Phiên mã

Một số đặc điểm của quá trình phiên mãở prokaryote Sự phiên mã là phản ứng tổng hợp RNA dựa vào khuôn DNA •Một mạch của phân tử DNA sẽ là sợi khuôn •RNA polymerase xúc tác quá trình tổng

QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ

(Transcription)

1

Một số đặc điểm của quá trình phiên mã

ở prokaryote

Sự phiên mã là phản ứng tổng hợp RNA dựa vào khuôn DNA

•Một mạch của phân tử DNA sẽ là sợi khuôn

•RNA polymerase xúc tác quá trình tổng hợp RNA

•Hiện tượng phiên mã không có quá trình sửa sai kèm theo như quá trình tái bản

2

Chỉ một trong hai mạch đơn của phân tử DNA

được dùng làm khuôn

•Ở mức độ từng gen riêng biệt, RNA pol chọn

mạch khuôn bằng cách gắn vào vùng promotor

của mạch được chọn làm khuôn

•Ở mức độ NST, chiều di chuyển của RNA pol

quyết định mạch đơn nào sẽ được chọn làm

khuôn

Một số đặc điểm của quá trình phiên mã ở prokaryote

3

Một số đặc điểm của quá trình phiên mã ở prokaryote

• RNA polymerase gồm nhiều tiểu đơn vị: 2 α, β, β’,ω, σ

• Tất cả các gen ở prokaryote đều được phiên mã bởi một

enzyme RNA polymerase duy nhất

http://www.conservapedia.com/Gene_expression

4

Các giai đoạn của quá trình phiên mã

Giai đoạn khởi động

• RNA pol nhận biết trình tự khởi động (promotor) trên DNA nhờ tiểu đơn vị σ

• RNA pol gắn một cách lỏng lẻo vào trình tự

-35 hình thành phức hợp “đóng”

• Phức hợp “đóng” chuyển sang “mở”, vùng DNA từ trình tự -10 sẽ được tháo xoắn, một sợi đơn DNA ở dạng tự do làm khuôn cho quá trình tổng hợp RNA

5

Giai đoạn khởi đấu phiên mã 1 Sự nhận biết promoter bởi nhân tố

σ; 2 Phức hợp đóng; 3 Phức hợp mở 6

UV5 lac promoter gồm hai trình tự 6 nucleotide ở vùng -35 và

vùng -10.

Nguồn: www.microbiology.emory.edu/altman/f_protocols/f_tetramers/autoind_annot.html

7

Các giai đoạn của quá trình phiên mã

Giai đoạn kéo dài

•Khi phân tử RNA đạt chiều dài khoảng 8 nucleotide, nhân tố σ tách ra khỏi phức hợp enzyme.

•Nhân tố σ được thay thế bằng nhân tố kéo dài (EF)

•RNA pol tháo xoắn liên tục phân tử DNA trên chiều dài khoảng 17 nu.

•Sợi RNA mới tách dần khỏi mạch khuôn trừ một đoạn khoảng 12 nu tính từ điểm tăng trưởng vẫn liên kết với DNA.

•Phần DNA được tháo xoắn sẽ được RNA pol xoắn lại.

8

Giai đoạn kéo dài của quá trình phiên mã 9

Quá trình phiên mã gồm 3 giai đoạn: khởi động, kéo dài và kết

Các giai đoạn của quá trình phiên mã

•Nhân tố ρ là một protein gồm 6 tiểu đơn vị, có chức

năng tách enzyme và RNA ra khỏi khuôn DNA.

•RNA được phiên mã từ vùng cấu trúc đặc biệt hình

thành cấu trúc kẹp tóc cản trở hoạt động của RNA pol.

11

Các tín hiệu trong phiên mã ở E coli

http://www.biog1105-1106.org/demos/106/unit02/3d.prokterminationsignal.html

13

Nhân tố ρ gắn vào sợi RNA ở vị trí không có ribosome

http://www.sci.sdsu.edu/~smaloy/MicrobialGenetics/topics/chroms-genes-prots/rho-polarity.html14

Sự kết thúc phiên mã phụ thuộc yếu tố ρ RNA nằm cuộn bên

trong phức hợp ρ, kéo RNA ra khỏi RNA pol và khiến RNA pol

Một số đặc điểm của quá trình phiên mã ở eukaryote

•Ở eukaryote có ba loại RNA pol (I, II, III) lần lượtchịu trách nhiệm phiên mã rRNA, mRNA và cácRNA kích thước nhỏ (tRNA, RNA 5S)

•Các mRNA vừa được phiên mã trong nhân phảitrải qua quá trình biến đổi trước khi di chuyển ra

16

Cấu trúc gen mã hoá protein ở tế bào eukaryote

Cấu trúc gen ở tế bào eukaryote gồm có 3 vùng:

• Vùng 5’ mang các trình tự điều hoà biểu hiện gen

và các trình tự hoạt hoá sự phiên mã

• Vùng được phiên mã gồm các intron và exon

• Vùng 3’ có chức năng chưa rõ, có thể mang các

trình tự điều hoà chuyên biệt

17

Cấu trúc gen ở eukaryote 18

Các giai đoạn của quá trình phiên mã ở eukaryote

1 Giai đoạn khởi động

•RNA pol II bắt đầu hoạt động phiên mã nhờ nhiều nhân tố phiên mã (transcription factor, TF) có bản chất protein

•TFIID nhận biết và gắn vào trình tự TATA, sau đó nhân tố TFIIA gắn vào TFIID

•RNA pol II liên kết với TFIIB sẽ gắn với phức hợp TFIID-TFIIA

•Một phân tử ATP cung cấp năng lượng đến tách mạch DNA, phức hợp được “mở”

•Nhân tố TFIIE cho phép khởi động sự phiên mã 19

Các giai đoạn của quá trình phiên mã ở eukaryote

2 Giai đoạn kéo dài

Phân tử RNA được tổng hợp từ mạch khuôn DNA nhờ nhân

tố TFIIS.

3 Giai đoạn kết thúc

Sự phiên mã kết thúc trước điểm gắn đuôi polyA rất xa, có liên quan đến các cấu trúc “kẹp tóc” theo sau bởi trình tự giàu GC.

20

Các giai đoạn của quá trình phiên mã ở eukaryote

4 Quá trình trưởng thành của các tiền mRNA

•Gắn mũ chụp (capping) là bước đầu tiên 7-methyl

guanin gắn vào đầu 5’ của mRNA qua liên kết 5’-5’ triphosphate

•Gắn đuôi polyA mRNA bị cắt bỏ khoảng 20 nu nằm

trước trình tự AAUAAA PolyA polymerase gắn một lượng adenin nhất định vào đầu 3’ của mRNA

Protein PABP gắn vào đuôi polyA giúp ổn định mRNA

và liên quan đến việc khởi đầu dịch mã

•Quá trình ghép nối (splicing) Quá trình loại bỏ các

intron và nối các exon lại với nhau

21

Quá trình gắn mũ chụp ở mRNA

(http://themedicalbiochemistrypage.org/rna.php) 22

Các giai đoạn của quá trình phiên mã ở eukaryote

5 Quá trình ghép nối RNA (RNA splicing)

•Được điều khiển bởi các trình tự đặc biệt (vị trí cắt)

ở các vùng nối intron – exon

•Ba trình tự trong vùng intron có vai trò quan trọng: trình tự GU ở đầu 5’ intron, trình tự “tẻ nhánh” giàu các base pyrimidine bao quanh một A gần đầu 3’,

Các giai đoạn của quá trình phiên mã ở eukaryote

6.Quá trình ghép nối RNA (RNA splicing) gồm 3 bước:

•mRNA được cắt ngay giữa exon 1 và đầu 5’ của intron

•Một liên kết 5’-3’ được hình thành giữa guanylate ở đầu 5’ của intron với một adenylate nằm gần đầu 3’

của intron và tạo ra cấu trúc thòng lọng.

•Điểm nối giữa exon 2 và đầu 3’ của intron được cắt

rời, intron bi loại ra và exon 1 và 2 nối lại và hình thành mRNA trưởng thành.

mRNA trưởng thành (hoạt động) sẽ ra tế bào chất

thông qua các lỗ trên màng nhân để tham gia quá

trình dịch mã.

24

Intron nhóm I và II.

Intron nhóm I

có ở các gen trong

nhân, ty thể và rRNA lục lạp

Intron nhóm II

có ở các gen của

ty thể, và mRNA lục lạp

25

Quá trình phiên mã và tạo mRNA trưởng thành ở tế bào