Chương 5 Chương 5

Quá trình phiên mã và dịch mãQuá trình phiên mã và dịch mã

1.1 Sự tương ứng giữa ADN và protein

1.2 Các nguyên tắc mã di truyền

1.2.1 Mã di truyền là mã bộ ba

1.2.2 Các đặc tính của mã di truyền

1.2.3. Giải mã di truyền

1. Mã di truyền

1.1 Sự tương ứng giữa ADN và protein

- Gen chứa thông tin cho sự tổng hợp một

chuỗi polypeptide.

- Sự mã hóa di truyền.

- Ở sinh vật nhân sơ: gen và protein có mối

quan hệ tuyến tính.

- Ở sinh vật nhân chuẩn, chỉ vùng mã hóa của

gen (exon) và protein mới có mối quan hệ

tuyến tính

Cấu trúc phân đoạn của gen sinh vật nhân chuẩn

Mối quan hệ gen – proteinở eukaryote và prokaryote

1.2 Các nguyên tắc mã di truyền1.2 Các nguyên tắc mã di truyền

1.2.1 Mã di truyền là mã bộ ba

- Có 20 loại axit amin khác nhau cấu tạo nên

protein; Có 4 loại Nu khác nhau

-Tối thiểu một tổ hợp gồm 3 Nu xác định một

axit amin số tổ hợp bộ ba có thể có là 43 = 64

- Mã di truyền là mã bộ ba (codon)

Bằng chứng mã bộ baBằng chứng mã bộ ba

- Đột biến dịch khung: tác động gây đột biến của

proflavin đối với gen rIIB của phageT4

(+) đột biến thêm một bazơ

(-) đột biến mất một bazơ

(+ -), (- +): phục hồi thành dạng dại

(++), (- -): thể đột biến thêm hoặc mất hai cặp bazơ

đột biến dịch khung tương ứng

(+++), (---): dạng dại

(++-), (+--): thể đột biến

1.2.2 Các đặc tính của mã di truyền1.2.2 Các đặc tính của mã di truyền

Mã bộ ba

Được đọc liên tục theo từng cụm 3 Nu

Được đọc theo một trình tự cố định, không trùm

nhau.

Mang tính phổ biến

Có tính thoái hóa (tính dư thừa)

Có các bộ ba khởi đầu và kết thúc đặc hiệu

1.2.3. Giải mã di truyền1.2.3. Giải mã di truyền

Thực nghiệm sử dụng hệ thống tổng hợp

protein (chuỗi polypeptide)

VD: các mARN có trình tự 5’UUUUUUUUU3’

cho chuỗi polypeptide chứa toàn Phe

5’UCUCUCUCUCUCUCU3’ xác định được

bộ ba mã hóa cho serin là UCU, leucin là

CUC…

Tương tự như vậy đối với các bộ ba còn lại

Mã di truyền

Cấu trúc hóa học của ARN

Sự khác biệt thành phần hóa học giữa Sự khác biệt thành phần hóa học giữa ADN và ARNADN và ARN

2. Quá trình phiên mã2. Quá trình phiên mã

2.1 Các yếu tố tham gia vào quá trình phiên mã

2.2 Các nguyên tắc của sự phiên mã

2.3 Các bước trong quá trình phiên mã

2.4 So sánh sự phiên mã ở sinh vật nhân sơ

và phiên mã ở sinh vật nhân chuẩn

Thuyết trung tâm mô tả mối quan hệ giữa các

đại phân tử sinh học:

Tái bản Phiên mã Dịch mã

ADN ARN Protein

Phiên mã (sao mã): sinh tổng hợp ARN từ

khuôn ADN

mARN, tARN, rARN được phiên mã từ những

gen tương ứng

Ba quá trình truyền

thông tin di truyền: • Tái bản ADN • Phiên mã• Dịch mã

2.1 Các yếu tố tham gia vào quá 2.1 Các yếu tố tham gia vào quá trình phiên mãtrình phiên mã

Phân tử ADN: một trong hai sợi đóng vai trò

làm khuôn

Ribonucleosid triphotphat: ATP, GTP, CTP và

UTP (NTP)

Enzyme, trong đó có E. dãn xoắn ADN, E. khởi

động phiên mã, ARN polymerase, …

Enzyme và các protein khác đóng vai trò kết

thúc phiên mã

Cấu trúc của mARN polymerase

2.2 Các nguyên tắc của sự phiên mã2.2 Các nguyên tắc của sự phiên mã

ADN dãn xoắn cục bộ, một trong hai sợi

đóng vai trò làm khuôn (sợi có nghĩa)

ARN được tổng hợp là theo chiều 5’ 3’

Sản phẩm của quá trình phiên mã là một

sợi đơn ARN.

Trình tự ADN bổ sung với sợi khuôn ADN từ đó nóđược tổng hợp

2.3. Các bước trong quá trình phiên mã2.3. Các bước trong quá trình phiên mã

ARN polymerase nhận biết trình tự đặc biệt trên

promoter (TATAAT-hộp Pribnow) nhờ nhân tố

ARN polymerase gắn vào promoter, tạo nên các

phức hợp đóng, rồi chuyển thành phức hợp mở

Vùng ADN bắt đầu từ trình tự nhận biết được

dãn xoắn

2.3.1 Giai đoạn khởi động

Sự khởi đầu phiên mã

Phức hợp ARNploymerase tìm vị trí promoter

Đã nhận biết và bám chặt, hình thành phứchợp đóng

ARN polymerase mởxoắn AND, tách mạch,tạo phức hợp mở.Nhân tố sigma đượcgiải phóng

2.3.2 Giai đoạn kéo dài2.3.2 Giai đoạn kéo dài

Theo nguyên tắc bổ sung, nucleosid triphotphat

đầu tiên được gắn vào vị trí bắt đầu

Phức hợp enzym chuyển động dọc theo phân tử

AND, nucleotit được gắn vào theo hướng 5’3’

ARN polymerase tháo xoắn liên tục phân tử

AND, chuỗi ARN mới được hình thành kéo dài

và tách khỏi AND

ARN polymerase xúc tác cho việc ADN xoắn trở

lại

ARN polymerase

2.3.3 Giai đoạn kết thúc2.3.3 Giai đoạn kết thúc

ARN polymerase di chuyển tới vị trí có dấu hiệu

kết thúc phiên mã và ngừng quá trình tổng hợp

ARN

Tín hiệu kết thúc có thể là:

- Sự có mặt của protein (nhân tố )

- Cấu trúc đặc biệt trên mạch khuôn ADN với

trật tự palindrome (dạng kẹp tóc)

Sản phẩm là sợi ARN cũng được tách ra

hoàn toàn

Cấu trúc của vị trí kết thúc phiên mã ở vi

khuẩn: dạng kẹp tóc hình thành do liên

kết giữa các rNu bổ sung trên ARN

2.4 So sánh sự phiên mã ở sinh vật nhân 2.4 So sánh sự phiên mã ở sinh vật nhân sơ và phiên mã ở sinh vật nhân chuẩnsơ và phiên mã ở sinh vật nhân chuẩn

Giống nhau ở các bước của quá trìnhKhác nhau:

- Enzym ARN polymerase- Các vùng kiểm soát phiên mã ở hai đầu của gen - Sự biến đổi của sản phẩm sau phiên mã - mARN ở prokaryote là đa cistron (polycistronic); Ở eukaryote, mARN là monocistronic

(a): Sự phiên mã ở hai gen. ARN polymerase di chuyển từ đầu 3’ của mạch gốc, tạo ra sợi ARN tăng trưởng theochiều 5’3’. (b) Uracil đang được gắn vào đầu 3’ của bản mã sao từ gen 1

Các hướng phiên mã dọc theo một đoạn NST vi khuẩn

Sự biểu hiện gen ở sinh vật nhân chuẩn

Sự hoàn thiện bản mã sao sơ cấp ARN

Các bước hình thành mARN trưởng thành

Tóm tắt các bước từ gen đến protein ở eukaryote và vi khuẩn

So sánh cấu trúc của các phân tử mARN ở prokaryote và eukaryote

3. Sự dịch mã3. Sự dịch mã

3.1 Các thành phần của hệ thống dịch mã

3.2 Các nguyên tắc của quá trình dịch mã

3.3 Các giai đoạn của quá trình dịch mã

3. Sự dịch mã3. Sự dịch mã

Dịch mã là quá trình sinh tổng hợp

protein từ phân tử mARN

Thông tin di truyền được mã hóa trong

trình tự ribonucleotide của mARN được

dịch thành trình tự axit amin của chuỗi

polypeptide tương ứng

3.1. Các thành phần của hệ thống dịch mã3.1. Các thành phần của hệ thống dịch mã

mARN

Axit amin

Ribosome

ARN vận chuyển (tARN)

Enzym aminoacyl-tARN-synthetase

Các yếu tố khác: là các protein, enzyme tham

gia vào quá trình khởi đầu, kéo dài và tách

chuỗi polypeptide

Một ribosome chứa một lượng lớn các tiểu đơn vị

Tại vị trí thứ ba (ở đầu 5’) của anticodon, G có thể bám vào một trong hai vị trí, do đó nó có thể kết cặp với U hoặc C. Khả năng này có nghĩa là một loại tARN đặc thù mang một axit amin (trong hình là serine) có thể nhận biết hai bộ ba mã hóa: UCU và UCC trên mARN

Cấu trúc của tARN. (a) Các vùng chức năng của phân tử tARN. (b) Trình tự đặc thù của tARN alanine nấm men

3.2 Các nguyên tắc của quá trình dịch mã3.2 Các nguyên tắc của quá trình dịch mã

ARN được dịch mã theo hướng từ 5’ 3’, bắt

đầu từ một điểm xác định

Chuỗi polypeptide được tổng hợp từ đầu mút

mang gốc amin đến đầu mút mang nhóm

carboxyl từ ‘N đến ‘C

Quá trình dịch mã diễn ra theo một cơ chế

chung cho tất cả các loại tế bào.

3.3 Các giai đoạn của quá trình dịch mã3.3 Các giai đoạn của quá trình dịch mã

Các nhân tố mở đầu tiểu đơn vị của ribosome gắn với mã mở đầu Tạo phức

Phức aa-tARN gắn với codon khởi động qua bộ ba đối mã

Hai tiểu đơn vị của ribosome gắn với nhau Vị trí của phức met-tARNmet lúc này là tại vị trí P của

ribosome

3.2.1 Giai đoạn khởi động

Các bước khởi đầu dịch mã

Mã di truyền được dịch bởi hai tác nhân thích ứng kế tiếp: - aminoacyl-tRNA synthetase: liên kết một aa với tARN tương ứng- phân tử tARN với bộ ba đối mã kết cặp bazơ với bộ ba mã sao thích hợp trên mARN

3.2.2 Giai đoạn kéo dài3.2.2 Giai đoạn kéo dài

Các bước kéo dài chuỗi polypeptide

Gắn một axit amin vào chuỗi polypeptide đang tăng trưởng trong quá trình dịch mã mARN

3.2.3 Giai đoạn kết thúc3.2.3 Giai đoạn kết thúc

Tín hiệu kết thúc dịch mã: bộ ba kết thúc

(UAG, UAA, UGA)

Nhân tố kết thúc (RF hoặc TF)

Chuỗi polypeptide tách khỏi tARN

Ribosome cũng tách các tiểu phần ra

tARN cuối cùng được giải phóng

Các bước dẫn đến kết thúc dịch mã Sự kết thúc dịch mã

Sự dịch chuyển củacác ribosome

Khái quát về hoạt động của gen ở tế bào eukaryote. Cơ sở là dòng truyền thông tin di truyền từ ADNARNprotein

Các bước biến đổi để tạo raprotein có chức năng