BÀI 4 các LOẠI ARN và sự PHIÊN mã

SỰ PHIÊN MÃ VÀ SỰ TRƯỞNG THÀNH CỦA mRNA 1 BÀI 4 Ths Nguyễn Huỳnh Bích Liễu 1 So sánh đặc điểm cấu tạo của RNA và DNA 2 Phân biệt sự phiên mã giữa prokaryote và eukaryote 3 Trình bày cơ chế sự phiên mã 4 Trình bày quá trình trưởng thành mRNA Mục tiêu 3 1 Cấu trúc hóa học RNA Theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là ribonucleotide Cấu tạo ribonucleotide + Đường ribose + Nhóm phosphate + Base purine (A, G) và pyrimidine (U, C) Cấu trúc không gian RNA Sợi đơn 4 I Sự phiên mã 5 Các loại RNA 6 7 III SỰ PH.

SỰ PHIÊN MÃ VÀ SỰ TRƯỞNG THÀNH

CỦA mRNA

1BÀI 4

Ths Nguyễn Huỳnh Bích Liễu

1 So sánh đặc điểm cấu tạo của RNA và DNA

2 Phân biệt sự phiên mã giữa prokaryote và eukaryote

3 Trình bày cơ chế sự phiên mã

4 Trình bày quá trình trưởng thành mRNA

Mục tiêu

3

1 Cấu trúc hóa học RNA

Theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là ribonucleotide Cấu tạo ribonucleotide

+ Đường ribose

+ Nhóm phosphate

+ Base purine (A, G) và pyrimidine (U, C)

Cấu trúc không gian RNA

- Sợi đơn

4

I Sự phiên mã

Các loại RNA

6

III SỰ PHIÊN MÃ (TRANSCRIPTION)

- Tế bào tụy tạng của ĐV có xương sống có nhiều ARN

- Những thí nghiệm đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ →ARN được tổng hợp trong nhân → vào tế bào chất

 ARN là chất liên lạc giữa ADN của nhân và ribosome ở

tế bào chất trong sự tổng hợp protein

8

- ARN được phiên mã từ ADN nhờ phức hệ enzymeARN polymerase: di chuyển từ đầu 3’ đến đầu 5’ củaADN khuôn (3’-5’) và tổng hợp một sợi có chiều ngượclại (5’-3’) → sợi gồm các ribonucleotide.

- Cách thức phiên mã tương tự như sự sao chép, chỉ

có 1 mạch làm khuôn

9

- RNA polymerase tổng hợp sợi ribonucleotide

- RNA polymerase bắt đầu phiên mã không cần mồi

- RNA polymerase vừa tháo xoắn, vừa tổng hợp

RNA polymerase cấu tạo 6 tiểu đơn vị: α, α, β, β’, ω tạo enzyme lõi liênkết với tiểu đơn vị δ tạo thành holoenzyme nhận biết promoter

Phiên mã ở prokaryote

Vùng khởi động (promoter)

GTA 12

a Khởi đầu

- Promoter

- ARN polymerase nhận ra vùng khởi động (promoter) trên ADN bởi yếu tố δ Holoenzyme gắn vào promoter tại -35 và -10 → làm tháo xoắn DNA, cắt đứt liên kết hydro giữa 2 mạch và làm căng mạch Lúc này 2 mạch ADN tách ra và chỉ 1 mạch làm khuôn (3’ – 5’)

- ARN polymerase tìm tín hiệu mở đầu , thường là GTA Sự phiên mã bắt đầu từ GTA Yếu tố δ giải phóng.

13

b Kéo dài (tổng hợp)

- Sự tổng hợp ARN không cần đoạn mồi ARN polymerase xúc tác tổng hợp gắn từng ribonucleotide vào mạch khuôn Khi enzyme này dịch chuyển đến 1 vị trí khác trên ADN thì vị trí trước trên ADN lập tức đóng xoắn lại, cứ thế sợi ARN dài ra.

15

Bóng phiên mã

Sự phiên mã diễn ra trong vùng khoảng 18 nu của DNA tháo xoắn Đoạnlai RNA-DNA 8-9 bp.

Khi RNA polymerase di chuyển bóng cũng di chuyển theo

RNA polymerase di chuyển dọc theo DNA khuôn làm tháo xoắn chuỗixoắn kép ở phía trước của bóng và DNA đóng xoắn ở sau bóng

Kết thúc phụ thuộc vào rho

- Rut (rho utilization): 40 -60 nucleotide giàu C

- Rho: protein (6 tiểu đơn vị giống nhau liên kết với RNA tại rut và vùng cóhoạt tính ATPase

- Rho sử dụng năng lượng từ sự thủy phân ATP để di chuyển dọc trên RNA(5’-3’)

Hay đuổi theo RNA polymerase Rho tách mạch ở đoạn lai RNA-DNA, giảiphóng RNA

Kết thúc phụ thuộc vào rho

Kết thúc phiên mã không phụ thuộc Rho

- Sự tổng hợp mARN liên tục đến khi polymerase gặp tín hiệu kết thúc:

+ trình tự tự bổ sung ở đuôi mARN: các base bắt cặp và liên kết → một vòng hình kẹp tóc (hairpin loop)

+ vùng từ 4 đến 8 Adenin trên DNA khuôn.

- Có 2 việc xảy ra làm ngừng sự tổng hợp ARN:

+ Vòng kẹp tóc kéo ARN ra khỏi ADN + Do sự liên kết yếu giữa các A của ADN và các U của ARNm không đủ sức để giữ ARNm trên ADN khuôn.

→ ARNm và enzyme polymerase tách rời khỏi DNA.

20

AAAA DNA khuôn 21

RNA polymerase: I, II, III

Thực vật IV và V

Yếu tố phiên mã chung: GTF (general transcription factor)

Phiên mã ở eukaryote

Nhận diện bởi RNA polymerase II: promoter lõi và promoter điều hòa

- Promoter lõi: upstream của gen 5’-TATAAA-3’ nằm ở vùng 25 đến

-30 bp upstream của vị trí khởi đầu

- Promoter điều hòa: upstream promoter lõi điều hòa mức độ phiên

mã của gen

Bảng tóm tắt yếu tố phiên mã

Khởi sự phiên mã

Promoter điều hòa Promoter lõi

TBP: Nhận diện hộp TATA

TFIID: tương tác với yếu tố điều hòa

TFIIB: Lk TBP, chọn vị trí khởi đầu và lôi kéo RNA polymerase IITFIIA: ổn định lk TBP và TFIIB

TFIIF: Lk polymerase II và TFIIB

TFIIE: Lôi kéo TFIIH

TFIIH: Tháo xoắn promoter và phosphoryl hóa CTD

Kéo dài phiên mã

- Tổng hợp RNA khoảng 30 bp, RNA polymerase rời promoter và kéodài phiên mã Nhiều yếu tố phiên mã vẫn gắn ở promoter và kếthợp enzyem RNA polymerase II khác để khởi sự phiên mã

- RNA di chuyển theo hướng downstream của mạch khuôn DNA

• RNA polymerase I: cần yếu tố kết thúc lk với trình tự ở downstreamcủa vị trí kết thúc

2 Qúa trình trưởng thành của mRNA

- ARN tạo ra trong nhân là bản nháp, phiên mã sơ cấp, chưa sử dụng được.

- ARN nháp được làm dấu bởi mũ 7-methylguanosin được thêm vào ở đầu 5’ và gắn đoạn khoảng 100-200 A (poly A) ở đầu 3’.

- ARN nháp có các đoạn intron và exon

- Nơi bắt đầu và kết thúc của intron trên bản nháp được đánh dấu bằng những tín hiệu để có thể nhận biết và tách ra.

29

Sự gắn mũ

7-methylguanosine

30

- RNA triphosphate tách 1 nhóm P ở đầu 5’ ra khỏi chuỗi phiên mã

- RNA guanyltransferase gắn GMP vào pre-mRNA bằng cách chuyển phức hợp này vào nhóm diphosphate ở đầu 5’ của chuỗi phiên mã mới hình thành

- RNA methyltransferase gắn nhóm methyl (-CH3-) vào vị trí 7 của guanosine tạo mũ chóp m7G ở đầu 5’ của mRNA

- Gắn 1 chuỗi adenine (A) vào đầu 3’ của mRNA (50-250 A)

- Đuôi poly A giúp bảo vệ đầu 3’ của mRNA, điều hòa tính ổn định của các phân tử mRNA và tăng hiệu suất dịch mã

Thêm đuôi poly A vào đầu 3’ của pre-mRNA

Cắt pre-mRNA

- CPFS: nhận diện lk trình tự tín hiệu AAUAAA trên pre-mRNA

- CstF: nhận diện trình tự tín hiệu GU/U

2 yếu tố này lk với pre-mRNA hình thành phức hợp bậc 3 ổn định, lôi kéo các thành phần khác của cơ cấu polyadenyl hóa đến vị trí phân cắt

- CFI, CFII: ổn định phức hợp cần thiết cho phân cắt nhưng không tham gia gắn thêm polyA.

Thêm đuôi polyA

- PAP: kích thích cắt pre-mRNA ở đầu 3’ cách vị trí thêm polyA từ 10-35nu.

- PABII: khởi sự cho việc gắn A vào pre-mRNA của PAP nhanh hơn

- Sau khi thêm 200-250 A, PABII báo hiệu PAP dừng quá trình polymerhóa

- Intron: không mã hóa

- Exon: Mã hóa

Cắt intron gồm 2 bước:

B1: LK 5’-3’ phosphate nối giữa exon 1 và nucleotide đầu tiên của intron

bị cắt, đầu 5’ intron gắn vào A ở vị trí điểm phân nhánh intron cuộn lạithành thòng lọng

B2: cắt 5’ exon 2 lk phosphodiester hình thành giữa đầu 3’ của exon 1 vàđầu 5’ của exon 2  phóng thích thòng lọng intron

Qúa trình cắt, nối pre-mRNA

38

mRNA được biến đổi

AAAAAAAA

39