Công nghệ gene đến Protein part 5

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

Thêm vào BST

Báo xấu

67
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mất stop codon Không dịch khung, nhưng mất một axit amin (mất ba cặp bazơ); Một đột biến thêm ba cặp bazơ (không minh họa ở đây) cũng có thể dẫn đến việc thêm một axit amin trên chuỗi polypeptit stop codon Đột biến vô nghĩa Hình 17.23 Các loại đột biến điểm. Đột biến là những thay đổi trên ADN dẫn đến các thay đổi trên mARN hoặc các ARN khác.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Công nghệ gene đến Protein part 5

KiÓu d¹i M¹ch khu«n ADN mARN Protein Bé ba m· kÕt thóc (stop codon) §Çu amino (®Çu N) §Çu cacboxyl (®Çu C) A thay cho G Thªm A U thay cho C Thªm U stop codon stop codon §ét biÕn c©m (kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn tr×nh tù axit amin) DÞch khung dÉn ®Õn ®ét biÕn v« nghÜa sím (thªm mét cÆp baz¬) T thay cho C MÊt A thay cho G MÊt stop codon §ét biÕn sai nghÜa DÞch khung dÉn ®Õn ®ét biÕn v« nghÜa muén (mÊt mét cÆp baz¬) A thay cho T MÊt U thay cho A MÊt stop codon stop codon Kh«ng dÞch khung, nh−ng mÊt mét axit amin (mÊt ba cÆp baz¬); §ét biÕn v« nghÜa Mét ®ét biÕn thªm ba cÆp baz¬ (kh«ng minh häa ë ®©y) còng cã thÓ dÉn ®Õn viÖc thªm mét axit amin trªn chuçi polypeptit H×nh 17.23 C¸c lo¹i ®ét biÕn ®iÓm. §ét biÕn lµ nh÷ng thay ®æi trªn ADN dÉn ®Õn c¸c thay ®æi trªn mARN hoÆc c¸c ARN kh¸c. Tuy vËy, nh÷ng ®ét biÕn thay thÕ cÆp baz¬ ®−îc quan t©m ®óng n÷a. Nh−ng mét ®ét biÕn ®iÓm còng cã thÓ lµm thay ®æi h¬n c¶ lµ nh÷ng ®ét biÕn thay thÕ lµm thay ®æi lín ë protein. mét bé ba m· hãa axit amin thµnh mét bé ba kÕt thóc dÞch m·. Nh÷ng thay ®æi duy nhÊt liªn quan ®Õn c¸c axit amin trong c¸c Tr−êng hîp nµy ®−îc gäi lµ ®ét biÕn v« nghÜa, vµ nã dÉn ®Õn miÒn quan träng cña protein - ch¼ng h¹n nh− trong phÇn cÊu sù kÕt thóc dÞch m· sím; chuçi polypeptit ®−îc t¹o ra th−êng tróc cña hemoglobin ë H×nh 17.22 hoÆc ë vÞ trÝ trung t©m ho¹t ng¾n h¬n chuçi polypeptit do gen b×nh th−êng m· hãa. HÇu hÕt ®éng cña mét enzym - sÏ lµm thay ®æi ho¹t tÝnh protein mét c¸c ®ét biÕn v« nghÜa ®Òu dÉn ®Õn c¸c protein mÊt chøc n¨ng. c¸ch ®¸ng kÓ. Thi tho¶ng, nh÷ng ®ét biÕn nh− vËy cã thÓ dÉn ®Õn sù t¨ng c−êng ho¹t tÝnh hoÆc t¨ng thªm kh¶ n¨ng ho¹t ®éng C¸c ®ét biÕn thªm vµ mÊt nucleotit cña protein; nh−ng trong phÇn lín tr−êng hîp, chóng cã t¸c ®éng g©y h¹i, th−êng lµm gi¶m hoÆc mÊt ho¹t tÝnh cña protein C¸c ®ét biÕn ®iÓm thªm nucleotit vµ mÊt nucleotit lµ sù bæ dÉn ®Õn nh÷ng sai háng trong biÓu hiÖn chøc n¨ng cña tÕ bµo. sung thªm vµo hoÆc mÊt ®i mét cÆp nucleotit ë trong gen (H×nh C¸c ®ét biÕn thay thÕ th−êng lµ c¸c ®ét biÕn sai nghÜa; 17.23b). Nh÷ng ®ét biÕn nµy th−êng g©y ¶nh h−ëng lín h¬n nghÜa lµ bé ba m· hãa bÞ thay ®æi vÉn m· hãa cho mét axit nhiÒu ®Õn s¶n phÈm protein do gen m· hãa so víi c¸c ®ét biÕn amin vµ v× vËy nã vÉn cã nghÜa, nh−ng nghÜa cña nã kh«ng cßn thay thÕ nucleotit. Thªm vµ mÊt c¸c nucleotit cã thÓ lµm thay Ch−¬ng 17 345 Tõ gen ®Õn protein
®æi khung ®äc cña mét th«ng ®iÖp di truyÒn, do c¸c bé ba m· KiÓm tra kh¸i niÖm 17.5 hãa bÞ s¾p xÕp l¹i trong qu¸ tr×nh dÞch m·. Nh÷ng ®ét biÕn nh− vËy, ®−îc gäi lµ ®ét biÕn dÞch khung, xuÊt hiÖn bÊt cø khi nµo 1. §iÒu g× cã xu h−íng x¶y ra nÕu nh− mét cÆp nucleotit sè nucleotit ®−îc thªm vµo hay bÞ mÊt ®i kh«ng ph¶i lµ béi sè ë gi÷a vïng m· hãa cña gen bÞ mÊt? cña ba. TÊt c¶ c¸c nucleotit n»m xu«i dßng sau vÞ trÝ ®ét biÕn 2. ®iÒu g× nÕu Mét gen mµ m¹ch khu«n cña nã ®Òu bÞ xÕp vµo c¸c nhãm bé ba m· hãa kh«ng ®óng, dÉn ®Õn mang tr×nh tù 3’-TACTTGTCCGATATC-5’ bÞ ®ét kÕt qu¶ lµ gen ®−îc dÞch m· sai nghÜa trÇm träng; ngoµi ra, nã biÕn thµnh 3’-TACTTGTCCAATATC-5’. §èi víi c¶ th−êng ®−îc kÕt thóc dÞch m· sím h¬n hoÆc muén h¬n ë d¹ng hai gen b×nh th−êng vµ ®ét biÕn, h·y viÕt tr×nh tù cña ®ét biÕn v« nghÜa. Trõ c¸c tr−êng hîp khung ®äc bÞ thay ®æi c¶ hai m¹ch, tr×nh tù cña b¶n phiªn m· mARN, vµ xuÊt hiÖn ë rÊt gÇn ®Çu cuèi cña gen, cßn trong phÇn lín tr−êng tr×nh tù axit amin mµ chóng m· hãa. §ét biÕn nµy g©y hîp ®ét biÕn dÞch khung, protein ®−îc t¹o ra mÊt chøc n¨ng. nªn ¶nh h−ëng g× ®èi víi tr×nh tù axit amin? C¸c t¸c nh©n ®ét biÕn Xem gîi ý tr¶ lêi ë Phô lôc A. §ét biÕn cã thÓ xuÊt hiÖn theo nhiÒu c¸ch kh¸c nhau. C¸c lçi 17.6 xuÊt hiÖn trong qu¸ tr×nh sao chÐp ADN hoÆc t¸i tæ hîp còng Kh¸i niÖm cã thÓ dÉn ®Õn sù thay thÕ, thªm vµo hoÆc mÊt ®i cña c¸c nucleotit, thËm chÝ g©y ®ét biÕn trªn mét ®o¹n dµi ADN. Ch¼ng MÆc dï sù biÓu hiÖn gen ë c¸c liªn h¹n nh−, nÕu mét baz¬ sai ®−îc bæ sung vµo m¹ch ADN míi giíi sinh vËt l kh¸c nhau, nh−ng tæng hîp trong qu¸ tr×nh sao chÐp th× baz¬ ®ã sÏ b¾t cÆp sai víi baz¬ trªn m¹ch bæ sung. Trong nhiÒu tr−êng hîp, nh÷ng baz¬ kh¸i niÖm gen l thèng nhÊt sai háng ®ã ®−îc söa ch÷a b»ng c¸c hÖ thèng sÏ ®−îc chóng ta ®Ò cËp ë Ch−¬ng 16. Nh−ng nÕu chóng kh«ng ®−îc söa ch÷a, MÆc dï c¸c nguyªn t¾c c¬ b¶n trong phiªn m· vµ dÞch m· lµ th× c¸c baz¬ sai háng l¹i ®−îc dïng lµm khu«n cho c¸c chu kú gièng nhau ë vi khuÈn vµ c¸c sinh vËt nh©n thËt; nh−ng gi÷a hai sao chÐp ADN sau nµy, dÉn ®Õn sù xuÊt hiÖn ®ét biÕn. Nh÷ng liªn giíi sinh vËt nµy còng cã nh÷ng kh¸c biÖt nhÊt ®Þnh vÒ bé ®ét biÕn nh− vËy ®−îc gäi lµ c¸c ®ét biÕn tù ph¸t. TÇn sè ®ét m¸y phiªn m· vµ dÞch m· cña tÕ bµo, còng nh− khi xÐt chi tiÕt biÕn tù ph¸t kh«ng dÔ x¸c ®Þnh. C¸c sè liÖu −íc tÝnh cho thÊy c¸c b−íc cña c¸c qu¸ tr×nh nµy. ViÖc ph©n lo¹i c¸c loµi sinh vËt tÇn sè ®ét biÕn trong sao chÐp ADN ë E. coli vµ sinh vËt nh©n trªn tr¸i ®Êt thµnh ba liªn giíi chÝnh ®−îc tiÕn hµnh kho¶ng 40 thËt t−¬ng ®èi gièng nhau: kho¶ng 10-10 nucleotit bÞ thay ®æi vµ n¨m tr−íc ®©y, khi nhãm c¸c vi khuÈn cùc ®oan (archaea) ®−îc t¸ch riªng khái nhãm vi khuÈn (bacteria). Gièng víi vi khuÈn, sù thay ®æi nµy ®−îc di truyÒn cho c¸c thÕ hÖ tÕ bµo tiÕp theo. archaea còng lµ sinh vËt nh©n s¬ (prokaryote). Tuy vËy, chóng Mét sè t¸c nh©n vËt lý vµ hãa häc, ®−îc gäi lµ c¸c t¸c nh©n ®ång thêi cã nhiÒu ®Æc ®iÓm võa gièng sinh vËt nh©n thËt, võa ®ét biÕn, cã thÓ t−¬ng t¸c víi ADN theo mét sè c¸ch vµ g©y ra gièng vi khuÈn vÒ c¸c c¬ chÕ ®iÒu hßa sù biÓu hiÖn cña c¸c gen. c¸c ®ét biÕn. Vµo nh÷ng n¨m 1920, Hermann Muller ph¸t hiÖn ra chiÕu x¹ tia X cã thÓ lµm biÕn ®æi di truyÒn ë ruåi giÊm, vµ So s¸nh sù biÓu hiÖn cña gen ë vi khuÈn, «ng ®· sö dông nguån chiÕu x¹ nµy ®Ó t¹o ra c¸c thÓ ®ét biÕn ë archaea v sinh vËt nh©n thËt ruåi Drosophila phôc vô cho c¸c nghiªn cøu cña m×nh. Nh−ng «ng còng ®ång thêi nhËn ra vµ c¶nh b¸o r»ng: ChiÕu x¹ tia X vµ Nh÷ng tiÕn bé gÇn ®©y trong sinh häc ph©n tö ®· gióp c¸c nhµ c¸c d¹ng chiÕu x¹ n¨ng l−îng cao kh¸c còng cã nguy c¬ g©y nghiªn cøu x¸c ®Þnh ®−îc tr×nh tù nucleotit ®Çy ®ñ cña hµng h¹i víi vËt chÊt di truyÒn ë ng−êi còng nh− c¸c loµi sinh vËt thÝ tr¨m hÖ gen kh¸c nhau thuéc c¸c liªn giíi sinh vËt kh¸c nhau. Sù phong phó cña c¸c sè liÖu thu ®−îc cho phÐp so s¸nh tr×nh nghiÖm kh¸c. Ngoµi c¸c d¹ng chiÕu x¹ n¨ng l−îng cao, trong tù cña c¸c gen vµ cña c¸c protein gi÷a c¸c sinh vËt thuéc c¸c c¸c t¸c nh©n vËt lý g©y ®ét biÕn tõ chiÕu x¹ cßn ph¶i kÓ ®Õn tia liªn giíi kh¸c nhau. Trong sè ®ã, nh÷ng gen ®−îc quan t©m cùc tÝm (UV); chóng th−êng g©y nªn sù h×nh thµnh cña phøc nhÊt bao gåm c¸c gen m· hãa cho c¸c thµnh phÇn cña nh÷ng kÐp thymine trªn ADN (xem H×nh 16.18). qu¸ tr×nh sinh häc c¬ b¶n nhÊt nh− phiªn m· vµ dÞch m·. C¸c t¸c nh©n hãa häc g©y ®ét biÕn cã thÓ chia thµnh mét sè C¸c enzym ARN polymerase cña vi khuÈn vµ sinh vËt nh©n nhãm kh¸c nhau. Nhãm c¸c chÊt baz¬ nit¬ thay thÕ cã cÊu tróc thËt kh¸c biÖt nhau râ rÖt. Ng−îc l¹i, enzym ARN polymerase hãa häc gièng víi c¸c baz¬ cÊu t¹o nªn ADN, nh−ng chóng cã duy nhÊt ë archaea (vi khuÈn cùc ®oan) l¹i rÊt gièng ba lo¹i xu h−íng kÕt cÆp sai trong qu¸ tr×nh sao chÐp ADN. Mét sè ARN polymerase ë sinh vËt nh©n thËt. Ngoµi ra, vi khuÈn cùc chÊt g©y ®ét biÕn kh¸c cã thÓ "can thiÖp" vµo qu¸ tr×nh sao ®oan vµ sinh vËt nh©n thËt l¹i gièng nhau trong viÖc dïng mét chÐp ADN b»ng viÖc tù cµi vµo c¸c m¹ch ADN hoÆc lµm biÕn tËp hîp phøc t¹p c¸c yÕu tè phiªn m·; ®iÒu nµy kh«ng gièng d¹ng cÊu tróc b×nh th−êng cña chuçi xo¾n kÐp. Ngoµi ra, cã víi vi khuÈn. Sù kÕt thóc phiªn m· ë vi khuÈn vµ sinh vËt nh©n nh÷ng chÊt g©y ®ét biÕn kh¸c ho¹t ®éng theo kiÓu lµm biÕn ®æi thËt cã nhiÒu ®Æc ®iÓm kh¸c nhau. Tuy nh÷ng hiÓu biÕt vÒ c¬ cÊu tróc hãa häc cña c¸c baz¬ nucleotit th«ng th−êng vµ lµm chÕ kÕt thóc phiªn m· ë vi khuÈn cùc ®oan cßn h¹n chÕ, song chóng kÕt cÆp sai. nhiÒu kh¶ n¨ng chóng gièng víi sinh vËt nh©n thËt. C¸c nhµ khoa häc ®· ph¸t triÓn mét sè phÐp thö gióp ®¸nh Liªn quan ®Õn dÞch m·, c¸c ribosome cña vi khuÈn vµ sinh gi¸ kh¶ n¨ng g©y ®ét biÕn cña c¸c hîp chÊt hãa häc kh¸c nhau. vËt nh©n thËt kh¸c nhau ®«i chót. Ribosome ë archaea tuy cã ø ng dông næi bËt nhÊt cña c¸c phÐp thö nµy lµ gióp sµng läc s¬ kÝch th−íc gièng ribosome ë vi khuÈn, nh−ng tÝnh mÉn c¶m víi c¸c chÊt øc chÕ ribosome l¹i t−¬ng ®ång víi c¸c ribosome cña bé c¸c hîp chÊt cã nguy c¬ g©y ung th−. Së dÜ nh− vËy v× phÇn lín c¸c hîp chÊt g©y ung th− ®Òu lµ nh÷ng hîp chÊt g©y ®ét sinh vËt nh©n thËt. ë phÇn tr−íc, chóng ta ®· biÕt sù khëi ®Çu biÕn m¹nh; vµ ng−îc l¹i, c¸c t¸c nh©n g©y ®ét biÕn m¹nh ®Òu dÞch m· lµ kh¸c nhau gi÷a vi khuÈn vµ sinh vËt nh©n thËt. VÒ ®iÒu nµy, qu¸ tr×nh diÔn ra ë archaea cã vÎ gièng vi khuÈn h¬n. cã nguy c¬ g©y ung th− cao. khèi kiÕn thøc 3 346 Di truyÒn häc
ARN polymerase Gen l g×? Xem l¹i ®Þnh nghÜa nµy §Þnh nghÜa vÒ gen ®· ®−îc chóng ta “ph¸t triÓn” dÇn trong c¸c ch−¬ng tr−íc, gièng nh− b¶n th©n nã ®· ®−îc hoµn thiÖn qua ADN lÞch sö ph¸t triÓn cña di truyÒn häc. Chóng ta ®· b¾t ®Çu ®Þnh mARN nghÜa gen trªn c¬ së kh¸i niÖm cña Mendel vÒ “mét ®¬n vÞ di Polyribosome truyÒn ®éc lËp cã ¶nh h−ëng ®Õn mét ®Æc ®iÓm kiÓu h×nh” (Ch−¬ng 14). Sau ®ã, chóng ta ®· thÊy Morgan vµ c¸c céng sù g¸n cho gen cã vÞ trÝ (locut) nhÊt ®Þnh trªn nhiÔm s¾c thÓ ChiÒu (Ch−¬ng 15). Chóng ta tiÕp tôc xem mét gen nh− mét tr×nh tù ARN phiªn m· nucleotit ®Æc thï trªn mét ph©n tö ADN cña nhiÔm s¾c thÓ polymerase ADN (Ch−¬ng 16). Cuèi cïng, ë ch−¬ng nµy, chóng ta ®· nªu ®Þnh nghÜa gen vÒ khÝa c¹nh chøc n¨ng lµ: mét tr×nh tù ADN m· hãa cho mét chuçi polypeptit (H×nh 17.24, ë trang sau, tãm t¾t con ®−êng tõ gen tíi chuçi polypeptit ë tÕ bµo sinh vËt nh©n thËt). Polyribosome TÊt c¶ nh÷ng ®Þnh nghÜa gen trªn ®©y ®Òu cã thÓ ®−îc dïng, tïy vµo bèi c¶nh vµ khÝa c¹nh nµo cña gen ®−îc quan t©m. Polypeptit (®Çu amino) Râ rµng, ®Þnh nghÜa gen ph¸t biÓu r»ng “gen m· hãa cho mét chuçi polypeptit” lµ qu¸ gi¶n l−îc. PhÇn lín c¸c gen ë sinh Ribosome vËt nh©n thËt chøa c¸c ®o¹n kh«ng m· hãa (intron); mµ nh÷ng ®o¹n kh«ng m· hãa vèn chiÕm phÇn lín c¸c gen nh− vËy l¹i mARN (®Çu 5') kh«ng cã tr×nh tù t−¬ng øng trªn c¸c chuçi polypeptit. C¸c nhµ sinh häc ph©n tö còng th−êng xem c¸c tr×nh tù khëi ®Çu phiªn H×nh 17.24 Phiªn m· vµ dÞch m· ®ång thêi ë vi khuÈn. m· (promoter) vµ c¸c tr×nh tù ®iÒu hßa kh¸c trªn ADN thuéc ë tÕ bµo vi khuÈn, qu¸ tr×nh dÞch m· c¸c ph©n tö mARN cã thÓ vµo c¸c vïng biªn cña gen. Tuy c¸c tr×nh tù nµy kh«ng ®−îc b¾t ®Çu ngay tõ khi ®o¹n dÉn ®Çu (®Çu 5') cña ph©n tö mARN phiªn m·, nh−ng chóng ®−îc xem lµ phÇn chøc n¨ng thiÕt yÕu t¸ch ra khái m¹ch khu«n ADN. ¶nh kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö truyÒn cña gen; bëi v× nÕu thiÕu chóng th× phiªn m· kh«ng thÓ x¶y ra. qua (TEM) cho thÊy mét m¹ch ADN cña E. coli ®ang ®−îc phiªn §Þnh nghÜa gen vÒ gãc ®é ph©n tö ph¶i ®ñ kh¸i qu¸t vµ bao m· bêi nhiÒu ph©n tö ARN polymerase kh¸c nhau. Liªn kÕt vµo gåm c¶ c¸c tr×nh tù ADN m· hãa cho c¸c rARN, tARN vµ c¸c mçi ph©n tö ARN polymerase lµ mét chuçi mARN ®ang kÐo dµi lo¹i ARN kh¸c (vèn kh«ng ®−îc dÞch m·). MÆc dï nh÷ng gen mµ ngay lóc nµy nã còng ®ang ®−îc dÞch m· bëi c¸c ribosome. nµy kh«ng m· hãa cho protein, song chóng cã vai trß sèng cßn C¸c chuçi polyeptit ®−îc tæng hîp míi, kh«ng nh×n thÊy râ trªn ®èi víi ho¹t ®éng sèng cña tÕ bµo. V× vËy, cã lÏ chóng ta nªn ®i ¶nh TEM, ®−îc vÏ minh häa ë s¬ ®å bªn d−íi. ®Õn kh¸i niÖm sau vÒ gen: Gen l mét vïng ADN cã thÓ ®−îc Ph©n tö mARN nµo ®−îc b¾t ®Çu phiªn m· tr−íc tiªn? Trªn ? ph©n tö mARN ®ã, ribosome nµo b¾t ®Çu dÞch m· tr−íc tiªn? biÓu hiÖn ®Ó t¹o ra mét s¶n phÈm cuèi cïng cã chøc n¨ng (s¶n phÈm ®ã cã thÓ l mét chuçi polypeptit hoÆc mét ph©n tö ARN). Tuy vËy, nÕu chØ quan t©m ®Õn kiÓu h×nh, kh¸i niÖm vÒ gen chñ yÕu ®−îc g¸n cho tr×nh tù ADN m· hãa c¸c chuçi Sù kh¸c biÖt quan träng nhÊt gi÷a vi khuÈn vµ sinh vËt nh©n thËt trong qu¸ tr×nh biÓu hiÖn c¸c gen lµ ë tÕ bµo vi khuÈn polypeptit. ë ch−¬ng nµy, chóng ta ®· lµm quen víi qu¸ tr×nh kh«ng cã sù ph©n chia thµnh c¸c ng¨n. Gièng nh− mét ph©n biÓu hiÖn gen ë møc ph©n tö - th«ng qua phiªn m· thµnh ARN, x−ëng s¶n xuÊt chØ cã mét gian nhµ, mçi tÕ bµo vi khuÈn b¶o råi sau ®ã dÞch m· thµnh chuçi polypeptit, dÉn ®Õn sù h×nh ®¶m cho mét d©y chuyÒn ho¹t ®éng liªn tôc. Do kh«ng cã thµnh mét protein cã cÊu tróc vµ chøc n¨ng x¸c ®Þnh. ChÝnh c¸c nh©n, nã cã thÓ ®ång thêi võa phiªn m· võa dÞch m· mét gen protein ®· t¹o nªn c¸c kiÓu h×nh quan s¸t ®−îc ë sinh vËt. (H×nh 17.24) vµ ph©n tö protein míi tæng hîp cã thÓ khuÕch t¸n Mçi lo¹i tÕ bµo nhÊt ®Þnh th−êng chØ biÓu hiÖn mét nhãm nhanh chãng ®Õn vÞ trÝ ho¹t ®éng chøc n¨ng cña nã. HiÖn nay, nhá c¸c gen cña nã. §Æc ®iÓm nµy ®Æc biÖt ®óng ë sinh vËt ®a nh÷ng hiÓu biÕt vÒ sù ®ång thêi phiªn m· vµ dÞch m· ë c¸c vi bµo. B¹n sÏ thùc sù gÆp “r¾c rèi” nÕu tÕ bµo thñy tinh thÓ ë m¾t khuÈn cùc ®oan cßn h¹n chÕ, nh−ng phÇn lín c¸c nhµ nghiªn l¹i biÓu hiÖn c¸c gen m· hãa protein tãc vèn b×nh th−êng chØ cøu tin r»ng chóng cã xu h−íng gièng vi khuÈn, v× c¶ hai liªn ho¹t ®éng trong c¸c tÕ bµo nang tãc! Sù ®iÒu hßa biÓu hiÖn cña giíi sinh vËt nµy ®Òu thiÕu mµng nh©n. Ng−îc l¹i, mµng nh©n ë c¸c gen lµ rÊt chÝnh x¸c. Chóng ta sÏ kh¸m ph¸ sù ®iÒu hßa sinh vËt nh©n thËt lµm t¸ch biÖt hai qu¸ tr×nh phiªn m· vµ dÞch biÓu hiÖn gen ë ch−¬ng sau, b¾t ®Çu tõ c¸c tr−êng hîp ®¬n gi¶n m· vÒ mÆt kh«ng gian; ®ång thêi dµnh mét phÇn kh«ng gian ë vi khuÈn, råi sau ®ã tiÕp tôc víi sinh vËt nh©n thËt. trong nh©n tÕ bµo cho qu¸ tr×nh hoµn thiÖn ARN. Giai ®o¹n hoµn thiÖn nµy gåm mét sè b−íc bæ sung mµ sù ®iÒu hßa nh÷ng KiÓm tra kh¸i niÖm 17.6 b−íc nµy gãp thªm phÇn gióp ®iÒu tiÕt c¸c ho¹t ®éng rÊt phøc t¹p vµ tinh vi ë tÕ bµo sinh vËt nh©n thËt (xem Ch−¬ng 18). 1. Sù phiªn m· vµ dÞch m· ®ång thêi ®−îc vÏ trªn H×nh Cuèi cïng, tÕ bµo sinh vËt nh©n thËt cã c¸c c¬ chÕ phøc t¹p ®Ó 17.24 cã ë sinh vËt nh©n thËt kh«ng? Gi¶i thÝch. vËn chuyÓn c¸c protein tíi c¸c ng¨n (c¬ quan tö) cña tÕ bµo. ®iÒu g× nÕu 2. Nh÷ng hiÓu biÕt vÒ c¸c protein vµ ARN tham gia vµo c¸c ë sinh vËt nh©n thËt, mARN khi qu¸ tr×nh phiªn m· vµ dÞch m· ë liªn giíi vi khuÈn cùc ®oan cã dÞch m· ®−îc gi÷ ë d¹ng vßng trßn do t−¬ng t¸c gi÷a thÓ gióp chóng ta s¸ng tá ®−îc nhiÒu ®iÒu vÒ sù tiÕn hãa cña ®u«i polyA ë ®Çu 3’ víi mò ®Çu 5’ qua protein. §iÒu c¸c qu¸ tr×nh nµy ë c¶ ba liªn giíi sinh vËt. Tuy cã sù kh¸c biÖt nµy gióp t¨ng hiÖu qu¶ dÞch m· nh− thÕ nµo? trong qu¸ tr×nh biÓu hiÖn gen ë c¸c liªn giíi sinh vËt kh¸c nhau, Xem gîi ý tr¶ lêi ë Phô lôc A. nh−ng kh¸i niÖm gen lµ thèng nhÊt ë tÊt c¶ mäi d¹ng sèng. Ch−¬ng 17 347 Tõ gen ®Õn protein
ADN Phiªn m· ARN ®−îc phiªn m· tõ mét m¹ch khu«n ADN. ARN B¶n phiªn polymerase m· ARN Hoµn thiÖn mARN Exon ë sinh vËt nh©n thËt, TiÒn-ARN b¶n phiªn m· ARN (tiÒn ARN) ®−îc c¾t bá intron Intron vµ biÕn ®æi c¸c ®Çu ®Ó h×nh thµnh mARN hoµn thiÖn tr−íc khi rêi nh©n. Nh©n tÕ bµo Axit amin Ho¹t hãa axit amin tÕ bµo chÊt tARN Nhê enzym ®Æc biÖt sö mARN ®i ra tÕ bµo dông n¨ng l−îng ATP, mçi chÊt vµ sau ®ã liªn kÕt axit amin ®−îc g¾n chÝnh x¸c vµo ribosome. vµo tARN t−¬ng øng cña nã. Chuçi mARN polypeptit ®ang kÐo dµi ò M C¸c tiÓu tARN ®· n¹p Mò 5' phÇn axit amin ribosome Mò DÞch m· C¸c tARN lÇn l−ît l¾p Bé ba r¸p c¸c axit amin cña ®èi m· chóng vµo chuçi polypeptit (anticodon) khi mARN dÞch chuyÓn qua ribosome mçi lÇn mét codon. (Khi hoµn thµnh, chuçi polypeptit ®−îc gi¶i phãng khái ribosome.) Ribosome H×nh 17.25 Tãm t¾t sù phiªn m· vµ nhiÒu lÇn ®Ó t¹o nªn nhiÒu chuçi archaea vµ sinh vËt nh©n thËt. Sù dÞch m· ë tÕ bµo sinh vËt nh©n thËt. S¬ polypeptit gièng hÖt nhau. (Còng cÇn kh¸c biÖt chÝnh lµ sù xuÊt hiÖn qu¸ nhí r»ng s¶n phÈm cuèi cïng cña mét tr×nh hoµn thiÖn mARN diÔn ra trong ®å nµy m« t¶ con ®−êng tõ mét gen ®Õn mét sè gen kh«ng ph¶i lµ protein, mµ chØ lµ nh©n tÕ bµo sinh vËt nh©n thËt. Nh÷ng chuçi polypeptit. Nhí r»ng, mçi gen trªn ADN cã c¸c ph©n tö ARN, nh− tARN vµ rARN.) kh¸c biÖt ®¸ng kÓ kh¸c liªn quan ®Õn thÓ ®−îc phiªn m· nhiÖu lÇn thµnh nhiÒu ph©n tö Nh×n chung, c¸c nguyªn t¾c phiªn m· c¸c b−íc khëi ®Çu phiªn m· vµ dÞch mARN gièng hÖt nhau mµ mçi ph©n tö mARN vµ dÞch m· lµ gièng nhau ë c¶ vi khuÈn, m· vµ ë b−íc kÕt thóc phiªn m·. nh− vËy l¹i cã thÓ ®−îc dïng cho dÞch m· khèi kiÕn thøc 3 348 Di truyÒn häc
Tæng kÕt Ch−¬ng 17.3 Kh¸i niÖm §a ph−¬ng tiÖn H·y tham kh¶o c¬ së häc liÖu gåm c¸c h×nh ¶nh ®éng TÕ b o sinh vËt nh©n thËt biÕn ®æi ARN sau phiªn m ba chiÒu, c¸c bµi h−íng dÉn d¹ng file MP3, video, c¸c bµi kiÓm tra thùc hµnh, eBook vµ nhiÒu häc liÖu kh¸c t¹i ®Þa chØ Web www.masteringbio.com (c¸c trang 334 – 336) Sù biÕn ®æi ë c¸c ®Çu mARN. Tãm t¾t c¸c kh¸i niÖm chÝnh mARN ë sinh vËt nh©n thËt ®−îc hoµn thiÖn tr−íc khi rêi nh©n. 17.1 TiÒn-mARN Kh¸i niÖm Qu¸ tr×nh hoµn thiÖn bao gåm sù biÕn ®æi ë c¸c ®Çu mARN vµ sù §u«i polyA Gen x¸c ®Þnh c¸c protein th«ng qua phiªn m v Mò ghÐp nèi ARN. §Çu 5’ nhËn mét dÞch m (c¸c trang 325 – 331) mò nucleotit ®−îc biÕn ®æi, trong mARN B»ng chøng tõ c¸c nghiªn cøu vÒ sai háng chuyÓn hãa. ADN khi ®Çu 3’ ®−îc nèi ®u«i polyA. ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh trao chÊt b»ng viÖc h−íng dÉn tÕ bµo tæng Gen ph©n m¶nh v sù ghÐp nèi ARN. PhÇn lín c¸c gen ë sinh hîp c¸c enzym vµ c¸c protein ®Æc thï. C¸c thÝ nghiÖm cña vËt nh©n thËt chøa c¸c intron xen kÏ gi÷a c¸c vïng m· hãa ®−îc Beadle vµ Tatum víi c¸c chñng Neurospora ®ét biÕn ñng hé cho gäi lµ c¸c exon. Trong qu¸ tr×nh ghÐp nèi ARN, c¸c intron ®−îc c¾t bá, trong khi c¸c exon ®−îc nèi l¹i víi nhau. Sù ghÐp nèi gi¶ thiÕt mét gen - mét enzym. Gen m· hãa cho c¸c chuçi ARN ®iÓn h×nh ®−îc thùc hiÖn bëi thÓ ghÐp nèi (spliceosome); polypeptit hoÆc cho c¸c ph©n tö ARN. nh−ng trong mét sè tr−êng hîp, ARN b¶n th©n nã cã thÓ tù xóc C¸c nghiªn lý c¬ b¶n cña phiªn m v dÞch m t¸c ph¶n øng ghÐp nèi. Kh¶ n¨ng xóc t¸c cña mét sè ARN, ®−îc Phiªn m· lµ qu¸ tr×nh chuyÒn th«ng tin tõ ADN sang ARN th«ng gäi lµ ribozym, b¾t nguån tõ c¸c thuéc tÝnh cña ARN. Sù cã mÆt qua hai d¹ng ng«n ng÷ nucleotit ®Æc thï cña chóng c¸c intron t¹o ®iÒu kiÖn cho kh¶ n¨ng ghÐp nèi ARN thay thÕ. (deoxyribonucleotit vµ ribonucleotit). Trong khi ®ã, dÞch m· lµ qu¸ tr×nh chuyÒn th«ng tin tõ tr×nh tù nucleotit trªn ARN thµnh §a ph−¬ng tiÖn tr×nh tù axit amin trong chuçi polypeptit. Ho¹t ®éng Hoµn thiÖn ARN M di truyÒn. Th«ng tin di truyÒn ®−îc m· hãa b»ng mét tr×nh tù cña ba nucleotit kh«ng gèi lªn nhau, ®−îc gäi lµ bé ba m· hãa 17.4 Kh¸i niÖm hay codon. Mçi codon trªn ARN th«ng tin (mARN) hoÆc ®−îc DÞch m l qu¸ tr×nh tæng hîp mét chuçi polypeptit do dÞch m· thµnh mét axit amin (61 trong tæng sè 64 codon) hoÆc ARN ®iÒu khiÓn: Quan s¸t gÇn h¬n (c¸c trang 337 – 344) ®−îc dïng lµm tÝn hiÖu kÕt thóc dÞch m· (3 codon). Codon ph¶i ®−îc ®äc trong khung ®äc më ®óng. C¸c th nh phÇn ph©n tö cña dÞch m . TÕ bµo dÞch m· th«ng §a ph−¬ng tiÖn ®iÖp di truyÒn (mARN) thµnh protein nhê c¸c ARN vËn chuyÓn (tARN). Sau khi liªn kÕt víi axit amin ®Æc thï, tARN lÇn l−ît C¸c con ®−êng trao ®æi chÊt ®−îc ph©n tÝch nh− thÕ nµo? §iÒu tra s¾p hµng th«ng qua sù b¾t cÆp gi÷a bé ba ®èi m· cña chóng víi H−íng dÉn b»ng file MP3 Tõ ADN ®Õn ARN vµ protein bé ba m· hãa trªn mARN. C¸c ribosome gióp thóc ®Èy sù b¾t Ho¹t ®éng Tæng quan vÒ sinh tæng hîp protein cÆp nµy b»ng viÖc cung cÊp “giao diÖn” cho mARN vµ tARN. Sù h×nh th nh mét chuçi polypeptit. mARN 17.2 Ribosome Kh¸i niÖm Ribosome ®iÒu phèi ba giai ®o¹n cña qu¸ tr×nh dÞch m·, gåm: khëi ®Çu dÞch Phiªn m l qu¸ tr×nh tæng hîp ARN do ADN ®iÒu m·, kÐo dµi chuçi vµ kÕt thóc dÞch m·. Polypeptit khiÓn: Quan s¸t gÇn h¬n (c¸c trang 331 – 334) Sù h×nh thµnh liªn kÕt peptit ®−îc xóc t¸c bëi rARN. NhiÒu C¸c th nh phÇn ph©n tö cña phiªn m . Sù tæng hîp ARN ribosome cã thÓ cïng lóc phiªn m· mét ph©n tö mARN duy nhÊt, h×nh thµnh nªn cÊu tróc gäi lµ polyribosome. ®−îc xóc t¸c bëi ARN polymerase, vµ còng diÔn ra trªn c¬ së nguyªn t¾c kÕt cÆp bæ sung gi÷a c¸c baz¬ nh− trong qu¸ tr×nh sao Sù ho n thiÖn v vËn chuyÓn protein. Sau khi dÞch m·, sù biÕn chÐp ADN, trõ mét ®iÓm lµ ë ARN, uracil thay thÕ cho thymine. ®æi cña c¸c protein lµm ¶nh h−ëng ®Õn cÊu h×nh kh«ng gian cña chóng. C¸c ribosome tù do trong phÇn bao tan ë tÕ bµo chÊt khëi §¬n vÞ phiªn m· ®Çu sù tæng hîp tÊt c¶ c¸c lo¹i protein, nh−ng c¸c protein mµ sau Promoter nµy ®−îc ®−a ®Õn hÖ thèng néi mµng hoÆc ®−îc xuÊt bµo sÏ ®−îc chuyÓn vµo m¹ng l−íi néi chÊt (ER). Nh÷ng protein nµy cã mét ®o¹n peptit tÝn hiÖu gióp c¸c h¹t nhËn biÕt tÝn hiÖu (SRP) cã thÓ liªn kÕt vµo, vµ lµm c¸c ribosome ®ang dÞch m· ®Ýnh lªn mµng ER. M¹ch khu«n ADN §a ph−¬ng tiÖn ARN polymerase B¶n phiªn m· ARN ¶nh ®éng 3 chiÒu Bioflix Tæng hîp protein Tæng hîp b¶n phiªn m ARN. Ba giai ®o¹n cña qu¸ tr×nh Ho¹t ®éng DÞch m· Phßng thÝ nghiÖm sinh häc trùc tuyÕn Phßng thÝ nghiÖm dÞch m· phiªn m· lµ khëi ®Çu phiªn m·, kÐo dµi chuçi vµ kÕt thóc phiªn m·. Tr×nh tù khëi ®Çu phiªn m· (promoter) lµ tÝn hiÖu khëi ®Çu 17.5 Kh¸i niÖm sù tæng hîp ARN. C¸c yÕu tè phiªn m· gióp ARN polymerase cña sinh vËt nh©n thËt nhËn ra c¸c tr×nh tù promoter. C¬ chÕ kÕt §ét biÕn ®iÓm cã thÓ ¶nh h−ëng ®Õn cÊu tróc v chøc thóc phiªn m· kh¸c nhau gi÷a vi khuÈn vµ sinh vËt nh©n thËt. n¨ng protein (c¸c trang 344 – 346) C¸c kiÓu ®ét biÕn ®iÓm. §ét biÕn ®iÓm lµ sù thay ®æi ë mét cÆp §a ph−¬ng tiÖn baz¬ trªn ADN. Nã cã thÓ dÉn ®Õn sù h×nh thµnh mét protein Tæng quan vÒ sinh tæng hîp protein mÊt chøc n¨ng. Sù thay thÕ cÆp baz¬ cã thÓ dÉn ®Õn c¸c ®ét biÕn Ho¹t ®éng Ch−¬ng 17 349 Tõ gen ®Õn protein