ộ 6. B gen ti th ể
ể ở ộ ứ ọ ậ ị 6.1. B gen ti th các loài sinh v t (Tr nh Ng c Đ c)
ể ượ ộ ệ ở ạ ắ ỗ B gen ti th đ c ký hi u là mtDNA (mitochondrial) ầ d ng chu i xo n kép tr n
ủ ự ử ể ạ ế (không có s tham gia c a các phân t histon), m ch vòng.Ti th có trong t ạ bào t o
ượ ế ử ụ ứ ữ ễ ể ắ năng l ng cho t bào s d ng, mtDNA ch a trong nh ng túi nhi m s c th trong
ể ứ ủ ủ ể ấ ả nhân c a ti th . mtDNA c a ti th ch a 37 gen, t t c mtDNA đóng vai trò thi ế ế t y u
ứ ủ ủ ể ể ạ trong ch c năng c a ty th . mtDNA c a ti th có 13 gen tham gia vào t o enzym có
ệ ử ể ọ ỗ vai trò quan tr ng trong chu i chuy n đi n t ử ụ phospholyl hóa. Quá trình này s d ng
ể ầ ượ ừ ố ủ ể ữ ầ ượ oxygen đ thu 1 ph n năng l ng t các c u n i c a glucose đ gi năng l ng trong
ồ ượ ế ATP (andenosine triphosphate). ATP là ngu n năng l ọ ng quan tr ng trong t bào.
ạ ể ể ạ ậ mtDNA còn l i trong ti th tham gia vào quá trình phiên mã t o ra RNA v n chuy n và
ữ ẽ ị ế RNA ribosome. Nh ng RNA này s tham gia vào quá trình d ch mã trong t bào ti th ể
ủ ề ể ẫ ả ả ộ ạ t o ra protein và v n đ m b o thông tin di truy n b gen c a ti th . [1]
ướ ỳ Kích th c mt DNA khác nhau tu loài[2]
ấ ướ ả N m men S. cerevisiae có mt DNA kích th c kho ng 84 kb
ộ ố ộ ậ ữ ộ ướ ả Ở ườ ng i, chu t và m t s đ ng v t h u nhũ kích th c mt DNA kho ng 16.5 kb.
Ở ự ậ ướ ộ ể ườ ấ ớ ở ả th c v t kích th c b gen ti th th ng r t l n ( ngô kho ng 570 kb)
ể ệ ố ầ ủ ể ề ộ ổ ợ B gen ti th mtDNA mã hóa t ng h p cho nhi u thành ph n c a ti th : h th ng 2
ầ ủ ề ạ ạ ọ l ai rRNA, 2225 lo i tRNA và nhi u lo i protein có trong thành ph n c a màng bên ti
ầ ớ ể ể ủ th . Trong khi đó, thành ph n l n protein c a ribosome ti th do các gen trong nhân xác
ị đ nh
ể ủ ế ộ ể ả ế ậ ồ ộ ộ B gen ti th c a t bào đ ng v t g m các exon, b gen ti th cu t ự ậ bào th c v t
ấ ồ ẽ và n m men g m các exon và intron xen k
ể ở ộ ậ ữ ấ ộ ươ ố ố ỗ B gen ti th đ ng v t h u nhũ có c u trúc t ng đ i gi ng nhau, m i mtDNA
ồ g m 37 gen, trong đó có 13 gen mã hoá protein, 22 gen mã hoá tRNA và 2 gen mã hoá
rRNA.
ể ủ ế ậ ữ ố ươ ộ ố ồ Các gen ti th c a t bào đ ng v t h u nhũ phân b t ề ng đ i không đ ng đ u,
ể ấ ắ ậ ộ ụ còn các gen ti th n m men t p trung m t c m 16 gen còn 10 gen phân tán kh p toàn
ể ộ b gen ti th .
Ví d :ụ
Ở ấ ể ả * n m men DNA ti th có t ỷ ệ l GC kho ng 21%, còn DNA nhân có t ỷ ệ l GC
ả kho ng 40%.
ể ủ ế ậ ộ * DNA ti th c a t bào đ ng v t có vùng gen bao trùm nhau (overlap), vùng Dloop
ể ủ ề là vùng đi u khi n c a mtDNA. [2]
Hình 6.1.1
ộ ố ộ ể ở ả B ng 6.1. M t s b ba mã hóa gen ti th các loài khác nhau.
ể Mã di ề ủ Mã di truy n c a gen ti th
ộ ậ Đ ng v t Ru iồ N mấ ự ậ Th c v t ộ B ba mã hóa truy nề
ữ h u nhũ gi mấ men gen
nhân
Stop UGA Trp Trp Trp Stop
Arg AGA,AGG Stop Ser Arg Arg
Ile AUA Met Met Met Ile
Ile AUU Met Met Met Ile
CUU,CUC Leu Leu Leu Thr Leu
ệ ề ề ế ố ộ ộ Đa s các b nh di truy n đ u do tác đ ng đ n gene trong nhân. Tuy nhiên, có m t
ệ ế ế ể ả ủ ộ ố s ít b nh là k t qu c a đ t bi n trên ti th .
ỗ ế ườ ườ ứ ề ể ặ ơ ế M i t bào ng i th ng ch a hàng trăm ho c nhi u h n ti th trong t ấ bào ch t
ứ ạ ữ ủ c a chúng. Thông quá quá trình phosphoryl hóa oxi hóa ph c t p, nh ng bào quan này
ấ ồ ượ ế ấ ế ự ổ ả s n xu t ra ATP, ngu n năng l ầ ng c n thi t cho s trao đ i ch t t bào. Do đó ti th ể
ự ố ế ọ có vai trò quan tr ng cho s s ng t bào.
Hình 6.1.2
ấ * C u trúc gene ty th ng ể ườ i
ể ở ộ ườ ướ ả ử ạ B gen ti th ng i có kích th c kho ng 16.569bp, phân t ạ m ch đôi, d ng
ộ ế ể ả ả ị ị vòng đ nh v trong matrix ti th và có kho ng vài nghìn b n sao trong m t t bào. DNA
ể ẹ ạ ạ ạ ặ ạ ti th có 2 m ch, m ch n ng giàu guanine (H) và m ch nh giàu cytosine (L). M ch
ứ ặ n ng ch a 12 trong 13 polypeptide mã hóa gene, 14 trong 22 gene tRNA và rRNA.
ứ ộ ự ề ộ ỉ mtDNA không ch a intron và toàn b trình t đ u mã hóa cho protein. Ch có m t vùng
ở ầ ứ ể ộ không mã hóa trên mtDNA là Dloop, m t vùng 1121bp ch a đi m kh i đ u sao chép
H) và promoter cho phiên mã chu i L và H. mtDNA đ
ỗ ỗ ượ ừ chu i H (O c sao chép t ể 2 đi m
ử ụ ự ạ ộ ừ ả ori. S sao chép DNA kh i đ u t ở ầ ừ H s d ng m t RNA primer t o ra t O ẩ s n ph m
ự ổ ế ả ỗ ợ ỗ ỗ ế phiên mã chu i L. S t ng h p chu i H ti n hành kho ng 2/3 mtDNA, thay th chu i
L), trong c m kho ng 5 gen
ố ẹ ế ế ể ỗ ụ ả ế H b m cho đ n khi nó ti n đ n đi m ori chu i L (O
L cu n thành m t c u trúc thânvòng và chu i L
ụ ỗ ộ ấ ộ ỗ tRNA. Khi đ ng vào chu i H con, O
ợ ắ ầ ổ b t đ u t ng h p.[2]
ở ự ừ ự S phiên mã mtDNA kh i s t 2 promoter trong Dloop, P ự L và PH. S phiên mã
ữ ạ ộ ự ừ ả t c hai promoter t o ra m t RNA polycistronic. Gen tRNA xe gi a trình t rRNA và
ộ ạ ẽ ượ ắ ự ượ ế ổ mRNA sau đó s cu n l i và đ c c t ra. mRNA và rRNA t do đ c bi n đ i sau
ắ ượ ổ ầ ế ị d ch mã (g n đuôi polyA) và tRNA đ c bi n đ i đ u 3’CCA.[2]
.
Hình 6.1.3
ố ệ ể ế
ị ươ
ễ
6.2. M i quan h ty th và nhân trong t bào. (
Nguy n Th Ph
ng)
ố ượ ể ở ỗ ấ ỗ ạ S l ng m ch polypeptide trong ti th m i loài r t khác nhau, m i loài có
ứ ậ ạ ơ ỹ ỗ ch a h n 1 trăm m ch polypeptide. Khi dùng k thu t phân tích protein trong m i
ứ ấ ạ ả m ch polypeptide có ch a kho ng 500 – 800 proteins. Có ít nh t 100 gen trong nhân
ự ổ ứ ầ ợ ở ư ể ề ế góp ph n vào s t ng h p ch c năng ti th . Nhi u nguyên nhân ch a bi ề ố t rõ v m i
ư ứ ệ ể ề ằ ố ị ệ ớ quan h ti th và nhân nh ng có nhi u b ng ch ng xác đ nh chúng có m i quan h v i
ể ừ ố ị ữ ự nhau trong quá trình s ng. Xác đ nh protein trong ti th t nh ng trình t hoàn thành
ề ả ơ ả ệ ự ầ ơ ế nên h gen là n n t ng c b n tiên đón trình t đ u tiên c quan bên trong t bào. Gi ớ i
ỗ ố ụ ạ ị ế ạ ủ h n c a thành công này, là chu i n i liên ti p nhau b gián đo n trong gen m c tiêu và
ệ ề ậ ế ấ ữ ấ ạ t o ra nhi u protein có tín hi u nh n bi t r t th p. Nh ng nhóm gen và protein trong
ể ầ ế ổ ợ ự nhóm này có th chia thành 2 nhóm chính. Nhóm 1 gen c n thi ể t t ng h p s phát tri n
ườ ủ ứ ủ ể ầ ậ ủ c a sinh v t bình th ng có đ y đ ch c năng c a ty th . Nhóm 2 gen mã hóa protein
ế ạ ữ ặ ậ ổ ợ ọ ệ ộ đ t bi n t o ra nh ng quy lu t khác nhau trong t ng h p sinh hóa h c đ c bi t cho
ạ ộ ủ ể ệ ể ề ể ấ ấ ố ho t đ ng c a ti th . M i quan h gen và ti th cung c p nhi u đi m nghi v n v ề
ủ ề ể ạ ướ ư ề ế ế nhi u d ng gen c a ti th và tr c đây ch a h bi t đ n. [1]
ữ ầ ế ệ ủ ệ ự ả ồ ể 6.2.1. Nh ng enzym c n thi ể t cho s b o t n và bi u hi n c a h gen ti th .
ề ầ ế ề ạ ị Nhi u enzym c n thi t cho quá trình sao chép, phiên mã t o ra ti n RNA và d ch
γ ừ ưở ệ ộ mã t RNA tr ng thành. Các DNA polymerase thu c h enzym polymerase trong ti
ắ ặ ẵ ể ổ ể ằ ợ ộ ồ ỉ ố th , ch có th t ng h p DNA b ng cách n i dài m t m i đã b t c p s n trên khuôn.
ỏ ượ ổ ứ ợ ồ ợ ở ộ ọ ộ M i này là m t RNA nh đ c t ng h p b i m t ph c h p protein g i là primosome.
ề ồ ộ ổ ợ ừ ọ Primosome bao g m nhi u protein và m t enzym t ng h p RNA t khuôn DNA g i là
ứ ữ ạ ắ ố ể ạ primase. Ngoài ra enzym này có ch c năng n i nh ng đo n ng n trên DNA đ t o
ạ ạ ạ ắ ạ thành d ng m ch dài, d ng xo n, d ng vòng.[2]
ế ạ Enzym topoisomerases là enzym liên quan đ n quá trình tách m ch và tái t ổ ợ h p
ạ ộ ủ ữ ệ ạ ố ọ tích lũy c a DNA t o ra m i quan h quan tr ng cho nh ng ho t đ ng khác nhau ở ơ c
ủ ề ế ể ặ ậ ằ quan c a sinh v t. Có nhi u ý ki n cho r ng trong ti th không có histone m c dù
ứ ạ ể ấ ủ ượ ạ ị DNA c a ti th r t ph c t p và cũng đ c d ch mã t o protein. DNA ty th t ể ươ ng
ớ ở ẩ ở ậ ồ đ ng v i vùng protein HU vi khu n và vùng protein HMG1 ậ sinh v t nhân th t.
ế ấ ầ ị ố ạ Trong d ch mã c n enzym RNA polymerase và ít nh t 1 đ n 2 nhân t ho t hóa cho
ế ớ ộ ố ề ạ ấ ạ ạ ị d ch mã. Nhi u lo i protein liên k t v i mtDNA t o ra c u trúc nucleod, m t s ho t
ế ớ ị ượ ệ ế ở ỗ ộ đ ng liên k t v i RNA quá trình d ch mã đ ấ c kéo dài và d u hi u k t thúc m i loài
ậ ượ ồ sinh v t khác nhau. Vùng đ c phiên mã g m các intron và exon; exon là trình t ự ượ c đ
ượ ị ữ ủ mã hóa c a gen và đ c d ch mã thành protein. Intron là nh ng trình t ự ượ đ c phiên mã
ẽ ị ạ ỏ ư ị nh ng s b lo i b trong quá trong d ch mã. tRNAs, ribosome RNA cũng tham gia vào
ể ị ượ ắ ị quá trình d ch mã RNA thành protein trong ti th . PolyA đ c g n vào RNA d ch mã
ể ủ ộ ấ ắ ậ ỏ ự trong ti th c a đ ng v t đa bào thì đòi h i ít nh t 1 enzym g n vào.Trong t nhiên s ự
ể ầ ủ ể ệ ở ấ bi u hi n gen c a ti th c n 18 gen trong nhân, ngoài ra n m men trong quá trình
ệ ử ủ ữ ầ ượ ạ ừ ể ậ v n chuy n đi n t c a cytochrome c c n thêm 1 gen n a. Gen này đ c t o ra t quá
ạ ở ấ ộ ự ổ ứ ợ ọ ộ ế trình đ t bi n m t đo n trình t t ng h p ch c năng quan tr ng trong b gen ti th ể
ủ ế ư ự ệ ấ ả ư nh không có kh năng th c hi n quá trình hô h p c a t bào nh ng tham gia vào
ư ổ ứ ể ọ ợ ổ ợ ch c năng quan tr ng nh t ng h p nhân heme, t ng h p lipid, chuy n hóa acid amin
ổ ố ứ ộ ố ợ và t ng h p nhân t ch a Fe S đóng vai trò cofactor trong m t s protein. S l ố ượ ng
ầ ổ ứ ợ ở ủ ế ể gen có ch c năng chính góp ph n t ng h p protein là enzym ứ ti th ch y u ch a
ủ ả trong matrix, trong 2 màng và kho ng không gian c a 2 màng. Enzym protease/
ụ ủ ệ ở ể peptidases có nhi m v th y phân protein và chaperones ti th .[1].Trong chu trình
ầ ệ ử ư Kreb ho t đ ng ạ ộ c n h ẩ ệ enzyme thúc đ y các quá trình ấ nh các ch t cho đi n t , các
ệ ử ấ ậ ấ ầ ch t mang đi n t ế và các ch t ti p nh n đi n t ầ ệ ử Đ u tiên . ơ c th ể c n phân t ử
ượ ạ ườ ơ ể ầ ộ ố pyruvate đ c t o ra ừ t quá trình đ ủ ng phân c a glucose. C th c n m t s phân t ử
ạ ử ậ ệ ử ạ ộ ể ậ v n chuy n đi n t ệ ử, có hai lo i phân t ể v n chuy n đi n t : m t lo i là nicotinamide
ạ adenine dinucleotide (NAD+) và lo i kia là flavin adenine dinucleotide (FAD+). Phân t ử
ệ ả ấ ủ ấ ả ẩ ọ th baứ dĩ nhiên là ôxy. S n ph m quan tr ng nh t c a quá trình này là vi c s n xu t ra
ệ ử ượ ỗ ử ượ ạ ừ các đi n t năng l ng cao. M i phân t pyruvate đ c t o ra t ủ phân h y glucose
ượ ấ ề ự ự ể ể ệ ậ ơ đ ủ c v n chuy n tích c c qua màng trong c a ti th vào ch t n n n i th c hi n quá
ể ượ ế ợ ể ạ ấ ủ trình hô h p c a ti th và đ c k t h p v i ớ coenzyme A đ t o thành acetyl CoA. Sau
ượ ạ ẽ khi đ c t o thành, acetyl CoA s đi vào chu trình Krebs hay là chu trình axít citric.
ấ ả ẽ ạ Quá trình này t o ra 3 phân t ử NADH và 1 phân t ử FADH2, t t c chúng s tham gia
ỗ ậ ể vào chu i v n chuy n đi n t ệ ử.[3]
ự ươ ủ ể 6.2.2. S t ng tác c a nhân – ti th
ư ậ ữ ể ả ươ Gi a nhân và ti th có kho ng cách nh v y hai vùng này có t ớ ng tác v i nhau
ộ ấ ố ượ ế ượ ị không? M t v n đ đ ề ặt ra là s l ể ng ti th trong t bào có đ ổ c duy trì n đ nh khi
ề ầ ả ạ ế t bào phân chia nhi u l n trong nguyên phân, gi m phân .DNA m ch vòng trong ti th ể
ộ ậ ằ ớ ế ể ổ ẽ s sao chép đ c l p v i DNA trong nhân. B ng cách nào t bào thay đ i hình th hình
ề ặ ữ ế ể ế ặ thái, và nh ng n p màng trong ti th ho c liên quan đ n vùng trên b m t bên trong
ạ ộ ữ ể ấ ả ề ủ c a màng ti th . Ho t đ ng hô h p khác nhau x y ra trong nh ng mô khác nhau, đi u
ễ ể ấ ầ ẽ ớ này d hi u là enzym c n cho hô h p trong chu trình Krep s s khác so v i enzym
ủ ế ể ể ề trong mô hay trong nhân c a t ụ bào ti th . Enzym có tác d ng ki m soát và đi u hòa
ạ ộ ữ ụ ặ ố nh ng ho t đ ng lên ho c xu ng, ví d cytochrome tham gia vào quá trình oxy hóa
ỏ ự ề ậ ữ ấ ấ ộ ỉ ư không ch đòi h i s đi u hòa ít nh t 13 gen c u trúc trong đ ng v t h u nhũ nh ng
ể ầ c n 3 trong ti th và 10 gen khác có trong nhân. [1]
Hình 6.2.1
ữ ề ể ố ố ệ ớ Gi a nhân và ti th có nhi u m i quan h v i nhau trong quá trình s ng. Nhân trong
ạ ộ ủ ư ể ể ố ế t bào ki m soát các ho t đ ng c a ti th nh nhân t NRFs (nuclear respiratory
ộ ố ứ ể ở factor) ki m soát m t s ch c năng ể ti th .
1. Tác đ ng lên nhân t
ộ ố ị ủ ể d ch mã trong ti th , mtTFA mã hóa vùng gen c a ti th ể
ự ị trong s sao chép và d ch mã. (promoter for the mitochondrial tracscritional
activator).
ủ ả ộ ể 2. Tác đ ng lên chu trình Krebs x y ra trong matrix c a ti th
3. Tác đ ng lên chu i v n chuy n đi n t
ỗ ậ ệ ử ể ộ ấ ủ ể hô h p c a ti th .[4]
ự ề ấ ở ế ủ ế ộ ậ 6.2.3. S đi u hòa c a gen trong nhân đ n hô h p t bào đ ng v t có vú.
Hình 6.2.2
ố ủ ộ ố ồ Nhân t ị NRF1 trong nhân ch u tác đ ng c a nhân t đ ng kìm hãm PGC1
(transcriptional coactivator of peroxisome proliferatoractivated receptor gamma) đ cượ
ợ ố ặ ổ t ng h p trong nhân ho c ngoài nhân. Hai nhân t NRF: NRF1(nuclear respiratory
ố ấ ị factor 1) nhân t 1 hô h p trong nhân và NRF2 (nuclear respiratory factor 2) xác đ nh
ồ ủ ả ứ ủ ể ặ có trong đ c đi m c a cytochrome c và m i c a cytochome trong ph n ng oxy hóa.
ế ườ ế ượ ằ ặ ộ ố ạ ộ Đ n nay ng i ta bi c r ng m t ho c hai nhân t t đ này có ho t đ ng chính trong
ổ ậ ệ ử ể ượ ố chu i v n chuy n đi n t ấ hô h p và đ c mã hóa gen trong nhân. Hai nhân t này
ế ị ở ể ợ ổ cũng liên quan đ n quá trình sao chép, d ch mã ti th , enzym trong t ng h p nhân
ứ ề ề ấ heme và nhi u protein tham gia trong ch c năng hô h p. Trong hình 6.2.3 nhi u nhân t ố
ế ế ệ ố ủ ệ ể ể ộ thi ả ứ t y u bi u hi n trong nhân tác đ ng lên h th ng gen c a ti th trong ph n ng
ượ ế ứ ủ ể ể ạ t o ra năng l ng t bào. NRF1 có trong nhân ki m soát ch c năng c a ti th : tác
ấ ượ ạ ể ộ ộ ị ộ đ ng quá trình phiên mã, d ch mã b gen ti th , tác đ ng lên enzym hô h p đ c t o ra
ể ộ bởi b gen ti th .[1]
ự ồ ệ ế ể ủ 6.2.4. S đ ng ti n hóa c a nhân và h gen ty th .
ữ ả ươ ể ớ Nh ng mô t gen trong nhân mã hóa protein t ng tác v i gen trong ti th , thông
ự ế ặ ọ ộ ị qua quá trình sao chép, d ch mã ho c mã hóa tr c ti p protein g i là b gen ti th . B ể ộ
ự ế ơ ổ ợ ể gen ti th có trình t thay th có ý nghĩa h n gen trong nhân. mtDNA t ng h p protein
ượ ả ự ể ả ự ế ả ổ đ ơ c thay th cho s thay đ i có th x y ra trong nhân đ m b o s chính xác h n.
ể ệ ệ ử ự ồ ứ ữ ể ệ ể ỗ Nh ng gen bi u hi n ch c năng th hi n rõ trong chu i chuy n đi n t ế , s đ ng ti n
ụ ể ơ ừ ữ ủ ứ ứ ệ ể ằ ể hóa c a nhân và h gen ti th có b ng ch ng c th h n t nh ng nghiên c u th lai ở
ậ ộ ườ ầ ứ ừ ỹ ị ợ ử d h p t và con lai ở ế t bào đ ng v t. Ng i đ u tiên nghiên c u Clayton t ậ k thu t
ế ữ ườ ộ phân tích mtDNA trong t bào lai gi a ng ế ế i và chu t. K ti p là Wallace và
ữ ứ ụ ủ ế ể ằ ữ Eisenstadt có nh ng b ng ch ng thuy t ph c trong nhân và gen c a ti th có nh ng
ặ ồ ệ ở ườ ồ ạ ờ trình t ự ươ t ng đ ng nhau. Đ c bi t mt DNA ng i thì th i gian t n t ơ i lâu h n là ở
ủ ứ ủ ệ ặ ấ ế t ộ bào c a loài g m nh m. Nghiên c u trong phòng thí nghi m c a Schellfel gây đ t
ấ ở ế ứ ợ ộ ồ ở bi n trong nhân tìm th y ộ chu t đ ng có tác đ ng lên ph c h p I ể màng trong ti th .
ể ổ ữ ủ ế ế ể ộ ườ Đ t bi n này có th b sung nh ng khuy t đi m trên NST X c a loài ng ế i. K t qu ả
ả ữ ể ự ủ ữ này gi i thích nh ng đi m khác nhau trên trình t gen c a nh ng loài khác nhau. Nhà
ủ ữ ể ọ ượ ể ấ khoa h c Kenyon và Moraes ki m tra gen c a nh ng loài v ữ n đ cung c p nh ng
ề ự ữ ạ ượ thông tin v trình t gen trong nhân. T o dòng lai gi a mtDNA loài v ủ n và DNA c a
ườ ạ ự ế ợ ủ ườ ớ ể ượ ớ ng i, t o ra s k t h p gen trong nhân c a ng i v i ti th trong loài v n l n, t ế
ộ ố ả ứ ự ứ ệ ả ặ bào này có kh năng th c hi n ph n ng phosphoryl hóa và m t s ch c năng đ c
ệ ườ ể ượ ớ ứ ể ệ bi t. Bình th ng ti th trong loài v n l n không bi u hi n vùng ch c năng c a h ủ ệ
ư ố ế ự ệ ượ ứ ủ th ng OXPHOS nh ng trong t bào lai thì th c hi n đ ệ ố c ch c năng c a h th ng
ứ ợ ứ ứ ủ ể OXPHOS. Trên vùng MWFE ch a trong ph c h p I ki m soát ch c năng cao c a ti th ể
ở ượ ữ ợ ườ ị ẽ ể ỏ loài v ổ n. Nh ng protein t ng h p trên gen ng i b sai h ng s không ki m soát
ượ ế ộ đ ứ c quá vùng ch c năng trên t bào chu t.[1]
ả ở ồ ể 6.3. Các quá trình x y ra ư ễ ti th (Nguy n H Th )
ự ể 6.3.1. S sao chép DNA ti th (mtDNA)
ế ế Sao chép DNA ti th đ c l p ớ ể ộ ậ v i sao chép DNA nhân t bào trong chu kì t bào .
ứ ầ ể ằ ế Công trình nghiên c u g n đây cho th yấ r ng có th tái thi t l ộ p ậ m t DNA ti thể
ớ ấ ể ợ ớ trong invitro v i các protein tái t ổ ợ . DNA ti th là s i kép v i c u trúc vòng, s h p ố
ơ ố ế ố ượ ượ DNA ti thể ít h n 1% l ng ổ t ng s DNA trong t bào nhân th c ự , s l ả ng b n sao
ế ươ trong t bào là 103104, kích th ộ cướ b gen t ng đ i ố nh (ỏ dài kho ngả 16,8 kb). DNA ti
ể ộ ố ế ị ề ế ấ th là m t trong các nhân t quy t đ nh tính di truy n t bào ch t. Các gen trên DNA ti
ủ ể ề ể th mã hóa cho nhi u protein/enzim và RNA c a ti th .
ề ề ộ DNA ti thể đ ng v t ể ậ có vùng không mang mã di truy n là vùng đi u khi n
ủ ứ (Displacement loop hay Dloop), trên đó ch a các promoter c a quá trình sao chép và
ể ể ấ ắ phiên mã DNA ti th . DNA ti th có c u trúc xo n kép và do ố ấ ố ứ s ự phân b b t đ i x ng
ệ ộ ợ ặ ợ ủ c a các nucleotide (G + C) trong DNA cho phép phân bi t m t s i "n ng" (s i H) và
ợ m t s i ộ ợ "nhẹ" (s i L) trên gradient CSCL ki mề .
ể ự ờ ệ ắ ả ả ồ DNA ti th t tái b n theo nguyên t c bán b o t n nh h enzim DNA
ấ ề ủ ạ ộ ể ề ả polymerase γ ho t đ ng theo chi u 5’ – 3’ có trong ch t n n c a ti th và x y ra ở kì
ủ ế ể ộ trung gian c a chu kì phân chia t bào. DNA Polymerase γ ti th (POL) là m t ph c ứ
ồ ơ ị ả h pợ 3 thành ph nầ g m m t ti ộ ểu đ n v xúc tác kho ng 125 – 140 kDa (POLGA) và hai
ể ơ ả ớ ti u đ n v ị ho t đ ng ạ ộ kho ng 35 – 54 kDa( POLGB). POL cùng v i DNA helicase
ạ ộ ổ TWINKLE hình thành bộ máy ho t đ ng sao chép đ tể ng h p ợ phân t ợ ơ ử DNA s i đ n
ả ể ế ợ ủ ế ạ (ssDNA) kho ng 2 kb . N u ssDNA c a ti th k t h p protein (mtSSB) t o DNA
ể ủ ộ ậ ả ạ kho ng 16,8kb t o DNA ti th c a đ ng v t .
ế ủ ể ề ề ậ ơ C ch c a quá trính sao chép DNA ti th còn nhi u tranh lu n v 2 mô hình:
ủ ượ ợ ợ ọ ổ Mô hình sao chép c a Clayton năm 1982 đ ố c g i là mô hình t ng h p s i không đ i
ủ ứ x ng (The strandasymmetric model) và mô hình sao chép c a Holt năm 2000 đ ượ ọ c g i
ợ ợ ố ứ ổ là mô hình t ng h p s i đ i x ng (The strandsymmetric model).
ợ ợ ổ ố ứ * Mô hình t ng h p s i không đ i x ng (The strandasymmetric model)
ị Trong mô hình này trên DNA ti th ể có hai v trí kh i đ u ở ầ sao chép: OH là đi mể
ở ầ ủ ợ ở ầ ể kh i đ u sao chép c aủ s i n ng ợ ặ H và OL là đi m kh i đ u sao chép c a s i nh ẹ L. Sao
ạ ị ằ ắ ầ t chép DNA ti thể b t đ u i v trí OH n m trong vùng không có các gen (vùng đi uề
ể ồ ượ ổ ợ ừ ẹ ợ ử ụ khi n Dloop), s d ng m i RNA đ c t ng h p t ợ promoter s i nh (LSP) và s i
ề ầ ặ n ng DNA ti th đ ể ượ kéo dài ti p t c ế ụ theo chi u dài c a ủ b ộ gen. Khi hai ph n ba c các
ượ ổ ẹ ượ ể ợ ợ ở s i ợ n ng ặ H đ ở ầ c t ng h p, đi m kh i đ u sao chép s i nh đ c m ra và s t ự ngổ
L n m cách xa
ạ ị ằ ả ổ ắ ầ t ợ ợ h p s i L b t đ u i v trí O OH kho ng 30 nucleotide và ợ t ng h p theo
ướ ự ệ ệ ổ ố ổ ố h ng đ i di n v i ớ t ng h p s i ợ ợ H, t ng h p ợ ợ s i m i ớ là s ki n chi ph i trong quá
ộ ể ạ ử trình sao chép b gen ti th ể. Quá trình sao chép DNA ti th t o 2 phân t DNA con
α β ượ ệ ử ự ổ ợ ấ ử đ c phân bi t: phân t con trong đó s t ng h p hoàn t t, phân t con trong đó
L tr
ẹ ượ ướ ợ ợ ự ổ s t ng h p s i nh L đ c ti p t c t ế ụ ừ OH đ n Oế c khi quá trình sao chép hoàn
ơ ủ ắ ạ ạ ộ ử ấ t t. Sau đó 2 m ch đ n c a DNA con cu n xo n t o phân t C mtDNA.
OH
OL
ở ầ ủ Hình 6.3.1 . Kh i đ u sao chép c a mtDNA
β
α
ự ủ Hình 6.3.2. S sao chép mtDNA theo mô hình c a Clayton năm 1982
ợ ợ ố ứ ổ * Mô hình t ng h p s i đ i x ng (The strandsymmetric model)
ể ượ ư ầ ổ ợ ợ ố ứ Mô hình t ng h p s i đ i x ng DNA ti th đ ộ c đ a ra g n đây, Holt và c ng
ệ ử ụ ệ ệ ề ể ấ ằ ữ ự s đã đ xu t mô hình này b ng vi c s d ng đi n di gel 2D đ phát hi n nh ng
ạ ắ ớ ạ ở ầ ể ồ đo n DNA c t gi ữ i h n bao g m đi m kh i đ u sao chép và chĩa ba sao chép.Nh ng
ạ ượ ệ ạ ồ ờ ớ ạ ậ ạ đo n DNA đ c phát hi n đ ng th i trên m ch t i và m ch ch m t i chĩa ba sao chép
ượ ấ ở ở ầ ữ ể ọ g i là yarcs. yarcs đ c tìm th y vùng gi a 2 đi m kh i đ u sao chép OH và OL.
ố ứ ữ ứ ể ế ằ ả ớ ệ ổ Nh ng k t qu trên đã ch ng minh r ng DNA ti th sao chép đ i x ng v i vi c t ng
ạ ớ ể ậ ạ ướ ừ ề ị ở ợ h p m ch t i và m ch ch m phát tri n theo 2 h ng t nhi u v trí sao chép 2 bên
ữ ế ủ c a nh ng vùng gen cyt b, NAD5, NAD6. Khi quá trình sao chép đ n OH, chĩa 3 sao
ừ ạ ượ ớ ạ ộ ướ ấ chép ng ng l i và sao chép đ c gi i h n theo m t h ự ng duy nh t. Mô hình này d a
ươ ệ ươ ế ậ ộ ậ ự ệ trên ph ng pháp đi n di gel 2D và ph ng pháp ti p c n th c nghi m đ c l p đã h ỗ
ợ ầ ế ươ tr c n thi t ph ng pháp này.
ự ủ Hình 6.3.3. S sao chép mtDNA theo mô hình c a Holt năm 2000
ự ể 6.3.2. S phiên mã DNA ti th (mtDNA)
ầ ầ ệ ố Năm 1983 khi l n đ u tiên trong h th ng in vitro đã quan sát đ c ượ phiên mã
ặ ự mtDNA ti thể ng iườ . S ự phiên mã đ c bi ệ b t đ u ắ ầ từ vùng Dloop, s phiên mã đ t ượ c
ợ ợ ặ ệ ạ ẹ ổ ợ nghiên c u ứ là vi c t o ra promoter cho t ng h p s i n ng H và s i nh L ( ế ố y u t LSP
và HSP) trong vùng Dloop.
ủ ụ ể ộ ộ Phiên mã c a DNA t i th ph thu c vào m t RNA polymerase trong nhân tế
ượ ư ể ậ ơ bào. Nó đ c mã hóa nh là m t ộ ti u đ n v ị enzyme trong nhân và sau đó nh p bào
ươ ồ ớ vào ti thể. RNA polymerase này t ng đ ng v i RNA polymerase c a ủ bacteriophages
ạ ượ ầ T7 và T3 RNA, đây là E có ho t tính cao v i ọ ớ tr ng l ng phân t ử g n 98 kDa . RNA
ể ự ệ ấ ả ứ ầ ế Polymerase T7 và T3 có th th c hi n t t c các ch c năng c n thi t cho phiên mã:
ấ ươ nh nậ ra promoter, kh iở đ ngộ , kéo dài và ch m d t ứ phiên mã. Chúng t ồ ng đ ng là 82%
ở ấ ộ ặ ươ ư ứ ạ ỗ c p đ acid amin. M c dù t ng ồ đ ng nh ng m i lo i có ch c năng ấ ụ ể r t c th và
ể ắ ầ ừ không ph i ả chúng có th b t đ u phiên mã t các promoter khác lo iạ . RNA
ờ ừ ườ polymerase ti thể gi đây đã đ ạ ượ t o ra c t ba sinh v t: ậ ng i, Xenopus laevis và
ệ ể ầ ặ Saccharomyces cerevisiae. Đ c đi m c a ủ chúng giúp phát hi n các thành ph n protein
ế ể ộ ươ ầ khác c n thi t cho phiên mã trong t i th . Tuy nhiên, m t protein t ng đ ng ồ v i ớ RNA
ị ấ ả ệ ố polymerase ti thể có liên quan đ nế v trí kh i đ u ở ầ phiên mã trong t t c h th ng.
ứ ầ ấ ộ Trong nghiên c u in vitro cho th y m t ph n RNA polymerase ty th ể (POLRMT) cùng
ố ủ ắ ầ ớ v i nhân t phiên mã ể A c a ti th (TFAM) là có th ể b t đ u phiên mã t ừ promoter ti
ử ụ ử ụ ấ ằ thể. S d ng POLRMT tinh khi ế thay vì s d ng trong invivo t thì th y r ng POLRMT
ử ệ ấ tinh khi t ế trong các th nghi m đã không có phiên mã, cho th y m t y u t ộ ế ố đã bổ
ầ ớ ủ ượ sung cùng v i POLRMT. G n đây, hai ế ố ươ y u t t ồ ng đ ng c a mtTFBsc đã đ c xác
ố ố ủ ị đ nh: nhân t phiên mã B1 (TFB1M) và nhân t phiên mã B2 (TFB2M) c a ti th . ể Bộ
ủ ượ ạ ằ ố máy phiên mã c a ti th ể sau đó đã đ ế ợ ệ c tái t o trong ng nghi m b ng cách k t h p
ể ẫ ặ ả ớ POLRMT, TFAM và c TFB1M ho c TFB2M, cùng v i m t ứ ộ m u DNA ti th có ch a
ự ổ ấ ộ ự các trình t promoter HSP và LSP. TFAM ủ ế ợ gây ra m t s thay đ i c u trúc c a k t h p
ầ ế ể các promoter là c n thi t cho POLRMT nh n raậ ở ộ promoter đ kh i đ ng quá trình phiên
mã.
Hình 6.3.4. Phiên mã mtDNA
ể ắ ầ ừ ủ Phiên mã c a DNA ti th b t đ u t 2 promoter riêng trong vùng Dloop.
ủ ợ ặ ủ ợ ẹ ừ ạ Promoter LPS c a s i nh và HSP c a s i n ng. Phiên mã t các promoter này t o ra
ạ ử ừ RNAs, sau đó RNAs t o ra phân t mRNA, rRNA, tRNA. Phiên mã t ồ ạ LSP t o m i
ợ ặ ợ ặ ể ầ RNA c n cho sao chép s i n ng H trong sao chép DNA ti th . Phiên mã s i n ng thì
ằ ị ị ướ ắ ầ ừ b t đ u t 2 v trí khác nhau HPS1 và HPS2. V trí HPS1 n m phía tr ủ c c a gen
ạ ộ ế ở ầ ạ ộ ủ tRNA, ho t đ ng phiên mã và k t thúc ủ đ u 3’ c a gen 16S rRNA. Ho t đ ng c a
ướ ạ ộ ả ạ HPS1 thì tr c ho t đ ng HPS2 kho ng 20s và t o ra 2 rRNAs (12S và 16S) và 2
ạ ộ ứ ế ị tRNAs (tRNA phe và tRNA val). V trí th 2 là HPS2 ho t đ ng phiên mã và k t thúc ở
ộ ợ ủ ệ ả ạ ỗ ợ ầ đ u 5’ c a12S rRNA và t o ra chu i polycistronic b o v toàn b s i H. Promoter s i
ẹ ở ị ắ ầ ợ ơ ả nh LSP v trí cách HPS1 kho ng 150bp b t đ u phiên mã s i đ n polycistronic, mã
hóa 8 tRNAs và 1 mRNA.
ự ị ể 6.3.2. S d ch mã DNA ti th (mtDNA)
ệ ố ị H th ng d ch ể mã ti th trong ộ ộ matrix là m t b máy đ c l p ồ ộ ậ bao g m các thành
ầ ở ả ph n mã hóa b i nhân ế t bào ộ và b gen ti thể. Nó không ph i là th ế ế cho r ngằ i t y u
ể ố ườ ứ nhi u tề ế bào có th phát tri n ể khá t ề t trong đi u ki n ệ có đ ng là glucose. Ch c năng
ủ ộ chính c a b máy d ch ị mã ti th là ể ổ t ng h p ệ ố ợ 13 protein cho vi cệ hình thành h th ng
ợ ộ ậ ợ ổ phosphoryl hóa oxy hóa. Trong các nguyên bào s i đ ng v t có vú, t ng h p protein ti
ứ ề ế ơ ả ấ ủ th ể c ch nhi u h n 95% không ố l ặ làm m t ho c gi m s ngượ c a mtDNA ti thể
trong t bàoế .
ế ố ị ố M t ộ s công b ố trong các tài li u ệ cho r ng ằ ribosome ti thể và các y u t d ch mã là
ự ở ư ề ạ ươ t ng t nh ệ ố ư h th ng ị d ch mã prokaryote, nh ng nhi u khía c nh c a ủ d ch ị mã
ể ệ ơ trong ti th có nh ng ữ khác bi t đáng k . ữ ể H n n a có s ự khác bi ị tệ trong d ch mã ti th ể
ậ ự ể ệ ở ề ể ủ c a các sinh v t khác nhau. Nhìn chung, s khác bi ệ th hi n t ặ nhi u đ c đi m:
ử ụ ể ậ ấ ổ ổ * Thay đ i trong c u trúc RNA v n chuy n và s d ng codon thay đ i
ờ ớ ữ ấ ộ ườ M t trong nh ng b t ng l n đã đ ượ khám phá khi mtDNA c a ủ con ng c i và gia
ượ ề ố súc đã đ c hoàn thành và so sánh. Mã di truy n không gi ng nhau ở ấ ả các loài. t c t
ị ả ậ ế Codon k t thúc UAA và UAG xác đ nh cho ị ộ b máy d ch mã c a ủ c sinh v t nhân s ơ
ự ậ ế ể và sinh v t nhân th c thì không là codon k t thúc trong t i th , và m t ộ codon khác là
ủ ế ị ư ộ ở ầ codon k t thúc trong d ch mã c a ti th ể. TAA nh là m t codon ế k t thúc ế h u h t các
ượ ư ể ườ ụ ể ế ủ ộ ớ loài đ c ki m tra, nh ng th ng các ORF c a m t mRNA c th k t thúc v i T
ặ ượ ộ ho c m t TA, và ế codon k t thúc đ c hoàn thành b i ở sự Polyadenylation. TAG và
ế ấ ở ộ ố AGA đã đ ư cượ tìm th y nh là codon k t thúc . m t s loài
ể ở ổ ế ả B ng 6.3.1 Codon trong ti th vài loài ph bi n
Codon Mã thông Neurospora N mấ th ngườ Ru iồ gi mấ Th cự v tậ Đ ngộ ậ ữ v t h u nhũ
UGA T r p T r p T r p T r p S T O P AGA, AGG S T O P S e r A r g A r g A r g S T O P AUAArg Ile Met Met Ile Met Ile
AUU Ile Met Met Met Met Ile
Leu Leu Leu Leu Thr Leu
CUU, CUC, CUA, CUG
ậ ộ ượ ử ụ mtDNA đ ng v t có vú mã hóa 22 tRNAS, ít đ c s d ng trong cytosol . Do đó,
ọ ấ ả ả ơ ộ ư ẫ ả m t tRNA đ n ph i có kh năng đ c t t c codon ọ ố c a ủ h b n codon ư , nh ng v n ch a
ộ ố ườ ủ ặ ộ rõ trong m t s tr ợ ng h p hai c p ặ nucleotide là đ , ho c m t uridine trong anticodon
ạ ị v trí linh ho t ạ có th ể b t c p ắ ặ v i t ớ ấ ả ố lo i nucleotit trong mã b ba t c b n ộ ộ . M t uridine
ị ườ ổ trong v trí linh ho t ( ị ạ v trí ầ đ u tiên ủ c a anticodon) là th ng xuyên thay đ i đ ể
pseudouridine
ậ ế ặ ể ộ ố trong m t s tRNAs nh n ra h ọ hai codon k t thúc trong G ho c A, có đ suy đoán
ấ ế ặ ộ ằ r ng c u trúc này ngăn c n ắ ặ ả b t c p sa ằ i hai codon k t thúc b ng C ho c U. M t lý do
ự ể ậ ế ượ ề ấ ể ả ươ t ng t đ nh n bi t chính xác anticodon codon đã đ c đ xu t đ gi i thích thay
ượ ạ ổ ụ ể đ đ i c th c tìm th y ấ t i nucleotide ngay sau anticodon .
ậ ộ ộ ỉ mtDNAs đ ng v t nguyên sinh mã hóa ch có m t tRNAfMet có anticodon CAT,
ỉ ộ ế và nó ch ỉ là tRNA c a ủ methionine. Không ch b ba k t thúc AUG, AUA và t t cấ ả
ắ ầ ư ở AUN đã đ c ượ nh n raậ b i tRNA này, nh ng b t đ u codon khác TTG, GTG, và GTT
ế ở ả ị ấ ả ượ ph iả đ c ượ nh n raậ b i tRNA này, n u gi đ nh ằ r ng t t c các peptide đ ở ầ c kh i đ u
ế v iớ methionineformyl. Codon k t thúc UGA đ c ượ d ch ị mã là tryptophan trong ty thể
ế ạ ượ ị ề ủ c a nhi u loài, và các codon k t thúc UAA và UAG l c d ch là glutamine trong i đ
ư ề m t sộ ố loài nh Acetabularia, Tetrahymena, và Paramecium. Đi u đó thì thích h p đợ ể
ế ở ỉ ộ ố ỏ ể ề ậ đ c p đ n đây ch m t s nh các protein trong ty th đã đ ổ ượ t ng h p ế ợ tr c ti p. ự c
ề ạ ặ ẩ ỗ Nhi u chu i protein đ c ượ thì t o ra t ừ ự ươ s t ồ ng đ ng v iớ petid c a ủ vi khu n ho c các
ự ế ậ ẩ ể ị ế sinh v t nhân chu n. Trong th c t , cho đ n nay đã không th d ch mã mRNAs ti thể
ố ớ v i ribosome, tRNAs, và các nhân t ủ khác c a ti th ệ . ể trong ng nghi m ố
ấ ổ ủ * Thay đ i trong c u trúc c a ribosome
ể ượ ượ ươ ự ớ Khi ribosome trong ti th đ ệ c phát hi n thì đ c coi là t ng t v i ribosome
ế ự ố ượ ủ ế ừ trong t bào vi khu nẩ . Tuy nhiên, s gi ng nhau này đã đ c rút ra ch y u t ạ nh y
ớ ướ ủ ả c m v i chloramphenicol và cycloheximide. Khi kích th c c a các RNA ribosome
ượ ớ ướ ủ ế ự ệ ở đ c so sánh v i kích th c c a ribosome trong t bào ch t ấ , s khác bi t tr nên rõ
ự ệ ể ệ ở ệ ố ắ ủ ả ràng h n. ơ S khác bi t này th hi n h s l ng c a ribosome (b ng 2)
ả ả ướ ể ớ ậ B ng 6.3.2. B ng so sánh kích th ơ c riboxom c a ti th v i sinh v t nhân s ậ ủ ự và sinh v t nhân th c
ậ Sinh v t nhân s ự ơ Sinh v t nhân th c ậ Ti thể
ể
ầ ớ 4 Ti u ph n l n rRNA 8 0 0 n t / 2 8 S 1 6 0 0 n t / 1
ầ ể ỏ
6 S 1 Ti u ph n nh rRNA 9 0 0 n t / 1 8 S 9 5 0 n t / 1 2 S 2 9 0 0 n t / 2 3 S
__ 160nt/5.8S 5.8S1540nt/16S
120nt/5S 120nt/5S 120nt/5S 5S
ộ ố ặ ớ ị ể ở ế ố ư * Ngoài ra còn m t s đ c đi m khác v i d ch mã prokaryote nh : Y u t ạ ho t
ủ ố ở ộ đ ng ộ (5 'và 3' UTRs) c a mRNA , nhân t kh i đ ng,…..
ệ ả Tài li u tham kh o:
1.Martina Gaspari.(2006), Molercular mechanisms for transcription in mammalian
mitochondria, Karolinska Institutet
2. David A. Clayton, Mitochondrial DNA replication, Stanford University School of
Medicine
