CÁC LOẠI ARN

Ths. Nguyễn Thanh Tố Nhi

ARN

KHÁI NIỆM

Vì sao ADN mang thông tin di truyền, nhưng không trực tiếp chỉ

huy quá trình sinh tổng hợp protein?

ADN nhiễm sắc thể chỉ mang một bản sao duy nhất cho mỗi gen

Các gen khác nhau sẽ biểu hiện khác nhau

Việc biểu hiện gen cần đáp ứng các điều kiện môi trường

Cần cơ chế trung gian để khuếch đại và kiểm soát sự

biểu hiện gen theo nhu cầu TB

ARN

Là phân tử trung gian trong quá trình biểu hiện gen

Sản phẩm của phiên mã

Được tổng hợp trong nhân (eukaryote), vào TBC

tham gia tổng hợp Protein

C Á C L O Ạ I A R N

ARN

ARN

 Mạch đơn polyribonucleotid (trừ ARN 1 số virus)  Đường ribose (5C), gốc phosphat

Các base nitơ: Adenin, Guanin, Cytosin và Uracil

ARN

VAI TRÒ

Tham gia cấu tạo ribosom: rARN

Vận chuyển acid amin đến ribosom trong quá trình sinh tổng hợp protein: tARN

Trung gian truyền thông tin di truyền đến

bộ máy sinh tổng hợp protein: mARN (ARN mã hóa)

Chất xúc tác RNAse P

 ARN tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein

4

CÁC LOẠI ARN

ARN

mRNA – messenger RNA - ARN thông tin

rRNA – ARN ribosom

tRNA – transfer RNA - ARN vận chuyển

Pre-rRNA (tiền rARN): sau khi được cắt nối sẽ thành rARN

hnRNA – tiền mRNA: heterogeneous nuclear RNA - ARN nhân

snRNA – small nuclear - ARN nhân nhỏ

không đồng nhất

scRNA – small cytoplasmic - ARN tế bào chất nhỏ

rRNA – ARN ribosom

CÁC ARN

Chiếm 75% ∑ARN

Là thành phần cấu tạo ribosom

VK, lục lạp: 70S

Có 3 loại ribosom, phân biệt dựa vào hệ số lắng (Svedberg):

Ty thể động vật có vú: 50S

Tế bào nhân thật: 80S

rRNA – ARN ribosom

Vai trò: cấu tạo nên ribosom:

Gồm 2 tiểu đơn vị

Có thể tách ra ([Mg2+] giảm)và gắn lại ([Mg2+] tăng)

tùy [Mg2+]

Tiểu đơn vị: rARN + protein

CÁC ARN

rRNA – ARN ribosom

CÁC ARN

rRNA của tế bào nhân nguyên thủy và tế bào nhân thật

rRNA – ARN ribosom

CÁC ARN

rARN

Tế bào Ribosom

Protei n

Tiểu đơn vị

31

Lớn 50S

70S

Nhân nguyên thủy

21

Nhỏ 30S

49

Lớn 60S

80S

Nhân thật

23S 5S 16S 28S 5,8S 5S 18S

33

Nhỏ 40S

rRNA – ARN ribosom

CÁC ARN

Cấu trúc của rARN

biến đổi bản sao sơ cấp của rARN

S-Adenosyl Methionin (SAM) + rARN

metyl-rARN

Cấu trúc bậc 1: metyl hóa nucleotit, xảy ra sau phiên mã

rARN TBNNT & các bào quan: metyl hóa ở base khởi đầu (5-

ARN methylase

methylcytosin)

rARN TBC TBNT: metyl hóa vị trí 2’-ribose (2’ – O-

methyladenosyl)

Vị trí methyl hóa được bảo tồn

rRNA – ARN ribosom

Cấu trúc của rARN

Cấu trúc bậc 2: vai trò trong lắp ráp ribosom, lưu

trữ tốt trong quá trình tiến hóa

CÁC ARN

ARN ribosom E.coli

Sự biến đổi

RNAse III

Pre-rARN

rARN

8

ARN ribosom TBNT

Sự biến đổi

Gen mã

hóa cho

rARN có

nhiều bản

sao

11

ITS: internal transcribed spacer ETS: external transcribed sequence

tRNA – ARN vận chuyển

CÁC ARN

Là chất nối trung gian, gắn với aminoacid, mang đến

ribosom gắn với mARN để tổng hợp protein

Mỗi tARN chỉ vận chuyển 1 aminoacid xác định (vì

trên tARN chỉ có 1 vị trí gắn aa)

Mỗi aminoacid được vận chuyển bởi 1 số tARN khác

nhau (codon đồng nghĩa)

tRNA – ARN vận chuyển

CÁC ARN

CÂU HỎI:

1 loại tARN có thể mang nhiều loại aa khác nhau?

Mỗi aa được vận chuyển bởi 1 tARN?

tRNA – ARN vận chuyển

CÁC ARN

Aminoacyl hóa: tARN + aminoacid

aminoacyl -

aminoacyl-tARN synthetase

Phản ứng chủ yếu trong sinh tổng hợp Protein

tARN

Formyl hóa tARN mở đầu (Prokaryote)

Gắn những yếu tố nối dài

Gắn ribosom

Nhận diện codon - anticodon

tRNA – ARN vận chuyển

CÁC ARN

Cấu trúc:

Chiều dài: 73 – 93 nucleotit

Gấp cuộn thành cấu trúc

“lá chẻ 3”

Vị trí gắn acid amin: đầu

3’OH - trình tự kết thúc CCA

Vòng DHU: nhận diện

Vòng anticodon

aminoacyl tARN synthetase

Vòng T ψC

tRNA – ARN vận chuyển

CÁC ARN

Sự biến đổi Có nhiều bản sao của gen tARN trên NST Được phiên mã thành pre-tARN pre-tARN

tARN

RNAse P Biến đổi base

mRNA – ARN thông tin

CÁC ARN

Mang thông tin quy định trình tự protein đến ribosom

mARN nguyên vẹn của Prokar & Eukar chứa trình tự Nu nhiều

hơn số được dùng để mã hóa Protein

Cấu trúc:

Vùng 5’ không mã

hóa – 5’UTR

Vùng mã hóa

Vùng 3’ không mã

UTR: untranslated region

hóa – 3’UTR

mRNA – ARN thông tin

Thời gian tồn tại ngắn: Prokar: 2’, Eukaryote: 30’ – 24h

UTR: giúp ARN tồn tại lâu hơn trong TBC trước khi bị

thoái hóa

tổng hợp nhiều Pro hơn , thúc đẩy dịch

mã hiệu quả hơn

CÁC ARN

mRNA – ARN thông tin

Sự biến đổi mARN tế bào nhân thật

Xảy ra sau khi phiên mã hoàn tất

Gắn chóp đầu 5’

Gắn đuôi đầu 3’

Cắt, nối

CÁC ARN

CÁC ARN

Biến đổi các đầu 5’, 3’

Biến đổi đầu 5’: Giai đoạn gắn chóp

Bảo vệ ARN

Gắn Guanin vào đầu 5’ nhờ E. guanintransferase

Vị trí để ribosom nhận diện gắn vào khi dịch mã

CÁC ARN

Giai đoạn gắn chóp

Phản ứng methyl hóa chóp xảy ra theo 1 trong 3 cách

Chóp 0: ở G7, xảy ra ở tất

cả mARN nhân thật

ribose của nucleotid đầu tiên,

Chóp 1: ở 2’-OH đường

nhân thật

xảy ra ở hầu hết mARN

10-15%.

Chóp 2: ở nucleotid thứ 2, tỉ lệ

Biến đổi đầu 3’ – gắn đuôi polyA CÁC ARN

pre-mARN có trình tự nhận diện AAUAAA nhờ poly A

Đuôi poly A (50 – 250 base ở ĐVCV, 100 base ở NM) gắn vào

polymerase

 Vai trò: bảo vệ ARN, vận chuyển mARN từ nhân ra TBC, vòng

hóa mARN giúp tái sử dụng ribosom

Quá trình cắt, nối

Bản sao nguyên thủy giống ADN: gồm intron và exon

 Exon mang mã di truyền của protein

Intron xen giữa các exon

Cắt nối để loại bỏ intron, nối các exon

Xúc tác bởi ARN (snRNP = protein + snARN) Nguyên tắc cắt nối pre-mARN: GU - AG GU luôn tận cùng đầu 5’ của intron: vị trí cho

AG luôn tận cùng đầu 3’ của intron: vị trí nhận

Vị trí nhánh UACUAAC ở nấm men hay 1 trình tự chung

ít bảo tồn ở intron của ĐV có vú

20

Quá trình cắt, nối

CÁC ARN

21

So sánh mARN TBNT & TBNNT

CÁC ARN

 Nhân thật  Nhân nguyên thủy:

 mARN là monocistron  mARN là polycistron

 Dịch mã xảy ra sau khi  Dịch mã xảy ra ngay khi

đang phiên mã

phiên mã hoàn tất

 mARN có tuổi đời dài (30  mARN có tuổi đời ngắn

(2 phút)

 Pre-mARN bị biến đổi:

phút - 24 giờ)

 Hầu như không bị biến đổi

· Gắn đuôi

· Gắn chóp

· Cắt nối

mARN ngược

Trình tự bổ sung với trình tự mARN

Ngăn cản dịch mã

CÁC ARN

ADN

ARN

PROTEIN

mARN ngược

Các snARN & các scARN CÁC ARN

Phức hợp với các Pro đặc hiệu tạo nên các hạt

Ở tế bào nhân thật

Spliceosom: các snRNP, biến đổi pre-mRNA thành mARN

ribonucleoprotein (RNP): snRNP, scRNP, dài ≈ 90 – 300 Nu

7 loại snRNP U1 – U7.U1, U2 : sửa đổi hnARN thành mARN

hoàn chỉnh, U3: sửa đổi pre-rARN thành rARN TBC.

ARN có khả năng xúc tác: ribozym

Các snRNA & các scARN

CÁC ARN

scRNP liên quan đến việc xử lý tín hiệu xuất và xuất

protein vào lưới nội chất

SỰ PHIÊN MÃ & MÃ DI TRUYỀN

SỰ PHIÊN MÃ

Nguyên tắc chung

Đa số chỉ 1 trong 2 mạch ADN được phiên mã:

phiên mã bất đối xứng

ARN polymerase phụ thuộc ADN bám vào ADN làm

tách mạch, di chuyển theo hướng 3’ – 5’ trên ADN,

ARN được tổng hợp theo hướng 5’  3’

5'-GTCACCCATGGAGG-3' Sợi không phiên mã

3'-CAGTGGGTACCTCC-5' Sợi phiên mã (khuôn)

5'-GUCACCCAUGGAGG-3' mRNA

3' mRNA 5'

5' 3'

3' DNA 5' DNA

5'mRNA 3'

5'mRNA 3' 5'mRNA 3'

SỰ PHIÊN MÃ

Nguyên tắc chung

Không cần mồi

Cơ chất: ribonucleotide-5’triphosphate ATP, GTP, CTP, UTP

Co-factor: Mg2+ hoặc Mn2+

 ARN polymerase không có hoạt tính sửa sai (tuổi thọ ARN

ngắn, nếu PM sai  không di truyền được)

Đặc điểm phiên mã ở tế bào nhân nguyên thủy

 Chỉ một loại ARN polymerase tổng hợp tất cả các

loại ARN.

 mARN thường chứa thông tin nhiều gen nối tiếp

nhau (polycistron mARN).

 Phiên mã và dịch mã xảy ra đồng thời.

PHIÊN MÃ Ở TBNNT SỰ PHIÊN MÃ

ARN polymerase của E.coli

Toàn bộ enzym đgl

holoenzym chứa các tiểu đơn vị

α2ββ’σ

σ: nhận diện, định hướng vào

promoter, được tách ra thuận

nghịch từ holoenzym

ααββ’σ ααββ’ + σ

Kéo dài chuỗi ARN

Nhận diện, gắn vào promoter, khởi động PM

PHIÊN MÃ Ở TBNNT

SỰ PHIÊN MÃ

Promoter: trình tự /ADN khởi động phiên mã

Vùng -10: Hộp Pribnow, hộp TATA (TATAAT)

Vùng -35: TTGACA, gắn khởi đầu ARN polymerase

Vị trí bắt đầu PM (+1): 1 base purin thuộc trình tự TAC

PHIÊN MÃ Ở TBNNT

Promoter

Sai lệch nhỏ so với trình tự chung

Kiểm soát tần suất khởi động phiên mã

Yếu tố điều hòa phiên mã chính ở vi khuẩn

SỰ PHIÊN MÃ

Promoter

- 35

- 10

Điểm xuất phát

TTGACA TTTACA18 bp 

Consensus lac P Gal P1 (ức chế đồng hoá) Gal P2 (ức chế dị hoá) AraC AraBAD Trp

GTCAC 16 CTGACA 17 CTGACG 18 TTGACA 17

 6 bp A 6 A 6 A 6 G 8 A 7 A

TATAAT TATGTT TATGGT TATGCT TGTCA T TACTG T TTAACT

PHIÊN MÃ Ở TBNNT

Khởi đầu

Holoenzyme ARN

SỰ PHIÊN MÃ

polymerase (yếu tố σ)

hợp khởi động đóng

gắn vào promoterphức

Phức hợp đóng bị cắt liên

kết hydro  phức hợp mở

tạo bong bóng phiên mã.

ARN pol chỉ bắt đầu tổng hợp mARN từ vị trí +1 có base thuộc

trình tự TAC sau chỗ bám về phía đầu 5’

PHIÊN MÃ Ở TBNNT

SỰ PHIÊN MÃ

Nối dài chuỗi ARN NTP đầu tiên được kết nối,

hình thành cặp base tại +1

ARN di chuyển dọc ADN theo

chiều 3’  5’, kéo dài mạch

phosphodiester giữa Nu mới và

ARN do hình thành liên kết

mạch đang được tổng hợp

Kết dính được 12 Nu vào

chuỗi σ tách ra, đầu 5’

mARN tách khỏi ADN

PHIÊN MÃ Ở TBNNT

Kết thúc

Độc lập yếu tố ρ

Điểm kết thúc (terminator): Trình tự giàu

•Trình tự kết thúc /ADN được phiên mã

GC/ADN (đối xứng 2 bên, kèm thêm 5 – 6 Adenin)

 Tạo cấu trúc kẹp tóc

Liên kết yếu giữa oligoA-oligoU

giúp ARN tách khỏi ADN

PHIÊN MÃ Ở TBNNT

SỰ PHIÊN MÃ

Kết thúc

Độc lập yếu tố ρ

PHIÊN MÃ Ở TBNNT

SỰ PHIÊN MÃ

Kết thúc

Phụ thuộc yếu tố ρ

ρ là 1 protein gồm 6 tiểu đơn vị giống

Cần nút kẹp tóc, không cần oligo A /ADN

nhau, ái lực cao với ARN

Nhận diện trình tự giàu C, nghèo G

ρ gắn vào ARN, dùng hoạt tính helicase

(thủy giải ATP) tách ARN ra khỏi ADN

PHIÊN MÃ Ở TBNNT

SỰ PHIÊN MÃ

PHIÊN MÃ TB NHÂN THẬT

 Xảy ra trong nhân  Nhiều loại enzym ARN polymerase

Phiên mã

Loại

Vị trí

ARN polymerase I

Nhân con

rARN

ARN polymerase II

Dịch nhân mARN

ARN polymerase III

tARN, 5S rARN, snARN, scARN

Dịch nhân

 Cơ chế tương tự TB nhân nguyên thủy nhưng phức

tạp hơn: Bản phiên mã đầu tiên pre-ARN phải qua

biến đổi  dịch mã

PHIÊN MÃ Ở TBNT

SỰ PHIÊN MÃ

Phiên mã do ARN polymerase II

ARN pol không trực tiếp gắn vào promoter

Các yếu tố phiên mã nhận diện promoter  khởi động

phiên mã  ARN pol gắn vào vị trí xuất phát

mARN chứa thông tin của 1 gen (monocistron)

Phiên mã hoàn tất  biến đổi mARN  dịch mã

PHIÊN MÃ Ở TBNT

SỰ PHIÊN MÃ

Phiên mã do ARN pol II

Promoter

Hộp TATA (hộp Goldberg-Hogness): TATAAT, vị trí -25,

định hướng cho ARN polymerase bắt đầu phiên mã

Hộp CAAT: GGCAATCT, vị trí -80

Hộp GC: GGGCCGGG, vị trí thay đổi

PHIÊN MÃ Ở TBNT

SỰ PHIÊN MÃ

Phiên mã do ARN pol II

Biến đổi sau phiên mã Sau phiên mã  pre-mARN (hn ARN không đồng nhất)  Gắn chóp đầu 5’ (CAP) là 7-methylguanosine  Đuôi polyadenin dài 100-200 nucleotid đầu 3’  Cắt nối: loại intron, nối exon

PHIÊN MÃ – SAO CHÉP

SỰ PHIÊN MÃ

Giống nhau

Có nhiều protein liên quan

Có điểm khởi đầu xác định

Có ba giai đoạn: khởi đầu, nối dài, kết thúc

Sự phiên mã khác với sao chép:

Có vị trí khởi đầu biến thiên

Không cần có đoạn mồi

Chỉ có một sợi ADN làm khuôn mẫu

Điểm kết thúc được xác định trước

PHIÊN MÃ NGƯỢC Ở RETROVIRUS SỰ PHIÊN MÃ

Vật liệu di truyền: ARN mạch đơn(vd: HIV)

Tổng hợp ADN từ ARN khuôn: enzym phiên mã ngược

(reversetranscriptase)

Cần mồi: tARN tế bào chủ, gắn vào 3’-retrovirus

Tạo chuỗi lai ARN-ADN

Tổng hợp chuỗi kép ADN, tích hợp vào ADN ký chủ

RNAse H hủy ARN virus

PHIÊN MÃ NGƯỢC Ở RETROVIRUS SỰ PHIÊN MÃ

MÃ DI TRUYỀN

Codon = đơn vị mã hóa: 3 nucleotid kế tiếp nhau

Codon vô nghĩa (không mã hóa cho aa) = codon kết thúc:

UAA, UAG, UGA

Codon đồng nghĩa: mã hóa cho cùng 1 aa

Tính suy thoái: 1 aa có nhiều codon mã hóa, trừ methionin &

1 codon chỉ mã hóa cho 1 loại aa

tryptophan

Tính phổ biến cho tất cả SV

MÃ DI TRUYỀN

Bản sao ARN có thể được biến đổi

 Xảy ra sau khi phiên mã hoàn tất

 Được kiểm soát bởi trình tự gen

 Xảy ra đối với tất cả mARN ở eukaryote

 Chỉ xảy ra với tARN và rARN ở vi khuẩn

 Cần thiết để ARN có chức năng đúng