Bài giảng lý thuyết sinh học phân tử RNA

Trình tự các nucleotide của mRNA được quy định theonguyên tắc bổ sung với mạch DNA khuôn CODON: là một mã di truyền gồm 3 nucleotide của DNA hay mRNA quy định đặc hiệu cho một loại axit

QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ (TRANSCRIPTION)

Quá trình phiên mã

DNA : chứa chất liệu di truyền

m RNA : mang thông tin di

truyền từ DNA để tổng hợp

proteine

Sự phiên mã (Transcription) là

quá trình chuyển thông tin di

truyền từ DNA sang RNA

DNAtranscription Phiên mã RNA translation Dịch mã Protein

RNA giữ vai trò trung gian quan trọng trong sinh tổng

hợp proteine

Axit nucleic chuỗi đơn Đường Ribosome

Uracil thay thế cho Thymine Cặp base bổ sung U-A

3 loại RNA

1 RNA thông tin Messenger RNA ( mRNA)

ribosome để tổng hợp proteine

2 RNA vận chuyển Transfer RNA (tRNA)

Vận chuyển các amino axit đến ribosome

3 Ribosomal RNA (rRNA)

Là thành phần cấu tạo và cung cấp

hoạt tính enzyme của ribosome

3-5 %

15%

80%

• mRNA là một sơi đơn được tổng hợp trong quá trình

phiên mã ( transcription ) từ một sợi DNA ở trong nhân

tế bào

RNA thông tin

Trình tự các nucleotide của mRNA được quy định theo

nguyên tắc bổ sung với mạch DNA khuôn

CODON: là một mã di truyền gồm 3 nucleotide của DNA hay mRNA quy

định đặc hiệu cho một loại axit amine được đưa vào trong chuỗi polypeptide

Có 4 loại base, một codon gồm 3 base như vậy sẽ có 4 3 =64 tổ hợp codon

mRNA truyền các thông tin di truyền từ DNA

để tổng hợp proteine

Chức năng : vận chuyển các axit amine đến

ribosome

Cấu trúc :

Là một mạch đơn cuộn lại tạo nên phân tử tRNA xoắn

kép

Vị trí gắn

cặp base hình thành trong cấu trúc không gian ba chiều

tRNA

Đầu 5’luôn kết thúc

bằng guanine

Đầu 3’ luôn kết thúc với

CCA

Bộ ba nucleotides ở vị trí đối mã quy định đặc

hiệu cho một loại axit amine được t RNA vận

chuyển Mỗi loại tRNA đặc hiệu cho một loại amino axit

Anticodon :

 Là vị trí các base bắt cặp với mRNA

 Duy nhất cho mỗi loại tRNA

Có khoảng 45 loại tRNA Một axit amine có thể có nhiều codon mã

hóa ( mã di truyền suy thoái )

Cùng một loại tRNA có thể vận chuyển

Analine được mã hóa bởi ba codon khác

nhau ở base cuối trong bộ ba mã hóa

codon

analine

1 Năng lượng từ ATP

2 aminoacyl-tRNA synthetase

Hình thành các tRNA

mang a.a Hoạt hóa t RNA

Quá trình hoạt hóa enzyme mang

tính đặc hiệu

Nguyên tắc chung của quá trình phiên mã

Chỉ một mạch DNA 3’-5’ được dùng làm khuôn để phiên mã RNA RNA được tổng hợp theo chiều 5’-3’ nhờ enzyme RNA polymerase

Nucleotides chỉ được gắn vào ở đầu 3’ OH

Chỉ mạch DNA theo chiều 3’-5’

mới được dùng làm khuôn để

phiên mã

3 5 5

RNA transcript

3

3

Completed RNA transcript

Unwound DNA RNAtranscript

Template strand of DNA DNA

Kéo dài

Kết thúc

Termination site

Bắt đầu Phiên mã xảy ra

theo 3 giai đoạn

1

2

3

RNA polymerase II gắn vào đoạn khởi động ( promoter ) làm tách hai mạch DNA và dịch chuyển theo hướng 3’-5; trên DNA để tổng hợp mRNA

A Giai đoạn khởi động

Đoạn khởi động promoter

 Là một đoạn DNA chuyên biệt mà RNA polymerase

sẽ gắn vào

 Quá trình phiên mã của gen khởi đầu từ promoter

Vị trí bắt đầu cho phiên mã

Có bao nhiêu promoters trong DNA?

Có ít nhất 1 promoter cho mỗi gene để phiên

mã cho mRNA.

Promoters có vai trò như một điểm

tín hiệu cho RNA polymerase :

Khi nào bắt đầu

Với mạch DNA nào

Tổng hợp theo chiều nào

1

2

3

Giai đoạn kéo dài : RNA polymerase tháo khoảng 10

RNA polymerases không có chức năng rà soát

và sửa lỗi

RNA polymerase

RNA polymerase:

- Tách một đoạn DNA

-Tổng hợp RNA bổ sung cho mạch DNA khuôn

RNA polymerase

Các nucleotide trước khi gắn vào đầu 3’OH được hoạt hóa thành nucleoside triphosphate

Giai đoạn kết thúc (Termination) :

• Sự tổng hợp RNA tiếp tục cho đến khi polymerase

gặp một tín hiệu kết thúc

• Tại điểm kết thúc phiên mã, RNA được giải phóng

khỏi polymerase, và enzyme dời khỏi khuôn DNA -> Kết thúc quá trình phiên mã

Sự phiên mã ở Prokaryotes :

mRNA, tRNA và rRNA

 mRNA thường chứa thông tin nhiều gen nối tiếp nhau ( polycistronic mRNA)

 RNA pol gồm 5 tiểu đơn vị : 2 α , β, β’, ω

β’+ β + α + ω -> lõi

Lõi+ σ -> holoenzym.

& liên kết đặc thù với promoter ở -10 và -35

Các giai đoạn phiên mã ở prokaryote

RNApol nhận biết & gắn vào trình tự

khởi động (-35 -10) nhờ yếu tố khởi

động sigma σ

DNA được tháo xoắn liên tục theo

chiều 3’-5’ ( 17 nu)

RNApol tổng hợp mRNA theo chiều

5’-3’ Khi tổng hợp được 10nu, yếu tố

khởi động tách khỏi RNApol và sợi

RNA mới tổng hợp tách dần khỏi

mạch khuôn

Khi di chuyển đến vị trí kết thúc,

RNApol dừng phiên mã Sơi

RNA tách hẳn khởi mạch khuôn

Sự phiên mã ở Eukaryotes :

3 loại RNA polymerases với chức năng khác nhau :

RNA polymerase I tổng hợp rRNA 18S, 5,8S ,28S

RNA polymerase II tổng hợp mRNA [RNA polymerase]

RNA polymerase III phiên mã tRNAvà rRNA 5S

mRNA chứa thông tin của 1 gen (monocistronic).

Gen có tính gián đoạn : đoạn mã hóa proteine (exon) xen kẽ với đoạn

không mã hóa (intron)

Quá trình phiên mã qua 2 giai đoạn : tiền mRNA , qua xử lý 

mRNA

Gắn chóp (cap) 7-methylguanosine

Gắn đuôi poly A dài 100-200 Adenine

Tiền m-RNA được tổng hợp gồm cả exon và intron sau khi qua xử lý, các đoạn intron được cắt bỏ và các đoạn exon được nối liền lại với

nhau m RNA

Promoter của eukaryote có chứa hộp TATA sẽ

được nhận dạng bởi một tiểu đơn vị của TFIID là

TBP (TATA binding protein: protein gắnTATA)

Phức hợp TBP-DNA tạo nên một cái nền để thu

hút các TFII khác và RNA polymerase đến

promoter theo thứ tự sau:

TF II A : gắn vào TF II D

TF II B : Giúp RNA polymerase gắn vào phức hợp

TF II D & TF II A

TF II F : gắn RNA polymerase vào promotor

TF II E cho phép khởi đầu sự phiên mã

TF II H thủy phân ATP giải phóng năng lượng để

mở xoắn DNA cho sự tổng hợp mRNA

Giai đoạn khởi đầu ở Eucaryote

Có nhiều yếu tố phiên mã TF II ( transcription factor ) giúp RNA pol vào đúng vị trí trên promoter, tách hai sợi đơn của DNA ra để phiên mã được bắt đầu, và giải phóng RNA pol khỏi promoter khi phiên mã đã được khởi động xong để đi vào giai đoạn kéo dài.

Giai đoạn kéo dài :

mRNA được tổng hợp từ mạch khuôn theo chiều 5’-3’ nhờ yếu tố TF II S

Giai đoạn kết thúc :

Sự phiên mã kết thúc trước điển gắn đuôi poly A mRNA tách khỏi mạch khuôn

Biến đổi sau phiên mã ở tế bào eucaryote

Xảy ra trong nhân

Biến đổi cả hai đầu pre-mRNA

Các đoạn intron được cắt bỏ

1 Biến đổi cả hai đầu pre-mRNA

Ở đầu 3′ đuôi Poly A được gắn vào giai đoạn

kết thúc phiên mã

Trong tế bào eukaryotes, đoạn

“polyadenylation” ( AAUAAA ) ở

gần đầu 3’ cuối của pre-mRNA,

sau codon cuối cùng

Vai trò của đuôi poly A

1 Giúp mRNA thông tin đi ra khỏi nhân

2 Có vai trò quan trọng giúp mRNA bền vững

Giai đoạn cắt nối : Cắt bỏ các đoạn introns

và nối các exon

Cắt nối thay thế

 Các đoạn exons được cắt và tổ hợp lại với nhau

theo nhiều cách khác nhau

 Mã hóa nhiều proteine với trình tự và hoạt tính

Tóm tắc quá trình phiên mã mRNA

Ở tế bào eukaryote, tiền mRNA được tổng hợp như một phiên bản của gen

Gắn chóp ở đầu 5’

Phiên mã RNA kết thúc, gắn đuôi poly A ở đầu 3’ cuối

Cắt bỏ các đoạn intron ( không mã hóa)

mRNA đã trưởng thành, ra khỏi nhân đến tế bào chất và bắc đầu quá trình dịch mã tổng hợp proteine ở ribosome

Sự khác biệt trong quá trình phiên mã

1 loại RNA polymerase tổng hợp cho tất cả các loại RNA

Không có giai đoạn tiền mRNA

mRNA chưa thông tin nhiều gen

3 loại RNA pol tổng hợp cho các RNA

Phiên mã 2 giai đoạn : tiền mRNA mRNA

mRNA chưa thông tin 1 gen

Procaryote Eucaryote