Công nghệ gene đến Protein part 3

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

Thêm vào BST

Báo xấu

74
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong môi trường dịch thể, 2 chuỗi polynucleotide của 1 phân tử ADN liên kết với nhau bằng liên kết hiđrô. Liên kết này được tạo ra giữa 2 gốc nucleobase của 2 nucleotide đối diện nhau trên 2 chuỗi, tương tự như những bậc thang trên 1 chiếc thang dây. Do cấu tạo hoá học của các nucleobase mà liên kết hydro chỉ hình thành giữa 2 loại nucleobase nhất định là A với T (qua 2 liên kết hydro) và C với G (bằng 3 liên kết hydro). Đó thực chất là liên kết giữa một purine và 1...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Công nghệ gene đến Protein part 3

Mò 5’ §u«i polyA ADN Phiªn m· TiÒn-mARN Hoµn thiÖn ARN C¸c intron ®−îc c¾t bá, mARN cßn c¸c exon ®−îc ghÐp nèi víi nhau Vïng m· hãa Ribosome DÞch m· Mò 5’ Polypeptit §u«i polyA H×nh 17.10 Sù hoµn thiÖn ARN: ghÐp vµ ph©n tö tiÒn-mARN cña nã cã ba ARN, c¸c intron ®−îc c¾t bá, cßn c¸c nèi ARN. Ph©n tö ARN ®−îc minh häa ë ®©y exon, t−¬ng øng víi tr×nh tù trªn ph©n exon ®−îc ghÐp nèi víi nhau.ë nhiÒu tö mARN rêi khái nh©n ra tÕ bµo chÊt. m· hãa cho β-globin, mét trong c¸c chuçi gen, c¸c intron th−êng lín h¬n nhiÒu (C¸c vïng 5'UTR vµ 3'UTR thuéc c¸c polypeptit cña hemoglobin. C¸c chØ sè bªn d−íi so víi c¸c exon. (Trong h×nh trªn, exon mÆc dï chóng kh«ng m· hãa ARN lµ sè thø tù c¸c m· bé ba (codon); β-globin kÝch th−íc c¸c phÇn cña tiÒn-mARN protein) . Trong qu¸ tr×nh hoµn thiÖn kh«ng ®−îc vÏ theo tØ lÖ thùc). lµ mét protein gåm 146 axit amin. Gen β-globin lµ nh÷ng ph©n ®o¹n kh«ng m· hãa nµy th−êng n»m xen kÏ gi÷a c¸c ph©n ®o¹n m· hãa cña gen, vµ t−¬ng øng lµ gi÷a c¸c ph©n ®o¹n m· hãa trªn tiÒn-mARN. Nãi c¸ch kh¸c, tr×nh tù c¸c B¶n phiªn m· ARN (tiÒn-mARN) nucleotit ADN m· hãa cho mét chuçi polypeptit ë sinh vËt nh©n thËt th−êng kh«ng liªn tôc; chóng ®−îc ph©n t¸ch thµnh c¸c ph©n ®o¹n. C¸c ph©n ®o¹n axit nucleic kh«ng m· hãa n»m gi÷a c¸c ph©n ®o¹n m· hãa cña gen ®−îc gäi lµ c¸c tr×nh tù xen, hay c¸c intron. C¸c ph©n ®o¹n m· hãa cßn l¹i trong gen ®−îc gäi lµ c¸c exon; ®©y lµ c¸c vïng cña gen ®−îc biÓu hiÓn C¸c protein kh¸c vµ ®−îc dÞch m· thµnh c¸c tr×nh tù axit amin. (Mét sè tr−êng hîp ngo¹i lÖ bao gåm c¸c vïng UTR cña c¸c exon t¹i c¸c ®Çu cña mARN. Nh÷ng vïng nµy tuy lµ thµnh phÇn cña mARN hoµn thiÖn nh−ng kh«ng ®−îc dÞch m·. Do nh÷ng ngo¹i lÖ nµy, ®Ó dÔ nhí cã thÓ coi exon lµ c¸c tr×nh tù cã trªn ph©n tö mARN khi ph©n tö nµy rêi khái nh©n ra tÕ bµo chÊt). C¸c thuËt ng÷ intron vµ exon ®−îc dïng ®Ó m« t¶ c¶ c¸c tr×nh tù mARN còng nh− c¸c tr×nh tù ADN m· hãa chóng. §Ó t¹o ra mét b¶n phiªn m· tiÒn th©n tõ mét gen, ARN polymerase ban ®Çu tiÕn hµnh phiªn m· toµn bé gen, bao gåm c¶ c¸c intron vµ exon. Tuy vËy, ph©n tö mARN ®i vµo tÕ bµo chÊt lµ ph©n tö ®· ®−îc c¾t ng¾n. C¸c intron ®−îc c¾t khái ph©n tö, trong khi c¸c exon ®−îc nèi l¹i víi nhau ®Ó h×nh thµnh nªn mét ph©n tö mARN mang tr×nh tù m· hãa liªn tôc. Qu¸ tr×nh nµy ®−îc gäi lµ sù ghÐp nèi ARN. VËy, sù ghÐp nèi ë tiÒn-mARN diÔn ra nh− thÕ nµo? C¸c C¸c thµnh nhµ nghiªn cøu ®· ph¸t hiÖn ra r»ng, c¸c tÝn hiÖu ghÐp nèi ARN phÇn cña lµ c¸c tr×nh tù nucleotit ng¾n ë hai ®Çu cña mçi intron. C¸c h¹t spliceosome Ph©n ®o¹n cã tªn lµ c¸c ribonucleoprotein nh©n kÝch th−íc nhá, ®−îc viÕt intron ®−îc t¾t lµ snRNP (®äc lµ “sníp”), cã thÓ nhËn ra c¸c vÞ trÝ ghÐp nèi c¾t ra mARN nµy. Nh− tªn gäi cña chóng, c¸c snRNP cã trong nh©n tÕ bµo vµ cã thµnh phÇn cÊu t¹o gåm c¸c ph©n tö ARN vµ protein. C¸c ARN cã trong c¸c snRNP ®−îc gäi lµ c¸c ARN nh©n kÝch th−íc H×nh 17.11 Vai trß cña c¸c snRNP vµ spliceosome nhá (snARN); mçi ph©n tö chØ dµi kho¶ng 150 nucleotit. Mét sè trong qu¸ tr×nh ghÐp nèi tiÒn-mARN. H×nh trªn chØ minh häa mét lo¹i snRNP kÕt hîp víi nhau vµ víi mét sè protein bæ sung phÇn ph©n tö tiÒn-mARN; c¸c intron vµ exon kh¸c n»m xu«i dßng so víi kh¸c h×nh thµnh nªn bé m¸y ghÐp nèi ARN vµ ®−îc gäi lµ intron ®−îc vÏ ë ®©y. C¸c ribonucleoprotein nh©n kÝch th−íc nhá spliceosome (hay thÓ ghÐp nèi); chóng cã kÝch th−íc lín (snRNP) vµ c¸c protein kh¸c h×nh thµnh nªn mét phøc hÖ ®−îc gäi t−¬ng ®−¬ng ribosome. Spliceosome t−¬ng t¸c víi nh÷ng vÞ trÝ lµ thÓ ghÐp nèi (spliceosome) trªn ph©n tö tiÒn-mARN. Trongspliceosome, nhÊt ®Þnh trªn intron, gi¶i phãng intron vµ nèi hai exon ë hai snARN kÕt cÆp bæ sung víi c¸c nucleotit t¹i c¸c vÞ trÝ ®Æc thï däc tr×nh tù ®Çu cña mçi intron l¹i víi nhau (H×nh 17.11). Mét sè b»ng c¸c intron. Spliceosome c¾t ph©n tö tiÒn-mARN, gi¶i phãng c¸c chøng cho thÊy c¸c snARN, ngoµi vai trß lµ thµnh phÇn bé m¸y intron, ®ång thêi nèi c¸c exon víi nhau. C¸c thµnh phÇn cña spliceosome cña spliceosome vµ nhËn biÕt c¸c vÞ trÝ ghÐp nèi, cßn cã vai trß sau ®ã t¸ch nhau ra, gi¶i phãng khái mARN. Ph©n tö mARN lóc nµy chØ cßn chøa c¸c exon ®−îc gäi lµ c¸c ph©n tö mARN hoµn thiÖn. trùc tiÕp xóc t¸c c¸c ph¶n øng ghÐp nèi ARN. Ch−¬ng 17 335 Tõ gen ®Õn protein
C¸c ribozyme Gen ADN ý t−ëng vÒ vai trß xóc t¸c cña snARN b¾t nguån tõ viÖc ph¸t hiÖn ra c¸c ribozyme, ®ã lµ c¸c ph©n tö ARN cã chøc n¨ng gièng nh− c¸c enzym. ë mét sè sinh vËt, sù ghÐp nèi ARN ë Phiªn m· mét sè gen cã thÓ diÔn ra mµ kh«ng cÇn sù gãp mÆt cña bÊt cø mét lo¹i protein hay thËm chÝ mét lo¹i ARN bæ sung nµo kh¸c: Hoµn thiÖn ARN C¸c ph©n ®o¹n intron ARN cña chóng cã chøc n¨ng ribozyme vµ cã kh¶ n¨ng tù c¾t - nèi! VÝ dô nh−, ë loµi ®éng vËt nguyªn sinh Tetrahymena, ph¶n øng tù ghÐp nèi ARN diÔn ra trong DÞch m· qu¸ tr×nh tæng hîp c¸c ARN ribosome (rARN), lµ c¸c ARN thµnh phÇn cña ribosome. Trong thùc tÕ, c¸c ph©n tö tiÒn-rARN ë loµi ®éng vËt nguyªn sinh nµy tù c¾t bá c¸c intron cña nã. Sù MiÒn 3 ph¸t hiÖn ra c¸c ribozyme lµm “lu mê” quan ®iÓm cho r»ng tÊt c¶ c¸c chÊt xóc t¸c sinh häc ®Òu lµ c¸c ph©n tö protein. ARN cã ba thuéc tÝnh gióp nã cã thÓ biÓu hiÖn chøc n¨ng MiÒn 2 nh− c¸c enzym. Thø nhÊt, do ARN cã cÊu tróc m¹ch ®¬n nªn mét vïng trªn ph©n tö cã thÓ kÕt cÆp bæ sung víi mét vïng MiÒn 1 kh¸c trªn cïng ph©n tö ®ã; ®iÒu nµy gióp cho ph©n tö ARN cã cÊu tróc kh«ng gian ®Æc thï. Mét cÊu tróc kh«ng gian ®Æc thï Polypeptit lµ ®iÒu kiÖn tiªn quyÕt ®Ó cã chøc n¨ng xóc t¸c cña ribozyme, còng gièng nh− ë c¸c enzym lµ protein vËy. Thø hai, gièng víi mét sè axit amin trong c¸c enzym lµ protein, mét sè baz¬ H×nh 17.12 Sù t−¬ng ®ång gi÷a gi÷a c¸c exon vµ nucleotit cña ARN mang c¸c nhãm chøc cã thÓ tham gia vµo c¸c miÒn trªn ph©n tö protein. c¸c ho¹t ®éng xóc t¸c. Thø ba, c¸c ARN cã kh¶ n¨ng h×nh thµnh liªn kÕt hydro víi c¸c ph©n tö axit nucleic kh¸c (ARN protein mµ mçi c¬ thÓ cã thÓ t¹o ra cã thÓ lín h¬n nhiÒu so víi hoÆc ADN); ®iÒu nµy lµm t¨ng tÝnh ®Æc hiÖu trong ho¹t ®éng sè l−îng gen mµ c¬ thÓ ®ã cã. xóc t¸c cña nã. Ch¼ng h¹n nh−, sù kÕt cÆp bæ sung gi÷a c¸c C¸c protein th−êng cã cÊu t¹o d¹ng m«®un gåm nhiÒu vïng baz¬ trong thµnh phÇn ARN cña spliceosome víi c¸c baz¬ trªn cÊu tróc vµ chøc n¨ng t¸ch biÖt, ®−îc gäi lµ c¸c miÒn. Ch¼ng ph©n tö tiÒn-mARN gióp ®Þnh vÞ chÝnh x¸c vÞ trÝ mµ c¸c h¹n nh−, mét miÒn cña mét enzym cã b¶n chÊt protein chøa vÞ ribozyme sÏ xóc t¸c ph¶n øng ghÐp nèi ARN. ë phÇn sau trÝ xóc t¸c, trong khi mét miÒn kh¸c cña nã lµm nhiÖm vô liªn ch−¬ng nµy, chóng ta sÏ thÊy c¸c thuéc tÝnh cña ARN cßn gióp kÕt protein víi mµng tÕ bµo. Trong mét sè tr−êng hîp, c¸c exon nhãm ph©n tö nµy thùc hiÖn mét sè chøc n¨ng quan träng kh¸c kh¸c nhau m· hãa cho c¸c miÒn kh¸c nhau cña cïng mét (ngoµi chøc n¨ng xóc t¸c) trong ho¹t ®éng sèng cña tÕ bµo; vÝ protein (H×nh 17.12). dô nh− viÖc nhËn ra c¸c m· bé ba (codon) trªn ph©n tö mARN. Sù cã mÆt cña c¸c intron trong gen cã thÓ thóc ®Èy sù tiÕn TÇm quan träng vÒ chøc n¨ng vµ tiÕn hãa nhanh cña c¸c protein cã tiÒm n¨ng míi nhê qu¸ tr×nh ®−îc gäi lµ sù x¸o trén exon. Sù cã mÆt cña c¸c intron lµm t¨ng x¸c hãa cña c¸c intron suÊt trao ®æi chÐo gi÷a c¸c exon thuéc c¸c gen alen víi nhau - ®¬n gi¶n bëi v× chóng cung cÊp thªm “nÒn” cho sù trao ®æi Mét c©u hái ®−îc ®Æt ra lµ: chøc n¨ng sinh häc cña c¸c intron chÐo mµ kh«ng lµm gi¸n ®o¹n c¸c tr×nh tù m· hãa. Ngoµi ra, vµ sù ghÐp nèi ARN lµ g×? NÕu nh− ®èi víi phÇn lín intron ®Õn còng cã thÓ cã sù b¾t cÆp vµ ®«i khi trén lÉn gi÷a c¸c exon nay ch−a x¸c ®Þnh ®−îc râ chøc n¨ng sinh häc cô thÓ, th× Ýt nhÊt thuéc c¸c gen hoµn toµn kh¸c nhau (kh«ng alen víi nhau). Dï mét sè intron ®· biÕt chøa c¸c tr×nh tù tham gia ®iÒu hßa ho¹t cho sù x¸o trén exon x¶y ra theo kiÓu nµo, th× ®Òu cã thÓ dÉn ®éng cña c¸c gen. Vµ b¶n th©n qu¸ tr×nh ghÐp nèi ARN lµ ®iÒu ®Õn sù h×nh thµnh c¸c protein míi víi nh÷ng tæ hîp chøc n¨ng kiÖn tiªn quyÕt ®Ó mARN cã thÓ ®i tõ nh©n ra tÕ bµo chÊt. míi. Tuy phÇn lín tr−êng hîp x¸o trén exon lµ kh«ng cã lîi, Mét trong nh÷ng hËu qu¶ cña viÖc c¸c gen cã intron lµ mét nh−ng ®«i khi còng cã thÓ xuÊt hiÖn c¸c tæ hîp biÕn dÞ cã lîi. gen duy nhÊt cã thÓ m· hãa cho nhiÒu h¬n mét lo¹i chuçi polypeptit. §Õn nay chóng ta ®· biÕt nhiÒu gen cã thÓ m· hãa KiÓm tra kh¸i niÖm cho hai hoÆc nhiÒu chuçi polypeptit kh¸c nhau tïy thuéc vµo 17.3 viÖc nh÷ng ph©n ®o¹n nµo ®−îc chän lµ exon trong qu¸ tr×nh 1. Sù biÕn ®æi ë c¸c ®Çu 5’ vµ 3’ cña tiÒn m-ARN ¶nh h−ëng hoµn thiÖn mARN; qu¸ tr×nh nµy ®−îc gäi lµ sù ghÐp nèi ARN nh− thÕ nµo ®Õn ph©n tö mARN rêi khái nh©n tÕ bµo? thay thÕ. Ch¼ng h¹n nh−, sù ph©n biÖt giíi tÝnh ë ruåi giÊm chñ 2. T¹i sao nãi ghÐp nèi ARN gièng víi biªn tËp video? yÕu lµ do c¸c con ®ùc vµ con c¸i kh¸c nhau vÒ c¸ch ghÐp nèi ARN khi phiªn m· ë mét sè gen nhÊt ®Þnh. C¸c kÕt qu¶ tõ Dù ®iÒu g× nÕu 3. ë giun trßn, mét gen m· hãa cho ¸n HÖ gen Ng−êi (xem Ch−¬ng 21) còng cho thÊy: c¬ chÕ ghÐp ATPase cã hai kiÓu ghÐp nèi ARN thay thÕ ë exon 4 vµ nèi ARN thay thÕ cã thÓ lµ mét trong nh÷ng nguyªn nh©n c¬ ba kiÓu ghÐp nèi ARN thay thÕ ë exon 7. Cã bao nhiªu b¶n gióp con ng−êi mÆc dï cã tæ chøc c¬ thÓ cao, nh−ng chØ d¹ng protein mµ gen nµy cã thÓ t¹o ra? cÇn mét sè l−îng gen h¹n chÕ - −íc tÝnh chØ gÊp r−ìi so víi ruåi Xem gîi ý tr¶ lêi ë Phô lôc A. giÊm. Nhê c¬ chÕ ghÐp nèi ARN thay thÕ, sè lo¹i s¶n phÈm khèi kiÕn thøc 3 336 Di truyÒn häc
17.4 Kh¸i niÖm ADN Phiªn m· DÞch m l qu¸ tr×nh tæng hîp mARN Ribosome DÞch m· mét chuçi polypeptit do ARN Polypeptit ®iÒu khiÓn: Quan s¸t gÇn h¬n C¸c axit amin Chuçi polypeptit Trong môc nµy, chóng ta sÏ xem xÐt kÜ h¬n b»ng c¸ch nµo dßng th«ng tin di truyÒn cã thÓ ®i tõ mARN tíi protein qua qu¸ tr×nh ®−îc gäi lµ dÞch m·. Còng gièng nh− qu¸ tr×nh phiªn m·, chóng ta sÏ tËp trung vµo nh÷ng b−íc c¬ b¶n chung cña dÞch m· diÔn ra ë vi khuÈn vµ sinh vËt nh©n thËt; sau ®ã sÏ ®Ò cËp Ribosome ®Õn c¸c ®Æc ®iÓm kh¸c biÖt chÝnh gi÷a chóng. C¸c th nh phÇn ph©n tö cña dÞch m Trong qu¸ tr×nh dÞch m·, tÕ bµo tiÕn hµnh “th«ng dÞch” th«ng tARN ®iÖp di truyÒn trªn ph©n tö mARN hoµn thiÖn thµnh chuçi polypeptit t−¬ng øng. Th«ng ®iÖp di truyÒn lµ chuçi c¸c bé ba Anticodon nucleotit trªn ph©n tö mARN, cßn “th«ng dÞch viªn” lµ c¸c ARN vËn chuyÓn (tARN). Chøc n¨ng cña tARN lµ vËn chuyÓn c¸c axit amin cã trong tÕ bµo chÊt tíi c¸c ribosome. Mäi tÕ bµo ®Òu cã nguån dù tr÷ trong tÕ bµo chÊt cña tÊt c¶ 20 C¸c codon lo¹i axit amin; tÕ bµo cã ®−îc nguån dù tr÷ nµy hoÆc th«ng qua c¸c qu¸ tæng hîp chóng tõ c¸c ph©n tö tiÒn th©n hoÆc hÊp thô tõ mARN m«i tr−êng dinh d−ìng xung quanh. Sau khi axit amin ®−îc tARN vËn chuyÓn ®Õn ribosome, nã ®−îc ribosome g¾n kÕt vµo H×nh 17.13 DÞch m·: kh¸i niÖm c¬ b¶n. Khi ph©n tö chuçi polypeptit ®ang kÐo dµi (H×nh 17.13). mARN di chuyÓn qua ribosome, c¸c bé ba m· hãa (codon) C¸c ph©n tö tARN kh«ng gièng nhau hoµn toµn. Nguyªn lÝ ®−îc dÞch m· thµnh c¸c axit amin theo thø tù tõng axit amin mét. "Th«ng dÞch viªn" lµ c¸c ph©n tö tARN, mçi lo¹i cã mét bé dÞch m· di truyÒn tõ mét ph©n tö mARN thµnh mét chuçi tr×nh ba ®èi m· (anticodon) ®Æc thï t¹i mét ®Çu, ®ång thêi mang axit tù axit amin ®Æc thï dùa trªn hiÖn t−îng mçi lo¹i tARN th−êng amin ®Æc thï t−¬ng øng ë ®Çu kia. tARN bæ sung axit amin mµ chØ dÞch mét bé ba nucleotit (codon) trªn mARN thµnh mét axit nã ®ang vËn chuyÓn vµo chuçi polypeptit ®ang kÐo dµi cïng lóc amin ®Æc thï. Khi mét ph©n tö tARN ®Õn ribosome, nã mang víi khi bé ba ®èi m· cña nã t¹o liªn kÕt hydro víi bé ba m· hãa theo mét axit amin ®Æc thï t−¬ng øng víi nã ë mét ®Çu cña trªn ph©n tö mARN. H×nh ¶nh ®a ph−¬ng tiÖn t¹i trang web d−íi ph©n tö. ë ®Çu ®èi diÖn, tARN mang mét bé ba nucleotit ®−îc ®©y minh häa chi tiÕt h¬n qu¸ tr×nh dÞch m· ë tÕ bµo vi khuÈn. gäi lµ bé ba ®èi m· (anticodon); ®©y chÝnh lµ bé ba kÕt cÆp bæ §a ph−¬ng tiÖn Th¨m trang web sung víi bé ba m· hãa trªn mARN. VÝ dô nh−, nÕu bé ba m· hãa trªn mARN lµ UUU, th× sÏ ®−îc dÞch m· thµnh ®Ó xem h×nh ¶nh ®éng ba chiÒu phenylalanine. Ph©n tö tARN lµm nhiÖm vô “th«ng dÞch” ë ®©y vÒ qu¸ tr×nh tæng hîp protein. cã mét ®Çu mang bé ba ®èi m· lµ AAA cã thÓ h×nh thµnh liªn kÕt hydro víi bé ba m· hãa UUU; trong khi ®ã, ®Çu kia mang CÊu tróc vµ chøc n¨ng cña ARN vËn chuyÓn phenylalanine (xem tARN ë gi÷a ribosome trªn H×nh 17.13). Gièng víi mARN vµ c¸c lo¹i ARN kh¸c trong tÕ bµo, c¸c ph©n Khi mARN dÞch chuyÓn qua ribosome, axit amin phenylalanine tö ARN vËn chuyÓn ®−îc phiªn m· tõ c¸c m¹ch khu«n ADN. ë sÏ ®−îc bæ sung vµo chuçi polypeptit bÊt cø khi nµo bé ba m· sinh vËt nh©n thËt, gièng víi mARN, tARN còng ®−îc tæng hãa trªn mARN lµ UUU. Tõ trËt tù liªn tôc cña c¸c codon, hîp trong nh©n tÕ bµo råi sau ®ã míi ®−îc vËn chuyÓn ra tÕ bµo th«ng ®iÖp di truyÒn sÏ ®−îc dÞch m· th«ng qua viÖc c¸c tARN chÊt vµ dïng cho qu¸ tr×nh dÞch m·. ë c¶ tÕ bµo vi khuÈn vµ nhËp c¸c axit amin theo mét thø tù x¸c ®Þnh, cßn ribosome sÏ sinh vËt nh©n thËt, mçi ph©n tö tARN ®Òu cã thÓ ®−îc dïng lÆp tiÕn hµnh nèi lÇn l−ît c¸c axit amin ®ã vµo chuçi polypeptit. Së l¹i nhiÒu lÇn; mçi lÇn, nã nhËn mét axit amin ®Æc thï t¹i phÇn dÜ tARN ®−îc gäi lµ “th«ng dÞch viªn”, v× nã ®ång thêi võa ®äc bµo tan (cytosol) cña tÕ bµo chÊt, råi ®−a ®Õn ribosome ®Ó l¾p r¸p ®−îc ng«n ng÷ cña axit nucleic (c¸c codon trªn mARN) võa vµo chuçi polypeptit ®ang kÐo dµi; sau ®ã, nã rêi khái ribosome vµ dÞch ®−îc sang ng«n ng÷ cña protein (tr×nh tù c¸c axit amin). s½n sµng cho mét chu kú vËn chuyÓn axit amin tiÕp theo. Nguyªn lÝ c¬ b¶n cña dÞch m· lµ ®¬n gi¶n, song c¬ chÕ hãa Mét ph©n tö tARN chØ gåm mét m¹ch ®¬n ARN duy nhÊt sinh vµ ph©n tö lµ t−¬ng ®èi phøc t¹p, ®Æc biÖt lµ ë tÕ bµo sinh cã chiÒu dµi kho¶ng 80 nucleotit (so víi hµng tr¨m nucleotit vËt nh©n thËt. §Ó dÔ theo dâi, chóng ta sÏ tËp trung ®Ò cÊp tr−íc cña phÇn lín c¸c mARN). Tuy vËy, do cã c¸c ®o¹n tr×nh tù bæ tiªn vÒ m« h×nh dÞch m· ë vi khuÈn vèn Ýt phøc t¹p h¬n, víi sung cã thÓ h×nh thµnh liªn kÕt hydro víi nhau trong mçi ph©n viÖc ®Çu tiªn xem xÐt vÒ c¸c thµnh phÇn chÝnh cña bé m¸y dÞch tö, m¹ch ARN ®¬n duy nhÊt nµy cã thÓ tù gËp xo¾n ®Ó t¹o nªn m·. Sau ®ã, chóng ta sÏ t×m hiÓu b»ng c¸ch nµo c¸c thµnh phÇn mét ph©n tö cã cÊu h×nh kh«ng gian ba chiÒu æn ®Þnh. NÕu vÏ nµy phèi hîp víi nhau ®Ó cã thÓ t¹o nªn mét chuçi polypeptit. Ch−¬ng 17 337 Tõ gen ®Õn protein
Aminoacyl-tARN Axit amin synthetase (enzym) VÞ trÝ xóc t¸c ®ång thêi thuéc miÒn liªn kÕt víi axit amin vµ ATP. ATP gi¶i phãng hai nhãm  vµ phÇn cßn l¹i cña ph©n tö C¸c liªn (AMP) liªn kÕt víi axit amin. kÕt hydro Aminoacyl-tARN synthetase tARN Bé ba ®èi m· (anticodon) (a) CÊu tróc hai chiÒu (trªn mÆt ph¼ng). C¸c vïng liªn kÕt hydro gåm 4 cÆp baz¬ vµ ba vßng cã cÊu tróc "thßng läng" lµ ®Æc tARN ®iÓm chung cña tÊt c¶ c¸c lo¹i tARN. TÊt c¶ c¸c tARN còng gièng nhau ë tr×nh tù c¸c baz¬ ë tËn cïng ®Çu 3' (CCA); C¸c codon ®©y lµ vÞ trÝ liªn kÕt cña c¸c axit amin. Mçi lo¹i tARN cã mét Lo¹i tARN phï bé ba ®èi m· ®Æc tr−ng vµ mét sè tr×nh tù ®Æc thï ë hai hîp h×nh thµnh liªn vßng "thßng läng" cßn l¹i. (DÊu hoa thÞ biÓu diÔn mét sè lo¹i kÕt céng hãa trÞ víi baz¬ ®−îc biÕn ®æi hãa häc chØ thÊy cã ë tARN). axit amin sau khi ®Èy nhãm AMP VÞ trÝ g¾n khái phøc hÖ. axit amin M« h×nh m¸y tÝnh C¸c liªn kÕt hydro tARN sau khi ®· n¹p axit amin ®−îc gi¶i phãng khái enzym. Aminoacyl-tARN ("tARN ®· n¹p axit amin") Anticodon Anticodon (c) M« h×nh tARN ®−îc H×nh 17.15 Mçi lo¹i aminoacyl-tARN synthetase (b) CÊu tróc kh«ng gian ba chiÒu dïng trong s¸ch n y nèi mét axit amin ®Æc thï vµo mét tARN. Ph¶n øng nèi gi÷a tARN víi axit amin lµ ph¶n øng tiªu thô n¨ng l−îng tõ sù H×nh 17.14 CÊu tróc cña ARN vËn chuyÓn (tARN). thñy ph©n ATP. Ph©n tö ATP gi¶i phãng hai nhãm phosphate vµ C¸c bé ba ®èi m· (anticodon) trªn tARN th−êng ®−îc viÕt theo chuyÓn vÒ d¹ng AMP (adenosine monophosphate). chiÒu 3' → 5' ®Ó phï hîp víi c¸c m· bé ba trªn mARN th−êng ®−îc viÕt theo chiÒu 5' → 3' (xem H×nh 17.13). §Ó c¸c baz¬ cã mARN. Tõ mét ®Çu kh¸c cña ph©n tö tARN d¹ng ch÷ L nh« ra thÓ kÕt cÆp víi nhau, gièng víi chuçi xo¾n kÐp ADN, c¸c m¹ch ®Çu 3’; ®©y lµ vÞ trÝ ®Ýnh kÕt cña axit amin. V× vËy, cã thÓ thÊy ARN ph¶i ®èi song song. VÝ dô: bé ba ®èi m· 3'-AAG-5' cña cÊu tróc cña tARN phï hîp víi chøc n¨ng cña nã. tARN kÕt cÆp víi bé ba m· hãa 5'-UUC-3' trªn mARN. Sù dÞch m· chÝnh x¸c tõ mARN ®Õn protein ®−îc quyÕt ®Þnh bëi hai qu¸ tr×nh ®Òu dùa trªn c¬ chÕ nhËn biÕt ph©n tö. sù kÕt cÆp gi÷a c¸c ®o¹n nucleotit cña tARN víi nhau trªn mÆt §Çu tiªn, ®ã lµ ph©n tö tARN liªn kÕt víi codon trªn mARN ph¼ng, th× tARN cã cÊu tróc gièng mét chiÕc l¸ gåm nhiÒu thïy nhÊt ®Þnh ph¶i vËn chuyÓn tíi ribosome ®óng lo¹i axit amin mµ (H×nh 17.14a). Trong thùc tÕ, c¸c ph©n tö tARN th−êng vÆn vµ codon ®ã m· hãa (mµ kh«ng ph¶i bÊt cø lo¹i axit amin nµo gËp xo¾n thµnh cÊu tróc kh«ng gian cã d¹ng ch÷ L (H×nh kh¸c). Sù kÕt cÆp chÝnh x¸c gi÷a tARN vµ axit amin ®−îc quyÕt 17.14b). Mét vßng thßng läng më ra tõ mét ®Çu ch÷ L mang bé ®Þnh bëi mét hä enzym cã tªn lµ aminoacyl-tARN synthetase ba ®èi m· (anticodon); ®©y lµ bé ba nucleotit ®Æc thï cña tARN (H×nh 17.15). Trung t©m xóc t¸c cña mçi lo¹i aminoacyl-tARN kÕt cÆp bæ sung víi bé ba m· hãa (codon) t−¬ng øng trªn synthetase chØ phï hîp cho mét sù kÕt cÆp ®Æc thï gi÷a mét khèi kiÕn thøc 3 338 Di truyÒn häc
lo¹i axit amin víi tARN. Cã 20 lo¹i synthetase kh¸c nhau, mçi lo¹i dµnh cho mét axit amin; mçi enzym synthetase cã thÓ liªn kÕt víi nhiÒu tARN kh¸c nhau cïng m· hãa cho mét lo¹i axit ADN amin. Synthetase xóc t¸c sù h×nh thµnh liªn kÕt céng hãa trÞ Phiªn m· gi÷a axit amin víi tARN qua mét ph¶n øng ®−îc thóc ®Èy bëi mARN Ribosome sù thñy ph©n ATP. Ph©n tö aminoacyl-tARN thu ®−îc (cßn DÞch m· ®−îc gäi lµ “tARN ®· n¹p axit amin”) lóc nµy rêi khái enzym Polypeptit Chuçi polypeptit vµ s½n sµng cho viÖc vËn chuyÓn axit amin cña nã tíi vÞ trÝ Kªnh tho¸t ®ang kÐo dµi chuçi polypeptit ®ang kÐo dµi trªn ribosome. C¸c ph©n (kªnh ®i ra) Qu¸ tr×nh thø hai liªn quan ®Õn sù kÕt cÆp gi÷a bé ba ®èi tö tARN m· trªn tARN víi bé ba m· hãa trªn mARN. NÕu mçi lo¹i tARN cã tÝnh ®Æc thï ®èi víi mét bé ba m· hãa trªn mARN, th× TiÓu sÏ cã 61 lo¹i tARN kh¸c nhau (xem H×nh 17.5). Tuy vËy, trong phÇn lín thùc tÕ chØ cã kho¶ng 45 lo¹i; ®iÒu nµy cho thÊy mét sè tARN cã thÓ liªn kÕt vµo nhiÒu h¬n mét bé ba m· hãa. Sù b¾t cÆp “linh ho¹t” nh− vËy cã thÓ do nguyªn t¾c kÕt cÆp bæ sung gi÷a TiÓu baz¬ thø ba cña bé ba m· hãa trªn mARN víi baz¬ t−¬ng øng phÇn nhá trªn bé ba ®èi m· cña tARN lµ “láng lÎo” h¬n so víi c¸c baz¬ ë hai vÞ trÝ cßn l¹i. Ch¼ng h¹n nh−, baz¬ U ë tËn cïng ®Çu 5’ cña mét bé ba ®èi m· trªn tARN cã thÓ kÕt cÆp hoÆc víi A hoÆc víi mARN G ë vÞ trÝ thø ba (tõ lµ ®Çu 3’) cña bé ba m· hãa t−¬ng øng trªn mARN. Sù kÕt cÆp “láng lÎo” cña c¸c baz¬ ë vÞ trÝ thø ba nh− (a) M« h×nh ribosome ®ang ho¹t ®«ng chøc n¨ng do m¸y tÝnh vËy ®−îc gäi lµ tÝnh tho¸i hãa cña m· di truyÒn. TÝnh tho¸i x©y dùng. §©y lµ m« h×nh ribosome ë vi khuÈn víi h×nh d¹ng hãa cña m· di truyÒn gióp gi¶i thÝch t¹i sao nhiÒu bé ba ®ång tæng thÓ. Ribosome ë sinh vËt nh©n thËt cã cÊu h×nh t−¬ng tù. nghÜa (cïng m· hãa mét lo¹i axit amin) th−êng chØ kh¸c nhau ë Mçi tiÓu phÇn ribosome lµ phøc hÖ cña c¸c protein vµ rARN. baz¬ thø ba, mµ kh«ng ë c¸c vÞ trÝ baz¬ cßn l¹i. VÝ nh− nh−, mét tARN cã bé ba ®èi m· lµ 3’-UCU-5’ cã thÓ kÕt cÆp baz¬ VÞ trÝ P (vÞ trÝ liªn kÕt hoÆc víi bé ba m· hãa 5’-AGA-3’ hoÆc víi bé ba 5’-AGG-3’ cña Peptidyl-tARN) trªn ph©n tö mARN; ®iÒu thó vÞ lµ c¶ hai bé ba nµy ®Òu m· hãa VÞ trÝ A (vÞ trÝ liªn kÕt cho arginine (xem H×nh 17.5). cña Aminoacyl-tARN) VÞ trÝ E (vÞ trÝ tho¸t C¸c ribosome TiÓu -Exit) C¸c ribosome t¹o ®iÒu kiÖn cho sù kÕt cÆp gi÷a c¸c bé ba ®èi phÇn lín m· cña tARN víi c¸c bé ba m· hãa t−¬ng øng trªn ph©n tö VÞ trÝ ®Ýnh mARN trong qu¸ tr×nh tæng hîp protein. Mçi ribosome ®Òu TiÓu kÕt mARN phÇn nhá gåm cã hai tiÓu phÇn, lÇn l−ît ®−îc gäi lµ c¸c tiÓu phÇn lín vµ tiÓu phÇn nhá (H×nh 17.16). C¸c tiÓu phÇn ribosome ®−îc cÊu (b) M« h×nh d¹ng s¬ ®å vÒ c¸c vÞ trÝ liªn kÕt trªn ribosome. Mçi t¹o nªn tõ c¸c protein vµ c¸c ph©n tö ARN ®−îc gäi lµ c¸c ribosome cã mét vÞ trÝ ®Ýnh kÕt mARN vµ ba vÞ trÝ liªn kÕt tARN, ARN ribosome, hay rARN. ë sinh vËt nh©n thËt, c¸c tiÓu phÇn ®−îc gäi lµ c¸c vÞ trÝ A, P vµ E. M« h×nh ribosome ë d¹ng s¬ ®å ribosome ®−îc h×nh thµnh trong h¹ch nh©n. C¸c gen m· hãa nµy ®−îc dïng minh häa trong c¸c h×nh tiÕp theo. rARN n»m trªn ADN nhiÔm s¾c thÓ ®−îc phiªn m·, hoµn thiÖn vµ s¶n phÈm cña nã ®−îc ®ãng gãi víi c¸c protein ®−îc “nhËp §Çu amino Chuçi polypeptit khÈu” vµo nh©n tõ tÕ bµo chÊt. Sau ®ã, c¸c tiÓu phÇn ribosome ®−îc “xuÊt khÈu” ra tÕ bµo chÊt qua c¸c lç mµng nh©n. ë c¶ vi Axit amin tiÕp theo khuÈn vµ c¸c sinh vËt nh©n thËt, tiÓu phÇn lín vµ tiÓu phÇn nhá ®−îc bæ sung vµo chØ l¾p r¸p víi nhau ®Ó h×nh thµnh nªn ribosome cã chøc n¨ng chuçi polypeptit khi chóng ®· ®Ýnh kÕt vµo mét ph©n tö mARN. Kho¶ng 2/3 khèi l−îng ribosome lµ cña c¸c rARN, bao gåm 3 ph©n tö (ë vi tARN khuÈn) hoÆc bèn ph©n tö (ë sinh vËt nh©n thËt) kh¸c lo¹i. Do mARN phÇn lín mçi tÕ bµo ®Òu lu«n chøa hµng ngh×n ribosome, nªn rARN th−êng lµ lo¹i ARN phæ biÕn nhÊt cã trong tÕ bµo. C¸c codon MÆc dï c¸c ribosome ë vi khuÈn vµ ë sinh vËt nh©n thËt rÊt gièng nhau vÒ cÊu tróc vµ chøc n¨ng, nh−ng c¸c ribosome sinh (b) M« h×nh d¹ng s¬ ®å khi cïng cã mÆt víi mARN v tARN. vËt nh©n thËt cã kÝch th−íc lín h¬n ®«i chót vµ kh¸c víi c¸c Mét tARN sÏ liªn kÕt võa khÝt vµo vÞ trÝ cña nã trªn ribosome ribosome vi khuÈn vÒ c¸c thµnh phÇn cÊu t¹o nªn chóng. Sù nÕu nh− bé ba ®èi m· cña nã kÕt cÆp ®óng víi mét bé ba m· kh¸c biÖt nµy cã ý nghÜa y häc. Mét sè thuèc kh¸ng sinh g©y øc hãa trªn mARN. VÞ trÝ P gi÷ tARN ®ang liªn kÕt víi chuçi chÕ ho¹t ®éng cña c¸c ribosome vi khuÈn, nh−ng kh«ng øc chÕ polypeptit, trong khi vÞ trÝ A gi÷a tARN ®ang mang axit amin tiÕp ho¹t ®éng cña c¸c ribosome sinh vËt nh©n thËt, do vËy kh«ng theo sÏ ®−îc bæ sung vµo chuçi. tARN rêi ribosome t¹i vÞ trÝ E. ¶nh h−ëng ®Õn sù tæng hîp protein ë sinh vËt nh©n thËt. Nh÷ng thuèc kh¸ng sinh nµy, bao gåm c¶ tetracycline vµ streptomycin, H×nh 17.16 CÊu tróc cña ribosome. ®−îc dïng phæ biÕn trong ®iÒu trÞ c¸c bÖnh nhiÔm khuÈn. Ch−¬ng 17 339 Tõ gen ®Õn protein