PHIÊN MÃ VÀ DỊCH MÃPHIÊN MÃ VÀ DỊCH MÃ

A. Phiên mã (tổng hợp ARN)A. Phiên mã (tổng hợp ARN)

I. Cấu tạo protein.I. Cấu tạo protein.

II.Phiên mã (tổng hợp ARN)II.Phiên mã (tổng hợp ARN)

B. Dịch mã (Tổng hợp protein)B. Dịch mã (Tổng hợp protein)

I.Cấu tạo và chức năng I.Cấu tạo và chức năng proteinprotein

1.1. Axit aminAxit amin

2.2. Chuỗi polypeptitChuỗi polypeptit

Axit aminAxit amin

Axit aminAxit amin

Axit aminAxit amin Viết tắtViết tắt Tính chất chuỗi phụTính chất chuỗi phụ

AlanineAlanine

ValineValine

IsoleucineIsoleucine

LeucineLeucine

PheninalaninePheninalanine

ProlineProline

MethionineMethionine

GlycineGlycine

SerineSerine

ThreonineThreonine

TyrosineTyrosine

TryptophanTryptophan

AsparagineAsparagine

GlutamineGlutamine

CysteineCysteine

Aspartic axitAspartic axit

Glutamic axitGlutamic axit

LysineLysine

ArginineArginine

histidinehistidine

AlaAla

ValVal

IleIle

LeuLeu

PhePhe

ProPro

MetMet

GlyGly

SerSer

ThrThr

TyrTyr

TrpTrp

AspAsp

GluGlu

CysCys

AspAsp

GluGlu

LysLys

ArgArg

His His

Không phân cựcKhông phân cực

chứa lưu huỳnhchứa lưu huỳnh

Phân cựcPhân cực

chứa lưu huỳnhchứa lưu huỳnh

axitaxit

BazơBazơ

Cấu trúc hóa học của các axit aminCấu trúc hóa học của các axit amin

Chuỗi polypeptidChuỗi polypeptid

Cấu trúc bậc 2: xoắn Cấu trúc bậc 2: xoắn và và

Cấu trúc bậc 3 và 4 của Cấu trúc bậc 3 và 4 của proteinprotein

II. Phiên mãII. Phiên mã

1.1. Mã di truyềnMã di truyền

2.2. Phiên mã ở sinh vật nhân sơPhiên mã ở sinh vật nhân sơ

3.3. Phiên mã ở sinh vật nhân chuẩnPhiên mã ở sinh vật nhân chuẩn

1. Mã di truyền1. Mã di truyền

5’5’ UU     CC AA GG 3’3’

UU

CC  

AA  

GG

Phenylalanin Phenylalanin UUUUUU

Phenylalanin Phenylalanin UUCUUC

Leucin Leucin UUAUUA

Leucin Leucin UUGUUG

Leucin Leucin CUUCUU

Leucin Leucin CUCCUC

Leucin Leucin CUACUA

Leucin Leucin CUGCUG

Isoleucin Isoleucin AUUAUU IsoleucinIsoleucinAUCAUC

IsoleucinIsoleucinAUAAUA

MethioninAUGMethioninAUG

Valin Valin GUUGUU

Valin Valin GUCGUC

Valin Valin GUAGUA

Valin Valin GUGGUG

Serin Serin UCUUCU

Serin Serin UCCUCC

Serin Serin UCAUCA

Serin Serin UCGUCG

Prolin Prolin CCUCCU

Prolin Prolin CCCCCC

Prolin Prolin CCACCA

Prolin Prolin CCGCCG

Threonin Threonin ACUACU ThreoninThreoninACCACC

T hreonin T hreonin ACAACA

Threonin Threonin ACGACG

Alanin Alanin GCU GCU

Alanin Alanin GCCGCC

Alanin Alanin GCAGCA

Alanin Alanin GCGGCG

Tyrosin Tyrosin UAUUAU

Tyrosin Tyrosin UACUAC

M· kÕt thóc M· kÕt thóc UAA

M·kÕtthóc UAGM·kÕtthóc UAG

Histidin Histidin CAUCAU

Histidin Histidin CACCAC

Glycin Glycin CAACAA

Glycin Glycin CAGCAG

Asparagin Asparagin AAUAAU Asparagin Asparagin AACAAC

Lysin Lysin AAAAAA

Lysin Lysin AAGAAG

Axit Aspartic Axit Aspartic GAUGAU

Axit Aspartic Axit Aspartic GACGAC

Axit Glutamic Axit Glutamic GAAGAA

Axit Glutamic Axit Glutamic GAGGAG

Cystein Cystein UGUUGU

Cystein Cystein UGCUGC

M·kÕtthóc UGAM·kÕtthóc UGA

Trytophan Trytophan UGGUGG

Arginin Arginin CGUCGU

Arginin Arginin CGCCGC

Arginin Arginin CGACGA

Arginin Arginin CGGCGG

Serin Serin AGUAGU

Serin Serin AGCAGC

Arginin Arginin AGAAGA

ArgininArginin AGG AGG

Glycin Glycin GGUGGU

Glycin Glycin GGCGGC

Glycin Glycin GGAGGA

Glycin Glycin GGGGGG

U U

C C

AA

GG

UU

CC

AA

GG

UU

CC

AA

GG

UU

CC

AA

GG

Các tính chất của mã di Các tính chất của mã di truyềntruyền

Mã bộ ba, không phủ nhau, đọc theo chiều 3’=>5’ (trên ARN: Mã bộ ba, không phủ nhau, đọc theo chiều 3’=>5’ (trên ARN: 5’=>3’)5’=>3’)

Tính suy biến (dư thừa): Nhiều bộ ba quy định một axit aminTính suy biến (dư thừa): Nhiều bộ ba quy định một axit amin Bộ ba mở đầu: AUG quy định methioninBộ ba mở đầu: AUG quy định methionin 3 bộ ba kết thúc: UAA, UAG, UGA3 bộ ba kết thúc: UAA, UAG, UGA Tính vạn năngTính vạn năng Ngoại lệ của tính vạn năng: Ở ty thểNgoại lệ của tính vạn năng: Ở ty thể + UGA mã hóa tryptophan+ UGA mã hóa tryptophan + Các bộ ba khởi đầu: AUG, AUA, AUU và AUC. AUG cũng mã hóa + Các bộ ba khởi đầu: AUG, AUA, AUU và AUC. AUG cũng mã hóa

methionine trong chuỗi polypeptit.methionine trong chuỗi polypeptit. + AGA, AGG ở ty thể là các bộ ba kết thúc chứ không phải quy định + AGA, AGG ở ty thể là các bộ ba kết thúc chứ không phải quy định

argininarginin Ở động vật nguyên sinh: UAA và UAG mã hóa axit glutamic chứ Ở động vật nguyên sinh: UAA và UAG mã hóa axit glutamic chứ

không phải là các bộ ba kết thúc.không phải là các bộ ba kết thúc.

Khung đọcKhung đọc

Bộ ba mở đầu còn xác định khung đọc của trình tự Bộ ba mở đầu còn xác định khung đọc của trình tự ARN => có thể có ba khung đọc cho bất kỳ trình tự ARN => có thể có ba khung đọc cho bất kỳ trình tự ARN nào phụ thuộc vào bazơ nào được chọn làm bazơ ARN nào phụ thuộc vào bazơ nào được chọn làm bazơ bắt đầu của codon.bắt đầu của codon.

Thực tế chỉ một khung đọc được sử dụng; hai khung Thực tế chỉ một khung đọc được sử dụng; hai khung đọc kia chứa một số bộ ba kết thúc để ngăn cản đọc kia chứa một số bộ ba kết thúc để ngăn cản chúng được sử dụng.chúng được sử dụng.

Ví dụ:Ví dụ: Khung đọc 1: 5’ – AUG ACU AAG AGA UCC – 3’Khung đọc 1: 5’ – AUG ACU AAG AGA UCC – 3’ Met Thr Lys Arg SerMet Thr Lys Arg Ser Khung đọc 2: 5’ – A UGA CUA AGA GAU CC – 3’Khung đọc 2: 5’ – A UGA CUA AGA GAU CC – 3’ StopStop Khung đọc 3: 5’ – AU GAC UAA GAG AUC C – 3’Khung đọc 3: 5’ – AU GAC UAA GAG AUC C – 3’ StopStop

Những đặc trưng hóa học của quá Những đặc trưng hóa học của quá trình phiên mãtrình phiên mã

ARN được phiên mã từ mạch khuôn của ARN được phiên mã từ mạch khuôn của ADNADN

4 loại rNu 5’triphotphat cấu tạo nên ARN: 4 loại rNu 5’triphotphat cấu tạo nên ARN: rATP, rUTP, rGTP, rCTPrATP, rUTP, rGTP, rCTP

Liên kết photphodieste hình thành giữa hai Liên kết photphodieste hình thành giữa hai rNurNu

Trình tự rNu trên ARN được xác định bởi Trình tự rNu trên ARN được xác định bởi trình tự Nu trên mạch khuôntrình tự Nu trên mạch khuôn

Chiều phiên mã: 5’ => 3’Chiều phiên mã: 5’ => 3’

2. Phiên mã ở sinh vật 2. Phiên mã ở sinh vật nhân sơnhân sơ

Đơn vị phiên mãĐơn vị phiên mã

Đơn vị phiên mã Đơn vị phiên mã được giới hạn bằng được giới hạn bằng trình tự khởi động trình tự khởi động (promoter) và trình (promoter) và trình tự kết thúc tự kết thúc (terminator).(terminator).

Một đơn vị phiên mã Một đơn vị phiên mã được phiên mã được phiên mã thành một phân tử thành một phân tử ARN.ARN.

Điểm phình phiên mã (Trascription Điểm phình phiên mã (Trascription bubble)bubble)

Hai sợi ADN tách ra Hai sợi ADN tách ra tạo cấu trúc được tạo cấu trúc được gọi là điểm phình gọi là điểm phình phiên mã.phiên mã.

ARN được tổng hợp ARN được tổng hợp bằng cách kết đôi bằng cách kết đôi bazơ bổ trợ (A-U, T-bazơ bổ trợ (A-U, T-A, G-C, C-G) với A, G-C, C-G) với mạch khuôn.mạch khuôn.

Điểm phình phiên mã dịch chuyển theo Điểm phình phiên mã dịch chuyển theo ADNADN

Khi điểm phình Khi điểm phình phiên mã dịch phiên mã dịch chuyển, ADN phía chuyển, ADN phía sau khôi phục lại sau khôi phục lại cấu trúc xoắn kép, cấu trúc xoắn kép, chuỗi ribonucleotid chuỗi ribonucleotid của ARN dài dần của ARN dài dần ra. ra.

Bốn giai đoạn của quá trình phiên Bốn giai đoạn của quá trình phiên mãmã

1.1. Nhận biết mạch Nhận biết mạch khuônkhuôn

2.2. Khởi đầu phiên Khởi đầu phiên mãmã

3.3. Kéo dài phiên mãKéo dài phiên mã

4.4. Kết thúc phiên mãKết thúc phiên mã

Khởi động phiên mãKhởi động phiên mã

ARN polymerase gắn vào promoter khởi động quá trình phiên mã

ARN polymerase ở sinh vật nhân ARN polymerase ở sinh vật nhân sơsơ

Các ARN Các ARN polymerase của vi polymerase của vi khuẩn có bốn loại khuẩn có bốn loại tiểu đơn vị: 2 tiểu đơn vị: 2 , , và và . . có kích có kích thước khá ổn định thước khá ổn định ở các loài khác ở các loài khác nhau còn nhau còn có kích có kích thước biến động.thước biến động.

Phức hệ khởi đầu phiên mãPhức hệ khởi đầu phiên mã

Phức hệ khởi đầu phiên mã chứa tiểu đơn vị Phức hệ khởi đầu phiên mã chứa tiểu đơn vị và và phủ một đoạn mạch khoảng 75 – 80 bp.phủ một đoạn mạch khoảng 75 – 80 bp.

PromoterPromoter

Promoter điển hình có ba thành phần: Hai Promoter điển hình có ba thành phần: Hai trình tự liên ứng ở vị trí -35 và -10, và trình tự liên ứng ở vị trí -35 và -10, và điểm khởi đầu phiên mãđiểm khởi đầu phiên mã

Nhân tố sigma của Nhân tố sigma của E. coliE. coli nhận nhận biết các trình tự liên ứng khác biết các trình tự liên ứng khác

nhaunhau

Trình tự kết thúc phiên mãTrình tự kết thúc phiên mã

Trình tự kết thúc Trình tự kết thúc phiên mã của gen phiên mã của gen tổng hợp tryptophan tổng hợp tryptophan của của E. coliE. coli gồm các gồm các vùng đối xứng tạo vùng đối xứng tạo cấu trúc kẹp tóc. cấu trúc kẹp tóc. Cấu trúc kẹp tóc Cấu trúc kẹp tóc gồm đoạn trình tự gồm đoạn trình tự giầu GC và sau đó là giầu GC và sau đó là các bazơ A (U trên các bazơ A (U trên mARN)mARN)

Kết thúc phiên mã với sự tham gia của Kết thúc phiên mã với sự tham gia của yếu tố yếu tố rhorho ( (ρρ))

Yếu tố Yếu tố rho rho bám bám theo ARN và theo ARN và kết thúc phiên kết thúc phiên mã tại điểm mã tại điểm dừng của dừng của enzym ở vị trí enzym ở vị trí kết thúc phiên kết thúc phiên mã phụ thuộc mã phụ thuộc rho.rho.

3. 3. Phiên mã ở sinh vật nhân Phiên mã ở sinh vật nhân chuẩnchuẩn

3 loại ARN polymerase ở sinh vật nhân chuẩn3 loại ARN polymerase ở sinh vật nhân chuẩn

EnzymEnzym Vị trí trong tế Vị trí trong tế bàobào

Sản phẩmSản phẩm

ARN polymerase IARN polymerase I

ARN polymerase IIARN polymerase II

ARN polymerase IIIARN polymerase III

Nhân conNhân con

NhânNhân

Nhân Nhân

tARNtARN

mARN và snARNmARN và snARN

tARN, 5S ARN và tARN, 5S ARN và snARNsnARN

Gen sinh vật nhân chuẩnGen sinh vật nhân chuẩn

Vùng kiểm soát phiên mã của Vùng kiểm soát phiên mã của gen sinh vật nhân chuẩngen sinh vật nhân chuẩn

Hộp TATA: 5’-Hộp TATA: 5’-TATAAA-3’TATAAA-3’

Hộp CAAT: Hộp CAAT: GGCCAATCTGGCCAATCT

Hộp GC: GGGCGG Hộp GC: GGGCGG (thường có nhiều (thường có nhiều bản sao)bản sao)

Khởi đầu phiên mãKhởi đầu phiên mã

Đoạn khởi đầuĐoạn khởi đầu Có sự tham gia của Có sự tham gia của

các yếu tố phiên mã các yếu tố phiên mã (TF)(TF)

Những gen không có Những gen không có hộp TATA có mức độ hộp TATA có mức độ phiên mã thấp và có phiên mã thấp và có đoạn trình tự khởi đoạn trình tự khởi đầu gồm 100 – 200 đầu gồm 100 – 200 cặp bazơ giàu GCcặp bazơ giàu GC

Sửa đổi ARN sau phiên mã: cắt Sửa đổi ARN sau phiên mã: cắt bỏ intronbỏ intron

Intron được xác định bằng hai Intron được xác định bằng hai đầu AG - GUđầu AG - GU

Cơ chế cắt bỏ intronCơ chế cắt bỏ intron

Splicing lariatSplicing lariat

Intron được giải Intron được giải phóng dưới dạng phóng dưới dạng thòng lọngthòng lọng

Tạo mũ đầu 5’Tạo mũ đầu 5’

Mũ là Nu G bị Mũ là Nu G bị methyl hóa: mmethyl hóa: m77GG

X và Y là các bazơ X và Y là các bazơ bị methyl hóabị methyl hóa

Gắn đuôi poly(A)Gắn đuôi poly(A)

Tín hiệu trên tiền mARN: Ở đầu 3’: 5’-Tín hiệu trên tiền mARN: Ở đầu 3’: 5’-AAUAAA-3’; tiếp theo là trình tự YA AAUAAA-3’; tiếp theo là trình tự YA (Y=pyrimidine) rồi đến đoạn trình tự giàu GC(Y=pyrimidine) rồi đến đoạn trình tự giàu GC

Những protein đặc hiệu có khả năng nhận Những protein đặc hiệu có khả năng nhận biết đoạn trình tự trên và gắn vào để cắt biết đoạn trình tự trên và gắn vào để cắt mARN ở vị trí khoảng 20 Nu sau trình tự 5’-mARN ở vị trí khoảng 20 Nu sau trình tự 5’-AAUAAA-3’ AAUAAA-3’

Enzym poly(A) polymerase bổ sung thêm A Enzym poly(A) polymerase bổ sung thêm A vào đấu 3’vào đấu 3’

Các cách sửa đổi mARN khác: Các cách sửa đổi mARN khác: Bỏ qua exonBỏ qua exon

Các cách sửa đổi mARN khác: Sử dụng Các cách sửa đổi mARN khác: Sử dụng các vị trí đa adenine hóa khác nhaucác vị trí đa adenine hóa khác nhau

Tổng hợp rARN: Thành phần Tổng hợp rARN: Thành phần cấu tạo ribosom của sinh vậtcấu tạo ribosom của sinh vật

Sinh vật nhân sơ

Các tiểu đơn vị

Ribosom 70S30S

50S

rARN 23S + rARN 5Svµ 31 protein

rARN 16Svµ 21 protein

Sinh vật nhân chuẩn

Các tiểu đơn vị

Ribosom 80S40S

60S

rARN 28S + rARN 5,8S + rARN 6Svµ ~49 protein

rARN 18Svµ ~33 protein

Phiên mã và hoàn thiện rARN ở Phiên mã và hoàn thiện rARN ở sinh vật nhân sơsinh vật nhân sơ

Tổ chức của gen rARN, phiên mã và hoàn Tổ chức của gen rARN, phiên mã và hoàn thiện rARN ở sinh vật nhân chuẩnthiện rARN ở sinh vật nhân chuẩn

Cấu tạo tARNCấu tạo tARN

Tổng hợp tARNTổng hợp tARN

Tổng hợp tiền Tổng hợp tiền tARN (gồm nhiều tARN (gồm nhiều tARN)tARN)

Enzym Enzym ribonuclease tách ribonuclease tách thành mỗi loại thành mỗi loại tARN riêngtARN riêng

Các gen mã hóa Các gen mã hóa tARN ở SV nhân tARN ở SV nhân chuẩn cánh nhau chuẩn cánh nhau bằng trình tự bằng trình tự intron ngắnintron ngắn

Ở SV nhân chuẩn, Ở SV nhân chuẩn, trình tự CCA (gắn trình tự CCA (gắn Axit amin được bổ Axit amin được bổ sung sau.sung sau.

B. Dịch mãB. Dịch mã

1.1. RibosomeRibosome

2.2. Vai trò của tARNVai trò của tARN

3.3. Các giai đoạn: khởi đầu, kéo dài và Các giai đoạn: khởi đầu, kéo dài và kết thúc dịch mãkết thúc dịch mã

4.4. PolyribosomePolyribosome

1. Ribosome1. Ribosome

2. Dịch mã: Vai trò của tARN2. Dịch mã: Vai trò của tARN

tARN mang các anticodon để nhận biết các codon trên tARN mang các anticodon để nhận biết các codon trên mARN và mang axit amin đến ribosom.mARN và mang axit amin đến ribosom.

Axit amin gắn vào tARN thông qua phản ứng aminoacyl hóa Axit amin gắn vào tARN thông qua phản ứng aminoacyl hóa (nạp axit amin) ở thùy nhận axit amin của tARN ( có trình tự (nạp axit amin) ở thùy nhận axit amin của tARN ( có trình tự 5’-CCA-3’ với sự xúc tác của enzym aminoacyl-tARN 5’-CCA-3’ với sự xúc tác của enzym aminoacyl-tARN synthetase và sử dụng năng lượng từ sự thủy phân ATP.synthetase và sử dụng năng lượng từ sự thủy phân ATP.

Có khoảng 40 loại tARN. Các loại phân tử tARN cùng vận Có khoảng 40 loại tARN. Các loại phân tử tARN cùng vận chuyển 1 aa được gọi là các tARN đồng nhận.chuyển 1 aa được gọi là các tARN đồng nhận.

Một tARN có thể nhận biết hơn một bộ ba quy định axit Một tARN có thể nhận biết hơn một bộ ba quy định axit amin nhờ tính thoái hóa của bazơ thứ ba (hay tính linh hoạt amin nhờ tính thoái hóa của bazơ thứ ba (hay tính linh hoạt của mã bộ ba) Ví dụ: G có thể liên kết với U và C; I (một của mã bộ ba) Ví dụ: G có thể liên kết với U và C; I (một dạng khử amin của G đôi khi có mặt ở thùy đối mã) có thể dạng khử amin của G đôi khi có mặt ở thùy đối mã) có thể liên kết với cả C, A và U.liên kết với cả C, A và U.

tARN và quá trình hoạt hóa axit amintARN và quá trình hoạt hóa axit amin

3. Các giai đoạn: Khởi đầu dịch 3. Các giai đoạn: Khởi đầu dịch mãmã

Đoạn trình tự Shine-Đoạn trình tự Shine-Dalgarno (5’-Dalgarno (5’-AGGAGGU-3’)AGGAGGU-3’)

Ở sinh vật nhân chuẩn, Ở sinh vật nhân chuẩn, tiểu đơn vị nhỏ có thể tiểu đơn vị nhỏ có thể nhận biết mũ 5’nhận biết mũ 5’

Axit amin mở đầu: Axit amin mở đầu: formyl methionin (một formyl methionin (một trong hai nguyên tử H trong hai nguyên tử H của nhóm amin bị thay của nhóm amin bị thay bằng nhóm formyl (-bằng nhóm formyl (-CHO)CHO)

Các yếu tố khởi đầu Các yếu tố khởi đầu dịch mã (IF1 và IF3 gắn dịch mã (IF1 và IF3 gắn vào tiểu đơn vị nhỏ, vào tiểu đơn vị nhỏ, ngăn cản nó kết hợp với ngăn cản nó kết hợp với tiểu đơn vị lớn. Sau đó tiểu đơn vị lớn. Sau đó phức hệ IF2 và GTP đến phức hệ IF2 và GTP đến liên kết,thúc đẩy liên kết,thúc đẩy tARNtARNfMetfMet gắn kết tạo gắn kết tạo phức hệ khởi đầu dịch phức hệ khởi đầu dịch mã.mã.

Kéo dài dịch mãKéo dài dịch mã

Ở Procaryote: Ở Procaryote: Enzym peptidyl Enzym peptidyl transferase transferase hình thành liên hình thành liên kết peptid giữa kết peptid giữa hai axit amin. hai axit amin. Enzym Enzym deacylase phá deacylase phá hủy liên kết aa1 hủy liên kết aa1 với tARNvới tARN

Các yếu trợ Các yếu trợ giúp: Ở vi giúp: Ở vi khuẩn: EF-Tu khuẩn: EF-Tu gắn với tARN và gắn với tARN và EF-Ts giúp tái EF-Ts giúp tái tạo EF-Tu.tạo EF-Tu.

Ở sinh vật nhân Ở sinh vật nhân chuẩn: eEF-1chuẩn: eEF-1

Tái sinh phức hệ EF-Tu/GTPTái sinh phức hệ EF-Tu/GTP

Kết thúc dịch mãKết thúc dịch mã

Các yếu tố kết thúc dịch mã: Ở Các yếu tố kết thúc dịch mã: Ở E. coliE. coli: RF1 nhân biết các stop : RF1 nhân biết các stop codon UAA và UAG; RF2 nhận biết UAA và UGA. RF3 trợ giúp.codon UAA và UAG; RF2 nhận biết UAA và UGA. RF3 trợ giúp.

ở sinh vật nhân chuẩn: eRFở sinh vật nhân chuẩn: eRF

PolyribosomePolyribosome

Ở vi khuẩn, quá trình phiên mã Ở vi khuẩn, quá trình phiên mã và dịch mã diễn ra đồng thờivà dịch mã diễn ra đồng thời