Bg di truyen hoc 2013 phan 1 7806

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VÕ TRƯỜNG TOẢN KHOA DƯỢC  BÀI GIẢNG MÔN HỌC DI TRUYỀN HỌC Đơn vị biên soạn: KHOA DƯỢC Hậu Giang – Năm 2013 PHẦN I: DI TRUYỀN TẾ BÀO HỌC THÀNH PHẦN HÓA HỌC - ÐỜI SỐNG CỦA TẾ BÀO 1.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA TẾ BÀO 1.1.1 Thành phần nguyên tố Trong tế bào ngừời ta tìm thấy 74/103 ngun tố hóa học có tự nhiên Tuy nhiên phần lớn nguyên tố dạng tự dịch tế bào xấp xỉ 30 nguyên tố liên kết với chất hữu chất nguyên sinh hình thức liên kết có độ bền khác Các nguyên tố C, H, O, N, S, P thành phần xây dựng hợp chất hữu tế bào (tạo thành liên kết hoá học bền vững) Trong chất nguyên sinh hàm lượng C vào khoảng: 43-48%, H: 7%, N: 8-12% Ngoài nguyên tố khác như: K, Ca, Na, Fe, Mg, Cl, Si, Al thường chiếm 0,05-1% trọng lượng khô tế bào Lượng chứa 14 nguyên tố nêu (nguyên tố đa lượng) tới 99,95% trọng lượng khơ tế bào Bên cạnh đó, tế bào chứa nguyên tố vi lượng (Cu, Zn, Co, B, Br…) siêu vi lượng (I, Ni, Pb, Ag, Au, Ra, ) ≈ 0,1% Các nguyên tố vi lượng siêu vi lượng đóng vai trị cầu nối (bằng liên kết hố trị) hình thành cao phân tử tổ hợp đa phân tử, chúng giữ vai trị tác nhân hoạt hố hệ enzym, điện hố thúc đẩy q trình trao đổi chất Như vậy: C, H, O, N ngun tố có nhiều khí vỏ trái đất Sự sống thể mối quan hệ phức tạp nguyên tố thông thường phổ biến 1.1.2 Thành phần hợp chất chất nguyên sinh Các hợp chất chứa tế bào phân thành nhóm lớn: Các hợp chất vơ hữu  Các chất vô Bao gồm nước, muối khoáng số chất đơn giản khác (HCO ) B B thường gặp vật thể vô sinh Trong tế bào chứa nhiều loại muối vô cơ, muối dễ dàng phân ly nước tạo thành ion âm ion dương gọi dung dịch điện ly Trong nội bào dịch ngoại bào chứa nhiều loại ion khác nhau, cation quan trọng ion Na, K, Ca, Mg, anion quan trọng ion Clorit, bicacbonat, phốt phát, sulphát, Nồng độ loại muối cần thiết cho sống ln ổn định Trong tế bào muối có tác dụng tạo nên áp suất thẩm thấu liên quan đên thẩm thấu trao đổi chất tế bào với môi trường  Cỏc hợp chất hữu Các hợp chất hữu hợp chất cacbon Nguyên tử C tạo liên kết cộng hoá trị dễ dàng gắn với thành mạch thẳng (có lúc phân nhánh) tận chúng lại tương tác với tạo thành mạch vịng Các nhóm chất hữu quan trọng protein, axit nucleic chất trùng phân cao phân tử Ngoài sacarit (gluxit), polyphotphat, chất có hoạt tính sinh học cao (vitamin, hormon, steroit ) có vai trị quan trọng Thành phần hóa học tế bào sở quan trọng để xác định trạng thái tế bào Nhờ ta phân biệt tế bào non với tế bào già, TB lành với tế bào bị bệnh Ví dụ:: Nước chiếm khoảng 61%; hợp chất hữu 33%; hợp chất vơ 6% Tính trung bình, chất sống bao gồm 75-85% n−ớc, 1,5% chất vô cơ, 10-20% protein, 2-3% lipit, 1% xacarit 1,5% chất hữu khác Nước thành phần chiếm nhiều tế bào protein thành phần chủ yếu số hợp chất hữu (chiếm gần 2/3 chất khô chất nguyên sinh) Thành phần hóa học chất sống tế bào toàn thể thường khác biệt nhiều thể thường chứa tổ chức vô bào (các loại dịch), thể vùi (hạt tinh bột, hạt alơzon, giọt dầu, hạt glycozen ) sản phẩm thứ cấp mơ phân hóa thực vật (lignin, cutin, sáp, lib e, ) động vật (kitin, xương, sụn, lông, ) Bởi vậy, để nghiên cứu thành phần hóa học tế bào, người ta thường dùng huyền phù tế bào tự nhiên tế bào hồng cầu, tế bào tách khỏi mô phá vỡ máy vi thao tác Thành phần hóa học loại tế bào thể đa bào có khác biệt điểm: hàm lượng nguyên tố tế bào; có chất đặc trưng cho loại tế bào để phù hợp với chức mà đảm nhiệm Ví dụ: tế bào cơ, gan, thần kinh tế bào tiết  Hợp chất hóa học Đó chất cấu tạo từ hai số loại nguyên tử ion kết hợp với tạo thành phân tử Phân tử nhóm nguyên tử kết hợp với liên kết hóa học Nếu phân tử chất cấu tạo từ hai từ số lớn nguyên tử khác tạo nên hợp hất hóa học Thường tính chất hợp chất hóa học hồn tồn khác với tính chất nguyên tố tạo nên Ví dụ: Nước có hai ngun tử hydro nguyên tử oxy, vào tính chất hóa học mình, nước hồn tồn khơng giống với hydro oxy 1.2 ÐỜI SỐNG CỦA TẾ BÀO 1.2.1 Sự chết tế bào có chương trình Sự sống chết chung với hai mặt đồng xu Sinh học tế bào sinh hoá củng cố cho luận điểm này, cho thấy có sống ăt hẳng phải có chết ngược lại Các tế bào chết già, khiếm khuyết, thừa so với nhu cầu mơ hay chúng gây vài hư hại Điều chắn tất tế bào thật lập trình để chết Nhưng tế bào sống nhờ loạt tín hiệu ngăn cản chúng thực chương trình chết Kết là, tế bào sống sót, tăng sinh, biệt hố, thực chức chúng Các tín hiệu ngăn cản chương trình chết tín hiệu nội bào hay ngoại bào Khi tín hiệu khơng phát hay có tín hiệu khác mạnh hoạt hóa, tế bào vào chu trình chết chúng Trong trường hợp này, sống điều mà khơng có chết Điều dẫn đến việc tế bào sinh lại chết có chết có tế bào tiếp tục sinh trưởng phát triển, tiếp tục hết đời hay nói khác chết có chu trình đóng vai trò chủ chốt việc phát triển tăng trưởng sinh vật phức tạp Một lượng lớn tế bào chết trình phát triển phơi, ví dụ giai đoạn tạo tác hình thành quan Trong đời sinh vật trưởng thành, tế bào chết với số lượng lớn đối trọng với phân chia tế bào để: (1) cung cấp cho thể tế bào cần cho giai đoạn khác nhau, (2) để diệt tế bào già, hư hại gây hại tổng số tế bào định nội môi Sự cân phân chia tế bào chết tế bào dẫn đến bất thường phát triển, bệnh thoái hoá hay biến đổi tân sinh 1.2.2 Những cách thức tế bào chết  Sự hoại tử Tác nhân gây bệnh chấn thương nghiêm trọng như: bỏng, đứt hay đè nén, gây chết tế bào hoại tử Trong chết hoại tử này, tình trạng stress mức gây nên tình trạng sinh hóa khơng tương thích với tồn bình thường tế bào Trong trường hợp này, khối tế bào mô bị sưng phù sau nghiên cứu người ta nhận thấy khối tế bào bào khơng cịn tồn hoạt động chuyển hóa ADN nhân ngưng tụ tập trung nhiều rìa nhân thành phần tế bào bắt đầu phân hủy nhanh chóng khơng kiểm soát Những chất quan trọng nội bào nhanh chóng rị rỉ khỏi tế bào, kích hoạt tình trạng viêm nhờ tế bào hệ miễn dịch bẩm sinh Những chứng gần cho thấy đáp ứng viêm khởi phát cách phóng thích phổ đầy đủ phân tử gọi chung alarmins, mà cụ thể danh tính cịn chưa xác định xác Đặc điểm chung chúng khả hoạt hóa thụ thể nhận dạng đại thực bào, tế bào đuôi gai tế bào diệt tự nhiên Qua đo alarmins giúp tế bào hệ miễn dịch kích hoạt tế bào T bắt đầu đáp ứng miễn dịch, để ngăn chặn nhiễm trùng loại bỏ tế bào mô bị viêm.Tại thời điểm này, mảnh vỡ tế bào bị nhấn chìm loại bỏ đại thực bào Hình 1: Sự khác biệt hoại tử apoptosis Nét phá hủy màng bào tương phóng thích tất thành phần tế bào hoại tử, điều khởi phát tiến trình viêm lan rộng Trong apoptosis, màng bào tương nguyên vẹn thể apoptosis bị thực bào êm đềm khơng khởi phát tiến trình viêm  Apoptosis Q trình thứ hai chết đặt apoptosis (trong tiếng Hy Lạp có nghĩa rụng cối) Năm 1972, kiểu chết tế bào định nghĩa xác định Kerr, Wyllie, Currie.Ban đầu kiểu chết xem không thối hóa tự nhiên sau nghiên cứu ấn tượng sau chứng minh điều ngược lại Apoptosis khơngchỉ q trình hoạt động theo thứ tự, mà cịn q trình yên lặng cách tháo dỡ tế bào không lan truyền bừa bãi đến tế bào xung quanh Ở cấp độ tế bào, trình đặc trưng khởi phát làm thủng tế bào sau phá vỡ mối liên hệ tế bào-tế bào Các tế bào co tròn lại màng nội bào bào quan cô đặc lại nhiều tế bào chất, sau chúng tối Hình 2: tiến trình Apoptosis Đáng ý thời kì muộn trình, bào quan cịn ngun vẹn bình thường, cho thấy hoạt động chuyển hóa cịn quan trọng tế bào thời gian đầu Các thành phần tế bào chất khơng bị rị rỉ khỏi tế bào, đáp ứng viêm khơng tạo Trong nhân, chất nhiễm sắc cô đặc tối đa thường tạo phần hình lưỡi liềm bao quanh màng nhân pycnosis Sự kiện đặc biệt khơng nhìn thấy trường hợp khác Endonucleases tách cách xác ADN nucleosome, cho mảnh vỡ 180 (hay nhiều hơn) đơi base Mặc dù ý hơn, mạng lưới nội bào khác Golgi, lưới nội chất ty thể bị phân mảnh đáng kể Trong trình phân cắt DNA tiếp tục, nhân bắt đầu vỡ thành mảnh tế bào tương tự chia tách thành số mảnh nhỏ nguyên vẹn thể apoptosis không bắt màu thuốc nhuộm Sau xảy thực bào, q trình đại thực bào di cư hay tế bào biểu mô khoẻ mạnh xung quanh nuốt mảnh vỡ tế bào Sự kiện đặc biệt đáng ý trạng thái bình thường thực bào tham gia việc nhận loại bỏ vật lạ thực thể “không phải thân” Kết là, thể apoptosis gắn vào túi bao bọc màng tế bào gọi thể thực bào Cuối cùng, tế bào chủ hay thể thực bào chất chứa bị suy thoái, nhiều trường hợp, tế bào thay tế bào cũ vài Trong số hệ thống tế bào, đặc biệt nuôi cấy tế bào (in vitro), apoptosis không xảy với đầy đủ bước theo trình tự thời gian Lưu ý, đặc nhiễm sắc chất thành bóng đặc hình cầu đầu nhân khơng phải bất thường Trái lại, nuôi cấy ống nghiệm (in vitro), tế bào trải qua trình apoptosis bị phần màng plasma Trong trường hợp khơng có đại thực bào, tín hiệu apoptosis có vai trị thúc đẩy tự loại bỏ nhanh chóng vắng mặt đại thực bào nhận diện bất thường (ví dụ ngoại bào hố phosphatidylserine từ lớp lớp màng bào tương chúng) xảy In vivo, nhận diện loại bỏ tương viêm khởi động phản ứng đơng máu Hình 3: Scramblase hốn vị phosphatidyl serine từ lớp lipid lớp lipid ngồi, macrophage nhận diện bất thường này, ngồi PS cịn tương tác với Annexin V (AV) vị trí gắn kết với phức hợp prothrombinase factor Xa,Va &II (ngăn chận tiến trình đơng máu in vivo) NHIỄM SẮC THỂ VÀ ĐỘT BIẾN NHIỄM SẮC THỂ 2.1 NHIỄM SẮC THỂ - Hình thái NST: Tâm động điểm thắt eo chia NST thành hai vai với chiều dài khác Theo qui ước chung, vai ngắn gọi vai p vai dài gọi vai q Dựa vào vị trí tâm động người ta phân biệt: + NST tâm giữa: tâm động nằm NST, hai vai dài + NST tâm lệch: tâm động nằm lệch phía, hai vai khơng + NST tâm đầu: tâm động nằm gần cuối NST + NST tâm mút: tâm động nằm đầu mút NST Hình 4: Hình thái NST tế bào chân hạch - Số lượng NST: Trong tế bào dinh dưỡng, NST thường tồn thành cặp, gọi cặp NST tương đồng, mẹ cha, mang số gen phân bố theo thứ tự Vì số lượng NST tế bào bội số gọi lưỡng bội (2n) Trong tế bào giao tử (tinh trùng noãn), cặp NST tương đồng lại chiếc, số lượng NST giao tử đơn bội (n) - Cấu trúc NST: • Ở tế bào chưa phân chia, quan sát kính hiển vi quang học, người ta thấy chất nhiễm sắc (chromatin) nằm nhân có dạng hạt bắt màu sậm • Khi nhiễm sắc thể thành lập, ADN quấn quanh phân tử histone : H2A, H2B, H3 H4 (mỗi loại gồm phân tử) tạo nên cấu trúc gọi Nucleosome Các nucleosomes nối với nhờ ADN nối với histone H1 tạo thành sợi có đường kính 100Å • Sợi tiếp tục xoắn tạo thành sợi nhiễm sắc (solenoid) có đường kính 300Å Vịng xoắn ổn định nhờ histone H1 • Sợi NS tiếp tục cuộn lại liên kết protein scaffold tạo thành ống rỗng có đường kính 2400Å Ống tiếp tục cuộn xoắn tạo thành chromatit thường xuyên vào vùng Vì số gen chép gen khác Một liên kết, polymeraz không bắt đầu tổng hợp ARN Nó phải tìm tín hiệu mở đầu, thường GTA, cách điểm liên kết khoảng bazơ phía đầu 5’ sợi khn Ở phần lớn nhóm sơ hạch, tổng hợp mARN tiếp tục đến polymeraz gặp tín hiệu kết thúc Tín hiệu nầy gồm hai thành phần Ðầu tiên có vùng với trình tự bazo cho phép bazo tương ứng đuôi mARN bắt cặp liên kết với để tạo thành vịng hình kẹp tóc (hairpin loop) Tiếp theo phiên mã mạch khuôn đến adenin Khi ARN polymeraz di chuyển vào vùng adenin vịng vừa tạo mARN sốc vật lý, vùng nầy gắn vào phức hệ enzim, làm chậm dừng hẳn phiên mã Lúc có việc xảy làm ngừng tổng hợp ARN: trình tự vòng kéo khỏi ADN, hai liên kết yếu g hai liên kết hydro) không đủ sức để giữ ARN ADN khuôn Sự dừng kéo làm cho phiên mã (ARN) enzim polymeraz tách rời khỏi nhiễm sắc thể (Hình 20C) 2.1.2 Sự phiên mã nhóm chân hạch Cơ chế tổng hợp mARN vừa mơ tả tìm nhóm sơ hạch, ty thể lục lạp tế bào nhóm chân hạch Sự phiên mã nhân nhóm chân hạch phức tạp Sự phức tạp mARN nhóm chân hạch làm dấu hai đầu: đầu gồm mũ methylguanosin thêm vào đầu 5’ có khoảng 100200 adenin đầu 3’ Sản phẩm tạo thành phiên mã sơ cấp, cịn thơng tin chưa sử dụng được, nói cách khác nháp 42 (A) (B) Hình 21: Sự di dời intron nối exon nhóm chân hạch Năm 1977 A Sharp (Viện kỹ thuật Massachustte) nghiên cứu gen nhóm chân hạch bị nhiễm siêu khuẩn khám phá nháp có khoảng 6.000 bazo mARN thực giải mã khoảng 1/3 chiều dài nầy Những cơng trình cho thấy phiên mã gen nhóm chân hạch bình thường tương tự: vùng chuyên biệt lớn nháp nhóm chân hạch bị di dời nhân để tạo phân tử mARN chức (Hình 22A) Những vùng nháp tồn hoạt động suốt trình tổng hợp protein gọi 43 exon (vì chúng biểu hiện) cịn vùng nháp bị di dời nhân gọi intron Nhiều thí nghiệm cho thấy bị dời sớm, nhiều intron cần thiết cho hoạt động ARN: mARN phiên mã từ gen tổng hợp nhân tạo thiếu intron không vào tế bào chất gen có vài intron ngun vẹn phiên mã thường xác phiên mã len lõi Sự di dời intron công việc độc đáo Một số gen có đến 50 intron sai sót baz q trình cắt intron làm cho mARN trở nên vô dụng Nơi bắt đầu kết thúc intron nháp đánh dấu tín hiệu để nhận biết tách Tín hiệu ngoại vi intron nhận diện đoạn ngắn ARN phức hệ ARNProtein, hạt nhỏ riboprotein nhân ký hiệu snRNP (small nuclear ribonucleoprotein particles) Có loại snRNP tham gia việc cắt ráp ARN hạt giống ARN ribơ thể, sử dụng trực tiếp có hai chức enzym cấu trúc Phức hệ snRNP biết nhiều có trình tự bazo bổ sung cho vùng ranh giới phần cuối exon nơi bắt đầu intron Phức hệ snRNP phá vỡ cầu nối nucleotid nháp ranh giới exon-intron Intron tách bị tiêu hủy enzim khác Kế thành phần khác snRNP ráp exon lại Một tất intron loại bỏ mARN hồn chỉnh đưa vào tế bào chất (Hình 21B) 2.2 SỰ GIẢI MÃ Như thấy, phiên mã bắt đầu ARN polymeraz gắn vào vùng khởi động, phức hệ polymeraz bắt đầu tạo ARN trình tự mở đầu ngừng lại tín hiệu kết thúc Trong nhóm chân hạch, nháp nầy biên tập để tách intron, nhóm sơ hạch cơng việc nầy khơng cần thiết ARN thơng tin tạo có chứa trình tự bazo qui định thành phần thứ tự acid amin 44 phân tử protein gen mã hóa Trước trình tự nầy phần mở đầu cuối phần kết thúc ngắn Trình tự giải mã ribô thể trình gọi q trình giải mã Thơng tin phiên dịch từ ngôn ngữ phân tử nầy sang ngôn ngữ phân tử khác Chúng ta xem hai ngơn ngữ q trình giải mã 2.2.1 Mã di truyền - Đơn vị mã (Codon) Khi Watson Crick khám phá ADN gồm loại bazo có N: adenin, cytosin, guanin timin xếp theo đường thẳng rõ ràng trình tự acid amin phân tử protein phải mã hóa nhóm bazo Nếu bazo ADN qui định acid amin phải có 20 loại bazo thay có loại Nếu lúc bazo qui định acid amin có 16 tổ hợp: AA, AC, AG, AT Vì có 20 loại acid amin thường diện protein nên thơng tin phải mã hóa dạng nhiều Những đơn vị mã gọi codon Crick & CSV (Ðại học Cambridge) xác lập số nucleotid codon vào năm 1961 Vi khuẩn bị nhiễm siêu khuẩn xử lý với hợp chất gọi Acridin, chất nầy làm thêm nucleotid ADN Crick lý luận thêm bớt nucleotid làm cho thơng tin trở nên vơ nghĩa làm ngừng q trình giải mã có thay đổi điểm khởi đầu đơn vị mã Giả sử thông tin TỐI NAY TÔI DẠO PHỐ VỚI BẠN Bỏ ký tự I chữ TỐI (mã mở đầu) làm thông tin trở thành: TỐN AYT ÔID ẠOP HỐV ỚIB ẠN Chỉ xóa nucleotid làm xáo trộn trình tự codon theo sau xảy gần nơi bắt đầu thơng tin, trình tự acid amin phân tử protein hoàn toàn bị đảo lộn Mất hai nucleotid dẫn tới kết 45 tương tự số lượng nucleotid bị với chiều dài codon chúng xảy gần nơi bắt đầu, giải mã tạo protein gần đúng, có lẽ có enzim trì hoạt động TxÍxAx TƠI DẠO PHỐ VỚI BẠN Crick & CSV dùng acridin với nhiều nồng độ khác làm số nucleotid để xác định nồng độ tạo enzim hoạt động Từ kết phân tích thống kê, họ kết luận codon có độ dài bazo - Sự chuyển đổi đơn vị mã Vấn đề giải mã phải xác định mối tương quan xác codon acid amin M W Nirenberg H Matthaei (Viện Y Tế Quốc Gia Hoa Kỳ) sử dụng phương pháp enzim Ochoa (Ðại học New York) để liên kết nucleotid tổng hợp ARN Thí dụ dùng loại nucleotid uracil chuỗi polyuracil tạo thành Tương tự adenin Khi dùng polyuracil tạo phương pháp nầy (thay mARN bình thường) để tổng hợp protein mơi trường nhân tạo có đủ tất loại acid amin, có chuỗi polypeptid với loại acid amin phenylalanin tạo ra, điều cho thấy codon UUU mã hóa cho phenylalanin Nirenberg Matthaei cho thấy AAA mã hóa cho lysin, GGG cho glycin CCC cho prolin Tuy nhiên, cịn nhiều khó khăn để giải thích codon cấu tạo từ hai ba loại nucleotid khác Thí dụ dùng nucleotid uracil guanin với tỉ lệ : mARN nhân tạo tổng hợp chứa chủ yếu codon GUU, UGU UUG Khi mARN nầy dùng làm khn để tổng hợp polypeptid chuỗi polypeptid có chủ yếu acid amin cystein, 46 valin leucin, cách nầy xác định ba mã hóa cho acid amin Năm 1964 Nirenberg P Leder đưa kỹ thuật cho ribô thể gắn vào nucleotid ARN có thành phần xác định (3 nucleotid liên kết theo trình tự) Từng ba nucleotid hoạt động đoạn ngắn mARN làm cho ribô thể gắn với loại acid amin chuyên biệt - giai đoạn đầu giải mã Thí dụ, dùng ribơ thể gắn với nucleotide gồm UUU phenylalanin liên kết với ribơ thể Việc tổng hợp nucleotid theo trình tự baz riêng tương đối dễ nên số 64 tổ hợp ba tổng hợp liên kết với ribô thể, từ tổ hợp acid amin xác định Tuy nhiên, có số ba nucleotid khơng hồn tồn chun biệt liên kết, cịn vài tồn giải thích đơn vị mã Sau kỹ thuật gắn ba nucleotid, H G Khorona (Ðại học Wiscosin) đưa phương pháp trùng hợp mARN với trình tự lặp lại biết trước (chẳng hạn AAGAAGAAG) nhờ giải vấn đề tồn mã di truyền Bảng tổng kết codon xác định 47 Bảng 1: Mã di truyền (trong mARN) Baz thứ Baz II Baz thứ I thứ III U U C A G C A G Phenylalanin Serin Tyrosin Cystein U Phenylalanin Serin Tyrosin Cystein C Leucin Serin Kết thúc Kết thúc A Leucin Serin Kết thúc Tryptophan G Leucin Prolin Histidin Arginin U Leucin Prolin Histidin Arginin C Leucin Prolin Glutamin Arginin A Leucin Prolin Glutamin Arginin G Isoleucin Threonin Asparagin Serin U Isoleucin Threonin Asparagin Serin C Isoleucin Threonin Lysin Arginin A Methionin Threonin Lysin Arginin G Valin Alanin A Aspartic Glycin U Valin Alanin A Aspartic Glycin C Valin Alanin A Glutamic Glycin A Valin Alanin A Glutamic Glycin G Bảng mã di truyền cho thấy, trừ hai acid amin methionin tryptophan, tất acid amin lại mã hóa nhiều ba Những mã đồng nghĩa (mã hóa cho acid amin) thường có hai bazo giống khác bazo thứ ba Thí dụ: CCU, CCC, CCA, CCG mã hóa cho prolin Cần lưu ý thêm bốn codon AUG, UAA, UAG, UGA dùng để nơi bắt đầu kết thúc thông tin mARN 48 2.2.2 Vai trị ribơ thể Sự giải mã xảy ribô thể Mỗi ribô thể gồm hai bán đơn vị lớn nhỏ Khi khơng có tổng hợp protein, bán đơn vị tồn riêng rẽ tế bào chất (Hình 7A, 7B) Ribơ thể nhóm sơ hạch gồm hai bán đơn vị 50S 30S hợp thành ribô thể 70S (S = Svedberg, đơn vị đo độ lắng ribô thể đem ly tâm) Ở nhóm chân hạch hai bán đơn vị 60S 40S hợp thành ribô thể 80S Mỗi bán đơn vị có phân tử rARN riêng Các rARN kết hợp với protein để tạo thành bán đơn vị Ribơ thể nhóm sơ hạch có rARN 23S, 16S 5S ribô thể nhóm chân hạch có rARN 28S,18S, 5.8S 5S (Bảng 2) Bảng Các thành phần ribô thể nhóm sơ hạch chân hạch Thành phần RARN 23S rARN 16S rARN 28S rARN 18S (2.900 nu.) ( 1540 nu.) (4.800 nu.) (1.900 nu.) + + rARN 5S rARN 5.8S (120 nu.) (160 nu.) + rARN 5S (120 nu.) Bán đơn vị + + + + 31 protein 21 protein 50 protein 33 protein     50S 30S 60S 40S Ở nhóm sơ hạch, đầu mARN bám vào bán đơn vị nhỏ (Hình 7B, 7C), sau liên kết phần nầy với bán đơn vị lớn ARN thông tin bám vào bắt cặp bazo rARN tín hiệu mARN (thường AGGAGGU) gần đầu mARN Tín hiệu nầy gắn khe bán đơn vị nhỏ, đến mã mở đầu AUG nằm cách vài bazo mARN Các protein chuyên biệt gọi yếu tố mở đầu tham gia vào trình nầy Khi 49 việc liên kết với bán đơn vị lớn hoàn tất giải mã bắt đầu (Hình 7D) AUG mã hóa cho methionin methionin ln ln acid amin suốt trình giải mã Về sau, enzim khác tách methionin khỏi đầu chuỗi polypeptid Vì nhóm sơ hạch khơng có màng nhân, q trình phiên mã khơng bị tách biệt với ribô thể yếu tố giải mã khác tế bào chất nên ribơ thể bám vào đầu phân tử mARN bắt đầu giải mã tạo protein ARN polymeraz phiên mã phần thơng tin cịn lại từ NST (trường hợp tương tự xảy giải mã lục lạp ty thể nhóm chân hạch) Ở nhóm sơ hạch bào quan nhóm chân hạch, ribô thể bám vào giải mã phần sau thông tin, ribô thể khác bám vào bắt đầu giải mã Trường hợp khác với mARN tổng hợp nhân nhóm chân hạch Dù phần lớn ribơ thể nhóm chân hạch tổng hợp nhân, giải mã xảy bước cuối tập hợp ribơ thể xảy tế bào chất Hình 22: Phiên mã giải mã lúc Ở nhóm chân hạch có bước đan xen vào phiên mã giải mã Chúng ta đề cập bước đầu: thay đổi phiên mã đầu 5’, thay đổi đầu 3’, nối đoạn ARN sau tách bỏ intron Bước 50 thứ tư di chuyển mARN qua lỗ màng nhân để vào tế bào chất, nơi ribô thể tự sẵn sàng giải mã Phần lớn ARN giải mã ribô thể tế bào chất mARN mã hóa cho số protein đặc biệt luôn giải mã mạng nội chất sần Các mARN loại nầy bắt đầu trình giải mã theo phương thức thông thường cách gắn với bán đơn vị nhỏ ribô thể tế bào chất, từ liên kết với bán đơn vị lớn bắt đầu giải mã, giải mã đình ngay: đầu đoạn protein vừa tổng hợp chứa trình tự gắn vào phức hệ nhận diện làm cho trình giải mã bị ngừng lại Sau đó, tổ hợp phức hệ nhận diện mARN-ribơ thể nầy bám vào mạng nội chất sần Phần protein vừa tổng hợp chui vào mạng nội chất, giải mã lại bắt đầu chuỗi acid amin dài đưa vào khoang mạng nội chất Khi chấm dứt giải mã, bán đơn vị nhỏ tách khỏi mARN rời mạng nội chất Các protein tổng hợp mạng nội chất sần nhiệm vụ tế bào chất mà chúng hịa tan, trơi khoang mạng nội chất tích tụ lại mạng nội chất láng bị bao lại thành túi chuyên chở Mặt khác, chúng bám vào màng mạng nội chất, nơi chúng có chức năng, bị bao lại màng mạng nội chất hay màng tế bào Ngược lại, phần lớn protein tổng hợp ribô thể tế bào chất lại 51 Hình 23: Sự gắn acid amin vào tARN tương ứng Các enzim (aminoacyl tARN synthetaz) xúc tác phản ứng ghép acid amin với tARN tương ứng Mỗi enzim chuyên biệt với loại acid amin tARN tương ứng, xúc tác phản ứng kết hợp hai lại với Ðầu tiên enzim phản ứng với acid amin phân tử ATP, tạo phức hợp giàu lượng AMP- acid amin cịn gắn với enzim Sau enzim xúc tác chuyển acid amin từ AMP sang gắn vào đầu tARN Cuối enzim phóng thích tARN gắn acid amin ARN vận chuyển mang acid amin đến ribô thể bám vào sợi mARN Tại tARN gắn vào mARN bắt cặp bazo bổ sung Chúng ta thấy codon mã hóa cho acid amin trình tự ba bazo sợi đơn mARN Mỗi tARN có bazo gọi đối mã (anticodon-một chưa bắt cặp) bổ sung codon mARN cho acid amin riêng biệt Thí dụ mã mARN CCG mã hóa cho prolin tARN chun chở prolin có đối mã GGC để bổ sung cho CCG Khi phân tử tARN vận chuyển prolin đến gần mARN đối mã GGC tARN liên kết với mARN CCG Mỗi acid amin có hay nhiều ARN chun chở mang (vì mã di truyền có 64 mã) hầu hết acid amin có nhiều đơn vị mã Hai ARN chuyên chở mang loại acid amin gọi isoacceptor 52 2.2.3 Chu kỳ giải mã Sự gắn phân tử tARN vào mARN nối acid amin mà chúng mang đến lại với thực bước bán đơn vị lớn ribô thể sau bước sau hồn tất: trước hết tARN có đối mã cho methionin gắn vào bán đơn vị nhỏ Ở nhóm sơ hạch nhóm chân hạch trình tự nầy bổ sung cho mã mở đầu mARN, đồng thời làm cho bán đơn vị nầy gắn vào mARN Sau bán đơn vị lớn gắn vào bán đơn vị nhỏ Khi giải mã tiến hành, ribô thể di chuyển dọc theo sợi mARN với phần thông tin giải mã nằm khe hai bán đơn vị Hai vị trí gắn tARN (trên bán đơn vị lớn ribơ thể) - vị trí P vị trí A - kế cận ráp trình tự nucleotid (mã) lại với Khi chu trình bắt đầu, đối mã tARN thứ bắt cặp với mã mở đầu mARN vị trí P Vị trí A kế sau mang tARN có đối mã thích hợp với mã mARN Khi tARN nầy gắn vào vị trí A, enzim peptidyl transferaz chuyển acid amin từ tARN vị trí P gắn vào acid amin vị trí A, tARN vị trí P phóng thích acid amin giải phóng Trong ribơ thể chuyển dịch dọc mARN mã, mang mã vị trí A (và tARN với chuỗi polypeptid tổng hợp) đến vị trí P Kết mã phiên dịch tiếp vào vị trí A Cứ giây, sợi polypeptid gắn thêm khoảng 15 acid amin Sự giải mã kết thúc ribô thể gặp mã kết thúc với tham gia protein gọi yếu tố giải phóng (release factor) làm cho sợi polypeptid vừa hình thành phóng thích Các chi tiết ribơ thể hoạt động nào, chúng chọn lựa tARN thích hợp số nhiều phân tử chuyên chở sao, di chuyển mARN theo mã chưa biết hết, ảnh hưởng kháng sinh bước khác giải mã cung cấp thêm số thơng tin q trình nầy Thí dụ: tetracyclin gắn vào vị 53 trí A ribơ thể vi khuẩn mà khơng tách khỏi vị trí nầy được, streptomycin khóa mã mở đầu lại cịn erythromycin ngăn cản di chuyển từ vị trí A & P ribô thể vi khuẩn ribô thể bào quan Mặc dù việc làm giảm tỉ lệ giải mã vi khuẩn gây bệnh có giá trị lớn điều trị nồng độ kháng sinh cao giết chết ty thể) Khả sản xuất protein ribô thể to lớn Trung bình ribơ thể tổng hợp sợi protein có 300-500 acid amin khoảng 25-35 giây Trong tế bào số ribô thể nhiều mARN gấp 10 lần mARN giải mã nhiều ribơ thể lúc, chuỗi polypeptid tạo từ mARN khoảng giây Một tế bào chân hạch trạng thái hoạt động tích cực có khoảng 300.000 phân tử mARN tham gia vào tổng hợp protein cần thiết, đủ nguyên liệu, 100.000 protein tổng hợp giây Ở tế bào tiết hoạt động cịn tích cực 54 Hình 23: Chu kỳ giải mã ribô thể Trước hết, sợi đơi ADN gen hoạt hóa, ARN polymeraz nhận biết gắn vào vùng khởi đầu phiên mã ADN dùng làm khuôn tổng hợp phân tử mARN sợi đơn Sự phiên mã ADN bắt đầu dấu hiệu khởi đầu chấm dứt trình tự kết thúc Phiên nháp đầu có mũ 7-methylguanosin polyadenin, intron dời khỏi phiên đoạn ráp lại, bước nầy khơng cần thiết nhóm sơ hạch mARN hồn chỉnh rời khỏi nhân di chuyển vào tế bào chất để phối hợp với ribô thể 55 mARN mang thông tin dạng mã ba, dùng làm khuôn để tổng hợp protein Khi ribô thể di chuyển dọc mARN, chúng đọc mã từ đầu sơi ARN Các acid amin tạo chuỗi polypeptid chuyên chở tARN chuyên biệt cho acid amin Mỗi phân tử tARN có đối mã bổ sung cho mã mARN mã hóa cho acid amin chuyên biệt Sau nhặt acid amin tế bào chất nhờ enzim gắn dính vào nó, tARN di chuyển đến ribơ thể bám vào mARN vị trí mang mã thích hợp Thứ tự tARN dọc mARN thứ tự acid amin mà mang theo Các liên kết peptid gắn acid amin với Sau bỏ lại acid amin, tARN rời khỏi mARN để nhặt chuyên chở tiếp tục Khi ribơ thể đến mã kết thúc, phóng thích sợi polypeptid Tóm lại, ADN gen xác định trình tự mARN, trình tự nầy xác định cấu protein chất kiểm sốt phản ứng hóa học qui định đặc tính sinh vật 56