intTypePromotion=3

Công nghệ gene đến Protein part 2

Chia sẻ: Ashdkajd Daksdjk | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

0
43
lượt xem
7
download

Công nghệ gene đến Protein part 2

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Điều đáng lưu ý là trong phạm vi mỗi gen nhất định, luôn chỉ có một mạch ADN được làm khuôn để phiên mã. Một phân tử mARN chỉ có trình tự bổ sung với mạch làm khuôn ADN theo nguyên tắc kết cặp của các bazơ, chứ không giống hệt mạch làm khuôn này. Sự kết cặp giữa các bazơ là giống nhau trong sao chép ADN và phiên mã, chỉ có đặc điểm khác là U thay thế cho T là thành phần bazơ của ARN; ngoài ra các nucleotit của ARN mang thành phần đ−ờng là ribose...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Công nghệ gene đến Protein part 2

  1. Baz¬ mARN thø hai gen kh¸c. §iÒu ®¸ng l−u ý lµ trong ph¹m vi mçi gen nhÊt ®Þnh, lu«n chØ cã mét m¹ch ADN ®−îc lµm khu«n ®Ó phiªn m·. Mét ph©n tö mARN chØ cã tr×nh tù bæ sung víi m¹ch lµm khu«n ADN theo nguyªn t¾c kÕt cÆp cña c¸c baz¬, chø kh«ng gièng hÖt m¹ch lµm khu«n nµy. Sù kÕt cÆp gi÷a c¸c baz¬ lµ gièng nhau trong sao chÐp ADN vµ phiªn m·, chØ cã ®Æc ®iÓm kh¸c lµ U thay thÕ cho T lµ thµnh phÇn baz¬ cña ARN; ngoµi ra c¸c nucleotit cña ARN mang thµnh phÇn ®−êng lµ ribose thay Baz¬ mARN thø nhÊt cho deoxyribose trong ph©n tö ADN. Gièng víi m¹ch ADN Baz¬ mARN thø ba míi, ph©n tö ARN ®−îc tæng hîp theo chiÒu ®èi song song víi m¹ch ADN lµm khu«n. (Xem c¸c kh¸i niÖm vÒ "®èi song song" vµ "chiÒu 5’ → 3’" cña chuçi axit nucleic trªn H×nh 16.7). VÝ dô nh−, tr×nh tù ba baz¬ ACC däc ph©n tö ADN (viÕt lµ 3’-ACC-5’) lµm khu«n tæng hîp nªn tr×nh tù 5’-UGG-3’ trªn ph©n tö mARN. Mçi bé ba c¸c baz¬ cña ph©n tö mARN ®−îc gäi lµ codon; vµ theo thãi quen, chóng th−êng ®−îc viÕt theo chiÒu 5’ → 3’. Trong vÝ dô trªn ®©y, UGG lµ codon m· hãa cho axit amin Tryptophan (viÕt t¾t lµ Trp). ThuËt ng÷ codon trong thùc tÕ còng ®−îc dïng ®Ó chØ bé ba c¸c baz¬ thuéc m¹ch kh«ng l m khu«n trªn ph©n tö ADN. Nh÷ng codon nµy cã tr×nh tù c¸c nucleotit bæ sung víi m¹ch ADN lµm khu«n, vµ v× vËy sÏ gièng víi tr×nh tù c¸c nucleotit trªn mARN, trõ viÖc U ®−îc thay thÕ b»ng T. (V× lý do nµy, m¹ch ADN kh«ng lµm khu«n l¹i ®−îc gäi lµ “m¹ch m· hãa”.) Trong qu¸ tr×nh dÞch m·, tr×nh tù c¸c codon däc ph©n tö H×nh 17.5 Tõ ®iÓn m· di truyÒn. Thø tù ba baz¬ cña mARN ®−îc gi¶i m·, hay dÞch m·, thµnh tr×nh tù c¸c axit amin c¸c codon mARN ®−îc minh häa theo chiÒu 5' → 3' trªn ph©n tö tõ ®ã h×nh thµnh nªn chuçi polypeptit. C¸c codon ®−îc bé m¸y mARN. (Thùc hµnh sö dông "Tõ ®iÓn m· di truyÒn nµy" b»ng dÞch m· ®äc theo chiÒu 5’ → 3’ cña m¹ch mARN. Mçi codon viÖc t×m ra c¸c codon trªn H×nh 17.4). Codon AUG kh«ng chØ m· hãa axit amin methionine (Met) mµ cßn lµ tÝn hiÖu "b¸o hiÖu" x¸c ®Þnh mét trong 20 lo¹i axit amin ®−îc l¾p r¸p vµo ®óng vÞ cho ribosome b¾t ®Çu dÞch m· t¹i ®iÓm nµy. Cã 3 trong 64 trÝ t−¬ng øng däc chuçi polypeptit. Do c¸c codon lµ m· bé ba, codon cã chøc n¨ng lµ "tÝn hiÖu kÕt thóc dÞch m·" (stop codon); nªn sè nucleotit cÇn ®Ó m· hãa mét “th«ng ®iÖp di truyÒn” cÇn nã b¸o hiÖu sù kÕt thóc cña mét "th«ng ®iÖp di truyÒn". Xem nhiÒu h¬n Ýt nhÊt ba lÇn so víi sè c¸c axit amin trong s¶n phÈm H×nh 5.17 vÒ c¸ch viÕt t¾t c¸c axit amin b»ng ba ch÷ c¸i. protein. VÝ dù nh−, ®Ó m· hãa mét chuçi polypeptit gåm 100 axit amin, cÇn mét tr×nh tù gåm 300 nucleotit däc m¹ch ARN. hÕt. Nh− ®−îc liÖt kª trªn H×nh 17.5, trong sè 64 codon cã 61 Gi¶i m· sù sèng codon m· hãa cho c¸c axit amin. Ba codon kh«ng m· hãa cho bÊt cø axit amin nµo ®−îc gäi lµ c¸c “tÝn hiÖu kÕt thóc dÞch m·” C¸c nhµ sinh häc ph©n tö ®· gi¶i m· sù sèng thµnh c«ng vµo (stop codon); ë ®ã, qu¸ tr×nh dÞch m· kÕt thóc. §iÒu ®¸ng l−u ý nh÷ng n¨m ®Çu cña thËp kû 1960, khi mét lo¹t c¸c thÝ nghiÖm lµ codon AUG cã hai chøc n¨ng: nã võa m· hãa cho axit amin hîp lý ®· gióp lµm s¸ng tá sù dÞch m· c¸c axit amin tõ mçi methinonine (Met), võa lµ tÝn hiÖu “b¾t ®Çu dÞch m·” (start codon trªn mARN. Codon ®Çu tiªn ®−îc gi¶i m· bëi Marshall codon). §iÒu nµy cã nghÜa lµ, c¸c th«ng ®iÖp di truyÒn trªn Nirenberg vµ céng sù t¹i ViÖn Y häc Quèc gia Hoa Kú (NIH) ph©n tö mARN lu«n ®−îc b¾t ®Çu tõ codon AUG (trõ mét sè vµo n¨m 1961. Nirenberg ®· tæng hîp nh©n t¹o ®−îc mét ph©n ngo¹i lÖ); nãi c¸ch kh¸c, ®©y còng chÝnh lµ “tÝn hiÖu” th«ng tö mARN gåm toµn c¸c nucleotit ARN thuéc lo¹i uracil (U) b¸o cho bé m¸y dÞch m· b¾t ®Çu qu¸ tr×nh dÞch m· mARN. (Do liªn kÕt víi nhau. BÊt kÓ khi m¹ch ARN ®−îc b¾t ®Çu vµ kÕt AUG ®ång thêi m· hãa cho methionine, nªn tÊt c¶ c¸c chuçi thóc dÞch m· nh− thÕ nµo, th× m· bé ba lÆp l¹i còng lu«n lµ polypeptit ®Òu b¾t ®Çu b»ng axit amin nµy khi chóng ®−îc tæng UUU. Nirenberg ®· bæ sung ph©n tö “poly U” nµy vµo èng hîp. Tuy vËy, sau ®ã mét enzym cã thÓ c¾t bá axit amin khëi nghiÖm chøa dung dÞch hçn hîp gåm c¸c lo¹i axit amin, ®Çu nµy hoÆc kh«ng). ribosome vµ c¸c thµnh phÇn kh¸c cÇn cho sù tæng hîp protein. Cã mét ®Æc ®iÓm cÇn chó ý trªn H×nh 17.5 lµ m· di truyÒn HÖ thèng nh©n t¹o cña Nirenberg vµ céng sù ®· dÉn ®Õn sù cã tÝnh tho¸i hãa, nh−ng lu«n ®Æc thï. Cô thÓ nh−, mÆc dï c¸c h×nh thµnh mét chuçi polypeptit chØ gåm toµn c¸c axit amin m· bé ba GAA vµ GAG cã thÓ ®ång thêi m· hãa cho axit phenylalanine (Phe) kÕt thµnh chuçi liªn tiÕp, cßn ®−îc gäi lµ glutamic (tÝnh tho¸i hãa), nh−ng kh«ng cã bÊt kú m· bé ba nµo chuçi polyphenylalanine. B»ng c¸ch ®ã, Nirenberg ®· x¸c ®Þnh ®ång thêi m· hãa cho hai axit amin trë lªn (tÝnh ®Æc thï). ®−îc r»ng codon UUU trªn ph©n tö mARN x¸c ®Þnh axit amin Ngoµi ra, tÝnh tho¸i hãa cña m· bé ba còng kh«ng ph¶i lµ ngÉu phenylalanine. Ngay sau ®ã, c¸c axit amin ®−îc x¸c ®Þnh b»ng nhiªn. Trong nhiÒu tr−êng hîp, c¸c codon kh¸c nhau cã cïng c¸c codon AAA, GGG vµ CCC còng ®· ®−îc x¸c ®Þnh. nghÜa (m· hãa cho cïng mét lo¹i axit amin), mµ chØ kh¸c nhau MÆc dï ph¶i ¸p dông mét sè kü thuËt phøc t¹p h¬n míi cã vÒ baz¬ thø ba trong bé ba nucleotit cña chóng. ë phÇn sau cña thÓ gi¶i m· c¸c codon kh¸c, nh− AUA vµ CGA; nh−ng cã thÓ ch−¬ng nµy, chóng ta sÏ thÊy −u ®iÓm cña tÝnh tho¸i hãa cña nãi ®Õn gi÷a nh÷ng n¨m 1960, tÊt c¶ 64 codon ®· ®−îc gi¶i m· m· di truyÒn trong c¸c qu¸ tr×nh biÓu hiÖn c¸c gen. khèi kiÕn thøc 3 330 Di truyÒn häc
  2. §Ó cã thÓ hiÓu ®−îc mét th«ng ®iÖp hay mét c©u ®−îc viÕt thuËt "chuyÓn gen" ®· t¹o ra sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña c«ng theo mét ng«n ng÷ nµo ®ã th× chóng ta ph¶i ®äc ®−îc c¸c kÝ nghÖ sinh häc trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y (xem Ch−¬ng 20). hiÖu cña ng«n ng÷ ®ã khi chóng ®−îc xÕp theo nh÷ng nh÷ng Tuy vËy, cã mét sè ngo¹i lÖ so víi tÝnh phæ biÕn chung cña nhãm nhÊt ®Þnh; nãi c¸ch kh¸c lµ trong mét khung ®äc ®óng. m· di truyÒn. ë nh÷ng tr−êng hîp nµy, hÖ thèng dÞch m· ®äc H·y xem c©u nãi sau: “con chã b¾t con mÌo”. NÕu sù xÕp c¸c m· bé ba víi nghÜa thay ®æi chót Ýt so víi c¸c m· bé ba tiªu nhãm cña c¸c ch÷ trong c©u nµy b¾t ®Çu tõ mét vÞ trÝ sai, th× chuÈn. Nh÷ng thay ®æi nhá nµy ®· ®−îc t×m thÊy ë mét sè loµi c©u sÏ trë nªn v« nghÜa; ch¼ng h¹n nh− “onc hãb ¾tc onm Ìo”. sinh vËt nh©n thËt ®¬n bµo vµ trong hÖ gen tÕ bµo chÊt (ti thÓ vµ Khung ®äc còng cã vai trß quan träng nh− vËy trong ng«n ng÷ l¹p thÓ) cña mét sè loµi. Ngoµi ra, còng cã nh÷ng ngo¹i lÖ liªn ph©n tö cña tÕ bµo. Ch¼ng h¹n nh− ®o¹n polypeptit ng¾n trªn quan ®Õn viÖc mét m· bé ba kÕt thóc ®−îc dÞch m· thµnh mét H×nh 17.4 sÏ chØ ®−îc t¹o ra chÝnh x¸c mét khi c¸c nucleotit trong hai lo¹i axit amin hiÕm vèn kh«ng thÊy cã ë phÇn lín c¸c trªn ph©n tö mARN ®−îc ®äc tõ tr¸i qua ph¶i (chiÒu 5’ → 3’) loµi. Mét trong nh÷ng axit amin hiÕm nh− vËy (pyrrolysine) ®óng theo tõng nhãm 3 kÝ tù lµ UGG UUU GGC UCA. MÆc dï cho ®Õn nay míi chØ gÆp ë liªn giíi vi khuÈn cùc ®oan th«ng ®iÖp di truyÒn ®−îc viÕt liªn tôc (kh«ng cã kho¶ng c¸ch) (Archeae); trong khi ®ã, axit amin hiÕm thø hai gi÷a c¸c m· bé ba, nh−ng bé m¸y tæng hîp protein cña tÕ bµo (selenocysteine) ®−îc t×m thÊy trong protein cña vi khuÈn vµ ®äc ®−îc th«ng ®iÖp ®ã b»ng viÖc xÕp c¸c ch÷ c¸i (nucleotit) thËm chÝ ë mét sè enzym cña ng−êi. MÆc dï cã ngo¹i lÖ, nh−ng thµnh chuçi c¸c tõ (codon) gåm ba ch÷ c¸i liªn tôc vµ kh«ng cã thÓ nãi tÝnh phæ biÕn cña m· di truyÒn lµ râ rµng. Mét ng«n gèi lªn nhau. Th«ng ®iÖp di truyÒn kh«ng ®−îc ®äc theo kiÓu ng÷ ®−îc mäi hÖ thèng sèng sö dông chung lµ b»ng chøng cho c¸c codon gèi lªn nhau, ch¼ng h¹n nh− UGG UUU; trong thÊy nã xuÊt hiÖn ngay tõ giai ®o¹n sím cña qu¸ tr×nh tiÕn hãa. tr−êng hîp m· gèi lªn nhau, nghÜa cña th«ng ®iÖp sÏ thay ®æi. Nãi c¸ch kh¸c, ng«n ng÷ nµy cã mÆt ®ñ sím trong tæ tiªn chung cña mäi sinh vËt cßn tån t¹i ®Õn ngµy nay. Ng«n ng÷ di Sù tiÕn hãa cña m· di truyÒn truyÒn ®−îc dïng chung ®ång thêi lµ mét b»ng chøng gîi nhí vÒ mèi quan hÖ hä hµng gi÷a mäi d¹ng sèng trªn Tr¸i ®Êt. M· di truyÒn cã tÝnh phæ biÕn, nghÜa lµ gièng nhau ë tÊt c¶ c¸c loµi tõ c¸c vi khuÈn ®¬n bµo ®¬n gi¶n nhÊt cho ®Õn c¸c loµi KiÓm tra kh¸i niÖm 17.1 ®éng vËt vµ thùc vËt cã cÊu tróc phøc t¹p nhÊt. Ch¼ng h¹n nh−, m· bé ba CCG trªn ph©n tö mARN ®−îc dÞch m· thµnh axit 1. B¹n mong ®îi mét chuçi polypeptit do mét ®o¹n mARN amin proline ë mäi loµi sinh vËt ®· tõng nghiªn cøu. Nhê tÝnh dµi 30 nucleotit G (poly-G) m· hãa nh− thÕ nµo? phæ biÕn cña m· di truyÒn, trong phßng thÝ nghiÖm, c¸c gen vÏ tiÕp M¹ch khu«n cña mét gen chøa tr×nh tù nucleotit 2. ®−îc chuyÓn (biÕn n¹p) tõ loµi nµy sang loµi kh¸c nh×n chung 3’-TTCAGTCGT-5’. H·y vÏ m¹ch kh«ng lµm khu«n vµ ®−îc phiªn m· vµ dÞch m· mét c¸ch hiÖu qu¶ ®¸ng ng¹c nhiªn, tr×nh tù mARN, chØ râ c¸c ®Çu 5’ vµ 3’. H·y so s¸nh tr×nh nh− vÝ dô trªn H×nh 17.6 ! Mét sè protein cña ng−êi ®−îc dïng tù nucleotit cña hai m¹ch võa ®−îc vÏ. trong y häc, nh− insulin, cã thÓ ®−îc s¶n xuÊt b»ng c¸c tÕ bµo §iÒu g× nÕu vi khuÈn sau khi gen m· hãa protein ®ã ®−îc chuyÓn tõ hÖ gen Gi¶ sö m¹ch kh«ng lµm khu«n ë c©u 3. ng−êi vµo hÖ gen vi khuÈn. Nh÷ng thµnh tùu nh− vËy cña kü 2 ®−îc dïng ®Ó phiªn m· thay cho m¹ch lµm khu«n b×nh th−êng. H·y vÏ tr×nh tù mARN vµ tr×nh tù c¸c axit amin trªn chuçi polypeptit ®−îc dÞch m· dùa vµo H×nh 17.5. (L−u ý chiÒu c¸c ®Çu 5’ vµ 3’). Dù ®o¸n protein ®−îc t¹o ra tõ m¹ch kh«ng lµm khu«n sÏ biÓu hiÖn chøc n¨ng thÕ nµo so víi protein th«ng th−êng. Xem gîi ý tr¶ lêi ë Phô lôc A. 17.2 Kh¸i niÖm Phiªn m l qu¸ tr×nh tæng hîp ARN do ADN ®iÒu khiÓn: Quan s¸t gÇn h¬n B©y giê chóng ta sÏ ®Ò cËp ®Õn tÝnh logic vÒ khÝa c¹nh ng«n ng÷ vµ ý nghÜa tiÕn hãa cña m· di truyÒn. Tr−íc tiªn, chóng ta sÏ xem chi tiÕt h¬n c¸c b−íc cña phiªn m·, giai ®o¹n thø nhÊt (b) C©y thuèc l¸ biÓu hiÖn gen (a) Lîn biÓu hiÖn gen cña søa. trong qu¸ tr×nh biÓu hiÖn cña c¸c gen m· hãa protein. cña c«n trïng. Mµu vµng Mét gen m· hãa protein ph¸t cña c©y ®−îc t¹o ra bëi mét huúnh quang ®−îc chuyÓn tõ C¸c th nh phÇn ph©n tö cña phiªn m ph¶n øng hãa häc ®−îc xóc søa vµo trøng lîn ®· thô tinh. t¸c bëi mét enzym do gen Mét trøng nh− vËy ®· ph¸t triÓn ARN th«ng tin, ph©n tö mang th«ng tin tõ ADN tíi bé m¸y cña c«n trïng m· hãa. thµnh lîn ph¸t huúnh quang. tæng hîp protein cña tÕ bµo, ®−îc phiªn m· tõ m¹ch lµm khu«n H×nh 17.6 Sù biÓu hiÖn gen ë c¸c loµi kh¸c nhau. cña mét gen. Mét enzym ®−îc gäi lµ ARN polymerase cã thÓ Do c¸c loµi sinh vËt kh¸c nhau sö dông chung mét ng«n ng÷ t¸ch hai m¹ch ADN cña chuçi xo¾n kÐp vµ l¾p r¸p c¸c nucleotit (b¶ng m·) di truyÒn, nªn mét loµi cã thÓ ®−îc "lËp tr×nh" ®Ó s¶n ARN däc theo m¹ch ADN lµm khu«n dùa trªn nguyªn t¾c kÕt xuÊt mét lo¹i protein vèn trong tù nhiªn chØ cã ®Æc thï ë mét loµi cÆp gi÷a c¸c baz¬ nucleotit (H×nh 17.7). Gièng víi ADN thø hai b»ng c¸ch chuyÓn ADN tõ loµi thø hai vµo loµi thø nhÊt. Ch−¬ng 17 331 Tõ gen ®Õn protein
  3. polymerase trong sao chÐp ADN, ARN polymerase chØ l¾p r¸p §o¹n tr×nh tù ADN ®−îc dïng ®Ó phiªn mµ thµnh mét ph©n tö ®−îc c¸c nucleotit vµo chuçi polynucleotit ®ang kÐo dµi theo ARN hoµnh chØnh chøc n¨ng ®−îc gäi lµ mét ®¬n vÞ phiªn m·. Vi khuÈn cã mét lo¹i ARN polymerase duy nhÊt kh«ng chØ chiÒu 5’ → 3’. Tuy vËy, kh«ng gièng ADN polymerase, ARN xóc t¸c tæng hîp mARN mµ cßn xóc t¸c tæng hîp c¸c lo¹i polymerase cã thÓ khëi ®Çu sù tæng hîp chuçi polynucleotit ARN kh¸c, bao gåm c¶ c¸c ARN lµ thµnh phÇn bé m¸y tæng ARN mµ kh«ng cÇn mét ®o¹n måi s½n cã. hîp protein nh− ARN ribosome. Ng−îc l¹i, c¸c tÕ bµo sinh vËt C¸c ®o¹n tr×nh tù nucleotit ®Æc thï trªn ph©n tö ADN x¸c nh©n thËt cã Ýt nhÊt ba lo¹i ARN polymerase kh¸c nhau cã ®Þnh vÞ trÝ mµ qu¸ tr×nh phiªn m· mét gen b¾t ®Çu vµ kÕt thóc. trong nh©n tÕ bµo. Mét lo¹i ®−îc dïng trong phiªn m· tæng hîp §o¹n tr×nh tù mµ ë ®ã c¸c enzym ARN polymerase ®Ýnh kÕt c¸c mARN ®−îc gäi lµ ARN polymerase II. C¸c ARN vµo ADN vµ khëi ®Çu sù phiªn m· ®−îc gäi lµ promoter (hay polymerase kh¸c ®−îc dïng ®Ó phiªn m· c¸c gen m· hãa cho tr×nh tù khëi ®Çu phiªn m·); ë vi khuÈn, tr×nh tù lµ tÝn hiÖu ARN nh−ng kh«ng ®−îc dÞch m· thµnh protein. Trong phÇn kÕt thóc sù phiªn m· ®−îc gäi lµ terminator (hay tÝn hiÖu kÕt phiªn m· ®−îc ®Ò cËp sau ®©y, chóng ta sÏ nªu tr−íc tiªn nh÷ng thóc phiªn m·). (Sù kÕt thóc phiªn m· ë sinh vËt nh©n thËt ®Æc ®iÓm chung trong phiªn m· ë vi khuÈn vµ sinh vËt nh©n diÔn ra theo mét c¬ chÕ kh¸c sÏ ®−îc ®Ò cËp sau). C¸c nhµ sinh thËt, sau ®ã sÏ m« t¶ mét sè ®Æc ®iÓm kh¸c nhau c¬ b¶n nhÊt. häc ph©n tö th−êng xem chiÒu phiªn m· cña mét gen lµ “xu«i dßng”, trong khi chiÒu ng−îc l¹i ®−îc gäi lµ “ng−îc dßng”. Tæng hîp b¶n phiªn m ARN Nh÷ng thuËt ng÷ nµy cßn ®−îc dïng ®Ó m« t¶ vÞ trÝ c¸c tr×nh tù nucleotit (®«i khi gäi lµ c¸c yÕu tè tr×nh tù) trªn c¸c ph©n tö Nh− ®−îc m« t¶ trªn H×nh 17.7, ba giai ®o¹n cña sù phiªn m· ADN vµ ARN. V× vËy, trªn ADN c¸c promoter cña mét gen bao gåm khëi ®Çu phiªn m·, kÐo dµi chuçi ARN vµ kÕt thóc lu«n n»m ng−îc dßng so víi terminator t−¬ng øng cña nã. phiªn m·. Xem kü H×nh 17.7 ®Ó lµm quen víi c¸c kh¸i niÖm vµ c¸c giai ®o¹n c¬ b¶n cña mét qu¸ tr×nh phiªn m·. Tr×nh tù khëi ®Çu ARN polymerase vµ khëi ®Çu phiªn m· phiªn m· (Promoter) §¬n vÞ phiªn m· Tr×nh tù khëi ®Çu phiªn m· (promoter) cña mét gen bao gåm ®iÓm b¾t ®Çu phiªn m· (tøc lµ nucleotit ë ®ã sù tæng hîp ARN thùc sù b¾t ®Çu) vµ phÇn më réng th−êng n»m ng−îc dßng hµng ADN §iÓm b¾t chôc nucleotit kÓ tõ ®iÓm b¾t ®Çu phiªn m·. Ngoµi chøc n¨ng lµ ®Çu phiªn m· ARN Khëi ®Çu phiªn m·. Sau polyemrase khi ARN polymerase ®· liªn kÕt vµo promoter, c¸c m¹ch ADN KÐo d i chuçi gi·n xo¾n vµ enzym b¾t ®Çu M¹ch ADN kh«ng lµm khu«n tæng hîp ARN tõ ®iÓm b¾t ®Çu C¸c nucleotit ARN phiªn m· trªn m¹ch lµm khu«n. ARN polymerase M¹ch khu«n ADN B¶n phiªn ADN m· ARN gi·n xo¾n KÐo dµi chuçi. Enzym ARN polymerase di chuyÓn xu«i dßng, lµm gi·n xo¾n ADN vµ kÐo dµi b¶n phiªn m· ARN theo chiÒu 5’ → 3’; ngay sau ®ã, c¸c m¹ch ADN t¸i liªn kÕt vÒ d¹ng chuçi xo¾n kÐp. ADN "®ãng xo¾n" trë l¹i ChiÒu phiªn m· ("xu«i dßng") M¹ch ADN lµm khu«n B¶n phiªn m· ARN KÕt thóc phiªn m·. Cuèi M¹ch ARN míi tæng hîp cïng, b¶n phiªn m· ARN hoµn chØnh ®−îc gi¶i phãng vµ enzym H×nh 17.7 C¸c giai ®o¹n phiªn m·: khëi ®Çu phiªn polymerase rêi khái ADN. m·, kÐo dµi chuçi vµ kÕt thóc phiªn m·. H×nh m« t¶ c¸c giai ®o¹n phiªn m· ë ®©y lµ gièng nhau ë c¶ vi khuÈn vµ sinh vËt nh©n thËt; tuy vËy, chi tiÕt giai ®o¹n kÕt thóc phiªn m· lµ kh¸c nhau ë hai liªn giíi (xem m« t¶ trong phÇn diÔn gi¶i). Ngoµi ra, ë vi khuÈn, b¶n phiªn m· ARN cã thÓ dïng ngay ®Ó B¶n phiªn m· ARN hoµn chØnh dÞch m· nh− mét ph©n tö mARN hoµn thiÖn; trong khi ®ã, ë sinh vËt nh©n thËt, b¶n phiªn m· th−êng ph¶i tr¶i qua qu¸ tr×nh hoµn thiÖn tr−íc khi cã thÓ ®−îc dïng lµm khu«n ®Ó dÞch m·. khèi kiÕn thøc 3 332 Di truyÒn häc
  4. vÞ trÝ liªn kÕt cña ARN polymerase vµ x¸c ®Þnh ®iÓm b¾t ®Çu phiªn m·, promoter cßn cã vai trß x¸c ®Þnh m¹ch nµo trong hai m¹ch cña chuçi xo¾n kÐp ADN ®−îc dïng lµm khu«n. Promoter ë sinh vËt nh©n thËt ADN Phiªn m· Mét sè phÇn cña promoter cã vai trß ®Æc biÖt quan träng ®èi th−êng cã mét hép TATA, n»m ng−îc dßng vµ c¸ch ®iÓm b¾t ®Çu phiªn m· víi sù liªn kÕt cña ARN polymerase vµo m¹ch khu«n ADN. ë TiÒn-mARN Hoµn thiÖn ARN kho¶ng 25 nucleotit. (Theo thãi quen, vi khuÈn, b¶n th©n enzym ARN polymerase (thùc ra lµ tiÓu mARN tr×nh tù c¸c nucletotit th−êng ®−îc phÇn polypeptit cña nã) cã kh¶ n¨ng nhËn ra vµ liªn kÕt vµo tr×nh bµy theo m¹ch kh«ng lµm khu«n, promoter. ë sinh vËt nh©n thËt, mét nhãm gåm nhiÒu protein Ribosome DÞch m· tøc lµ m¹ch m· hãa.) gäi lµ c¸c yÕu tè phiªn m· ®iÒu hßa viÖc liªn kÕt cña ARN Polypeptit polymerase vµo promoter vµ khëi ®Çu phiªn m· cña c¸c gen. Tõ Promoter Ch−¬ng 16, chóng ta nhí r»ng ADN trong nhiÔm s¾c thÓ ë sinh vËt nh©n thËt ®−îc ®ãng gãi ë d¹ng phøc hîp víi histone vµ mét sè protein kh¸c vµ ®−îc gäi lµ chÊt nhiÔm s¾c. Vai trß cña c¸c protein nµy trong viÖc x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng béc lé cña ADN Hép TATA §iÓm b¾t ®Çu M¹ch ADN ®èi víi c¸c yÕu tè phiªn m· sÏ ®−îc chóng ta ®Ò cËp ë Ch−¬ng lµm khu«n phiªn m· 18. ChØ khi mét sè yÕu tè phiªn m· nhÊt ®Þnh ®· liªn kÕt vµo Mét sè yÕu tè phiªn m·, mµ promoter, ADN polymerase míi cã thÓ liªn kÕt vµo nã. Toµn bé mét trong sè chóng nhËn ra hép phÇn phøc hÖ gåm c¸c yÕu tè phiªn m· vµ ARN polymerase II TATA, liªn kÕt ADN (promoter) ®· liªn kÕt vµo promoter ®−îc gäi lµ phøc hÖ khëi ®Çu phiªn tr−íc khi ARN polymerase cã thÓ m·. H×nh 17.8 m« t¶ vai trß cña c¸c yÕu tè phiªn m· vµ mét C¸c yÕu tè liªn kÕt vµo vïng nµy. tr×nh tù ADN thiÕt yÕu thuéc promoter ®−îc gäi lµ hép TATA phiªn m· trong qu¸ tr×nh h×nh thµnh phøc hÖ khëi ®Çu phiªn m· ë mét promoter cña sinh vËt nh©n thËt. Sù t−¬ng t¸c gi÷a ARN polymerase II víi c¸c yÕu tè phiªn m· lµ mét vÝ dô ®iÓn h×nh vÒ tÇm quan träng cña t−¬ng t¸c protein - protein trong ®iÒu hßa phiªn m· ë sinh vËt nh©n thËt. Mét khi enzym polymerase ®· liªn kÕt æn ®Þnh víi tr×nh tù C¸c yÕu tè phiªn m· bæ sung ADN t¹i promoter, hai m¹ch ADN t¹i ®ã sÏ gi·n xo¾n, vµ liªn kÕt vµo ADN cïng víi ARN enzym sÏ b¾t ®Çu sù phiªn m· dùa trªn m¹ch lµm khu«n. polymerase ®Ó h×nh thµnh nªn phøc hÖ khëi ®Çu phiªn m·. Chuçi xo¾n KÐo dµi m¹ch ARN kÐp ADN ®−îc th¸o xo¾n vµ sù tæng hîp ARN b¾t ®Çu diÔn ra tõ ®iÓm Khi ARN polymerase di chuyÓn däc m¹ch ADN khu«n, nã tiÕp khëi ®Çu phiªn m· trªn m¹ch ADN lµm khu«n. tôc th¸o xo¾n chuçi xo¾n kÐp vµ vµo mçi thêi ®iÓm nã béc lé ra mét ®o¹n dµi kho¶ng 10 - 20 baz¬ ADN ®Ó c¸c baz¬ ARN cã thÓ tiÕn hµnh b¾t cÆp (xem H×nh 17.7). Enzym nµy lÇn l−ît bæ C¸c yÕu tè ARN polymerase II sung c¸c nucleotit vµo phÝa ®Çu 3’ cña ph©n tö ARN ®ang kÐo phiªn m· dµi khi nã di chuyÓn däc chuçi xo¾n kÐp. Cïng víi viÖc bé m¸y tæng hîp ARN tiÕn vÒ phÝa tr−íc, ph©n tö ARN míi tæng hîp sÏ t¸ch khái m¹ch khu«n ADN, ®ång thêi chuçi xo¾n kÐp ADN h×nh thµnh trë l¹i. ë sinh vËt nh©n thËt, qu¸ tr×nh phiªn m· diÔn ra víi tèc ®é kho¶ng 40 nucleotit mçi gi©y. B¶n phiªn Sù phiªn m· cña mçi gen ®¬n lÎ cã thÓ ®−îc ®ång thêi xóc m· ARN t¸c bëi nhiÒu enzym ARN polymerase cïng lóc (cã thÓ t−ëng Phøc hÖ khëi ®Çu phiªn m t−îng gièng nh− nhiÒu chiÕc xe t¶i nèi ®u«i nhau thµnh mét ®oµn dµi). Tõ mçi ph©n tö enzym ARN polymerase, mét m¹ch H×nh 17.8 Sù khëi ®Çu phiªn m· ë promoter cña ARN ®ang kÐo dµi “chui” ra víi chiÒu dµi t−¬ng øng víi sinh vËt nh©n thËt. Trong tÕ bµo sinh vËt nh©n thËt, c¸c kho¶ng c¸ch mµ enzym ARN polymerase ®· tr−ît däc trªn protein ®−îc gäi lµ c¸c yÕu tè phiªn m· ®iÒu hßa sù khëi ®Çu m¹ch khu«n ADN kÓ tõ ®iÓm khëi ®Çu phiªn m· (xem c¸c ph©n phiªn m· cña enzym ARN polymerase II. tö mARN trªn H×nh 17.24). Sù tËp hîp ®ång thêi cña nhiÒu Gi¶i thÝch sù t−¬ng t¸c gi÷a ARN polymerase víi promoter ph©n tö polymerase gióp l−îng mARN ®−îc phiªn m· tõ mçi ? sÏ cã ®Æc ®iÓm kh¸c nh− thÕ nµo nÕu h×nh trªn m« t¶ sù gen t¨ng lªn vµo cïng mét thêi ®iÓm; qua ®ã, tÕ bµo cã thÓ tæng khëi ®Çu phiªn m· ë vi khuÈn. hîp ®−îc mét l−îng lín protein ®Æc thï vµo c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau theo yªu cÇu sinh tr−ëng cña nã. enzym polymerase rêi khái ADN ®ång thêi gi¶i phãng b¶n KÕt thóc phiªn m· phiªn m· vèn sau ®ã ®−îc dïng lµm khu«n (mARN) ®Ó dÞch m·. ë sinh vËt nh©n thËt, ARN polymerase II phiªn m· mét C¬ chÕ kÕt thóc phiªn m· cã ®Æc ®iÓm kh¸c nhau gi÷a vi khuÈn tr×nh tù trªn ADN ®−îc gäi lµ tr×nh tù g¾n ®u«i polyA; tr×nh tù vµ sinh vËt nh©n thËt. ë vi khuÈn, sù phiªn m· v−ît qua mét nµy th−êng m· hãa cho mét tÝn hiÖu g¾n ®u«i polyA (lµ tr×nh tù (tÝn hiÖu) kÕt thóc phiªn m· trªn m¹ch khu«n ADN. AAUAAA) trªn ph©n tö tiÒn-mARN. Sau ®ã, t¹i mét ®iÓm c¸ch Tr×nh tù kÕt thóc phiªn m· (terminator) cã mÆt trªn m¹ch ARN tÝn hiÖu “AAUAAA” kho¶ng tõ 10 ®Õn 35 nucleotit, c¸c ®−îc t¹o ra cã vai trß nh− tÝn hiÖu kÕt thóc phiªn m· lµm t¸ch protein liªn kÕt víi m¹ch ARN ®ang kÐo dµi sÏ c¾t rêi ph©n tö Ch−¬ng 17 333 Tõ gen ®Õn protein
  5. Sù biÕn ®æi ë c¸c ®Çu mARN nµy khái ARN polymerase, ®ång thêi gi¶i phãng ra ph©n tö tiÒn-mARN. Tuy vËy, sau ho¹t ®éng c¾t nµy, enzym Mçi ®Çu cña mét ph©n tö tiÒn-mARN ®−îc biÕn ®æi theo mét polymerase tiÕp tôc phiªn m· ADN kho¶ng vµi tr¨m nucleotit c¸ch ®Æc tr−ng (H×nh 17.9). §Çu tiªn, ®Çu 5’ ®−îc tæng hîp; nã kÓ tõ khi ph©n tö tiÒn-mARN ®−îc gi¶i phãng ra. C¸c nghiªn cøu gÇn ®©y ë nÊm men cho thÊy: ®o¹n ARN ®−îc t¹o ra tõ tiÕp nhËn mét mò ®Çu 5’, vÒ b¶n chÊt lµ mét d¹ng biÕn ®æi cña viÖc phiªn m· tiÕp tôc nµy ®−îc ph©n gi¶i bëi mét enzym di nucleotit guanine (G) ®−îc bæ sung vµo ®Çu 5’ cña mARN chuyÓn däc ARN. C¸c sè liÖu ñng hé cho quan ®iÓm lµ: sù ®ang kÐo dµi sau khi phiªn m· ®· diÔn ra ®−îc kho¶ng tõ 20 phiªn m· chØ thùc sù kÕt thóc vµ enzym polymerase rêi khái ®Õn 40 nucleotit ®Çu tiªn. §Çu 3’ cña ph©n tö tiÒn-mARN còng ADN khi enzym ph©n gi¶i trªn ®©y tiÕp cËn ®−îc polymerase. ®−îc biÕn ®æi tr−íc khi mARN rêi khái nh©n. Chóng ta nhí l¹i §ång thêi lóc nµy ph©n tö tiÒn-mARN tr¶i qua giai ®o¹n “chÕ r»ng, trong qu¸ tr×nh phiªn m·, mARN ®−îc gi¶i phãng ngay biÕn” hay “hoµn thiÖn” ®Ó trë thµnh ph©n tö mARN hoµn thiÖn sau khi tÝn hiÖu g¾n ®u«i polyA (AAUAAA) ®−îc phiªn m·. s½n sµng cho dÞch m·. Qu¸ tr×nh hoµn thiÖn mARN ë sinh vËt T¹i ®Çu 3’, mét enzym sÏ bæ sung mét chuçi gåm kho¶ng tõ 50 nh©n thËt ®−îc ®Ò cËp trong môc d−íi ®©y. ®Õn 250 nucleotit lo¹i adenine (A) liªn tiÕp nhau, gäi lµ ®u«i polyA. §Çu 5’ còng nh− ®u«i polyA cña mARN cã cïng mét KiÓm tra kh¸i niÖm sè chøc n¨ng quan träng. Thø nhÊt, chóng t¹o ®iÒu kiÖn thuËn 17.2 lîi cho sù vËn chuyÓn ph©n tö mARN hoµn thiÖn ra khái nh©n tÕ bµo. Thø hai, chóng b¶o vÖ ph©n tö mARN khái sù ph©n gi¶i 1. So s¸nh gi÷a ADN polymerase vµ ARN polymerase vÒ sù do ho¹t ®éng cña c¸c enzym thñy ph©n. Vµ thø ba, chóng gióp biÓu hiÖn chøc n¨ng, yªu cÇu vÒ m¹ch khu«n vµ c¸c ®o¹n c¸c ribosome ®Ýnh kÕt ®−îc vµo ®Çu 5’ cña ph©n tö mARN khi måi, chiÒu tæng hîp vµ c¸c lo¹i nucleotit lµm c¬ chÊt. ph©n tö nµy ®i vµo tÕ bµo chÊt. H×nh 17.9 minh häa s¬ ®å cÊu 2. Promoter lµ g×? Nã n»m ng−îc dßng hay xu«i dßng so tróc cña mét ph©n tö mARN hoµn thiÖn ®iÓn h×nh ë sinh vËt víi ®¬n vÞ t¸i b¶n? nh©n thËt gåm c¶ phÇn mò vµ ®u«i. S¬ ®å nµy ®ång thêi cho 3. §iÒu g× gióp ARN polymerase cã thÓ khëi ®Çu phiªn thÊy c¸c vïng kh«ng ®−îc dÞch m· (UTR) cã ë c¶ hai ®Çu 5’ vµ 3’ cña ph©n tö mARN (c¸c vïng nµy th−êng ®−îc gäi t−¬ng m· t¹i vÞ trÝ chÝnh x¸c (®iÓm khëi ®Çu phiªn m·) ë tÕ øng lµ 5’UTR vµ 3’UTR). C¸c vïng UTR lµ c¸c phÇn cña ph©n bµo vi khuÈn vµ ë tÕ bµo sinh vËt nh©n thËt? tö mARN hoµn thiÖn kh«ng ®−îc dÞch m· thµnh protein, nh−ng ®iÒu g× nÕu Gi¶ sö viÖc chiÕu x¹ tia X g©y nªn sù 4. chóng cã mét sè chøc n¨ng kh¸c trong dÞch m·, ch¼ng h¹n nh− thay ®æi tr×nh tù ë hép TATA trong vïng promoter cña mét vÞ trÝ liªn kÕt cña ribosome. mét gen. HËu qu¶ x¶y ra ®èi víi sù phiªn m· cña gen ®ã sÏ cã xu h−íng nh− thÕ nµo? Gen ph©n m¶nh v sù ghÐp nèi ARN Xem gîi ý tr¶ lêi ë Phô lôc A. Mét giai ®o¹n ®¸ng chó ý trong qu¸ tr×nh hoµn thiÖn mARN 17.3 trong nh©n cña sinh vËt nh©n thËt lµ viÖc lo¹i bá ®i mét phÇn Kh¸i niÖm lín c¸c ph©n ®o¹n bªn trong ph©n tö mARN tiÒn th©n; mét c«ng viÖc gièng nh− “c¾t - d¸n” c¸c file video b»ng c¸c phÇn TÕ b o sinh vËt nh©n thËt biÕn mÒm m¸y tÝnh (H×nh 17.10) vµ ®−îc gäi lµ sù ghÐp nèi ARN. ®æi ARN sau phiªn m ChiÒu dµi trung b×nh cña mét ®¬n vÞ phiªn m· däc theo ph©n tö ADN cña ng−êi gåm kho¶ng 27.000 cÆp baz¬ (bp); v× vËy, ph©n tö mARN tiÒn th©n th−êng cã chiÒu dµi t−¬ng øng. Tuy C¸c enzym trong nh©n tÕ bµo sinh vËt nh©n thËt cã thÓ biÕn ®æi vËy, ®Ó m· hãa mét ph©n tö protein cã kÝch th−íc trung b×nh ph©n tö tiÒn-mARN theo mét sè c¸ch ®Æc tr−ng tr−íc khi b¶n gåm 400 axit amin, chØ cÇn mét ph©n tö ARN cã kÝch th−íc phiªn m· di truyÒn ®−îc chuyÓn ra tÕ bµo chÊt. Trong qu¸ tr×nh gåm 1200 nucleotit. (Nhí r»ng, mçi axit amin ®−îc m· hãa bëi ho n thiÖn mARN nµy, c¶ hai ®Çu cña ph©n tö mARN tiÒn mét bé ba nucleotit.) §iÒu nµy cã nghÜa lµ phÇn lín c¸c gen ë th©n ®Òu ®−îc biÕn ®æi. Ngoµi ra, trong phÇn lín tr−êng hîp, sinh vËt nh©n thËt vµ c¸c b¶n phiªn m· ARN tiÒn th©n cña mét sè phÇn bªn trong ph©n tö ARN còng ®−îc c¾t bá, trong chóng chøa c¸c ph©n ®o¹n nucleotit dµi kh«ng m· hãa; ®©y lµ khi c¸c phÇn cßn l¹i nèi l¹i víi nhau. KÕt qu¶ cña nh÷ng biÕn nh÷ng ph©n ®o¹n kh«ng ®−îc dÞch m·. §iÒu ®¸ng ng¹c nhiªn ®æi nµy lµ t¹o ra mét ph©n tö mARN s½n sµng cho dÞch m·. §u«i polyA gåm kho¶ng tõ 50 Mét d¹ng biÕn ®æi cña nucleotit ®Õn 250 nucleotit lo¹i adenine guanine ®−îc bæ sung vµo ®Çu 5' ®−îc bæ sung vµo ®Çu 3' ADN Phiªn m· §o¹n m· hãa protein TÝn hiÖu g¾n ®u«i polyA TiÒn-mARN Hoµn thiÖn ARN mARN Ribosome Codon Codon DÞch m· Mò ®Çu 5’ §u«i polyA 5'UTR 3'UTR b¾t ®Çu kÕt thóc Polypeptit H×nh 17.9 Sù hoµn thiÖn ARN: bæ sung ®ång thêi gióp b¶o vÖ mARN khái sù ®Çu 5' vµ ®u«i polyA ®Çu 3' kh«ng ph©n gi¶i. Khi mARN ®· ra ®Õn tÕ bµo ®−îc dÞch m· vµ thuéc c¸c vïng ®−îc mò ®Çu 5’ vµ ®u«i polyA. C¸c enzym lµm chÊt, c¸c ®Çu biÕn ®æi nµy kÕt hîp víi gäi t−¬ng øng lµ vïng ®Çu 5' kh«ng biÕn ®æi hai ®Çu cña ph©n tö tiÒn-mARN ë sinh mét sè protein ë tÕ bµo chÊt thóc ®Èy ®−îc dÞch m· (5'UTR) vµ vïng ®Çu 3' vËt nh©n thËt. C¸c ®Çu sau khi biÕn ®æi thóc ®Èy sù ®Ýnh kÕt cña ribosome. PhÇn mò kh«ng ®−îc dÞch m· (3'UTR). sù vËn chuyÓn mARN tõ nh©n ra tÕ bµo chÊt; khèi kiÕn thøc 3 334 Di truyÒn häc

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản