acid nucleic và vai trò trong tổng hợp protein

Nội dung
Phiên mã (Transcription)
Mã di truyền
Dịch mã


6.1. Phiên mã (Transcription)
6.1.1. Đặc điểm chung của quá trình phiên mã
➢ Quá trình chuyển thông tin di truyền từ DNA sang RNA được gọi là sự
phiên mã
✓ Diễn ra dưới tác dụng của các enzyme RNA polymerase.
✓ Vùng DNA chứa gen được mở xoắn cục bộ, chỉ một sợi đơn gọi là sợi
có nghĩa (sense strand) được dùng làm khuôn (template) cho tổng hợp
RNA.
✓ Phản ứng tổng hợp RNA diễn ra theo nguyên tắc bổ sung và được kéo
dài theo chiều 5’-3’, ngược với chiều của sợi khuôn.
✓ Nguyên liệu cho quá trình tổng hợp là bốn loại ribonucleoside
triphosphate: ATP, UTP, GTP và CTP.
✓ Sản phẩm của phiên mã là các RNA sợi đơn (single RNAs).
✓ Sự khởi đầu và kết thúc của phiên mã phụ thuộc vào các tín hiệu điều
hòa là các trình tự DNA đặc thù nằm trước và sau gen được phiên mã


6.1.2. Sự phiên mã ở Prokaryotae
✓ Chỉ có một loại RNA polymerase chịu trách nhiệm tổng hợp tất cả các
loại RNA.
✓ mRNA thường chứa thông tin nhiều gen nối tiếp nhau (polycistronic
mRNA)
➢ Quá trình này được chia làm 4 giai đoạn

▪ Giai đoạn nối (binding): RNA polymerase bám vào DNA ở vị trí
promoter.
▪ Giai đoạn khởi đầu (initiation) của quá trình tổng hợp RNA.
▪ Giai đoạn kéo dài (elongation) chuỗi RNA.

▪ Giai đoạn kết thúc phiên mã (termination) , đặc trưng bởi sự giải
phóng sợi RNA và RNA polymerase ra khỏi khuôn DNA


Hình 6.1.
Quá trình
phiên mã ở
Prokaryotae


6.1.3. Sự phiên mã ở Eukaryotae và chế biến mRNA
✓ RNA polymerase II chịu trách nhiệm tổng hợp mRNA, hai RNA
polymerase khác tổng hợp rRNA của ribosome và các loại RNA khác.
✓ mRNA chứa thông tin của 1 gen (monocistronic mRNA)
✓ Quá trình phiên mã diễn ra phức tạp hơn nhiều so với Prokaryotae. Ở
đầu 5’ của mRNA có gắn thêm “mũ” là 7 metylguanosine, còn cuối mRNA
có thêm đuôi polyadenine.
✓ Đặc biệt là bản phiên mã đầu tiên (primary transcript) còn gọi là tiền
mRNA (premessager mRNA) chưa được sử dụng trực tiếp mà phải qua
quá trình chế biến
✓ Các gen gián đoạn
✓ Trên gen có các đoạn mã hóa cho protein được gọi là exon xen kẽ
với các đoạn không mã hóa cho protein gọi là intron
✓ Quá trình chế biến tiền mRNA tạo RNA trưởng thành, tức là cắt
intron, nối exon lại với nhau được gọi là splicing

6.1.3. Sự phiên mã ở Eukaryotae
➢ Diễn biến phiên mã
▪ Giai đoạn mở đầu (gắn “mũ”)
▪ Hình thành đuôi poly-A ở đầu 3’−OH

▪ Cắt bỏ intron và nối các exon (splicing)


Hình 6.2. Sự hình thành đuôi poly -A



6.2. Mã di truyền
➢ Ba tiến bộ quan trọng tạo nền tảng

kiến thức cho sự hiểu biết về sinh
tổng hợp protein
➢ Paul Zamecnik và các cộng sự
(1960) điều tra nơi tổng hợp protein
trong tế bào

➢ Hoagland và Zamecnik khi họ tìm
thấy amino acid đã được hoạt hóa khi
ủ với ATP và cytosol của tế bào gan
tạo dạng aminoacyl-tRNA

Hình 6.3. Ribosome và lưới nội sinh chất

➢ Francis Crick về cách thông tin di (endoplasmic reticulum). Bản vẽ sơ đồ các vị
trí và hình ảnh thật dưới kính hiển vi của một
truyền được mã hóa trong 4 kí tự của phần tế bào tụy cho thấy ribosome đính ở
nucleic acid mà có thể được dịch mặt ngoài (cytosol) của lưới nội sinh chất

sang 20 kí tự của protein


6.2. Mã di truyền
➢ Khái niệm về mã di truyền

➢ Mã di truyền là trình tự các nucleotide trên DNA quyết định trình tự
của amino acid trên protein tương ứng
➢ Có 20 amino acid nhưng chỉ có 4 loại nucleotide trong DNA.
➢ Số tổ hợp bộ ba có thể có từ 4 nucleotide là 43=64
➢ Trong bộ mã di truyền, một bộ ba nucleotide được gọi là codon


6.2. Mã di truyền
➢ Đặc tính của mã di truyền
➢ Một codon là một bộ ba nucleotide mã hóa cho một amino acid đặc hiệu
➢ Dịch mã xảy ra theo cách các bộ ba nucleotide được đọc lần lượt, không có
sự chồng lặp

➢ Mã di truyền không có dấu phẩy, hay dấu chấm
➢ Thông tin được đọc theo một chiều, bắt đầu từ một điểm xác định
➢ Mã di truyền mang tính phổ biến
➢ Mã di truyền mang tính thoái hóa (degenerate)

➢Mã di truyền có những bộ ba khởi đầu và kết thúc đặc hiệu

6.2. Mã di truyền


6.3. Dịch mã
➢ Dịch mã là quá trình các thông tin di truyền chứa trong các trình tự
nucleotide của mRNA được sử dụng để tạo ra các chuỗi amino acid trong
protein
➢ Bộ máy dịch mã bao gồm bốn thành phần quan trọng là mRNA, tRNA,

aminoacyl tRNA synthetase và ribosome
➢ Dịch mã xảy ra ở tế bào chất
➢ Ở sinh vật prokaryotae, hai quá trình dịch mã và phiên mã xảy ra đồng
thời

➢ Ở sinh vật eukaryotae, hai quá trình này xảy ra độc lập ở hai vị trí khác
nhau.


6.3. Dịch mã
6.3.1. Các ribosome
6.3.2. Sự hoạt hoá và vận chuyển amino acid
6.3.3. Các giai đoạn của quá trình dịch mã


6.3.1. Các ribosome
➢ Mỗi ribosome bao gồm một tiểu đơn vị lớn và một tiểu đơn vị nhỏ
➢ Tiểu đơn vị lớn chứa trung tâm peptidyl transferase, trung tâm gắn
các yếu tố

➢ Tiểu đơn vị nhỏ chứa trung tâm giải mã

➢ Mỗi tiểu đơn vị đều được cấu tạo bởi các RNA ribosome (rRNA) và
các protein ribosome
➢ Trong quá trình dịch mã, tiểu đơn vị lớn và tiểu đơn vị nhỏ của mỗi
ribosome liên kết với nhau và với mRNA

➢ Sau mỗi vòng tổng hợp protein, chúng lại rời nhau ra


6.3.1. Các ribosome
➢ Các vị trí gắn tRNA trên
ribosome
➢A

vị

là

trí

gắn

aminoacyl-tRNA (tRNA có
mang amino acid).
➢ P là vị trí gắn peptidyltRNA

(tRNA

có

mang

chuỗi polypeptide).
➢ (exit) là vị trí gắn tRNA
mà được phóng thích sau

khi
được

chuỗi

polypeptide

chuyển

aminoacyl-tRNA

sang

Hình 6.6. Các thành phần chức năng của ribosome


6.3.1. Các ribosome
➢ Các kênh của ribosome
➢ Cho phép mRNA đi vào và đi ra khỏi ribosome, và kênh cho phép

chuỗi polypeptide mới sinh đi ra khỏi ribosome.
➢ mRNA đi vào và đi ra khỏi trung tâm giải mã của ribosome thông qua
hai kênh hẹp tại tiểu đơn vị nhỏ

➢ Một kênh xuyên qua

tiểu đơn vị

lớn

tạo lối thoát cho chuỗi

polypeptide mới được tổng hợp
➢ Khái niệm polyribosome
➢ mỗi mRNA có thể được dịch mã đồng thời bởi nhiều ribosome

➢ Một mRNA mang nhiều ribosome được xem là polyribosome hay
polysome
➢ 80 nucleotide của mRNA cho mỗi ribosome


6.3.2. Sự hoạt hoá và vận chuyển amino acid
➢ Các phân tử tRNA làm nhiệm vụ vận chuyển các amino acid cho quá trình
tổng hợp protein


6.3.2. Sự hoạt hoá và vận chuyển amino acid
➢ Sự nhận diện amino acid chính xác là dựa vào kích thước, sự tích điện
và gốc R khác nhau của các amino acid

➢ Sự nhận diện tRNA dựa vào các trình tự nucleotide khác nhau của tRNA
➢Có hai loại tRNA synthetase:
➢ Loại I bao gồm các synthetase gắn các amino acid như Glu, Gln, Arg,
Cys, Met, Val, Ile, Leu, Tyr, Trp vào nhóm 2'-OH

➢ Loại II gồm các synthetase gắn các amino acid như Gly, Ala, Pro,
Ser, Thr, His, Asp, Asn, Lys, Phe vào nhóm 3'-OH


6.3.3. Các giai đoạn của quá trình dịch mã
➢ Bắt đầu bằng sự gắn của mRNA và một tRNA khởi đầu với tiểu đơn vị

nhỏ tự do của ribosome
➢ Phức hợp tiểu đơn vị nhỏ-mRNA thu hút tiểu đơn vị lớn đến để tạo nên
ribosome nguyên vẹn với mRNA được kẹp giữa hai tiểu đơn vị
➢ Sự tổng hợp protein được bắt đầu tại codon khởi đầu ở đầu 5' của mRNA

và tiến dần về phía 3‘
➢ Khi ribosome gặp codon kết thúc thì quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide
kết thúc
➢ Quá trình dịch mã được chia thành ba giai đoạn là khởi đầu, kéo dài và
kết thúc


6.3.3. Các giai đoạn của quá trình dịch mã
➢ Giai đoạn khởi đầu

➢ Ở prokaryotae
➢ Các yếu tố khởi đầu (IF: initiation factor)
➢ IF1 giúp tiểu đơn vị nhỏ gắn vào mRNA và ngăn cản các tRNA
gắn vào vùng thuộc vị trí A trên tiểu đơn vị nhỏ

➢ IF2 là một protein gắn và thủy phân GTP
➢ IF3 ngăn cản tiểu đơn vị nhỏ tái liên kết với tiểu đơn vị lớn và

gắn với các tRNA mang amino acid


6.3.3. Các giai đoạn của quá
trình dịch mã
➢ Bước 1: Tiểu đơn vị nhỏ gắn vào

codon khởi đầu
➢ Bước 2: tRNA đầu tiên có mang
methionine biến đổi đến gắn trực tiếp với
tiểu đơn vị nhỏ

➢ Bước 3: Hình thành phức hợp khởi
đầu 70S


6.3.3. Các giai đoạn của quá trình dịch mã
➢ Giai đoạn khởi đầu

➢ Ở Eukaryotae
➢ Các yếu tố khởi đầu (eIF: eukaryotae initiation factor)
➢eIF3 và eIF1A (tương tự với IF3 ở prokaryote) tách rời ra thành
tiểu đơn vị lớn và tiểu đơn vị nhỏ

➢ eIF2 và eIF5B gắn với GTP làm trung gian gian thu hút tRNA
khởi đầu đã gắn methionine đến tiểu đơn vị nhỏ
➢ eIF4F, eIF4B giúp nhận dạng mũ 5’ mRNA