tài liệu quá trình phiên mã

Đặc điểm • Sự phiên mã tạo ra phân tử ARN bổ sung với một sợi AND • Enzym tham gia vào quá trình phiên mã: ARN polymerase, dịch chuyển từng bước dọc theo ADN khuôn và kéo dài chuỗiARN th

Bài 3 QÚA TRÌNH PHIÊN MÃ

1 Đặc điểm

• Sự phiên mã tạo ra phân tử ARN bổ sung với một sợi AND

• Enzym tham gia vào quá trình phiên mã: ARN polymerase,

dịch chuyển từng bước dọc theo ADN khuôn và kéo dài chuỗiARN theo hướng từ 5’-> 3’

• Sự phiên mã chỉ sao chép chọn lọc một số phần của genome

-> đơn vị phiên mã: gồm một hoặc nhiều gen, có những

trình tự ADN đặc hiệu để khởi đầu (promoter) và kết thúcphiên mã

• Chỉ một trong hai sợi đơn của phân tử ADN được dùng làm

khuôn

• Sự phiên mã được khởi phát không cần mồi: ARN

polymerase có thể khởi đầu sự tổng hợp ARN trên khuônmẫu ADN

Đơn vị phiên mã

2 Quá trình phiên mã ở tế bào Prokaryota

2.1 Các yếu tố tham gia:

• AND khuôn (gen)

• NTP: 4 loại (ATP, GTP, CTP, UTP)

• RNA polymease:

– Chỉ có 1 loại ARN polymease

t.hợp cả 3 loại ARN: mARN,rARN, tARN

– σ: giúp ARN pol nhận biết và

liên kết đặc thù với promoter ở

-10 và -35

Cấu trúc của enzyme ARN polymease

2.2 Diễn biến: a Khởi đầu

• RNA pol+σ -> holoenzym -> gắn vào Promoter

• RNA poly: nhận biết và gắn một cách lỏng lẻo vào trình tự hộp -35

• Hộp -10 tháo xoắn dần-> sợi đơn DNA “mở" dưới dạng tự do, làm khuôn để sinh tổng hợp RNA

• 2 NTP đầu tiên mang đến vị trí bắt đầu được hoạt hóachúng xếp hàng trên khuôn và lk với nhau bằng lk phosphodiester

nhờ enzyme RNA polymerase -> đầu 5’ của mRNA được giải phóng

Giai đoạn khởi đầu

• Sợi RNA mới sẽ tách dần khỏi mạch khuôn DNA

Quá trình tổng hợp mARN

c Kết thúc

• 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

c Kết thúc Kết thúc phiên mã do hình thành cấu trúc kẹp tóc

 Điểm kết thúc là những trình

tự đặc biệt gồm

 Hai trình tự đối xứng giàu

GC và bổ sung cho nhau

 tạo cấu trúc kẹp tóc 

phá vỡ phức hợp kéo dài,

mở kênh thoát cho RNA

khỏi phức hợp hoặc phá

vỡ liên kết giữa RNA với

khuôn mẫu DNA

Kết thúc phiên mã do hình thành cấu trúc kẹp tóc

c Kết thúc

Kết thúc phiên mã nhờ yếu tố Rho

- Rho là protein hình nhẫn, gồm 5 tiểu đơn vị giống nhau

- Rho chịu trách nhiệm dừng phản ứng tại những vị trí đặc hiệu:

có cấu trúc kẹp tóc nhưng sau đó không có chuỗi poly A

- Rho có hoạt tính helicaza, làm cắt đứt liên kết giữa AND và ARN làm dừng phản ứng tổng hợp ARN

Các giai đoạn của quá trình phiên mã

Mở đầu

Kéo dài

Kết thúc

2 Quá trình phiên mã ở Eucaryota

2.1 Đặc điểm:

• Emzym RNA polymease: 3 loại, mỗi loại tham

gia phiên mã tạo các RNA khác nhau

• Hoạt động cùng các yếu tố phiên mã

RNA Polymerase I rRNA nucleolus

RNA Polymerase II mRNA nucleoplasm

RNA Polymerase III tRNA nucleoplasm

2.2 Các giai đoạn:

a Khởi đầu

Có sự tham gia của nhiều nhân

tố khởi đầu phiên mã:

• TFIID nhận biết và gắn vào

• 1ATP thủy phân giải phóng

năng lượng -> tách sợi DNA

kép thành 2 sợi đơn (trạng

thái mở)

• TFIIE cho phép khởi động

phiên mã

b Giai đoạn kéo dài

• Được tiến hành bởi

enzim ARN pol II với sự

tham gia của nhân tố

TFIIS

• ARN pol II đính từng nu

một vào đầu OH của C3’

của đường ribose và

chuỗi mRNA sẽ kéo dài

từ đầu 5’ - > 3’

c Kết thúc

• Phản ứng được dừng lại sau khi ARN polymerase vượt qua

vị trí đặc biệt AATAAA (polyA: 0,5 - 2kb)

• mARN lúc này là mARN chưa hoàn thiện, cần có quá trình hoàn thiện trước khi ra tế bào chất để tham gia dịch mã.

2.4 Quá trình hoàn thiện mRNA

• Biến đổi tiền mARN thành mARN hoạt động, thực hiện ở trong nhân

• Các bước: Gắn mũ 7-methylguanosine, gắn đuôi polyA, cắt nối intron-exon

a Gắn mũ

• Xảy ra ngay sau khi bắt

đầu phiên mã được

b Gắn đuôi polyA

 Khi RNA pol II di chuyển đến cuối gengặp trình tự đặc hiệu(PolA)Enzyme CPSF + CstF đến gắn vào đoạn RNA nàyhút các protein khác tập trung tại đây:

 Enzym polymerase (PAP) gắn 200 - 250 A vào đầu 3’

Poly A

 Enzym RNA pol tiếp tục tổng hợp thêm 1 đoạn nucleotide(10-200N)  enzim rời khỏi khuôn, đoạn RNA tổng hợpthêm sẽ bị phân giải

 Vai trò: Ổn định các mARN và tham gia vào quá trình vậnchuyển mARN từ trong nhân ra tế bào chất

c Quá trình cắt nối: loại bỏ intron, nối exon

 Thực hiện nhờ phức hệ spliceosome: snRNA + Protein

 Intron có 3 vị trí quan trọng: vị trí cắt nối đầu 5’ và đầu 3’ Vị trí phân nhánh gần đầu 3’(giàu GC và có A ở trung tâm)

 Bước 1: ARNm được cắt chính xác tại điểm nối giữa exon 1

và đầu 5’ của intron (↓GT intron)

 Bước 2: Hình thành nên liên kết 5’-> 2’ phosphodiester giữa

vị trí 5’ của G tại điểm cắt với nu A bảo thủ nằm gần đầu 3’ trong intron tạo cấu trúc “thòng lọng”

 Bước 3:

 Điểm nối giữa exon 2 và đầu 3’ của intron được cắt rời,

Intron được loại ra

 2 exon nối lại với nhau bằng lk phosphodiester, dạng thòng lọng được giải phóng ra

 Quá trình cắt nối theo đúng trật tự từ đầu 5’-3’ tạo thành phân

Quá trình cắt nối: loại bỏ intron, nối exon

Bài 4 Quá trình dịch mã

(Tổng hợp Protein)

1.3 rRNA

• Ribosome: rRNA + Pr: là

một thành phần quan trọng

trong bộ máy dịch mã

• Mang 3 vị trí tương tác với

tRNA và một vị trí với mRNA

– A: tiếp nhận tRNA mang

aa mới

– P: giữ tRNA mang chuỗi

polypeptit đang được tổng

hợp

– E: liên kết với tRNA đã

chuyển giao aa, chuẩn bị

2 Quá trình dịch mã

2.1 Hoạt hóa axit amin:

 mỗi aa được gắn vào tARN thích hợp nhờ một enzyme aminoacyl- tARN synthetase đặc thù Quá trình xảy ra như sau:

Các aa được cung cấp năng lượng từ ATP trở thành aa hoạt hoá

 aa hoạt hoá dưới xúc tác của enzim gắn vào tARN, tạo thành phức hợp tARN-aminoacyl

2.2 Quá trình dịch mã:

Giai đoạn khởi động

Giai đoạn kéo dài

Giai đoạn kết thúc

2 Quá trình dịch mã

a Khởi động (tiếp)

• Tham gia của nhiều nhân tố khởi động (Initiation factor – IF)

• Bắt đầu tổng hợp từ codon AUG (mã hóa Met) nằm trên

mRNA

• Có 2 loại tRNA:

– tRNAMet: kết hợp với AUG nằm giữa mRNA

– tRNAiMet: kết hợp với AUG khởi đầu, gắn Met đầu tiên vào chuỗi polypeptit

• Các bước:

– Tiểu phần Rbs nhỏ bám vào mRNA: lk bổ sung giữa rRNA16S với TT đầu 5’UTR của mRNA (Shine-Dalgarno ở SV Prokaryota) -> dò tìm mã khởi đầu (AUG)

– Met – tRNAi Met mang Met đến, Anticodon của Met-ARNti met bắt cặp với

Khởi động dịch mã ở SV Prokaryota

• Met đầu tiên bị khóa

(formyl-Met)

• Quá trình hình thành phức hợp

khởi đầu sự tham gia của 3

nhân tố 3 nhân tố khởi động là:

IF-1, IF-2 và IF-3 và GTP để

cung cấp năng lượng.

• Tiểu phần Rbs nhỏ gắn vào

mARN nhờ tương tác cặp bổ

sung giữa trình tự bazơ gần đầu

3’ của 16S rRNA với trình tự

bazơ ở đoạn 5’UTR của mRNA

phía trước mã khởi đầu AUG

Khởi đầu dịch mã ở SV Eukaryota

• Met đầu tiên không bị khóa

• mRNA của SV nhân chuẩn không có vị trí liên kết Rbs Thay vào đó

là cấu trúc mũ Cap ở đầu 5’.

• Protein gắn mũ (một trong những tiểu đơn vị của eIF4) liên kết với

mũ của mRNA

• Nhân tố eIF2 liên kết với codon khởi đầu Met-tRNA, nhân tố eIF3 liên kết với tiểu phần nhỏ của ribosome (40S) và nhân tố eIF4 liên kết với mRNA (thông qua protein bám mũ).

• -> Lắp ráp tạo thành phức khởi đầu.

• Tiểu đơn vị 40S di chuyển dọc theo mRNA từ đầu 5’ cho đến khi tìm thấy codon mở đầu (QT rà soát (quét)).

• Xungg quanh codon khởi đầu AUG có TT bảo thủ (GCCRCCAUGG (R=A hoặc =G)) Nếu trình tự xung quanh của nó khác quá xa trình

tự bảo thủ thì 1 AUG có thể bị bỏ qua.

• Khi một AUG phù hợp đã được định vị, eIF5 cần thiết để cho phép

Khởi đầu dịch mã ở Eukaryota

Giai đoạn khởi đầu

• Bước 1: Phức aminocyl-ARNt mới tương tác với vị trí A: 3

Nu của anticodon trên tARN tạo cặp bổ sung với 3 Nu của

codon trên phân tử mARN

• Bước 2: Hình thành cầu nối peptít: aa đã được gắn tARN ở

vị trí P được tách ra và gắn với aa trên tARN ở vị trí A = liên kết peptit: hình thành giữa nhóm cacboxyl của aa ở vị trí P với

nhóm amin của aa ở vị trí A nhờ enzim peptydyl transferase

• Bước 3: Sự chuyển dịch: mRNA chuyển dịch -> tARN ở vị trí

P chuyển đến vị trí E và tARN ở vị trí A chuyển đến vị trí P và vị trí A sẵn sàng tiếp nhận một aminoacyl – tARN mới Cần sự

tham gia của EF-G có hoạt tính thủy phân GTP

Quá trình này được lặp lại cho đến khi gặp phải dấu hiệu kết thúc dịch mã

So sánh quá trình dịch mã ở sinh vật Prokaryota

và Eukaryota

thời Không có mũ Cap ở đầu 5’ của

mARN

Có mũ Cap ở đầu 5’ của mARN

Codon khởi đầu nằm ngay sau vị trí

gắn Rbs

Không có vị trí gắn Rbs ở trước mã khởi đầu AUG

4 Cải biến sau dịch mã

Pr sau dịch mã được biến đổi tiếp để trở thành dạng hoạt động

• Ở VK:loại bỏ gốc formyl của Pr

• Loại bỏ một vài aa đầu tiên nhờ enzyme amino peptidase

• Gắn thêm đường vào Pr (giúp định hướng di chuyển và hđ của Pr)

• Gắn gốc phosphat vào Pr bởi enzyme kinase

• Hình thành các liên kết disulphate (S - S) giữa các

polypeptide tạo thành một Pr phức hoặc enzyme phức

hoạt động

• Cắt bỏ một đoạn polypeptide:

– Loại bỏ peptide di chuyển

– Loại bỏ trình tự tín hiệu của protein giúp chúng tiến vào mạng lưới nội chất hạt (ER)

– Cắt bỏ polypeptide để tăng hoạt tính của enzyme