so sánh phiên mã ở prokaryote và eukaryote (sau chỉnh sửa)

Chủ đề 2: So sánh phiên mã tổng hợp mRNA
ở prokaryote và eukaryote


Bố cục chính của bài thuyết trình
1. Khái quát về phiên mã và mRNA

2. Những điểm giống nhau trong phiên mã
tổng hợp mRNA ở prokaryote và eukaryote

3. Những điểm khác nhau trong phiên mã
tổng hợp mRNA ở prokaryote và eukaryote


Khái quát về phiên mã và mRNA


Khái niệm về phiên mã
• Phiên mã là một quá trình rất phức tạp diễn ra bởi sự tham gia của
nhiều loại enzyme, nhân tố phiên mã,… để tổng hợp nên RNA từ một
đoạn gen. Gen có thể là một đoạn DNA mạch đơn hoặc mạch kép hay
thậm chí là một đoạn RNA mạch đơn hoặc mạch kép.
• mRNA sẽ là khuôn cho quá trình dịch mã tổng hợp protein
• Phản ứng phiên mã được xúc tác bởi enzyme RNA polymerase
• Ngoài phiên mã tạo mRNA chứa thông tin tổng hợp protein thì quá
trình phiên mã còn tạo ra các loại RNA khác như RNA vận chuyển
tRNA, RNA ribosome hay rRNA,...


Chức năng của phiên mã
• Những sự sống đầu tiên trên trái đất được cho là bắt nguồn từ các

RNA tự sao chép do đây là đại phân tử duy nhất có khả năng xúc tác
và mang mã di truyền.
• Trong quá trình tiến hóa, protein hay cụ thể là các enzyme đã thay thế
dần vai trò xúc tác của RNA do protein dạng chuỗi có thể tạo ra nhiều
cấu trúc phức tạp và đa dạng hơn.
• Thêm vào đó, cấu trúc mạch đơn cũng bộc lộ điểm yếu khi dễ dàng bị
tổn thương dưới những tác động nhẹ như pH. Vì vậy, DNA – có cấu
trúc mạch đôi bền vững hơn đã dần thay thế cho RNA trong việc
mang thông tin di truyền.
• Phiên mã được coi như sự liên kết giữa RNA và DNA cho phép vẫn có
thể dùng các axit nucleic như một vật liệu ổn định và vẫn có thể sử
dụng những “cỗ máy” tổng hợp protein đã sẵn có.


Khái niệm về messenger RNA
• là một loại RNA mang bộ ba mã di truyền được tổng hợp trực tiếp từ
gen trên DNA trong nhân, ra ngoài vùng nhân làm khuôn dịch mã
tổng hợp nên chuỗi pôlypeptit.
• Về mặt chức năng, thì RNA thông tin như là một bản sao mang các
thông tin di truyền trên gen, nghĩa là nó làm nhiệm vụ truyền đạt bản
thiết kế protein bậc I do gen quy định. Bởi thế, người ta còn có thể gọi
nó là RNA liên lạc hoặc RNA làm nhiệm vụ truyền đạt thông tin.
• DNA là một đại phân tử với cấu trúc rất lớn và phức tạp vì vậy việc
tổng hợp trực tiếp protein trên DNA sẽ là rất khó khăn. mRNA với các
đoạn ngắn hơn chứa đầy đủ thông tin di truyền tổng hợp protein
được cho là lựa chọn tối ưu hơn trong trường hợp này.
• ARN thông tin được viết tắt là mARN

Những điểm giống nhau trong phiên mã tổng hợp
mRNA ở prokaryote và eukaryote


Những điểm giống nhau
• Ở cả hai loài thì mỗi loại gen lại chỉ phiên mã tạo ra một RNA nhất định.
• Đều có đơn phân là các nucleotide acid A (Adenine), G (Gaunine), U
(Uracil), C (Cytosine).
• Vùng DNA chứa phải mở xoắn cục bộ để phiên mã và chỉ có mạch antisense
mới dùng để phiên mã.
• Quá trình phiên mã ở cả prokaryote và eukaryote đều được thực hiện bởi
enzyme RNA polymerase.
• Phản ứng trùng hợp RNA diễn ra kéo dài RNA theo chiều 5’-3’ (ngược chiều
của sợi khuôn) và theo nguyên tắc bổ xung.
• Quá trình phiên mã phụ thuộc vào các tín hiệu và trình tự đặc thù của DNA.
Tín hiệu khởi tạo tại vùng promoter và tín hiệu kết thúc quá trình tại vùng
kết thúc terminator.
• Sản phẩm cuối cùng của quá trình là mRNA sợi đơn.


Promoter hay vùng khởi động
Là vùng mà enzyme RNA polymerase sẽ bám vào để tiến hành phiên mã.
Về cơ bản gồm các thành phần:
- Phần lõi vùng khởi động:
+ vị trí khởi đầu phiên mã
+ vị trí bám vào của RNA polymerase
+ vị trí bám của các nhân tố phiên mã
- Phần cận biên vùng khởi động
- Phần ngoại biên vùng khởi động
+ Một số nhân tố như enhancer, silencer, nhân tố liên kết.

Tuy vậy, về chi tiết thì vùng promoter ở prokaryote và eukaryote lại không
giống nhau hoàn toàn. Ở eukaryote có đôi phần hoàn thiện và phức tạp hơn.


Terminator hay vùng kết thúc phiên mã
- Xuât hiện ở DNA của cả prokaryote và eukaryote tuy có khác nhau
đôi chút nhưng đều là dấu hiệu thông báo kết thúc quá trình phiên mã.
- Đều gồm các thành phần như:
+ Tín hiệu kết thúc
+ Một số trình tự lặp ngắn chưa rõ chức năng
+ Trình tự kết thúc để phân biệt gen này với gen khác
Cả promoter và terminator đều không mang mã di truyền nhưng lại
đóng một vai trò rất quan trọng trong gen.


Những điểm khác nhau trong phiên mã tổng hợp
mRNA ở prokaryote và eukaryote


Phiên mã ở prokaryote
- Phiên mã và dịch mã là quá trình liên tục và
xảy ra đồng thời trong tế bào chất.

Phiên mã ở eukaryote
- Chúng là hai quá trình riêng biệt, phiên mã
xảy ra trong nhân trong khi dịch mã xảy ra
trong tế bào chất.

-

Máy móc khởi tạo phiên mã rất đơn giản vì
DNA không liên kết với bất kỳ protein
histone nào

-

Máy móc khởi tạo phiên mã rất phức tạp vì
vật liệu di truyền được liên kết với protein.

-

Chỉ có một loại enzyme RNA polymerase,
tổng hợp tất cả các loại RNA trong tế bào
(mRNA, rRNA và tRNA).

-

Ba loại RNA polymerase trong tế bào. RNA
polymerase I để tổng hợp rRNA RNA
polymerase II để tổng hợp mRNA. RNA
polymerase III để tổng hợp tRNA và 5S
rRNA.

-

RNA polymerase với 5 tiểu đơn vị, Hai tiểu
đơn vị α, Một tiểu đơn vị β, Một tiểu đơn
vị β' , Một tiểu đơn vị σ . RNA polymerase
chức năng là 2α1β1β'1σ

-

RNA polymerase I với 14 tiểu đơn vị, RNA
polymerase II với 10 -12 tiểu đơn vị, RNA
polymerase III với 12 tiểu đơn vị


Phiên mã ở prokaryote
- σ factor là đó là điều cần thiết cho sự bắt
đầu phiên mã.

Phiên mã ở eukaryote
- σ factor vắng mặt và không cần thiết để bắt
đầu phiên mã. Bắt đầu phiên mã được tạo
điều kiện bởi các factor bắt đầu.

- RNA polymerase có thể nhận biết và liên kết - RNA polymerase không thể nhận ra trực
với vùng promoter  với sự trợ giúp của
tiếp promoter trừ khi promoter được
factors
đánh dấu trước bởi các factor khởi tạo
phiên mã.
- Vùng promoter  luôn nằm ở trước vị trí
bắt đầu

- Vùng Promoter thường nằm ở trước vị trí
bắt đầu, nhưng hiếm khi như trong trường
hợp RNA polymerase III, Promoter nằm ở
sau bắt đầu vị trí

- Vùng Promoter chứa Box pribnow ở vị trí
-10. 

- Vùng promoter có chứa Box TATA nằm ở vị
trí - 35 đến - 25; Box CAT nằm ~ -70
nucleotide; Box GC nằm ~- 110
nucleotide. Box Pribnow vắng mặt ở sinh
vật nhân thực


Phiên mã ở prokaryote

Phiên mã ở eukaryote

- Việc chấm dứt phiên mã được thực hiện
bằng cơ chế phụ thuộc rho hoặc cơ chế độc
lập rho

- Một cơ chế chấm dứt phiên mã không hoàn
toàn được biết đến. Nó có thể được chỉ dẫn
bởi tín hiệu poly A hoặc bởi sự hiện diện
của chuỗi kết thúc trong DNA

- Thông thường không có sửa đổi sau phiên
mã

- Bản phiên mã chính trải qua sửa đổi sau
phiên mã (chỉnh sửa RNA)

- Không có sự giới hạn RNA, mRNA không có

nắp 5 'guanosine

- Có sự giới hạn RNA, giới hạn xảy ra ở vị trí
5 'của mRNA

- Đuôi poly A của mRNA không có

- mRNA trưởng thành có đuôi poly A ở vị trí
3 '. Đuôi Poly A được thêm vào bằng
enzyme mà không cần chuỗi bổ sung

- Intron vắng mặt trong mRNA

- Intron có mặt trong bản phiên mã chính


Phiên mã ở prokaryote

Phiên mã ở eukaryote

- Việc nối mRNA vắng mặt vì không có intron

- Khi nối, các intron trong bản phiên mã chính
được loại bỏ và exon được nối lại bằng
nhiều cơ chế nối

- Các gen thường đa nang và do đó bản phiên - Các gen là monocistronic do đó mã phiên
mã đơn có thể chứa trình tự cho nhiều
mã duy nhất cho chỉ một polypeptide
polypeptide

- Trình tự SD (trình tự Shine Dalgarno)
thường nằm xung quanh 8 base ở ngược
dòng so với AUG codon bắt đầu trong
mRNA, trình tự SD là vị trí liên kết của
ribosome

- Trình tự SD không có trong mRNA của
eukaryote


Phiên mã và dịch mã khác nhau ở prokaryote và eukaryote
Đối với prokaryote
Hai quá trình dịch mã và phiên mã sẽ được diễn ra song song


Đối với prokaryote và eukaryote

Do vòng đời của loài eukaryote (sinh vật nhân sơ) rất
ngắn có nhiều loại chỉ mất 20 đến 30 phút để nhân đôi
(E.coli), mặt khác chúng cũng phải thích nghi một cách
rất nhanh chóng với các điều kiện khách quan từ môi
trường bên ngoài dẫn tới việc phiên mã và dịch mã
phải diễn ra với tốc độ nhanh chóng đồng thời để đáp
ứng được nhu cầu tồn tại và phát triển của cơ thể.


Đối với eukaryote


Đối với eukaryote

• Còn đối với sinh vật nhân điển hình (eukaryote) thì việc thực hiện
phiên mã và dịch mã sẽ diễn ra ở hai vùng chuyên biệt khác nhau.
• Phiên mã sẽ được thực hiện trong nhân dưới sự tác động của nhiều
nhân tố đại biểu là enzyme RNA polymerase, các nucleic acid tự do,...
• Tuy vậy, sản phẩm mới tạo ra lại chưa phải là sản phẩm cuối cùng đưa
ra ngoài để tổng hợp protein mà chỉ là một pre-mRNA. Pre-mRNA này
cần thêm một công đoạn “gia công” nữa đó là cắt đi các đoạn intron,
nối lại các đoạn exon (RNA splicing) sau đó gắn mũ 5’- cap và đuôi
poly (A) rồi mới được đưa ra ngoài. Việc gắn thêm mũ và đuôi poly
(A) này được cho là để bảo vệ mRNA tránh bị các enzyme nhầm lẫn và
phân cắt.
• Cuối cùng thì mRNA sẽ được đưa tới lưới nội chất để làm khuôn mẫu
tổng hợp protein với sự trợ giúp của ribosome và các tRNA.


Enzyme RNA polymerase của prokaryote và eukaryote
Đối với prokaryote


Đối với prokaryote
• RNA polymerase của prokaryote có thể nhận diện được vùng
promoter và liên kết với nó với sự giúp đỡ của factor.
• RNA polymerase có 5 tiểu phần nhỏ (tổng khối lượng ~400kDa)
+ 2 tiểu phần α (α I, α II): chưa rõ chức năng cụ thể. Mỗi tiểu đơn vị α
chứa 2 miền là αNTD (N-Teminal domain) và αCTD (C-Teminal domain).
+1 tiểu phần β: tạo liên kết phosphodiester gắn với DNA khuôn. Là tiểu
phần lớn thứ 2 và được mã hóa bởi gen rpoB.
+1 tiểu phần β’: chứa một phần trung tâm hoạt động và là tiểu phần
lớn nhất được mã hóa bởi gen rpoC. Ở khuẩn lam và ở lục lạp thì tiểu
phần này sẽ được chia làm 2 tiểu phần nhỏ hơn.

+1 tiểu phần ω: là tiểu phần nhỏ nhất giữ ổn định và tạo điều kiện cho
quá trình phiên mã.


Đối với prokaryote
• Tuy vậy, vẫn cần thêm một yếu tố nữa là tiểu phần σ sẽ gắn với core
enzyme tạo ra holoenzyme, đây cũng là nhân tố sẽ gắn với promoter
và khởi đầu phiên mã. Ngoài ra nhân tố σ còn làm giảm ái lực của
RNA polymerase với DNA không đặc hiệu và tăng tính đặc hiệu của
các chất xúc tác khác cho phép phiên mã bắt đầu tại vị trí chính xác.
• Vì vậy, nếu tính holoenzyme hoàn chỉnh sẽ có 6 tiểu phần gồm: 2 tiểu
phần α, 1 tiểu phầnβ, một tiểu phần β’, một tiểu phần ω và cuối cùng
là tiểu phần σ. Tổng khối lượng ~450 kDa.


Đối với eukaryote


Đối với eukaryote
• RNA polymerase ở eukaryote sẽ không thể nhận diện trực tiếp
promoter mà phải dựa vào các factor đánh dấu sẵn điểm khởi động
quá trình phiên mã.
• RNA polymerase ở eukaryote cũng gồm có nhiều loại. Cụ thể là 5 loại
(tính cả ở động vật và thực vật). Nhưng với quá trình tổng hợp mRNA
ta sẽ đi sâu vào RNA polymerase II phiên mã tổng hợp pre-mRNA.
• Ngoài tổng hợp nên pre-mRNA thì RNA P II còn tổng hợp hầu hết các
snRNA và microRNA. Vì vậy, đây cũng là RNA P được nghiên cứu
nhiều nhất trong các loại RNA P.
• Những factor đánh dấu ở đây được gọi là các nhân tố phiên mã
(transcription factor:TF). Có 6 loại TF khác nhau đối với RNA P II gồm:

TF II D; TF II B; TF II A; TF II F; TF II E và TF II H.