RNA VÀ QUÁ TRÌNH PHIÊN

MÃ

NHÓM 1- LỚP D1B

NỘI DUNG:

I. RNAII. Nguyên tắc chung của sự tổng hợp RNA

III. Đặc điểm quá trình phiên mã ở Prokaryote

IV. Đặc điểm quá trình phiên mã ở Eukaryote

RNA(Ribonuclic acid)

  Ribonuclic acid (RNA) là một trong hai loại acid nucleic, là cơ sở di truyền ở cấp độ phân tử. Ở một số loài mà không có DNA (như một số loại virut), thì RNA đóng vai trò là vật chất di truyền

Các RNA được tổng hợp từ các gene tương ứng trên DNA, đóng vai trò trung gian trong quá trình sinh tổng hợp protein.

Những đặc trưng về mặt hóa học của sự tổng hợp RNA

- Các thành phần cấu tạo RNA gồm 4 loại nucleotide (A, U, G, C).

- Trong RNA nhóm 3’OH của nucleotide này phản ứng với nhóm 5’P của một nucleotide khác.

- Trật tự của các base nitơ trong một phân tử RNA được xác định bởi trật tự base nitơ có trong khuôn mẫu DNA.

- Hướng tăng trưởng của chuỗi polynucleotide là 5’P → 3’OH.

Phân tử RNA có cấu tạo tương tự DNA với ba điểm khác nhau sau:-Phân tử RNA là chuỗi đơn-Đường pentose của phân tử DNA là ribose thay vì đường deoxyribose.-Thymine, một trong bốn base hình thành nên phân tử DNA, được thay thế bằng Uracyl trong phân tử RNA

Trong tế bào có 3 loại RNA cơ bản được phân loại theo chức năng, mỗi loại đều có cấu trúc đặc thù riêng.

mRNA ( messenger RNA : RNA thông tin)

•Có cấu trúc mạch đơn, chiếm 3-5% tổng số RNA, mRNA của prokaryote có cấu trúc đơn giản, thời gian bán hủy ngắn, trung bình khoảng 2phút, mRNA của eukaryote có thời gian bán hủy lâu hơn, khoảng từ 30 phút đến 24h.•mRNA có vai trò vận chuyển thông tin mã hóa trên DNA đến ribosome để tổng hợp phân tử protein tương ứng.•mRNA có đoạn đầu mang các tín hiệu cho ribosome nhận biết để gắn vào và bắt đầu thực hiện quá trình dịch mã và phần đuôi mang mã kết thúc để báo hiệu chấm dứt quá trình dịch mã.

Cấu trúc của mRNA prokaryote

Cấu trúc của mRNA ở Eukaryote

Là các RNA nhỏ, chiếm 10-15% tổng số RNA, có nhiệm vụ mang các amino acid đặc hiệu đến ribosome trong quá trình giải mã.

tRNA có cấu trúc không gian hình chĩa ba với một số vòng tạo xoắn theo nguyên tắc bổ sung và một số vòng không tạo xoắn trên tRNA có các vị trí đặc biệt sau:

- Vị trí gắn amino acid là dãy ACC ở đầu 3’.- Vị trí nhận biết mã gọi là vị trí đối mã

tRNA (transfer RNA: RNA vận

chuyển)

- Nhánh T giúp tRNA định vị trong Ribosome.- Nhánh ghi nhận enzyme DHU (chứa hydrouridine) giúp tRNA chịu tác dụng của ezym AAS (aminoacyl synthetase).Có khoảng từ 73-93 nucleotide Quá trình gắn amino acid vào tRNA gồm 2 giai

đoạn như sau: Giai đoạn 1:enzyme nhận biết và gắn với một

amino acyl đặc hiệu. Enzyme + amino acid + ATP enzyme-

aminoacyl-AMP +P-P Giai đoạn 2: amino acid chuyển từ phức hợp

enzyme-aminoacyl sang tRNA tương ứng Enzyme-aminoacyl-AMP + tRNA tARN-

aminoacyl + AMP + enzyme.

rRNA (ribosomal RNA: RNA ribosome)

rRNA là thành phần cơ bản của ribosome, vừa đóng vai trò xúc tác và cấu trúc trong sự tổng hợp protein.

rRNA có cấu trúc không gian phức tạp do có nhiều đoạn bắt cặp với nhau theo nguyên tắc bổ sung.

rRNA chiếm 75% - 80% tổng số RNA tế bào. Tùy theo hệ số lắng S (sedimentation) trong

quá trình ly tâm phân tích, rRNA được chia thành nhiều loại:

- Ở Eukaryote rRNA có hệ số lắng khi ly tâm là 80S, gồm hai đơn vị:

+ Đơn vị lớn ( 60S) có rRNA 28S; 5,8S; 5S+ Đơn vị nhỏ (40S) có rRNA 18S

- Ở Prokaryote rRNA có hệ số lắng khi ly tâm là 70S, gồm 2 đơn vị:+ Đơn vị lớn (50S): có loại rRNA 23S; 5S+ Đơn vị nhỏ (30S): có rRNA 16S

Ribozyme và khả năng tự cắt (SELF-SPLICING)

Một số RNA có khả năng xúc tác như vai trò của các protein enzyme được gọi là ribozyme. ở những RNA này quá trình tự cắt có thể xảy ra trên RNA mà không cần đến vai trò của các enzyme protein.hoạt động này liên quan đến sự biến đổi cấu trúc của đoạn intron trên RNA làm cho đoạn intron có hoạt tính xúc tác tương tự enzyme,tự xúc tác cho quá trình tự cắt ra khỏi RNA.

Sự đa dạng của các cấu trúc ribozyme sự đa dạng của các cấu trúc ribozyme

QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ

(TRANSCRIPTION)

Quá trình phiên mã cho phép tổng hợp mRNA trên khuôn DNA thông qua sự xúc tác của hệ enzyme RNA polymerase. Như vậy DNA không những có khả năng tổng hợp trên DNA mà còn có khả năng tổng hợp nên RNA, một phân tử khác. Khả năng này của DNA được gọi là khả năng dị xúc tác.

Quá trình nguyên tắc cơ bản phiên mã dù ở prokaryote hoặc ở eukaryote đều tuân theo sau:

1. Chỉ 1 trong 2 mạch của DNA được dùng làm khuôn để tổng hợp RNA

2. RNA polymerase bám vào DNA làm tách rời hai mạch của DNA và di chuyển trên mạch khuôn DNA theo hướng ừ 3’ đến 5’ và do đó mRNA được tổng hợp theo hướng từ 5’ đến 3’.5’P 3’OHAUACUC GGAUAC

3. Không cần sự tham gia của đoạn mồi4. Sự phiên mã tạo ra RNA bổ sung với một sợi

DNA 5. Sự phiên mã là một phản ứng enzyme 6. Sự phiên mã chỉ sao chép chọn lọc một số phần

của genome và tạo ra nhiều bản sao 7. Nguyên liệu tổng hợp là các nucleotide triphosphate

(ATP, GTP, UTP, CTP)8. Cả 3 loại RNA đều được tổng hợp từ DNA Do enzyme RNA polymerase không có khả năng

sửa sai nên độ chính xác kém hơn nhiều so với quá trình tự nhân đôi,tuy nhiên do RNA không được sao chép nên không ảnh hưởng đến việc truyền đạt thông tin qua các thế hệ.

QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ CỦA PROKARYOTE

Enzyme RNA polymerase ở prokaryote

Ở prokaryote chỉ có một loại RNA polymerase chịu trách nhiệm tổng hợp tất cả các loại RNA.

RNA polymerase có cấu trúc bậc 4 với năm chuỗi polypeptide . Các chuỗi này nối với nhau bằng các liên kết yếu để tạo thành enzyme lõi.

— Chức năng của chuỗi β' là liên kết với sợi DNA khuôn, còn chuỗi β có tác dụng xúc tác hình thành liên kết phosphodiester. Vai trò của hai chuỗi α hiện chưa biết rõ.

— Nhân tố σ đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp RNA, nó giúp cho enzyme lõi có thể khởi đầu quá trình phiên mã tại một điểm đặc thù.

Các tiểu đơn vị RNA-polymerase của E.Coli

Tiểu đơn vị Số lượng Trọng lượng phân tử(dalton) Chức năng

β' (beta) 1 160.000 - liên kết với DNA khuôn

β (beta) 1 150.000 - kéo dài mạch RNA

α (alpha) 2 42.000 - chưa rõ

ω (omega) 1 11.000 - chưa rõ

σ (sigma) 1 70.000 - nhận biết promotor

ρ (rho) 6 46.000 - kết thúc phiên mã

Nus A 1 70.000

RNA-polymerase phát hiện và bám vào vị trí khởi động (promotor), sau đó gắn lên phân tử DNA, mở xoắn cục bộ và bắt đầu thực hiện quá trình tổng hợp phân tử RNA.

Cấu trúc RNA-polymerase ở prokaryote

Việc gắn yếu tố σ vào enzyme lõi làm tăng ái lực của enzyme với vị trí khởi động trên DNA, đồng thời làm giảm ái lực đối với các vùng khác. Khi enzyme lõi được gắn thêm yếu tố σ sẽ trở thành dạng holoenzyme.

-Phân tử mRNA được tổng hợp có thể chứa thông tin cho nhiều gene cấu trúc nối tiếp nhau (polycistronic mRNA), các protein do các gen này mã hóa thường liên quan với nhau trong một quá trình chuyển hóa nào đó.- Quá trình dịch mã xảy ra đồng thời với quá trình phiên mã.

Đặc điểm quá trình phiên mã ở Prokaryote

Quá trình tổng hợp RNA bao gồm 3 giai đoạn:

Cơ chế của quá trình phiên mã ở Prokaryote

QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ Ở PROKARYOTE

Tóm tắt quá trình phiên mã

GIAI ĐOẠN MỞ ĐẦU 

 

Vị trí khởi động (promotor) trên DNA thường là một trình tự gồm 6 nucleotide nằm cách điểm bắt đầu tổng hợp RNA 10 bp (trình tự - 10) và một điểm cách điểm bắt đầu tổng hợp 35 bp (trình tự - 35).

Tiểu đơn vị giúp RNA polymerase nhận biết được vị trí khởi động trên một mạch của DNA. Đầu tiên nó sẽ gắn vào vị trí trình tự - 35, sự gắn kết này sau đó sẽ làm cho trình tự - 1- tháo xoắn và một sợi đơn DNA sẽ được sử dụng làm khuôn để tổng hợp RNA.

Promotor của gen ở prokaryote Promotor của gen ở prokaryote nằm ngay trước

vị trí khởi đầu phiên mã. Bằng cách phân tích các trình tự DNA này của một số lượng lớn các gen vi khuẩn người ta nhận thấy có hai đoạn ngắn tương đối giống nhau giữa gen này và gen khác, mỗi đoạn gồm sáu nucleotide. Đoạn thứ nhất nằm cách vị trí khởi đầu khoảng 35 bp, là sự biến đổi của trình tự TTGACA. Đoạn thứ hai nằm cách vị trí khởi đầu khoảng 10 bp, là sự biến đổi của trình tự TATAAT. Chúng lần lượt được gọi là vùng 35 và vùng 10 (hộp Pribnow).

Đối với các promoter mạnh (ví dụ ở gen mã hóa rRNA), người ta còn tìm thấy yếu tố UP làm tăng sự gắn của RNA polymerase vào DNA.

Có một số promoter thiếu vùng 35 và được thay bằng yếu tố 10 mở rộng, bao gồm vùng 10 chuẩn và thêm một đoạn ngắn ở đầu 5’ của nó (ví dụ ở gen gal của E. coli).

Yếu tố σ nhận dạng các vùng 35 và 10 hoặc yếu tố 10 mở rộng nhờ các cấu trúc đặc biệt của chúng. Riêng yếu tố UP không được nhận dạng bởi σ mà được nhận dạng bởi một vùng ở đầu C tận cùng của tiểu đơn vị α, gọi là α CTD (carboxyl terminal domain).

- Điểm gắn của RNA-polymerase trên promoter gồm 2 trật tự:

+ Trật tự 6 base nitơ TATAAT (hộp -10)

+ Trật tự 6 base nitơ TTGACA (hộp -35)- Sự tổng hợp bắt đầu từ điểm xuất phát cách 7 base phía sau hộp Pribnow.

- Nucleotide thứ nhất được đặt vào tổng hợp một đoạn RNA ngắn 8-9 nucleotide.

KHỞI ĐẦU PHIÊN MÃ Ở PROMOTER UV5 OPERON LACTOSE

Vị trí khởi động (promotor)

GIAI ĐOẠN KÉO DÀI Khi phân tử RNA đang tổng hợp có khoảng 8-10

nucleotide thì tiểu đơn vị sẽ tách khỏi phức hợp eym polymerase và sẽ gắn vào một promoter khác để bắt đầu một quá trình phiên mã mới.

đồng thời RNA polymerase sẽ gắn thêm các nhân tố kéo dài , sự tách rời của đơn vị này sẽ giúp RNA polymerase tiếp tục trượt trên mạch khuôn để tổng hợp RNA.

Trong quá trình tổng hợp RNA, sợi RNA đang tổng hợp sẽ tách dần khỏi mạch khuôn của DNA.

Phần DNA được tháo xoắn sẽ được RNA-polymerase xoắn trở lại sau đó.

Giai đoạn khởi đầu và kéo dài trong quá trình phiên mã

VIDEO QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ

GIAI ĐOẠN KẾT THÚC Trên DNA của vi khuẩn có các dấu hiệu kết thúc,

khi RNA polymerase gặp dấu hiệu này thì sẽ ngừng phiên mã, giải phóng RNA và xúc tác cho một quá trình phiên mã mới. Phân tử tRNA và rRNA sau khi giải phóng sẽ tiếp tục hoàn thiện cấu trúc bậc 2.

Ở vi khuẩn có 2 kiểu kết thúc: (1) Các dấu hiệu kết thúc phụ thuộc vào yếu tố Rho, dấu hiệu này sẽ đình chỉ quá trình phiên mã khi có mặt yếu tố Rho. (2) Các dấu hiệu kết thúc không phụ thuộc vào yếu tố Rho có thể chấm dứt quá trình phiên mã khi không có yếu tố Rho.*Rho là một protein gồm có 6 tiểu đơn vị, có 2 domain.

Cơ chế hoạt động của các dấu hiệu kết thúc không phụ thuộc vào yếu tố

Rho Trên DNA mang các đoạn lặp đảo ngược, đây

là một đoạn có trình tự nucleotide đảo ngược trên DNA và có thể bổ sung bắt cặp với nhau ,tạo thành cấu trúc dạng kẹp tóccho nhau. Khi đoạn này được phiên mã chúng có thể

Sơ đồ biểu diễn cách hình thành cấu trúc dạng "kẹp tóc"

Kết thúc phiên mã bằng các dấu hiệu kết thúc không phụ thuộc vào yếu tố Rho

• Phía sau đoạn lặp đảo ngược thứ hai có một trình tự khoảng 6 nucleotide adenine, được phiên mã thành chuỗi polyuracyl phía sau cấu trúc kẹp tóc trên RNA.

• Sự có mặt của cấu trúc kẹp tóc sẽ làm cho RNA polymerase di chuyển chậm và dừng lại dẫn đến việc ngăn cản, chấm dứt việc phiên mã.

Sự bổ sung giữa A và U phía sau cấu trúc kẹp tương đối không hằng định tạo thuận lợi cho việc tách RNA ra khỏi mạch khuôn.

Quá trình tổng hợp sẽ dừng lại ở đoạn poly-U.

Cơ chế hoạt động của các dấu hiệu kết thúc phụ thuộc vào yếu tố Rho

Trên DNA mang các trình tự báo hiệu chấm dứt hoạt động phiên mã, gọi là dấu hiệu kết thúc.

Phía trước dấu hiệu kết thúc là một trình tự DNA phiên mã cho một đoạn RNA không có khả năng tạo nên cấu trúc bậc 2 gọi là đoạn RNA không được cấu trúc. Protein Rho sẽ gắn vào vị trí này trên RNA và di chuyển về phía đầu 3’ theo hướng của enzyme RNA polymerase.

Kết thúc phiên mã bằng các dấu hiệu kết thúc phụ thuộc vào yếu tố Rho

RNA polymerase sẽ dừng lại khi gặp dấu hiệu kết thúc tạo điều kiện cho yếu tố Rho bắt kịp. Yếu tố này có hoạt tính như enzyme helicase sẽ tách cấu trúc kép RNA-DNA, giải phóng RNA và chấm dứt quá trình phiên mã.

Phân tử RNA hoàn thiện cấu trúc bậc 2

VIDEO QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ 2

SƠ ĐỒ BIỂU DIỄN QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP RNA

QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ CỦA EUKARYOTE

Việc xúc tác cho quá trình phiên mã ở eukaryote do 3 loại RNA polymerase I, II, III chịu trách nhiệm trong đó RNA polyrase III phiên mã cho các RNA nhỏ như tRNA và loại RNA5S, snRNA (small nuclear RNA: RNA nhỏ ở nhân)

Phân tử mRNA được tổng hợp chỉ chứa thông tin của 1 gene (mocistronic mRNA). Nhưng khác với prokaryote, mRNA sau khi phiên mã sẽ không tham gia ngay và quá trình dịch mã mà phải qua một quá trình biến đổi mới trở thành một mRNA trưởng thành tham gia dịch mã, quá trình này được gọi là quá trình trưởng thành (mautuartion). mRNA trước khi qua quá trình này được gọi là tiền mRNA (premessenger RNA).

CẤU TRÚC GEN Ở EUKARYOTE Cấu trúc một gen mã hóa cho protein của eukaryote

bao gồm các vùng sau: Vùng 5’ kiểm soát biểu hiện gen

Vùng này bao gồm các trình tự nucleotide điều hòa biểu hiện gen và hoạt hóa sự phiên mã, bao gồm:

Promoter. Là những trình tự định vị ở đầu 5’ không dịch mã của gen có chức năng xác định vị trí bắt đầu phiên mã, kiểm soát số lượng mRNA và đôi khi cả tính đặc hiệu mô (tissue-specific). Promoter có thể dài đến vài nghìn bp. Vùng này thường chứa một trình tự bảo thủ gọi là hộp TATA nằm cách vị trí phiên mã khoảng 25-30 bp. Hộp này giúp xác định chính xác vị trí bắt đầu phiên mã. Ngoài ra, còn có hộp CCAAT nằm cách vị trí bắt đầu phiên mã khoảng 75-80 bp.

Hộp này ít phổ biến hơn hộp TATA, nó có chức năng tăng hiệu quả phiên mã. Một số gen “quản gia” mã hóa cho các enzyme hiện diện ở tất cả các tế bào thường thiếu cả hai hộp này và promoter rất giàu GC. Ngoài ra, còn có các thành phần đặc hiệu khác.

Vị trí gắn vùng đặc hiệu mô. Là trình tự DNA tương tác với protein đặc hiệu mô để chỉ huy gen cấu trúc sản xuất ra từng protein đặc hiệu của từng mô.

Vị trí gắn với vùng tăng cường phiên mã (enhancer). Còn gọi là gen tăng cường, là những trình tự DNA được gắn với các tác nhân hoạt hóa để kích thích phiên mã của các gen kề bên, chúng có thể tác động qua một khoảng cách xa và có thể tác động theo hai phía (từ 5’ hoặc 3’ tới).

Vùng được phiên mã Bao gồm các exon và intron nằm xen kẽ. Đây là một

đặc điểm để phân biệt với gen của prokaryote. Các exon và intron đều được phiên mã nhưng chỉ có các exon là được dịch mã. Các intron được bắt đầu bằng GT và kết thúc bằng AG. Các intron chiếm phần lớn trong mỗi gen và chúng sẽ được loại bỏ khỏi RNA mới được tổng hợp, còn các exon được nối với nhau để tạo nên mRNA hoàn chỉnh (mature mRNA).

Ở hai đầu của vùng được phiên mã (coding region) còn có vùng 5’ không dịch mã (5’ untranslation region) và vùng 3’ không dịch mã (3’ untranslation region). Vùng 5’ không dịch mã được tính từ vị trí bắt đầu phiên mã cho đến codon khởi đầu ATG. Vùng 3’ không dịch mã bắt đầu từ codon kết thúc đến vị trí gắn đuôi poly(A).

DNA của tế bào eucaryote tập trung chủ yếu trong các nhiễm sắc thể trong nhân, có phân tử lượng lớn và chứa nhiều gen. Phần lớn các gen, ở phần mang mã để tổng hợp protein, có sự đan xen giữa các đoạn mang mã (exon) và các đoạn không mang mã (intron). Do vậy, quá trình phiên mã xảy ra phức tạp hơn và thường bao gồm hai quá trình chính

- Quá trình phiên mã tạo nên phân tử mRNA đầu tiên, gọi là phân tử tiền mRNA.

- Quá trình biến đổi phân tử tiền mRNA thành phân tử mRNA trưởng thành.

• . Vùng 3’ không dịch mã Chức năng chưa rõ, ở một số gen vùng này mang các trình tự điều hòa chuyên biệt

GIAI ĐOẠN KHỞI ĐẦU

Chịu sự kiểm soát của một trình tự đặt biệt trên DNA gọi là lõi khởi động (core promoter) trong đó có trình tự lặp gọi là hộp TATAAA (TATA box) nằm cách vị trính phiên mã khoảng 25-35 nocleotide có vai trò quan trọng trong quá trình phiên mã ở eukaryote.

Enzyme RNA polymerase của eukaryote Tế bào eukaryote có đến ba loại RNA polymerase là RNA polymerase I (pol I), RNA polymerase II (pol II), và RNA polymerase III (pol III).

RNA polymerase II bắt đầu phiên mã với sự phối hợp của các nhân tố phiên mã (TF: transcription factors) có bản chất là protein gồm có TFIID, TFIIB, TFIIA, TFIIE và TFIIH. Chữ TFII ký hiệu choại TF phối hợi với RNA polymerase II, các ký tự phía sau đại diện cho các loại TF khác nhau.

Vai trò của RNA polymerase II

•TFIID gắn với hộp TATA và vị trí hoạt động của RNA polymerase II để đảm bảo chó quá trình phiên mã bắt đầu một cách chính xác. TFIID có ít nhất chin chuỗi polypeptide, một trong chúng được gọi là TBP (TATA-binding protein: protein gắn với TATA) có khả năng ghi nhận và gắn vào hộp TATA trên DNA trên khuôn, bẻ cong đoạn DNA thành yên ngựa tạo thuận lợi cho hoạt động phiên mã.

Giai đoạn khởi đầu quá trình phiên mã ở Eukaryote vớiRNA

polymerase II

Một phức hợp gồm DNA polymerase, các yếu tố phiên mã, các yếu tố trung gian khác đến gắn với TFIID. TFIIA có vai trò duy trì mối quan hệ giữa TFIID và DNA, TFIIB giúp chọn lựa vị trí bắt đầu, TFIIH giúp tháo xoắn DNA, các chất trung gian đống vai trò trung gian giữa hệ thống phiên mã và các protein hoạt hóa cho quá trình phiên mã.

Ngay phía trước lõi khởi động là một trình tự lặp gọi là vùng điều hòa khởi động (regulatory promoter). Vùng này sẽ kết hợp với các protein hoạt hóa cho quá trình phiên mã và qua đó ảnh hưởng tới tốc độ phiên mã.

Trên DNA có các trình tự với tác dụng tang cường hoạt động phiên mã của các gene gọi là vùng tang cường (enhancer), vùng này có thể nằm ở phía trước hoặc phía sau gene và cách xa gene mà nó điều khiển, đôi khi vùng này nằm trong các intron của gene. Mặc dù nằm cách xa vùng khởi động nhưng thông qua các protein hoạt hóa cho quá trình phiên mã, DNA sẽ tạo thành một quai DNA làm cho vùng khởi động và vùng tang cường nằm sát nhau để điều khiển quá trình phiên mã.

Vai trò của RNA polymerase I

RNA polymerase I cần có 2 protein là SL1 và UBF để bắt đầu cho quá trình phiên mã.2 protein này sẽ gắn vào 2 vùng chức năng trên DNA, một vùng nằm quanh vị trí bắt đầu phiên mã kéo dài từ vị trí -40 đến +20 gọi là yếu tố lõi (core element) cần thiết cho việc bắt đầu phiên mã và một vùng ở phía trước vùng yếu tố lõi ở vị trí -180 đến -1=7 gọi là yếu tố kiểm soát (control element) có vai trò tang cường hiệu quả hoạt động của vùng quanh vị trí phiên mã. 2 vùng này giàu GC và có trình tự giống nhau.

Như vậy cả hai emzyme RNA polymerase I và II đều có vai trò quan trọng như nhau trong việc bắt đầu quá trình phiên mã.

Giai đoạn khởi đầu quá trình phiên mã ở eukaryote với RNA polymerase I

Vai trò của RNA polymerase III

Chỉ xúc tác cho quá trình phiên mã cho các RNA nhỏ như tRNA và loại RNA5S, snRNA. Vùng tác động của enzyme này có thể nằm phía trước vị trí phiên mã (snRNA) hoặc nằm trong vùng phiên mã (t và rRNA). Các vị trí khởi động khác nhau

trên các loại gên của RNA polymerase III

GIAI ĐOẠN KÉO DÀI mRNA được tổng hợp trên mạch khuôn

của DNA nhờ nhân tố TFIIS.

GIAI ĐOẠN KẾT THÚC Giai đoạn này ở eukaryote chưa được biết một cách

tường tận. 3 loại RNA polymerase sử dụng các cơ chế khác nhau để chấm dứt việc phiên mã.

RNA polymerase I cần một yếu tố kết thúc giống như yếu tố Rho ở vi khuẩn, yếu tố này gắn với một trình tự DNA ở phía sau vị trí kết thúc.

RNA polymerase III kết thúc phiên mã sau khi phiên mã một trình tự kết thúc tạo ra một chuỗi gồm các uracyl trên phân tử RNA, quá trình này không cần sự hình thành cấu trúc “kẹp tóc” phía trước chuỗi uracyl như ở vi khuẩn.

Đối với các gene phiên mã dưới tác động của RNA polymerase II, quá trình phiên mã có thể chấm dứt tại nhiều vị trí nằm trong khoảng từ vài trăm đến vài ngàn cặp base ở phía cuối gene.

QUÁ TRÌNH TRƯỞNG THÀNH CỦA CÁC TIỀN mRNA

QUÁ TRÌNH TRƯỞNG THÀNH CỦA CÁC TIỀN mRNA xảy ra ở trong nhân tế bào từ trước khi quá trình phiên mã kết thúc. Quá trình này gồm các bước:

GẮN MŨ CHỤP (CAPPING) Ngay sau khi bắt đầu phiên mã, một nhóm phosphate

của nucleotide đầu 5’ sẽ bị tách đi tạo điều kiện cho một guanine với một phosphate gắn vào đầu 5’, sao đó base guanine sẽ gắn thêm nhóm methyl vào vị trí số 7 (7-methyl guanin), với chiều ngược lại tạo liên kết phosphodiester giữa hai cacbon thứ 5 của hai nucleotide. Tạo mạch liên kết 5’−5’ thường được gọi là “mũ”. sự methyl hóa này có thể xảy ra ở vị trí 2’ trên phân tử đường của một hoặc một số nucleotide tiếp theo.

Sau khi được gắn “mũ” thì ở đầu 5’ của phân tử mRNA cũng sẽ có nhóm 3’−OH tự do ở gốc đường giống như ở đầu 3’. Tuy vậy, nhờ nhóm metyl (−CH3) ở vị trí nitơ thứ 7 của bazơ guanosine có thể phân biệt được đầu 5’. Như vậy, sau khi gắn “mũ”, đầu 5’ không còn nhóm phosphat tự do nữa.

Mũ chụp có vai trò hết sức quan trọng trong quá trình dịch mã Mũ giúp cho ribosome nhận biết và gắn vào đầu 5’ của mRNA, khởi đầu dịch mã đúng vị trí qui định, đồng thời, “mũ” bảo vệ mRNA khỏi bị các enzyme nuclease phân huỷ.

. Ngoài ra mũ chụp còn giúp giữ cho cấu trúc của mRNA được hằng định và ảnh hưởng đến quá trình cắt bỏ các intron.

Cấu tạo "mũ" chụp ở đầu 5' của mRNA

GẮN ĐUÔI POLY A Ngay sau khi phiên mã xong, các tiền mRNA (pre

mRNA) sẽ bị cắt ở vị trí nằm phía sau một quá trỉnh tự đồng nhất (consensus sequence) AAUAAA khoảng 11 – 30 nucleotide. Sau đó enzyme polyA polymerase và một số yếu tố khác sẽ giúp gắn một lượng adenine vào đầu 3’ của mRNA, sau khi gắn khoảng 10 adenine, một protein gọi là PABP (polyA binding Protein: protein liên kết với polyA) sẽ gắn vào đuôi poly A và giúp phát triển tiếp tục chuỗi polynucleotide adenine, càng nhiều PABP gắn vào đuôi sẽ có càng nhiều adenine trong đuôi polyA. Số lượng adenine trong poly A khoảng từ 50 – 250.

Đuôi polyA giúp duy trì sự ổn định của mRNA và kéo dài thời hoạt động dịch mã của RNA này. Sự ổn định của mRNA phụ thuộc vào các protein gắn vào đuôi polyA.

Sơ đồ về sự hình thành đuôi poly-A

VIDEO QÚA TRÌNH CHỤP MŨ VÀ GẮN ĐUÔI POLY A

CẮT NỐI (SPLICING) Trong bước này tiền mRNA sẽ cắt bỏ các đoạn

intron không mang mã và nối các đoạn exon mang mã lại với nhau. Có 3 trình tự đóng vai trò quant rọng trong quá trình này:

- Trình tự cho GU ở đầu 5’ của intron (một số ít là AU)

- Điểm nhánh (branch point) là một trình tự nucleotide với một adenine nằm ở trước vị trí cắt ở đầu 3’ khoảng tử 18 đến 40 nucleotide. Trình tự này không có độ đồng nhất cao nhưng thường có dạng YNYYRAY (Y: nucleotide pyrimidine, N: bất cứ loại nucleotide nào, R nucleotide purine và A: adenine). Đột biến xảy ra ở vùng này sẽ làm cho quá trình cắt nối không xảy ra được.

- Trình tự nhận AG ở đầu 3’ (một số ít là AC)

Quá trình cắt nối được thực hiện với sự tham gia của một phức hợp lớn có tên là splicesome (thể cắt nối), được cấu tạo từ nhiều phân tử RNA và protein. Các phân tử RNA tham gia vào cấu trúc của splicesome là các RNA nhân nhỏ (snRNAs), những snRNA này sẽ kết hợp với các protein để tạo thành các snRNP (small ribonucleprotein particles: tiểu phần ribonucleprotein nhỏ), mỗi snRNP chứa một snRNA và nhiều protein. Splicesome gồm 5 snRNP được gọi tên theo loại snRNA mà nó mang trong cấu trúc (U1, U2, U4, U5 và U6).

Trước khi quá trình cắt nối xảy ra exon trước (exon 1) và exon sau (exon 2) được tách ra bởi 1 intron. Tiền mRNA được cắt nối theo hai bước sau:

Bước 1 Tiền mRNA bị cắt ở vị trí cắt 5’ làm giải phóng

exon 1 ra khỏi intron và đầu 5’ của intron sẽ gắn vào điểm nhánh bằng cách uốn cong lại tạo thành một cấu trúc hình “nút thong lọng” (lariat). Nucleotide guanine ở đầu 5’ cảu intron sẽ liên kết với nucleotide adenine của điểm nhánh. Nhóm OH trên carbion 2’ cảu adenine tại điểm nhánh sẽ phá vỡi kiên kết 5’ phosphodiester của guanine ở vị trí cắt 5’, và tạo thành một liên kết 5’-2’ phosphodiester mới giữa guanine và adenine. Quá trình này được gọi là quá trình chuyển ester hóa (transesterification).

Quá trình cắt nối gen

Bước 2 Vị trí 3’ sẽ bị cắt và đồng thời đầu 3’ của exon 1 sẽ gắn với đầu 5’ của exon 2 bằng liên kết hóa trị, phản ứng này cũng được thực hiện qua quá trình chuyển ester hóa, trong đó có nhóm 3’-OH của exon 1 sẽ phá vỡi liên kết phosphodiester ở vị trí cắt 3’ và tạo thành liên kết phosphodiester mới giữa đầu 3’ của exon 1 và đầu 5’ của exon 2’. Khi đó đoạn intron được cắt bỏ dưới dạng nút thong long.

Nút thong long intron này sẽ trở thành mạch thẳng và nhanh chóng bị thoái hóa dưới tác dụng của các enzyme của nhân. Giữa các exon và intron khác cũng diễn ra quá trình tương tự để tạo thành mRNA trưởng thành (mature mRNA) chỉ gồm các đoạn exon. mRNA trưởng thành sao đó sẽ vào bào tương tham gia quá trình dịch mã.

Video quá trình cắt nối intron của mRNA

Video quá trình phiên mã ở Eukaryote

Nhóm 1 lớp D1B: Nguyễn Quỳnh An Lê Tuấn Anh Nguyễn Ngọc Cát Anh Đinh Văn Can Hồ Thị Chung Phan Hải Dương H’ Chi Êban H’ Gai Bùi Thị Thu Hà Đoàn Thị Thu Hà.