Sinh hoc phan tu

Chương 3.
Acid ribonucleic (ARN) & Virus
Sự hình thành RNA
Acid ribonucleic (RNA) được phân loại là polynucleotide, gần như tất cả các loại RNA đều liên quan đến một số khía cạnh của quá trình tổng hợp protein. Phân tử RNA được tổng hợp trong một quá trình gọi là sự phiên mã (transcription). Trong suốt quá trình phiên mã, phân tử RNA mới được tạo ra theo một cơ chế tương tự như tổng hợp DNA, đó là sự bắt cặp bổ sung. Trình tự base trong RNA được xác định bởi trình tự base trên một trong hai mạch của DNA. Ví dụ trình tự DNA là 5` - CCGATTACG - 3` thì được chuyển thành trình tự 3` - GGCUAAUGC - 5` ở RNA (mạch DNA bổ sung và RNA là mạch đối song).
Transcription occurs in a “transcription bubble”
(coding strand)
RNA is always synthesized 5’ to 3’
Therefore, the template strand is read 3’ to 5’
Phân tử RNA khác với DNA:
- Thành phần đường của RNA là ribose thay vì deoxyribose như trong DNA.
- Base nitrogen trên RNA khác biệt so với DNA ở một vài điểm. Thay vì thymine, phân tử RNA sử dụng uracil để thay thế. Ngoài ra, các base trong một số RNA bị biến đổi bởi nhiều loại enzyme (methylase, thiolase, deaminase).
- Khác với dạng mạch xoắn kép của DNA, RNA tồn tại ở dạng mạch đơn. Vì vậy, RNA có thể tự xoắn và tạo thành cấu trúc ba chiều độc đáo. Hình dạng của cấu trúc này quyết định bởi các base bổ sung bắt cặp ở các trình tự RNA đặc biệt, cũng như bởi các base xếp chồng lên nhau. Ngoài ra, đầu 2`-OH của ribose có thể tạo liên kết hydrogen với các nhóm phân tử gần đó. Vì RNA có dạng mạch đơn nên định luật Chargaff không có ý nghĩa đối với phân tử này.
Những dạng nổi bật nhất của RNA là RNA vận chuyển (transfer RNA - tRNA), RNA ribosome (ribosomal RNA - rRNA), và RNA thông tin (messenger RNA - mRNA). Cấu trúc và chức năng của mỗi loại phân tử sẽ được nói đến ở phần sau. Những loại RNA ít phổ biến khác (nhưng không kém phần quan trọng), như RNA không đồng nhất (heterogenous RNA) hay RNA nhỏ trong nhân, cũng sẽ được nói đến.
Structure of RNA
RNA
(Cấu trúc và chức năng)
RNA vận chuyển (tRNA)
RNA vận chuyển (tRNA) vận chuyển amino acid đến ribosome để gắn vào protein. Chiều dài trung bình của phân tử RNA là 75 nucleotide. Do mỗi phân tử tRNA gắn với một amino acid đặc biệt nên tế bào có ít nhất một loại tRNA chở mỗi một amino acid trong số 20 amino acid thông thường tìm thấy trong protein. Cấu trúc không gian của tRNA giống hình chiếc lá ba chẻ. Phân tử tRNA có nhiều base bị biến đổi. Ví dụ: pseudouridine, 4-thiouridine, 1-methylguanosine và dihydrouridine.
Cấu trúc của tRNA cho phép tạo ra hai thành phần cấu trúc là 3-terminus và vòng đối mã (anticodon loop). Đầu 3-terminus tạo một liên kết đồng hóa trị với một amino acid đặc hiệu. Vòng đối mã trình tự 3-base cho phép tRNA gắn vào vị trí gắn amino acid. Trong suốt quá trình tổng hợp protein, tRNA cũng có ba đặc điểm cấu trúc tiêu biểu khác là: vòng D (D loop), vòng T? C (T?C loop) và vòng biến đổi. Chức năng của những cấu trúc này chưa biết nhưng chúng được xem là có liên quan đến sự gắn tRNA trong ribosome và sự gắn của tRNA và một enzyme xúc tác cho quá trình gắn với một amino acid phù hợp. Vòng D được đặt tên như vậy vì nó chứa dihydrouridine và cytosine. Tương tự, vòng T ? C chứa trình tự các base thymine, pseudouridine và cytosine. tRNA có thể phân loại dựa vào chiều dài cơ bản của các vòng biến đổi. Rất nhiều (khoảng 80%) trong số tRNA có các vòng biến đổi với 4-5 nucleotide, trong khi những cái khác chứa các vòng biến đổi với 20 nucleotide
RNA ribosome
RNA ribosome (rRNA) phong phú nhất trong các RNA của tế bào sống (trong hầu hết các tế bào, rRNA chiếm khoảng 80%RNA). Cấu trúc thứ cấp của rRNA cực kỳ phức tạp. Như tên gọi, rRNA là thành phần của ribosome.
Ribosome là cấu trúc của bào quan tổng hợp protein. Ribosome của prokaryote và eukaryote giống nhau về hình dạng và chức năng, mặc dù chúng khác nhau về kích thước và thành phần hóa học. Cả hai loại ribosome bao gồm hai tiểu phần không bằng nhau về kích thước, thường gọi theo thuật ngữ là khác về giá trị S của nó (S là chữ viết tắt của Svedbverg nghĩa là tần số lắng cho biết tốc độ lắng của tiểu phần khi ly tâm). Vì vận tốc lắng phụ thuộc vào trọng lượng phân tử cũng như hình dạng của tiểu phần nên giá trị S không thể cộng lại được. Ribosome của prokaryote (70S) được tạo bởi một tiểu phần 50S và một tiểu phần 30S, ribosome của eukaryote (80S) chứa một tiểu phần 60S và 40S.
Rất nhiều loại rRNA và protein khác nhau được tìm thấy ở mỗi tiểu phần ribosome. Tiểu phần lớn của E.coli là một ví dụ, nó chứa rRNA 5S và 23S và 34 polypeptide. Tiểu phần nhỏ của ribosome E.coli chứa một rRNA (5S; 5,8S; 28S) và 49 polypeptide, tiểu phần nhỏ chứa rRNA 18S và khoảng 30 polypeptide. Chức năng của ribosome và polypeptide trong ribosome chưa được biết rõ và đang được nghiên cứu.
RNA thông tin (mRNA)
Như tên gọi, RNA thông tin (mRNA) mang thông tin di truyền từ DNA để tổng hợp protein. Phân tử mRNA chiếm khoảng 5% RNA tế bào có nhiều kích thước khác nhau. Ví dụ: mRNA của E.coli khác nhau từ 500-6000 nucleotide. mRNA prokaryote và eukaryote khác nhau về nhiều mặt. Đầu tiên, rất nhiều mRNA prokaryote là polycistronic, nghĩa là chúng chứa thông tin mã hóa cho nhiều chuỗi polypeptide. Ngược lại, mRNA eukaryote mã hóa cho một chuỗi polypeptide và do đó được gọi là monocistronic (1 cistron là một trình tự DNA chứa thông tin mã hóa cho một polypeptide cũng như nhiều tín hiệu đòi hỏi cho chức năng của ribosome). Thứ hai, mRNA của prokaryote và eukaryote có tiến trình khác nhau. Khác với mRNA prokaryote được dịch mã ngay lập tức thành protein sau khi được tổng hợp, mRNA eukaryote bị biến đổi hoàn toàn. Những biến đổi này bao gồm việc gắn mũ (capping), cắt nối (splicing) (loại bỏ intron) và gắn đuôi polyadenylate hay còn gọi là polyA.
RNA heterogoneous
và RNA nhân nhỏ.
Heterogoneous RNA (hnRNA) và RNA nhân nhỏ (snRNA) đóng vai trò bổ sung trong tế bào eukaryote. Phân tử heterogoneous nuclear RNA là bản phiên mã đầu tiên và là tiền thân của phân tử mRNA. HnRNA được chế biến và biến đổi để tạo mRNA. Chế biến là sự loại bỏ intron khỏi tiền RNA. Mỗi phân tử snRNA (chứa 90-300 nucleotide) được cấu thành từ nhiều protein để tạo các hạt ribonucleoprotein nhân nhỏ (snRNA hay snarps), snRNA liên quan đến trình tự chế biến cũng như quá trình tạo RNA khác.
Virus
Virus
Giới thiệu về virus
Virus đã được phát hiện từ năm 1892, khi nhà khoa học ngươì Nga Dmitri Ivanovski lần đầu tiên phân lập được virus khảm thuốc lá. Từ đó virus đã được xác định trên nhiều đối tượng khác nhau từ vi khuẩn đến đông vật và thực vật là nguyên nhân nhiều tác nhân gây bệnh cho ký chủ.
Các tác nhân gây bệnh do virus
PRSV
Polio
Influenza
HIV
Đặc điểm của Virus
Thường được mô tả là vật ký sinh nội bào, virus không có chu trình biến dưỡng riêng của nó. nhưng dưới điều kiện phù hợp chúng có thể hủy hoại sinh vật sống.Virus cũng có thể được xem như những nhân tố di truyền, mỗi nhân tố là một nucleic acid được bao bọc. Trong lớp vỏ bảo vệ, một khi virus xâm nhiễm được đưa vào tế bào chủ, nucleic acid của nó có thể tấn công vào nucleic acid và bộ máy tổng hợp protein của tế bào. Khi những thành phần của virus đầy đủ một phần tử virus hoàn chỉnh được tạo ra và rời khỏi tế bào chủ. Trong nhiều chu trình, rất nhiều virus mới được tạo ra làm tan tế bào chủ. Nucleic acid của virus có thể tự chen vào nhiễm sắc thể tế bào chủ tạo ra sự tải nạp ở tế bào.
The Lytic Cycle
The Lysogenic Cycle
Cấu trúc và chức năng của virus
Thường thì các virus được xếp theo các nhóm dựa theo tính chất và hình dạng hiển vi của nó (ví dụ như Rhabnovirus có dạng nhỏ giọt), nơi đầu tiên được phân lập (ví dụ adeovirus được khám phá trong adenoid, một loại mô lymphoid) hoặc triệu chứng mà chúng tạo ra trên sinh vật chủ. Virus có nhiều hình dạng và kích thước. Virion (1 phần tử virus hoàn chỉnh) có kích thước từ 10-400nm. Mặc dù hầu hết các virus quá nhỏ không thể quan sát dưới kính hiển vi quang học, một vài loài vẫn có thể quan sát được vì nó lớn bằng loại vi khuẩn nhỏ nhất.
Virion đơn giản được cấu tạo bởi vỏ (capsid) (một protein vỏ tạo bởi các đơn phân là capsomere) bao bọc nucleic acid (thuật ngữ nucleocapsid thường dùng để mô tả phức hợp vỏ và nucleic acid). Trong nhiều loại virus phức tạp, nucleocapsid được bao bọc bởi một màng bao thường bắt nguồn từ màng plasma của tế bào chủ. Màng bao protein bọc bộ gen của virus được chèn vào màng bao. Trong suốt thời kỳ virion, những protein nhô lên khỏi bề mặt của màng gọi là đầu nhọn được gọi là vật trung gian để gắn virus với tế bào chủ.
Nucleic acid của virus gồm cả DNA hoặc RNA, mặc dù hầu hết các virus có mạch đôi DNA (dsDNA) hay mạch đơn RNA (ssRNA). Các ví dụ về bộ gen mạch đơn DNA và mạch đôi RNA (dsRNA) đều đã được quan sát. Có hai loại ssRNA bộ gen: một là RNA bộ gen mạch dương [+ssRNA] hoạt động như một mRNA khổng lồ trực tiếp tổng hợp một polypeptide dài. Một bộ gen RNA mạch âm [-ssRNA] được bổ sung với trình tự base của mRNA trực tiếp tổng hợp protein của virus. Những virus sử dụng [-ssRNA] bộ gen phải có một enzyme transcriptase để tổng hợp mRNA.

Baltimore Classification Scheme
Vì một virus phá vỡ chức năng của tế bào thường để tạo ra những virus mới, sự xâm nhiễm virus có thể tạo ra biến đổi trong biến dưỡng tế bào. Ví dụ như sự xâm nhiễm trên những tế bào động vật đã cho thấy những thông tin vô giá và rõ ràng về cơ chế tổng hợp protein. Ngoài ra rất nhiều cơ chế di truyền ở eukaryote đã được làm sáng tỏ bằng việc thêm virus hay enzyme của virus vào tế bào. Nghiên cứu về virus cũng như cho những thông tin liên quan đến cấu trúc bộ gen và những cơ chế gây ung thư ; virus trở nên vô giá trong sự phát triển công nghệ DNA tái tổ hợp.
Hết chương 3