Bài 18. Prôtêin

Phần 2.
Sinh học phân tử - Molecular biology
Th. S. Phạm Quang Chung
Bộ môn Sinh học - Khoa Lâm học - Đại học Lâm nghiệp
Sinh học phân tử
Luận thuyết (lý thuyết) trung tâm của Sinh học phân tử
The Central Dogma of Molecular Biology
Do Francis Crick đề xuất năm 1958 để mô tả dòng thông tin di truyền trong tế bào

Thông tin di truyền chứa đựng trong DNA được chuyển tải đến RNA và từ RNA đến protein
Qua hơn 4 thập kỷ phát triển của Sinh học phân tử, luận thuyết (lý thuyết) trung tâm này được sửa đổi nhiều lần
Sinh học phân tử - Axit Nucleic
1. Axit nucleic
Là đại phân tử sinh học được cấu tạo từ nhiều đơn phân là các nucleotit .
1.1. Axit deoxyribonucleic (ADN)
Mỗi nucleotit được cấu tạo gồm 3 thành phần: Bazơ nitơ (Adenin-A, Guanin-G, Thymin-T và Xytozin-C), đường 5 cacbon và axit photphoric.
Phân tử ADN cấu trúc xoắn kép có số lượng bazơ A = T, G = C. Tỷ lệ A+T/G+C đặc trưng riêng cho mỗi loại sinh vật, biểu hiện mức độ tiến hóa của loài. Ví dụ, ở người là 1,52; cừu là 1,36; vi khuẩn E.coli là 0,93; lúa mì là 1,19; .
Sinh học phân tử - Axit Nucleic
Tỷ lệ % G+C khác nhau ở các loài sinh vật, khác nhau giữa các giống, các thứ trong cùng một loài. Phân tử ADN có tỷ lệ G, C càng cao, số lượng G, C sắp xếp liền kề nhau tạo chuỗi các nucleotit liên tục càng dài thì độ bền vững với nhiệt độ càng cao và ngược lại.
ở tế bào prokaryota, ADN tồn tại ở trong vùng nhân, plasmid, và các bào quan như ty thể, lạp thể. Các ADN này ở dạng sợi xoắn kép, mạch vòng kín và toàn bộ trình tự ADN mang thông tin mã hoá protein (gen).
ở tế bào eukaryota, ADN tồn tại ở trong nhân và các bào quan như ty thể, lạp thể. Các ADN này ở dạng sợi xoắn kép, mạch thẳng và chỉ một phần ADN mã hoá protein (chiểm khoảng 7-30% khác nhau tuỳ từng loại) gọi là các exon, trình tự còn lại không mang thông tin di truyền để mã hoá cho protein gọi là intron.
Sinh học phân tử - Axit Nucleic
ADN ở eukaryota không đồng nhất, chứa nhiều trình tự khác nhau như: Trình tự lặp, trình tự CEN (trình tự lặp lại cao ở tâm động), trình tự TEL (trình tự lặp lại cao ở đầu mút nhiễm sắc thể). Các trình tự này có ý nghĩa khác nhau đối với bộ gen.
ADN trong mỗi tế bào của mỗi loại sinh vật được đặc trưng bởi dạng cấu trúc, mức độ lặp, thành phần và trình tự các loại bazơ nitơ, ..
Hàm lượng ADN ít liên quan đến sự tiến hóa của sinh vật nhưng số gen lại tăng lên theo sự phức tạp về chủng loại phát sinh.
Tính chất biến tính và hồi tính của ADN
Phân tử ADN bị biến tính khi nhiệt độ tăng, hoặc tác động của các tác nhân hoá học (dung dịch kiềm, ure, ..).
Nhiệt độ làm cho hai mạch đơn của ADN tách nhau ra, gọi là nhiệt độ biến tính Tm (melting temperature). Tm của các sinh vật bậc cao thường vào khoảng 850 - 950C.
Phân tử ADN có khả năng hồi tính. Khi nhiệt độ giảm dần đến một mức độ nhất định, hai mạch đã tách rời nhau lại liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung để hình thành chuỗi soắn kép ban đầu.
Sinh học phân tử - Axit Nucleic
Tr¹ng th¸i tù nhiªn
Tr¹ng th¸i biÕn tÝnh sîi ®¬n
Tr¹ng th¸i l¹i tÝnh
Sinh học phân tử - Axit Nucleic
1.2. Axit ribonucleic (ARN)
1.2.1. ARN thông tin (mARN)
Phân tử có cấu trúc mạch đơn, là bản sao trình tự cấu trúc của gen, chiếm 2-5% tổng lượng ARN. Nó được tổng hợp từ các gen trong nhân tế bào, một số ít được tổng hợp từ các gen trong ty thể và lạp thể.
1.2.2. ARN vận chuyển (tARN)
Phân tử có cấu trúc mạch đơn. Đóng vai trò vận tải các axit amin để lắp ráp vào mạch polypeptit khi tổng hợp protein, chiếm khoảng 10-15% tổng lượng ARN. Có khoảng trên 20 loại tARN khác nhau đặc trưng cho 20 loại axit amin khác nhau.
tARN được tổng hợp trong nhân tế bào và trong cấu trúc có những phần gấp cuộn đặc thù, cho phép chúng nhận biết các a.a cần vận chuyển đồng thời chúng có chứa bộ ba đối mã anticodon bổ sung với các bộ ba codon của mARN.
Sinh học phân tử - Axit Nucleic
1.2.3. ARN riboxom (rARN)
Phân tử có cấu trúc mạch đơn, chiếm khoảng 80% tổng lượng ARN, cũng được phiên mã từ ADN và liên kết với protein để tạo nên riboxom, là nơi tổng hợp protein. Có cấu tạo gồm tiểu phần nhỏ và tiểu phần lớn.
ở tế bào prokaryota: Tiểu phần nhỏ 30S có rARN 16S
Tiểu phần lớn 50S gồm có rARN 23S và 5S
ở tế bào eukaryota: Tiểu phần nhỏ 40S có rARN 18S
Tiểu phần lớn 60S gồm có: rARN 28S; 5,8S và 5S
Các phân tử rARN được tổng hợp từ các gen đặc trưng riêng, các gen mã hóa rARN thường nằm ở vùng ADN lặp lại. Đây là những vùng có mức độ bảo thủ cao hoặc có mức độ tiến hoá khá nhanh.
Sinh học phân tử - protein
1.3. Protein
Protein là những chất trùng hợp sinh học thuộc loại các đại phân tử, có cấu tạo rất phức tạp và có vai trò quyết định trong cơ thể sống. Là vật liệu phân tử xây dựng nên tất cả cấu trúc tế bào.
Tất cả hoạt động sống bình thường và bệnh tật đều có cơ sở protein của nó. Tất cả hoạt động sống như: Trao đổi chất, sinh trưởng phát triển, sinh sản, cảm ứng thích nghi với môi trường . đều có cở sở protein. Tóm lại protein là cơ sở của sự đa dạng về cấu trúc và chức năng của tất cả các sinh vật.
1.3.1. Cấu trúc của protein
Đơn vị cấu trúc nên protein là các axit amin, gồm 20 loại.
Các axit amin này liên kết với nhau bằng liên kết peptit (-CO-NH- là liên kết đồng hoá trị, được thành lập giữa nhóm amin của axit amin này với nhóm cacboxin của axit amin bên cạnh) tạo thành mạch polypeptit (40-500 axit amin).
Về phương diện dinh dưỡng học, người ta thường phân biệt loại axit amin thay thế và axit amin không thay thế.
Sinh học phân tử - protein
a, Cấu trúc bậc 1
Số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp của các axit amin trong chuỗi polypeptit thể hiện cấu trúc bậc 1 của protein.
Cấu trúc này quy định tính đặc thù của phân tử protein đồng thời quy định nên cấu trúc không gian của protein có nghĩa là quy định chức năng của protein.
Trong chuỗi polypeptit có chứa các a.a đặc thù của protein như trung tâm hoạt tính của enzym (liên kết với cơ chất), trung tâm nhận biết các phân tử khác nhau (vùng nhận biết hoocmon của thụ quan), vùng liên kết với ADN, vùng chứa địa chỉ nơi mà protein cần được vận chuyển đến (ty thể, lizomxom, màng sinh chất, nhân, xuất ra ngoài tế bào, .).
b, Cấu trúc bậc 2
Dạng xoắn ? và gấp khúc ?, đó là cấu trúc bậc 2 của protein.
Sự biến động trong cấu trúc bậc 2 gây ảnh hưởng đến hoạt tính chức năng của protein.
Sinh học phân tử - protein
c, Cấu trúc bậc 3
Chuỗi polypeptit ở dạng xoắn hoặc gấp khúc có thể cuộn lại theo nhiều cách tạo nên hình thù không gian (dạng sợi, cuộn hay khối cấu) được gọi là cấu trúc bậc 3 (cấu trúc 3D).
Cấu trúc này quy định nên hoạt tính chức năng của protein.
Khi tác động của nhiệt độ, pH hoặc hoá chất độc hại sẽ dẫn tới làm thay đổi hình thù 3D của protein (được gọi là sự biến tính của protein) sẽ dẫn đến tới việc huỷ hoại chức năng của chúng và từ đó dẫn tới trạng thái sinh lý bệnh
d, Cấu trúc bậc 4
Cấu trúc bậc 4 là kết qủa của sự liện kết nhiều chuỗi polypeptit có cấu trúc bậc 3 với nhau để hình thành một phức hợp protein có hoạt tính sinh học.
Sinh học phân tử - protein
1.3.2. Chức năng của protein
Cấu trúc: là những protein tham gia cấu tạo nên tế bào: như protein cấu tạo nên MSC, CNS, các bào quan trong tế bào.
Xúc tác: protein đóng vai trò là các enzym xúc tác cho các phản ứng sinh hoá trong cơ thể sống.
Bảo vệ: protein đóng vai trò như các kháng thể.
Điều hoà sinh trưởng - phát triển của sinh vật: hoocmon có bản chất là protein.
Vận động: Các protein như myonin, actin cấu tạo nên cơ, gây nên những chuyển động nội bào cũng như sự co cơ,.
Vận chuyển: như protein hemoglobin tham gia vận chuyển O2 và CO2.
Dự trữ: Dự trữ nguồn axit amin. Ví dụ Ovalbumin lòng trắng trứng là nguồn cung cấp a.a cho phôi phát triển. Casein trong sữa mẹ là nguồn cung cấp a.a cho con hoặc ở trong các hạt giống, .
Thụ quan: Cảm nhận, đáp ứng các kích thích của môi trường. Ví dụ Thụ quan màng tế bào thần kinh nhận biết các tín hiệu hóa học do các tế bào thần kinh khác tiết ra và dẫn truyền tín hiệu.
Sinh học phân tử - sự tái bản adn
I. Sự tái bản ADN
2.1. Đặc tính của sự tái bản ADN
Sự tái bản của ADN dựa trên nguyên tắc khuôn và bổ sung.
Sự tải bản ADN mang tính nửa bảo tồn.
Sự tái bản ADN mang tính định hướng và diễn ra theo hai hướng ngược nhau, vừa liên tục vừa gián đoạn, nghĩa là sự tổng hợp mạch mới chỉ diễn ra theo hướng 5` - 3` (tức là từ đầu 3` đến 5` của sợi khuôn). Trong hai mạch khuôn thì một mạch khuôn có hướng 3` - 5` được dùng tổng hợp mạch mới một cách liên tục (hay mạch nhanh), còn mạch khuôn thứ hai có hướng 5` - 3`, sự lắp ghép các nucleotit diễn ra giãn đoạn (còn gọi là mạch chậm), nghĩa là tổng hợp từng đoạn ADN ngắn (đoạn Okazaki) và sau đó mới được gắn lại thành mạch ADN hoàn chỉnh.
2.2. Sự tái bản ADN ở sinh vật nhân sơ (procaryota)
Phân tử ADN ở vi khuẩn là sợi xoắn kép có dạng vòng nên tại điểm khởi đầu sao chép xuất hiện "con mắt tái bản" ở dạng vòng tròn gồm 2 mạch đơn nối liền với sợi xoắn ở 2 điểm, từ đây sợi kép sẽ tiếp tục mở xoắn và tách ra ở cả 2 đầu.
Tại điểm tách nhau ra ở 2 mạch tạo nên cái chẽ ba được gọi là chẽ ba tái bản.
Sinh học phân tử - sự tái bản adn
Thành phần tham gia tái bản ADN
Có nhiều loại protein và enzym tham gia vào quá trình tái bản ADN:
- Enzym helicaza có tác động mở xoắn và tách đôi sợi ADN kép thành 2 sợi đơn.
Protein SSB (Single Strand Binding Protein) ngăn không cho 2 sợi đơn dính lại với nhau.
ARN polymeraza có vai trò tổng hợp đoạn mồi.
ADN polymeraza I và III có vai trò lắp ráp các deoxyribonucleotit thành mạch ADN mới.
Enzym ATPaza có vai trò thuỷ phân ATP.
Enzym ADN polymeraza II có vai trò cắt bỏ và sửa chữa các sai sót trên sợi tái bản ADN.
Enzym ligaza dùng để nối các đoạn ADN (đoạn Okazaki) lại với nhau.
Sinh học phân tử - sự tái bản adn
Cơ chế và mô hình tái bản ADN
Sự sao chép bắt đầu tại một điểm (điểm khởi đầu sao chép).
Tại đây enzym mở xoắn gắn vào phân tử ADN mạch kép, tách đôi sợi kép thành 2 sợi đơn tạo nên chạc 3 hình chữ Y.
Các protein SSB bám vào sợi đơn của ADN, ngăn không cho 2 mạch đơn xoắn trở lại.
Mạch khuôn thứ nhất có hướng 3` - 5` sẽ được tổng hợp trước và liên tục. Đoạn ARN mồi được tổng hợp nhờ enzym ARN polymeraza, Enzym ADN polymeraza III nhận biết đầu 3`-OH của đoạn mồi, bắt đầu xúc tác lắp ráp các deoxyribonucleotit và tạo nên mạch ADN mới có hướng 5` - 3` bổ sung với mạch khuôn. Đoạn mồi bị cắt bỏ.
Mạch khuôn thứ 2 có hướng 5` - 3` được tổng hợp chậm hơn và gián đoạn. Đoạn mồi thứ nhất được tổng hợp, enzym ADN polymeraza III nhận biết và tổng hợp nên đoạn ADN (đoạn Okazaki) thứ nhất. Đoạn mồi 1 bị phân huỷ. Tiếp theo đoạn mồi thứ 2 được tổng hợp và ADN polymeraza III nhận biết và tổng hợp đoạn Okazaki 2, đoạn mồi thứ 2 bị cắt bỏ. Đoạn Okazaki thứ nhất được nối với đoạn Okazaki thứ 2 nhờ enzym ligaza. Các đoạn mồi bị phân huỷ tạo nên "lỗ hổng" sẽ được enzym ADN polymeraza I xúc tác tổng hợp các nucleotit lấp đầy lỗ hổng. Tiến trình cứ thế tiếp diễn cho đến khi kết thúc sự tái bản, các đoạn được nối lại với nhau tạo nên mạch ADN hoàn chỉnh.
2.3. Sự tái bản ADN ở sinh vật nhân chuẩn (eucaryota)
Sinh học phân tử - sự tái bản adn
Sự tái bản ADN ở Eucaryota có sự tham gia của nhiều loại enzym polymeraza (?, ?, ?, ?) protein RPA, PCNA, nhân tố tái bản A, và các nhân tố hoạt hóa, diễn ra rất phức tạp. Về cơ bản giống với Prokaryote, tuy nhiên có một vài điểm khác:
- Tái bản ADN của các gen khác nhau, các loại tế bào khác nhau, . khác biệt nhau về tốc độ tái bản, thời gian khởi đầu tái bản, tuỳ thuộc vào giai đoạn phát triển tế bào, vai trò và đặc điểm của các gen, điều kiện sinh lý, sinh hóa của tế bào.
- Đối với tế bào prokaryota chỉ tồn tại một điểm khởi đầu tái bản và quá trình tái bản diễn ra theo hai chiều ngược nhau xuất phát từ điểm đó. Như vậy, ở prokaryot chỉ là một đơn vị tái bản.
- Đối với tế bào eukaryota, phân tử ADN rất dài nên tồn tại nhiều đơn vị tái bản. Mỗi đơn vị tái bản này có điểm khởi đầu tái bản riêng của mình. Tiến trình tái bản trong từng đơn vị cũng giống như ở prokaryota. Khi tất cả các đơn vị tái bản đã đuợc tái bản chúng liên thông với nhau và khi đó hai sợi ADN đuợc hình thành.
- Enzym ADN polymeraza ? xúc tac tổng hợp đoạn ARN mồi.
Sinh học phân tử - cơ chế sửa chữa adn
2.4. Các cơ chế sửa chữa ADN
2.4.1. Cơ chế phòng ngừa
Tế bào có những hệ thống ngăn chặn tác hại có thể có của nhiều chất chuyển hóa trong tế bào hay từ ngoài xâm nhập vào nhờ các enzym, hệ thống khử, và các cơ quan như gan, thận.
2.4.2. Cơ chế sửa sai trong sao chép
Sự tổng hợp ADN trên nguyên tắc khuôn và bổ sung xảy ra rất chính xác với tần số sai sót chỉ khoảng 10-9.
Sự phát hiện và sửa chữa sai là dựa vào các đoạn mồi. Chúng vừa có vai trò ghép cặp theo nguyên tắc bổ sung vừa phát hiện những sai lệch trong ghép cặp và chúng sẽ thực hiện cắt bỏ và loại trừ.
2.4.2. Cơ chế sửa sai ngoài sao chép
Quá trình sửa chữa ADN còn xảy ra khi ADN bị đột biến do tác động của nhiều tác nhân gây đột biến. Quá trình sửa chữa này khác với quá trình sửa chữa khi ADN tái bản ở chỗ: Cần một hệ enzym sửa chữa đặc biệt và theo cơ chế khác nhau. Tuy nhiên cũng theo những nguyên tắc chung: Sử dụng mạch đơn làm khuôn để sửa sai theo nguyên tắc bổ sung gồm 3 bước:
Bước 1: Phần ADN bị đột biến được nhận biết và cắt bỏ nhờ enzym nucleaza làm nhiệm vụ sửa chữa. Khi đó liên kết photphodieste giữa nucleotit đột biến và nucleotit thường bị cắt đứt, tạo ra khoảng trống trên sợi ADN.
Sinh học phân tử - sự phiên mã
Bước 2: Enzym ADN polymeraza nhận biết gốc 3`- OH ở khoảng trống và tổng hợp một đoạn nucleotit thay thế vị trí đó theo nguyên tắc bổ sung với sợi khuôn.
Bước 3: Enzym ligaza nối đoạn ADN vừa được tổng hợp tạo sợi ADN hoàn chỉnh, giống hệt sợi trước khi đột biến.
II. sự phiên mã
Sự phiên mã là sự tổng hợp các phân tử mARN cũng như rARN và tARN từ ADN theo nguyên tắc bổ sung (A-U, G-C) theo chiều 5` - 3`, diễn ra trong nhân.
Chỉ một trong hai mạch đơn của phân tử ADN được dùng làm khuôn. Việc này do enzym ARN polymeraza quyết định.
Quá trình phiên mã có sự tham gia xúc tác và hoạt hoá của enzym ARN polymeraza, các nhân tố phiên mã và năng lượng từ sự thuỷ phân ATP, GTP,.
Không có cơ chế sửa sai. Tỷ lệ sai sót từ 10-4 - 10-5, sai sót trong phiên mã dẫn đến sai khác trong biểu hiện gen.
Qui ước vị trí nucleotit đầu tiên được phiên mã sang mARN là +1, các nucleotit vùng mang thông tin di truyền mang dấu d (+), các nucleotit vùng điều khiển mang dấu (-)
Sinh học phân tử - cấu trúc của gen
Cấu trúc của gen
Gen là một đoạn ADN, ARN, mang thông tin di truyền xác định cấu trúc của một chuỗi polypeptit hoặc một phân tử ARN nhất định. Người ta phân biệt gen cấu trúc, gen điều chỉnh, gen vận hành,.
Một gen cấu trúc điển hình gồm 3 vùng chính: Vùng điều khiển; Vùng mang mã di truyền và Vùng kết thúc.
a. Vùng điều khiển
Chứa một số trình tự đặc hiệu điều khiển hoạt động của gen, nằm ở đầu 5` gồm: Promotor (P), Operator (O) và một vài trình tự đặc hiệu.
Promotor (P): gồm các trình tự đặc hiệu để các enzym ARN polymeraza nhận biết, cho phép khởi đầu sự phiên mã. ở procaryota, có 2 trình tự gồm 6 nucleotit nằm ở khoảng nucleotit - 35 đến -10. ở eukaryota, có 3 trình tự đặc hiệu cho 3 loại ARN polymeraza nhận biết.
Operator (O): Trình tự chỉ huy, xúc tác hoạt động phiên mã hoặc không phiên mã của gen cấu trúc.
Induction (I): Trình tự điều hòa, hoạt hóa hoặc ức chế hoạt động của gen..
Sinh học phân tử - cấu trúc của gen
b. Vùng mang mã di truyền
Chứa các cặp nucleotit mã hóa cho polypeptit, khi phiên mã sẽ cho ra mARN và khi dịch mã cho ra protein.
ở procaryota, toàn bộ vùng mang mã đều mang thông tin di truyền (coding sequence) gồm nhiều cistron, mỗi cistron mã hóa cho một chuỗi polypeptit. Các cistron này sắp xếp thành từng nhóm, chung một vùng điều khiển tạo thành một operon.
ở eukaryota, vùng mang mã có sự xen kẽ giữa các đoạn intron và đoạn exon.
Vùng kết thúc
Sinh học phân tử - sự phiên mã
c. Vùng kết thúc
Vùng kết thúc có trình tự đặc trưng riêng, cho phép ARN polymeraza nhận biết dấu hiệu ngừng phiên mã và các trình tự kết thúc một gen để phân biệt gen này với gen khác.
2.1. Sự phiên mã ở sinh vật nhân sơ (procaryota)
Prokaryota thực hiện phiên mã cùng một lúc trên toàn bộ phân tử ADN, tất cả các gen cấu trúc (cistron) được phiên mã đồng thời tạo nên một phân tử ARN thông tin chung cho tất cả các cistron.
Có một loại ARN polymeraza tham gia phiên mã.
Diễn biến của quá trình phiên mã
Giai đoạn khởi động: ARN polymeraza gắn vào promotor ở vị trí -35 trượt dọc theo gen đén trình tự -10; Phân tử ADN bắt đầu tháo soắn, sợi đơn làm khuôn tách ra; Quá trình phiên mã tổng hợp mARN bắt đầu và di chuyển dọc theo sợi ADN đã được tháo xoắn.
Giai đoạn kéo dài: Các ribonucleotit được lắp ráp (A-U, G-C) thành mạch ARN kéo dài theo hướng 5` - 3`.
Giai đoạn kết thúc: ARN polymeraza gặp tín hiệu kết thúc phiên mã thì dừng lại. Phân tử ARN được tổng hợp tách khỏi mạch khuôn. ARN polymeraza cũng được tách khỏi ADN.
Sinh học phân tử - sự phiên mã
2.1. Sự phiên mã ở sinh vật nhân chuẩn (eucaryota)
Tế bào sinh vật eucaryota thực hiện phiên mã trên từng gen riêng biệt, tạo nên các phân tử mARN đặc trưng cho mỗi gen.
Có 3 loại ARN polymeraza tham gia phiên mã: ARN polymeraza I xúc tác tổng hợp rARN; ARN polymeraza II xúc tác tổng hợp mARN và ARN polymeraza III xúc tác tổng hợp tARN.
Diễn biến của quá trình phiên mã
Giai đoạn khởi động: ARN polymeraza II gắn vào promotor ở vị trí -35 đến -25 (hộp TATA) nhờ các nhân tố phiên mã; Phân tử ADN bắt đầu tháo soắn, sợi đơn làm khuôn tách ra; Quá trình phiên mã tổng hợp mARN bắt đầu và di chuyển dọc theo sợi ADN đã được tháo xoắn.
Giai đoạn kéo dài: Các ribonucleotit được lắp ráp (A-U, G-C) thành mạch ARN kéo dài theo hướng 5` - 3`.
Giai đoạn kết thúc: ARN polymeraza II gặp tín hiệu dừng thì kết thúc phiên mã. Phân tử tiền mARN được hình thành. Enzym ARN polymeraza bị cắt và quá trình phiên mã bị dừng lại.
Sinh học phân tử - sự phiên mã
Giai đoạn biến đổi tiền mARN thành mARN hoàn chỉnh
Gắn mũ: ở đầu 5` của tiền mARN liên kết với một phân tử 7-methyl gunin, gọi là gắn mũ. Mũ là yếu tố cần thiết cho các riboxom nhận biết trong sự khởi đầu dịch mã và tránh cho mARN không bị phân hủy.
Hình thành đuôi polyA: Enzym polyA polymeraza xúc tác gắn thêm một số nucleotit loại A vào đầu 3` của phân tử tiền mARN, tạo thành đuôi polyA.
Cắt intron nối exon: Các intron được cắt bỏ và các exon được nối với nhau thành phân tử mARN hoàn chỉnh nhờ spliceosom, mARN hoàn chỉnh chui qua lỗ màng nhân ra tế bào chất tham gia quá trình dịch mã
Sinh học phân tử - mã di truyền
III. mã di truyền và sự dịch mã
3.1. Mã di truyền
Mã di truyền là mã bộ ba tức là cứ 3 nucleotit kế tiếp nhau trong gen mã hóa cho một loại axiamin.
Tính chất của mã di truyền
Mã di truyền đọc theo một chiều từ 5` - 3` trên mARN.
Mã di truyền có tính liên tục, nghĩa là đọc và dịch mã không bị gián đoạn.
Mã di truyền có tính phổ biến ở các sinh vật. Có bộ ba khởi đầu và bộ ba kết thúc giống nhau ở các nhóm sinh vật prokaryote và eukaryote và virut. Bộ ba khởi đầu là AUG ở đầu 5`, bộ ba kết thúc là UAG, UAA, UGA ở đầu 3`.
Mã di truyền có tính linh hoạt (thoái hóa): một số bộ ba mã hóa có thể thay đổi nucletit thứ 2 hoặc thứ 3 vẫn mã hóa một loại axit amin. Mặt khác, có một số axit amin được xác định bởi 2 hay nhiều bộ ba mã hóa.
Mã di truyền có tính đặc hiệu nghĩa là không một bộ ba nào mã hóa cho 2 hoặc nhiều axit amin.
Sinh học phân tử - sự dịch mã
3.2. Sự dịch mã
Sự dịch mã là sự tổng hợp protein. Quá trình này có nhiều yếu tố tham gia trong đó có 3 yếu tố quan trọng là mARN, tARN và rARN.
Diễn biến của quá trình dịch mã
Hoạt hóa axit amin: Các axit amin được hoạt hóa nhờ năng lượng từ các ATP, GTP được gắn với tARN nhờ xúc của enzym aminoacetyl-tARN synthetaza tạo phức hợp aa-tARN.
Giai đoạn khởi động
Tiểu phần nhỏ của ribosome (30S, 40S) gắn vào vị trí bộ ba AUG nhờ các nhân tố khởi động dịch mã.
Một phân tử tARN mang aa methyonin dịch chuyển đến ribosom ở bộ ba AUG và gắn Met vào vị trí đó.
Tiểu phần lớn (50S, 60S) kết hợp với tiểu phần nhỏ tạo thành ribosom. Đồng thời gắn phức hợp Met-tARN ở vị trí P trên tiểu phần lớn để khởi động phiên mã.
Giai đoạn kéo dài
Sinh học phân tử - sự dịch mã
Phức hợp aa-tARN kế tiếp sẽ đến gắn vào vị trí A. Axit amin trên phức hợp tại vị trí P sẽ hình thành liên kết peptit với axit amin trên phức hợp tại vị trí A.
Giai đoạn kết thúc
Khi ribosom dịch chuyển đến bộ ba kết thúc (UAG, UAA, UGA). Mạch polypeptit được giải phòng và ribosom phân giải thành 2 tiểu đơn vị nhỏ và lớn.
tARN ở phức hợp tại vị trí P được giải phóng đồng thời ribosom sẽ dịch chuyển phức hợp aa-tARN ở vị tri A sang vị trí P.
Các phức hợp aa-tARN kế tiếp sẽ lần lượt đến gắn vào vị trí A, ribosom lại được dịch chuyển, tARN được giải phóng và chuỗi polypeptit được kéo dài.
Sinh học phân tử - phương pháp sinh học phân tử
IV. một số phương pháp cơ bản trong sinh học phân tử
4.1. Phương pháp tách chiết ADN genom
Hiện nay có rất nhiều phương pháp tách chiết thu được kết quả tốt. Tuỳ vào đối tượng tách (vi rút, vi khuẩn, tế bào thực vật hay động vật) mà chọn phương pháp cho phù hợp. Tuy nhiên mọi phương pháp đều tuân thủ theo ba bước cơ bản sau:
Bước 1: Phá vỡ màng tế bào và màng nhân bằng cơ học hoặc hóa học.
Bước 2: Loại bỏ các thành phân không mong muốn, chủ yếu là protein bằng các dung dịch chuyên biệt.
Bước 3: Thu nhận ADN
Sinh học phân tử - phương pháp sinh học phân tử
Sinh học phân tử - phương pháp sinh học phân tử
4.2. Phương pháp điện di trên gel
Là phương pháp làm cho axit nucleic hiển thị trực tiếp
Nguyên lý: Khi đặt trong một dung dịch đệm có điện áp phân tử axit nucleic sẽ chạy từ cực âm sang cực dương đồng thời phân tách các phân tử axit nucleic theo kích thước. Điều này cho phép nhận biết và so sánh về kích thước giữa các đoạn ADN ở các mẫu phân tích với nhau.
Có hai loại gel được sử dụng phổ biến là agarose và polyacrylamid.