Sinh học phân tử chương 19 phần 2

Tổng hợp ADN ở tế bào chân hạch
Chu kỳ tăng trưởng và phân cắt của tế bào

G1:- Giai đoạn nghỉ chiếm 30-40% thời gian chu kỳ phân cắt.

G2:
Giai đoạn G2 chiếm 5-10% thời gian chu kỳ sinh trưởng.
Ty thể và các cấu trúc khác được nhân đôi
Một số protein cũng được tổng hợp
M: Phân nhân (Tiền,Biến,Tiến và Chung kỳ)
II. Tổng hợp ADN

1.Chu kỳ phân cắt đẳng nhiễm
+ Giai đoạn nghỉ G1( 30-40% thời gian giữa hai lần phân
cắt): tổng hợp protein và ARN làm tế bào to thêm
+ Giai đoạn S (30-50% thời gian chu kỳ phân cắt):Tổng hơp ADN và protein histon, chia nhiễm sắc thể ra làm hai bộ tương đồng
+ Giai đoạn G2 (5-20% chu kỳ phân cắt): Chuẩn bị phân cắt
+ Giai đoạn M và D: Tiến hành phân cắt cho ra hai tế bào con
Tổng hợp ADN ở tế bào chân hạch
Protein T bám vào khởi điểm và cùng với “yếu tố nhân đôi-RFA” mở xoắn ADN tại khởi điểm
(2) Phản ứng tổng hợp tiến hành theo hai chiều ngược nhau, khởi đầu từ một ARN prime, do primaz xúc tác. Một loại polymeraz III ( Pol) xúc tác tổng hợp đoạn polynucleotid liên tục trong khi pol phối hợp với primaz tổng hợp sợi pol không liên tục (Okazaki).
Mô hình cơ chế tổng
hợp ở vi rút SV40 (Simian virus 40)
The telomeres of humans consist of as many as 2000 repeats of the sequence
5` TTAGGG 3`.

5`...TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG..3` 3`...AATCCC AATCCC AATCCC AATCCC AATCCC AATCCC..5`
Cơ chế xúc tác của
telomeraz
So sánh tổng hợp ở chân hạch và sơ hạch
Giống nhau:
1). Hai sợi poly của ADN cùng làm khuôn tổng hợp ADN mới. Tổng hợp bắt đầu từ đầu 5’ đến đầu 3’của sợi pol mới
2). Tổng hợp bắt đầu từ khởi điểm và tiến hành theo hai hướng ngược chiều nhau tạo thành chán hai. Một pol làm khuôn tổng hợp một sợi pol liên tục; sợi pol đối diện làm khuôn tổng hợp nhiều đoạn poly không liên tục gọi là các đoạn Okazaki
3). ADN polymeraz cần có sự hổ trợ của nhiều loại protein và sự hiện diện của ARN prime để bắt đầu tổng hợp sợi pol.
2. Khác nhau:
1). ADN của vi khuẩn chỉ có một khởi điểm; ADN của tế bào chân hạch có nhiều khởi điểm
2). Vi khuẩn chỉ có một loại pol.III; chân hạch có hai loại pol III( pol và pol)
3). Ở vi khuẩn dnaA là protein đầu tiên tương tác với ADN trong khi ở chân hạch là protein T
4). ADN vòng kín ở vi khuẩn làm khuôn tổng hợp ADN mới theo nguyên tắc bán bảo toàn; ADN tế bào chân hạch làm khuôn tổng hợp pol mới có đầu 3’ mang nhiều đoạn lập lại nhiều lần (telomer)
So sánh tổng hợp ở chân hạch và sơ hạch
Cơ chế tổng hợp ADN-
Cơ chế tổng hợp đặc biệt [Cơ chế tháo chiếu ở một số vi rút (x174)]
ADN c?a ?x174 s?i don v�ng k�n
1. Sau khi văo t? băo vi khu?n, ADN ( g?i lă ADN duong-pol.+) lăm khu�n t?ng h?p s?i đm cho ra ADN s?i d�i v�ng k�n g?m hai v�ng pol.+ vă pol.-

2. S?i pol.- lăm khu�n t?ng h?p pol. +: V�ng + b? enzim (do vi r�t ch? d?o t?ng h?p) c?t t?i kh?i di?m vă t?ng h?p ti?n hănh ? d?u 3` hydoxyl t? do vă d�ng Pol.- lăm khu�n. Khi s?i pol + thâo ra d? dăi, n� b? c?t vă n?i cho ra phđn t? ADN s?i don+ v�ng k�n c?a vi r�t
Cơ chế tổng hợp “tháo chiếu” của ADN
Sửa chữa phân tử ADN
1. Nhầm lẫn (Mismatch): Sự nhầm lẫn có thể xãy ra trong suốt quá trình sao chép DNA và sẽ được sửa sai
- Polymeraz I ( 3’ 5’ exonucleaz) hay III ( sợi theta-) cắt bỏ nucleotid nhầm lẫn trước khi tổng hợp tiếp tục

2 .Một đoạn của sợi poly. bị hư hay mất (DNA damage)
- Phần hư bị enzim”ADN nucleaz sửa chữa”cắt bỏ
- Polymeraz I dùng sợi poly. kia làm khuôn gắn trám các nucleotid vào phần bị cắt bỏ
- Ligaz nối hai đầu đoạn mới với đoạn cũ
Sửa chữa một nucleotid hư
Sửa chữa các baz bắt cặp sai (Mismatch repair)

Xãy ra trong quá trình sao chép ADN

Methy hoá các baz Adenin A tại các trình tự GATC
ở đầu 5’ của sợi cũ (sợi khuôn)
III. Tổng hợp ARN-
1.Các enzim tham gia
1. Tế bào sơ hạch: Chỉ có một loại ARN polymeraz (gồm hai sợi , một sợi , một sợi ’ và một sợi sigma-) xúc tác tổng hợp ba loại mARN, rARN và tARN.
2.Tế bào chân hạch: Ba loại khác nhau:
-Polymeraz I: Trong vùng nhân nhỏ, xúc tác tổng hợp các phân tử ARN to của ribô thể
-Polymeraz II: Trong nhân chất, xúc tác tổng hợp tiền mARN
-Polymeraz III: Trong nhân chất, xúc tác tổng hợp tARN và các phân tử rARN nhỏ (5 S rARN)
Cơ chế tổng hợp ở tế bào sơ hạch
Ba giai đoạn:
(1).Khởi đầu: Nhận diện, hội nhập và xúc tác
- Nhận diện: Nhờ protein sigma(), ARN polymeraz bám vào “vùng khởi đầu” (promoto) ( chứa hai đoạn pol có nucleotid lập lại nhiều lần nằm ở vị trí -10 và -35) trên pol làm khuôn
-Hội nhập: Bằng cách thiết lập các cầu nối giữa các acit amin kiềm của enzim và các gốc phosphat có tính acit trên ADN. Năng lượng phóng thích do thành lập các cầu nối được dùng tách hai sợi pol ra một đoạn khoảng 17 cặp nucleotid.
-Xúc tác: Polymeraz xúc tác gắn nucleotid đầu tiên (thường là purin-A hay G) với pol làm khuôn
TTGACA TATAAT Khởi đầu
Phân tử ADN: Sợi mã hoá và sợi khuôn
Cơ chế khởi động tổng hợp ARN ởí vi khuẩn
Chi tiết cơ chế chuyển mã ADN
(2).Kĩo dăi:
- Nucleotid th? hai bâm văo pol khu�n cung b?ng c?u n?i hydr�
- C?u n?i gi?a phosphat th? nh?t vă phosphat th? hai b? b? g?y ph�ng th�ch PPi. Khi c?u n?i trong PPi b? thu? phđn s? cho nhi?u nang lu?ng d? thi?t l?p câc c?u n?i phosphodieste)
- C?u n?i phosphodieste du?c thănh l?p gi?a phosphat th? nh?t c?a nucleotid th? hai ? v? tr� carbon 5` vă carbon ? v? tr� 3` c?a nucleotid th? nh?t
- Nucleotid th? ba d?n vă thănh l?p c?u n?i phosphodieste v?i nucleotid th? hai vă c? nhu th? ti?p t?c
Cơ chế tổng hợp
polynucleotid
Lưu ý:
- Phân tử ARN được tổng hợp theo chiều từ đầu 5’ đến đuôi 3’ như ở ADN
- Đầu 5’ của ARN vẫn còn 3 phosphat
- Đoạn ARN mới tổng hợp kết với pol khuôn thành kiến trúc sợi đôi xoắn ốc dài khoảng 12 cặp nucleotid. Khi polymeraz di chuyển thì đầu 5’ của ARN tách ra khỏi pol làm khuôn
- Khi đoại ARN dài được 10 nucleotid thì  tách ra khỏi polymeraz

Chi tiết cơ chế chuyển mã ADN
Chi tiết cơ chế tổng hợp ARN
( 3).Ch?m d?t:
Khi ARN polymeraz di chuy?n d?n v�ng ADN ch?a câc nucleotid c� âi l?c kĩm v?i enzim năy th� t?ng h?p b? ngung. C� th? c� câc l� do:
- Câc baz ? du�i ARN b?t c?p nhau t?o ki?n tr�c v�ng th?c lăm tr? ng?i ho?t d?ng c?a ARN polymeraz
- Do?n du�i ARN c� nhi?u nucleotid ch?a uracil lăm ARN tâch kh?i pol khu�n
- Protein ? (rho), m?t nhđn t? k?t th�c phiín mê ph? thu?c ATP, c� th? lăm ch?m d?t phiín mê: Rho bâm văo d?u 5` c?a ARN, di chuy?n v? ph�a polymeraz dang bâm văo ADN, phâ hu? câc c?u n?i gi?a ARN vă pol khu�n tâch r?i hai s?i năy ra
Mô hình chấm dứt tổng hợp ARN
Figure 29.5
The termination site for the E. coli trp operon (the trp operon encodes the enzymes of tryptophan biosynthesis). The inverted repeats give rise to a stem-loop, or “hairpin,” structure ending in a series of U residues.
Mô hình hoạt động chấm dứt chuyển mã của rho
Figure 29.6
The rho factor mechanism of transcription termination. Rho factor (a) attaches to a recognition site on mRNA and (b) moves along it behind RNA polymerase. (c) When RNA polymerase pauses at the termination site, rho factor unwinds the DNA:RNA hybrid in the transcription bubble, (d) releasing the nascent mRNA.
Xử lý tiền ARN (ở E.coli)
ARN do các gen nằm liên kề chỉ đạo tổng hợp được gọi là tiền ARN
2 . Tiền ARN có thể được xử lý theo nhiều cách
- Enzim tARN transferaz dùng các GTP và ATP gắn vào đuôi 3’ của tARN một đoạn polynucleotid chứac các baz CCA
- Methylaz có thể thêm các gốc methyl vào đường riboz hay các baz trên tiền ARN đang được tổng hợp
- Các gen liên kề chỉ đạo tổng hợp tiền ARN chứa nhiều chủng loại ARN; enzim ARN nucleaz cắt tiền ARN cho ra các ARN khác nhau
- Các gen nằm liên kề chỉ đạo tổng hợp nhiều protein (enzim) được chuyển mã thành tiền mARN. Thí dụ các gen chỉ đạo tổng hợp các enzim tham gia biến dưỡng lactoz
Nelson & Cox, 2005, p. 1015
Xử lý tiền ARN (ở E.coli)
III. Tổng hợp ARN-
Tổng hợp ở sinh vật chân hạch
1. Các ARN được tổng hợp, chế biến, cắt-nối trong nhân



2. Các mARN,tARN và rARN sau khi tổng hợp và xử lý được chuyển từ nhân ra cytosol để hoạt động

T?ng h?p mARN
Các bước tổng hợp: Tổng hợp gồm nhiều bước
- ARN polymeraz II (pol.II) bám vào ADN và tiến trình tổng hợp bắt đầu
- Nucleotid đầu tiên của ARN( đầu 5’) bắt cặp với nucleotid trên pol khuôn. Nucleotid thứ hai của ARN đến bắt cặp với nucleotid tương thích trên pol khuôn và pol. II xúc tác thành lập cầu nối phosphodieste giữa phosphat ở C5’ của pentoz trên nucleotid thứ hai với C3’ của pentoz trên nucleotid thứ nhất.
- Phản ứng tiếp tục cho đến khi Pol.II gặp đoạn ADN báo hiệu chấm dứt tổng hợp cho ra tiền mARN trong nhân.
- Tiền mARN được cắt/nối cho ra mARN
- Chuyển mARN ra cytosol
Hai tiến trình chuyển mã và dịch mã ở sinh vật sơ và chân hạch

Tổng hợp ở sinh vật chân hạch
Tổng hợp mARN
(1). Khởi động tiến trình tổng hợp:

-Promoto của Polymeraz II nằm phía trước khởi điểm

-Trên promoto có hộp TATA giàu T và A nằm ở vị trí -25 phía trước khởi điểm

-Hộp TATA hiện diện ở hầu hết các gen chỉ đạo tổng hợp mARN

-Một số các gen khác còn chứa thêm các hộp CAAT và GC
The core region often consists of a TATA box
Mô hình promoto của tiền mARN ở tế bào chân hạch
Tổng hợp mARN
(1). Khởi động tiến trình tổng hợp):Pol.II cũng cần các yếu tố phiên mã sau:
- Yếu tố phiên mã TF II D là protein đầu tiên bám bào hộp TATA của promoto thông qua đơn vị cấu tạo TBP. TF II D còn có 8 đơn vị cấu tạo khác gọi chung là TAFs
- Protein khác, TF II A, bám vào phức hợp TF II D-promoto ngăn không cho yếu tố ức chế bám vào TF II D-promoto
- Protein khác, TF II B, bám vào phức hợp TF II D-promoto-TF II A
-Pol II kết với TF II F tạo phức hợp Pol.II-TF II F và đến gắn vào phức hợp TF II D-promoto-TF II A-TF II B
- Tiến trình tổng hợp chỉ bắt đầu sau khi lần lược theo thứ tự các protein TF II E,TF II H và TF II J bám vào phức hợp TF II D-promoto-TF II A-TF II B-Pol.II-TF II F
- TF II H hoạt động như kinaz giải phóng pol.II khỏi phức hợp pol.II-TF II D-promoto để tiến hành tổng hợp tiền mARN
(2).Tổng hợp tiền mARN
- Phản ứng khởi đầu khi một nucleotid chứa baz A hay G gắn lên pol khuôn.
- Pol.II tuần tự gắn các nucleotid tiếp theo vào C3’ của nucleotid thứ nhất một nucleotid tứ hai, gắn nucleotid thứ ba vào C3’ của nucleotid thứ hai..
- Nucleotid có baz là G thành lập cầu nối 5’-5’phosphodieste với nucleotid thứ nhất tạo thành cái mũ ở đầu 5’ của tiền mARN sau khi một đoạn ARN ( 10-30 nucleotid) đã được tổng hợp. Các nucleotid thứ nhất và thứ hai có thể bị methyl hoá
Gắn mũ vào đầu 5’ của mARN ở tế bào chân hạch
Gắn mũ vào đầu 5’ của mARN ở tế bào chân hạch
- Pol II tiếp tục gắn thêm các nucleotid vào sợi ARN đang được tổng hợp cho đến khi vượt điểm đánh dấu gắn đoạn chứa 100-300 nucleotid chứa baz adenin (gọi là đuôi polyA) một khoảng chứa tín hiệu chấm dứt phiên mã; ARN đang được tổng hợp tách nó ra khỏi pol khuôn.
-Tiền mARN bị cắt tại điểm gắn duôi polyA
- Sau khi ARN tách ra, poly-A polymeraz thêm vào đuôi 3’ của ARN đoạn polyA
20-40 nucleotides apart
Tiến trình thêm đuôi Pol Adenin vào đầu 3’ mRNA
Tại sao mRNA cần gắn mũ và đuôi Pol A????

(3). C?t/n?i ti?n mARN:
- Ti?n mARN ch?a nhi?u do?n tuong ?ng v?i câc intron (v� nghia) vă exon trín ADN. Câc do?n tuong ?ng v?i câc intron ph?i b? c?t b? kh?i ti?n mARN
- Câc h?t ribonucleoprotein trong nhđn, g?i lă h?t ribonucleo protein nh? trong nhđn (h?t RNPn tn),ch?a nhi?u lo?i protein vă câc ARN nh?
( kho?ng 250 nucleotid) . Khi ti?n mARN du?c t?ng h?p dăi ra, câc h?t RNPntn k?t thănh ki?n tr�c l?n g?i lă spliceosom. Câc spliceosom du?c cho lă tham gia c?t/n?i ti?n mARN

Bắt cặp(lai) giữa giữa mARN hoàn chỉnh và ADN khuôn
(3). Cắt/nối tiền mARN: Tiến trình cắt nối gồm hai bước được giải thích như sau:
Bước một:
- Một spliceosom bám vào nơi điểm cắt của đầu 5’ trên intron
- Một spliceosom khác bám vào đầu 3’ của intron; nucleotid chứa baz Adenin tấn công và cắt intron ở đầu 5’, tách intron ra khỏi exon thứ nhất. Đầu 5’ bị cắt của intron nối với nucleotid chứa adenin ở đầu 3’bằng cầu nối cộng hoá trị
Bước hai:
- Đầu 3’-OH của exon thứ nhất nối vào đầu 5’ của exon thứ hai, đầu 3’ của intron nối với exon thứ hai bị cắt cho ra intron tự do và hai exon một và hai nối nhau bằng cầu nội cộng hoá trị
Cơ chế cắt-nối tiền mARN
(4). Vận chuyển ra khỏi nhân

-Các phân tử mARN sau khi được cắt/nối được các protein ở lỗ nhân nhận diện và được chuyển từ nhân chất ra cytosol

-Phần lớn protein trong các hạt ribonucleoprotein nhỏ trong nhân(RNPntn) và các protein khác tham gia cắt/nối bị bỏ lại trong nhân. Một số protein của RNPntn di chuyển ra cytosol cùng với mARN nhưng nhanh chóng bị tách ra khỏi mARN và trở vào nhân
Tổng hợp tARN
- tARN chiếm 15% trọng lượng ARN của tế bào

- Có khoảng 30 chủng loại tARN

- Có nhiều gen nằm trên các phân tử ADN chỉ đạo tổng hợp tARN

-Tổng hợp tARN xảy ra trong nhân và được ARN polymeraz III xúc tác cho ra tiền tARN dài hơn tARN hoàn chỉnh

- Enzim (chưa được phân lập) cắt bỏ các intron trong tiền tARN và enzim ligaz nối các exon cho ra tARN hoàn chỉnh

-Các tARN hoàn chỉnh được vận chuyển ra cytosol
Tiến trình tổng hợp tARN

Tổng hợp rARN
(1).Tổng hợp 18S, 23S và 5,8 S rARN
- rARN chiếm khoảng 80% tổng trọng lượng ARN của tế bào
- rARN được tổng hợp ở vùng nhân nhỏ do ARN polymeraz I cho ra tiền rARN
- Có những bằng chứng cho thấy các tiền rARN kết với nhiều chủng loại protein, kể cả phần lớn các protein tìm thấy trong các bán đơn vị cấu tạo của ribô thể.
- Tiền rARN luôn luôn được cắt cho ra ba loại rARN
(18S,23S, và 5,8 S rARN).
- Các 18S, 23S và 5,8 S rARN được vận chuyển ra cytosol nhưng cơ chế vận chuyển chưa được làm rõ
Mô hình tổng hợp rARN ở động vật có vú
Tổng hợp rARN
(2).Tổng hợp 5 S rARN

-Gen chỉ đạo tổng hợp 5S rARN phân tán trên nhiều nhiễm sắc thể
-5S rARN được tổng hợp ngoài vùng nhân nhỏ và do ARN polymeraz III xúc tác và không đồng thời với sự tổng hợp các tiền rARN của 18S,23S và 5,8S rARN
-Phân tử 5SrARN không bị cắt xén sau khi tổng hợp
-Polymeraz III cần sự hổ trợ của protein gọi là yếu tố chuyển mã.
-Yếu tố chuyển mã bám vào ADN ở điểm phía sau khởi điểm tổng hợp 5S rARN một đoạn 47 cặp nucleotid
Tiến trình tổng hợp 5S rARN