Cac qua trinh Sinh hoc o muc phan tu

Cơ sở phân tử của sự di truyền
Thạc sĩ Lê Thuý Quyên
Đại Học Y Dược TP. Hồ Chí Minh
Khoa Khoa học cơ bản
Bộ môn Sinh Học
Môn Di truyền học
SỰ TỰ NHÂN ĐÔI ADN
PHIM
SINH TỔNG HỢP ADN: SỰ TỰ NHÂN ĐÔI ADN
Các điều kiện xãy ra
Các liên kết H2 giữa hai mạch phải bị phá vở
Phải có đủ 4 loại deoxyribonucleotide triphosphate (dATP, dTTP, dGTP, dCTP)
Phải có đoạn mồi (primer) để bắt cặp với mạch khuôn
Tổng hợp trên mạch khuôn diễn ra theo hướng 3` ? 5`
Có sự tham gia của nhiều Enzyme đặc hiệu: Topoisomerase,helicase, ADN polymerase I và III, ligase; và một số protein đặc hiệu khác
DIỄN TIẾN QUÁ TRÌNH SAO CHÉP ADN
Giai đoạn khởi sự
Protein B nhận biết điểm gốc, gắn vào
Tháo xoắn tại điểm gốc bởi Topoisomerase
? Topois I ? tháo xoắn 1 mạch
? Topois II ? tháo xoắn 2 mạch
Helicase cắt đứt liên kết H2, tạo nên 2 chạc ba tái bản ở hai bên điểm gốc. Helicase hoạt động suốt chiều dài ADN dọc theo mạch khuôn
Các mạch đã được tách rời được protein SSB (single strand binding protein) làm căng mạnh tạo điều kiện cho việc sao chép được dễ dàng

Mô hình trên E. coli
DIỄN TIẾN QUÁ TRÌNH SAO CHÉP ADN
Giai đoạn kéo dài
Tổng hợp mồi (primer): mồi là 1đoạn mạch RNA # 5-10 base, nhờ phức hợp primosome gồm nhiều protein và enzyme primase
Tổng hợp mạch mới bởi ADN polymerase III (liên tục trên một mạch khuôn và gián đoạn ở mạch khuôn kia)
? ADN pol III chỉ có thể tổng hợp mạch ADN bằng cách nối
dài ở đầu 3`OH của một mồi đã bắt cặp sẵn trên mạch
khuôn
? Trên mạch khuôn 3`5`, mạch mới được tổng hợp liên tục ?
mạch tới, mạch dẫn (leading strand)
? Trên mạch khuôn 5`3`, mạch mới được tổng hợp không liên
tục ? đoạn Okazaki 100-1000 cặp base, gọi là mạch chậm
(lagging strand)
Mô hình trên E. coli
DIỄN TIẾN QUÁ TRÌNH SAO CHÉP ADN
DIỄN TIẾN QUÁ TRÌNH SAO CHÉP ADN
Giai đoạn kết thúc
Mồi ARN bị phân hủy bởi RNAse H.
Các lỗ hổng sẽ được lấp lại nhờ ADN polymerase I.
Enzym ligase nối tất cả các chỗ gián đoạn.
Mô hình trên E. coli
DIỄN TIẾN QUÁ TRÌNH SAO CHÉP ADN
Sữa sai trong sao chép
ADN polymerase I và III có 2 hoạt tính: polymer hóa và exonuclease 5`-3` và 3`-5`
Trên đường di chuyển, nếu gặp Nu lắp sai, ADN polymerase sẽ lùi lại cắt bỏ theo hướng 3`-5`

Mô hình trên E. coli
SỰ SAO CHÉP ADN
Ở TẾ BÀO EUKARYOTE
Khá giống ở Prokaryote.
Có 5 loại ADN polymerase tham gia.
Có nhiều protein chuyên biệt tham gia.
Chưa được biết tường tận.
SỰ KHÁC BIỆT GIỮA QUÁ TRÌNH TỰ NHÂN ĐÔI ADN Ở PROKARYOTE VÀ EUKARYOTE

SINH TỔNG HỢP ARN
( SỰ PHIÊN MÃ)
SINH TỔNG HỢP ARN
ARN di truyền: Sự phiên mã ngược
(Reverse transcription)

ARN cADN ARN

ARN không di truyền: Sự phiên mã
(Transcription)
.
QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ
Nguyên tắc chung
Chỉ thực hiên trên 1 mạch ADN
ARN được tổng hợp theo hướng 5` - 3` nhờ tác dụng của enzym ARN polymerase phụ thuộc ADN

PHIÊN MÃ Ở PROKARYOTE
Giai đoạn khởi động
ARN polymerase nhận biết và gắn vào trình tự khởi động trên mạch khuôn nhờ nhân tố khởi động (?: sigma)
PHIÊN MÃ Ở PROKARYOTE
Giai đoạn kéo dài
Do tác động của nhân tố kéo dài, khi ARN đạt được chiều dài # 8 rNu
ADN tháo xoắn liên tục (khoảng 17 Nu) theo hướng 3`-5` trên mạch khuôn
Mạch mới được tổng hợp theo hướng 5`-3` bởi tác dụng của ARNpolymerase đồng thời tách dần khỏi mạch khuôn (trừ 1 đoạn gồm khoảng 12 rNu)
PHIÊN MÃ Ở PROKARYOTE
PHIÊN MÃ Ở PROKARYOTE
Giai đoạn kết thúc
ARN polymerase dừng phiên mã, tách khỏi mạch khuôn khi di chuyển đến vị trí kết thúc (vùng terminator).
Sợi ARN tách hẳn mạch khuôn
o5
PHIÊN MÃ Ở EUKARYOTE
D?c di?m
Có 3 loại ARN-polymerase:
ARN-polymerase I: tham gia vào quá trình phiên mã rARN 18S, 5,8S ,28S
ARN-polymerase II chịu trách nhiệm tổng hợp mARN
ARN-polymerase III: giúp phiên mã tARN và rARN 5S
mARN chứa thông tin của 1 gen

o5
PHIÊN MÃ Ở EUKARYOTE
D?c di?m
Quá trình phiên mã phức tạp:
Bản phiên mã đầu tiên (tiền mARN) chưa được sử dụng trực tiếp mà phải qua quá trình chế biến (trưởng thành).
Giai đoạn trưởng thành:
gắn “chóp” (cap) là 7-methylguanosine
gắn “đuôi” polyA dài 100 – 200 Adenine
Cắt bỏ các intron, noái caùc exon laïi
o5
PHIÊN MÃ Ở EUKARYOTE
Giai đoạn khởi động
Có nhiều nhân tố khởi động tham gia
TFII D nhận biết và gắn vào vị trí khởi động ở promoter
TFIIA gắn vào TFIID
ARN pol gắn vào phức hợp TFIID -TFIIA nhờ TFIIB
1 ATP được sử dụng để tách 2 mạch đơn.
TFIIE cho phép khởi động sự phiên mã
TFIIH tách 2 mạch ADN và sửa sai
PHIÊN MÃ Ở EUKARYOTE
Giai đoạn khởi động
Các nhân tố tham gia khởi động:
TF II D: nhận biết & gắn vào vị trí khởi động ở promoter
TF II A: gắn vào TF II D
TF II B giuùp ARN-polymerase gắn vào phứchợp TF II A – TF II D
TF II F gắn ARN-polymerase vào promoter
TF II E cho phép khởi động sự phiên mã
TF II H: sử dụng helicase để tách ADN và sửa sai ADN
1 ATP sử dụng để tách 2 mạch đơn
Click vaøo hình ñeå kích hoaït
PHIÊN MÃ Ở EUKARYOTE
Giai đoạn kéo dài
mARN được tổng hợp từ mạch khuôn theo hướng 5`-3` nhờ nhân tố TFII S
PHIÊN MÃ Ở EUKARYOTE
Giai đoạn kết thúc
Sự phiên mã kết thúc trước điểm gắn đuôi poly A
mARN tách khỏi mạch khuôn
PHIÊN MÃ Ở EUKARYOTE
PHIÊN MÃ Ở EUKARYOTE
Quá trình trưởng thành của tiền mRNA
Gồm 3 giai đoạn
Gắn mũ chụp (Capping) vào đầu 5`
Gắn đuôi poly A vào đầu 3`
Cắt xén (Splicing)
? Loại bỏ các intron, nối các exon lại
? Được thực hiện bởi các phần tử ghép nối
(spliceosome)

spliceosome
RNA
Hình chụp spliceosome bằng kính hiển vi điện tử
Quá trình cắt xén mRN (splicing)
snRNPs (small nuclear ribonucleoprotein) – protein con nhận biết intron, cấu tạo bởi RNA và protein trong nhân
Các snRNPs kết hợp tạo ra 1 phức spliceosome, nhận biết trình tự cắt trên intron
Spliceosome hoàn chỉnh cắt bỏ intron
Đặc trưng phiên mã
PHÂN BIỆT QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ GIỮA PROKARYOTE VÀ EUKARYOTE
Prokaryote:
Không có giai đoạn tiền mARN
1 loại ARN-polymerase tổng hợp tất cả loaïi ARN
mARN chứa nhiều của nhiều gen
Eukaryote:
mARN qua 2 giai đoạn: tiền mARN và mARN trưởng thành
mARN có cap 7-methylguanusine ở 5’ và đuôi polyadenine ở 3’
Tiền mARN được loại bỏ intron và nối các exon (splicing)
3 loại ARN-polymerase:
ARN-polymerase II: tổng hợp mARN
ARN-polymerase I, III: tổng hợp rARN, tARN và ARN khác.
mARN chứa thông tin của 1gen


SINH TỔNG HỢP PROTEIN
SINH TỔNG HỢP PROTEIN
GEN mARN PROTEIN




Phiên mã
Transcription
Translation
Giải mã
GIẢI MÃ = DỊCH MÃ
ĐẶC ĐIỂM CHUNG

Được thực hiện bởi các ribosome
Trên 1 mARN có thể có nhiều ribosome hoạt động -> Polysome
Rb gồm 2 subunit (Sub):
Lớn ( Sub L)
Nhỏ ( Sub S)
Trên Rb có 3 vị trí : A,P,E

protein
KHỞI SỰ
KẾT THÚC
Fomyl methionine
Nhân tố khởi sự (tái sử dụng), GDP
KÉO DÀI
GIẢI MÃ = DỊCH MÃ
ĐẶC ĐIỂM CHUNG
Ở Prokaryote và Eukaryote đều gồm 3 giai đoạn:
Khởi động
Kéo dài
Kết thúc
2 subunit của Rb:
Khi chưa hoạt động giải mã -> tách rời
Khi giải mã -> kết hợp lại
Thực hiện theo hướng 5`->3`
Các Rb tạo dãy polysome

DIỄN TIẾN QUÁ TRÌNH GIẢI MÃ
CHUẨN BỊ


Gồm 2 bu?c:

Hoạt hoá a.amin:
Acid amin liên k?t v?i tARN d?c hi?u nh? s? x�c t�c c?a enzyme aminoacyl-tRNA synthetase và ATP t?o th�nh ph?c h?p aa-tARN

aa + ATP ? aa-AMP + PP, (pyrophosphate)

Liên kết acid amin vào tARN :

aa-AMP + tRNA ? aa- tRNA + AMP

KQ: Tạo phức hợp Aminoacyl-tRNA
DIỄN TIẾN QUÁ TRÌNH GIẢI MÃ
GIẢI MÃ TẠI RIBOSOME

Giai đoạn khởi sự
Đặc điểm chung:
- Có 3 nhân tố IF: IF1, IF2,IF3
- Dấu hiệu bắt đầu là codon AUG
Có 2 loại tRNA mang methionine :
1. tRNAimet kết hợp với codon mở đầu AUG
2. tRNA met kết hợp với codon AUG nằm giữa phân tử mRNA
DIỄN TIẾN QUÁ TRÌNH GIẢI MÃ Giai đoạn khởi sự
IF-1: gắn vào sub S, ngăn không cho subS kết hợp với sub L, tăng cường hoạt động của IF-2 và IF-3.
IF-2: Phát hiện codon mở đầu, kết hợp với GTP, làm dễ dàng quá trình kết hợp fMet-tRNAfMet.
IF-3: gắn vào subS, ngăn không cho subS kết hợp với subL.

DIỄN TIẾN QUÁ TRÌNH GIẢI MÃ
Giai đoạn khởi sự
Đặc điểm chung:

Aminoacyl-tRNA synthetase đặc hiệu đã gắn Methionine vào tRNAimet tạo thành Met- tRNAimet.

. Subunit S (30S) hình thành phức hợp với Met- tRNAimet nhờ vào các nhân tố khởi động.

. Một trình t? đặc biệt trên 30S trên mRNA (trình tự Shine-Dalgarno hay
trình tự SD ~3-9 Rnu ) được nhận diện bởi trình tự anti SD thuộc sub S.
Nhờ vậy codon mở đầu AUG được chuyển chính xác vào vị trí mở đầu.



DIỄN TIẾN QUÁ TRÌNH GIẢI MÃ
Giai đoạn khởi sự
IF1 và IF3 lieân keát với sub S, chuẩn bị cho söï giải mã.
IF2 lieân keát vôùi phöùc hôïp Met-tARN ifMet vaø naêng löôïng laø GTP, taïo phöùc hôïp Met-tARNimet-IF2-GTP. Phöùc hôïp naøy ñeán gaén vaøo vò trí P treân subS .
GTP ñöôïc thủy phân thaønh GDP và Pi, giaûi phoùng năng lượng để tách các nhân tố mở đầu khỏi phức hợp.
Met-tARNimet lieân keát vaøo codon AUG taïi vò trí P.
Sub L đến lắp ráp với Sub S, giai đoạn khởi đầu hoàn tất.
DIỄN TIẾN QUÁ TRÌNH GIẢI MÃ Giai đoạn kéo dài

Tương đối đơn giản và mang tính lặp lại
1 Aminoacyl-tARN kế tiếp đến bắt cặp bổ sung với codon tại vị trí A nhờ 1 nhân tố kéo dài EF (elongation factor)
1 liên kết peptide được hình thành giữa a.a ở vị trí P và a.a ở vị trí A bởi enzyme peptidyl transferase
tARN(met) ở P được giải phóng
Quá trình được lặp lại lần lượt qua các codon còn lại tạo thành chuỗi polypeptide
Giai đoạn kéo dài chấm dứt khi Rb dịch chuyển đến mã kết thúc
DIỄN TIẾN QUÁ TRÌNH GIẢI MÃ
Giai đoạn kết thúc

1 nhân tố kết thúc (termination factor - TF) nhận biết mã kết thúc
Các nhân tố phóng thích (releasing factor - RF) sẽ giải phóng tARN và chuỗi P.
Rb rời khỏi mARN, 2 subunit tách đôi -> quá trình giải mã kết thúc


DIỄN TIẾN QUÁ TRÌNH GIẢI MÃ
Giai đoạn kết thúc

Giải mã (hình chụp kính hiển vi điện tử, đối tượng: E.Coli)
Nhiều ribosome bám trên cùng 1 mRNA
PHÂN BIỆT QUÁ TRÌNH GIẢI MÃ GIỮA PROKARYOTE VÀ EUKARYOTE
Giải mã (hình chụp kính hiển vi điện tử, đối tượng: E.Coli)
Phiên mã, giải mã diễn ra cùng lúc
RNA polymerase