mục lục axxitnucleic và sinh tổng hợp prôtêin mục lục đặt vấn đề trang 3 nội dung trang 5 a acid nuclêic trang 5 i acid đêôxiribô nuclêic trang 5 1 thành phần và cấu trúc hóa học của adn trang 5 1 1 t

Học thuyết trung tâm của sinh học phân tử ra đời đã mở ra một giai đoạn mới, cho thấy rõ thông tin di truyền trên ADN được hiện thực hoá qua các quá trình phiên mã và dịch mã để tổng hợp[r]

MỤC LỤC

Đặt vấn đề Trang 3Nội dung Trang 5

A Acid Nuclêic Trang 5

I Acid Đêôxiribô Nuclêic Trang 5

1 Thành phần và cấu trúc hóa học của ADN Trang 5 1.1 Thành phần hóa học Trang 5 1.2 Mô hình xoắn kép ADN của Watson-Cric Trang 7

2 Điểm khác nhau về cấu trúc phân tử ADN của Prôcaryote và

Eucaryote Trang 8

3 Tính ổn định của ADN Trang 8 3.1 Sao chép ADN Trang 8 3.2 Cơ chế sữa sai Trang 14

4 Các biến đổi của ADN Trang 15

II Acid Ribonuclêic Trang 17

B Sinh tổng hợp prôtêin Trang 22

I Cấu trúc và chức năng của prôtêin Trang 22

1 Cấu trúc của prôtêin Trang 22

2 Chức năng của prôtêin Trang 23

II Quá trình sinh tổng hợp prôtêin Trang 24

1 Vai trò của các yếu tố Trang 24

2 Các giai đoạn của quá trình sinh tổng hợp prôtêin Trang 27Kết luận Trang 20Tài liệu tham khảo Trang 31

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay chúng ta đang sống trong một thời đại, thời đại của sự phát triểnvượt bậc của các ngành khoa học công nghệ, đặc biệt là ngành công nghệ sinhhọc Trong đó, đáng lưu ý hơn cả là “ Sinh học phân tử ”; Sinh học phân tử làmột môn khoa học còn rất trẻ nhưng đã có nhiều bước tiến vượt bậc và ảnhhưởng tới nhiều ngành khoa học khác, tới sản xuất và đời sống

Việc công bố mô hình chuỗi xoắn kép của phân tử ADN đã chính thứcđánh dấu sự ra đời của Sinh học phân tử Vật chất sống, xem xét ở mức độ phân

tử, được cấu tạo từ nhiều đại phân tử, trong đó quan trọng nhất là axit nucleic vàprotein Nucleic axit gồm ADN và ARN đóng nhiều vai trò thiết yếu trong hệthống sống ADN lưu trữ thông tin di truyền và truyền đạt trung thực các thôngtin này cho thế hệ sau thông qua quá trình sao chép và sửa sai Mặt khác, cácthông tin mã hoá trong ADN sẽ được biểu hiện thông qua phiên mã tạo thànhARN; ARN sau đó được dịch mã thành protein Các biến đổi của vật chất ditruyền xảy ra trong cả ba quá trình sao chép, phiên mã và dịch mã chính là nguồngốc của sự tiến hoá và tính đa dạng của sinh giới Ba quá trình sống cơ bản nóitrên chịu tác động của cơ chế điều hoà biểu hiện gen, giúp tế bào đáp ứng tốtnhất với môi trường hay với một chương trình phát triển định sẳn Các hoạt độngnày đều thấy ở eukaryota và prokaryota giống nhau về cơ bản, nhưng vẫn có một

số khác biệt mang tính đặc thù cho từng nhóm sinh vật

Học thuyết trung tâm của sinh học phân tử ra đời đã mở ra một giai đoạnmới, cho thấy rõ thông tin di truyền trên ADN được hiện thực hoá qua các quátrình phiên mã và dịch mã để tổng hợp nên các phân tử protein

Chính vì những lý do trên mà tôi quyết định tìm hiểu vấn đề: “Acid Nuclêic và sinh tổng hợp prôtêin.”

Do thời gian hạn chế, nên chắc hẳn tiểu luận không tránh khỏi thiếu sót.Rất mong sự góp ý của Thầy cùng các anh chị học viên trong lớp

NỘI DUNG

A AXIT NUCLÊIC.

I Axit ĐêôxiriboNuclêic: (ADN)

1 Thành phần và cấu trúc hóa học của ADN:

1.1 Thành phần hóa học:

ADN là một chất trùng hợp (polimer)- một polynucleotit Nó được tạo nên

do sự nối liền nhiều đơn phân (monomer) cùng kiểu là các nucleotit Kết quảphân tích hóa học của AND ở những sinh vật khác nhau cho thấy sự giốngnhau

thay cho nucleotide Cách gọi thường là cặp base, kí hiệu bp(base pair) hay kb(kilobase-1000 cặp base).

Tất cả sinh vật đều có chung một cấu trúc AND Tính đặc trưng của AND củamột loài chỉ biểu hiện ở trình tự sắp xếp các nucleotide dọc theo chiều dài và

số lượng cuả chúng

Hình: Cấu tạo hóa học

của phân tử ADN

1.2 Mô hình xoắn kép ADN của Watson- Crick:

Vào năm 1953, James Watson và Francis Crick đã tổng hợp các số liệuphân tích hóa học và tán xạ tia X để xây dựng đúng đắn mô hình cấu trúc củaphân tử AND

Mô hình gồm hai mạch polynucleotide bắt cặp bổ sung (complementary) tạo thành lò xo xoắn kép mà hai mạch gồm khung đường xen kẽ với các nhómphotphate, được gắn với nhau nhờ các liên kết hidro giữa Adenin với Thimine ởmạch đối diện và giữa Guanine với Cytosine ở mạch đối diện Từ năm 1953 đếnnay, mô hình đó là trung tâm của các nghiên cứu di truyền học và sinh học phân

tử

Hình: Cấu trúc không gian của

ADN theo Watson - Crick

Một đặc điểm của mô hình là sự đối song song (anti parallel) Để các basetương ứng đối diện với nhau, hai mạch cần phải bố trí đầu sợi này đối diện vớiđuôi sợi kia Mỗi mạch đơn có một đầu mang nhóm P tự do gắn vào C5 củađường desoxyribose nên gióọi là đầu 5,P, còn đầu kia có nhóm OH ở vị trí C3nên gọi là đầu 3,OH Như vậy đầu 5,P của mạch này đối diện với đầu 3,OH củamạch bổ sung.

2 Điểm khác nhau về cấu trúc phân tử AND của Prokaryotae và Eukaryote:

Đến nay, các nghiên cứu cho thấy tất cả các sinh vật có cấu tạo tế bào và tithể, lục lạp đều có bộ gen là ADN mạch kép

Các virus có bộ gen đa dạng gồm ARN và ADN mạch đơn hay mạch kép Một điều cần lưu ý là kích thước ADN ở Eukaryotae hoàn toàn không cómối liên quan gì với kích thước và mức độ tiến hóa của sinh vật; một số thựcvật và lưỡng thê có ADN lớn gấp trăm lần so với ADN của người

Mặc dù tất cả các sinh vật đều có chung cấu trúc ADN xoắn kép nhưng giữasinh vật Prokaryotae và Eukaryote có sự khác nhau đáng kể về thành phần cấutạo và tổ chức của ADN trong tế bào:

+ Bộ gen của sinh vật Prokaryotae là một phân tử ADN dạng vòng tròn vàkhông xoắn với protein để tạo phức hợp như NST của Eukaryotae

+Toàn bộ phân tử ADN của Prokaryote đều mang thông tin mã hóa (cho cácprotein) trong khi ADN của Eukaryote bao gồm những trình tự mã hóa (cácexon) xen kẽ với những trình tự không mã hóa (các intron)

3 Tính ổn định của ADN:

3.1 Sao chép ADN:

Một trong những tính chất căn bản của chất di truyền AND là khả năng tựsao chép (replication) hay tự nhân đôi (self duplication)

3.1.1 Sao chép theo khuôn:

Sự sao chép của ADN được thực hiện theo kiểu bán bảo tồn( conservative).Theo kiểu mẫu này, vào đầu quá trình sao chép hai mạch của chuỗixoắn kép tách rời nhau, mỗi mạch đơn được dùng làm khuôn để tổng hợp mạchmới Kết quả là một phân tử AND ban đầu sẽ tạo ra hai phân tử con giống hệtnhau, mỗi phân tử con được hình thành từ một mạch cũ và một mạch mới

semi-* Quá trình sao chép ADN:

Đây là một quá trình phức tạp, nhưng phải trải qua các cơ chế chung sau:-Các liên kết hydro ổn định cấu trúc xoắn và gắn hai mạch với nhau phải bịphá vỡ và tách rời hai mạch

- Phải có đoạn mồi (primer) tức đoạn AND hay ARN mạch đơn ngắn bắt cặpvới mạch đơn khuôn

- Đủ 4 loại nucleosid triphosphat (dATP, dGTP, dTTP và dCTP) bắt cặp bổsung với các nucleotide mạch khuôn

- Mạch mới tổng hợp theo hướng 5,P 3,OH

- Các nucleotide mới được nối lại với nhau bằng liên kết cộng hóa trị để tạomạch mới

Mỗi bước được điều khiển bởi enzyme đặc hiệu và được thực hiện một cáchnhanh chóng, chính xác

Ở các Prokaryotae lẫn Eukaryotae, từng mạch riêng lẻ được sao chép chỉ theomột hướng: Các enzym sao chép di chuyển dọc theo mạch mẹ từ đầu 3, đến 5, đểtạo mạch mới bổ sung theo hướng 5, đến 3,.

dễ dàng

b Kéo dài:

AND-polimerase III, là một phức hợp gồm nhiều enzym gắn với nhau, bắt đầusao chép một trong hai mạch bằng cách gắn vào mạch khuôn và lắp cácnucleotide bổ sung vào vị trí tương ứng Một phức hợp là cần thiết vì AND-polimerase phải xúc tác nhiều bước phản ứng khác nhau và phải có khả năng sửdụng 4 loại nucleotide như chất phản ứng phụ thuộc vào chỗ được “đọc” trênmạch khuôn Ngoài chức năng polimer hóa theo hướng 5, 3,, AND-polimerase IIIcòn có khả năng sửa sai nhờ hoạt tính exonuclease theo hướng 5, 3, và 3, 5,

Hình: Quá trình sao mã

Mạch khuôn có đầu 3, được AND-polimerase gắn vào và tổng hợp ngay mạch

bổ sung 5, 3, hướng vào chẻ ba sao chép Mạch khuôn này được gọi là mạchkhuôn trước, còn mạch mới được tổng hợp gọi là mạch trước

Trong khi đó ở mạch khuôn sau có đầu 5, việc tổng hợp phức tạp hơn và thựchiện từ chẻ ba sao chép hướng ra ngoài để đảm bảo đúng hướng 5, 3, Khi mạchkép tách ra, ở gần chẻ ba sao chép, enzym primase gắn mồi (primer) ARNkhoảng 10 nucleotide, có trình tự bổ sung với mạch khuôn

AND-polimerase III nối theo mồi ARN, theo hướng ngược với chẻ ba saochép, tổng hợp các đoạn ngắn 1000- 2000 nucleotide, được gọi là các đoạnOkazaki AND-polimerase nối dài đoạn Okazaki đến khi gặp ARN mồi phíatrước thì dừng lại, rồi lùi ra sau tiếp tục tổng hợp từ ARN mồi mới được tạo nêngần chẻ ba sao chép

Tiếp theo AND-polimerase I nhờ hoạt tính exonuclease 5, 3, cắt bỏ mồi ARN,lắp các nucleotide của AND vào chỗ trống và thực hiện polymer hóa hướng 5, 3,.Đoạn AND ngắn 10 nucleotide còn hở hai đầu, được nối liền chỗ hở nhờ enzymligase của AND Mạch được tổng hợp từ chẻ ba sao chép hướng ra ngoài đượctổng hợp chậm hơn nên gọi là mạch sau

Quá trình sao chép AND ở E.Coli diễn ra với tốc độ rất nhanh, có thể đạt đến

50000 nucleotide/phút

*

Các nhân tố tham gia vào sao chép AND

Nối dài mạch ANDđang tổng hợp và kiểmsoát sự chính xác

20

AND

polymerase II

102 polA Cắt bỏ và sửa chữa sai

sót trên sợi tái bản ADN

3.1.2 Sự sao chép ở Prokaryote và Eukaryote :

Trên các NST dài dạng thẳng (thường thấy ở Eukaryote), sự sao chép khởi sự

từ nhiều điểm và phát triển theo hai hướng cho đến khi các chĩa ba sao chép kế

cận tiếp xúc với nhau Còn ở các NST dạng vòng( thường thấy ở Prokaryote)thì

sự sao chép bắt đầu tại một điểm và cũng tiến triển theo hai hướng cho đến khi các chĩa ba sao chép tiếp xúc với nhau

3.2 Cơ chế sửa sai:

3.2.1 Sửa sai trong sao chép:

Người ta đã dùng các nucleotide và AND-polimerase để tổng hợp AND invitro Sai sót trong trường hợp này là 10-5 Sai sót này cho thấy sao chép ANDtrong ống nghiệm ở mức chính xác khá cao, nhưng đối chiếu lên các sinh vật thìmức sai sót này còn quá lớn

Bằng cách đánh giá tần số các đột biến mới xuất hiện trong quần thể lớn vàtheo dõi biến đổi enzym nào đó trong nuôi cấy mô tế bào, người ta thấy rằngtrong cơ thể sinh vật sai sót trong khi sao chép in vitro là 10-9

Mức chính xác cao của sao chép trong cơ thể sinh vật có đưo57c nhờ các cơchế sửa sai :

+ Hướng sao chép bao giờ cũng từ đầu 5, 3, để việc sửa sai chính xác.

+ Các ADN-polimerase I và III vừa polimer hóa, vừa có hoạt tính exonuclease

5, 3, và 3, 5, Nếu trên đường di chuyển để polymer hóa , gặp nucleotide lắp sai,ADN-polimerase sẽ lùi lại cắt bỏ theo hướng 3, 5,

3.2.2 Sửa sai khi không sao chép:

Phân tử AND có thể bị biến đổi ngay cả khi không sao chép Các biến đổi đột biếnnày xảy ra với tần số khá cao Nhờ các cơ chế sửa sai nên tần số đột biến được duytrì ở mức thấp Cụ thể cơ chế như sau:

Các enzym nhận biết gắn vào các trình tự sai và cắt rời đoạn sai, rồi mạch đơnđúng làm khuôn để tổng hợp lại chỗ bị cắt cho đúng Hàng loạt enzym đặc hiệu làmnhiệm vụ dò tìm và sửa sai Có khoảng 20 enzym rà soát dọc các NST dò tìm cácbase có biến đổi hóa học , mỗi enzym có chức năng chuyên biệt cho một loại saihỏng Khoảng 5 enzym khác đặc hiệu cho các liên kết cộng hóa trị sai giữa các basevới các chất hóa học khác hoặc giữa các base kề nhau trên một mạch Một sốenzym đặc hiệu khác phát hiện sự bắt cặp sai, như trường hợp mất purin.Tổng cộng

có khoảng 50 enzym chuyên phát hiện và sửa các sai hỏng trên phân tử AND

4 Các biến đổi của ADN:

4.1 Đột biến điểm:

Nhiều đột biến có nguồn gốc từ môi trường nội bào, ngoại bào và quá trình saochép Mặc dù hệ thống sửa sai hoạt động với hiệu quả rất cao, nhưng đôi khi chúngcũng bất lực, như trong trường hợp các 5 methyl cytosine desamine Trong trườnghợp này, không glycosylase nào có khả năng nhận biến sai hỏng để loại bỏ Và khi

sao chép, base này cũng nhận biết như một thymine thay vì như một cytosine Độtbiến này có tần số xuất hiện rất cao, được gọi là điểm đột biến “nóng”.

4.2 Tái tổ hợp ở E Coli:

Quá trình này xảy ra với hai điều kiện : hai vùng AND tái tổ hợp phải có trình tựtương đồng và một trong hai trình tự đó phải có điểm đứt trên một mạch Trước hết,các protein RecB và RecC làm tháo xoắn và cắt đứt một trong hai mạch AND, cắtđứt theo trình tự chữ chi và cắt cách đó vài base Sau đó, protein RecA gắn lênmạch AND đứt sẽ tạo thuận lợi cho việc nhận biết trình tự tương đồng ở mạch kia

và hình thành nên phân tử lai

Trong phân bào giảm nhiễm, tái tổ hợp có tác dụng:

+ Làm tăng số lượng bản sao của các gen lặp lại

+ Loại bỏ các gen hỏng trong trường hợp các gen lặp lại Hiện tượng nàyđóng vai trò quan trọng trong quá trình tiến hóa của sinh giới

+ Là cơ sở cho sự điều hòa biểu hiện gen

Tuy nhiên, quá trình tái tổ hợp cũng có thể gây ra những biến đổi có hại vàhậu quả thường là những biểu hiện bệnh lí

có ý nghĩa lớn trong quá trình tiến hóa của sinh giới

II Axit Ribonucleic : (ARN)

1 Cấu trúc chung

- ARN (axit ribonucleic) là 1 loại axit nucleic (như ADN), cấu tạo từ các nguyên

tố C, H, O, N, P ARN là 1 đại phân tử, cấu tạo theo nguyên tắc đơn phân mà cácđơn phân là các ribonucleotit (riboNu)

2 Cấu trúc cụ thể 1 riboNu:

Gồm 3 thành phần:

- Đường ribozơ

- Nhóm photphat

- Bazơ nitơ gồm 4 loại A, U, G, X (khác với ADN)

Liên kết tạo mạch ARN giống ở ADN

3 Các loại ARN:

Có rất nhiều loại ARN khác nhau, nhưng tiêu biểu và hay gặp là:

- mARN: ARN thông tin: mang thông tin mã hóa cho a.a

- tARN: ARN vận chuyển: mang

a.a tham gia quá trình dịch mã

Hình ảnh chỉ rõ sự khác biệt giữa đường của ADN và ARN

- rARN: ARN riboxom: tham gia

cấu trúc ribxom

Ngoài ra còn có ARN mạch đơn,

kép là vật chất di truyền ở virus, nhiều

phân tử ARN rất nhỏ có chức năng

điều hoà, ARN có chức năng như 1

enzim (ribozim)

Mỗi loại ARN có cấu trúc,

thời gian tồn tại trong tế bào khác

nhau phù hợp với chức năng

4 Quá trình phiên mã:

4.1 Khái niệm:

Là quá trình truyền thông tin di truyền từ phân tử ADN mạch kép sangARN mạch đơn

Quá trình này có nhiều tên gọi: phiên mã, tổng hợp ARN, sao mã

Định nghĩa như vậy không có nghĩa rằng tất cả các đoạn ADN đều sẽ

được phiên mã trở thành ARN Chỉ có gen (định nghĩa phía trên) mới được phiênmã

Quá trình phiên mã chỉ xảy ra trên 1 mạch của gen, mạch này được gọi là mạchgốc

4.2 Yếu tố tham gia.

Hình: Cấu trúc ARN vận chuyển

- Enzim: cần nhiều enzim khác nhau, và các yếu tố trợ giúp Vai trò chính là củaARN polimeraza (ARN pol)

- Khuôn: 1 mạch của ADN Chiều tổng hợp mạch mới từ 5'-3'

- Nguyên liệu: Các riboNu và nguồn cung cấp năng lượng (ATP, UTP, GTP )

4.3 Diễn biến.

a Mở đầu:

- ARN pol nhận biết điểm khởi đầu phiên mã

Việc ARN pol nhận biết điểm khởi đầu phiên mã của 1 gen là cực kì quantrọng đối với sự phiên mã của gen 1 khi ARN pol đã bám vào ADN, gần nhưchắc chắn nó sẽ phiên mã ARN pol thì luôn rà soát dọc sợi ADN, trong khi genthì có gen được phiên mã nhiều, gen phiên mã ít Căn bản của sự khác nhau này

là ở cái gọi là ái lực của gen đối với ARN pol Ái lực càng cao, gen càng cónhiều ARN pol chạy qua, càng nhiều phân tử protein được tổng hợp Ái lực nàyphụ thuộc vào hàng loạt protein, và đặc biệt là trình tự ở vùng điều hòa của gen

- ADN tháo xoắn, tách mạch tại vị trí khởi đầu phiên mã

- Các riboNu tới vị trí ADN tách mạch, liên kết với ADN mạch khuôn theonguyên tắc bổ sung, cụ thể:

A (ADN) liên kết với U môi trường (mt)

T (ADN) liên kết với A mt

G (ADN) liên kết với X mt

X (ADN) liên kết với G mt

- Hình thành liên kết photphođieste giữa các riboNu -> tạo mạch