Ôn tập sinh học văn bằng 2 dược

Ôn tập sinh học văn bằng 2 dược. Ôn tập sinh học văn bằng 2 dược. Ôn tập sinh học văn bằng 2 dược. Ôn tập sinh học văn bằng 2 dược. Ôn tập sinh học văn bằng 2 dược. Ôn tập sinh học văn bằng 2 dược. Ôn tập sinh học văn bằng 2 dược. Ôn tập sinh học văn bằng 2 dược.

SINH HỌC PHÂN TỬ

NHẬP MÔN

3 Học thuyết trung tâm? Giải thích sự luân chuyển thông tin trong sinh vật.

Học thuyết trung tâm:

- Học thuyết trung tâm của sinh học phân tử được phát biểu lần đầu tiên bởi FrancisCrick năm 1958 về sự luân chuyển thông tin của sinh vật

- “Thông tin trình tự khi đã chuyển sang protein thì không thể lấy ra lại được” nghĩa làthông tin không thể chuyển ngược từ protein đến acid nucleic

- Thông tin ở đây là trình tự chính xác các nucleotide của acid nucleic quy định trình tự

aa của protein

- Hình vẽ

Sự luân chuyển thông tin trong sinh vật

- Sinh vật có 3 loại phân tử mang thông tin trình tự: ADN, ARN, protein Có 5 cáchchuyển thông tin như sau:

 Giữa các phân tử ADN thông qua sự sao chép

 Từ ADN đến ARN thông qua sự phiên mã

 Từ acid nucleic đến protein nhờ sự dịch mã

 Giữa ARN đến ARN trong quá trình sinh sản của các ARN virus hay quá trình

xử lý cắt nối của ARN

 Từ ARN đến ADN trong qua trình phiên mã ngược của retro virus

- Sao chép, phiên mã và dịch mã xảy ra ở tất cả các tế bào

- Các kiểu khác chỉ xảy ra ở một số tế bào hay điều kiện đặc biệt

- Các quá trình này được nghiên cứu chi tiết trong SHPT

Bài 1: SAO CHÉP ADN

1 Phân biệt sao chép, phiên mã và dịch mã.

- Đặc điểm chung:

 Đều là các quá trình chuyển thông tin di truyền giữa các đại phân tử sinh học

 Gồm 3 giai đoạn: khởi đầu, nối dài và kết thúc

 Có sự tham gia của acid nucleic và nhiều protein

 Có điểm khởi đầu xác định

- Sao chép: chuyển thông tin giữa các phân tử ADN.

- Phiên mã: chuyển thông tin từ ADN đến ARN.

- Dịch mã: chuyển thông tin từ ARN đến protein.

2 Chức năng sinh học và điều trị của Topoisomerase

Chức năng sinh học:

- Là enzyme điều hòa trạng thái xoắn của ADN

- Topoisomerase I gắn với ADN, cắt một sợi, cho phép ADN xoắn kép quay quanh một

điểm làm mất đi sự xoắn Topoisomerase I tham gia vào quá trình tạo chạc ba ở vikhuẩn cũng được tìm thấy ở tế bào động vật

- Topoisomerase II còn gọi là gyrase tạo ra các dạng siêu xoắn âm (phải sang trái).Topoisomerase II làm mất đi vòng catena, cắt một sợi ADN kép và để phân tử ADNsợi kép còn lại xuyên qua điểm cắt, sau đó sợi kép ban đầu được nối lại

3 Nhờ vào đâu khi sao chép ADN tạo ra hai mạch mới giống mạch gốc?

- Phân tử ADN có cấu trúc sợi đôi song song ngược Hai sợi của phân tử ADN liên kếtvới nhau bằng liên kết hydro giữa các base nitơ giữa hai mạch theo nguyên tắc bổsung A-T và G-C, nghĩa là trình tự trên một mạch sẽ quyết định trình tự trên mạch kia

4 Tính trạng di truyền được qua ADN, ARN hay protein?Giải thích.

- Trong tất cả sinh vật đều có 3 loại đại phân tử có cấu tạo polymer chứa thông tin trình

tự là ADN, ARN và protein

- Trong đó thông tin di truyền có thể được lưu trữ trên ADN hoặc ARN vì thông tin trêncác phân tử này có thể lấy ra lại được, trong khi đó thông tin trên protein không thểlấy ra được

- ARN có cấu trúc mạch đơn nên khi sao chép sẽ cho phân tử con có trình tự hoàn toànkhác phân tử ban đầu, nghĩa là chứa thông tin hoàn khác, do đó không thể truyền tínhtrạng được

- Tính trạng được di truyền qua ADN vì ADN có cấu trúc xoắn kép gồm hai mạch songsong ngược gắn với nhau theo nguyên tắc bổ sung cặp A-T và G-C, do đó phân tử

ADN có khả năng sao chép thành hai phân tử mới giống hệt nhau và được chia chocác tế bào mới khi xảy ra phân bào.

5 Chứng minh cơ chế minh họa sao chép ADN qua thí nghiệm Meselson và Stahl là

cơ chế bán bảo thủ.

- Nếu tế bào Escherichia coli được cung cấp nguồn nitơ duy nhất là amoni, chúng có

thể tạo nên tất cả các nucleotide cần cho sự tổng hợp ADN Nếu nito được sử dụng làđồng vị nito nặng (N15), ADN được tạo ra sẽ nặng hơn ADN được tổng hợp bằng cáchdùng nito nhẹ (N14) Hai loại ADN nặng hay nhẹ có thể được tách ra bằng siêu ly tâmtrong thang nồng độ cesium chloride

- Trong thí nghiệm, vi khuẩn được cho phát triển vài thế hệ trong môi trường N15 đểđảm bảo cho tất cả ADN của vi khuẩn đều là loại nặng Sau đó chuyển tế bào vào môitrường có chứa N14, như là nguồn cung cấp nito duy nhất và để cho phân chia trongmôi trường N14, khi khối lượng ADN tăng lên gấp đôi, ADN được chiết ra khỏi tế bào

và được ly tâm trong thang nồng độ cesium chloride

 Nếu cơ chế bảo tồn được thực hiện, hai băng ADN phải được thấy rõ sau khi

ly tâm: một băng nguyên thủy (N15) và một băng chứa N14

 Nếu theo cơ chế bán bảo tồn thì chỉ có một băng có tỷ trọng trung gian chứa

N14.5 xuất hiện Nếu ADN được đun nóng rồi làm nguội nhanh để tách haimạch, ly tâm trên thang nồng độ cesium chloride sẽ thấy hai băng tương ứngvới ADN N15 và ADN N14

- Hình vẽ

6 Các yếu tố cần thiết cho sao chép ADN ở E.coli.

[1].Khuôn mẫu: phân tử ADN ban đầu hình thành nên sợi sớm và sợi muộn [2].Các nguyên liệu: gồm 4 loại desoxyribonucleotide triphosphat (dNTP) gồm

A,T,G và C Tiến trình này được tóm tắt bằng phương trình:

[3] Mồi (primer): bản chất là những đoạn ribonucleotide, khoảng 5-10 base đặc

hiệu để mở đầu cho sự kéo dài phân tử ADN mới sinh

[4] Enzyme ADN polymerase và Mg 2+ (đồng yếu tố của ADN polymerase)

ADN polymerase từ E.coli và retrovirus

Polymerase E.coli Vius

Chức năng Khởi đầu

sao chépADN nhân

Sửa chữa Sao chép

ADN tythể

Sao chépADN nhân

Sao chépADN nhân

[5] Các yếu tố phụ trợ khác:

Protein B Nhận biết điểm Ori (điểm bắt đầu sao chép, là một vùng gồm

254 cặp base)N-protein Cho phép primase hoạt động

Primase Tự bản thân primase không hoạt động được mà phải tạo phức

với chuỗi pp thành primosome chức năng

Primosome chức năng tạo mồi ARNRep protein Tháo xoắn sợi sớm

Helicase Tháo xoắn sợi chậm

SSB- protein Giữ cho các sợi đơn do helicase tạo ra không chập lại với

nhau, ổn định sợi ADN đơnADN polymerase III Tổng hợp ADN

Topoisomerase I Cắt khía một sợi đơn ADN, tháo xoắn ADN

Topoisomerase II Cắt khía cả hai sợi đơn ADN, tháo vòng catena

ADN ligase Nối các đầu của polynucleotide đã hoàn thành

[6] Năng lượng ATP:cung cấp năng lượng cho helicase hoạt động.

7 Đặc điểm ADN polymerase ở E.coli về hoạt tính polymer hóa 5’3’ và hoạt tính exonuclease.

- Enzyme tổng hợp mạch ADN mới trong quá trình sao chép là ADN polymerase, đây

là enzyme polymerase phụ thuộc ADN, tức sử dụng dụng ADN làm khuôn mẫu

- Ở E.coli, có 5 loại ADN polymerase gồm: I, II, III, IV và V

- Đặc điểm của ADN polymerase của E.coli

- Hoạt tính:

 Hoạt tính polymer hóa 5’3’: tất cả ADN polymerase đều dùng

desoxyribonucleotide-5’-triphosphat (dNTP) để gắn thêm mộtdesoxyribonucleotide-5’-monophosphat vào đầu 3’ hydroxyl của ADN mồi

 Hoạt tính exonuclease 3’5’: đặc tính này có ở một số ADN polymerase

như một chức năng “sửa lỗi”, nghĩa là loại bỏ nucleotide gắn sai Khả năngnày đối với mạch đơn mạnh hơn Trên mạch kép nếu có đủ dNTP, hoạt tínhtổng hợp mạnh hơn Hoạt tính này cũng tăng lên khi tăng nhiệt độ

 Hoạt tính exonuclease 5’3’: một số ADN polymerase có khả năng này có

nghĩa là loại bỏ các nucleotide hay oligonucleotide từ đầu 5’, do đó có thểphân hủy đoạn mồi hay khuôn mẫu

8 Đặc điểm ADN polymerase của tế bào nhân thật về vị trí và hoạt tính polymer hóa 5’-3’.

- Ở nhân thật có 5 loại polymerase được biết là α, β, γ, δ và ε

Chức năng Khởi đầu

sao chépADN nhân

Sửa chữa Sao chép

ADN tythể

Sao chépADN nhân

Sao chépADN nhân

- Các enzyme này có cơ chế tác động tương tự với các enzyme của tế bào nhân nguyênthủy

- Polymerase ε và δ cần cho sự sao chép của ADN nhân Polymerase ε có vai trò trongsửa chữa ADN nhân

- Polymerase α liên quan đến sự mồi (khởi đầu) sao chép

- Polymerase β cấu tạo từ một chuỗi pp đơn, đóng vai trò sửa chữa

- Polymerase γ được tìm thấy trong ty thể và chịu trách nhiệm sao chép ADN ty thể

9 Điểm khởi đầu sao chép ADN.

- Sự sao chép ADN bắt đầu tại một điểm xác định gọi là điểm gốc sao chép Ori (origin)

là đích gắn của các protein để tách hai mạch ADN và khởi đầu việc sao chép

- Ori là một trình tự ADN có đặc điểm giàu AT được nhận biết bởi các protein khởiđộng

- Ở E.coli, điểm khởi đầu sao chép là OriC gồm 254 base chứa 3 vùng giàu AT gồm 13nucleotid lặp lại và 4 vùng 9 nucleotid lặp lại

- Tế bào nhân nguyên thủy chỉ có 1 điểm Ori trên 1 phân tử ADN nst

- Tế bào nhân thật có nhiều điểm Ori trên 1 phân tử ADN nst

- Sự sao chép bắt đầu tại điểm Ori theo cả hai hướng hoặc chỉ một hướng

10 Sự sao chép ADN ở E.coli.

- Ở E.coli, quá trình sao chép bắt đầu khi protein B nhận biết được điểm khởi sự saochép (OriC)

- Các sợi ADN được tách ra tạo thành chạc ba sao chép nhờ enzyme helicase

- Quá trình tổng hợp sợi ADN mới luôn diễn ra theo hướng 5’3’, do đó khi mạch đôiADN khuôn mẫu được tách ra thành hai sợi đơn, một sợi sẽ có hướng 3’5’ có thể sửdụng làm khuôn mẫu ngay, sợi còn lại có hướng 5’3’ cần có cơ chế sao chép khác

- Sợi ADN có hướng 3’5’ sẽ được sao chép trực tiếp bởi enzyme ADN polymeraseIII Sợi con bổ sung vừa tạo ra được gọi là sợi sớm

- Sợi gốc còn lại có hướng 5’3’ không được sao chép cho đến khi một phần của sợigốc được tháo xoắn Bản sao này được gọi là sợi muộn Sợi muộn được tổng hợpbằng một quá trình sao chép không liên tục Sự sinh tổng hợp sợi muộn và sợi sớmđược điều hòa bởi sự tạo nút thắt của sợi muộn, nhờ đó sợi muộn cũng được tổng hợpcùng hướng với sợi sớm.

- Việc sao chép không liên tục tạo ra các đoạn ADN ngắn vào khoảng 1000-2000nucleotid gọi là đoạn Okazaki Các đoạn này sau đó được nối với nhau bởi ADNligase để tạo ra sợi ADN liên tục

- Đoạn mồi ARN luôn luôn cần cho sự tổng hợp ADN ADN polymerase đòi hỏi mộtđoạn ARN ngắn có đầu 3’OH tự do để bắt đầu sự tổng hợp và để gắn đượcdesoxyribonucleotid vào mạch con, bổ sung được với ADN khuôn

- Mồi ARN được tổng hợp bởi một enzyme đặc biệt có tên gọi là primase Chúng có

thể kéo dài sự khởi động chuỗi de novo Primase nhận ra trình tự đặc hiệu trên chuỗi

ADN đơn Tự bản thân primase không hoạt động được, nó phải tạo phức hợp với vàichuỗi pp để tạo thành primosome chức năng Các trình tự ARN được tạo ra bởiprimosome là những đoạn ngắn khoảng 5-10 nucleotid đặc hiệu Các protein nhậndiện được gọi là N-protein, chọn các điểm origin trên ADN, tại đó primase có thể hoạtđộng

- Các đoạn mồi ARN sẽ bị ADN polymerase I loại khỏi chuỗi ADN Enzyme này đồngthời làm nhiệm vụ lấp đầy các khoảng trống bằng các nucleotide thích hợp cho việcloại mồi Các đoạn ADN được nối lại với nhau bởi ADN ligase tạo thành sợi ADNliên tục

- Sự tổng hợp sẽ diễn ra đến khi giáp vòng (ADN vòng) hoặc đạt đến đầu mút (ADNthẳng)

11 Phân biệt sợi sớm và sợi muộn.

- Sợi sớm có hướng 3’5’ cùng chiều với hướng di chuyển của helicase và hướng vàochạc ba sao chép, do đó nó được sao chép liên tục

- Sợi muộn có hướng 5’3’ ngược chiều với chiều di chuyển của helicase và hướng rakhỏi chạc ba sao chép, do đó được tổng hợp không liên tục thành các đoạn Okazaki,các đoạn này sau đó được nối lại

12 Cơ chế để sợi dẫn và sợi muộn được tổng hợp cùng chiều.

- Các sợi ADN được tách ra và một sợi ADN có hướng 3’5’ sẽ được sao chép trựctiếp bởi enzyme ADN polymerase III Sợi con bổ sung vừa tạo ra được gọi là sợi sớm

- Sợi gốc còn lại có hướng 5’3’ không được sao chép cho đến khi một phần của sợigốc được tháo xoắn Bản sao này được gọi là sợi muộn Sợi muộn được tổng hợpbằng một quá trình sao chép không liên tục Sự sinh tổng hợp sợi muộn và sợi sớmđược điều hòa bởi sự tạo nút thắt của sợi muộn, nhờ đó sợi muộn cũng được tổng hợpcùng hướng với sợi sớm

13 Kích thước đoạn Okazaki ở tế bào nhân nguyên thủy và tế bào nhân thật.

- Prokaryote: 1000-2000 nucleotid

- Eukaryote: 40-300 nucleotid

14.Vai trò của các enzyme trong sao chép.

Protein B Nhận biết điểm Ori

N-protein Cho phép primase hoạt động

Primase Tự bản thân primase không hoạt động được mà phải tạo phức

với chuỗi pp thành primosome chức năng.

Primosome chức năng tạo mồi ARNRep protein Tháo xoắn sợi sớm

Helicase Tháo xoắn sợi chậm

SSB-protein Ổn định sợi ADN đơn

ADN polymerase III Chịu trách nhiệm tổng hợp sợi ADN mới

Topoisomerase I Cắt khía một sợi đơn ADN, tháo xoắn ADN

Topoisomerase II Cắt khía cả hai sợi đơn ADN, tháo vòng catena

ADN ligase Nối các đầu của polynucleotide đã hoàn thành

15 Mồi xuất hiện khi nào? Nhờ vào đâu? Xuất xứ?

- Đoạn mồi ARN luôn luôn cần cho sự tổng hợp ADN ADN polymerase đòi hỏi mộtđoạn ARN ngắn có đầu 3’OH tự do để bắt đầu sự tổng hợp và để gắn đượcdesoxyribonucleotid vào mạch con, bổ sung được với ADN khuôn

- Trên sợi sớm, mồi xuất hiện sau khi điểm Ori được nhận diện và ADN được tách ra

để tạo chạc ba sao chép Trên sợi muộn, mồi xuất hiện trước khi bắt đầu tổng hợptừng đoạn Okazaki

- Mồi ARN được tổng hợp bởi một enzyme đặc biệt có tên gọi là primase Chúng có

thể kéo dài sự khởi động chuỗi de novo Primase nhận ra trình tự đặc hiệu trên chuỗi

ADN đơn Tự bản thân primase không hoạt động được, nó phải tạo phức hợp với vàichuỗi pp để tạo thành primosome chức năng Các trình tự ARN được tạo ra bởiprimosome là những đoạn ngắn khoảng 5-10 nucleotid đặc hiệu Các protein nhậndiện được gọi là N-protein, chọn các điểm origin trên ADN, tại đó primase có thể hoạtđộng

16 Protein nhận diện vị trí primase cho ADN hoạt động.

Các protein nhận diện được gọi là N-protein, chọn các điểm Origin trên ADN, tại đóprimase có thể hoạt động

17 Bản chất và kích thước của đoạn mồi.

- Mồi để ADN polymerase khởi động tổng hợp ADN trong sao chép có bản chất làARN

- Kích thước của mồi khoảng 5-10 nucleotid

18 Tốc độ di chuyển của chạc ba sao chép ở E.coli và tốc độ tháo xoắn của ADN gốc.

- Sự sao chép ADN vòng tạo ra cấu trúc theta, hình thành bởi hai chạc ba sao chép xuấtphát từ một vị trí Origin Sự tổng hợp ADN được tiến hành theo cả hai chiều thuận vànghịch kim đồng hồ cùng một lúc Để tạo ra các sợi đơn ADN, hai sợi ADN gốc phảivặn xoắn (quay) Cứ mỗi 10 base được sao chép thì phân tử ADN phải vặn xoắn mộtvòng

- Chạc ba sao chép của E.coli cần phải di chuyển với tốc độ 800 base/s, đòi hỏi ADNgốc phải tháo xoắn với tốc độ 80 vòng/s Sự tháo xoắn ADN gây ra hiện tượng siêuxoắn Việc tháo xoắn sợi kép dẫn đến siêu xoắn âm (xoắn ngược chiều và làm giảm sốvòng), trong khi đó sự xoắn thêm sẽ dẫn đến siêu xoắn dương (xoắn cùng chiều, sốvòng tăng)

19 Phân biệt siêu xoắn dương và siêu xoắn âm.

- Ở trạng thái “nghỉ”, hai sợi ADN xoắn với nhau quanh trục, mỗi vòng chưa khoảng10,4-10,5 cặp base.

- Sự thêm hay bớt mức độ xoắn của ADN gây ra hiện tượng siêu xoắn

- Việc tháo xoắn sợi kép dẫn đến siêu xoắn âm (xoắn ngược chiều và làm giảm sốvòng) (xoắn từ phải sang trái)

- Sự xoắn thêm sẽ dẫn đến siêu xoắn dương (xoắn kép cùng chiều, số vòng tăng) (xoắn

từ trái sang phải)

20 Vai trò của ADN polymerase ở tế bào nhân thật.

- Ở nhân thật có 5 loại polymerase được biết là α, β, γ, δ và ε

Chức năng Khởi đầu sao chép

ADN nhân

Sửachữa

Sao chépADN ty thể

Sao chépADN nhân

Sao chépADN nhân

- Các enzyme này có cơ chế tác động tương tự với các enzyme của tế bào nhân nguyênthủy

- Polymerase ε và δ cần cho sự sao chép của ADN nhân Polymerase ε có vai trò trong sửachữa ADN nhân

- Polymerase α liên quan đến sự mồi (khởi đầu) sao chép

- Polymerase β cấu tạo từ một chuỗi pp đơn, đóng vai trò sửa chữa

- Polymerase γ được tìm thấy trong ty thể và chịu trách nhiệm sao chép ADN ty thể

- Có hai loại helicase khác nhau:

 Rep-protein gắn với ADN gốc, trực tiếp tổng hợp sợi sớm và di chuyển theohướng 3’5’

 Helicase thứ hai gắn với sợi khuôn kia để tổng hợp sợi chậm, enzyme này tạophức hợp với primase để tạo mồi ARN

Bài 2: CÁC LOẠI ARN

1 Dựa vào học thuyết trung tâm, trình bày nhiệm vụ ARN trong quá trình tổng hợp protein.

Vẽ học thuyết trung tâm

- ADN mang thông tin di truyền của tế bào nhưng bản thân nó không trực tiếp chỉ huyquá trình tổng hợp protein, vì ADN nst chỉ mang một bản sao duy nhất của mỗi gen,trong khi tế bào có hàng nghìn phân tử protein cùng loại tồn tại Mặt khác, không phảitất cả các gen đều được biểu hiện thành protein cùng lúc mà các gen khác nhau sẽbiểu hiện khác nhau tại mỗi thời điểm trong vòng đời của tế bào và tùy theo điều kiện

môi trường Do vậy, cần có cơ chế trung gian để khuếch đại thông tin di truyền từ ADN đến protein, đồng thời kiểm soát sự biểu hiện của gen theo nhu cầu của tế bào ARN đóng vai trò trung gian quan trọng này

- Từ mỗi gen có thể có nhiều bản sao ARN để chỉ huy quá trình tổng hợp protein, đồngthời vòng đời của ARN ngắn nên sự biểu hiện của gen qua trung gian ARN dễ dàngđược kiểm soát bởi nhu cầu của tế bào và điều kiện môi trường

- Ngoài vai trò trung gian trong quá trình biểu hiện gen, nhiều ARN còn có vai trò cấutrúc hay xúc tác

2 Các vai trò chủ yếu của ARN: có 4 vai trò chính:

- Trung gian chuyển thông tin di truyền từ ADN đến protein: mARN chứa trình tự

nucleotide là bản sao của gen

- Vai trò cấu trúc: rARN là thành phần cấu tạo của ribosome.

- Vai trò xúc tác: trong phản ứng cắt nối pre-mARN thành mARN xúc tác bởi phức

hợp ribonucleoprotein (RNP) có thành phần là snARN và protein

- Vai trò vận chuyển: tARN vận chuyển aa đến ribosome để tổng hợp chuỗi pp.

3 Cấu trúc chung của phân tử ARN.

- Mạch đơn polynucleotide

- Đường ribose (5C)

- Các base nito: Adenin, Guanin, Cystosin và Uracil

4 Các loại ARN trong tế bào.

- mARN – ARN thông tin

- rARN – ARN ribosome

- tARN – ARN vận chuyển

- pre- rARN (tiền rARN) là ARN được tổng hợp từ ADN, sau khi được cắt nối sẽ trởthành rARN

- pre- tARN (tiền tARN) là ARN được tổng hợp từ ADN, sau khi được cắt nối sẽ trởthành tARN

- hnARN- ARN nhân không đồng nhất, sẽ tạo mARN sau khi được cắt nối

- snARN- ARN nhân nhỏ

- scARN- ARN tế bào chất nhỏ

5. Sự khác biệt về cấu trúc giữa ADN và ARN.

ADN ARN

Mạch kép gồm hai sợi ADN xoắn

song song ngược chiều nhau

Sợi đơn ARN

Base nito: Uracil Base nito: Thymin

6 Cấu trúc, nhiệm vụ của rARN.

- Cấu trúc rARN bậc 1: có một đặc tính là có sự methyl hóa nucleotide, biến đổi bản

sao sơ cấp của rARN Sự methyl hóa này xảy ra sau khi phiên mã và được thực hiệnbởi ARN- methylase trong đó sử dụng S- Adenosyl Methionine (SAM) như là cơ chấtcung cấp methyl

 Ở tế bào nhân nguyên thủy và các bào quan, rARN thường methyl hóa ở base

mở đầu (5-methylcytosin)

 Ở tế bào chất tế bào nhân thật, rARN thường methyl hóa ở vị trí 2’ của đườngribose (2’-O-methyladenosyl)

Các vị trí của phần methyl hóa trong chuỗi rARN được lưu giữ tốt ở các loài khác nhau

- Cấu trúc rARN bậc 2: có tầm quan trọng trong việc lắp ráp ribosome và chúng được

lưu giữ tốt trong quá trình tiến hóa Nếu rARN bị biến tính thì protein không gắn kếtđược

- Cấu trúc rARN bậc 3: cấu trúc không gian 3 chiều dạng chữ L gắn vào vị trí A, P

của ribosome

Cấu trúc ribosome:

- Dựa vào hệ số lắng S (Svedberg) của ribosom khi siêu ly tâm, chia làm 3 loạiribosome khác nhau Ribosome của vi khuẩn và lục lạp có hệ số lắng khoảng 70S,ribosome của tế bào nhân thật là 80S, của ty thể động vật có vú là 50S

- Ribosome được cấu tạo gồm 2 tiểu đơn vị có chức năng và cấu trúc riêng biệt, có thểtách ra và gắn lại với nhau một cách thuận nghịch tùy theo nồng độ của Mg2+

- Thành phần cấu tạo ribosome của vi khuẩn và tế bào nhân thật

Nhân thật 80S Lớn (60S)

28S

495.8S

5S

- Các tiểu đơn vị ribosome:

 Được tổng hợp trong nhân

 Di chuyển ra tế bào chất qua lỗ nhân

 Hai tiểu đơn vị liên kết với nhau qua tế bào chất để thực hiện quá trình sinhtổng hợp protein

Vai trò của ribosome

- Tiểu đơn vị lớn: chịu trách nhiệm hình thành liên kết pp, kéo dài chuỗi pp.

- Tiểu đơn vị nhỏ: xác định aa cần gắn vào chuỗi pp, kiểm soát quá trình tương tác

giữa codon của mARN với anticodon của tARN hay nói cách khác là đọc thông tin ditruyền

7 Mối liên quan giữa cấu trúc và vai trò của rARN.

- Cấu trúc rARN bậc 1: có một đặc tính là có sự methyl hóa nucleotide, biến đổi bản

sao sơ cấp của rARN Sự methyl hóa này xảy ra sau khi phiên mã và được thực hiệnbởi ARN- methylase trong đó sử dụng S- Adenosyl Methionine (SAM) như là cơ chấtcung cấp methyl

 Ở tế bào nhân nguyên thủy và các bào quan, rARN thường methyl hóa ở base

mở đầu (5-methylcytosin)

 Ở tế bào chất tế bào nhân thật, rARN thường methyl hóa ở vị trí 2’ của đườngribose (2’-O-methyladenosyl)

Các vị trí của phần methyl hóa trong chuỗi rARN được lưu giữ tốt ở các loài khác nhau

- Cấu trúc rARN bậc 2: có tầm quan trọng trong việc lắp ráp ribosome và chúng được

lưu giữ tốt trong quá trình tiến hóa Nếu rARN bị biến tính thì protein không gắn kếtđược

- Cấu trúc rARN bậc 3: cấu trúc không gian 3 chiều dạng chữ L gắn vào vị trí A, P

của ribosome

8 Các quá trình biến đổi của pre-rARN ở tế bào Hela.

- Các pre- ARN có vài trăm bản sao và tập hợp lại tạo thành phần đầu trong một vùngnst và được xem như vùng thiết lập nhân Pre- ARN 45S là bản sao của các genrARN

- rARN 45S được biến đổi do đưa vào khoảng 110 nhóm methyl ở các nucleotide đặchiệu Hầu hết những phần được methyl hóa đều được bảo tồn ở rARN trưởng thành

- Hàng loạt diễn biến trong và ngoài nhân đã tạo ra được các tiền thể trung gian 32S và20S từ pre-rARN 45S Sau đó, pre-rARN được cắt thành 28S và 5.8S, còn 20S thành18S ( 5S được phiên mã từ một đơn vị phiên mã khác)

9 Quá trình biến đổi pre-rARN ở E.coli.

- Chuỗi rARN 5S là thành phần của đơn vị phiên mã của cả rARN 16S và rARN 23S,ngoài ra còn có chứa 2 chuỗi tARN hay nhiều hơn

- Từ rARN 30S, quá trình xử lý xảy ra bởi các enzyme:

 ARNase III cắt rARN 16S và rARN 23S

 ARNase E và M5 cắt rARN 5S

 ARNase P và F cắt tARN

10 Cấu trúc chung của tARN.

- Chiều dài: khoảng 73-93 nucleotid

- Một mạch cuộn lại thành cấu trúc “lá chẻ ba” gồm:

[1].Đầu tận cùng 5’P

[2].Nhánh gắn aa

 Các nucleotide đầu tận cùng 3’ có –OH tự do để gắn aa

 Các cặp base có thể không theo trình tự bổ sung

[3].Đuôi CCA: trình tự CCA tại 3’ giúp enzyme nhận biết tARN khi dịch mã

Vai trò của tARN:

- Tương tác với enzyme aminoacyl-tARN synthetase đặc hiệu

- Nhận biết các yếu tố nối dài

- Vận chuyển aa đến ribosome để thực hiện quá trình sinh tổng hợp protein

- Nhận diện codon-anticodon

11 Sự biến đổi pre-tARN ở E.coli.

- Các tARN được tách ra từ những phân tử ban đầu dài hơn nhờ một số phản ứng xử lí

- Quá trình cắt nối thủy giải đầu tiên của bản sao sơ cấp được xúc tác bởi ARNase P,tạo các đầu tận cùng 5’ của phân tử tARN

ARNase là một enzyme, gồm một ARN có 375 nucleotid và một protein có trọng lượng phân tử 20.000 Trong điều kiện sinh lí, cả hai thành phần protein và ARN đều cần những yếu tố hoạt động, nhưng khi nồng độ Mg2+ cao thì chỉ có thành phần ARN có hoạt tính xúc tác.

- tARN có trình tự cuối CCA-OH ở đầu 3’, phiên mã từ các base bổ sung có trongADN của nst, kết hợp endonuclease và exonuclease

- Một số phản ứng trong nhân và biến đổi base tạo nên tARN hoàn chỉnh

12 Các giai đoạn biến đổi pre-tARN.

Ở tế bào nhân nguyên thủy (E.coli) : câu trên.

Ở tế bào nhân thật (quá trình biến đổi của tARNTyr ở nấm men), tARN đều được

tách ra từ những phân tử ban đầu dài hơn nhờ một số phản ứng xử lí :

- Loại bỏ intron ở vòng đối mã

- Cắt trình tự ở đầu 5’ bằng ARNase.

- Trình tự cuối CCA-OH ở đầu 3’ được thêm vào sau khi phiên mã, nhờ enzyme tARNnucleotidyl transferase xúc tác bổ sung

- Một số phản ứng trong nhân và biến đổi base tạo nên tARN hoàn chỉnh

 Cơ chế quá trình cắt nối tARN ở nấm men:

- ARN endonuclease (ARNse) cắt tiền tARN tại hai đầu của intron, tạo nhóm 5’ OH và2’3’P vòng

- 2 nửa phân tử tARN cùng tồn tại nhờ liên kết H

- Pi từ GTP gắn vào nhóm 5’OH của đầu 3’ exon nhờ enzyme GTP kinase

- Vòng 2’3’P được mở nhờ enzyme cyclic phosphodiesterase (là một phần của phảnứng kết nối), giải phóng 2’Pi

- 2 nửa phân tử tARN sau đó liên kết với nhau nhờ enzyme ARN ligase

- Phophatase loại bỏ 2’Pi

13 Cấu trúc của mARN ở tế bào nhân nguyên thủy và tế bào nhân thật.

mARN mang thông tin quy định trình tự protein đến ribosome, nó được tổng hợp khienzyme ARN polymerase tiếp xúc với trình tự promoter của gen mã hóa cho protein trên phân tửADN

Cấu trúc mARN: Phân tử mARN gồm 3 phần:

1 Vùng 5’ không mã hóa (5’ UTR- untranslated region)

2 Vùng mã hoá chứa trình tự mã hóa cho protein : Vùng này bắt đầu bằng codonkhởi đầu và tận cùng bằng codon kết thúc

- Ở tế bào nhân thật vùng mã hóa là monocistron, có các trình tự không mã hóa(intron) nằm xen kẽ với các trình tự mã hóa (exon)

- Ở tế bào nhân nguyên thủy vùng mã hóa là polycistron, giữa các operon có “vùngxen giữa”

3 Vùng 3’ không mã hóa (3’ UTR)

Hình vẽ

Cấu trúc tiền mARN của tế bào nhân thật

Ở tế bào nhân thật có mang chóp 5’ để bảo vệ phân tử ARN không bị cắt liên kếtphosphodiester do các phân tử hydro lân cận và là tín hiệu cho ribosome nhận biết để gắn vàokhi dịch mã, đuôi poly A gắn vào đầu 3’ có chức năng tương tự chóp 5’ trong việc bảo vệ phân tửARN và gắn với ribosome Do vậy, thời gian bán hủy được kéo dài và lượng protein được tổnghợp cũng nhiều hơn Ngoài ra, đầu 3’ cũng có vai trò trong việc vận chuyển mARN từ nhân ra tếbào chất

Các trình tự 5’UTR và 3’UTR được phiên mã từ sợi ADN, giúp phân tử ARN tồn tại lâu hơntrong tế bào trước khi bị thoái hóa, do vậy sẽ tổng hợp được nhiều protein hơn Nếu không cócác đoạn UTR, ARN sẽ bị thoái hóa nhanh hơn và lượng protein sản xuất sẽ ít hơn Hơn nữa,trình tự UTR có thể thúc đẩy quá trình dịch mã hiệu quả hơn

14.Sự khác biệt giữa cấu trúc của mARN ở tế bào nhân nguyên thủy và tế bào nhân thật Ý nghĩa của sự khác biệt này.

- mARN là polycistronic

- Hầu như không bị biến đổi

- Dịch mã xảy ra ngay khi đang

phiên mã

- mARN có tuổi đời ngắn (2 phút)

- mARN là monocistronic( intron xengiữa các exon)

- Pre-mARN bị biến đổi:

- mARN có tuổi đời dài (30 phút-24h)

Ý nghĩa của sự khác biệt này:

- Ở tế bào nhân thật, cấu trúc gen phức tạp nên cần có các đoạn intron độn để giảmthiểu đột biến Ở tế bào nhân nguyên thủy, cấu trúc gen đơn giản hơn và có thể chịuđược các đột biến nhỏ

- Ở tế bào nhân nguyên thủy, quá trình phiên mã và dịch mã xảy ra đồng thời vì khôngqua gian đoạn cắt nối Ở tế bào nhân thật, sau khi phiên mã tạo pre-mARN, pre-mARN này phải trải qua gia đoạn biến đổi (loại bỏ intron, gắn đuôi, gắn chóp, methylhóa), sau đó di chuyển ra tế bào chất để tham gia phiên mã

- So với tế bào nhân nguyên thủy, quá trình phiên mã và dịch mã ở tế bào nhân thật

kéo dài hơn và có sự khác biệt về không gian (phiên mã ở trong nhân, dịch mã trong

tế bào chất) Do đó, ở tế bào nhân thật có mang chóp 5’ để bảo vệ phân tử ARN không

bị cắt liên kết phosphodiester do các phân tử hydro lân cận và là tín hiệu choribosome nhận biết để gắn vào khi dịch mã, đuôi poly A gắn vào đầu 3’ có chức năngtương tự chóp 5’ trong việc bảo vệ phân tử ARN và gắn với ribosome Do vậy, thờigian bán hủy được kéo dài và lượng protein được tổng hợp cũng nhiều hơn Ngoài ra,đầu 3’ cũng có vai trò trong việc vận chuyển mARN từ nhân ra tế bào chất

15 Các quá trình biến đổi ở mARN của tế bào nhân thật.

Ở tế bào nhân thật, sau khi mARN được tổng hợp tại nhân, chúng phải trải qua 3 giaiđoạn “hậu phiên mã”

1 Giai đoạn gắn chóp: đầu tiên, nhóm triphosphate tại đầu 5’ của phân tử ARN mới

tổng hợp sẽ bị cắt nhờ enzyme phosphohydrolase cắt liên kết γ-phosphodiester, loại

bỏ α và β phosphate Tiếp theo, enzyme guanyltransferase gắn guanine và αphosphate vào β phosphate của đầu 5’ bằng liên kết 5’-5’ triphosphate Sau đó, vị tríN-7 của guanine sẽ bị methyl hóa do enzyme guanine-7-methyltransferase Cuốicùng, enzyme 2’-O-methyltransferase sẽ methyl hóa vị trí 2’ của đường ribose

Phản ứng methtyl hóa chóp có thể xảy ra theo 1 trong 3 cách:

a Chóp 0: nhóm methyl gắn vào vị trí G7 do enzyme guanine-7-methyltransferase xúctác Phản ứng này xảy ra ở tất cả mARN tế bào nhân thật

b Chóp 1: nhóm methyl gắn vào vị trí 2’-OH đường ribose của nucleotide đầu tiên.Phản ứng do enzyme 2’-O-methyltransferase xúc tác Phản ứng này xảy ra ở hầu hếtmARN tế bào nhân thật.

c Chóp 2: phản ứng methyl hóa tương tự xảy ra ở nucleotide thứ 2 với tỷ lệ 10-15%.Quá trình này bảo vệ phân tử ARN không bị cắt liên kết phosphodiester do các phân tửhydro lân cận và là tín hiệu cho ribosome nhận biết để gắn vào khi dịch mã

2 Giai đoạn gắn đuôi polyA vào đầu 3’: Ở động vật có vú khoảng 50-250, còn ở nấm

men khoảng 150 nucleotid Adenin được gắn và đầu 3’ Đuôi poly A gắn vào mARN có trình tự nhận diện AAUAAA Quá trình này do enzyme poly A polymerasexúc tác

pre-Chức năng đuôi poly A tương tự chóp 5’ trong việc bảo vệ phân tử ARN và gắn vớiribosome Do vậy, thời gian bán hủy được kéo dài và lượng protein được tổng hợp cũngnhiều hơn Ngoài ra, đầu 3’ cũng có vai trò trong việc vận chuyển mARN từ nhân ra tếbào chất

3 Cắt nối: cắt bỏ các intron và nối các exon lại thành ARN trưởng thành Xúc tác cho

quá trình này là các phức hợp ribonucleoprotein hoặc một số bản sao là ARN tự cắtnối Có 4 cơ chế cắt nối khác nhau:

o cắt nối pre-mARN theo nguyên tắc GU-AG

o cắt nối pre-mARN nhờ spliceosome

o tự cắt nối

o cắt nối chéo

16 Cấu trúc, vai trò của các ARN nhân nhỏ và ARN tế bào chất nhỏ.

- snARN (ARN nhân nhỏ) và scARN (ARN tế bào chất nhỏ) phức hợp với các proteinđặc hiệu tạo nên các hạt ribonucleoprotein (RNP) được gọi là snRNP hoặc scRNP

- Vai trò của snRNP:

 Việc biến đổi pre-ARN thành ARN được thực hiện với sự tham gia của nhữngphân tử nhỏ là các spliceosom, đó chính là các snRNP

 U1 và U2 có vai trò trong việc sửa đổi hnARN thành mARN hoàn chỉnh

 U3 có vai trò trong sửa đổi pre-rARN thành rARN tế bào chất

 Các ARN có khả năng xúc tác được gọi là ribozyme

17 Trình bày quá trình cắt nối pre-mARN theo nguyên tắc GU-AG.

Nguyên tắc GU-AG (xác định các đầu của intron):

- GU luôn tận cùng đầu 5’ của intron: vị trí cho

- AG luôn tận cùng đầu 3’ của intron: vị trí nhận.

- Vị trí nhánh UACUAAC ở nấm men hay một trình tự chung ít bảo tồn hơn ở cácintron của động vật có vú cũng là yếu tố cần thiết

Quá trình cắt nối pre-mARN theo nguyên tắc GU-AG: gồm 2 phản ứng chuyển nhóm ester:

- Phản ứng 1: phản ứng ở đầu 5’ của intron, liên quan đến sự hình thành một thòng lọngnối giữa đầu GU của intron qua liên kết 5’-2’ với Adenin ở thứ 6 của vị trí nhánh

- Phản ứng 2: đầu 3’OH của exon lúc này sẽ tấn công vị trí cắt nối 3’ (vị trí nhận), saocho các exon được nối lại và intron được phóng thích dưới dạng thòng lọng Thònglọng sau đó được mở và intron bị phân hủy

18 Trình bày quá trình cắt nối pre-mARN nhờ spliceosome.

Spliceosome (thể cắt nối): là một phức hợp chứa khoảng 40 protein qui định cắt nối và

5snARN tạo thành 5 snRNP (phức hợp ribonucleoprotein) Các snRNP gồm có U1, U2,U5 và U4/U6 chứa snARN U1, U2, U4, U5, U6 Chúng nhận diện các trình tự exon-intron để loại bỏ intron và nối exon lại với nhau Cấu trúc này ổn định ở các tế bào nhânthật

Quá trình cắt nối pre-mARN nhờ spliceosome

- snRNP U4 và U6 kết hợp với nhau, chưa gắn lên pre-mARN

- snRNP U5 kết hợp với U4/U6 tạo phức hợp 3 tiểu đơn vị

- snRNP U1 gắn vào vị trí cho của intron (5’)

- snRNP U2 tạo liên kết hydro với vị trí nhánh của intron

- snRNP U1 tương tác với snRNP U2, giúp vị trí cho và vị trí nhánh lại gần nhau

- Phức hợp snRNP U5/U4/U6 gắn lên U1 và U2: snRNP U5 gắn với vị trí cho củaintron và U4/U6 gắn với U2 (U4 gắn với U6 bằng phản ứng bắt cặp ARN-ARN nhằmgiữ U6 không bắt cặp với U2) tạo thành spliceosome, chứa tất cả các thành phần cầnthiết cho sự cắt nối

- snRNP U1 được phóng thích cho phép snRNP U6 tương tác với vị trí cắt nối 5’.snRNP U4 tách khỏi U6, snRNP U6 có thể bắt với U2 để tạo trung tâm xúc tác, xúctác phản ứng cắt liên kết intron-exon, tách intron ra và nối 2 exon lại với nhau

19 Trình bày và so sánh kiểu cắt nối intron nhóm I và intron nhóm II.

Các intron nhóm I và II được tìm thấy ở vi khuẩn và các bào quan có khả năng tự cắt nối,nghĩa là hoạt tính xúc tác được quy định sẵn trong trình tự chính intron do đó không cần đến cácsnRNP Intron nhóm I và II sẽ gấp lại (có thể có sự hỗ trợ của protein hay không) tạo cấu trúc bậchai có hoạt tính xúc tác (ribozyme)

Nhóm intron I: nhóm –OH ái nhân của phản ứng chuyển nhóm ester thứ nhất được cung

cấp bởi Guanin tự do Quá trình này xảy ra ở gen rARN của tế bào nhân thật bậc thấp vànấm

Nhóm intron II: nhóm –OH OH ái nhân của phản ứng chuyển nhóm ester thứ nhất từ

Adenin có trong mạch nhánh của intron, cũng sử dụng thòng lọng làm trung gian nhưtrong intron nhân, tương tự cơ chế cắt nối bằng spliceosome nhưng được xúc tác bởi cácintron ARN

20 Phản ứng tự cắt nối ở mARN.

Các intron nhóm I và II được tìm thấy ở vi khuẩn và các bào quan có khả năng tự cắt nối,nghĩa là hoạt tính xúc tác được quy định sẵn trong trình tự chính intron do đó không cần đến cácsnRNP Intron nhóm I và II sẽ gấp lại (có thể có sự hỗ trợ của protein hay không) tạo cấu trúc bậchai có hoạt tính xúc tác (ribozyme)

Nhóm intron I: nhóm –OH ái nhân của phản ứng chuyển nhóm ester thứ nhất được cung

cấp bởi Guanin tự do Quá trình này xảy ra ở gen rARN của tế bào nhân thật bậc thấp vànấm

Nhóm intron II: nhóm –OH OH ái nhân của phản ứng chuyển nhóm ester thứ nhất từ

Adenin có trong mạch nhánh của intron, cùn sử dụng thòng lọng làm trung gian nhưtrong intron nhân, tương tự cơ chế cắt nối bằng spliceosome nhưng được xúc tác bởi cácintron ARN

Các intron này tuân theo nguyên tắc GT-AG, nhưng tạo thành một cấu trúc thứ cấp để

giữ vị trí cắt nối đang phản ứng trong sự ghép nối thích hợp

21 Trình bày quá trình cắt nối chéo.

mARN ở một số sinh vật là sản phẩm do nối các exon từ hai hay nhiều pre-ARN khácnhau, gọi là cắt nối chéo, liên quan đến phản ứng giữa SL ARN nhỏ và pre-mARN SL ARNtương tự với U1 snARN và có thể kết hợp vai trò cung cấp exon (tiểu exon) và chức năng U1

Cơ chế:

- Vị trí nhánh A liên kết với vùng 3’ của ARN dẫn, giải phóng tiểu exon

- Đầu 3’ của tiểu exon tự do liên kết với đầu 5’ của exon mã hóa, cắt bỏ đoạn nhánhchứa vùng 3’ của ARN dẫn và vùng 5’ mã hóa của bản sao nguyên thủy

Hình vẽ

Bài 5: QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ

1 Cấu tạo của các tiểu đơn vị ribosome ở tế bào nhân nguyên thủy và tế bào nhân thật.

- Ribosome là xưởng tổng hợp protein của tế bào

- Có sự khác nhau trong cấu tạo và kích thước giữa các giới sinh vật, nhưng đều gồm 2tiểu đơn vị : tiểu đơn vị lớn và tiểu đơn vị nhỏ

- rARN trong ribosome có cấu trúc không gian phức tạp do nhiều đoạn bắt cặp vớinhau nhờ có trình tự nucleotide bổ sung

- Khi không thực hiện tổng hợp protein, mỗi tiểu đơn vị tồn tại tách rời trong tế bàochất

- Khi có ribosome hoàn chỉnh, gồm một tiểu đơn vị lớn và một tiểu đơn vị nhỏ mới có

- Ở tế bào nhân thật, quá trình phiên mã và biến đổi pre-mARN thành mARN trưởngthành diễn ra trong nhân, sau đó mARN di chuyển ra tế bào chất tham gia dịch mã

- Ribosome 70S nhân nguyên thủy :

 Tiểu đơn vị lớn 50S: gồm 2 phân tử rARN (23S và 5S) và 31 phân tử protein

 Tiểu đơn vị nhỏ 30S: gồm 1 phân tử rARN (16S) và 21 phân tử protein

 Có ở cả nhân nguyên thủy lẫn nhân thật

 Khi ribosome đầu tiên dịch mã mARN được một đoạn, các ribosome khác cóthể tiếp tục gắn vào phía trước để dịch mã

 Khoảng 15-20 ribosome có thể gắn cùng lúc trên mARN

 Các ribosome xếp thành chuỗi trên mARN tạo nên cấu trúc polyribosome haycòn gọi là polysome

2 Quá trình phiên mã và dịch mã diễn ra như thế nào? (hỏi thầy)

- Ở tế bào nhân nguyên thủy: phiên mã và dịch mã diễn ra đồng thời.

- Ở tế bào nhân thật: phiên mã và biến đổi sản phẩm trong nhân rồi mARN trưởng

thành đi ra tế bào chất để dịch mã

3 Cấu trúc cuả mARN hoàn chỉnh ở tế bào nhân nguyên thủy và tế bào nhân thật.

Thông tin di truyền là một trình tự thẳng của các base nucleotide tạo thành các codon trênmARN trong đó lần lượt chứa các vùng sau:

- Vùng không mã hóa ở đầu 5’ được gọi là trình tự dẫn bao gồm một trình tự bổ sungvới rARN của ribosome để gắn ribosome vào mARN Các trình tự dẫn đầu 5’ rất khác