Sự khởi đầu• Sự kéo dài
• ° Ở tiền hạch, sao mã thường bắt đầu bởi ATP
hay GTP (ở đầu 5’ của chuỗi RNA).
• ° Các nucleotide đặt dọc theo khuôn, theo hướng
5’?3’ khi gắn ribonucleotide.
• ° RNA pol không cần mồi
• RNA pol không có khả năng đọc bản in thử ?
nhiều lỗi hơn tái bản (không truyền cho con cháu)
• ° Các nucleotide ở dạng nucleoside triphosphate
(ATP, GTP, UTP, CTP) cung cấp nucleoside
monophosphate + năng lượng để tạo nối ester
• ° Chỉ có 1 nucleotide thứ nhất của mRNA giữ lại
nhóm triphosphate.
60 trang |
Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 398 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Tổng quan về di truyền học - Bài 3: Biểu hiện Gene, Sao mã và dịch mã, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
• BIỂU HIỆN GENE: SAO MÃ VÀ DỊCH MÃ
1. Quan điểm về gene
2. Mã di truyền
3. Sao mã
4. Dịch mã
• 1. Quan điểm về gene
• Mendel (1866): đơn vị qui định các đặc tính di
truyền = nhân tố di truyền (gene).
• Garrod (1909): liên hệ “gene-enzyme”
• Beadle và Tatum (1941): gene qui định enzyme
“1 gene - 1 enzyme”
• Quan điểm hiện nay: “1 gene - 1 polypeptide”
• Lý thuyết trung tâm của sinh học phân tử
• Mọi sinh vật có chung cơ chế biểu hiện gene:
• DNA mRNA protein (polypeptide)
2 bước của sự biểu hiện gene: sao mã & dịch mã
• Ý nghĩa của quan điểm 1 gene-1 polypeptide
• Gene mã hóa cấu trúc protein:
• ° Enzyme xúc tác mọi phản ứng trong tế bào
• ° Bộ xương tế bào: xây dựng & duy trì hình
dạng tế bào
• DNA điều khiển sự tạo cấu trúc và các đặc
tính của sinh vật.
• Chú ý:
• mRNA của 1 gene chịu sự biên tập (cắt-ráp)
để cho nhiều sản phẩm.
• Mỗi mRNA mã hóa một polypeptide.
• Định nghĩa:
• Gene (“nhân tố”)= đơn vị căn bản của sự di
truyền, được tìm thấy trong mọi tế bào sống của
một cơ thể và được truyền từ cha mẹ tới các con
(từ thế hệ này sang thế hệ kế tiếp).
• Phần lớn các gene mã hoá protein (trình tự aa
trong một chuỗi polypeptide đặc biệt); một số
gene mã hoá cho các phân tử RNA.
• Gene là các trình tự DNA được sao chép;
genome là toàn bộ các gene và các trình tự
không ghi mã.
• Sự khuếch đại thông tin
• 1 gene 1000 mRNA 1000 protein
• 2. Mã di truyền
• Mã di truyền được viết bởi 3 chữ (3 nucleotide),
tạo nên một “bộ ba” hay “codon” trong mRNA
và được dịch thành 1 aa.
Giải mã di truyền: Nirenberg (1961) &
Nirenberg & Leder (1964):
Từ điển mã di
truyền
Từ điển mã
di truyền
của nhân
(codon của
mRNA, viết
theo hướng
5’3’)
• Đặc tính của mã di truyền
• ° Từ điển mã di truyền gồm 64 codon:
• - 3 codon UAA, UAG, UGA được gọi là các
codon “không nghĩa” = codon “stop”.
• - 61 codon còn lại mã hóa cho 20 acid amin.
• - Trừ Met và Trp mã hóa bởi 1 codon, 18 aa
khác được mã hóa bởi 2-6 codon (nhiều codon
đồng nghĩa).
• Codon được đọc không gối lên nhau
• (tuần tự, từ “bộ ba” này tới “bộ ba” kế)
• Gene có thể gối lên nhau
• UUUACGAUGUA
• UUU ACG AUG UA (Phe Thr Met)
• UUA CGA UGU A (Leu Arg Cys)
• UAC GAU GUA (Tyr Asp Val)
• (Dời 1 base nữa trở về khung ban đầu)
Các yếu tố thiết yếu của sao mã
• - Nucleoside triphosphate: ATP, GTP, CTP, UTP
• - Khuôn DNA
• Chỉ sợi khuôn được sao mã (+1 là nucleotide thứ
nhất, nơi khởi đầu sao mã và -1 ở ngay trước).
• - RNA pol
• - Promoter, trình tự ngắn không được sao chép,
nơi dính RNA pol, dấu hiệu khởi đầu sao mã,
đánh dấu sợi cần sao chép.
Promoter ở E. coli: 2 trình tự 6 base chung cho
nhiều vi khuẩn : TTGACA và TATAAT
Đặc tính của sự sao mã
• - Chỉ 1 trong 2 sợi DNA được sao chép; chỉ vài
phần DNA được sao chép
• - Các gene không luôn luôn ở trên một sợi DNA
• Đặc tính của RNA pol
• - Gắn ribonucleotide vào đầu 3’, không cần mồi,
tổng hợp theo hướng 5’ 3’, đối song và bổ sung
với sợi khuôn.
• - RNA pol tạo “mắt” (“bóng sao mã”) di chuyển
[DNA pol: “mắt” lớn dần]
Hướng di chuyển của RNA polymerase
Ví dụ về sự sao chép của ba nucleotide đầu tiên
“Mắt”di chuyển và hướng phát triển của sự sao mã
• Các sản phẩm của sao mã
• * mRNA, rRNA, tRNA
• * snRNA (chỉ có trong nhân)
aminoacyl~tRNA
• Sao mã ở
sinh vật
tiền hạch
3 giai đoạn sao mã
RNA pol với
trượt dọc DNA
đến khi nhận
biết và dính vào
promoter
tháo xoắn tại
trình tự -10, cho
phép sao mã
trên khuôn
Sự khởi đầu
• Sự kéo dài
• ° Ở tiền hạch, sao mã thường bắt đầu bởi ATP
hay GTP (ở đầu 5’ của chuỗi RNA).
• ° Các nucleotide đặt dọc theo khuôn, theo hướng
5’3’ khi gắn ribonucleotide.
• ° RNA pol không cần mồi
• RNA pol không có khả năng đọc bản in thử
nhiều lỗi hơn tái bản (không truyền cho con cháu)
• ° Các nucleotide ở dạng nucleoside triphosphate
(ATP, GTP, UTP, CTP) cung cấp nucleoside
monophosphate + năng lượng để tạo nối ester
• ° Chỉ có 1 nucleotide thứ nhất của mRNA giữ lại
nhóm triphosphate.
Mô hình “bóng sao mã” hay “mắt”
• Sự kết thúc
• °RNA pol tới terminator (dấu hiệu “stop”), trình
tự đánh dấu điểm tận cùng của gene, nơi RNA
pol rời RNA và gene [ví dụ: vùng G-C trước A-T].
°RNA vùng stop tạo “kẹp tóc” GC + nhiều U
RNA pol rời khuôn vì qua nhiều U [sự bắt cặp U
(RNA) với A (DNA) yếu, không thể giữ sợi lai].
Kẹp tóc” GC ở đầu 3’ của mRNA từ
operon Trp của E. coli
Trình tự kết
thúc sao mã ở
tiền hạch
• Tóm lại, RNA được sao chép giống như sự tổng
hợp 1 chuỗi DNA trong tái bản DNA, nhưng chỉ
có 1 trong 2 chuỗi DNA được dùng làm khuôn.
• Biến đổi sau-sao mã ở tiền hạch
• rRNA & tRNA chịu vài biến đổi [gắn thêm 3
nucleotide CCA vào đầu 3’, methyl hóa (U thành
T), khử amin], nhưng không có sự biến đổi
mRNA [tạo trực tiếp trong tế bào chất]
Sao mã ở sinh vật chân hạch
• Về căn bản, giống tiền hạch.
• Các biến đổi sau-sao mã
• Có nhiều biến đổi giữa bản sao mã trong nhân
và mRNA trưởng thành trong tế bào chất, như:
• Gắn mũ 5’ (bảo vệ đầu 5’)
• - Base đầu tiên trong bản sao mã thường được
gắn GTP; G trong GTP gắn methyl
• Thêm đuôi 3’poly-A (làm bền)
• 4. Dịch mã
● Vị trí tổng hợp protein
• ● Các yếu tố của sự dịch mã
• ● Diễn tiến của sự dịch mã
• ● Biểu hiện gene chân hạch
• ● So sánh biểu hiện gene tiền hạch & chân hạch
• ● Năng lượng cần cho dịch mã
• Vị trí tổng hợp protein
• ° Vi khuẩn:
• - Sao mã & dịch mã trong tế bào chất
• ° Tế bào chân hạch:
• - Sao mã trong nhân & dịch mã trong tế bào chất
• - Nuôi tế bào với aa* protein* xuất hiện trong
tế bào chất, trên ribosome.
• Các yếu tố của sự dịch mã
• Các acid amin
• - Các aa gắn nhau nhờ nối amide (do loại 1 nước
giữa NH2 của 1 aa và 1 COOH của 1 aa khác).
• - Nối amide giữa 2 aa trong chuỗi polypeptide =
nối peptide
• tRNA
• - Sự dịch ngôn ngữ nucleotide (mRNA) thành
ngôn ngữ aa (protein) cần “phiên dịch viên
phân tử” tRNA có khả năng đổi các chữ 3 mẫu
tự (codon) thành các chữ 1 mẫu tự (aa).
• - tRNA xếp thành dạng cỏ ba lá, với 2 vị trí đặc
biệt: đầu 3’OH là CCA là nơi dính aa để tạo
aa~tRNA; 1 vòng mang anticodon để bắt cặp
(bổ sung) với codon thích hợp trên mRNA.
Enzyme dính với
tRNATrp và Trp
Trp liên kết
với tRNATrp
tRNATrp dính
vào codon UGG
• Các enzyme hoạt hóa (= aminoacyl-tRNA
synthetase)
• Các dấu hiệu “start” và “stop”
• - Dấu hiệu “start” trong mRNA là AUG (Met).
• - Ba codon “stop” UAA, UAG và UGA không có
tRNA với anticodon bổ sung.
-A (aminoacyl) dính
tRNA mang aa
-P (peptidyl) dính tRNA
mang chuỗi polypeptide
-E (exit), nơi thoát tRNA
không còn mang aa
Ribosome, nhà máy sản xuất polypeptide, với 4
vị trí: 1 dính mRNA (trên tiểu đơn vị nhỏ) & 3
dính với tRNA (trên tiểu đơn vị lớn): A, P & E
• Diễn tiến
• Sự dịch mã qua 4 giai đoạn căn bản: khởi đầu,
kéo dài, chuyển vị & kết thúc; mỗi giai đoạn
gồm nhiều bước.
• ° Sự khởi đầu
• Ở tiền hạch, ribosome thường dùng AUG (Met)
trên mRNA để khởi đầu dịch mã; sự thành lập
phức hợp khởi đầu qua nhiều bước.
(1) tRNA mang Met biến đổi: N-formylmet (Met ở euk)
(2) Protein nhân tố khởi đầu giúp tRNAfMet dính vào P
(3) Anticodon CAU bắt cặp codon AUG trên mRNA
(4) 2 tiểu đơn vị dính nhau, sao cho tRNA thứ 1 ở P
• Sự thành lập phức hợp khởi đầu ở chân hạch:
tương tự, trừ 2 khác biệt:
• - aa khởi đầu là Met (thay vì N-formylMet)
• - Phức hợp khởi đầu phức tạp hơn
° Kéo dài: (1) codon2 ở A; (2) nhân tố giúp anticodon2
dính codon2; (3) fmet rời tRNA & liên kết với aa 2
° Chuyển vị: (4) ribosome di chuyển (5’3’); tRNA1 vào
E & rời ribosome, polypeptide (2 aa) vào P
° Kết thúc
(1) Chuỗi polypeptide kéo dài tới khi 1 codon stop vào A.
Codon stop không dính tRNA, nhưng nhận nhân tố phóng
thích.
(2) Chuỗi polypeptide được phóng thích
(3) Ribosome tách ra thành 2 tiểu đơn vị
° Trong & sau dịch mã, polypeptide cuộn lại
bậc 3; vài polypeptid hợp thành bậc 4.
° Nhiều ribosome đọc 1 mRNA polyribosome
(polysome): càng gần 3’, polypeptide càng dài).
• Biểu hiện gene chân hạch
• Gene chân hạch không liên tục với:
• - Các exon = trình tự mang thông tin, được dịch
• - Các intron xen kẽ, được sao chép, không dịch
• [Gene tiền hạch liên tục (không intron)]
Gene chân hạch
Ví dụ: Bản sao mã sơ khởi của gene ovalbumin
chứa 7 đoạn không tồn tại trong mRNA.
Vi ảnh điện tử
của sự lai phân
tử: 7 vòng DNA
tương ứng 7
intron của gene
albumin
Dọc theo quốc lộ nhìn từ vệ tinh (dài như sợi chỉ), là
những chiếc xe khi nối đuôi thành chuỗi khi riêng rẽ
(exon); phần lớn con đường trống không (intron).
Người: 1-1,5% genome dành cho exon; 24% cho intron.
• 6. So sánh biểu hiện gene tiền hạch & chân hạch
• Về căn bản, giống nhau
• Một số khác biệt:
• (1) Chân hạch: gene có intron (tiền hạch: không)
• (2) Tiền hạch: polycistronic mRNA
• Chân hạch: monocistronic mRNA
• [Cistron: đơn vị di truyền tương ứng với 1 đoạn
DNA chuyên biệt cho một chuỗi polypetide.]
• (3) Tiền hạch: dịch trước khi mRNA hoàn thành
Chân hạch: dịch sau khi mRNA hoàn thành
và rời nhân
• (4) Chân hạch: mRNA bị biến đổi trước sự dịch
(loại intron, ráp nối exon; mũ 5’, đuôi 3’ poly-A)
• (5) Ribosome chân hạch lớn hơn
• Tiền hạch: mRNA (“polycistronic”) không mũ: dịch từ
AUG stop 1; nếu có AUG khác ở gần dịch tiếp tục.
• Chân hạch: mRNA “monocistronic” có “mũ” cần cho
dịch mã không thể dịch tiếp (dù có AUG sau đó).
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- bai_giang_tong_quan_ve_di_truyen_hoc_bai_3_bieu_hien_gene_sa.pdf