Tiểu luận Hóa sinh đại cương: Trình bày những hiểu biết của em về rARN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HOÁ HỌC
***************

TIỂU LUẬN MƠN HỌC

ĐỀ TÀI: Trình bày những hiểu biết của em về rARN
GVHD: TS. Giang Thị Phương Ly
SVTH: Lê Thị Thu Trang – MSSV 20175292
Lớp: Hóa Học 01-K62

Mục lục

1


PHẦN MỞ ĐẦU
Học thuyết tế bào lần đầu tiên được nghiên cứu vào năm 1839
của Matthias Jakob Schleidenvà Theodor Schwann, phát biểu rằng tất cả các
sinh vật sống được cấu tạo bởi một hay nhiều tế bào, các tế bào là đơn vị cơ
bản tạo nên cấu trúc và chức năng của các cơ quan, tổ chức sinh vật sống.
Tất cả các tế bào đến từ các tế bào đã tồn tại trước đó, đều chứa thơng tin di
truyềncần thiết để điều hịa chức năng tế bào và truyền thơng tin đến các thế
hệ tế bào tiếp theo.Axit ribonucleic (RNA hay ARN) là một phân tử polyme cơ
bản có nhiều vai trị sinh học trong mã hóa, dịch mã, điều hòa, và biểu hiện
gen. ARN và ADN là các axit nucleic cùng với lipid, protein và cacbohydrat tạo
thành bốn loại đại phân tử cơ sở cho mọi dạng sự sống trên Trái Đất. Việc
nghiên cứu lịch sửvà phân loại nguồn gốc các lồi sinh vật đang là nhiệm vụ
có ý nghĩa đối với các nhà sinh vật học.rARN là một trong số ít các sản phẩm
gen có trong tất cả các tế bào, tức là tất cả sinh vật có được kết cấu tế
bào đều có được ARN ribơxơm. Vì thế, việc nghiên cứu cấu tạo và đặc điểm

của rARN lànhân tố giúp các nhà sinh vật học thực hiện các nhiệm vụ trên.
rARN kết hợp với prôtêin dẫn đến hình thành ribơxơm. Sự có mặt của
các loại rARN ở tiểu đơn vị lớn và tiểu đơn vị bé ribôxôm là khác nhau giữa
các lồi sinh vật. ARN ribơxơm của sinh vật nhân nguyên thuỷ chia ra ba loại:
ARN ribôxôm 5S, ARN ribôxôm 16S và ARN ribôxôm 23S. ARN ribôxôm
của sinh vật nhân thật chia ra bốn loại là ARN ribôxôm 5S, ARN ribôxôm
5,8S, ARN ribôxôm 18S và ARN ribôxôm 28S. S là một đơn vị vật lí
học của vật chất đại phân tử phản ánh gián tiếp kích thước của phân tử
lượng.Sự khác nhau về cấu trúc và các loại rARN ở trong các sinh vật cho
phép một số thuốc kháng sinh tiêu diệt vi khuẩn bằng cách khống chế ribôxôm
của vi khuẩn mà không ảnh hưởng đến các ribơxơm của con người.
Chính những đặc điểm nổi bật của rARN, mà trong bài luận này em sẽ
tìm hiểu rõ hơn về cấu trúc, phân loại và ứng dụng của rARN từ đó nắm được
vai trị chức năng của từng loại rARN cũng như ý nghĩa, giá trị nghiên cứu của
rARN.

2


I. ĐẠI CƯƠNG
1.

Tổng quan về ARN

1.1. Định nghĩa
Axit ribonucleic (RNA hay ARN) là một phân tử polyme cơ bản có nhiều vai trị
sinh học trong mã hóa, dịch mã, điều hòa, và biểu hiện của gen. ARN và ADN
là các axit nucleic cùng với lipid, protein và cacbohydrat, tạo thành bốn loại đại
phân tử cơ sở cho mọi dạng sự sống trên Trái Đất.

1.2. Phân loại
Dựa theo chức năng, ARN được phân thành:
mARN là messenger ribonucleic acid, sản phẩm của sự sao chép
gen mang các thông tin di truyền về trình tự của một protein đến
ribơxơm.
tARN là transfer ribonucleic acid, mang một loại axit amin nhất định
đến gắn vào chuỗi polypeptide đang dài dần tại vị trí của ribơxơm
đang tổng hợp lên protein trong quá trình dịch mã.
rARN là ribosomic ribonucleic acid, là hợp phần cấu trúc của
ribôxômthực hiện ghép nối các axit amin tạo chuổi tiền protein
snARN là small nuclear ribonucleic acid

1.3. Chức năng
Phân tử ARN đóng vai trị hoạt động bên trong tế bào như là những chất
xúc tác cho các phản ứng sinh học, kiểm soát, biểu hiện của gen hoặc đáp
ứng cảm nhận và liên lạc trong q trình truyền tín hiệu tế bào.Trong q
trình sinh tổng hợp protein, các phân tử ARN trực tiếp tham gia tổng hợp
protein trên phân tử ribôxôm gọi là quá trình dịch mã.

1.4. Cấu Trúc.
3


Mỗi nucleotide trong ARN chứa một đường ribose, với cacbon được
đánh thứ tự từ 1' đến 5'. Một base được gắn vào vị trí 1' là adenine (A),
cytosine (C), guanine (G), hoặc uracil (U). Adenine và Guanin là các purine,
cytosine và uracil là pyrimidine. Một nhóm phosphat gắn vào vị trí 3' cuả một
đường ribose và vào vị trí 5' của đường ribose tiếp theo. Các baso tạo thành
liên kết Hidro giữa các cytosin và guanine, giữa adenin và uracil.
Đường β – D – ribose

Phosphoric acid: H3PO4
Các Base là dẫn xuất của pyrimindine và purine
O

NH2

HN

N
N
H

O

O

N

N
N
H

O

NH2

N

N

H

N

HN
H2N

N

N
H

CytosineUracilAdenineGuanine
Các nucleoside thì được hợp thành từ một base và 1 đường pentose
thông qua phản ứng khử nước tạo liên kết β – glycosidic. Các nucleoside
gồm:

4


NH2
N

N

N

N

HO

O
H

H

OH

OH

H

H

AdenosineUridine

CytidineGuanosine
Các Nucleotide tạo thành khi axit phosphoric được ester hóa vào nhóm
hydroxyl của nucleoside. Trong ARN bao gồm các loại sau:
Adenosine – 5’ – monophosphate (AMP):Guanosine - 5’- monophotsphate:
O

NH2
N

N

OH
O

P

O

CH2

OH
H

H

H

OH

H
OH

N

OH

N

O

O

Uradine- 5’- monophosphate

5

N

N

P

O

CH2

OH
H

NH
N

NH2

O

H

H

OH

H
OH

Cytodine-5’- monophotsphate:


NH2
N
N

OH
O

P

O

CH2

OH
H

O

O

H

H

OH

H

OH

Phân tử ARN là polynucleotide liên kết với nhau bằng liên kết photphodiester.  Cấu 
trúc bậc nhất của RNA là số  lượng và trình tự  sắp  xếp của các mononucleotide 
trong mạch polynucleotide.

NH 2
OH
O

N

p

A

OH
N

O
CH2

N

O

H

H

O

OH

H

O

N

NH2
H

C

O-

P

N

O
CH2

N

O

O

H

H

OH

OH

H

H

Khi chuỗi RNA cuộn gấp, nếu có những gốc base A ­ U, G ­ C tiến đến gần nhau,  
giữa chúng cũng có liên kết hydro và nếu đoạn đủ  dài sẽ  có những xoắn kép (cấu  
trúc bậc 2) xuất hiện dọc phân tử.
Một thành phần cấu trúc quan trọng của ARN khác biệt với ADN đó là sự có
mặt của nhóm hydroxyl tại vị trí 2' trong đường ribose. Sự có mặt của nhóm
chức này làm cho dạng xoắn của ARN có dạng A-hình học. {1}

6


1.5. Sự tạo thành ARN

Quá trình phiên mã
Quá trình tổng hợp ARN gọi là phiên mã, luôn cần sự xúc tác của
enzym ARN polymerase sử dụng một mạch khuôn của gen trên ADN. Phiên
mã bắt đầu bằng enzyme gắn kết vào trình tự khởi động trong ADN ở phía
"thượng nguồn" của gen.
Chuỗi xoắn kép ADN ở vùng có gen cần phiên mã đầu tiên phải được

tháo xoắn nhờ tôpôizômêraza, sau đó được dãn mạch và tách đơi nhờ
enzym hêlicaza.
Enzym RNA polymerase trượt dọc theo sợi khuôn mẫu (mạch gốc) theo
chiều 3’ đến 5’ của gen, tổng hợp lên chuỗi pôlyribônuclêôtit theo nguyên tắc
bổ sung, được kéo dài theo hướng 5’ đến 3’ (ngược lại với hướng di chuyển
của enzym này). Trình tự các đêơxyribơnuclêơtit trên mạch gốc của gen khơng
chỉ quyết định trình tự chuỗi pơlyribơnuclêơtit của RNA, mà cịn quy định cả sự
kết thúc của q trình phiên mã.
Q trình thường diễn ra trong tế bào của sinh vật có nhân hồn chỉnh hay  sinh
vật nhân thực. Vì những sinh vật nhân thực (gồm cả con người) có tế bào với nhân 
hồn chỉnh, được bao bọc bởi màng nhân, tế bào lại được chun hố cao, nên q 
trình này phức tạp hơn hẳn phiên mã ở nhân sơ. Thêm vào đó, phiên mã diễn ra trên 
ADN khn, mà ADN này lại nằm trong bào quan đặc biệt gọi là nhiễm sắc thể có 
cấu trúc phức tạp, nên q trình chỉ diễn ra khi trước đó (vào giai đoạn chuẩn bị) có  
sự  tháo xoắn nhiễm sắc thể, tháo xoắn ADN và dãn xoắn­tách mạch gen khn 
mẫu, nghĩa là liên quan cả đến điều hồ gen. Ngồi ra, sau khi ARN đã được tổng 
hợp ra thì cịn phải qua q trình chế  biến mới thành sản phẩm có chức năng sinh 
học hồn chỉnh. 

7


2. Tổng hợp ribôxôm
2.1. Khái niệm
Ribôxôm (ribosome) là bào quan tổng hợp chuỗi pôlipeptit dưa trên
khuôn mã của ARN thông tin. Đây là một bộ máy phân tử lớn, phức tạp, có
mặt trong tất cả các tế bào sống, nơi xảy ra q trình sinh tổng hợp
protein.Ribơxơm liên kết các axit amin với nhau theo trật tự được quy định bởi
phân tử (mARN)

2.2. Cấu trúc

Ribôxôm bao gồm hai thành phần gắn kết với nhau và cùng làm việc để
chuyển hóa mARN thành một chuỗi polypeptide trong quá trình tổng hợp
protein (Hình trên). Ribơxơm được hình thành từ phức hệ ARN và protein nên
vì vậy có tên là Ribonucleoprotein. Mỗi ribơxơm được chia thành hai tiểu đơn
vị (hai tiểu phần). Tiểu đơn vị nhỏ hơn liên kết với các khuôn mẫu mARN gồm
một hoặc nhiều phân tử ARN ribôxôm (rARN) và nhiều phân tử protein, trong
khi tiểu đơn vị lớn hơn liên kết với tARN và các axit amin. Khi ribôxôm đọc
xong một phân tử mRNA, hai tiểu đơn vị này sẽ tách ra. Ribơxơm cịn là một
loại enzyme ribozyme, bởi vì có các hoạt động xúc tác phản ứng peptidyl
transferase, nhằm mục đích liên kết các axit amin với nhau, thực hiện bởi các
ARN ribôxôm. Ribôxôm thường được khảm trên những màng nội bào trong hệ
thống mạng lưới nội chất hạt.

8


Chính vì gồm hai thành phần mà kích thước ribơxơm ở các sinh vật là
khác nhau. ribôxôm của sinh vật nhân sơ có đường kính khoảng 20 nm (200
Å) và được tạo thành từ 65% RNA ribôxôm và 35% protein ribơxơm. Ribơxơm
của sinh vật nhân thực có đường kính từ 25 đến 30 nm (250-300 Å) và tỷ lệ
rARN so với protein là gần như bằng 1. Ribôxôm trong vi khuẩn bao gồm một
hoặc hai chuỗi rRNA và được tổng hợp trong tế bào chất thơng qua q trình
phiên mã ở các gen ribôxôm trong operon. Ribôxôm của sinh vật nhân thực
bao gồm một hoặc ba phân tử rRNA rất lớn (được gọi là ribôxôm RNA) và
nhiều phân tử protein nhỏ hơn. Ribôxôm ở sinh vật nhân thực được tổng hợp
ở cả tế bào của tế bào chất và cả trong hạch nhân (một vùng trong nhân tế
bào). Theo như ngành khoa học thực nghiệm khơng có protein ribơxơmgần
các mặt phản ứng trong quá trình tổng hợp polypeptide. Điều này cho thấy

rằng các thành phần protein của ribôxôm hoạt động như một lớp tạm thời, có
thể tăng cường khả năng của rRNA để tổng hợp protein thay vì trực tiếp tham
gia xúc tác
2.3.

Dịch mã

Trong sinh học phân tử và di truyền học, dịch mã là q trình trong
đó ribơxơm trong tế bào chất hoặc mạng lưới nội chất tổng hợp protein sau
quá trình phiên mã từ AND đến ARN trong nhân. Tồn bộ q trình gọi là biểu
hiện gen.
Gồm 3 q trình:
Mở đầu
Tiểu đơn vị nhỏ của ribơxơm (có bộ 3 của rARN) gắn với mARN ở vị trí
nhận biết đặc hiệu (gần bộ ba mở đầu) và di chuyển đến bộ ba mở đầu
(AUG). Aminoacyl-tARN phù hợp tiến đến gắn với bộ 3 mở đầu theo nguyên
tắc bổ sung (UAX - AUG), sau đó tiểu đơn vị lớn gắn vào tạo ribosome hoàn
chỉnh.
Kéo dài

9


Aminoacyl-tRNA tiếp theo khớp bổ sung đối mã với codon tiếp theo trên
mARN. Tiểu đơn vị lớn xúc tác cho sự hình thành liên kết peptit giữa các axit
amin mở đầu và tiếp theo lần lượt. Ribôxôm tiếp tục dịch chuyển tARN tách và
di chuyển khỏi ribosome, quá trình vẫn tiếp tục khi ribosome chạy tiếp dọc
mARN.
Kết thúc
Khi ribosome chạy đến một codon kết thúc (UAA, UAG, UGA - tương ứng

với khơng axit amin) thì dịch mã chấm dứt, hai tiểu đơn vị ribơxơm tách nhau
ra. Ngay sau đó, một enzym đặc hiệu loại bỏ axit amin mở đầu, quá trình dịch
mã hồn tất.
Ứng dụng:

2.4.

Do sự khác nhau về cấu trúc giữa các sinh vật cho phép một số
thuốc kháng sinh tiêu diệt vi khuẩn bằng cách khống chế ribôxôm của vi khuẩn
mà không ảnh hưởng đến các ribôxôm của con người. Các ribôxôm 70S của
vi khuẩn dễ bị kháng sinh tác động trong khi ribơxơm 80S nhân thực thì khơng
bị ảnh hưởng. Mặc dù ty thể có ribơxơm tương tự như những vi khuẩn, ti thể
không bị ảnh hưởng bởi các loại thuốc kháng sinh bởi vì chúng được bao
quanh bảo vệ bởi hai lớp màng ngăn chặn không để kháng sinh vào sâu trong
bào quan.
3. rARN

Axít ribơnuclêic ribơxơm (Ribosomal ribonucleic acid hoặc ribosomal
RNA), cịn gọi là ARN ribơxơm, viết tắt rARN, là một loại ARN chứa nhiều nhất
trong tế bào, cũng là một loại ARN có khối lượng phân tử tương đối lớn nhất
trong ba loại ARN (ARN vận chuyển, ARN thơng tin và ARN ribơxơm), nó kết
hợp với prơtêin dẫn đến hình thành ribơxơm, của nó là lấy axít amin hợp thành
làm liên kết péptít. ARN ribơxơm chiếm vào khoảng 82% tổng lượng ARN.
CẤU TRÚC

II.

1. Kết cấu không gian

10

ARN ribơxơm có phân tử lượng khá lớn và kết cấu phức tạp, trước mắt
tuy đã đo lường ra cấu trúc bậc một của khơng ít phân tử ARN ribơxơm,
nhưng việc nghiên cứu về cấu trúc bậc hai, cấu trúc bậc ba và chức năng của
chúng nó vẫn cần đi sâu vào từng bước một. ARN ribôxôm của sinh vật nhân
nguyên thuỷ chia ra ba loại: ARN ribôxôm 5S, ARN ribôxôm 16S và ARN
ribôxôm 23S. ARN ribôxôm của sinh vật nhân thật chia ra bốn loại là ARN
ribôxôm 5S, ARN ribôxôm 5,8S, ARN ribôxôm 18S và ARN ribôxôm 28S. S là
một đơn vị vật lí học của vật chất đại phân tử trong q trình chìm xuống của li
tâm

siêu

tốc,

phản

ánh

gián

tiếp

kích

thước

của

phân

tử

lượng. Ribơxơm của sinh vật nhân nguyên thuỷ và sinh vât nhân thật tất cả
đều do hai loại á đơn vị lớn và nhỏ tổ thành. Dựa vào phương pháp kính hiển
vi điện tử và phương pháp liên kết chéo người ta có thể xác định được kết
cấu khơng gian của ARN ribosome. Mặc dù cấu trúc chính của các chuổi
rARN có thể khác nhau giữa các sinh vật, việc ghép cặp cơ sở trong các chuổi
này thường tạo thành cấu hình vịng lặp gốc. Chiều dài và vị trí của các vòng
lặp rARN này cho phép chúng ta tạo ra cấu trúc rARN ba chiều tương tự giữa
các lồi. Thơng qua loại hình của sinh vật nhân nguyên thủy là ribosome 70S
đã hiển thị vị trí kết hợp và hình dáng của phân tử ARN ribosome. Bên trong
kính hiển vi điện tử, sự xếp đặt theo thứ tự của ARN ribôxôm 16S hiện ra hình
chữ V, một cái cánh tay hơi dày và dài hơn một cái cánh tay còn lại. Kích
thước và hình dạng của ARN ribơxơm 23S thật rất xứng đáng thích hợp với
kiểu dáng cái "mũ vua" của á đơn vị ribơxơm 50S. Do các cấu hình này, rARN
có thể tương tác chặt chẽ và cụ thể với các protein ribôxôm để tạo thành các
tiểu đơn vị ribosome. Nhờ miễn dịch mà phương pháp kính hiển vi điện tử đã
xác định một ít đặc trưng nào đó của ARN ribôxôm ở bên trong á đơn vị. Sử
dụng kháng thể Anti-N6, N6-dimethyladenosine (xếp đặt ở vào vị trí 24 và 25
của đầu cuối cùng 3' của ARN ribôxôm 16S) rồi xác định một đoạn của
vùng nuclêôbazơ sửa trị xếp đặt ở vào khoảng giữa đầu và thân của á đơn vị
ARN ribôxôm 30S. 7-methylguanosine {2} của ARN ribôxôm 16S, vị trí thứ tự
số 526, nằm ở chỗ giáp giới 1/3 về phía trên và 2/3 về phía dưới của ARN
ribôxôm 30S. Liên kết chéo nội bộ của ARN ribôxôm 16S, 5S và 23S đã được

11

nghiên cứu. Chứng minh được liên kết chéo G41 và G72 ở bên trong ARN
ribôxôm 5S, loại liên kết chéo này thuộc phản ứng cấu trúc bậc ba, lợi dụng
phản ứng ấy rồi kiến lập một bộ phận mơ hình ba chiều phân tử ARN ribơxơm
5S cải tiến. Ngồi ra, việc nghiên cứu liên kết chéo ARN và prôtêin cũng là
phương pháp sắp xếp không gian phân tử ARN ribôxôm cực kì hữu dụng để
cho việc xác định đặc trưngbên trong á đơn vị.
ARN ribôxôm thông thường kết hợp nhất tề với prơtêin ribơxơm, hình
thành ribơxơm, nếu như ARN ribơxơm đi theo trên ribơxơm bị trừ bỏ đi, thì kết
cấu của ribôxôm sẽ phát sinh sập lún. Các protein ribôxôm chưa dư lượng cơ
bản (trái ngược với dư lượng axit) và dư lượng thơm (là phenylalanine,
tyrosine và trytophan) cho phép chúng hình thành các tương tác hóa học với
các vùng ARN liên kết của chúng , chẳng hạn như tương tác xếp chồng. Các
protein ribơxơm cũng có thể kết chéo với khung đường photphat của ARN với
các vị trí gắn kết bao gồm các dư lượng cơ bản (lysine và arginine). Tất cả
các protein ribơxơm (bao gồm các trình tự cụ thể liên kết với rARN) đã được
xác định. Những tương tác này cùng với sự liên kết của các tiểu đơn vị
ribosome nhỏ và lớn dẫn đến một ribôxôm hoạt động có khả năng tổng hợp
protein
ARN ribơxơm tổ chức thành hai tiểu đơn vị ribôxôm: tiểu đơn vị ribôxôm
lớn và tiểu đơn vị nhỏ. Giữa các tiểu đơn vị này, các loại rARN được sử dụng
để tạo thành tiểu đơn vị khác nhau. Hình : biểu thị ba chiều của ribôxôm

12


Trong hình đó, hiển thị  ARN ribơxơm, tách ra là á đơn vị nhỏ ở màu lam thẫm và á đơn vị 
lớn ở màu đỏ thẫm. Màu sắc nhạt đại biểu cho prơtêin ribơxơm.

1.1.

Ở Sinh vật nhân ngun thủy

Trong các ribơxơmcủa prokaryote (sinh vật nhân ngun thủy) như vi khuẩn, 
tiểu đơn vị ribơxơm nhỏ chứa một phân tử  rARN nhỏ (~ 1500 nucleotide) trong khi 
tiểu đơn vị ribơxơm lớn chứa một rARN nhỏ và một phân tử rARN lớn duy nhất (~  
3000 nucleotide). Chúng được kết hợp với ~ 50 protein ribơxơm để  tạo thành tiểu  
đơn vị ribơxơm. Có ba loại rARN được tìm thấy trong các ribơxơm prokaryotic: 23S 
và 5S rARN trong tiểu đơn vị lớn và 16S rARN trong tiểu đơn vị bé.
Cấu trúc ngun tử của tiểu đơn vị 30S từ Thermus thermophilus. Protein được 
hiển thị bằng màu xanh lam và chuỗi ARN đơn màu cam.

13


Cấu trúc ngun tử  của Tiểu đơn vị  50S từ  Haloarcula marismortui. Protein  
được hiển thị bằng màu xanh lam và hai chuỗi ARN có màu cam và vàng. Các mảng  
xanh nhỏ ở trung tâm của tiểu đơn vị là nơi hoạt động:

1.2.

Sinh vật nhân chuẩn

Trong các ribơxơm của sinh vật nhân chuẩn (eukaryote) như con người, tiểu 
đơn vị  bé chứa một rARN  nhỏ  (~ 1800 nucleotide) trong khi tiểu đơn vị  lớn chứa 
hai rRNA nhỏ  và một phân tử  rARN lớn (~ 5000 nucleotide). RARN eukaryote có 
hơn 70 protein ribơxơm tương tác để tạo thành các đơn vị ribơxơm đa hình lớn hơn 
và đa hình hơn so với prokaryote. Có bốn loại rRNA  ở sinh vật nhân chuẩn: 3 lồi  
trong tiểu đơn vị  lớn và 1 trong tiểu đơn vị  bé {3}. Nấm men là mơ hình truyền 
thống để quan sát trạng thái và q trình rARN của sinh vật nhân chuẩn, dẫn đến sự 
thiếu hụt trong đa dạng hóa nghiên cứu. Chỉ  trong thập kỷ  qua, những tiến bộ kỹ 

thuật (cụ  thể  là trong lĩnh vực Cryo­EM) đã cho phép điều tra sơ  bộ  về trạng thái  
của ribơxơm  ở  các sinh vật nhân chuẩn khác. Trong men, tiểu đơn vị  lớn chứa các 
rARN 5S, 5,8S và 28S. 5,8S và 28S kết hợp có kích thước và chức năng tương 
đương với phân nhóm 23S rRNA prokaryotic, trừ các phân đoạn mở rộng (ES) được 
định vị trên bề mặt của ribosome và chỉ được tìm thấy ở sinh vật nhân chuẩn. Một 
tiểu đơn vị bé nhân chuẩn có chứa tiểu đơn vị 18S rARN, cũng chứa ES. Phân đoạn  
mở  rộng của tiểu đơn vị  bé của sinh vật nhân chuẩn thường nhỏ  hơn so với tiểu  
đơn vị lớn. 

14


Tiểu đơn vị 60S được xem từ phía tiểu đơn vị bé của Tetrahymena
thermophila:

Cấu

trúc

của rARN có thể thay

đổi mạnh mẽ để ảnh hưởng đến tARN liên kết với ribosome trong quá trình
dịch mã các mARN khác. Trong rARN 16S, điều đó xảy ra khi một số
nucleotide trong rARN xuất hiện xen kẽ xen kẽ cặp bazơ giữa một nucleotide
này với một nucleotide khác, tạo thành một "hệ thống" làm thay đổi cấu trúc
của rARN. Q trình này có thể ảnh hưởng đến cấu trúc của tiểu đơn vị lớn và
và nhỏ của ribơxơm, cho thấy sự chuyển đổi hình dạng này trong cấu trúc
rARN ảnh hưởng đến toàn bộ ribosome trong khả năng khớp một codon với
anticodon của nó trong lựa chọn tARN cũng như giải mã mARN.
So sánh cấu trúc thứ cấp của rARN ở tiểu đơn vị bé của sinh vật nhân

thực và sinh vật nhân sơ.
So sánh cấu trúc thứ cấp của rARN ở tiểu đơn vị bé của sinh vật nhân
chuẩn chứa một số vùng khác so với các vùng tương tự trong vi khuẩn. Cấu
trúc tinh thể của á đơn vị ribôxôm 40S sinh vật nhân chuẩn là Saccharomyces
cerevisiae- là một loài nấm men được biết đến nhiều nhất có trong bánh mì, là
một loại vi sinh vật thuộc chi Saccharomyces lớp Ascomycetes ngành nấm và
T.thermophila là sinh vật lạ, nhân chuẩn đơn bào hình trứng, được tìm thấy
trong mơi trường nước ngọt so sánh với cấu trúc tinh thể ribosome 30S của vi
khuẩn. Thấy được:
­

Phần lớn cấu trúc tinh thể ở tiểu đơn vị bé của sinh vật nhân chuẩn
bao gồm cấu trúc thứ cấp tương tự vi khuẩn

15


­

Các đường xoắn ốc của sinh vật nhân chuẩn có điểm tương đương
với các xoắn của vi khuẩn ở một số khu vực .

\
Trình tự rARN của tiểu đơn vị bé và cấu trúc của chúng cho thấy rằng
một phần đáng kể trong cấu trúc của chúng được bảo tồn trong tất cả các sinh
vật đã biết. Các khu vực khác được bảo tồn trong ba sinh vật phát sinh gen
chính làarcharchaea, vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn. So sánh với vi khuẩn
cổ và vi khuẩn, một vài trong số chín vùng biến chính (V1, V9) trong rARN ở
tiểu đơn vị bé có sự xâm nhập lớn vào các sinh vật trong miền phát sinh sinh
vật nhân chuẩn. Mặc dù người ta cho rằng cấu trúc thứ cấp rARN được bảo

tồn ở sinh vật nhân chuẩn, vi khuẩn cổ và vi khuẩn sẽ tạo thành cấu trúc ba
chiều giống nhau, một câu hỏi khó khăn hơn là liệu có bất kỳ yếu tố cấu trúc
nào trong các khu vực biến đổi nhân chuẩn khơng có sự tương đồng rõ ràng
trong cấu trúc thứ cấp ở vi khuẩn mà có thể tạo thành cấu trúc ba chiều tương
tự.
2. Quá trình lắp ráp rARN thành ribôxôm.

Sựkêt hợp và lắp ráp rARN vào các ribôxôm bắt đầu bằng việc gấp, sửa
đổi, xử lý và lắp ráp với các protein ribôxôme để tạo thành hai tiểu đơn vị
ribôxôm, lớn và nhỏ. Ở sinh vật nhân nguyên thủy (sinh vật nhân sơ) xảy ra
trong tế bào chất do thiếu thiếu các bào quan liên kết màng. Tuy nhiên, ở sinh
vật nhân chuẩn, quá trình này chủ yếu diễn ra trong nhân tế bào và được bắt
đầu bằng quá trình tổng hợp tiền ARN. Điều này đòi hỏi sự hiện diện của cả
ba polymerase ARN. Trên thực tế, quá trình phiên mã tiền ARN bằng ARN

16


polymerase chiếm khoảng 60% tổng số ARN phiên mã của tế bào{4}. Tiếp
theo là sự gấp lại của tiền ARN để nó có thể được lắp ráp với các protein
ribơxơm. Sự gấp khúc này được xúc tác bởiedonuclease và exonuclease
(enzyme cắt liên kết phosphodiester trong một chuỗi polynucleotide)… rARN
sau đó trải qua quá trình xử lý endo- và exonucleolytic để loại bỏ các bộ đệm
được phiên mã bên ngoài và bên trong. Tiền ARN sau đó trải qua các sửa đổi
như methyl hóa hoặc pseudourid502 trước các yếu tố lắp ráp ribôxôm và
protein ribôxôm lắp ráp với tiền ARN để tạo thành các hạt tiền ribôxôm. {5}Sau
khi trải qua các bước hồn thiện hơn và thốt ra khỏi hạt nhân vào tế bào
chất, các hạt này kết hợp với nhau để tạo thành các ribôxôm. Dư lượng cơ
bản và thơm được tìm thấy trong cấu trúc chính của rARN cho phép tương tác
xếp chồng thuận lợi và thu hút các protein ribôxôm, tạo ra hiệu ứng liên kết

chéo giữa xương sống của rARN và các thành phần khác của đơn vị ribôxôm.
PHÂN LOẠI

III.

Ribôxôm của sinh vật nhân nguyên thuỷ và sinh vật nhân thật được chia ra
làm hai á đơn vị tách biệt lẫn nhau. Các loài đại diệncho các rARN tương ứng
của chúng là vi khuẩn Escherichia coli (prokaryote- sinh vật nhân nguyên thủy)
và người (eukaryote-sinh vật nhân thật).
Lưu ý rằng "nt" biểu thị độ dài của loại rARN trong nucleotide và "S"
(chẳng hạn như trong "16S) đại diện cho các đơn vị Svedberg

Loại sinh vật

Loại
ribosome

hình Á đơn vị lớn

A đơn vị nhỏ

Sinh vật nhân nguyên 70S
thủy

50S(5S: 120nt và 23S: 30S(16S:1542nt
2906nt)
)

Sinh vật nhân thật

60S(5S: 121nt, 5,8S: 40S(18S:1869nt
156nt và 2,8S: 5070nt) )

17

80S


1. Ở sinh vật nguyên thủy.
Trong ribôxôm 70S của tế bào nhân nguyên thuỷ theo học thuyết nội
cộng sinh bao gồm ba chủng loại ARN ribơxơm mà hệ số chìm xuống khơng
giống nhau, trong đó trong á đơn vị ribơxơm 30S bao gồm ARN ribôxôm 16S,
trong á đơn vị ribôxôm 50S bao gồm ARN ribôxôm 5S và ARN ribôxôm
23S. Ba chủng loại ARN ribôxôm này về phương diện kết cấu có sự khơng
giống nhau rõ ràng. Đầu 3 'của RNA ribosome 16S (trong một ribosome) nhận
ra một chuỗi ở đầu 5' của mRNA được gọi là chuỗi Shine-Dalgarno.

1.1. rARN 16S
1.1.1.

Kich thước
Khối lượng phân tử tương đối của ARN ribôxôm 16S khoảng chừng là

0,6 MDa,độ dài khoảng chừng là 1540 nt {6}.Trong quá trình lắp đặt cấu thành
á đơn vị ARN ribôxôm 30S, ARN ribôxôm kết hợp với prôtêin ribôxôm của nó
như S4, S7, S8, S15, S17 và S20 trước tiên thật hiện thành phức hợp sơ cấp.
ARNribơxơm 16S có khoảng chừng một nửa nuclêơtít hình thành
đơi nuclêơbazơ trong liên kết, khiến cho nó có sẵn khoảng chừng 60 cái xốy
ốc; trong phân tử một bộ phận chưa sánh đơi thì hình thành vịng xung đột.
Khi nồng độ đủ đạt tới sự tồn tại, ARN ribôxôm được tách ra ở trạng thái khít

sát, tương tự với kết cấu của á đơn vị ribơxơm 30S. Sau đó phát hiện một ít
trình tự trong ARN ribơxơm 16S có liên quan với sự kết hợp của á đơn vị
ribôxôm 30S

1.1.2. Chức năng:
- Giống như ARN ribơxơmlớn (23S), nó có vai trị cấu trúc, hoạt động như
một khung xác định vị trí của các protein ribôxôm
- Đầu 3 chứa chuỗi chống Shine-Dalgarno, liên kết ngược dòng với codon
khởi đầu AUG trên mARN. ARN 3S kết thúc với các protein S1 và S21 được
biết là có liên quan đến việc bắt đầu tổng hợp protein {7}

18


- Tương tác với 23S, hỗ trợ sự gắn kết của hai tiểu đơn vị ribôxôm (50S và
30S)
- Ổn định cặp codon-anticodon chính xác trong vị trí A, thơng qua sự hình
thành liên kết hydro giữa nguyên tử N1 của dư lượng adenine 1492 và 1493
và nhóm 2′OH của xương sống mARN

1.1.3. Ứng dụng:
Phân tích trình tự ARN ribơxơm 16S là một loại kĩ thuật khá tinh xác mà
trước mắt tiến hành trong nghiên cứu phân loại học đối với vi khuẩn. Thuận
theo sự phát triển nhanh của sinh vật học phân tử và ứng dụng kĩ thuật đó
trong nghiên cứu vi sinh vật y học, nghiên cứu về ARN ribôxôm 16S được coi
là cơ sở phân loại vi sinh vật cũng dần dần đứng lên phát triển, đồng thời
được thừa nhận đồng ý đến rộng khắp.
Một bộ phận ARN ribôxôm 16S mà xếp đặt ở vào điểm định vị A của
ribơxơm 70S của sinh vật nhân ngun thuỷ chính là mục tiêu tác dụng
của chất kháng sinh Aminoglycoside, chất kháng sinh loại đó thơng qua sự kết

hợp với điểm định vị A của ARN ribôxôm 16S cho nên ngăn cấm quá trình
phiên dịch sinh vật nhân nguyên thuỷ.Song, enzim metyl hố ARN ribơxơm
16S do plasmid chỉ đạo làm trung gian đến lấy ARN ribơxơm 16S để metyl
hố, từ đó dẫn đến vi khuẩn sản sinh tính kháng thuốc khá cao về chất kháng
sinh loại đó

1.2. rARN 5S
Về  cơ  bản trong á đơn vị  lớn của tất cả  ribơxơm 70S và ribơxơm 80S (ngoại 
trừ  ribơxơm ti thể  của thiểu số nấm, thiểu số động vật ngun sinh và thiểu số 
động vật cấp khá cao) đều có chứa ARN ribơxơm 5S.

1.2.1. Kích thước :
Khối  lượng  phân  tử  tương  đối  của  ARN  ribôxôm  5S khoảng  chừng  là  40 
KDa,độ  dài khoảng chừng là 120 nt, trong phân tử  có năm cái xốy  ốc. Nó kết hợp 
với prơtêin ribơxơm L5, L18 và L25 ở trong á đơn vị ribơxơm 50S của ribơxơm 70S. 
Nuclêơtít khoảng chừng 60% của ARN ribơxơm 5S đã hình thành đơi nuclêơbazơ 
trong liên kết.ở sinh vật nhân sơ, gen rRNA 5S thường nằm trong các operon rRNA  

19


ở  hạ  lưu của rRNA tiểu đơn vị  lớn và nhỏ, và được phiên mã thành tiền thân đa 
nang.

Cấu trúc thứ cấp và  trình tự của rARN 5S được dự đốn 

Sử dụng nhiều kỹ thuật phân tử, bao gồm kính hiển vi điện tử miễn dịch, liên 
kết ngang hóa học liên phân tử và tinh thể học tia X, vị trí của rARN 5S trong tiểu  
đơn vị  ribosome lớn đã được xác định rất chính xác.  Ở  vi khuẩn và vi khuẩn cổ,  
tiểu đơn vị ribosome lớn bao gồm hai phân tửARN, 5S rARN và một ARN lớn hơn  

khác được gọi là 23S rARN, cùng với nhiều protein liên quan.    Ở  sinh vật nhân 
chuẩn, tiểu đơn vị  ribơxơm lớn chứa rRNA 5S, 5,8S và 28S và thậm chí nhiều  
protein hơn. Cấu trúc của tiểu đơn vị lớn trong 3 chiều cho thấy một bề mặt tương  
đốí nhẵn và bề mặt đối diện có ba hình chiếu, đáng chú ý là phần nhơ ra L1, phần  
nhơ ra trung tâm (CP) và cuống L7 / L12. Phần nhơ ra L1 và cuống L7 / L12 được bố 
trí bên cạnh CP. RARN 5S được đặt trong CP và tham gia vào sự hình thành và
cấu trúc của dự báo này. Các thành phần chính khác của sự phóng xạ trung
tâm bao gồm rARN 23S (hoặc thay thế 28S ở sinh vật nhân chuẩn) và một số
protein bao gồm L5, L18, L25 và L27.

1.2.2. Vai trị:
­

Trong lắp ráp ribơxơm: ở sinh vật nhân chuẩn, ribôxôm tế bào được tập

hợp từ bốn rARN và hơn 80 protein. Sau khi được phiên mã, 3 'đầu của 5S

20


rARN được xử lý bởi các exonuclease Rex1p, Rex2p và Rex3p. Các tiểu đơn
vị ribosome 60S và 40S được xuất khẩu từ nhân đến tế bào chất nơi chúng
tham gia để tạo thành ribơxơm 80S trưởng thành và có khả năng dịch mã.Việc
rARN 5s được tích hợp vào ribosome vẫn còn gây tranh cãi, nhưng người ta
thường chấp nhận rằng 5S rARN được tích hợp vào hạt 90S, tiền thân của hạt
60S, là một phần của phức hợp RNP độc lập với ribosome được hình thành
bởi 5S rARN và protein ribôxôm L5. Như vậy ARN ribôxôm 5S là một bộ phận
của á đơn vị ribôxôm 50S ở sinh vật nhân ngun thuỷ.

­

ARN ribơxơm 5S có sẵn một trình tự bù đắp hỗ tương với trình tự quy

đặc biệt của ARN vận chuyển.

­

Là một loại thiết bị cảm biến, đạt tới xúc tiến trong ribôxôm sự giao lưu

của các trung tâm chức năng và tiến hành tổ chức phiên dịch.Hoạt tính enzim
di chuyển peptidyl của ribôxôm do khuyết thiếu ARN ribôxôm 5S sẽ giảm
xuống

1.2.3.
­

Protein quan trọng tương tác với 5S rARN:
La protein: Sự tương tác của 5S rARN với protein La ngăn chặn sự

thối hóa của ARN bởi các exonuclease trong tế bào. La protein được tìm
thấy trong nhân trong tất cả các sinh vật nhân chuẩn và liên kết với một số loại
ARN được phiên mã bởi RNA pol III. La protein tương tác với các ARN này
(bao gồm 5S rARN) thông qua đường 3 'oligo-uridine của chúng, giúp ổn định
và gấp ARN. {8}

­

Protein L5: Trong các tế bào nhân chuẩn, protein ribôxôm L5 liên kết và

ổn định rARN 5S tạo thành một hạt ribonucleoprotein tiền ribơxơm (RNP)

được tìm thấy trong cả cytosol và nhân. Thiếu L5 ngăn cản sự vận chuyển 5S
rARN đến nhân và dẫn đến giảm sự lắp ráp ribôxôm {8}

­

Và các protein khác : Ở sinh vật nhân nguyên thủy, rARN 5S liên kết với

protein ribôxôm L5, L18 và L25, trong khi ở sinh vật nhân thực 5S rARN chỉ
được biết là liên kết với protein ribôxôm L5.  Ở  T. brucei, tác nhân gây bệnh ngủ, 

21


5S rARN tương tác với hai protein liên kết ARN liên quan chặt chẽ, P34 và P37, có  
kết quả mất ở mức độ rARN 5S tồn cầu thấp hơn {8}

1.3. rARN 23S
1.3.1. Kích thước:
Khối lượng phân tử  tương đối của ARN ribơxơm 23S khoảng chừng là 1,2 
Mda {9}, độ  dài khoảng chừng là 2900 nt, từ  một nửa phân tử  trở  lên lấy liên kết 
đơi trong phân tử làm hình thức tồn tại, sản sinh vượt hơn 100 cái xốy ốc. Nó kết 
hợp với prơtêin ribơxơm L1, L2, L3, L4, L9 và L23 ở trong á đơn vị ribơxơm 50S của 
ribơxơm 70S hình thành phức hợp sơ cấp. Nghiên cứu theo phương pháp kính hiển  
vi điện tử  của ARN ribơxơm 23S  ở  trạng thái khít sát tỏ  rõ, hình dạng của ARN 
ribơxơm 23S tương tự với á đơn vị ribơxơm 50S. Đây là hình ảnh về sự sắp xếp 3D  
của rARN 23S và 5S trong tiểu đơn vị  ribosome Escherichia coli 50S dựa trên cấu  
trúc kính hiển vi điện tử cryo:

Hoạt động peptidyl transferase của ribơxơm nằm trong miền V của rARN này 
và miền này là vị trí liên kết phổ biến nhất đối với các kháng sinh ức chế dịch mã.  

Một nhân tố  nổi tiếng của nhóm kháng sinh này, chloramphenicol, hoạt động bằng 
cách ức chế sự hình thành liên kết peptide, với các nghiên cứu cấu trúc 3D gần đây  

22


cho  thấy  hai  vị   trí   gắn  kết  khác   nhau  tùy  thuộc   vào  lồi  ribơxơm.   Linezolid  và  
quinupristin­dalfopristin cũng liên kết với rARN 23S và tính kháng chéo đã được 
chứng minh giữa các kháng sinh này. Tương đồng eukaryote của rARN 23S là ARN 
ribơxơm 28S, với một vùng được lấp đầy bởi ribơxơm R 5,8S.

1.3.2. Chức năng:
Peptidyl transferase là một aminoacyltransferase cũng như chức năng enzyme
chính của ribosome, hình thành liên kết peptide giữa các axit amin liền kề bằng
cách sử dụng tARN trong q trình dịch mã hóa sinh tổng hợp protein.Nói
chung, rARN có chức năng thiết yếu là peptidyl transferase. Cả peptidyl-tARN
và aminoacyl-tARN đều quan trọng để tổng hợp protein và đáp ứng
transpeptidation. Tuy nhiên, các vị trí rARN 23S là G2252, A2451, U2506 và
U2585 có chức năng quan trọng để liên kết tARN trong vị trí P của tiểu đơn vị
ribơxơm lớn. Những nucleotide biến đổi trong vị trí P có thể ức chế peptidyltARN khỏi liên kết và cũng vẫn can thiệp điều chỉnh U2555 bằng cách chuyển
peptidyl-tARN sang puromycin. Hơn nữa, việc sửa đổi hóa học của một nửa
các vị trí này G2251, G2253, A2439 và U2584 khơng thể ngăn chặn liên kết
tARN. Peptidyl-tARN của tiểu đơn vị 50S liên kết với vị trí P bảo tồn tám vị trí
của 23S rARN khỏi sự biến đổi hóa học. Mặt khác, 23S rARN tác động đến đột
biến cho sự phát triển của tế bào. Đột biến A1912G, A1919G và Ψ1917C có
kiểu hình tăng trưởng mạnh mẽ và chúng ngăn cản dịch mã trong khi đột biến
A1916G có kiểu hình tăng trưởng đơn giản và dẫn đến khiếm khuyết trong các
tiểu đơn vị 50S. {10}

2. Ở sinh vật nhân thật:

Trong ribơxơm 80S có chứa bốn chủng loại ARN ribơxơm mà hệ số chìm
xuống khơng giống nhau, trong đó, trong á đơn vị ribôxôm 40S (á đơn vị nhỏ)
bao gồm ARN ribôxôm 18S, nhưng mà trong á đơn vị ribôxôm 60S (á đơn vị
lớn) bao gồm ARN ribôxôm 5S, ARN ribôxôm 5,8S và ARN ribôxôm 28S.
Ngược lại, sinh vật nhân thật (hay sinh vật nhân chuẩn ) thường có nhiều
bản sao của gen rARN được tổ chức lặp lại song song. Ở người, có khoảng
300- 400 lần lặp lại có mặt trong năm cụm, nằm trên nhiễm sắc thể 13

23


(RNR1), 14 (RNR2), 15 (RNR3), 21 (RNR4) và 22 (RNR5). Con người có 10
cụm rADN bộ gen, tổng cộng chiếm chưa đến 0,5% bộ gen của con người.
Trước đây người ta đã chấp nhận rằng các chuỗi rADN lặp lại giống hệt nhau
và được dùng để giải thích cho các lỗi sao chép tự nhiên và đột biến điểm.
Tuy nhiên, sự thay đổi trình tự trong rADN (và sau đó là rARN) ở người trên
nhiều nhiễm sắc thể đã được quan sát ở cả trong và giữa các cá thể người.
Nhiều trong số các biến thể này là các chuỗi palindromic (trình tự axit nucleic
trong phân tử ADN hoặc ARN chuỗi kép trong đó đọc theo một hướng nhất
định trên một chuỗi khớp với trình tự đọc theo cùng một hướng trên chuỗi bổ
sung) và các lỗi tiềm ẩn do sao chép. Một số biến thể nhất định cũng được thể
hiện theo cách thức mô cụ thể ở chuột.
Cấu trúc bậc ba của ARN ribôxôm tiểu đơn vị nhỏ đã được giải quyết
bằng tinh thể học tia X. Cấu trúc thứ cấp của tiểu đơn vị nhỏ ribôxôm chứa 4
miền riêng biệt, các miền 5', trung tâm, 3' chính và 3 '. Một mơ hình cấu trúc
thứ cấp cho miền 5 '(500-800 nucleotide) được hiển thị. ARN ribôxôm tiểu đơn
vị nhỏ, miền 5 'được lấy từ cơ sở dữ liệu Rfam. Ví dụ này là RF00177, một
mảnh từ vi khuẩn chưa được nuôi cấy:

24

2.1 rARN 18S
ARN ribơxơm 18S (viết tắt 18S rARN) là một phần của ARN ribơxơm.RARN  
18S  ở  tiểu đơn vị  bé của ribơxơm một thành phần của sinh vật nhân chuẩn (40S).  
18S rARN là ARN cấu trúc cho thành phần nhỏ của ribơxơm tế bào nhân thực, và do 
đó là một trong những thành phần cơ bản của tất cả các tế bào nhân thực . 

2.1.1. Kích thước:
 Khối lượng phân tử  tương đối của nó khoảng chừng là 0,7 Mda,{9}độ  dài 
khoảng chừng là 1900 nt. ARN ribơxơm 18S ngồi hơi dài hơn ARN ribơxơm 16S lại 
nhiều cánh tay và kết cấu vịng thêm, kết cấu khơng gian của hai loại chúng nó vơ  
cùng giống nhau,tác dụng đi xây dựng trong ribơxơm cũng giống nhau cơ bản.

2.1.2. Ứng dụng:
Các gen mã hóa cho 18S rARN được gọi là gen 18S rARN. Dữ liệu trình tự từ 
các gen này được sử dụng rộng rãi trong phân tích phân tử để tái tạo lại lịch sử tiến 
hóa của các sinh vật, đặc biệt là  ở  động vật có xương sống, vì tốc độ  tiến hóa 
chậm của nó làm cho nó phù hợp để tái tạo các phân kỳ cổ xưa
Gen rARN 18S tiểu đơn vị nhỏ là một trong những gen được sử dụng thường  
xun nhất trong các nghiên cứu phát sinh gen và là dấu hiệu quan trọng chophản 

25