Giáo viên: Thầy Nguyễn Lâm Quang Thoại
Giới thiệu: qua bài học này các bạn sẽ được thế nào là phiên mã, cấu trúc
và chức năng của các loại ARN, cơ chế phiên mã, khái niệm dịch mã và cơ
chế dịch mã, pôliribôxôm, mối liên hệ ADN – mARN – prôtêin – tính trạng.
BÀI 2: PHIÊN MÃ VÀ DỊCH MÃ
PHẦN I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý
I. CƠ CHẾ PHIÊN MÃ (sao mã)
1. Khái niệm
Phiên mã là quá trình truyền thông tin di truyền từ ADN mạch kép sang ARN mạch đơn
Trong nhân tế bào gen mang mật mã di truyền nhưng lại nằm cố định trên NST không thể di chuyển được. Để giúp gen làm nhiệm vụ truyền thông tin và điều khiển quá trình dịch mã phải nhờ đến một cấu trúc khác đó là mARN – bản sao của gen.
Sau khi mARN được tổng hợp xong sẽ di chuyển ra ngoài tế bào chất với vai trò là bản sao của gen để điều khiển quá trình dịch mã tổng hợp chuỗi pôlipeptit
2. Cấu trúc và chức năng của các loại ARN:
ARN thông tin (mARN): là phiên bản của gen, mang các bộ 3 mã sao, làm nhiệm vụ khuôn mẫu cho dịch mã ở riboxom
ARN vận chuyển (tARN): có chức năng vận chuyển axit. amin và mang bộ 3 đối mã tới riboxom để dịch mã. Trong tế bào có nhiều loại tARN khác nhau, mỗi loại tARN vận chuyển một loại axit amin tương ứng
ARN riboxom (rARN):kết hợp với prôtêin tạo thành ribôxôm là nơi tổng hợp chuỗi pôlipeptit
3. Diễn biến của cơ chế phiên mã
Quá trình phiên mã được bắt đầu khi enzim ARN-polimeraza bám vào vùng khởi đầu của genàgen tháo xoắn và tách 2 mạch đơn, ARN-polimeraza di chuyển dọc theo mạch khuôn giúp cho các ribonucleotit tự do trong môi trường nội bào liên kết với các nu trên mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung (A- U, G – X) tạo nên phân tử mARN theo chiều 5’à 3’
Đối với sinh vật nhân thực khi toàn bộ gen được phiên mã thì mARN sơ khai được cắt bỏ intron và nối các exon với nhau thành mARN trưởng thành
So sánh giữa tự nhân đôi ADN và phiên mã:
|
Tự nhân đôi ADN |
Phiên mã |
|
– Chịu sự điều khiển của enzyme ADN-pôlimeraza – Thực hiện trên cả 2 mạch (mạch gốc tổng hợp liên tục, mạch bổ sung tổng hợp gián đoạn) – 4 loại nu sử dụng từ môi trường là A,T,G,X – Sản phẩm tạo thành là ADN mạch kép |
– Chịu sự điều khiển của enzyme ARN-pôlimeraza – Chỉ thực hiện trên mạch gốc (vì ARN chỉ có 1 mạch đơn) – 4 loại nu sử dụng từ môi trường là A,U,G,X – Sản phẩm tạo thành là ARN mạch đơn |
|
– Khi thực hiện tự nhân đôi hoặc phiên mã thì NST chứa ADN phải ở trạng thái tháo xoắn – Đều được thực hiện theo nguyên tắc bổ sung và khuôn mẫu – Được thực hiện trong nhân tế bào với khuôn mẫu là ADN – Mạch mới luôn được tổng hợp theo chiều 5’–> 3’ |
|
II. DỊCH MÃ:
1. Khái niệm
Là quá trình chuyển mã di truyền chứa trong mARN thành trình tự các axit amin trong chuỗi polipeptit của prôtêin
Để chuẩn bị cho quá trình dịch mã 2 đơn vị lớn – nhỏ của ribôxôm tiến đến mARN và liên kết với nhau qua mARN
2. Diễn biến của cơ chế dịch mã
a. Hoạt hóa a. amin
Nhờ các enzim đặc hiệu và năng lượng ATP, các axit amin được hoạt hóa và gắn với tARN tương ứng tạo thành phức hợp aa-tARN
b. Dịch mã và hình thành chuỗi polipeptit
Tiểu đơn vị bé của ribôxôm gắn với mARN ở vị trí nhận biết đặc hiệu. Phức hợp mở đầu Met-tARN mang bộ 3 đối mã UAX bổ sung chính xác với bộ 3 mở đầu AUG trên mARN sau đó tiểu đơn vị lớn ribôxôm mới lắp ráp tạo thành ribôxôm hoàn chỉnh sẵn sàng dịch mã.
Tiếp theo, aa1-tARN gắn vào vị trí bên cạnh, bộ 3 đối mã của nó cũng khớp với bộ 3 của axit amin thứ nhất theo NTBS
Enzim xúc tác tạo thành liên kết peptit giữa axit amin mở đầu và aa1 (Met-aa1). Ribôsôme dịch chuyển đi 1 bộ 3 đồng thời tARN được giải phóng khỏi ribôsôme
Tiếp theo aa2-tARN lại tiến vào ribôsôme, quá trình cũng diễn ra như đối với aa1.
Quá trình dịch mã cứ tiếp tục diễn ra cho đến khi gặp 1 trong 3 bộ 3 kết thúc (UAA, UAG, UGA) thì quá trình dừng lại. Ribôsôme tách khỏi mARN, giải phóng chuỗi polipeptit. Sau đó Met cũng được cắt bỏ khỏi chuỗi polipetit, chuỗi pôlipeptit hoàn chỉnh được hình thành.
Axit amin mở đầu ở sinh vật nhân sơ là fMet, ở sinh vật nhân thực là Met
* Ví dụ: Một gen có 3000 nu khi gen này tham gia phiên mã và dịch mã ta có những vấn đề lưu ý sau:
Số bộ 3 trên gen là 1000 bộ 3
Số bộ 3 trên mARN được tạo thành sau dịch mã là: 500 bộ 3 vì mARN chỉ có 1 mạch
Số a.a trong chuỗi pôlipeptit sơ khai = 499 axit amin (bộ 3 kết thúc không mã hóa a.a)
Số a.a trong chuỗi pôipeptit hoàn chỉnh = 498 axit amin (trừ Met bị cắt bỏ sau khi tổng hợp xong)
Số liên kết peptit trong chuỗi pôlipeptit = số axit amin – 1
Mỗi tARN chỉ vận chuyển một loại axit amin với một bộ ba đối mã đặc hiệu mà thôi.
3. Pôliribôxôm
Trên mỗi phân tử mARN, thường có nhiều ribôxôm hoạt động cùng lúc tạo thành poliribôxôm. Như vậy mỗi phân tử mARN có thể tổng hợp nhiều chuỗi polipeptit cùng lúc.
4. Mối liên hệ ADN – mARN – prôtêin – tính trạng
Nhân đôi
Thông tin di truyền trong ADN của mỗi tế bào được truyền đạt cho thế hệ tế bào con thông qua cơ chế nhân đôi
Thông tin di truyền trong ADN được biểu hiện thành đặc điểm bên ngoài của cơ thể (tính trạng) thông qua các cơ chế phiên mã và dịch mã