất bại. Khi số bước kiểm tra tăng lên, tỷ lệ sản phẩm không chính xác cuối cùng có thể giảm đáng kể. Đây là quy trình "bôi trơn bánh răng" gồm nhiều bước điển hình. Một hệ thống sản xuất phân tử như vậy có thể kiểm soát chính xác từng bước sản xuất và kiểm soát mọi lỗi có thể xảy ra.
Để hiểu sâu hơn về nguyên tắc này, chúng ta phải xem xét dữ liệu thực nghiệm. Trong quá trình sạc tRNA, enzyme tổng hợp axit amin cải thiện độ chính xác của việc ghép cặp giữa tRNA và axit amin bằng cách sử dụng các trạng thái trung gian năng lượng cao. Trong quá trình này, năng lượng đầu vào làm cho đường đi vào không thể đảo ngược, khiến các sản phẩm sai không thể quay trở lại chuỗi tổng hợp.
Điều đáng chú ý hơn nữa là trong quá trình sửa chữa DNA, một số DNA polymerase nhất định có thể thủy phân ngay lập tức các cặp không chính xác, điều này một lần nữa cho thấy vai trò quan trọng của các trường động học trong các quá trình sinh học khác nhau.
Hơn nữa, ý tưởng muestra thiết kế bánh răng nhiều giai đoạn do Hopfield đề xuất sẽ hỗ trợ về mặt lý thuyết cho quy trình hiệu chỉnh nhiều bước này. Tỷ lệ lỗi còn giảm hơn nữa khi thời gian hiệu chuẩn được kéo dài, một nguyên tắc đã được xác minh nhất quán trong nhiều quá trình sinh hóa. Nó giống như đang ở trên một dây chuyền lắp ráp, với các công nhân kiểm tra đi kiểm tra lại từng bộ phận. Chỉ có kiểm tra nhiều lần thì chất lượng của sản phẩm cuối cùng mới được đảm bảo.
Hiện nay, các nhà khoa học cũng đang nỗ lực tìm hiểu lý thuyết đằng sau những quá trình này. Nghiên cứu đã phát hiện ra rằng mặc dù các mạng lưới sinh hóa khác nhau là duy nhất, nhưng tổng thời gian hoàn thành của chúng (còn được gọi là thời gian vượt qua lần đầu) thường gần với dạng hàm mũ phổ quát, mang lại sự hiểu biết sâu sắc hơn về hiệu chỉnh động học. Khi cấu trúc mạng trở nên phức tạp hơn, mô hình này vẫn đúng, minh họa bản chất của việc sửa lỗi vẫn cần được giải quyết.
Khi chúng ta hiểu sâu hơn về quá trình tổng hợp protein, điều đó có thể khiến các nhà khoa học phải xem xét lại các cơ chế cơ bản của sự sống. Nếu nghiên cứu này tiếp tục tiến triển, liệu chúng ta có thể khám phá thêm các kỹ năng giao tiếp giữa các phân tử sinh học để khám phá thêm bí ẩn về hoạt động chính xác của sự sống?
