Bài giảng Sinh học phân tử 1: Chương 6 - Nguyễn Quốc Trung

Bài giảng Sinh học phân tử 1: Chương 6 Cơ chế phiên mã, cung cấp cho người học những kiến thức như: Mối quan hệ giữa kiểu gen và kiểu hình; Lý thuyết trung tâm – Central dogma; Đặc điểm cấu tạo của enzyme RNA polymerase;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Cơ chế phiên mã

1

Mối quan hệ giữa kiểu gen và kiểu hình

2

Lý thuyết trung tâm – Central dogma

Điều hòa Dịch mã

Phiên mã

Số lượng gen

 Genome người: là 25.947 gen

 Gen có cấu trúc khảm, bao gồm những đoạn exon xen kẽ những đoạn intron

4

mRNA: tập hợp của nhiều đoạn exon được nối lại, những đoạn intron bị cắt bỏ trong quá trình thành thục nhờ bộ máy sinh học có tên là

spliceosome

5

Đặc điểm

+ Xẩy ra khi có sự biểu hiện hoạt động và điều hòa hoạt động của gen

sự biểu hiện các tính trạng di truyền

có thể chịu sự biến đổi

cần trình tự đặc thù trên DNA là promoter để bọc đặc thù mới tiến hành phiên mã tạo RNA

Phiên mã

6

Prokaryote phiên mã và dịch mã

8

Phiên mã

+ Dựa trên cơ sở ghép cặp

bổ sung giữa các bazơ và

do 2 enzyme DNA và RNA

10

Prokaryote

Phiên mã

Đặc điểm cấu tạo của enzyme RNA polymerase

 polypeptide beta : chứa vị trí xúc tác trùng phân

để tạo ra RNA, là nơi chất kháng sinh rifampicin

bọc vào

 Protein sigma: có chức năng nhận biết

promoter và khởi động quá trình tổng hợp RNA

RNAP

Transcription

-10 region

RNA polymerase gắn vào promoter thực hiện

phiên mã để tổng hợp sợi RNA

TTGACA…16-19 bp TATAAT “-35” spacer “-10”

Tốc độ phiên mã tối đa của một đoạn DNA (gen) nhất định phụ thuộc vào trình tự các

bazơ của promoter

13

sẽ quyết định sợi nào

quả tạo ra mRNA nào

Direction of transcription

Hướng tổng hợp RNA: 5’-3’ tương ứng trên

sợi đơn nguyên bản 3’-5’ làm khuôn

Phiên mã

18

Prokaryote

Phiên mã

RNA polymerase

19

Prokaryote

Phiên mã

Trình tự 3 promoter của Lac, Trp và BioB operon

Hộp pribnov (Hộp TATA) là một đoạn DNA nằm ở

sinh vật tiền nhân

6 nu, thường có trình tự là 5’-TATAAT-3’

20

Prokaryote

Phiên mã

• RNA polymerase có 2 vị trí bám cho NTPs

• Giai đoạn khởi đầu: promoter bám vào

ATP hoặc GTP (hầu hết các phân tử RNA

đều bắt đầu bằng 1 nucleotide purine ở

đầu 5')

Giai đoạn khởi động

21

Prokaryote

Phiên mã

RNA polymerase gắn vào promoter theo 2 bước

• Bước 1: nhận biết và gắn một cách lỏng lẻo

vào trình tự hộp -35 hình thành một phức hợp

"đóng"

•Bước 2: trình tự hộp -10 sẽ tháo xoắn dần, tạo

ra sợi đơn DNA “mở" dưới dạng tự do, làm

khuôn để sinh tổng hợp RNA

Giai đoạn khởi động

23

Prokaryote

Phiên mã

Giai đoạn kéo dài

polymerase tách khỏi phức hợp enzyme

RNA polymerase tháo xoắn liên tục phân tử DNA khuôn trên theo một chiều dài khoảng 17 nu

Sợi RNA mới sẽ tách dần khỏi mạch khuôn

tăng trưởng vẫn còn liên kết với DNA

Phần DNA bị tháo xoắn sau sẽ được RNA pol xoắn trở lại

24

Prokaryote

Phiên mã

enzyme RNA polymerase sẽ nhả sợi DNA khuôn ra

Elongating complex is disrupted

trúc dạng vòng trên phân tử RNA phiên mã

- 6-8 nu A trên DNA phiên mã thành U trên RNA

29

Prokaryote

Phiên mã

Rho-không phụ thuộc trình tự kết thúc phiên mã

(phụ thuộc vào trình tự DNA)

• Đoạn RNA giàu U

có thể tách ra khỏi sợi khuôn

• Phân tử RNA được hình thành và quá trình kéo dài chuỗi kết thúc

31

Prokaryote

Phiên mã

Quá trình phiên mã tạo mRNA và tổng hợp

protein giữa Prokaryote và Eukaryote

Có 3 loại, loại I mã cho rRNA, II cho các mRNA và III cho các tRNA và các RNA nhỏ khác

Phiên mã

và dịch mã

Phiên và dịch mã đồng thời

Phiên mã xong rồi mới tiến hành dịch mã

Phiên mã

tạo mRNA

Tạo ra mRNA chín ngay

Phiên mã tạo ra tiền mRNA xảy ra ở trong nhân, cắt các intron đi để tạo ra mRNA chín, gồm các đoạn exon ghép nối lại, rồi đi ra ngoài tế bào chất

Cấu tạo

của mRNA

Không có cấu tạo phần đầu và đuôi đặc thù

Đầu 5’ có đính cap 7 methyl Gppp, đầu này được thêm vào trong quá trình phiên mã Cap 7 N6 Gppp

có thể đóng vai trò định hướng cho ribosome bắt đầu dịch mã ở đúng codon AUG Đầu 3’ có gắn poly A được đính vào sau khi phiên mã Riêng mRNA tạo protein histone thì không có đuôi poly A

Phiên mã xảy ra ở trong nhân, dịch mã xẩy ra ở

tế bào chất, do vậy mRNA chín phải chui qua lỗ nhân để ra tế bào chất

Quá trình

khởi động

phiên mã

Đáp ứng tức thì với những điều kiện môi trường biến đổi

Không đáp ứng kịp thời với yêu cấu ngoại cảnh thay đổi vì cấu tạo cơ thể là đa bào và cấu trúc phức tạp giữa proten histone với DNA

Một

mRNA

Chứa thông tin di truyền của nhiều gen, mã hóa cho nhiều chuỗi

polypeptide nên gọi là polycistron

Một mRNA mã hóa cho 1 chuỗi polypeptide, mỗi gen phiên mã ra một mRNA Như vậy 1 gen bao gồm 3 vùng: Vùng đầu 5’ mang các trình tự điều hòa biểu hiện của gen và hoạt hóa quá trình phiên mã, vùng 2 để phiên mã gồm các intron và exon và vùng 3 chưa xác định được chức năng

34

Eukaryote

Phiên mã

Ba loại RNA polymerase

RNA polymerase I (RNA-PI) tồn tại ở trong nhân, xúc tác cho việc tổng hợp rRNA

RNA polymerase II (RNA-PII) đảm nhận tổng hợp

poly A nhờ enzyme poly (A) polymerase

RNA polymerase III: xúc tác tổng hợp các RNA nhỏ khác nằm trong nhân và tế bào chất

35

Eukaryote

Phiên mã

RNA pol II

37

Eukaryote

Cơ chế khởi động RNA polymerase nhờ các nhân tố phiên mã TF

- Phức hợp TFIID ngắn vào hộp

TATA qua tiểu đơn vị TBP

- Sau đó TFIID gắn ổn định được

là bởi phối hợp thêm với TFIIA

-Tiếp đến TFIIB và TFIIH kết hợp

để cùng tạo thành phức enzyme

với RNA polymerase tại TATA

- Cả phức hợp RNA polymerase

II,TFIIE và TFIIF được định hình

bởi TFIIB và đầu tụ tập carboxyl

được bọc bởi TFIID

(TFIID-bound CTD)

- Quá trình phiên mã bắt đầu

xảy ra

If the Reb1p binding site in the DNA

is replaced with the binding site for

E coli Lac repressor, Lac repressor protein will induce termination in an

in vitro transcription reaction.

Xảy ra tại trình tự kết thúc đặc thù (specific terminator sequence) ở trong phân tử DNA khuôn

Protein Reb1p

Trình tự kết thúc của RNA pol I: vị trí bám của Reb 1p

đuôi poly(A) một đoạn khá xa thì xẩy ra cơ chế có

(hairloop structure) tiếp ngay sau đó là vùng giàu CG

tạo thành mRNA thường

nhỏ hơn đoạn DNA gen,

chỉ gồm các đoạn exon

42

Eukaryote

Phiên mã

Gắn nhóm 7 methyl guanosine (mRNA cap)

mRNA

Rat1: exonuclease

43

Eukaryote

Phiên mã

Gắn một trình tự dài khoảng 200 adenin nucleotide

(poly A tail) vào đầu 3’ của phân

tử mRNA, quá trình này được

polymerase

44

Eukaryote

Phiên mã

Quá trình cắt, ghép nối và tạo mRNA chín

- Cắt bỏ trình tự leader (leader sequence) là đoạn không dịch mã của tiền mRNA tính từ nu bắt đầu phiên

mã đầu 5’ đến codon đầu tiên (dịch mã)

- Cắt bỏ những trình tự không mã hóa (noncoding sequence hoặc intervening sequence hay intron) chúng nằm ở giữa những đoạn mã hóa exon

46

Eukaryote

Phiên mã

Các kiểu cắt nối RNA

Kiểu 1: những intron của tiền tRNA được cắt chính xác bởi enzyme endonuclease và nối lại bởi hoạt tính của những enzyme cắt và nối đặc thù

Kiểu 2: Intron của tiền mRNA nhân và tiền rRNA của

ứng tự hoạt của chính phân tử RNA đó chứ không không cần hoạt tính enzyme protein nào khác

Kiểu 3: Những intron của tiền mRNA nhân được cắt bỏ

phức hợp, Ribonucleo-protein gọi là spliceosome

48

Eukaryote

Phiên mã

Quá trình cắt ghép nối tiền mRNA

Bước 1: cắt tại vị trí đầu 5’ của intron (GT intron) và

cacbon 5’ của G vị trí cắt và cacbon số 2’ của nu A thuộc hộp PyPyPuAPy gần đầu 3’ của intron

Bước này xảy ra do một cơ quan tử có tên gọi là

thu được qua quá trình thủy phân ATP