340 khối kiến thức 3 Di truyền học Cấu trúc của ribosome phản ánh chức năng của nó là mang mARN cùng với tARN đã nạp axit amin. Ngoài vị trí đính kết mARN, mỗi ribosome đều có ba vị trí liên kết tARN (xem Hình 17.16). Vị trí P (vị trí petidyl-tARN) giữ tARN đang mang chuỗi polypeptit đang đợc kéo dài, trong khi vị trí A (vị trí aminoacyl-tARN) giữa tARN mang axit amin tiếp theo đợc bổ sung vào chuỗi polypeptit. tARN tự do (không liên kết với axit amin) đợc giải phóng khỏi ribosome tại vị trí E (Exit). Ribosome giữ mARN và tARN ở những vị trí áp sát vào nhau, đồng thời đa các axit amin mới tới sát cạnh đầu C (đầu cacboxyl) của chuỗi polypeptit đang kéo dài. Sau đó, nó xúc tác sự hình thành liên kết peptit. Khi chuỗi polypeptit đã đủ dài, nó chui qua một kênh thoát (kênh đi ra) thuộc tiểu phần lớn của ribosome. Khi chuỗi polypeptit đã đợc tổng hợp xong, nó đợc giải phóng vào phần bào tan ở tế bào chất qua kênh thoát. Nhiều nghiên cứu gần đây ủng hộ cho giả thiết là chính rARN, chứ không phải protein, giữ vai trò trọng yếu trong cấu trúc và chức năng của ribosome. Các protein, chiếm phần lớn phần bao ngoài ribosome, giúp thay đổi cấu hình không gian của các phân tử rARN khi những phân tử này thực hiện vai trò xúc tác trong quá trình dịch mã. Các ARN ribosome là thành phần chính tạo nên giao diện tiếp xúc giữa hai tiểu phần ribosome tại các vị trí A và P, đồng thời nó cũng là trung tâm xúc tác hình thành liên kết peptit. Vì vậy, ribosome có thể đợc coi nh một ribozyme "khổng lồ"! Sự hình thành một chuỗi polypeptit Chúng ta có thể chia quá trình dịch mã, tức là sự tổng hợp một chuỗi polypeptit, thành ba giai đoạn (giống nh các giai đoạn của phiên mã), đó là: khởi đầu dịch mã, kéo dài chuỗi và kết thúc dịch mã. Cả ba giai đoạn đều cần sự có mặt của một số yếu tố protein đặc thù giúp cho sự dịch mã có thể diễn ra. ở một số bớc của giai đoạn khởi đầu dịch mã và kéo dài chuỗi, năng lợng cần đợc cung cấp. Tuy vậy, nguồn năng lợng này đợc cung cấp từ sự thủy phân GTP (guanosine triphosphate) là một dẫn xuất của ATP (chứ không phải từ ATP). Lắp ráp ribosome và khởi đầu dịch mã Giai đoạn khởi đầu dịch mã liên quan đến việc huy động các thành phần của phức hệ dịch mã, gồm: bản hiên mã mARN, một phân tử tARN vận chuyển axit amin đầu tiên của chuỗi polypeptit, và hai tiểu phần của ribosome (Hình 17.17). Đầu tiên, tiểu phần nhỏ của ribosome sẽ đính kết vào mARN và một tARN khởi đầu dịch mã đặc biệt luôn mang axit amin đầu tiên là methionine. ở vi khuẩn, tiểu phần nhỏ của ribosome có thể lắp ráp với hai thành phần trên đây theo trật tự bất kỳ; nó liên kết đợc với mARN qua một trình tự ARN đặc thù nằm ngợc dòng bộ ba bắt đầu dịch mã (AUG). ở sinh vật nhân thật, tiểu phần nhỏ ribosome đầu tiên liên kết với tARN khởi đầu dịch mã; sau đó, phức hệ này mới liên kết vào mũ đầu 5 của phân tử mARN. Bắt đầu từ đây, phức hệ gồm tiểu phần nhỏ ribosome và tARN khởi đầu dịch mã trợt dọc (xuôi dòng) phân tử mARN cho đến khi nó gặp bộ ba mã bắt đầu dịch mã; ở vị trí này, tARN khởi đầu dịch mã sẽ hình thành liên kết hydro với mARN. ở cả vi khuẩn và sinh vật nhân thật, bộ ba mã bắt đầu dịch mã đều là tín hiệu bắt đầu dịch mã; nó rất quan trọng vì có vai trò xác định khung đọc cho một phân tử mARN. Sau khi phức hệ gồm mARN, tARN khởi đầu dịch mã và tiểu phân nhỏ ribosome đã hình thành, tiểu phần lớn ribosome sẽ liên kết vào để tạo nên phức hệ khởi đầu dịch m. Các protein có tên là các yếu tố khởi đầu dịch m giúp đa các thành phần của phức hệ trên đây tổ hợp với nhau. Để hình thành đợc phức hệ khởi đầu dịch mã, tế bào dùng năng lợng ở dạng phân tử GTP. Khi quá trình khởi đầu dịch mã kết thúc, tARN khởi đầu dịch mã đang ở vị trí P của ribosome, trong khi vị trí A còn trống và sẵn sàng tiếp nhận một aminoacyl-tARN tiếp theo. Cần lu ý rằng, quá trình tổng hợp một chuỗi polypeptit luôn diễn ra theo một chiều, bắt đầu từ axit amin methionine tại đầu amino (còn gọi là đầu N) cho tới axit amin cuối cùng ở đầu cacboxyl (còn gọi là đầu C; xem Hình 5.18). Hình 17.17 Sự khởi đầu dịch mã. Vị trí P Tiểu phần nhỏ ribosome liên kết vào phân tử mARN. ở tế bào vi khuẩn, tiểu phần này nhận ra một trình tự nucleotit đặc thù trên mARN nằm ngợc dòng bộ ba mã bắt đầu dịch mã (codon bắt đầu). Một tARN khởi đầu dịch mã mang bộ ba đối mã UAC kết cặp bazơ bổ sung với bộ ba mã bắt đầu dịch mã AUG. tARN này luôn mang axit amin methionine. Tiểu phần lớn Tiểu phần nhỏ Vị trí liên kết mARN mARN tARN khởi đầu dịch mã Khi tiểu phần lớn của ribosome liên kết vào, phức hệ khởi đầu dịch mã hình thành. Các protein gọi là các yếu tố khởi đầu dich mã (không vẽ ở đây) giúp tổ hợp các thành phần của phức hệ khởi đầu dịch mã. GTP cung cấp năng lợng cho sự tổ hợp này. tARN khởi đầu dịch mã ở vị trí P; còn vị trí A sẵn sàng cho việc tiếp nhận tARN mang axit amin tiếp theo. Codon bắt đầu Chơng 17 Từ gen đến protein 341 Kéo dài chuỗi polypeptit Trong giai đoạn kéo dài chuỗi của quá trình dịch mã, các axit amin đợc lần lợt bổ sung vào chuỗi polypeptit đang kéo dài. Mỗi bớc bổ sung axit amin liên quan đến một số protein đợc gọi là các yếu tố kéo dài chuỗi và diễn ra thành chu kỳ gồm 3 bớc (Hình 17.18). Sự tiêu thụ năng lợng xảy ra ở các bớc thứ nhất và thứ ba. Việc nhận ra một bộ ba mã hóa cần thủy phân một phân tử GTP; điều này góp phần vào việc làm tăng hiệu quả và mức độ chính xác của bớc này. Một phân tử GTP khác sẽ đợc thủy phân để cung cấp năng lợng cho bớc chuyển vị ribosome tới codon tiếp theo trên phân tử mARN. Phân tử mARN trợt qua ribosome theo một chiều nhất định, bắt đầu từ đầu 5; nói cách khác, ribosome trợt trên phân tử mARN theo chiều 5 3. Điểm quan trọng là ribosome và mARN dịch chuyển tơng đối so với nhau theo một chiều duy nhất, mỗi lần một codon. ở vi khuẩn, mỗi chu kỳ kéo dài chuỗi (lắp ráp một axit amin) diễn ra trong khoảng thời gian ít hơn một phần mời (0,1) giây và lặp lại bắt đầu từ axit amin đầu tiên cho đến axit amin cuối cùng của chuỗi polypeptit. Sự kết thúc dịch mã Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình dịch mã (Hình 17.19 ở trang sau). Các bớc kéo dài chuỗi polypeptit tiếp tục diễn ra cho đến khi một bộ ba mã kết thúc tiếp cận vị trí A của ribosome. Các bộ ba UAG, UGA và UAA không mã hóa cho bất cứ một axit amin nào; mà thay vào đó, chúng là các tín hiệu kết thúc dịch mã. Một protein gọi là yếu tố giải phóng chuỗi sẽ liên kết trực tiếp vào các bộ ba mã kết thúc (các codon kết thúc). Yếu tố giải phóng chuỗi này sẽ bổ sung một phân tử nớc vào chuỗi polypeptit đang kéo dài (thay cho axit amin nh bình thờng ở các bộ ba mã hóa). Phản ứng này làm đứt gãy (thủy phân) liên kết giữa mạch polypeptit (lúc này đã hoàn chỉnh) với tARN (lúc này đang ở vị trí P), làm giải phóng chuỗi polypeptit qua kênh thoát trên tiểu phần lớn của ribosome (xem Hình 17.16a). Các thành phần của bộ máy dịch mã sau đó sẽ tách khỏi nhau qua một quá trình gồm nhiều bớc dới sự hỗ trợ của một số yếu tố protein khác nữa. Mỗi lần phân tách các thành phần của bộ máy dịch mã ở bớc này cần tiêu thụ thêm năng lợng từ hai phân tử GTP. Hình 17.18 Chu kỳ kéo dài chuỗi trong dịch mã. Sự thủy phân GTP giữ vai trò quan trọng trong giai đoạn kéo dài chuỗi. ở đây không vẽ các protein tham gia vào giai đoạn này đợc gọi là các yếu tố kéo dài chuỗi. Phiên m ã D ị ch m ã ADN mARN Ribosome Polypeptit Ribosome sẵn sàng cho aminoacyl-tARN tiếp theo Đầu amino của chuỗi polypeptit mARN Chuyển vị. Ribosome chuyển vị trên mARN một bộ ba mã hóa, dẫn đến sự dịch chuyển tARN từ vị trí A sang vị trí P. Đồng thời tARN tự do ở vị trí P chuyển sang vị trí E, rồi đợc giải phóng ra ngoài. Sự chuyển vị của mARN đa codon tiếp theo vào vị trí dịch mã tại vị trí A. Hình thành liên kết peptit. Một phân tử rARN thuộc tiểu phần lớn của ribosome xúc tác cho sự hình thành liên kết peptit giữa axit amin mới ở vị trí A với đầu cacboxyl của chuỗi polypeptit đang kéo dài ở vị trí P. Bớc này đồng thời chuyển chuỗi polypeptit từ tARN ở vị trí P và gắn nó vào axit amin trên tARN đang ở vị trí A. Nhận biết codon. Bộ ba đối mã (anticodon) trên phân tử aminoacyl- tARN kết cặp bazơ bổ sung với bộ ba mã hóa (codon) trên phân tử mARN tại vị trí A. Sự thủy phân GTP làm tăng hiệu quả và tính chính xác của bớc này. 342 khối kiến thức 3 Di truyền học Polyribosome Một ribosome có thể tổng hợp một chuỗi polypeptit kích thớc trung bình trong vòng dới một phút. Tuy vậy, thờng thì sự dịch mã một phần tử mARN đợc tiến hành đồng thời bởi nhiều ribosome khác nhau; nghĩa là, một phân tử mARN có thể đợc dùng làm khuôn để cùng lúc tạo nên nhiều bản sao của một chuỗi polypeptit. Một khi ribosome đã vợt qua codon bắt đầu, thì một ribosome thứ hai có thể đính kết đợc vào mARN; kết quả là một loạt ribosome nối tiếp nhau trợt dọc trên phân tử mARN. Một chuỗi gồm nhiều ribosome nh vậy đợc gọi là polyribosome (hay polysome); nó có thể đợc quan sát thấy bằng kính hiển vi điện tử (Hình 17.20). Cấu trúc polyribosome có cả ở các tế bào vi khuẩn và tế bào sinh vật nhân thật. Chúng giúp cho tế bào trong một thời gian rất ngắn có thể tổng hợp đợc nhiều bản sao của một chuỗi polypeptit nhất định. Sự hoàn thiện và vận chuyển protein Quá trình dịch mã đơn thuần thờng là cha đủ để có thể tạo nên một phân tử protein ở dạng hoạt động chức năng. Trong phần này, chúng ta sẽ đề cập đến những biến đổi của protein sau dịch mã và một số cơ chế vận chuyển protein tới đích trong tế bào, ở nơi mà chúng biểu hiện chức năng. Sự biến đổi và gập xoắn của protein sau dịch mã Ngay trong quá trình tổng hợp, chuỗi polypeptit bắt đầu cuộn xoắn và gập một cách tự phát do kết quả tơng tác giữa các đoạn trình tự axit amin (cấu trúc bậc 1) ở các phần khác nhau của chuỗi, từ đó hình thành nên một phân tử protein có hình dạng đặc thù: nghĩa là, một phân tử có cấu hình không gian ba chiều bậc 2 và bậc 3 (xem Hình 5.21). Nh vậy, gen xác định cấu trúc bậc 1; còn cấu trúc bậc 1 qui định hình dạng của phân tử. Trong nhiều trờng hợp, một nhóm các protein gọi là chaperone (hoặc chaperonin) giúp gập xoắn phân tử protein theo đúng cách mà tế bào cần (xem Hình 5.24). Tuy vậy, đối với nhiều protein, chúng chỉ đạt đợc trạng thái hoạt động chức năng đúng của chúng sau khi đã trải qua một số bớc biến đổi bổ sung đợc gọi là các biến đổi protein sau dịch m. Trong quá trình này, những axit amin nhất định đợc biến đổi về mặt hóa học, chẳng hạn thông qua việc chúng đợc gắn thêm các gốc đờng, lipit, các nhóm phosphate, hoặc một số gốc hóa học khác nữa. Hoặc, các enzym đặc hiệu sẽ loại bỏ bớt một hoặc một số axit amin từ đoạn dẫn đầu (đầu amino) của chuỗi polypeptit. Trong một số trờng hợp, một chuỗi polypeptit có thể đợc một enzym cắt thành hai hay nhiều phân Hình 17.19 Sự kết thúc dịch mã. Giống với giai đoạn kéo dài chuỗi, giai đoạn kết thúc dịch mã cũng cần sự thủy phân GTP và các yếu tố protein bổ sung (một số protein không đợc vẽ trên hình). Codon kết thúc dịch mã (UAG, UAA hoặc UGA) Yếu tố giải phóng chuỗi Khi ribosome tiếp cận một bộ ba (codon) kết thúc dịch mã trên mARN, vị trí A của ribosome sẽ tiếp nh ận yếu tố giải phóng chuỗi; protein này có hình dạng giống tARN. C huỗi polypeptit tự do Yếu tố giải phóng chuỗi thúc đẩy sự thủy phân liên kết giữa tARN tại vị trí P và axit amin cuối cùng trên chuỗi polypeptit, dẫn đến việc giải phóng chuỗi polypeptit khỏi ribosome. Hai tiểu phần của ribosome và các thành phần khác của bộ máy dịch mã tách rời khỏi nhau. Hình 17.16 Cấu trúc và hoạt động của ribosome. Ribos ome Đầu 5' của phân tử mARN Các chuỗi polypeptit đang kéo dài Chuỗi polypeptit hoàn chỉnh Các tiểu phần ribosome đi vào Polyribosome (a) Mỗi phân tử mARN thờng đợc dịch mã đồng thời bởi một số ribosome tập hợp thành cụm đợc gọi là polyribosome. (b) ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) này cho thấy một polyribosome kích thớc lớn ở một tế bào vi khuẩn. Đầu 3' của phân tử mARN mARN Chơng 17 Từ gen đến protein 343 đoạn ngắn. Chẳng hạn nh insulin lúc ban đầu mới đợc tổng hợp là một chuỗi polypeptit duy nhất; nhng để trở thành dạng hoạt động chức năng, chuỗi polypeptit này đợc cắt bỏ một đoạn ở giữa; hai phân đoạn còn lại sau đó đợc gắn với nhau bởi các cầu disufit (-S-S-) để tạo nên một phân tử protein gồm hai tiểu phần. Trong các trờng hợp khác, hai hay nhiều chuỗi polypeptit đợc tổng hợp riêng rẽ (do các gen khác nhau mã hóa) tổ hợp với nhau; chúng trở thành các tiểu đơn vị của cùng một phân tử protein có cấu trúc bậc bốn đặc thù. Một ví dụ quen thuộc nh vậy là hemoglobin (xem Hình 5.21). Đa protein tới đích Các hình ảnh từ kính hiển vi điện tử chụp các tế bào sinh vật nhân thật đang tổng hợp mạnh protein cho thấy có hai loại quần thể ribosome (và polyribosome) khác nhau: một loại là dạng tự do còn loại kia là dạng liên kết (xem Hình 6.11). Các ribosome tự do phân tán khắp phần bào tan ở tế bào chất và chủ yếu tổng hợp các protein mà sau này đợc lu lại và hoạt động trong phần bào tan. Ngợc lại, các ribosome ở dạng liên kết thờng đính kết trên lớp mặt hớng về phần bào tan của mạng lới nội chất (ER) hoặc màng nhân. Các ribosome ở dạng liên kết tổng hợp các protein là thành phần của các hệ thống nội màng (ví dụ nh màng nhân, ER, bộ máy Golgi, lyzôsom, không bào và màng nguyên sinh của tế bào), ngoài ra là các protein xuất bào (ví dụ nh insulin). Tuy vậy, các ribosome có thể chuyển trạng thái từ dạng tự do sang dạng liên kết. Điều gì quyết định việc một ribosome sẽ tồn tại ở trạng thái tự do trong phần bào tan hay liên kết với mạng lới nội chất thô vào một thời điểm nhất định? Việc tổng hợp một chuỗi polypeptit luôn bắt đầu trong phần bào tan, khi một ribosome tự do bắt đầu dịch mã một phân tử mARN. ở đó, quá trình dịch mã cứ tiếp diễn cho đến khi kết thúc - trừ khi chuỗi polypeptit đang kéo dài tự động nhắc nhở ribosome hãy đính kết vào ER. Các chuỗi polypeptit thuộc các protein mà sau này là thành phần cấu tạo nên các hệ thống nội màng hoặc đợc xuất bào có các peptit tín hiệu; chính tín hiệu này giúp đa protein tới ER (Hình 17.21). Peptit tín hiệu thờng là một đoạn trình tự gồm khoảng 20 axit amin ở sát hoặc gần đầu amino (đầu ra trớc) của chuỗi polypeptit. Tín hiệu này đợc nhận biết bởi một phức hệ gồm có ARN và protein có tên là hạt nhận biết tín hiệu (signal-recognition particle, hay SRP). Các hạt này có chức năng nh những thể tiếp hợp (adapter) giúp mang các ribosome tới một loại protein thụ thể đặc hiệu trên màng ER. Thụ thể này là một phần của phức hệ chuyển vị gồm nhiều protein. Sự tổng hợp chuỗi polypeptit sẽ tiếp tục diễn ra ở đó, đồng thời chuỗi polypeptit đang kéo dài sẽ trờn và lách qua các lỗ protein trên màng để đi vào khoang ER. Peptit tín hiệu thờng đợc cắt bỏ sau đó bởi một enzym. Trong trờng hợp protein đợc xuất bào, phần còn lại của chuỗi polypeptit hoàn chỉnh sẽ đợc phóng thích vào phần dịch có trong khoang ER. Còn nếu ngợc lại, khi protein là thành phần của hệ thống nội màng, nó sẽ đợc duy trì và nhúng một phần vào màng ER. Hình 17.21 Cơ chế tín hiệu đa protein vào mạng lới nội chất (ER). Một chuỗi polypeptit cuối cùng đợc xuất bào hoặc đa đến hệ thống nội màng thờng bắt đầu từ một đoạn peptit tín hiệu, đó là một đoạn trình tự axit amin đặc thù với ER. Hình trên minh họa quá trình dịch mã một protein đợc xuất bào diễn ra đồng thời với việc nó đợc nhập vào xoang ER. Trong ER và sau đó là trong Golgi, Protein này tiếp tục đợc biến đổi và hoàn thiện. Cuối cùng các nang vận chuyển sẽ vận chuyển nó đến màng nguyên sinh và tiến hành xuất bào (xem Hình 7.10) Ribosome Phần bào tan Phức hệ chuyển vị Màng ER Peptit tín hiệu đợc cắt bỏ Protein S ự tổng hợp chuỗi polypeptit bắt đầu từ một ribosome tự do trong bào tan Xoang ER mARN Peptit tín hiệu Hạt nhận biết tín hiệu (SRP) Protein thụ thể của SRP Một SRP gắn vào peptit tín hiệu, làm dừng đôi chút quá trình tổng hợp SRP liên kết vào protein thụ thể trên màng ER. Thụ thể này là một phần của phức hệ chuyển vị. Phức hệ này còn có protein lỗ màng và enzym cắt peptit tín hiệu (không vẽ riêng ở đây) SRP rời khỏi chuỗi polypeptit; sự dịch mã đợc khôi phục và diễn ra đồng thời với việc chuỗi polypeptit trờn xuyên qua màng. (Peptit tín hiệu đợc giữ lại tại phức hệ chuyển vị) Một enzym cắt đoạn peptit tín hiệu khỏi chuỗi polypeptit Phần còn lại của chuỗi polypeptit hoàn chỉnh rời khỏi ribosome và gập xoắn thành dạng cấu hình hoạt động chức năng 344 khối kiến thức 3 Di truyền học Các đoạn peptit tín hiệu khác đợc dùng để vận chuyển các chuỗi polypeptit tới ti thể, lạp thể, qua màng nhân vào trong nhân tế bào hoặc tới các bào quan khác không phải là thành phần của hệ thống nội màng. Điểm khác biệt quan trọng nhất ở những trờng hợp này là quá trình dịch mã diễn ra hoàn toàn trong phần bào tan trớc khi các chuỗi polypeptit đợc nhập khẩu vào các bào quan tơng ứng của chúng. Cơ chế vận chuyển các protein đến đích rất đa dạng, nhng trong mọi trờng hợp đã đợc nghiên cứu đến nay, mã địa chỉ hớng dẫn vị trí định vị trong tế bào của các protein cũng nh nơi chúng đợc xuất bào đều là các trình tự peptit tín hiệu đặc thù. Vi khuẩn cũng sử dụng các peptit tín hiệu để xác định các protein xuất bào. Bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu quá trình biểu hiện của gen; qua đó, chúng ta có thể hiểu đợc bằng cách nào những thay đổi trong thông tin di truyền của một tế bào (hoặc virut) có thể gây nên các ảnh hởng về kiểu hình. Những thay đổi này, đợc gọi là các đột biến, chính là nguyên nhân dẫn đến sự đa dạng, phong phú của các gen ở mọi loài sinh vật; nói nh vậy bởi vì các đột biến chính là nguồn gốc tận cùng của mọi gen mới. Trên Hình 15.15, chúng ta đã thấy các dạng đột biến ở qui mô lớn; đó là các đột biến sắp xếp lại nhiễm sắc thể gây ảnh hởng đến các đoạn dài của ADN. Còn ở đây, chúng ta chỉ tập trung đề cập đến các đột biến điểm, tức là những thay đổi hóa học xảy ra ở một cặp bazơ nucleotit duy nhất của gen. Nếu đột biến điểm xuất hiện trong các tế bào giao tử hoặc các tế bào phát sinh giao tử, thì nó có thể đợc chuyền cho thế hệ con và các thế hệ con, cháu sau này. Nếu đột biến gây ảnh hởng bất lợi đến kiểu hình của con vật thì trạng thái đột biến gây nên đợc gọi là các rối loạn hoặc các bệnh di truyền. Ví dụ nh, chúng ta sẽ thấy cơ sở di truyền học của bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm là do một đột biến ở một cặp bazơ duy nhất trên gen mã hóa chuỗi - globin của hemoglobin. Sự thay đổi của một nucleotit đơn lẻ trên mạch khuôn ADN dẫn đến sự hình thành một protein bất thờng ( Hình 17.22; xem thêm Hình 5.22). ở những ngời đồng hợp tử về alen đột biến, việc các tế bào hồng cầu trở nên có hình liềm do sự biến đổi của hemoglobin dẫn đến nhiều triệu chứng bệnh lý khác nhau (xem Chơng 14). Một ví dụ khác là một dạng bệnh tim dẫn đến đột tử trong tập luyện thể thao ở một số vận động viên trẻ, đợc gọi là bệnh cơ tim theo dòng họ. Nguyên nhân gây bệnh này đợc xác định là do đột biến điểm xảy ra ở một số gen có liên quan; trong đó, mỗi đột biến đều có nguy cơ gây bệnh. Các loại đột biến điểm Các đột biến điểm xảy ra trong các gen có thể chia thành hai nhóm lớn: i) sự thay thế cặp bazơ và ii) sự mất hoặc thêm cặp bazơ. Hãy xem những đột biến này có thể gây ảnh hởng đến protein nh thế nào. Các đột biến thay thế Các đột biến thay thế cặp bazơ là những đột biến mà ở đó một cặp nucleotit này đợc thay thế bằng một cặp nucleotit khác (Hình 17.23a). Một số dạng thay thế đợc gọi là các đột biến câm, bởi vì do tính thoái hóa của mã di truyền, chúng không gây ảnh hởng đến kiểu hình và biểu hiện chức năng của protein do gen (mà ở đó đột biến xảy ra) mã hóa. Nói cách khác, sự thay đổi một cặp bazơ có thể chuyển một bộ ba mã hóa này thành một bộ ba mã hóa khác, nhng cả hai bộ ba đều cùng mã hóa cho một axit amin. Ví dụ: nếu 3-CCG-5 trên mạch khuôn bị đột biến thành 3-CCA-5, thì bộ ba mã hóa trên mARN là GGC sẽ bị biến đổi thành GGU; nhng với cả hai bộ ba mã hóa này, axit amin đợc chọn cài vào chuỗi polypeptit đều là glycine (xem Hình 17.5). Các đột biến thay thế cũng có thể diễn đến các đột biến sai nghĩa. Một đột biến sai nghĩa nh vậy có thể chỉ gây ảnh hởng ít đến protein, nếu nh axit amin mới có các thuộc tính giống với axit amin mà nó thay thế, hoặc khi nó nằm ở trong miền cấu trúc ít có tính quyết định đến hoạt động chức năng của protein. 17.5 1. Hai quá trình nào đảm bảo cho việc bổ sung đúng một axit amin vào chuỗi polypeptit đang kéo dài? 2. Nêu tính u việt của sự hình thành cấu trúc polyribosome trong quá trình dịch mã đối với tế bào. 3. Mô tả bằng cách nào một chuỗi polypeptit xuất bào có thể đợc vận chuyển tới hệ thống nội màng. 4. Thảo luận bằng cách nào mà các đặc điểm cấu trúc của rARN có thể tham gia thực hiện chức năng của ribosome. Xem gợi ý trả lời ở Phụ lục A. Kiểm tra khái niệm điều gì nếu 1 7 . 5 Khái niệm Đột biến điểm có thể ảnh hởng đến cấu trúc và chức năng protein Hình 17.22 Cơ sở phân tử của bệnh hồng cầu hình liêm: đột biến điểm. Alen gây bệnh hồng cầu hình liềm khác với alen kiểu dại (bình thờng) bởi một cặp bazơ ADN duy nhất. ADN hemoglobin kiểu dại mARN Hemoglobin bình thờng ADN hemoglobin đột biến mARN Hemoglobin tế bào hình liềm Trên ADN, mạch khuôn đột biến (bên trên) có A thay thế cho T ở mạch khuôn kiểu dại Mạch mARN đột biến có U thay cho A ở một bộ ba mã hóa Hemoglobin đột biến (tế bào hình liềm) có valine (Val) thay thế cho axit glutamic (Glu) ở hemoglobin kiểu dại . chuyển protein Quá trình dịch mã đơn thuần thờng là cha đủ để có thể tạo nên một phân tử protein ở dạng hoạt động chức năng. Trong phần này, chúng ta sẽ đề cập đến những biến đổi của protein. trờng hợp, một nhóm các protein gọi là chaperone (hoặc chaperonin) giúp gập xoắn phân tử protein theo đúng cách mà tế bào cần (xem Hình 5. 24) . Tuy vậy, đối với nhiều protein, chúng chỉ đạt. chúng. Cơ chế vận chuyển các protein đến đích rất đa dạng, nhng trong mọi trờng hợp đã đợc nghiên cứu đến nay, mã địa chỉ hớng dẫn vị trí định vị trong tế bào của các protein cũng nh nơi chúng