Bài giảng lý thuyết sinh học phân tử RNA

QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ (TRANSCRIPTION) Các loại RNA Quá trình phiên mã MỤC TIÊU : Mô tả được cấu trúc, chức năng của các loại RNA Trình bày quá trình phiên mã RNA Nắm được sự khác biệt trong quá trình phiên mã giữa tế bào procaryote và eucaryote RNA giữ vai trò trung gian quan trọng trong sinh tổng hợp proteine DNA transcription Phiên mã DNA : chứa chất liệu di truyền m RNA : mang thông tin di truyền từ DNA để tổng hợp proteine Sự phiên mã (Transcription) là quá trình chuyển thông tin di truyền từ DNA sang RNA RNA translation Dịch mã Protein CẤU TRÚC PHÂN TỬ RNA RNA có cấu trúc : Axit nucleic chuỗi đơn Đường Ribosome Uracil thay thế cho Thymine Cặp base bổ sung U-A Hydrogen bonds Uracil Adenine 3 loại RNA 1. RNA thông tin Messenger RNA ( mRNA) Mang các thông tin di truyền từ DNA đến ribosome để tổng hợp proteine 2. 3-5 % RNA vận chuyển Transfer RNA (tRNA) Vận chuyển các amino axit đến ribosome 15% 3. Ribosomal RNA (rRNA) Là thành phần cấu tạo và cung cấp hoạt tính enzyme của ribosome 80% RNA thông tin • mRNA là một sơi đơn được tổng hợp trong quá trình phiên mã (transcription ) từ một sợi DNA ở trong nhân tế bào mRNA truyền các thông tin di truyền từ DNA để tổng hợp proteine Trình tự các nucleotide của mRNA được quy định theo nguyên tắc bổ sung với mạch DNA khuôn CODON: là một mã di truyền gồm 3 nucleotide của DNA hay mRNA quy định đặc hiệu cho một loại axit amine được đưa vào trong chuỗi polypeptide Có 4 loại base, một codon gồm 3 base như vậy sẽ có 43 =64 tổ hợp codon tRNA Chức năng : vận chuyển các axit amine đến ribosome tRNA Cấu trúc: Là một mạch đơn cuộn lại tạo nên phân tử tRNA xoắn kép tRNA Vị trí gắn axit amine anticodon Cầu nối hydrogen giữa các cặp base hình thành trong cấu trúc không gian ba chiều Đầu 3’ luôn kết thúc với CCA Đầu 5’luôn kết thúc bằng guanine Bộ ba nucleotides ở vị trí đối mã quy định đặc hiệu cho một loại axit amine được t RNA vận chuyển Mỗi loại tRNA đặc hiệu cho một loại amino axit Anticodon:  Là vị trí các base bắt cặp với mRNA  Duy nhất cho mỗi loại tRNA Có khoảng 45 loại tRNA Một axit amine có thể có nhiều codon mã hóa ( mã di truyền suy thoái ) Cùng một loại tRNA có thể vận chuyển Analine được mã hóa bởi ba codon khác nhau ở base cuối trong bộ ba mã hóa analine GCA GC C codon codon G CU codon tRNA Hoạt hóa t RNA 1. Năng lượng từ ATP 2. aminoacyl-tRNA synthetase Hình thành các tRNA mang a.a Quá trình hoạt hóa enzyme mang tính đặc hiệu rRNA Được tổng hợp từ gen trong nhân gọi nucleolar organiser Trình tự các nucleotide rRNA của tế bào prokaryotes & eukaryotes đều giống nhau. rRNA rRNA có trong tế bào chất , kết hợp với các proteine tạo thành ribosomes Ribosome có chức năng là nhà máy sản xuất proteine của tế bào Nguyên tắc chung của quá trình phiên mã Chỉ một mạch DNA 3’-5’ được dùng làm khuôn để phiên mã RNA RNA được tổng hợp theo chiều 5’-3’ nhờ enzyme RNA polymerase Nucleotides chỉ được gắn vào ở đầu 3’ OH. Chỉ mạch DNA theo chiều 3’-5’ mới được dùng làm khuôn để phiên mã Promoter Transcription unit 5 3 3 5 Initiation site RNA polymerase Phiên mã xảy ra theo 3 giai đoạn DNA Termination site 1 Bắt đầu 5 3 3 5 Template strand of DNA Unwound DNA RNA transcript Rewound 2 Kéo dài DNA 5 3 3 5 3 5 RNA transcript 3 Kết thúc 5 3 3 5 3 5 Completed RNA transcript A. Giai đoạn khởi động RNA polymerase II gắn vào đoạn khởi động ( promoter ) làm tách hai mạch DNA và dịch chuyển theo hướng 3’-5; trên DNA để tổng hợp mRNA Đoạn khởi động promoter  Là một đoạn DNA chuyên biệt mà RNA polymerase sẽ gắn vào  Quá trình phiên mã của gen khởi đầu từ promoter Vị trí bắt đầu cho phiên mã Có bao nhiêu promoters trong DNA? Có ít nhất 1 promoter cho mỗi gene để phiên mã cho mRNA. Promoters có vai trò như một điểm tín hiệu cho RNA polymerase : 1 Khi nào bắt đầu 2 Với mạch DNA nào 3 Tổng hợp theo chiều nào Giai đoạn kéo dài : RNA polymerase tháo khoảng 10 cặp base của DNA, dịch chuyển trên mạch khuôn 3′ 5′ tổng hợp mạch RNA bổ sung theo chiều 5’-3’ RNA polymerase RNA polymerases không có chức năng rà soát và sửa lỗi RNA polymerase RNA polymerase: - Tách một đoạn DNA -Tổng hợp RNA bổ sung cho mạch DNA khuôn Các nucleotide trước khi gắn vào đầu 3’OH được hoạt hóa thành nucleoside triphosphate Giai đoạn kết thúc (Termination) : • Sự tổng hợp RNA tiếp tục cho đến khi polymerase gặp một tín hiệu kết thúc • Tại điểm kết thúc phiên mã, RNA được giải phóng khỏi polymerase, và enzyme dời khỏi khuôn DNA -> Kết thúc quá trình phiên mã Sự phiên mã ở Prokaryotes :  Chỉ một loại RNA polymerase tổng hợp cả 3 loại : mRNA, tRNA và rRNA  mRNA thường chứa thông tin nhiều gen nối tiếp nhau ( polycistronic mRNA)  RNA pol gồm 5 tiểu đơn vị : 2 α , β, β’, ω β’+ β + α + ω -> lõi Lõi+σ -> holoenzym. σ: giúp ARN pol nhận biết & liên kết đặc thù với promoter ở -10 và -35 RNApol nhận biết & gắn vào trình tự khởi động (-35 -10) nhờ yếu tố khởi động sigma σ DNA được tháo xoắn liên tục theo chiều 3’-5’ ( 17 nu) RNApol tổng hợp mRNA theo chiều 5’-3’. Khi tổng hợp được 10nu, yếu tố khởi động tách khỏi RNApol và sợi RNA mới tổng hợp tách dần khỏi mạch khuôn Khi di chuyển đến vị trí kết thúc, RNApol dừng phiên mã. Sơi RNA tách hẳn khởi mạch khuôn Các giai đoạn phiên mã ở prokaryote Sự phiên mã ở Eukaryotes: 3 loại RNA polymerases với chức năng khác nhau : RNA polymerase I tổng hợp rRNA 18S, 5,8S ,28S RNA polymerase II tổng hợp mRNA [RNA polymerase] RNA polymerase III phiên mã tRNAvà rRNA 5S mRNA chứa thông tin của 1 gen (monocistronic). Gen có tính gián đoạn : đoạn mã hóa proteine (exon) xen kẽ với đoạn không mã hóa (intron). Quá trình phiên mã qua 2 giai đoạn : tiền mRNA , qua xử lý  mRNA Gắn chóp (cap) 7-methylguanosine Gắn đuôi poly A dài 100-200 Adenine Tiền m-RNA được tổng hợp gồm cả exon và intron sau khi qua xử lý, các đoạn intron được cắt bỏ và các đoạn exon được nối liền lại với nhau m RNA Giai đoạn khởi đầu ở Eucaryote Có nhiều yếu tố phiên mã TF II ( transcription factor ) giúp RNA pol vào đúng vị trí trên promoter, tách hai sợi đơn của DNA ra để phiên mã được bắt đầu, và giải phóng RNA pol khỏi promoter khi phiên mã đã được khởi động xong để đi vào giai đoạn kéo dài. Promoter của eukaryote có chứa hộp TATA sẽ được nhận dạng bởi một tiểu đơn vị của TFIID là TBP (TATA binding protein: protein gắnTATA). Phức hợp TBP-DNA tạo nên một cái nền để thu hút các TFII khác và RNA polymerase đến promoter theo thứ tự sau: TF II A : gắn vào TF II D TF II B : Giúp RNA polymerase gắn vào phức hợp TF II D & TF II A TF II F : gắn RNA polymerase vào promotor TF II E cho phép khởi đầu sự phiên mã TF II H thủy phân ATP giải phóng năng lượng để mở xoắn DNA cho sự tổng hợp mRNA Giai đoạn kéo dài : mRNA được tổng hợp từ mạch khuôn theo chiều 5’-3’ nhờ yếu tố TF II S Giai đoạn kết thúc : Sự phiên mã kết thúc trước điển gắn đuôi poly A mRNA tách khỏi mạch khuôn Biến đổi sau phiên mã ở tế bào eucaryote Xảy ra trong nhân Biến đổi cả hai đầu pre-mRNA Các đoạn intron được cắt bỏ 1. Biến đổi cả hai đầu pre-mRNA Ở đầu 5′ Gắn chóp G-cap (guanosine triphosphate) Ở đầu 3′ Gắn đuôi poly A (100 -300 adenine nucleotides ) Gắn chóp G-cap  Khi mạch mRNA đang tổng hợp được 20-30 nucleotide thì ở đầu 5’P sẽ được nối thêm 7-methyl guanylate  Vai trò của chóp : 1. Giúp mRNA dễ gắn vào ribosome 2. Bảo vệ mRNA không bị phá hủy bởi ribonucleases Ở đầu 3′ đuôi Poly A được gắn vào giai đoạn kết thúc phiên mã Trong tế bào eukaryotes, đoạn “polyadenylation” (AAUAAA) ở gần đầu 3’ cuối của pre-mRNA, AAUAAA: Tác động như tín hiệu để một enzyme cắt pre-mRNA sau codon cuối cùng Ngay sau khi cắt, chuỗi poly A được gắn vào nhờ một enzyme khác Vai trò của đuôi poly A 1. Giúp mRNA thông tin đi ra khỏi nhân 2. Có vai trò quan trọng giúp mRNA bền vững Giai đoạn cắt nối : Cắt bỏ các đoạn introns và nối các exon Cắt nối thay thế  Các đoạn exons được cắt và tổ hợp lại với nhau theo nhiều cách khác nhau  Mã hóa nhiều proteine với trình tự và hoạt tính khác nhau Cho phép tổng hợp nhiều proteins từ cùng một đoạn DNA Bộ gen của người có 30,000 genes nhưng có thể mã hóa để tổng hợp 100,000 proteins Tóm tắc quá trình phiên mã mRNA Ở tế bào eukaryote, tiền mRNA được tổng hợp như một phiên bản của gen Gắn chóp ở đầu 5’ Phiên mã RNA kết thúc, gắn đuôi poly A ở đầu 3’ cuối Cắt bỏ các đoạn intron ( không mã hóa) mRNA đã trưởng thành, ra khỏi nhân đến tế bào chất và bắc đầu quá trình dịch mã tổng hợp proteine ở ribosome Sự khác biệt trong quá trình phiên mã Eucaryote Procaryote 1 loại RNA polymerase tổng hợp cho tất cả các loại RNA Không có giai đoạn tiền mRNA mRNA chưa thông tin nhiều gen 3 loại RNA pol tổng hợp cho các RNA Phiên mã 2 giai đoạn : tiền mRNA mRNA mRNA chưa thông tin 1 gen [...]... RNA polymerase II tổng hợp mRNA [RNA polymerase] RNA polymerase III phiên mã tRNAvà rRNA 5S mRNA chứa thông tin của 1 gen (monocistronic) Gen có tính gián đoạn : đoạn mã hóa proteine (exon) xen kẽ với đoạn không mã hóa (intron) Quá trình phiên mã qua 2 giai đoạn : tiền mRNA , qua xử lý  mRNA Gắn chóp (cap) 7-methylguanosine Gắn đuôi poly A dài 100-200 Adenine Tiền m -RNA được tổng hợp gồm cả exon... RNApol tổng hợp mRNA theo chiều 5’-3’ Khi tổng hợp được 10nu, yếu tố khởi động tách khỏi RNApol và sợi RNA mới tổng hợp tách dần khỏi mạch khuôn Khi di chuyển đến vị trí kết thúc, RNApol dừng phiên mã Sơi RNA tách hẳn khởi mạch khuôn Các giai đoạn phiên mã ở prokaryote Sự phiên mã ở Eukaryotes: 3 loại RNA polymerases với chức năng khác nhau : RNA polymerase I tổng hợp rRNA 18S, 5,8S ,28S RNA polymerase... gene để phiên mã cho mRNA Promoters có vai trò như một điểm tín hiệu cho RNA polymerase : 1 Khi nào bắt đầu 2 Với mạch DNA nào 3 Tổng hợp theo chiều nào Giai đoạn kéo dài : RNA polymerase tháo khoảng 10 cặp base của DNA, dịch chuyển trên mạch khuôn 3′ 5′ tổng hợp mạch RNA bổ sung theo chiều 5’-3’ RNA polymerase RNA polymerases không có chức năng rà soát và sửa lỗi RNA polymerase RNA polymerase: - Tách... loại : mRNA, tRNA và rRNA  mRNA thường chứa thông tin nhiều gen nối tiếp nhau ( polycistronic mRNA)  RNA pol gồm 5 tiểu đơn vị : 2 α , β, β’, ω β’+ β + α + ω -> lõi Lõi+σ -> holoenzym σ: giúp ARN pol nhận biết & liên kết đặc thù với promoter ở -10 và -35 RNApol nhận biết & gắn vào trình tự khởi động (-35 -10) nhờ yếu tố khởi động sigma σ DNA được tháo xoắn liên tục theo chiều 3’-5’ ( 17 nu) RNApol... được t RNA vận chuyển Mỗi loại tRNA đặc hiệu cho một loại amino axit Anticodon:  Là vị trí các base bắt cặp với mRNA  Duy nhất cho mỗi loại tRNA Có khoảng 45 loại tRNA Một axit amine có thể có nhiều codon mã hóa ( mã di truyền suy thoái ) Cùng một loại tRNA có thể vận chuyển Analine được mã hóa bởi ba codon khác nhau ở base cuối trong bộ ba mã hóa analine GCA GC C codon codon G CU codon tRNA Hoạt... mã hóa analine GCA GC C codon codon G CU codon tRNA Hoạt hóa t RNA 1 Năng lượng từ ATP 2 aminoacyl-tRNA synthetase Hình thành các tRNA mang a.a Quá trình hoạt hóa enzyme mang tính đặc hiệu rRNA Được tổng hợp từ gen trong nhân gọi nucleolar organiser Trình tự các nucleotide rRNA của tế bào prokaryotes & eukaryotes đều giống nhau rRNA rRNA có trong tế bào chất , kết hợp với các proteine tạo thành ribosomes... nên một cái nền để thu hút các TFII khác và RNA polymerase đến promoter theo thứ tự sau: TF II A : gắn vào TF II D TF II B : Giúp RNA polymerase gắn vào phức hợp TF II D & TF II A TF II F : gắn RNA polymerase vào promotor TF II E cho phép khởi đầu sự phiên mã TF II H thủy phân ATP giải phóng năng lượng để mở xoắn DNA cho sự tổng hợp mRNA Giai đoạn kéo dài : mRNA được tổng hợp từ mạch khuôn theo chiều... DNA RNA transcript Rewound 2 Kéo dài DNA 5 3 3 5 3 5 RNA transcript 3 Kết thúc 5 3 3 5 3 5 Completed RNA transcript A Giai đoạn khởi động RNA polymerase II gắn vào đoạn khởi động ( promoter ) làm tách hai mạch DNA và dịch chuyển theo hướng 3’-5; trên DNA để tổng hợp mRNA Đoạn khởi động promoter  Là một đoạn DNA chuyên biệt mà RNA polymerase sẽ gắn vào  Quá trình phiên mã của gen khởi... dùng làm khuôn để phiên mã RNA RNA được tổng hợp theo chiều 5’-3’ nhờ enzyme RNA polymerase Nucleotides chỉ được gắn vào ở đầu 3’ OH Chỉ mạch DNA theo chiều 3’-5’ mới được dùng làm khuôn để phiên mã Promoter Transcription unit 5 3 3 5 Initiation site RNA polymerase Phiên mã xảy ra theo 3 giai đoạn DNA Termination site 1 Bắt đầu 5 3 3 5 Template strand of DNA Unwound DNA RNA transcript Rewound 2... Tiền m -RNA được tổng hợp gồm cả exon và intron sau khi qua xử lý, các đoạn intron được cắt bỏ và các đoạn exon được nối liền lại với nhau m RNA Giai đoạn khởi đầu ở Eucaryote Có nhiều yếu tố phiên mã TF II ( transcription factor ) giúp RNA pol vào đúng vị trí trên promoter, tách hai sợi đơn của DNA ra để phiên mã được bắt đầu, và giải phóng RNA pol khỏi promoter khi phiên mã đã được khởi động xong để ... 3 loại RNA polymerases với chức khác : RNA polymerase I tổng hợp rRNA 18S, 5,8S ,28S RNA polymerase II tổng hợp mRNA [RNA polymerase] RNA polymerase III phiên mã tRNAvà rRNA 5S mRNA chứa... 1 loại RNA polymerase tổng hợp cho tất loại RNA Không có giai đoạn tiền mRNA mRNA chưa thông tin nhiều gen 3 loại RNA pol tổng hợp cho RNA Phiên mã giai đoạn : tiền mRNA mRNA mRNA chưa... bonds Uracil Adenine loại RNA RNA thông tin Messenger RNA ( mRNA) Mang thông tin di truyền từ DNA đến ribosome để tổng hợp proteine 3-5 % RNA vận chuyển Transfer RNA (tRNA) Vận chuyển amino axit